1、化工工藝設(shè)計課程設(shè)計說明書乙烯制取環(huán)氧乙烷生產(chǎn)工藝設(shè)計姓 名： 張正元 學科、 專業(yè)： 應(yīng)用化學0911 學 號： 指 導 教 師： 劉 垚 完 成 日 期： 2012年7月1日 蘇州科技學院Suzhou University of Science and Technolog目錄1、設(shè)計任務(wù)書11.1基本數(shù)據(jù)11.2課程設(shè)計內(nèi)容及要求11.2.1內(nèi)容11.2.2具體要求12、設(shè)計方案簡介12.1反應(yīng)過程分析22.2催化劑的選擇22.3反應(yīng)器及混合器的選擇：32.4影響因素（反應(yīng)條件）的分析33、 工藝流程草圖及說明53.1 氧化反應(yīng)部分53.1.1 工藝流程草圖53.1.2 流程草圖說明53.

2、2 環(huán)氧乙烷回收和精制部分64、物料衡算64.1 由設(shè)計任務(wù)書已知數(shù)據(jù)64.2乙烯催化氧化制取環(huán)氧乙烷得物料衡算框圖74.3衡算過程74.3.1確定反應(yīng)混合氣(RP)組成84.3.2確定混合分離氣(SP)的組成94.3.3確定新鮮原料(FF)和循環(huán)氣(RC)組成94.4.4確定未脫CO2的循環(huán)氣SPC的組成114.4.5確定SRC的組成115、數(shù)據(jù)校核及結(jié)果評價125.1數(shù)據(jù)校核125.2結(jié)果評價126、計算結(jié)果一覽表137、工藝流程及控制點說明147.1工藝流程說明147.1.1環(huán)氧乙烷反應(yīng)系統(tǒng)工藝流程147.1.2二氧化碳脫除系統(tǒng)工藝流程157.2控制點說明157.2.1環(huán)氧乙烷反應(yīng)系統(tǒng)控

3、制點157.2.2二氧化碳脫除系統(tǒng)控制點16參考文獻161、設(shè)計任務(wù)書1.1基本數(shù)據(jù)原料乙烯年處理量為12萬噸用N2作為惰性致穩(wěn)氣時的原料氣組成組成C2H4O2N2CO2CH4C2H6ArH2OKmol,%15.007.0053.2710.550.630.8712.400.28反應(yīng)器的單程轉(zhuǎn)化率：12.3%選擇性： 73.8%環(huán)氧乙烷的吸收率： 99.5%O2中夾帶Ar 0.00856mol，循環(huán)排放氣中含Ar為12.85%，產(chǎn)品環(huán)氧乙烷中含Ar 0.00631mol。1.2課程設(shè)計內(nèi)容及要求1.2.1內(nèi)容1、對環(huán)氧乙烷反應(yīng)系統(tǒng)的物料衡算；2、繪制環(huán)氧乙烷反應(yīng)系統(tǒng)的工藝流程圖（一張）；3、繪制

4、二氧化碳脫除系統(tǒng)的工藝流程圖（一張）；4、 編制課程設(shè)計說明書（一份）。1.2.2具體要求1、環(huán)氧乙烷反應(yīng)系統(tǒng)的物料衡算方法參考基本有機化工工藝學（吳指南主編）一書。2、繪制的帶控制點的工藝流程圖必須符合化工制圖的規(guī)范，并且字體必須工整。3、編制的課程設(shè)計說明書應(yīng)對計算過程與工藝流程的選擇以及控點的確定進行詳細的說明和解釋。2、設(shè)計方案簡介環(huán)氧乙烷（簡稱EO）是最簡單也是最重要的環(huán)氧化合物，在常溫下為氣體，沸點10.5?？梢耘c水、醇、醚及大多數(shù)有機溶劑以任意比混合。有毒，易自聚，尤其當有鐵，酸，堿，醛等雜質(zhì)或高溫下更是如此，自聚時放出大量熱，甚至發(fā)生爆炸，因此存放環(huán)氧乙烷的貯槽必須清潔，并保持

5、在0以下。環(huán)氧乙烷是以乙烯為原料產(chǎn)品中的第三大品種，僅次于聚乙烯和苯乙烯。它的用途是制取生產(chǎn)聚酯樹脂和聚酯纖維的單體、制備表面活性劑，此外還用于制備乙醇胺類、乙二醇醚類等。2.1反應(yīng)過程分析 工業(yè)上生產(chǎn)環(huán)氧乙烷最早采用的方法是氯醇法，該法分兩步進行，第一步將乙烯和氯通入水中反應(yīng)生成2-氯乙醇，2-氯乙醇水溶液濃度控制在6%-7%（質(zhì)量）;第二步使2-氯乙醇與Ca(OH)2反應(yīng)，生成環(huán)氧乙烷。該法的優(yōu)點是對乙烯的濃度要求不高，反應(yīng)條件較緩和，其主要缺點是要消耗大量氯氣和石灰，反應(yīng)介質(zhì)有強腐蝕性，且有大量含氯化鈣的污水要排放。因此開發(fā)了乙烯直接氧化法，取代氯醇法。工業(yè)上生產(chǎn)環(huán)氧乙烷的方法是乙烯直接

