年产3万吨环氧乙烷工艺的初步设计-反应器设计-开题报告

开题报告一、选题背景和意义环己烷（C6H12）是一种重要的有机化学原料，广泛应用于化工、制药、染料等领域。

随着化工行业的发展，环己烷的需求量逐年增加。

因此，开展环己烷的生产工艺设计研究具有重要的实际意义。

二、研究目的和内容本次研究的目的是设计一套年产4万吨环己烷的工艺流程，对该工艺流程进行技术经济分析。

具体的研究内容包括：1.确定原料与配方：分析原料选择的可行性，确定最佳的配方比例。

2.确定工艺流程：通过深入研究，确定最佳的制备工艺流程，包括反应条件、分离纯化等环节。

3.设计装置与设备：选取合适的反应器、分离设备等设备装置，并进行优化设计。

4.进行技术经济分析：计算该工艺流程的投资成本、生产成本、经济效益，评价其可行性。

三、研究方法和步骤本次研究采用以下方法进行：1.文献调研：收集相关领域的文献资料，了解环己烷的制备工艺流程及相关工艺参数。

2.原料与配方确定：分析不同原料的可行性及成本，并确定最佳的配方比例。

3.工艺流程确定：在分析不同工艺流程的基础上，确定最佳的工艺流程，并确定反应条件、分离纯化方法。

4.设备设计：选取合适的反应器、分离设备等装置，并对其进行设计优化。

5.技术经济分析：根据设计结果，计算投资成本、生产成本、经济效益等指标，并进行评价。

四、预期成果通过本次研究，预计可以得到以下成果：1.一套年产4万吨环己烷的工艺流程设计方案。

2.工艺流程中各个环节的技术数据和工艺参数。

3.选取合适的设备装置，并进行设计优化。

4.工艺流程的技术经济分析报告，包括投资成本、生产成本、经济效益等指标。

五、可行性分析本研究选题对于解决环己烷的生产工艺问题具有重要意义。

环己烷作为一种重要的有机化学原料，在化工、制药等领域有广泛的应用前景。

而年产4万吨的规模也符合当前市场需求。

因此，本研究的可行性较高。

六、研究计划和进度安排本次研究计划从2024年1月开始，预计为期一年。

进度安排如下：1.2024年1月-2月：文献调研、原料与配方确定。

环氧丙烷反应器设计1第一工段反应器设计11 概述环氧丙烷PropyleneOxide简称PO又名甲基环氧乙烷或氧化丙烯是无色具有醚类气味的易燃液体分子式C3H6O分子量5808熔点-1121e沸点342e 相对密度0859折射率13664闪点-37e与水部分互溶与乙醇乙醚等互溶化学性质活泼其蒸气在空气中能自燃或爆炸环氧丙烷是除了聚丙烯和丙烯腈以外的第三大丙烯衍生物是重要的基本有机化工原料主要用于聚醚多元醇非离子表面活性剂碳酸丙烯酯和丙二醇的生产是精细化工产品的重要原料广泛应用于汽车建筑食品烟草医药及化妆品等行业目前国外环氧丙烷生产技术主要有氯醇法乙苯共氧化法POSM法异丁烷共氧化法POTAB法异丙苯氧化法 CHP法过氧化氢直接氧化法 HPPO 法氧气直接氧化法其中氯醇法 PO SM 法 PO TAB 法 CH P 法HPPO 法已经实现工业化氧气直接氧化法正处于实验阶段12 氯醇法共氧化法异丙苯法过氧化氢法技术优缺点对比氯醇法共氧化法异丙苯法过氧化氢法技术优缺点对比见表1表1 氯醇法共氧化法异丙苯法过氧化氢法技术优缺点对比生产工艺优点缺点氯醇法 1工艺成熟流程简单2操作负荷弹性大3选择性好4对原料丙烯的纯度要求不高5安全性高6投资少7有成本竞争力 1水耗大 2 产生大量废水及废渣每生产1t环氧丙烷产生40 50 t含氯化物废水和2 1 tCaCl2 3 消耗大量氯气和石灰原料污染环境 4 产生的次氯酸对设备的腐蚀严重共氧化法PO SM 法PO T BA 法 1 共氧化法克服了氯醇法腐蚀废水量大缺点 2 产品成本低联产品分摊成本 3 环境污染小 1 工艺流程长 2 原料品种多 3 丙烯纯度要求高 4 工艺操作压力高 5 设备造价高设备材质多采用合金钢 6 联产2 2 2 5t 苯乙烯或2 3 t 叔丁醇受市场因素制约7 废水含C OD 高异丙苯氧化法CH P 法与氯醇法相比 1 不需要氯气减少了设备腐蚀 2 废水量少与共氧法相比 1 无副产品使用异丙苯替代了乙苯异丙苯循环使用 2 不联产苯乙烯无需辅加设备 3 装置投资少比共氧化法低1 3 生产过程中产生大量A-甲基苯乙烯增加循环回收装置过氧化氢氧化法H PPO 法 1 工艺流程简单 2 产品收率高无副产品3 无污染属清洁工艺原料辅助原料产品的主要技术规格表1-3主要工艺物料消耗与规格名称规格用量丙烯工业级 