化工工艺学课程设计书--环氧乙烷的制取

环氧乙烷的制备环氧乙烷是重要的有机合成原料之一。

环氧乙烷在医学消毒和工业灭菌上用途也十分广泛。

所以环氧乙烷的制备显得十分重要。

美国新泽西州科学设计有限公司在1989年对其已有了一套较完整的工序。

这是用于乙烯与分子氧化反应的一种改性银催化剂，按以下步骤制成：用银化合物与一种新酸在烃溶剂中，回流条件下反应制成的银盐浸渍载体，干燥并在空气中加热活化上述预制的催化剂母体，在基本上惰性的气氛及450-700℃稳态下，加热该催化剂母体0.1-4.5小时，使其再活化。

这项技术是关于乙烯气相氧化制环氧乙烷的一种复合型银催化剂及生产环氧乙烷的方法。

具体而言，此技术是关于含有一种碱金属如铯的负载型银催化剂。

本技术也涉及制备含这种碱金属、且其活性和选择性得到改进的一种负载型催化剂的方法。

虽然在较早的文献中都已一般地提议用碱金属，但近年来更多的该领域技术人员认为，优先选用钾。

铷和铯。

如从一系列neilson等专利文献可看到，可用少量这些金属与银共沉淀（US3962136，4010115，4012425）。

更接近的现有技术则强调碱金属的协同作用。

现已发现，采用本发明的工艺方法，可大大减少高温处理时间，如可在600℃下处理2小时，而不是mitsuhata所需的12小时以及rashkin所用的同样时间。

用本法制出的催化剂比amstrong和Becker等用新酸制出的催化剂稳定。

由以上可见，催化剂对反应是如此的有价值。

该催化剂的载体如下：以上谈论的是环氧乙烷制备从催化剂角度上的论述。

在2002年国际壳牌研究有限公司也研究了一套制备烯化氧（环氧化物、环氧乙烷）的方法。

该方法包括将含有有机过氧化氢和烯烃的进料通过至少两个串联连接的含有环氧化催化剂的反应器组并且取出含有反应产物烯化氧和醇的产物流，在反应器组中将进料的温度进行控制，使得运转过程的最后一个反应器的出口温度比第一个反应器的出口温度至少高出4℃。

制备烯化氧的另一种方法是用异丁烷和丙烯作为原料联合制备环氧丙烷和甲叔丁基醚（METE）该方法在本领域内是已知的包括与前述段落所述的制备苯乙烯环氧丙烷的方法相类似的反应步骤。

