化學(xué)反應(yīng)工程課程設(shè)計(jì) 0 0 環(huán)氧乙烷 的性質(zhì)作用以及應(yīng)用 1 概述 環(huán)氧乙烷 (名氧化乙烯 (是最簡(jiǎn)單的環(huán)狀醚。分子式 子量 燃易爆有毒的液體。 在環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)發(fā)展過(guò)程中，生產(chǎn)技術(shù)和工藝過(guò)程都有不斷的改進(jìn)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(wèn)世，二者并行：近幾十年來(lái)，許多廠家都采用氧氣氧化法生產(chǎn)環(huán)氧乙烷，因?yàn)檠鯕庋趸ú恍枰諝鈨艋到y(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(jì)采用氧氣直接氧化法，對(duì)原有的單元設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)能力標(biāo)定和技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)定。在此基礎(chǔ)上，查閱了大量資料，根據(jù)設(shè)計(jì)條件，通過(guò)物料衡算、熱量衡算、反應(yīng)器的選型及尺寸的確定，計(jì)算壓降、催化劑的用量等，設(shè)計(jì)出符合設(shè)計(jì)要求的反應(yīng)器。 化學(xué)反應(yīng)工程課程設(shè)計(jì) 1 1 2 環(huán)氧乙烷的性質(zhì) 理性質(zhì) 常溫下環(huán)氧乙烷為無(wú)色、具有甜醚味的氣體。在較低的溫度下環(huán)氧乙烷成為無(wú)色、透明、易流動(dòng)的液體。易溶于水、醚和醇等有機(jī)溶 劑，沸點(diǎn)為 熔點(diǎn) 點(diǎn) 702K， 自燃點(diǎn) 844K， 爆炸范圍為 78%（體積分?jǐn)?shù)），在空氣中允許濃度為 150mg/度在 10 時(shí)為 導(dǎo)率在 25 時(shí) 在標(biāo)準(zhǔn)狀況下比熱容為 學(xué)性質(zhì) 環(huán)氧乙烷的化學(xué)性質(zhì)非?；顫?，能與很多化合物進(jìn)行反應(yīng)，其反應(yīng)主要是環(huán)氧乙烷開環(huán)與其它化合物進(jìn)行加成反應(yīng)，放出大量反應(yīng)熱，有的反應(yīng)進(jìn)行得非常劇烈，甚至產(chǎn)生爆炸。 (1)分解反應(yīng) 氣體環(huán)氧乙烷在約 400 時(shí)開始分解， 主要生成 2、 (2)加成反應(yīng) 環(huán)氧乙烷與含有活潑氫原子的化合物，生產(chǎn)含 與水反應(yīng) 環(huán)氧乙烷與水反應(yīng)生成乙二醇，這是工業(yè)上生產(chǎn)乙二醇的方法。 C 2242 該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，熱效應(yīng)為 96 3kJ/應(yīng)過(guò)程不采用催化劑。 與醇類反應(yīng) 環(huán)氧乙烷與醇反應(yīng)生成醚，其反應(yīng)的最終產(chǎn)品是至少含一個(gè)羥基的醚 。 化學(xué)反應(yīng)工程課程設(shè)計(jì) 2 2 224222 )( 環(huán)氧乙烷） 與苯酚反應(yīng) 環(huán)氧乙烷與苯酚反應(yīng)生成苯氧基乙醇。 2565642 (3)氧化還原反應(yīng) 在鈉汞齊及催化劑存在下環(huán)氧乙烷加氫還原生成乙醇，此反應(yīng)沒(méi)有工業(yè)意義。環(huán)氧乙烷在鉑黑等催化劑存下可以有控制地氧化成羥基乙酸，最終則被氧化成二氧化 碳及水。 (4)異構(gòu)化反應(yīng) 環(huán)氧乙烷在三氧化二鋁、磷酸、磷酸鹽等催化劑存在下可異構(gòu)化為乙醛。 