年产6万吨环氧乙烷的固定床反应器设计-徐凯--终极版
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摘 要 I
Abstract II
第1章 概述 1
第2章 环氧乙烷的性质和用途 3
2.1环氧乙烷的性质 3
2.1.1 物理性质 3
2.1.2 化学性质 4
2.2环氧乙烷的发展 5
第3章 设计方案的确定 7
3.1 环氧乙烷的生产方法的确定 7
3.2 催化剂的选择 8
3.3 环氧乙烷生产工艺条件的确定 8
3.3.1 反应温度 8
3.3.2 反应压力 8
3.3.3 空速 9
3.3.4 原料配比和循环比 9
3.3.5 抑制剂 9
3.3.6 稳定剂的选择 10
3.4 环氧乙烷生产的工艺流程 10
第4章 工艺计算 13
4.1 设计条件 13
4.1.1 反应原理 13
4.1.2 原料组成 14
4.1.3 反应器条件 14
4.2 物料衡算 14
4.3热量衡算 17
第五章 反应器的设计 21
第6章 安全与环保设计说明 25
6.1 工艺安全 25
6.2 操作规则 25
6.3 储存要求 26
6.4运输方式 26
6.5三废处理 27
第7章 结论 28
参考文献 29
致谢 30
附录 31
第1章 概述
环氧乙烷又名氧化乙烯(Ethylene Oxide)，是最简单的环状醚。分子式C2H4O，分子量44.05。
环氧乙烷是以乙烯为原料的主要石油化工产品之一。世界乙烯总产量的16％用来生产环氧乙烷，环氧乙烷是乙烯工业衍生物中仅次于聚乙烯的第二位重要化工产品。环氧乙烷还是重要的石油化工原料及有机和精细化工产品的中间体，主要用来生产乙二醇。随着精细化工的发展，环氧乙烷已成为精细化工工业不可缺少的一种有机化工原料[1]。
环氧乙烷早期采用氯醇法工艺生产，20世纪20年代初，UCC公司进行了工业化生产，之后公司基于Lefort有关银催化剂的研究成果，使用银催化剂，推出空气法乙烯直接氧化生产环氧乙烷工艺。50年代末，Shell公司采用近乎纯氧代替空气作为生产环氧乙烷的氧原料，推出氧气法乙烯直接氧化生产环氧乙烷工艺，经过不断改进，目前较先进的生产方法是用银作催化剂，在列管式固定床反应器中，用纯氧与乙烯反应，采用乙烯直接氧化生产环氧乙烷[2-5]。
环氧乙烷是石油化学工业的重要产品，也是一种基本有机化工原料，用途很多，广泛用于生产乙二醇、非离子表面活性剂、乙醇胺、乙二醇醚溶剂、医药中间体、油田化学品、农药乳化剂等各种精细化学品。
环氧乙烷的工业化生产已经有半个多世纪的历史，最早的工业化生产方法是氯醇法，由于其存在腐蚀设备、污染环境和耗氯量大等一系列问题，现在己基本上被淘汰了，取而代之的是直接氧化法。直接氧化法又分为空气氧化法和氧气氧化法，其主要区别在于乙烯的氧化剂各不相同。
在环氧乙烷的生产发展过程中，生产技术和工艺过程都有不断的改进和革新，到目前为止，世界上几乎所有的环氧乙烷都是用乙烯直接氧化法生产的。直接氧化法中，首先出现的是空气氧化法，而后氧气氧化法问世，二者并行：近几十年来，许多厂家都采用氧气氧化法生产环氧乙烷，因为氧气氧化法不需要空气净化系统，并且氧气氧化法的环氧乙烷收率高于空气氧化法，乙烯单耗较低。由于用纯氧作氧化剂，连续引入系统的惰性气体大为减少，未反应的乙烯基本上可完全循环使用。
本设计采用氧气直接氧化法，对原有的单元设备进行生产能力标定和技术经济评定。在此基础上，查阅了大量资料，根据设计条件，通过物料衡算、热量衡算、反应器的选型及尺寸的确定，计算压降、催化剂的用量等，设计出符合设计要求的反应器。
第2章 环氧乙烷的性质和用途
2.1环氧乙烷的性质
2.1.1物理性质
表2.1 环氧乙烷的主要物理性质
参数名称 数值
沸点(101.3kPa)，℃ 10.8
熔点(101.3l(Pa)，℃ －112.5
临界温度，℃ 195.8
临界压力，Mpa 7.194
临界密度，kg/m3 314
折射率， 1.3597
空气中爆炸极限(101.3kPa)，％(体积)下限 2.6
空气中爆炸极限(101.3kPa)，％(体积)上限 100
燃烧热(25℃，101.3kea)，kJ/kg 29.648
生成热蒸汽，kJ/mol 71.13
生成热液体，kJ/mol 97.49
熔解热，kJ/kg 117.86
聚合热，kJ/kg 2091
汽化热，(10.5℃)，kJ/kg 580.58
比热容(35℃)，kJ/(kg.K) 1.96
气相分解热，kJ/kg 1901
着火点，K 702
自燃点，K 644
表面张力(20℃)，mN/m 24.3
热导率(25℃)，J/(cm.s.K) 0.0001239
粘度，mPa.S，0℃ 0.3l
粘度，mPa.S，10℃ 0.28
常温下环氧乙烷为无色、具有甜醚味的气体。在较低的温度下环氧乙烷成为无色、透明、易流动的液体。易溶于水、醚和醇等有机溶剂。主要物理性质如表1。...
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