生产环氧乙烷的工艺设计
生产环氧乙烷的工艺设计如下：
1. 原料准备：原料包括乙烯和过氧化苯甲酰（PO）。

2. 乙烯氧化：将乙烯和过氧化苯甲酰混合，并在氧气的存在下，在催化剂的作用下进行氧化反应。

催化剂常用的有氯化汞（HgCl2），具体反应条件为高温（约300-350）和高压（约5-10 MPa）。

此反应生成环氧乙烷和苯甲醇，并伴随着水的生成。

3. 分离和提纯：将反应产物进一步处理，通过蒸馏或其他适当的分离技术，将环氧乙烷和苯甲醇从反应混合物中分离出来。

同时，将反应混合物中的水和其它杂质也进行分离。

4. 加工和储存：经过分离和提纯后的环氧乙烷可以进一步进行加工和储存。

加工包括进一步精制和纯化，以确保产品的质量符合要求。

储存一般采用密封的容器，以防止环氧乙烷的挥发和失效。

需要注意的是，在整个生产过程中，需要严格控制反应温度、气压和催化剂的使用量，以确保反应的高效性和安全性。

此外，还需要对废气和废水进行处理，以避免对环境造成污染。

环氧乙烷的制取《化工工艺设计》课程设计说明书乙烯制取环氧乙烷生产工艺设计姓名：张正元学科、专业：应用化学0911学号： 0920109124指导教师：刘垚完成日期： 2012年7月1日苏州科技学院Suzhou University of Science and Technolog目录1、设计任务书 (1)1.1基本数据 (1)1.2课程设计内容及要求 (1)1.2.1内容 (1)1.2.2具体要求 (1)2、设计方案简介 (1)2.1反应过程分析 (2)2.2催化剂的选择 (2)2.3反应器及混合器的选择： (3)2.4影响因素（反应条件）的分析 (3)3、工艺流程草图及说明 (5)3.1 氧化反应部分 (5)3.1.1 工艺流程草图 (5)3.1.2 流程草图说明 (5)3.2 环氧乙烷回收和精制部分 (6)4、物料衡算 (6)4.1 由设计任务书已知数据 (6)4.2乙烯催化氧化制取环氧乙烷得物料衡算框图 (7)4.3衡算过程 (7)4.3.1确定反应混合气(RP)组成 (8)4.3.2确定混合分离气(SP)的组成 (9)4.3.3确定新鲜原料(FF)和循环气(RC)组成 (9)的循环气SPC的组成 (11)4.4.4确定未脱CO24.4.5确定SRC的组成 (11)5、数据校核及结果评价 (12)5.1数据校核 (12)5.2结果评价 (12)6、计算结果一览表 (13)7、工艺流程及控制点说明 (14)7.1工艺流程说明 (14)7.1.1环氧乙烷反应系统工艺流程 (14)7.1.2二氧化碳脱除系统工艺流程 (15)7.2控制点说明 (15)7.2.1环氧乙烷反应系统控制点 (15)7.2.2二氧化碳脱除系统控制点 (16)参考文献 (16)1、设计任务书1.1基本数据原料乙烯年处理量为12万吨选择性： 73.8%环氧乙烷的吸收率： 99.5%O2中夹带Ar 0.00856mol，循环排放气中含Ar为12.85%，产品环氧乙烷中含Ar 0.00631mol。

环氧乙烷的生产方法环氧乙烷, 生产环氧乙烷(EO)又名氧化乙烯，是最简单的环状醚。

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，广泛地用于生产乙二醇、非离子表面活性剂、乙醇胺、乙醇醚溶剂、医药中间体、油田化学品、农药乳化剂等各种精细化学品。

1 环氧乙烷的生产方法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。

20世纪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。

现就这几种方法进行分析比较。

1.1 氯醇法环氧乙烷氯醇法生产分两步进行：首先氯气与水反应生成次氯酸，再与乙烯反应生成氯乙醇；然后氯乙醇用石灰乳皂化生成环氧乙烷。

这种方法存在的严重缺点大致有：1)消耗氧气，排放大量污水，造成严重污染；2)乙烯次氯酸化生产氯乙醇时，同时副产二氧化碳等副产物，在氯乙醇皂化时生产的环氧乙烷可异构化为乙醛，造成环氧乙烷损失，乙烯单耗高；3)氯醇法环氧乙烷，醛的质量分数很高，约为4×10-6-5×10-6最低也有2×10-6 。

氯醇法生产环氧乙烷，由于装置小、产量少、质量差、消耗高，因而成本也高，与大装置氧化法生产的高质量产品相比已失去了市场竞争能力。

1.2 直接氧化法乙烯直接氧化法，分为空气直接氧化法和氧气直接氧化法。

1.2.1 空气直接氧化法空气直接氧化法用空气作氧化剂，因此生产中必须有空气净化装置，以防止空气中有害杂质带人反应器而影响催化剂的活性。

空气法的特点是由两台或多台反应器串联，即主反应器和副反应器，为使主反应器催化剂的活性保持在较高水平(63%-75%)，通常以低转化率操作(20%-50%)。

目錄一、設計任務書 2二、設計方案簡介 3三、工藝流程草圖及說明 6四、物料衡算 9五、計算結果一覽表 16六、工藝流程說明 17七、附圖 20八、參考文獻 22設計任務書一、基本資料用N2作為惰性致穩氣時的原料氣組成反應器的單程轉化率：12.3%選擇性： 73.8%環氧乙烷的吸收率： 99.5%O2中夾帶的0.00856mol，迴圈排放氣中含Ar為12.85%，產品環氧乙烷中含Ar 0.00631mol。