C H 在一定的條件下銀催化劑也有此功能，這是乙烯氧化制環(huán)氧乙烷過(guò)程的副反應(yīng)之一，要極力避免，因?yàn)槿┑拇嬖谠黾恿谁h(huán)氧乙烷提存凈化的難度。 (5)與雙鍵進(jìn)行加成反應(yīng) 環(huán)氧乙烷和以下一些含雙鍵的化合物可進(jìn)行加成反應(yīng)生成環(huán)狀化合物，例如、 、 、 O、 等。 (6)與格利雅試劑反應(yīng) 環(huán)氧乙烷與格利雅試劑反應(yīng)可生成比原來(lái)烷基多兩個(gè)碳原子的醇，這是實(shí)驗(yàn)室制備加長(zhǎng)碳鏈醇的一種辦法，羥基在鏈的端部。 （ 7)齊聚反應(yīng) 環(huán)氧乙烷進(jìn)行齊聚反應(yīng)可生成冠醚，催化劑為含氟的路易斯酸。反應(yīng)在室溫、常壓下進(jìn)行。 (8)與二甲醚反應(yīng) 在 反應(yīng)在工業(yè)上用來(lái)生產(chǎn)低分子量的均聚物，其產(chǎn)品廣泛用作溶劑。 化學(xué)反應(yīng)工程課程設(shè)計(jì) 3 3 3 設(shè)計(jì)方案及反應(yīng)器型的確定 氧乙烷的生產(chǎn)方法的確定 目前，我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)環(huán)氧 乙烷的方法有氯醇法和乙烯氧化法兩種，乙烯氧化法又分為乙烯空氣氧化法及乙烯氧氣氧化法。 (1)氯醇法 氯醇法環(huán)氧乙烷生產(chǎn)分兩步進(jìn)行： 氯氣與水反應(yīng)生成次氯酸，再與乙烯反應(yīng)生成氯乙醇； 氯乙醇用石灰乳皂化生成環(huán)氧乙烷。 (2)直接氧化法 直接氧化法，分為空氣法和氧氣法兩種。這兩種氧化方法均采用列管式固定床反應(yīng)器。反應(yīng)器是關(guān)鍵性設(shè)備，與反應(yīng)效果密切相關(guān)，其反應(yīng)過(guò)程基本相同，都包括反應(yīng)、吸收、汽提和蒸餾精制等工序。 空氣氧化法：此方法用空氣為氧化劑，因此必須有空氣凈化裝置，以防止空氣中有害雜質(zhì)帶入反應(yīng)器 而影響催化劑的活性。通常以低轉(zhuǎn)化率進(jìn)行操作，保持在2050范圍內(nèi)。 氧氣氧化法：氧氣法不需要空氣凈化系統(tǒng)，而需要空氣分離裝置或有其它氧源。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。從吸收塔頂出來(lái)的氣體必須經(jīng)過(guò)脫碳以除去二氧化碳，然后循環(huán)返回反應(yīng)器，不然二氧化碳濃度超過(guò) 15 ()，將嚴(yán)重影響催化劑的活性。 (2)環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)方法比較 環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)方法各具特點(diǎn)。 氯醇法生產(chǎn)工藝的嚴(yán)重缺點(diǎn)大致有： 消耗氯氣，排放大量污水，造成嚴(yán)重污染； 乙烯次氯酸化生 產(chǎn)氯乙醇時(shí)，同時(shí)副產(chǎn)二氧化碳等副產(chǎn)物，在氯乙醇皂化時(shí)生產(chǎn)的環(huán)氧乙烷可異構(gòu)化為乙醛，造成環(huán)氧乙烷損失，乙烯單耗高； 氯醇法生產(chǎn)化學(xué)反應(yīng)工程課程設(shè)計(jì) 4 4 的環(huán)氧乙烷，醛的含量很高，約為 50007000mg/低亦有 2500mg/醇法生產(chǎn)環(huán)氧乙烷，由于裝置小、產(chǎn)量少、質(zhì)量差、消耗高，因而成本也高，與大裝置氧化法生產(chǎn)的高質(zhì)量產(chǎn)品相比失去了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。 