22万ta 双氧水工业级18万ta 甲醇工业级 xxxta 氢气纯氢气 11万ta22 原辅料规格及消耗配比表2 原辅料规格及消耗配比原辅料规格配比原料双氧水工业级原料丙烯工业级原料丙烷工业级原料甲醇工业级催化剂 TS-1 7323 产品质量标准2-1产品规格等级项目指标优等品一等品合格水分质量分数002 002 01 醛质量分数001 003 01 环氧乙烷质量分数001 01 03 GB14491-2001产品外观要求透明液体无可见机械杂质工业用环氧丙烷应符合表1-1规格要求表2-2产品技术要求项目指标优等品一等品合格色度铂-钴色号号≤ 5 10 20 酸度质量分数以乙酸计算≤001 003 001 GB14491-2001环氧丙烷主要用与聚醚多元醇的生产和丙二醇和一些非离子表面活性剂这些靖西化工产品所以对于环氧丙烷的规格要求就要严格的多我们在项目生产中会严格把持产品的纯度和质量3 反应工段工艺简介4 反应工段工艺计算本工艺[4]是在压力为03MPa温度为55℃下在TS-1上进行的等温液固相催化反应41 催化反应过程的物料衡算411 计算用原始数据此处所选的8原始数据均为年产30万吨环氧丙烷的中间试验数据进入反应器时甲醇含量约为7226丙烯含量约为1093摩尔分数412 化学反应主反应[5]平行反应表5 反应中涉及到的物质的相对分子质量CH3OH H2O2 C3H6 C3H8 H2O C3H6O 32 34 42 44 18 58413 物料衡算过程催化合成甲醛过程是一个连续流动反应在定态下其物料衡算基本公式本工艺计算[6]以生产30万吨甲醛按300天计工业级别的甲醛质量分数为96则每小时一个反应器生产工业级别的环氧丙烷的质量其物质的量为并以其为基准4131 反应器进口物料的计算根据表3表5中各组分的数据计算可得纯甲醇的物质的量10133kmolh水物质的量18281kmolh丙烯153226kmolh丙烷9428kmolh双氧水36264kmolh表6原料液的组成及含量物质摩尔分数物质的量kmolh CH3OH 7226 10133 H2O2 259 36264 H2O 1303 18281 C3H6 1093 153226C3H8 07 9428 NH3 05 7243 4132 反应器出口物料的计算甲醇的物质的量 10133kmolh生成环氧丙烷的物质的量34814kmolh水的物质的量217623kmolh未反应的双氧水的物质的量1451kmolh丙烯的物质的量1184kmolh丙烷的物质的量9427kmolh丙二醇甲醚的物质的量068kmolh表7 反应器出口主要气体的组成及含量物质摩尔分数物质的量kmolh CH3OH 84 10133 C3H6O 15 34814 H2O 91 217623 H2O2 006 1451 PE 004 1022C3H8O2-2 001 068 NH3 002 7243 C3H6 50 1184 42 合成甲醛过程的热量衡算热量衡算过程以03MPa下的液体为计算基准反应液体于常压下进入反应器在催化剂作用下进行恒温反应反应器出口气体以离开反应器总的热量衡算式为421 各物质比热容的计算每个组分的热容与温度的函数式即CpabTcT2表8 各物质平均温度为的物性物质 C3H8 1837 250-1500 C3H6 8256 250-1500 H2O 1907 250-1500 CH3OH 250-1500 CpC3H818372816×10-1T－1319×10-8T2 CpC3H682562174×10-1T－09692×10-6T2Cp32241907×10-3T－10057×10-6T2Cp21147084×10-3T－2586×10-6T2把T27350323K带入上述公式得同理可计算其他物质的比热容其结果如下表表9 各物质在平均温度为的物质C3H8 C3H6 H2O CH3OH C3H6O H2O2 9424 78207 318 4133 13799 50284422 各物质焓值的计算计算焓热量是时在等温条件下反应的参考态32315℃03Mpa又双氧水的消耗量为由得即为了维持反应器内温度为32315℃应每小时从反应器移走的热量43用量的确定列管式固定床反应器的壳程走冷凝水移走反应放出的热量使冷凝水从20 ℃升温到40℃表10 冷凝水的物性数据名称平均分子量密度比热容导热系数冷凝水 18 