6、氧化法，在銀催化劑上乙烯用空氣或純氧氧化。乙烯在Ag/-Al2O3催化劑存在下直接氧化制取環(huán)氧乙烷的工藝，可用空氣氧化也可以用氧氣氧化，氧氣氧化法雖然安全性不如空氣氧化法好 ，但氧氣氧化法選擇性較好，乙烯單耗較低，催化劑的生產(chǎn)能力較大，故大規(guī)模生產(chǎn)采用氧氣氧化法。主要反應(yīng)方程式如下： 主反應(yīng) 副反應(yīng)由乙烯環(huán)氧化反應(yīng)的動力學可知，乙烯完全氧化生成二氧化碳和水，該反應(yīng)是強放熱反應(yīng)，其反應(yīng)熱效應(yīng)要比乙烯環(huán)氧化反應(yīng)大十多倍。故副反應(yīng)的發(fā)生不僅使環(huán)氧乙烷的選擇性降低，而且對反映熱效應(yīng)也有很大的影響。選擇性下降，熱效應(yīng)就明顯增加，如選擇性下降移熱慢，反應(yīng)溫度就會迅速上升，甚至產(chǎn)生飛溫。所以反應(yīng)過程中選擇性

7、的控制十分重要。2.2催化劑的選擇環(huán)氧化法生產(chǎn)環(huán)氧乙烷是一個強放熱放應(yīng)，為減少深度氧化的副反應(yīng)，提高選擇性，催化劑的選擇非常重要。研究表明，只有在銀催化劑催化下乙烯的環(huán)氧化反應(yīng)才有較高的選擇性。工業(yè)上使用的銀催化劑是由活性組分，載體和助催化劑所組成。載體載體的主要功能是分散活性組分和防止銀微晶的半熔和燒結(jié)，使其活性保持穩(wěn)定。由于乙烯環(huán)氧化過程存在平行副反應(yīng)和連串副反應(yīng)的競爭，又是一強放熱反應(yīng)，故載體的表面結(jié)構(gòu)及其導熱性能，對反應(yīng)的選擇性和催化劑顆粒內(nèi)部溫度的分布有顯著的影響。載體表面積大，活性比表面積大，催化劑活性高但也有利于乙烯完全氧化反應(yīng)的發(fā)生，甚至生成的環(huán)氧乙烷很少。載體如有空隙，由于反

8、應(yīng)物在細空隙中的擴散速度慢，產(chǎn)物環(huán)氧乙烷在空隙中濃度比主體濃度高，有利于連串副反應(yīng)地進行。工業(yè)上為了控制反應(yīng)速度和選擇性，均采用低比表面積無孔隙或粗空隙惰性物質(zhì)作為載體，并要求有較好的導熱性能和較高的熱穩(wěn)定性。工業(yè)上常用的載體又碳化硅，氧化鋁和含有少量氧化硅的氧化鋁等。助催化劑所采用的助催化劑有堿金屬類，堿土金屬類和稀土元素化合物等。堿土金屬類中，用得最廣泛的是鋇鹽。在銀催化劑中加入少量鋇鹽，可增加催化劑的抗熔結(jié)能力，有利于提高催化劑的穩(wěn)定性，延長其壽命，并可提高活性。據(jù)研究兩種或兩種以上的助催化劑起到協(xié)同作用，可提高選擇性。抑制劑 在銀催化劑中加入少量硒碲氯溴等對抑制二氧化碳的生成，提高環(huán)氧

9、乙烷的選擇性有較好的效果。工業(yè)上常在原料氣中添加微量有機氯如二氯乙烷，以提高催化劑的選擇性，調(diào)節(jié)溫度。2.3反應(yīng)器及混合器的選擇乙烯環(huán)氧化制環(huán)氧乙烷是一強放熱反應(yīng)，溫度對反應(yīng)的選擇性又甚敏感，對于這種反應(yīng)最好采用流化床反應(yīng)器，但因為細顆粒的銀催化劑易結(jié)塊也易磨損，流化質(zhì)量很快惡化，催化劑效率急速下降，故工業(yè)上普遍采用的是列管式固定床反應(yīng)器，管內(nèi)放催化劑，管間走冷卻介質(zhì)。在配制混合氣時，由于純氧加入到循環(huán)氣和乙烯的混合氣中去，必須使氧和循環(huán)氣迅速混合達到安全組成，如果混合不好很可能形成氧濃度局部超過極限濃度，進入熱交換器時易引起爆炸危險。為此，混和器的設(shè)計極為重要，工業(yè)上是借多空噴射器對著混和氣