故根據(jù)環(huán)保及成本的限制要求本實(shí)驗(yàn)采用直接空氣氧化法、。 氧化法生產(chǎn)環(huán)氧乙烷的關(guān)鍵是催化劑的選擇。雖然大多數(shù)金屬和金屬氧化物催化劑都能使乙烯發(fā)生環(huán)氧化反應(yīng)，但是生成環(huán)氧乙烷的選 擇性很差，氧化結(jié)果主要生成二氧化碳和水。只有銀催化劑例外，在銀催化劑上乙烯能選擇性地氧化成環(huán)氧乙烷，該催化劑在選擇性、強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性和壽命等方面都有一定的特色。 氧乙烷生產(chǎn)工藝條件的確定 環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)受反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力、空間速度與空管線速度、原料配比和循環(huán)比、抑制劑等工藝條件的制約。 應(yīng)溫度 溫度直接影響化學(xué)反應(yīng)速度，在工業(yè)生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)反應(yīng)過(guò)程的具體情況，采取相應(yīng)措施，當(dāng)反應(yīng)溫度高時(shí)，一是轉(zhuǎn)化率增加，這意味著乙烯氧化的總速率提高，二是生產(chǎn)環(huán)氧乙烷的選擇性降低，即更多的乙烯轉(zhuǎn)化成 二氧化碳和水，因此，這時(shí)反應(yīng)熱量的急驟增加，不是使更多的乙烯被氧化，而是使反應(yīng)過(guò)程的選擇性降低，副反應(yīng)增加是更重要的原因。此外，在催化劑使用初期，其活性較高，宜采用較低的操作溫度。 應(yīng)壓 力 乙烯直接氧化反應(yīng)過(guò)程，主反應(yīng)是體積減少的反應(yīng)，副反應(yīng) (深度氧化 )是體積不變的反應(yīng)。因此，采用加壓操作有利。 速 空間速度簡(jiǎn)稱空速，所謂空速是指單位時(shí)間內(nèi)，通過(guò)單位體積催化劑的反應(yīng)物的體積數(shù)量。通常用每小時(shí)每升 (或 化劑通過(guò)的原料氣的升 (或 來(lái)表示。對(duì)于乙烯直接氧化過(guò)程，實(shí)踐證明，提 高空速，轉(zhuǎn)化率會(huì)略有下降，而選擇性將有所上升，在一定范圍內(nèi)提高空速可提高設(shè)備的生產(chǎn)能力。 化學(xué)反應(yīng)工程課程設(shè)計(jì) 5 5 化劑的選擇 氧化法生產(chǎn)環(huán)氧乙烷的關(guān)鍵是催化劑的選擇。雖然大多數(shù)金屬和金屬氧化物催化劑都能使乙烯發(fā)生環(huán)氧化反應(yīng)，但是生成環(huán)氧乙烷的選擇性很差，氧化結(jié)果主要生成二氧化碳和水。只有銀催化劑例外，在銀催化劑上乙烯能選擇性地氧化成環(huán)氧乙烷，該催化劑在選擇性、強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性和壽命等方面都有一定的特色。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外對(duì)活性組分銀的開發(fā)研究取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。也有不少學(xué)者試圖開發(fā)另一類金屬取代銀，但至今仍認(rèn)為活性組分銀是乙烯氧化生 成環(huán)氧乙烷的最佳催化劑。 氧乙烷生產(chǎn)的工藝流程 環(huán)氧乙烷生產(chǎn)裝置的主要設(shè)備有反應(yīng)器、吸收塔、反應(yīng)系統(tǒng)的氣 設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為年產(chǎn) 13400 噸環(huán)氧乙烷，設(shè)計(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間為 287 天年。 