化工工艺学设计.doc

Hefei University 《化工工艺学》课程设计 题 目： 3万吨/年乙烯氧化制环氧乙烷反应系统设计 系 别： 化学材料与工程系 班 级： 姓 名： 学 号： 队 别： 队 员： 教 师： 日 期： 2015-01-20  目 录 1.概述 3 1.1.化工工艺设计的意义和主要内容 3 1.1.1.意义 3 1.1.2.内容 3 1.2环氧乙烷基础知识和应用 4 1.2.1.环氧乙烷物理性质 4 1.2.2. 环氧乙烷化学性质 4 1.3.本设计的主要思路及创新点 5 2.工艺路线设计 6 2.1.氧化反应 6 2.2.二氧化碳脱除 7 2.3.反应过程分析 7 2.4.催化剂的选择 8 2.5.反应器及混合器的选择 9 2.6.工艺流程图 9 3.物料衡算 10 3.1 物性数据 10 3.2 设计依据 10 3.3 循环系统的物料衡算 11 3.3.1.计算依据 11 3.3.2.混合器 12 3.3.3.反应器 12 4.热量衡算 16 5.乙烯氧化固定床列管反应器计算 16 5.1.反应器设备计算 17 5.2 确定氧化反应器的基本尺寸 17 5.3 床层压力降的计算 18 5.4 传热面积的核算 19 5.5 反应器塔径的确定 20 6.各组分吸收情况计算 21 6.1.环氧乙烷吸收塔 21 6.2.CO2的吸收系统 24 7.总结 24 参考文献 25 1.概述 1.1.化工工艺设计的意义和主要内容 1.1.1.意义 化工工艺设计是化工过程设计的核心，其目的是在于确定生产过程的工艺条件和相关设备的一系列工程技术问题。化工工艺设计是对产品的生产过程进行研究和规划，分析比较、选择最合适的方法，它包括原料路线和技术路线的选择、工艺流程设计、物料衡算、能量衡算、工艺设备的选型、非标设备的设计、车间平面及立面布置、化工管路设计等。 1.1.2.内容 工艺设计的依据是经批准的可行性研究报告、总体设计、工程设计合同书及设计基础资料。制定相应的工艺流程，其原则是选择先进可靠的工艺技术路线，进行方案比较，对方案进行优化，确定合理的工艺流程方案，选取合适的工艺设备，在考虑工艺流程方案时，应同时考虑到对废物的综合利用方案和必要的治理措施。进行工艺物料和热量平衡计算、绘制工艺流程图(PFD)、编制工艺设备数据表和公用工程平衡图，确定公用工程、环保的设计原则和排出物治理的基本。 化工工艺设计的内容有： ①根据确定的方案，设计带控制点的工艺流程图； ②确定设计基准，进行物料衡算和热量衡算； ③进行设备的工艺计算、选型和实际布置； ④编制化工工艺设计说明书。 在工艺设计的过程中，工艺专业要和外专业互提条件，条件表作为重要的技术文件，是主导专业设计的初步成果，是接受专业的设计依据。 1.2环氧乙烷基础知识和应用 1.2.1.环氧乙烷物理性质 环氧乙烷（简称EO），英文名称epoxyethane，又被称为氧化乙烯，也称恶烷，分子式：C2H4，分子量：44.05，沸点：10.4℃，熔点：-112.2℃，蒸汽压：145.91kPa/20℃。相对密度(水)=1：0.87，相对密度(空气)=1：1.52。在常温下为无色气体，低温时为无色易流动液体，在空气中的爆炸限（体积分数）为2.6%—100%，它易与水、醇、氨、胺、酚、卤化氢、酸及硫醇进行开环反应有乙醚的气味，其蒸气对眼和鼻粘膜有刺激性，有毒。环氧乙烷易自聚，尤其当有铁、酸、碱、醛等杂质或高温下更是如此，自聚时放出大量热，甚至发生爆炸，因此存放环氧乙烷的贮槽必须清洁，并保持在0℃以下。 1.2.2. 环氧乙烷化学性质 环氧乙烷在一定条件下，可与水、醇、氢卤酸、氨及氨的化合物等发生加成反应，其中与水发生水合反应生成乙二醇，是制备乙二醇的主要方法。当用甲醇、乙醇、丁醇等低级醇与环氧乙烷作用时，分别生成乙二醇—甲醚、乙二醇—乙醚、乙二醇—丁醚。 应用： 环氧乙烷可杀灭细菌（及其内孢子）、霉菌及真菌，因此可用于消毒一些不能耐受高温消毒的物品。环氧乙烷也被广泛用于消毒医疗用品诸如绷带、缝线及手术器具。 环氧乙烷有杀菌作用，对金属不腐蚀，无残留气味，因此可用材料的气体杀菌剂。主要用于制造其他各种溶剂(如溶纤剂等),稀释剂,非离子型表面活性剂,合成洗涤剂、抗冻剂、消毒剂、增韧剂和增塑剂等。与纤维素发生羟乙基化可合成得水溶性树脂(其环氧乙烷含量约75%)。还可用作熏蒸剂、涂料增稠剂、乳化剂、胶黏剂和纸张上浆剂等。通常采用环氧乙烷-二氧化碳（两者之比为90：10）或环氧乙烷-二氯二氟甲烷的混合物，主要用于医院和精密仪器的消毒。环氧乙烷用熏蒸剂常用于粮食、食物的保藏。例如，干蛋粉的贮藏中常因