10、流的下游將氧高速度噴射到循環(huán)氣和乙烯的混合氣中，使他們迅速進行均勻混合。為了確保安全，需要用自動分析檢測儀監(jiān)視，并配制自動報警連鎖切斷系統(tǒng)，熱交換器安裝需要有防爆措施。2.4影響因素（反應(yīng)條件）的分析 反應(yīng)溫度乙烯環(huán)氧化過程中存在著平行的完全氧化副反應(yīng)，影響轉(zhuǎn)化率和選擇性的主要因素是溫度。溫度過高，反應(yīng)速度快、轉(zhuǎn)化率高、選擇性下降、催化劑活性衰退快、易造成飛溫；溫度過低，速度慢、生產(chǎn)能力小。所以要控制適宜溫度，其與催化劑的選擇性有關(guān)，一般控制的適宜溫度在200-260。 反應(yīng)壓力加壓對氧化反應(yīng)的選擇性無顯著影響，但可提高反應(yīng)器的生產(chǎn)能力且有利于環(huán)氧乙烷的回收，故采用加壓氧化法，但壓力高對設(shè)備的

11、要求高費用增加催化劑易損壞。故采用操作壓力為2Mpa左右。 空速與溫度相比該因素是次要的，但空速減小，轉(zhuǎn)化率增高，選擇性也要降低，而且空速不僅影響轉(zhuǎn)化率和選擇性，也影響催化劑的空時收率和單位時間的放熱量，故必須全面衡量，現(xiàn)在工業(yè)上采用的混合氣空速一般為4000-8000/h左右，也有更高的。催化劑性能高反應(yīng)熱能及時移出時選擇高空速，反之選擇低空速。 原料純度原料其中的雜質(zhì)可能給反應(yīng)帶來不利影響：使催化劑中毒而活性下降，如乙炔和硫化物使催化劑永久中毒，乙炔和銀形成的乙炔銀受熱會發(fā)生爆炸性分解；使選擇性下降（鐵離子）；使反應(yīng)熱效應(yīng)增大（H2、C3以上烷烴和烯烴）；影響爆炸極限，如氬氣是惰性氣體但其

12、會使氧的爆炸極限濃度降低而且增加爆炸的危險性，氫也有同樣的效應(yīng)，故原料中的雜質(zhì)含量要嚴格控制乙炔5ppm,C3以上烴1ppm,硫化物1ppm,H25ppm）。 進入反應(yīng)器的混合氣配比由于反應(yīng)的單程轉(zhuǎn)化率較低故采用具有循環(huán)的乙烯環(huán)氧化過程，進入反應(yīng)器的混合氣是由循環(huán)氣和新鮮原料氣混合而成的，其組成既影響經(jīng)濟效益也關(guān)系生產(chǎn)安全。氧的含量必須低于爆炸極限濃度，因乙烯的濃度影響氧的極限濃度而且影響催化劑的生產(chǎn)能力，所以其濃度也需控制。乙烯和氧濃度有一適量值（如濃度過高，反應(yīng)快，放熱多，反應(yīng)器的熱負荷大，如放熱和除熱不能平衡，就會造成飛溫），如果以氧氣作氧化劑，為使反應(yīng)不致太劇烈仍須加入致穩(wěn)劑 。以氮氣

13、作致穩(wěn)劑時進入反應(yīng)器的乙烯濃度可達15-20%，氧濃度為8%左右。由于反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率比較低，為了充分利用原料從吸收塔出來的氣體須循環(huán)。由于循環(huán)氣中含有雜質(zhì)和反應(yīng)副產(chǎn)物，所以需要在循環(huán)之前將一部分有害氣體排除，即脫除二氧化碳。從吸收塔排出的氣體，大部分（90%）循環(huán)使用，小部分送二氧化碳吸收裝置，用堿洗法（熱碳酸鉀溶液）脫除掉副反應(yīng)生成的二氧化碳。二氧化碳對環(huán)氧化反應(yīng)有抑制作用，但適量提高其含量對反應(yīng)的選擇性有好處，且能提高氧的爆炸極限，故循環(huán)氣中允許有一定量二氧化碳，但不宜過多。 乙烯轉(zhuǎn)化率 單程轉(zhuǎn)化率的控制與氧化劑的種類有關(guān)，用純氧作氧化劑時，單程轉(zhuǎn)化率一般控制在12%15%，選擇性可達75-

