年產(chǎn)6萬噸環(huán)氧乙烷的固定床反應(yīng)器設(shè)計一徐凱一一終極版
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摘 要 I
Abstract II
第1章 概述 1
第2章 環(huán)氧乙烷的性質(zhì)和用途 3
2.1環(huán)氧乙烷的性質(zhì) 3
2.1.1 物理性質(zhì) 3
2.1.2 化學性質(zhì) 4
2.2環(huán)氧乙烷的發(fā)展 5
第3章 設(shè)計方案的確定 7
3.1 環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)方法的確定 7
3.2 催化劑的選擇 8
3.3 環(huán)氧乙烷生產(chǎn)工藝條件的確定 8
3.3.1 反應(yīng)溫度 8
3.3.2 反應(yīng)壓力 8
3.3.3 空速 9
3.3.4 原料配比和循環(huán)比 9
3.3.5 抑制劑 9
3.3.6 穩(wěn)定劑的選擇 10
3.4 環(huán)氧乙烷生產(chǎn)的工藝流程 10
第4章 工藝計算 13
4.1 設(shè)計條件 13
4.1.1 反應(yīng)原理 13
4.1.2 原料組成 14
4.1.3 反應(yīng)器條件 14
4.2 物料衡算 14
4.3熱量衡算 17
第五章 反應(yīng)器的設(shè)計 21
第6章 安全與環(huán)保設(shè)計說明 25
6.1 工藝安全 25
6.2 操作規(guī)則 25
6.3 儲存要求 26
6.4運輸方式 26
6.5三廢處理 27
第7章 結(jié)論 28
參考文獻 29
致謝 30
附錄 31
第1章 概述
環(huán)氧乙烷又名氧化乙烯(Ethylene Oxide)，是最簡單的環(huán)狀醚。分子式C2H4O，分子量44.05。
環(huán)氧乙烷是以乙烯為原料的主要石油化工產(chǎn)品之一。世界乙烯總產(chǎn)量的16％用來生產(chǎn)環(huán)氧乙烷，環(huán)氧乙烷是乙烯工業(yè)衍生物中僅次于聚乙烯的第二位重要化工產(chǎn)品。環(huán)氧乙烷還是重要的石油化工原料及有機和精細化工產(chǎn)品的中間體，主要用來生產(chǎn)乙二醇。隨著精細化工的發(fā)展，環(huán)氧乙烷已成為精細化工工業(yè)不可缺少的一種有機化工原料[1]。
環(huán)氧乙烷早期采用氯醇法工藝生產(chǎn)，20世紀20年代初，UCC公司進行了工業(yè)化生產(chǎn)，之后公司基于Lefort有關(guān)銀催化劑的研究成果，使用銀催化劑，推出空氣法乙烯直接氧化生產(chǎn)環(huán)氧乙烷工藝。50年代末，Shell公司采用近乎純氧代替空氣作為生產(chǎn)環(huán)氧乙烷的氧原料，推出氧氣法乙烯直接氧化生產(chǎn)環(huán)氧乙烷工藝，經(jīng)過不斷改進，目前較先進的生產(chǎn)方法是用銀作催化劑，在列管式固定床反應(yīng)器中，用純氧與乙烯反應(yīng)，采用乙烯直接氧化生產(chǎn)環(huán)氧乙烷[2-5]。
環(huán)氧乙烷是石油化學工業(yè)的重要產(chǎn)品，也是一種基本有機化工原料，用途很多，廣泛用于生產(chǎn)乙二醇、非離子表面活性劑、乙醇胺、乙二醇醚溶劑、醫(yī)藥中間體、油田化學品、農(nóng)藥乳化劑等各種精細化學品。
環(huán)氧乙烷的工業(yè)化生產(chǎn)已經(jīng)有半個多世紀的歷史，最早的工業(yè)化生產(chǎn)方法是氯醇法，由于其存在腐蝕設(shè)備、污染環(huán)境和耗氯量大等一系列問題，現(xiàn)在己基本上被淘汰了，取而代之的是直接氧化法。直接氧化法又分為空氣氧化法和氧氣氧化法，其主要區(qū)別在于乙烯的氧化劑各不相同。
在環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)發(fā)展過程中，生產(chǎn)技術(shù)和工藝過程都有不斷的改進和革新，到目前為止，世界上幾乎所有的環(huán)氧乙烷都是用乙烯直接氧化法生產(chǎn)的。直接氧化法中，首先出現(xiàn)的是空氣氧化法，而后氧氣氧化法問世，二者并行：近幾十年來，許多廠家都采用氧氣氧化法生產(chǎn)環(huán)氧乙烷，因為氧氣氧化法不需要空氣凈化系統(tǒng)，并且氧氣氧化法的環(huán)氧乙烷收率高于空氣氧化法，乙烯單耗較低。由于用純氧作氧化劑，連續(xù)引入系統(tǒng)的惰性氣體大為減少，未反應(yīng)的乙烯基本上可完全循環(huán)使用。
本設(shè)計采用氧氣直接氧化法，對原有的單元設(shè)備進行生產(chǎn)能力標定和技術(shù)經(jīng)濟評定。在此基礎(chǔ)上，查閱了大量資料，根據(jù)設(shè)計條件，通過物料衡算、熱量衡算、反應(yīng)器的選型及尺寸的確定，計算壓降、催化劑的用量等，設(shè)計出符合設(shè)計要求的反應(yīng)器。
第2章 環(huán)氧乙烷的性質(zhì)和用途
2.1環(huán)氧乙烷的性質(zhì)
2.1.1物理性質(zhì)
表2.1 環(huán)氧乙烷的主要物理性質(zhì)
參數(shù)名稱 數(shù)值
沸點(101.3kPa)，℃ 10.8
熔點(101.3l(Pa)，℃ －112.5
臨界溫度，℃ 195.8
臨界壓力，Mpa 7.194
臨界密度，kg/m3 314
折射率， 1.3597
空氣中爆炸極限(101.3kPa)，％(體積)下限 2.6
空氣中爆炸極限(101.3kPa)，％(體積)上限 100
燃燒熱(25℃，101.3kea)，kJ/kg 29.648
生成熱蒸汽，kJ/mol 71.13
生成熱液體，kJ/mol 97.49
熔解熱，kJ/kg 117.86
聚合熱，kJ/kg 2091
汽化熱，(10.5℃)，kJ/kg 580.58
比熱容(35℃)，kJ/(kg.K) 1.96
氣相分解熱，kJ/kg 1901
著火點，K 702
自燃點，K 644
表面張力(20℃)，mN/m 24.3
熱導率(25℃)，J/(cm.s.K) 0.0001239
粘度，mPa.S，0℃ 0.3l
粘度，mPa.S，10℃ 0.28
常溫下環(huán)氧乙烷為無色、具有甜醚味的氣體。在較低的溫度下環(huán)氧乙烷成為無色、透明、易流動的液體。易溶于水、醚和醇等有機溶劑。主要物理性質(zhì)如表1。...
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