环氧乙烷固定床反应器设计.doc

目录第一章 概述 1 第二章 环氧乙烷的性质 3 2.1 物理性质 3 2.2 化学性质 4 第三章 设计方案及反应器型的确定 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 9 3.3.3 空间速度 9 3.3.4 原料配比和循环比 9 3.3.5 抑制剂 10 3.3.6 致稳剂的选择 10 3.4 环氧乙烷生产的工艺流程 10 第四章 工艺计算 14 4.1 设计条件 14 4.1.1 反应原理 14 4.1.2 原料组成 14 4.1.3 反应器条件 15 4.2 物料衡算 15 4.3 热量衡算 18 第五章 反应器的工艺参数计算 22 5.1 催化剂的用量 22 5.2 确定氧化反应器的基本尺寸 24 5.3 床层压力降的计算 26 5.4 传热面积的核算 26 5.4.1 床层对壁面的给热系数 26 5.4.2 总传热系数的计算 27 5.4.3 传热面积的核算 28 5.5 反应器塔径的确定 28 第六章 设计结果汇总 30 第七章 结论 31 参考文献 32 致谢 34 第一章 概述 乙烯是碳原子数最少的烯烃，由于它具有极其活泼的双键结构，因而其反应能力很强，且成本低、纯度高、易于加工利用，所以是有机化工中最重要的基本原料。通过乙烯的聚合、氧化、卤化、烷基化、水合、羰基化、齐聚等反应的实现，可以得到一系列极有价值的乙烯衍生物，如环氧乙烷、乙二醇、乙醛、醋酸、醋酸乙烯、乙苯、聚乙烯等，由乙烯出发还可生产溶剂、表面活性剂、增塑剂、合成洗涤剂、农药、医药等。 环氧乙烷(Oxirane)又名氧化乙烯(Ethylene Oxide)，是最简单的环状醚,分子式，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。 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。 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。 第二章 环氧乙烷的性质 2.1 物理性质 表1-1 环氧乙烷的主要物理性质 物理性质 数据 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/ 314 折射率， 1.3597 空气中爆炸极限 (101.3kPa)，％(体积) 下限 2.6 上限 100 燃烧热(25℃，101.3kPa)，kJ/kg 29.648 生成热kJ/mol 气相反应 71.13 液相反应 97.49 熔解热，kJ/kg 117.86 聚合热，kJ/kg 2091 汽化热，(10.5℃)，kJ/kg 5