14、84%或更高。用空氣作氧化劑時，單程轉(zhuǎn)化率一般控制在30%35%，選擇性可達70%左右。單程轉(zhuǎn)化率過高時，由于放熱量大，溫度升高快，會加快深度氧化，使環(huán)氧乙烷的選擇性明顯降低。因為工業(yè)上采用循環(huán)流程，所以單程轉(zhuǎn)化率也不能太低，否則會因循環(huán)氣量過大而耗能增加。3、 工藝流程草圖及說明3.1 氧化反應(yīng)部分 3.1.1 工藝流程草圖圖（1）氧氣氧化法反應(yīng)部分的工藝流程1、 混合器 2、熱交換器 3、反應(yīng)器 4、環(huán)氧乙烷吸收塔5、二氧化碳吸收塔 6、二氧化碳吸收液再生塔3.1.2 流程草圖說明由于此反應(yīng)為氣固相反應(yīng)，并且催化劑比較貴,所以選擇列管式固定床反應(yīng)器。反應(yīng)放出大量的熱,所以須采用換熱介質(zhì)進行

15、換熱，根據(jù)反應(yīng)的熱效應(yīng)求得反應(yīng)的溫度在180-250，因此選擇礦物油作為換熱介質(zhì)，采用外部循環(huán)式換熱。由以上流程圖可以看出，新鮮原料氣與循環(huán)氣混合后，經(jīng)過熱交換器預熱一段時間后，從反應(yīng)器上部進入催化床層。自反應(yīng)器流出的反應(yīng)混合氣中環(huán)氧乙烷的含量僅為1-2%，經(jīng)熱交換器利用其熱量并進行冷卻后，進入環(huán)氧乙烷吸收塔。由于環(huán)氧乙烷能以任何比例與水混合，故采用水做吸收劑以吸收反應(yīng)氣中的環(huán)氧乙烷。從吸收塔排出的氣體，大部分（約90%）循環(huán)使用，而一小部分需送入CO2吸收裝置，用熱碳酸鉀溶液脫除掉副反應(yīng)所生成的CO2。送入CO2吸收裝置的那一小部分氣體在二氧化碳吸收塔中與來自再生塔的高溫貧碳酸氫鉀-碳酸鉀溶

16、液接觸。在二氧化碳作用下轉(zhuǎn)化為碳酸氫鉀。自二氧化碳吸收塔塔頂排出的氣體經(jīng)冷卻，并分離出夾帶的液體后，返回至循環(huán)系統(tǒng)。二氧化碳吸收塔塔釜的富碳酸氫鉀-碳酸鉀溶液經(jīng)減壓入再生塔，經(jīng)加熱，使碳酸氫鉀分解為二氧化碳和碳酸鉀，CO2自塔頂排出，再生后的貧碳酸氫鉀-碳酸鉀溶液循環(huán)回二氧化碳吸收塔。3.2 環(huán)氧乙烷回收和精制部分 自吸收塔塔底排出的環(huán)氧乙烷吸收液（1.5%）經(jīng)熱交換利用其熱量后進入解析塔，冷凝出大部分水和重組分雜質(zhì)。解析出10%（質(zhì)量）的環(huán)氧乙烷水溶液，同時分離出一起解離出的二氧化碳和其他不凝氣體。然后進入脫氣塔脫二氧化碳，此處脫出的氣體除含二氧化碳外還有大量的環(huán)氧乙烷蒸汽，這部分氣體返回吸

17、收塔。自脫氣塔排出的環(huán)氧乙烷水溶液，一部分直接送乙二醇裝置，加入適量水后水合制乙二醇。其余進精餾塔，塔頂蒸出的甲醛（含環(huán)氧乙烷）和塔下部取出的含乙醛的的環(huán)氧乙烷，仍返回脫氣塔。精餾塔和解析塔的塔底排出的水，經(jīng)熱交換利用其熱量和冷卻后，循環(huán)回吸收塔作吸收水用。關(guān)于能耗方面，除了反應(yīng)選擇性和反應(yīng)熱的利用等影響因素外，環(huán)氧乙烷吸收液的濃度和吸收水熱量的利用，對能耗也有顯著影響。在環(huán)氧乙烷吸收系統(tǒng)和解吸收系統(tǒng)設(shè)置多個換熱器，以回收不同位能的熱量；低位能熱量的回收和利用，降低吸收水溫度以提高吸收效率，提高吸收液中環(huán)氧乙烷的濃度，減少循環(huán)水量，二氧化碳系統(tǒng)熱量的回收和利用等，均可降低能耗。乙烯催化氧化法制

18、環(huán)氧乙烷的工藝需注意以下兩點1、保障安全性對此工藝，由于副反應(yīng)為強放熱反應(yīng)，溫度的控制尤為重要，若反應(yīng)熱未及時移走，就會導致溫度難于控制，產(chǎn)生飛溫現(xiàn)象。由于是氧氣做氧化劑，還存在爆炸極限的問題，所以反應(yīng)氣體的混合至關(guān)重要?？山栌枚嗫讎娚淦鲗χ旌蠚饬鞯南掠螌⒀醺咚賴娚淙胙h(huán)氣和乙烯的混合氣中，使它們迅速進行均勻混合。為控制氧氣、乙烯的濃度在爆炸極限以內(nèi)，也為使反應(yīng)不致太劇烈，需采用惰性致穩(wěn)氣，可采用N2或CH4作致穩(wěn)氣。2、保障經(jīng)濟性對化工行業(yè)的生產(chǎn)工業(yè)來說，經(jīng)濟性是應(yīng)首先考慮的重要因素。為滿足此要求，應(yīng)想辦法使反應(yīng)的選擇性提高，催化劑的研究開發(fā)決定著反應(yīng)的選擇性，故應(yīng)采用性能良好的催化劑，并