藝流程概述 本次設(shè)計(jì)采用氧氣氧化法進(jìn)行環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)，以氧氣作為氧化劑，乙烯在1250 下通過(guò)裝有銀催化劑的固定床反應(yīng)器，直接氧化為環(huán)氧乙烷。環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)系統(tǒng)分為三部分：反應(yīng)系統(tǒng)、回收系統(tǒng)和二氧化碳脫除系統(tǒng)。 如圖 。 氧化反應(yīng)器再生塔接觸塔環(huán)氧乙烷洗滌塔環(huán)氧乙烷解析塔再吸收塔乙二醇進(jìn)料解析塔環(huán)氧乙烷浸漬塔乙 烯氧 氣循 環(huán) 壓 縮 機(jī)工 業(yè) 水產(chǎn) 物 出 口去 乙 二 醇 系 統(tǒng)二 氧 化 碳碳 酸 鉀氧化反應(yīng)器化學(xué)反應(yīng)工程課程設(shè)計(jì) 6 6 4 設(shè)計(jì)條件 工藝參數(shù)優(yōu)化包括物料衡算和熱量衡算兩部分。物料衡算以質(zhì)量守恒定律為基礎(chǔ)，主要計(jì)算所需物料量和產(chǎn)品量，還可以算出物料的組成，確定物料中各組分在化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中的定量轉(zhuǎn)化關(guān)系，并通過(guò)衡算求得原料的定額消耗。其計(jì)算依據(jù)是工藝流程圖、在工廠采集的數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)時(shí)要求的和查得的各種參數(shù)。 熱量衡算以能量守恒定律及物料衡算為基礎(chǔ)，計(jì)算傳入、傳出的熱量，從而確定公用工程的能耗以及傳熱面積。其計(jì)算依據(jù)與物料衡算相同。 應(yīng)原理 乙烯和氧氣在 銀催化劑上，于一定溫度和壓力下，直接氧化生產(chǎn)環(huán)氧乙烷，反應(yīng)方程式可表為： （ 1） 主反應(yīng)： 1 反應(yīng)為放熱反應(yīng)。 （ 2）在主反應(yīng)進(jìn)行的同時(shí)，還發(fā)生其它副反應(yīng)，其中主要是乙烯的燃燒反應(yīng)。 副反應(yīng)： 2222 223 反應(yīng)為強(qiáng)放熱反應(yīng)。 料組成 原料氣的組成 組分 2 量（ 學(xué)反應(yīng)工程課程設(shè)計(jì) 7 7 應(yīng)器條件 原料進(jìn)入反應(yīng)器的溫度為 483K 反應(yīng)溫度為 523K 反應(yīng)壓力為 981烯轉(zhuǎn)化率為 20%；選擇性為 66%；空速為 5000工作時(shí)間 287 天，年產(chǎn)量 13400 噸 反應(yīng)產(chǎn)物分離后回收率為 90% 反應(yīng)器內(nèi)催化劑填充高度為管長(zhǎng) 根管長(zhǎng) 8m 采用間接換熱方式：導(dǎo)出液進(jìn)口溫度 230C，出口溫度 235C,導(dǎo)出液對(duì)管壁的給熱系數(shù)為 0 = 2717m2hK) 催化劑為球體， D=5層孔隙率為 523K， 981反應(yīng)氣體導(dǎo)熱系數(shù)為 )/(1 27 ， 粘度為 ， 密度為 料衡算 (1)反應(yīng)部分的工藝參數(shù) 環(huán)氧乙烷生產(chǎn)能力： 13400 噸 /年； 年操作時(shí)間： 287d; 進(jìn)入反應(yīng)器的溫度： 483K； 反應(yīng)溫度： 523K; 乙烯轉(zhuǎn)化率： 20； 選擇性： 66%; 反應(yīng)空速： 5000 1h ； 反應(yīng)產(chǎn)物分離后回收率： 90% . 