9957 4178 0618 由得冷凝水用量在工程上要确定反应器的几何尺寸首先得确定一定生产能力下所需的催化剂容积再根据工程实验所提供的反应器资料最后确定出反应器的几何尺寸522 催化剂容积的计算5221 催化剂用量的计算合成环氧丙烷的反应是一个气固相催化反应催化剂的用量需要根据反应工程上通过单位催化剂列物料衡算的动力学方程才能得出合成甲醛的动力学方程为其中PO环氧丙烷式中各物质摩尔分数的计算合成环氧丙烷的反应在双氧水转化率为84时到达平衡达平衡时双氧水的摩尔浓度为求解动力学方程由定义有查得令即则两边同时积分得其中用辛普森数值积分法求解定积分数值积分法为其中实用于奇数个数据点n为偶数f的角标代表选取数据点的编号且点与点之间等间距表11 与的关系0 012 024 036 048 060 072 084114913161515 1786 2203 2857 4167 7992 则因此催化剂所需质量反应采用的催化剂为钛硅分子筛催化剂成粒状粒度为6mm堆密度为比表面积为54故反应所需的体积523 列管根数的确定由催化剂所算得反应器体积太小反应物流量过大故选择用停留时间与流量的关系得出反应器总体积一小时的体积流量反应时间取十分钟反应器体积根据中间试验的结果列管规格为管长为L18m解方程得n2475根524 列管式固定床反应器壳体内径的确定由公式[11]式中D壳体内径 mmt管中心距 mm横过管束中心线的管束b 一般取 mm管子采用正三角形排列故带入公式得标准化后核算过程管长和壳径应相适应一般取LD为46对该反应器因此所设计的反应器符合实际情况实际催化剂用量53 等温固定床列管式反应器的设计计算结果表12 等温固定床列管式反应器的设计计算结果序号项目数据 123456789101112 列管式反应器入口温度列管式反应器出口温度反应压力原料甲醇的量原料丙烯的量原料水的量催化剂床层高度塔径催化剂用量列管根数列管规格管子排列方式50℃50℃03MPa10133kmolh153236kmolh18281kmolh18m38m58048kg2107根Φ57×25mm三角形排列第二工艺工段反应器设计4 反应工段工艺计算本工艺[4]是在压力为03MPa温度为55℃下在TS-1上进行的等温液固相催化反应41 催化反应过程的物料衡算411 计算用原始数据此处所选的8原始数据均为年产30万吨环氧丙烷的中间试验数据进入反应器时甲醇含量约为766丙烯含量约为58摩尔分数412 化学反应主反应[5]平行反应表5 反应中涉及到的物质的相对分子质量CH3OH H2O2 C3H6 C3H8 H2O C3H6O 32 34 42 44 18 58413 物料衡算过程催化合成环氧丙烷过程是一个连续流动反应在定态下其物料衡算基本公式此设备的进料为第一设备以生产50万吨甲醛按300天计工业级别的环氧丙烷质量分数为96则每小时一个反应器生产工业级别的环氧丙烷的质量其物质的量为并以其为基准4131 反应器进口物料的计算根据表3表5中各组分的数据计算可得纯甲醇的物质的量9840670kmolh水物质的量2171248kmolh丙烯744475kmolh丙烷45823molh双氧水10879kmolh氨水29432kmolh表6原料液的组成及含量物质摩尔分数物质的量kmolh CH3OH 9221 9840670H2O2 01 10879 H2O 1303 217124 C3H6 698 744475 C3H8 043 45823 NH3 028 29432 4132 反应器出口物料的计算甲醇的物质的量[7]984067kmolh生成环氧丙烷的物质的量10335kmolh水的物质的量218158kmolh未反应的双氧水的物质的量054kmolh丙烯的物质的量73414kmolh丙烷的物质的量4582kmolh氨水29432kmolh表7 反应器出口主要气体的组成及含量物质摩尔分数物质的量kmolh CH3OH 7663 984067 C3H6O 008 34814 H2O 1699 218158 H2O2 00 0544 NH3 023 29432 C3H8 036 45823 C3H6 57 73414 42 合成环氧丙烷过程的热量衡算热量衡算[8]过程以03MPa下的液体为计算基准反应液体于常压下进入反应器在催化剂作用下进行恒温反应反应器出口气体以离开反应器总的热量衡算式为421 各物质比热容的计算每个组分的热容与温度的函数式即CpabTcT2表8 