19、用二氯化物來抑制副反應(yīng)的發(fā)生。還應(yīng)考慮能量的利用率，想辦法利用生產(chǎn)流程中各種位能的熱量，充分節(jié)約資源，降低生產(chǎn)成本。4、物料衡算4.1 由設(shè)計任務(wù)書已知數(shù)據(jù)如下用N2作為惰性致穩(wěn)氣時的原料氣組成組成C2H4O2N2CO2CH4C2H6ArH2Okmol,%15.007.0053.2710.550.630.8712.400.28反應(yīng)器的單程轉(zhuǎn)化率：12.3%選擇性： 73.8%環(huán)氧乙烷的吸收率： 99.5%反應(yīng)器吸收塔CO2脫除裝置CADBSPCSRC水W P (Ar)環(huán)氧乙烷水溶液SPRPMFFFRCC2H4O2(Ar)N2除 TCCO2O2中夾帶Ar 0.00856mol，循環(huán)排放氣中含Ar

20、為12.85%，產(chǎn)品環(huán)氧乙烷中含Ar 0.00631mol。4.2乙烯催化氧化制取環(huán)氧乙烷得物料衡算框圖：圖（2）其中：FF 新鮮原料氣 MF 原料混合氣 RP 反應(yīng)混合氣 SP 混合分離氣 RC 循環(huán)氣 P 產(chǎn)品環(huán)氧乙烷 W 排空廢氣 SPC 未脫除二氧化碳的循環(huán)氣 TC 脫除的二氧化碳 SRC 脫除二氧化碳的循環(huán)氣4.3衡算過程除節(jié)假日外年工作日為300天，則每小時混合原料氣的處理量為： 所以 衡算基準：以進入反應(yīng)器的混合原料氣4000kmol為基準衡算范圍：以下各步的衡算范圍如圖（2）虛線框所示4.3.1以反應(yīng)器為衡算范圍，確定反應(yīng)混合氣(RP)組成(A)反應(yīng)器中的主要反應(yīng)方程式：主反應(yīng)

21、方程式: 平行副反應(yīng)方程式：(B) 原料混合氣(MF)各組分摩爾數(shù)的變化(C2H4) 4000x15%12.3%=73.8000kmol(C2H4O) 73.800073.8%=54.4644kmol(CO2) 73.8000(1-73.8%)2=38.6712kmol(H2O) 38.6712kmol(O2) (C)反應(yīng)混合氣(RP)的組分含量C2H4 400015%-73.8000=526.2000kmolO2 40007%-85.2390=194.7610kmolC2H4O 54.4644kmolCO2 400010.55%+38.6712=460.6712kmolH2O 40000.2

22、8%+38.6712=49.8712kmol其他氣體未參加反應(yīng)，故他們的量不變，同原料氣 CH4 40000.63%=25.20kmol N2 400053.27%=2130.80kmolC2H6 40000.87%=34.80kmolAr 400012.40%=496.00kmol(D) 反應(yīng)混合氣的組成 由以上計算可得RP中混合物的總量(SRP) RP=526.2000+194.7610+460.6712+25.2000+54.4644+49.8712+34.8000+496.0000+2130.8000=3972.7678kmol計算結(jié)果如下表：組成C2H4O2N2CO2CH4C2H6A

23、rH2OC2H4Okmol526.2000194.76102130.8000460.671225.200034.8000496.000049.871254.4644kmol,%13.2454.90253.63511.5960.6340.87612.4851.2551.371 4.3.2以吸收塔為衡算范圍，確定混合分離氣(SP)的組成(A) RP中各組分量的變化(即在產(chǎn)品P中的含量)(C2H4O) 54.464499.5%=54.1921kmol(Ar) 54.19210.00631=0.3420kmol(H2O) 49.8712kmol (即考慮水全部進入產(chǎn)品中 )由此可得，產(chǎn)品(P)中帶出的

24、物質(zhì)總量（SP）P=54.1921+0.3420+49.8712=104.4053kmol(B) SP中各組分的含量利用衡算關(guān)系式： RP(X) = SP(X) + P(X) X為SP中某組分對C2H4O和Ar作物料衡算，得它們的含量如下C2H4O 54.4644-54.1921=0.2723kmolAr 496.0000-0.3420=495.6580kmolH2O 49.8712-49.8712=0 其他氣體的量不變。(C)確定SP的組成由于SP的組成與循環(huán)排放氣W組成相同，故SP中Ar的摩爾分數(shù)也為12.85%?？傻肧P中各組分的總量(SSP)計算結(jié)果如下表：組成C2H4O2N2CO2C