原料組成如表所，示： 原料氣的 組成及各組分的分子量 組分 2 量（ 組分的分子量如表所示：（基本有機(jī)化工工藝學(xué)） 各組分的分子量 組分 2 22O 分子量 學(xué)反應(yīng)工程課程設(shè)計(jì) 8 8 (2)反應(yīng)部分的基礎(chǔ)計(jì)算 根據(jù)已知原料氣的組成，計(jì)算出每小時(shí)進(jìn)入反應(yīng)器的各種氣體組分的摩爾數(shù)，計(jì)算結(jié)果列于下表中。 根據(jù)反應(yīng)方程式及已知數(shù)據(jù)，計(jì)算反應(yīng)器出口的氣體量。 主反應(yīng)： 1 (1) 副反應(yīng)： 2222 223 (2) 已知乙烯轉(zhuǎn)化率為 20，選擇性為 66， 按年產(chǎn) 13400噸環(huán)氧乙烷計(jì)算，考慮過(guò)程損失后每小時(shí)生產(chǎn)環(huán) 氧乙烷量為 34001000 GW kg/h 有第一反應(yīng)器加入乙烯的量 hk m o 161)( 420 按原料氣組成，求得原料氣中個(gè)組分含量為： hk m 34)2(0 hk m 34)( 20 hk m 34)( 20 在（ 1）中 消耗乙烯量： h 消耗氧氣量： h 生成環(huán)氧乙烷量： h 在 (2)中 消耗乙烯量： 1 h 消耗氧氣量： = h 生成二 碳 氧 化 量： = h 生成水量： = h 則可知 未反應(yīng)的乙烯量： h 未反應(yīng)的氧氣量： h 出反應(yīng)器的二氧化碳量： h 化學(xué)反應(yīng)工程課程設(shè)計(jì) 9 9 出反應(yīng)器的水量： 0+h 出反應(yīng)器的環(huán)氧乙烷量： 0+h 出反應(yīng)器的物料總量： h 氮?dú)饬吭诜磻?yīng)過(guò)程中不發(fā)生變化，所以出口氣體中各組分的量如表所示。 反應(yīng)器入口和出口的氣體量 () 組分 4222N 2 入口 0 出口 量衡算 反應(yīng)器的熱量衡算 （基準(zhǔn)溫度取 298K) 反應(yīng)熱根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù) ， 在 298K 時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱為 物料 進(jìn)料 出料 0F(h) W0(kg/h) F0(h) W0(kg/h) 乙烯 氧化碳 氧乙烷 0 0 0 0 計(jì) 學(xué)反應(yīng)工程課程設(shè)計(jì) 10 10 m o o 2 3;/ 3 21 。 反應(yīng)器的熱量衡算 ， 設(shè)原料氣帶入的熱量為 化氣帶出的熱量為 應(yīng)熱為 反應(yīng)器的撤熱量為 Q， 當(dāng)忽略熱損失時(shí)，有 2= (1)各 組分的比熱 由化工設(shè)計(jì)在熱量衡算中可知 ， 在工程計(jì)算中，常使用物質(zhì)的平均定壓摩爾熱容 假如物質(zhì)在 2范圍內(nèi)的 以證明，此溫度范圍內(nèi)的平均定壓熱容 )( 21 溫度下物質(zhì)的熱容，也等于 2溫度下物質(zhì)熱容 )( 21 C ，一般來(lái)說(shuō)，物質(zhì)的 他的曲率并不大，只要計(jì)算時(shí)溫度范圍不大，常把曲線關(guān)系當(dāng)做直線關(guān)系來(lái)近似處理，所以上述平均熱容的辦法可行。 在物理化學(xué)書中差得不同溫度下的比熱容，如下表 組分 298C /（ J K) 483C /（ J K) 523C /（ J K) 乙烯 氣 氣 氧化碳 氧乙烷 2)(21 計(jì)算得平均熱容如下表 組分 （ 298 J K) (298 J K) 乙烯 學(xué)反應(yīng)工程課程設(shè)計(jì) 11 11 氧氣 氣 氧化碳 氧乙烷 熱量計(jì)算式 Q=m 1（ 1）氣體原料帶入的熱量 298483 )7 5 7 . 