各物质平均温度为的物性物质 C3H8 1837 250-1500 C3H6 8256 250-1500 H2O 1907 250-1500 CH3OH 250-1500 CpC3H818372816×10-1T－1319×10-8T2CpC3H682562174×10-1T－09692×10-6T2Cp32241907×10-3T－10057×10-6T2Cp21147084×10-3T－2586×10-6T2把T27350323K带入上述公式得同理可计算其他物质的比热容其结果如下表表9 各物质在平均温度为的物质C3H8 C3H6 H2O CH3OH C3H6O H2O2 9424 78207 318 4133 13799 50284422 各物质焓值的计算计算焓热量是时在等温条件下反应的参考态32315℃03Mpa又双氧水的消耗量为由得即为了维持反应器内温度为32315℃应每小时从反应器移走的热量43冷凝水用量的确定列管式固定床反应器的壳程走冷凝水移走反应放出的热量使冷凝水从20 ℃升温到40℃表10 冷凝水的物性数据名称平均分子量密度比热容导热系数冷凝水 18 9957 4178 0618 由得冷凝水用量522 催化剂容积的计算5221 催化剂用量的计算合成甲醛的反应是一个气固相催化反应催化剂的用量需要根据反应工程上通过单位催化剂列物料衡算的动力学方程才能得出合成甲醛的动力学方程为其中PO环氧丙烷式中各物质摩尔分数的计算合成环氧丙烷的反应在双氧水转化率为96时到达平衡达平衡时双氧水的摩尔浓度为求解动力学方程由定义有查得令即则两边同时积分得其中用辛普森数值积分法求解定积分数值积分法[10]为其中实用于奇数个数据点n为偶数f的角标代表选取数据点的编号且点与点之间等间距表11 与的关系0 012 024 036 048 060 072 08425833271438464602558823775491191258709 则因此催化剂所需质量反应采用的催化剂为活性炭吸附钛硅分子筛催化剂成粒状粒度为6mm堆密度为比表面积为54故反应所需的体积由催化剂所算得反应器体积太小反应物流量过大故选择用停留时间与流量的关系得出反应器总体积一小时的体积流量反应时间取十分钟反应器体积总体积根据中间试验的结果列管规格为管长为L18m解方程得n2385根524 列管式固定床反应器壳体内径的确定由公式[11]式中D壳体内径 mmt管中心距 mm横过管束中心线的管束b 一般取 mm管子采用正三角形排列故带入公式得标准化后核算过程管长和壳径应相适应一般取LD为46对该反应器因此所设计的反应器符合实际情况53 等温固定床列管式反应器的设计计算结果表12 等温固定床列管式反应器的设计计算结果序号项目数据 123456789101112 列管式反应器入口温度列管式反应器出口温度反应压力原料甲醇的量原料丙烯的量原料水的量催化剂床层高度塔径催化剂用量列管根数列管规格管子排列方式50℃50℃03MPa10133kmolh153236kmolh18281kmolh18m4m2385根Φ57×35mm三角形排列2132料液泵设计计算由于是泵加料取由于料液流量过大选用2个加料泵流量单个泵流量密度进料管管径设料液至加料孔的高度弯头取90弯头则料液由平均黏度和各组分黏度关系7液体料液加料泵在料液面与进料孔面之间列伯努利方程泵的实际功率取泵的总效率则泵的实际功率则流量为查泵性能图可得选型如下泵规格G263-165-132N 流量263m3 扬程165m汽蚀余量3m31 固定床DNPN将固定反应器视为筒体本设计采用一般的反应釜由反应器内物料为液相由则圆整32 筒体壁厚最大操作压力为设计压力P取最大工作压力的10511倍[2]本设计取设计压力设计温度T根据筒体设计压力和设计温度选择材料Q345R许用应力为焊缝系数＝10双面对接焊100无损探伤表3-1 焊接接头系数φ无损检测的长度比例焊接接头形式全部局部双面焊对接接头或相当于双面焊的对接接头085 单面焊对接接头沿焊缝根部全长有紧贴基本金属的垫板09 08 理论厚度钢板负偏差C1腐蚀裕量C2C22mm单面面腐蚀表3-2 钢板负偏差C1钢板厚度 2 22 25 28-30 22-35 38-4 45-55 负偏差 013 014 015 016 018 02 02 钢板厚度6-7 8-25 26-30 32-34 36-40 42-50 52-60 负偏差 06 08 09 