25、H4C2H6ArH2OC2H4Okmol526.2000194.76102130.8000460.671225.200034.8000495.658000kmol,%13.6425.04955.24111.9430.6530.90212.850004.3.3確定新鮮原料(FF)和循環(huán)氣(RC)組成(A) 以整體為衡算范圍，對Ar作物料衡算.設(shè)FF中O2為X kmol,C2H4為Y kmol;RC中 O2為 Z kmol，C2H4 為G kmol。利用衡算式 FF(Ar) = P(Ar) + W(Ar) 可得0.00856X =0.3420+ W12.85% (B) 以節(jié)點B為衡算范圍，對C2H

26、4和O2作物料衡算。利用衡算式 SP(x) = RC(x) + W(x) X為C2H4和O2且W中各組分的組成與SP中各組分的組成相等，可得對C2H4： 526.2=G+ W13.6420% 對O2 ： 194.7610 =Z+ W5.0490% (C) 以節(jié)點A為衡算范圍，對C2H4和O2作物料衡算。利用衡算式 MF(X) = FF(X) + RC(X) X為C2H4和O2 可得:對C2H4： 600.0000=Y + G 對O2 ： 280.0000=X + Z 聯(lián)立以上五式，解得X=85.3918 Y=74.2129 Z=194.6082 G=525.7871 W=3.0269(D)確定

27、FF的組成由以上計算可知FF中： O2含量為85.3918kmol，C2H4含量為74.2129kmol，故FF中O2中的Ar夾帶量為： 85.39180.00856=0.7310kmol以節(jié)點B為衡算范圍，對N2作物料衡算，利用衡算式 SP(N2) = RC(N2) + W(N2) 可得 RC(N2)=2130.80000-3.0269x55.241%=2129.1279kmol以節(jié)點A為衡算范圍，對N2作物料衡算，利用衡算式 MF(N2) = FF(N2) + RC(N2) 可得 FF(N2)= 2130.80000-2129.1279=1.6721kmol故FF中各組分的總量FF=74.

28、2129+85.3918+0.7310+1.6721=162.0078kmol計算結(jié)果如下表：組成C2H4O2N2Arkmol74.212985.39181.67210.7310kmol,%45.80852.7081.0320.451(E)確定RC的組成由前面的計算已得RC中：O2：194.6082kmol,C2H4：525.7871kmol,N2：2129.1279kmol。以節(jié)點A為衡算范圍，對Ar作物料衡算，利用衡算式 MF(Ar) = FF(Ar) + RC(Ar) 可得: RC(Ar)=495.6580-0.7310=494.9270kmol RC中其他組分的量與MF中相等。故RC中

29、各組分的總量RC=525.7871+194.6082+2129.1279+422.0000+25.2000+34.8000+494.9270+11.2000=3837.6502kmol計算結(jié)果如下表：組成C2H4O2N2CO2CH4C2H6ArH2OC2H4Okmol525.7871194.60822129.1279422.000025.200034.8000494.927011.20000kmol,%13.7015.07155.48010.9960.6570.90712.8970.29204.4.4確定未脫CO2的循環(huán)氣SPC的組成(A) W中含CO2的量 3.026911.943%=0.3

30、615kmol(極少，略去) 由節(jié)點C處CO2 守衡，有： TC(CO2) = SP(CO2) - RC(CO2) 得： TC(CO2)=460.6712-422.0000=38.6712kmol(B) 根據(jù)工藝條件，可設(shè)二氧化碳脫除裝置中CO2的脫除效率為70%則進入裝置的CO2量為： SRC中CO2的量 SRC(CO2)=55.2446(1-70%)=16.5734kmol 節(jié)點D處CO2平衡，有 RC(CO2) = SRC(CO2) + SPC(CO2) 可得： SPC(CO2)=422.0000-16.5734=405.4266kmol 又SPC中各組分的組成與SP各組分相等，故SPC

31、各組分總量 因 所以從吸收塔出來進入循環(huán)的混合氣有88%直接循環(huán)，12%進入CO2脫除裝置中。(B) 因SPC與SP各組分組成相等，可得SPC中各物質(zhì)的摩爾數(shù)（單位：kmol） C2H4：463.1022 O2：171.3974 CH4：22.1673 C2H6：30.6200 CO2：405.4266 N2：1875.2550 Ar：436.2163SPC組成的計算結(jié)果如下表：組成C2H4O2N2CO2CH4C2H6ArH2OC2H4Okmol463.1022171.39741875.2550405.426622.1673 30.6200436.216300kmol,%13.6425.049