6 4 2 9 6 . 3 1 0 1 . 0 1 2 3 Q= 107kJ/h 反應(yīng)后氣體 產(chǎn)物帶走熱量 2Q 的計(jì)算 2 9 85 2 3)1 5 9 7 1 9 6 . 3 1 0 3 . 1 4 0 0 . 6 8 5 4 Q=107kJ/h （ 3） 應(yīng)熱的計(jì)算 103+103=107kJ/h （ 4） 傳給導(dǎo)生油的熱量 Q 的計(jì)算 按熱量衡算原理（忽略散熱損失）反應(yīng)前后 熱量守恒則 0231 則傳熱量為 k J / 2 0 8 7 7321 r 化 學(xué) 反 應(yīng) 工 程 課 程 設(shè) 計(jì) 12 12 5 反應(yīng)器的設(shè)計(jì) 在物料衡算和熱量衡算的基礎(chǔ)上，可以對(duì)反應(yīng)部分主要設(shè)備的工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算。這一部分主要是反應(yīng)器的工藝參數(shù)優(yōu)化。 設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力： 年年操作時(shí)間： 287天 6888小時(shí) ；本設(shè)計(jì)采用兩臺(tái)反應(yīng)器并聯(lián)進(jìn)行反應(yīng)。 已知： (1)每小時(shí)輸入的原料氣量總為 h； (2)以銀為催化劑，顆粒為球形， d=5隙率 ； (3)反應(yīng)溫度為 523K，操作壓力為 1速為 5000 (4)反應(yīng)器列管規(guī)格為 27 (5)反應(yīng)熱用油撤走，導(dǎo)出液進(jìn)口溫度 503K，導(dǎo)出液出口溫度 508K； (6)原料氣進(jìn)口溫度為 483K，氧化氣出口溫度為 523K。 計(jì)算催化劑床層體積 進(jìn)入反應(yīng)器 的氣體總流量為 h，空速設(shè)為 000 1h ,則反應(yīng)器中催化劑的裝填體積 ： 由于氣體進(jìn)料則 PV=V= 1336 mo 3330 3 9 . 5 0 8 9 總 反應(yīng)器的管數(shù)計(jì)算與確定 對(duì)于列管式固定床反應(yīng)器，首先應(yīng)根據(jù)傳熱要求選定選擇 27 求出反應(yīng)管根數(shù) n。 給定管子的規(guī)格 ，故管子的內(nèi)徑 2 (根據(jù)化工原理（上）附表 反應(yīng)管根數(shù) 化 學(xué) 反 應(yīng) 工 程 課 程 設(shè) 計(jì) 13 13 由于管長(zhǎng) l=8m，催化劑充填高度 L=以反應(yīng)器管數(shù) 9 0 5 9422根） 如果采用正三角形排列，取實(shí)際管數(shù)為 N=3675根 。 第一反應(yīng)器內(nèi)徑的確定 按三角形排列，取管心距 t= 外端管心與反應(yīng)器的器壁距離 e=60則管排總截面積 反應(yīng)器內(nèi)經(jīng) 222 2 2 0 0 4 0 7 560s i n 反應(yīng)器內(nèi)經(jīng) t 取反應(yīng)器的內(nèi)徑 化 學(xué) 反 應(yīng) 工 程 課 程 設(shè) 計(jì) 14 14 熱面積的核算 層對(duì)壁面的給熱系數(shù) 對(duì)于氧化反應(yīng)器，催化劑床層是被冷卻的。此時(shí)催化劑床層與反應(yīng)器內(nèi)壁的給熱系數(shù) 1 ，可用下式進(jìn)行計(jì)算： )( 式中 1 床內(nèi)氣體的給熱系數(shù)， )/( 2 ； 反應(yīng)管內(nèi)徑， m； 催化劑顆粒直徑， m； g 通過(guò)床層的氣體的導(dǎo)熱系數(shù)， )/( 2 ； m 氣體的粘度， kg/ms： u 氣體的線速度， m/s； g 通過(guò)床層的氣體的密度， 3/ 氣體的線速度可由公式 600總269 0 33 9 5 3 05 0 0 09 0 5 9.7 總 得 9 5 3 03600 總由公式得 )( )/( 化 學(xué) 反 應(yīng) 工 程 課 程 設(shè) 計(jì) 15 15 傳熱系數(shù)的計(jì)算 以管外表面為基準(zhǔn)，碳鋼反應(yīng)管導(dǎo)熱系數(shù)取 )/( 。 