二、課程設計內容及要求（一）內容1、對環氧乙烷反應系統的物料衡算；2、繪製環氧乙烷反應系統的工藝流程圖（一張）；3、繪製二氧化碳脫除系統的工藝流程圖（一張）；4、編制課程設計說明書（一份）。

（二）具體要求1、環氧乙烷反應系統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、繪製的帶控制點的工藝流程圖必須符合化工製圖的規範，並且字體必須工整。

3、編制的課程設計說明書應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。

設計方案簡介環氧乙烷（簡稱EO）是最簡單也是最重要的環氧化合物，在常溫下為氣體，沸點10.5℃。

可以與水、醇、醚及大多數有機溶劑以任意比混合。

有毒，易自聚，尤其當有鐵，酸，堿，醛等雜質或高溫下更是如此，自聚時放出大量熱，甚至發生爆炸，因此存放環氧乙烷的貯槽必須清潔，並保持在0℃以下。

環氧乙烷是以乙烯為原料產品中的第三大品種，僅次於聚乙烯和苯乙烯。

它的用途是制取生產聚酯樹脂和聚酯纖維的單體、製備表面活性劑，此外還用於製備乙醇胺類、乙二醇醚類等。

一、反應過程分析：工業上生產環氧乙烷最早採用的方法是氯醇法，該法分兩步進行，第一步將乙烯和氯通入水中反應生成2-氯乙醇，2-氯乙醇水溶液濃度控制在6%-7%（品質）;第二步使2-氯乙醇與Ca(OH)2反應，生成環氧乙烷。

該法的優點是對乙烯的濃度要求不高，反應條件較緩和，其主要缺點是要消耗大量氯氣和石灰，反應介質有強腐蝕性，且有大量含氯化鈣的污水要排放。

化工工艺学课程设计设计题目80000吨/年环氧乙烷反应系统工艺设计系别化学与材料工程系专业/班级化学工程与工艺/XXX学号姓名XXX指导老师XXX化工工艺学课程设计课程设计目的：是对学生所学的专业理论知识及某些专业技能的综合利用与实践，使学生能理论联系实际，也是进行化工开发和过程研究的必要准备。

培养学生综合运用各方面的知识与技能解决实际工程问题的创新能力。

课程设计内容：针对性地选择“乙烯氧化法生产环氧乙烷工艺”，从工艺角度出发对其生产过程和主要设备进行物料衡算、热量衡算、塔设备简捷法计算、换热器设计等工艺计算；对乙烯氧化固定床列管反应器进行计算；对吸收塔中各组分的吸收情况进行计算；并绘制乙烯直接环氧化生产环氧乙烷的带控制点的工艺流程图，书写设计任务书。