32、55.24111.9430.6530.90212.850004.4.5以節(jié)點D為衡算范圍，確定SRC的組成 利用 RC(x) = SP(x) + SRC(x) X為SRC中某組分,可得SRC中各組分的量C2H4 ： 525.7871-463.1022=62.6849kmolO2 ： 194.6802-171.3974=23.2108kmolN2 ： 2129.1279-1875.2550=253.8729kmolCO2： 422.0000-405.4266=16.5734kmolCH4 ： 25.2000-22.1673=3.0327kmolC2H6 ： 34.8000-30.6200=4.1

33、800kmolAr： 494.927-436.2163=58.7107kmolH2O： 11.2000-0=11.2000kmol故SRC中各組分的總量SRC=62.6849+23.2108+253.8729+16.5734+3.0327+4.1800+58.7107+11.2000=433.4654kmol計算結(jié)果如下表：組成C2H4O2N2CO2CH4C2H6ArH2OC2H4Okmol62.684923.2108253.872916.57343.03274.180058.710711.20000kmol,%14.4615.35558.5683.8230.7000.96413.5442.5

34、8405、數(shù)據(jù)校核及結(jié)果評價5.1數(shù)據(jù)校核 總物料平衡 FF=P+W+TC 其中FF=162.0078kmol P=104.4053kmol W=3.02690kmol TC=38.6712kmol 故 方程右邊=146.1034kmol方程左邊 吸收塔物料平衡 RP=SP+P其中RP=3972.7678kmol SP=3857.2607kmol P=104.4053kmol得 方程右邊=3961.6660kmol方程左邊 節(jié)點A物料平衡 MF=FF+RC其中FF=162.0078kmol RC=3837.6502kmol MF=4000kmol 有 方程右邊=3999.658kmol方程左邊

35、 節(jié)點B(C)物料平衡 SP=W+RC+TC其中SP=3857.2607kmol W=3.0629kmol RC=3837.6502kmol TC=38.6712kmol得 方程右邊=3879.3483kmol方程左邊 節(jié)點D物料平衡 RC=SRC+SPC其中RC=3837.6502kmol SRC=433.4654kmol SPC=3394.6797kmol有 方程右邊=3828.1451kmol方程左邊5.2結(jié)果評價 以上在不同的衡算范圍對總氣體量分別進行校核，計算的結(jié)果顯示各種計算數(shù)據(jù)基本符合要求。雖有一些誤差，但都在工程允許范圍內(nèi)。下面對誤差進行分析。在實際生產(chǎn)過程中，由于在環(huán)氧乙烷吸

36、收塔中，水也溶解了其它微量氣體，所以產(chǎn)品P中并非僅有C2H4O及微量的Ar，而在計算過程中沒有考慮那部分氣體的量，視產(chǎn)品中僅有C2H4O和Ar，而且計算過程中忽略了W中排出的極少部分氣體，所以導致SP的氣體總量及部分物質(zhì)的量不精確，但誤差很小，并不影響整體結(jié)果。在計算過程中，將SP中H2O和C2H4O的量視為零，因SPC與SP的組成相同，所以RC中的H2O考慮為從SRC中來，即從CO2脫除裝置中出來的循環(huán)氣帶出了少量的水，從而滿足水的平衡。由于致穩(wěn)氣N2是循環(huán)使用的，只需一次輸入即可，但在實際生產(chǎn)中，W、TC以及P處都有少量N2帶出，故FF中需要夾帶一定量的N2進行補充。組成C2H4O2N2C

37、O2CH4C2H6ArH2OC2H4O總計kmol混合氣kmol526.2000194.76102130.8000460.671225.200034.8000496.000049.871254.46443972.7678RPkmol,%13.2454.90253.63511.5960.6340.87612.4851.2551.371100kmol526.2000194.76102130.8000460.671225.200034.8000495.6580003857.2607SPkmol,%13.6425.04955.24111.9430.6530.90212.85000100kmol74.2

38、12985.39181.67210000.731000162.0078FFkmol,%45.80852.7081.0320000.45100100kmol525.7871194.60822129.1279422.000025.200034.8000494.927011.200003837.6502RCkmol,%13.7015.07155.48010.9960.6570.90712.8970.2920100kmol463.1022171.39741875.2550405.426622.1673 30.6200436.2163003394.6797SPCkmol,%13.6425.04955.2

39、4111.9430.6530.90212.85000100kmol62.684923.2108253.872916.57343.03274.180058.710711.20000433.4654SRCkmol,%14.4615.35558.5683.8230.7000.96413.5442.58401006、計算結(jié)果一覽表7、工藝流程及控制點說明7.1工藝流程說明7.1.1環(huán)氧乙烷反應(yīng)系統(tǒng)工藝流程1 主流程（1）原料流程原料乙烯、氧氣和致穩(wěn)氮氣來自界區(qū)，他們與循環(huán)物料氣的混合氣體站(H-102)充分混合后，進入氣氣換熱器（E-111）與反應(yīng)生成氣換熱并預熱到指一定溫度后，從填充銀催化劑的列管式