其計(jì)算公式如下 21221211 工原理（上） 6由公式可得 K)/( 熱面積的核算 對(duì)數(shù)平均溫差公式為（化工原理上 21212121 )()( 換熱介質(zhì)采用逆流，則由上式得 Kt m 83508()503523( 又 需則有 27 6 3 5 8 5 8 101 2 9 7.2 需又 實(shí)則有 實(shí)可知 即實(shí)際傳熱面積大于按傳熱計(jì)算所需的傳熱面積，所以設(shè)計(jì)符合要求。 化 學(xué) 反 應(yīng) 工 程 課 程 設(shè) 計(jì) 16 16 層壓力降的計(jì)算 由基本有機(jī)化學(xué)工程 (下冊(cè) )可查得如下計(jì)算公式 (1 5 013 式中 P 床層壓力 降， 2/ H 催化劑床層高度， m： G 質(zhì)量流速， kg/ g 氣體密度， kg/ g 重力加速度， m/ 固定床空隙率； 催化劑顆粒當(dāng)量直徑， m； 氣體粘度， 或 (kg/ms)； 本次設(shè)計(jì)所選用的催化劑為 d=5算其直徑為 )/(289 9 64. 217 22 3/17.7 由 上 式得 6 6 5 0( 0 6 6 3 P M P 0 0 5 5 0 6 3 4 2 化 學(xué) 反 應(yīng) 工 程 課 程 設(shè) 計(jì) 17 17 設(shè)計(jì)結(jié)果匯總 氧化反應(yīng)器的參數(shù) 名稱 數(shù)據(jù) 原料進(jìn)料量 h 產(chǎn)品產(chǎn)量 13400噸 /年 原料進(jìn)口溫度 483K 氧化氣出口溫度 523K 催化劑用量 熱油溫度 進(jìn)口 503K 出口 508K 氧化反應(yīng)器臺(tái)數(shù) 2 氧化反應(yīng)器直徑 2780管根數(shù) 3675根 列管尺寸 27 化反應(yīng)器高度 5700熱面積 化 學(xué) 反 應(yīng) 工 程 課 程 設(shè) 計(jì) 18 18 設(shè)計(jì)評(píng)述與總結(jié) 本論文采用乙烯直接氧化法對(duì)年產(chǎn) 置進(jìn)行初步的工藝設(shè)計(jì)，主要對(duì)環(huán)氧乙烷的氧化反應(yīng)器進(jìn)行了工藝和設(shè)備的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算為環(huán)氧乙烷專置的工藝設(shè)計(jì)提供參考。 氧化反應(yīng)器是環(huán)氧乙烷生產(chǎn)中的最重要設(shè)備，在操作溫度為 523K、過(guò)物料衡算和熱量衡算決定采用兩套直徑為 管總共有 3675根，催化劑的床層高度為 強(qiáng)降和總傳熱系數(shù)核算結(jié)果表明，選型合理。 此次的設(shè)計(jì)選用的都為標(biāo)準(zhǔn)的材料，選用標(biāo)準(zhǔn)材料的優(yōu)點(diǎn)是在進(jìn)行維修時(shí)可以及時(shí)找到可以替換的材料，在生產(chǎn)中不會(huì)影響生產(chǎn)進(jìn)度 ，不會(huì)給工作人員帶來(lái)困難，減少了損失。 通過(guò)本次的設(shè)計(jì)，提高了我查閱文獻(xiàn)和自主設(shè)計(jì)的能力，同時(shí)還提高了我的計(jì)算機(jī)水平，鞏固了我的工程制圖知識(shí)。也加強(qiáng)了我的化學(xué)反應(yīng)工程的知識(shí)，加深了對(duì)環(huán)氧乙烷的知