设计题目：80000吨/年环氧乙烷反应系统工艺设计（1）空气氧化法包括：制气（吸收塔）、合成(固定床列管反应器)、精制（精馏塔）（2）氧气直接氧化法包括：合成(固定床列管反应器)、精制（精馏塔）要求：至少画一张工艺流程图，一张主设备图目录第一章前言1.1 环氧乙烷概述 (6)1.2 环氧乙烷生产方法概述 (7)1.3 环氧乙烷生产原理 (8)1.3 环氧乙烷工艺流程 (10)第二章塔设备的概述2.1 概述 (13)2.2 板式塔与填料塔的比较 (13)2.3 塔板选择 (13)第三章设计方案简介3.1 装置流程的确定 (15)3.2 操作压力的选择 (15)3.3 浮阀标准 (15)3.4 设计草图 (16)第四章物性计算4.1 塔的物料衡算 (17)4.2 塔板数的确定 (17)4.3 精馏塔的工艺条件及有关数据的计算 (19)第五章塔的主要工艺尺寸计算5.1 塔径的计算 (24)5.2 精馏段地有效高度计算 (25)第六章塔板的主要工艺尺寸计算6.1 溢流装置计算 (26)6.2 塔板布置 (27)6.3 开孔区面积计算 (27)6.4 阀孔计算及排列 (28)第七章塔板的流体力学验证7.1 塔板压降 (32)7.2 液面落差 (32)7.3 液末夹带及泛点率 (32)7.4 漏液点 (33)7.5 液泛（淹塔）情况 (33)第八章塔板负荷性能图8.1 漏液线 (36)8.2 液相负荷下限线 (36)8.3 液相负荷上限线 (36)8.4 液末夹带线 (36)8.5 液泛线 (37)第九章塔的结构与附属设备9.1 塔体结构 (42)9 附属设备计算及选型 (42)附录：1 浮阀塔设计计算结果 (44)2 主要符号说明 (47)3 设计小结 (48)4 参考文献 (49)板式精馏塔设计任务书一、设计题目：环氧乙烷--水精馏分离板式塔设计二、设计任务及操作条件1、设计任务：生产能力（进料量） 80000 吨/年操作周期 XXXX 小时/年进料组成 40% （质量分率，下同）塔顶产品组成≥99%塔底产品组成≤1%2、操作条件操作压力 4kPa （表压）进料热状态自选单板压降≤0.7 kPa全塔效率 E T=56％回流比自选3、设备型式筛板塔板4、厂址安徽地区三、设计内容：1、设计方案的选择及流程说明2、塔的工艺计算3、主要设备工艺尺寸设计（1）塔径、塔高及塔板结构尺寸的确定（2）塔板的流体力学校核（3）塔板的负荷性能图（4）总塔高、总压降及接管尺寸的确定4、辅助设备选型与计算5、设计结果汇总6、工艺流程图及精馏塔工艺条件图7、设计评述第一章前言1.1环氧乙烷概述[3]低级烯烃的气相氧化都属非均相催化氧化范畴。

环氧乙烷课程设计任务书《化工工艺学》课程设计任务书一、课程设计的目的通过课程设计，意在并使学生介绍化工工艺基本原理、关键工艺过程、设备的结构及工程设计基本内容，初步掌控化工工艺设计的主要程序及方法，锻炼身体和提升学生综合运用理论知识和技能的能力、搜集和查询文献资料的能力、分析和化解工程实际问题的能力、单一制工作和创新能力。

课程设计的任务就是：学生能够综合运用所学理论知识和所掌控的各种技能，通过独立思考和致力技术创新，在规定的时间内顺利完成选定的化工工艺的设计任务，并通过设计说明书及设计图形式恰当定义。

二、设计任务及建议1、设计题目4.2/7.2/9.2万吨/年环氧烷生产工艺设计2、设计条件用n2做为惰性并致稳气时的原料气共同组成共同组成c2h4o2n2co2ch4c2h6arh2omol，%15.007.0053.2710.550.630.8712.400.28反应器的单程转化率：12.3%选择性：73.8%环氧乙烷的吸收率：99.5%o2中夹带ar0.00856mol/mol，循环排放气中含ar为12.85%（10～15%，可自行调配），产品环氧乙烷中含ar0.00631mol/mol。