40、固定床反應(yīng)器（D-110）的上部進入催化床層，在一定溫度（220-260）和壓力（2Mpa）下，進行氧化反應(yīng)。（2）吸收流程已反應(yīng)的氣體自氧化反應(yīng)器（D-110）下部流出，進入氣氣換熱器（E-111）,被反應(yīng)原料氣冷卻后進入環(huán)氧乙烷水吸收塔（D-115）。在吸收塔中，以水做吸收劑，吸收反應(yīng)氣體中的產(chǎn)物環(huán)氧乙烷。吸收劑水自塔上部進入，環(huán)氧乙烷吸收液自塔中部流入，進入環(huán)氧乙烷精制流程。為提高環(huán)氧乙烷的吸收率和避免循環(huán)氣中二氧化碳的積累，從吸收塔頂部排出的氣體，一部分（90%）循環(huán)回反應(yīng)器，另一小部分送至二氧化碳吸收裝置，用熱碳酸鉀溶液脫除掉副反應(yīng)所生成的二氧化碳。從吸收塔頂部出來的吸收氣，一部分作

41、為循環(huán)排放氣排至蒸汽加熱器（B-110）中燒掉：另一部分作為循環(huán)氣與致穩(wěn)氣氮氣進入循環(huán)壓縮機（C-110）,加壓后，混合氣大約有十分之一送至二氧化碳脫除流程，脫除二氧化碳后，再返回至循環(huán)氣系統(tǒng)：一部分經(jīng)添加抑制劑二氯乙烷后，進入氧氣混和器（H-102）,與原料乙烯，氧氣混合，成為原料氣。2 輔助流程（1）熱油循環(huán)流程乙烯的環(huán)氧化反應(yīng)為放熱反應(yīng)，其副反應(yīng)為乙烯完全氧化為二氧化碳和水的反應(yīng)，更是強放熱反應(yīng)。故在反應(yīng)過程中應(yīng)及時將反應(yīng)產(chǎn)生的反應(yīng)熱移走，否則不僅會使選擇性下降，甚至還會產(chǎn)生飛溫現(xiàn)象。本工藝流程方案中，用礦物油做冷卻劑，移走反應(yīng)熱。流程如下：循環(huán)載熱的熱油經(jīng)過熱油冷卻器（E-110）冷卻

42、后，進入氧化反應(yīng)器（D-110）的上部，吸收反應(yīng)熱會后從反應(yīng)器下部流出。由于此時熱油溫度較高，為防止熱膨脹使輸油管變形，應(yīng)與熱油膨脹罐（F-110）連接。同時為了補充循環(huán)過程中的礦物油損失，應(yīng)在設(shè)一熱油儲罐（F-110）,并以2kg/cm2的蒸汽加熱，經(jīng)加熱的熱油由輸送泵（G-115）輸出，與反應(yīng)器下部流出的高溫熱油混合后，油熱泵（G-110）送入熱油冷卻器（E-110）,如此不斷循環(huán)。（2）蒸汽流程 在熱油冷卻器（E-110）中，熱油在換熱冷卻的同時產(chǎn)生高壓蒸汽，一部分送至用戶，另一部分進入蒸汽加熱氣（B-110）進一步提高熱位。蒸汽加熱氣（B-110）以燃料油及吸收塔中排出氣等作燃料，進入

43、空氣燃燒，來加熱蒸汽，產(chǎn)生高熱位蒸汽，經(jīng)循環(huán)壓縮機（C-110）,減壓變?yōu)榈蛪赫羝?，作為流程中其它設(shè)備熱源之用。（3）抑制劑流程 為抑制副反應(yīng)，氧化反應(yīng)過程中需有抑制劑二氯乙烷（EDC）加入，用中壓氮氣作載氣。抑制劑由抑制劑罐（F-1308）送入抑制劑蒸發(fā)器（F-30A），經(jīng)加熱蒸發(fā)與壓縮后的致穩(wěn)氣，循環(huán)氣混合，進入混合器。 7.1.2二氧化碳脫除系統(tǒng)工藝流程1、脫二氧化碳循環(huán)氣流程 經(jīng)循環(huán)壓縮機（C-110）加壓后，循環(huán)氣的一部分進入接觸塔（D-210），與來自再生塔后由塔頂排出，進入脫二氧化碳冷卻器（D-211）的碳酸鉀溶液作用，脫去二氧化碳后又塔頂排出，進入脫二氧化碳冷卻器（E-211），經(jīng)冷卻后夾帶著冷凝的碳酸鉀溶液的循環(huán)氣進入接觸分離罐（F-210）進行氣液分離。分離出來的液體則送入再生塔（D-220）進行再生處理。2、碳酸鉀溶液循環(huán)系統(tǒng) 接觸塔（D-210）中，來自再生塔的貧碳酸鉀溶液與循環(huán)氣體中的二氧化碳重用，碳酸鉀轉(zhuǎn)化為碳酸氫鉀，塔釜的富碳酸鉀-碳酸