年產6萬噸環氧乙烷的固定床反應器設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 環氧乙烷的性質和用途 3
2.1環氧乙烷的性質 3
2.1.1 物理性質 3
2.1.2 化學性質 4
2.2環氧乙烷的發展 5
第3章 設計方案的確定 7
3.1 環氧乙烷的生產方法的確定 7
3.2 催化劑的選擇 8
3.3 環氧乙烷生產工藝條件的確定 8
3.3.1 反應溫度 8
3.3.2 反應壓力 8
3.3.3 空速 9
3.3.4 原料配比和循環比 9
3.3.5 抑制劑 9
3.3.6 穩定劑的選擇 10
3.4 環氧乙烷生產的工藝流程 10
第4章 工藝計算 13
4.1 設計條件 13
4.1.1 反應原理 13
4.1.2 原料組成 14
4.1.3 反應器條件 14
4.2 物料衡算 14
4.3熱量衡算 17
第五章 反應器的設計 21
第6章 安全與環保設計說明 25
6.1 工藝安全 25
6.2 操作規則 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 結論 28
參考文獻 29
致謝 30
附錄 31
第1章 概述
環氧乙烷又名氧化乙烯(Ethylene Oxide)，是最簡單的環狀醚。分子式C2H4O，分子量44.05。
環氧乙烷是以乙烯為原料的主要石油化工產品之一。世界乙烯總產量的16％用來生產環氧乙烷，環氧乙烷是乙烯工業衍生物中僅次于聚乙烯的第二位重要化工產品。環氧乙烷還是重要的石油化工原料及有機和精細化工產品的中間體，主要用來生產乙二醇。隨著精細化工的發展，環氧乙烷已成為精細化工工業不可缺少的一種有機化工原料[1]。
環氧乙烷早期采用氯醇法工藝生產，20世紀20年代初，UCC公司進行了工業化生產，之后公司基于Lefort有關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環氧乙烷工藝。50年代末，Shell公司采用近乎純氧代替空氣作為生產環氧乙烷的氧原料，推出氧氣法乙烯直接氧化生產環氧乙烷工藝，經過不斷改進，目前較先進的生產方法是用銀作催化劑，在列管式固定床反應器中，用純氧與乙烯反應，采用乙烯直接氧化生產環氧乙烷[2-5]。
環氧乙烷是石油化學工業的重要產品，也是一種基本有機化工原料，用途很多，廣泛用于生產乙二醇、非離子表面活性劑、乙醇胺、乙二醇醚溶劑、醫藥中間體、油田化學品、農藥乳化劑等各種精細化學品。
環氧乙烷的工業化生產已經有半個多世紀的歷史，最早的工業化生產方法是氯醇法，由于其存在腐蝕設備、污染環境和耗氯量大等一系列問題，現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，其主要區別在于乙烯的氧化劑各不相同。
在環氧乙烷的生產發展過程中，生產技術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氧乙烷都是用乙烯直接氧化法生產的。直接氧化法中，首先出現的是空氣氧化法，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環氧乙烷，因為氧氣氧化法不需要空氣凈化系統，并且氧氣氧化法的環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，連續引入系統的惰性氣體大為減少，未反應的乙烯基本上可完全循環使用。
本設計采用氧氣直接氧化法，對原有的單元設備進行生產能力標定和技術經濟評定。在此基礎上，查閱了大量資料，根據設計條件，通過物料衡算、熱量衡算、反應器的選型及尺寸的確定，計算壓降、催化劑的用量等，設計出符合設計要求的反應器。
第2章 環氧乙烷的性質和用途
2.1環氧乙烷的性質
2.1.1物理性質
表2.1 環氧乙烷的主要物理性質
參數名稱 數值
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
常溫下環氧乙烷為無色、具有甜醚味的氣體。在較低的溫度下環氧乙烷成為無色、透明、易流動的液體。易溶于水、醚和醇等有機溶劑。主要物理性質如表1。...
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