年生产7440小时。

3、设计任务1）设计方案概述：对取值或选取的工艺流程展开详细的阐释。

2）主要设备的工艺设计计算：包括工艺参数的选定、物料衡算、热量衡算、设备的工艺尺寸计算及结构设计。

对反应器和环氧乙烷精馏塔做详细设计计算(包括工艺参数和设备参数)。

3）典型辅助设备的选型和计算：包括典型辅助设备的主要工艺尺寸计算和设备型号规格的选定。

4）工艺流程体图：以单线图的形式绘制，标示出主要设备和辅助设备的物流量、能够流量和主要化工参数测量点。

5）主要设备工艺条件图：包括设备的主要工艺尺寸。

6）撰写设计说明书：包含设计任务书、目录、设计方案概述与旁述、工艺设计及排序、主要设备设计、设计结果汇总表、参考资料等内容，并附带控制点的工艺流程图。

第二章工艺流程图及说明2.1 氧化反应部分流程草图说明由于此反应为气固相反应，并且催化剂比较贵,所以选择列管式固定床反应器。

反应放出大量的热,所以须采用换热介质进行换热，根据反应的热效应求得反应的温度在180-250℃，因此选择矿物油作为换热介质，采用外部循环式换热。

V-204带控制点的氧化流程图第三章 物料衡算由设计任务书已知数据如下：原料气的组成组分 42H C2CO2O 2N含量（mol%) 3.4 7.7 5.6 83.3原料进入反应器的温度为210°C反应温度为250°C 反应压力为1MPa 乙烯转化率为26.0%；选择性为65%；空速为5000h -1 年工作时间7200小时，年产量20000吨 反应产物分离后回收率为90%反应器内催化剂填充高度为管长95%，每根管长3米采用间接换热方式：导出液进口温度230°C ，出口温度235°C,导出液对管壁的给热系数为650W/m 2·K催化剂为球体，D=3mm,床层孔隙率为0.8在250°C ，1MPa 下反应气体导热系数为0.0304W/m 2K,粘度为4.26×10-5PaS,密度为7.17Kg/m 33.1 乙烯催化氧化制取环氧乙烷得物料衡算框图：其中：FF 新鲜原料气 MF 原料混合气 RP 反应混合气 SP 混合分离气 RC 循环气 P 产品环氧乙烷W 排空废气 SPC 未脱除二氧化碳的循环气 TC 脱除的二氧化碳 SRC 脱除二氧化碳的循环气3.2 反应原理乙烯和氧气在银催化剂上，于一定温度和压力下，直接氧化生产环氧乙烷，反应方程式可表为： （1）主反应：O H C O H C 4224221→+反应为放热反应，在250°C 时，每生成一摩尔环氧乙烷要放出25．19kcal 的热量。

（2）在主反应进行的同时，还发生其它副反应，其中主要是乙烯的燃烧反应。

环氧乙烷工艺技术环氧乙烷（Ethylene Oxide，简称EO）是一种重要的有机化工原料，广泛应用于制造各种化工产品和合成材料。

环氧乙烷工艺技术是指利用乙烯和氧气作为原料，通过一系列反应和分离工序生产环氧乙烷的过程。

本文将介绍环氧乙烷工艺技术的基本原理和主要步骤。

环氧乙烷的制备主要应用环氧乙烷法和直接氧化法两种技术路线。

其中，环氧乙烷法是主要工业化生产技术，其反应原理是乙烯与过氧化氢在催化剂的作用下发生反应生成环氧乙烷。

直接氧化法则是利用乙烯与氧气在高温下直接反应生成环氧乙烷。

而本文将以环氧乙烷法为例。

环氧乙烷工艺技术的主要步骤包括催化剂准备、原料预处理、反应器反应、产物分离、纯化和废气处理等环节。

首先是催化剂准备。

环氧乙烷制备的催化剂一般采用酸碱型催化剂，常见的有银催化剂、氯化银钴催化剂等。

催化剂的制备涉及多道工序，包括计量、混合、搅拌、干燥等操作。

接下来是原料预处理。

乙烯和过氧化氢是环氧乙烷制备的主要原料，在进入反应器之前需要进行预处理来净化原料。

乙烯通过玻璃纤维过滤器去除杂质和水分，然后经过脱乙烯器来除去乙烯多余的部分。

过氧化氢也需要经过脱氢器处理来去除水分和杂质。

反应器反应是整个工艺过程中最核心的部分。

原料进入反应器后，在酸碱型催化剂的作用下，乙烯和过氧化氢发生反应生成环氧乙烷。

反应器通常是采用连续流动系统，通过调节反应器的温度、压力和原料进料速率等参数来控制反应的进行。

产物分离是指将反应器中生成的环氧乙烷和未反应的乙烯、过氧化氢等物质进行分离。

通常采用的方法包括凝结、吸附、蒸馏等。

其中，凝结是通过降低温度来使环氧乙烷和其他气体凝结成液体，然后通过分离器将液体环氧乙烷和非反应物进行分离。

纯化是指对产物进行进一步的提纯处理，以获得符合工业用途的环氧乙烷。

纯化方法主要包括溶剂萃取法、蒸馏法等。

这些方法可以去除环氧乙烷中的杂质和不纯物，提高产品的纯度和质量。

最后是废气处理。

环氧乙烷工艺中会产生大量的废气，其中含有环氧乙烷、乙烯和过氧化氢等有毒有害物质。