1 11 12 13根据内压圆筒壁厚的计算公式带入以上数据得根据工程要求和钢材的使用壁厚范围圆整后取校核筒体水压试验强度根据式因为Q345R的屈服极限所以取代入得故水压试验满足强度要求33 封头封头包括有椭圆形碟形锥形球冠形封头平板封头等多种类型从工艺操作要求考虑对封头形状无特殊要求球冠形封头平板封头都存在较大的边缘应力且采用平板封头厚度较大故不宜采用半球形封头受力最好壁厚最薄重量轻但深度大制造较难中低压小设备不宜采用碟形封头存在局部应力受力不如椭圆形封头标准椭圆形封头制造比较容易受力状况比碟形封头好综合考虑该精馏塔设计内压温度等因素最终确定采用标准椭圆形封头选釜体的封头选标准椭球型代号EHA标准JBT47462002封头以Q345R为材料标准形封头壁厚其中整体冲压钢板负偏差代入得根据工程要求和钢材的使用壁厚范围圆整后取与前计算的筒体壁厚一致内表面积封头的标准为EHA 4000×13-Q235R JBT 4746综上筒体和封头选材都为Q235R壁厚34 筒体长度HDN4000mmH18M以内径为公称直径的椭圆形封头的尺寸内表面积和容积可得由于使用的是标准封头所以所以可得封头的高度h2m整体塔高度第三部分塔设备设计第1章固定床反应器设备设计说明书1材料的选择在刚度或结构设计为主的场合应尽量选用普通碳素钢在以强度设计为主的场合应根据压力温度介质等使用限制选用Q235由于容器设计压力为014MPa使用温度为50℃故筒体和封头都选择Q345RQ345R钢是屈服强度为340MPa级的压力容器专用板它具有良好的综合力学性能和工艺性能选择椭圆形封头2 裙座材料的选择裙座不直接与塔内介质接触也不承受塔内介质的压力因此不受压力容器用材的限制可选用较经济的普通碳素结构钢故选用Q235-A3 接管的材料选用Q235-B作为补强圈的材料部分接管用20法兰选用20具体将在装配图上注明11气体和液体的进出口装置由Vs 为流体的体积流量m3su 为适宜的流体流速ms常压气体进出口管气速可取1020ms液体进出口速度可取0815 ms选用气体流速为15ms代入上式计算得圆整之后气体进出口管径为d250mm 选液体流速为15ms由代入上公式得圆整之后气体进出口管径为d40mm 底液出口管径选择12原料液进出管的选择1进料管300mm选的流体输送用无缝钢管《GBT8163-2008流体输送用无缝钢管》标记10- -GBT8163-2008查《GBT17395-2008无缝钢管尺寸外形重量及允许偏差》具体参数见表3-1 2出料管当时d034md40mm选的流体输送用无缝钢管《GBT8163-2008流体输送用无缝钢管》弯管结构R 为650mm标记10--GBT8163-2008查《GBT17395-2008无缝钢管尺寸外形重量及允许偏差》具体参数见表3-1表2-1普通钢管尺寸及单位长度理论重量外径mm 壁厚mm 单位长度理论重量kgm 325 75 5873 48 3 333 13筒体和封头的设计材料选择筒体的设计化工设备机械基础厚度计算解得圆整后表3-1筒体的容积面积及重量公称直径Dgmm 一米高的容积Vm3 一米高的内裹面积Fgm2 壁厚Smm 一米高筒节钢板理论重量kg 900 0636 283 4 79 封头的设计选用标准GB_T 25198-2010_压力容器封头图3-1椭圆形封头的结构示意图选用标准GB_T 25198-2010_压力容器封头表3-2筒体的容积面积及重量公称直径Dgmm 曲面高度h1mm 直边高度H2mm 厚度Smm 重量Gkg 900 220 30 4 292 14法兰的设计1管法兰的选择选用标准HG20593-97板式平焊钢制管法兰欧洲体系图3-2板式平焊钢制法兰PL表4-1PN06MPa60bar板式平焊钢制管法兰mm管子直径mm 法兰内径mm 螺栓孔中心圆直径mm 公称直径mm 螺栓孔直径mm 螺栓孔数量n 法兰外径mm 法兰厚度mm 法兰理论重量kg 液体进出口57 59 125 50 18 4 165 19 25 气体进出口325 328 400 300 22 12 445 26 135 标记液体进出口HG20593法兰PL57-06FFQ235-A气体进出口HG20593法兰PL325-06FFQ235-A2容器法兰的选择选用标准JBT4701-2000甲型平焊法兰标记法兰P900-4010-JBT4701-2000图3-3甲型平焊法兰平面密封面代号P表4-2PN025MPa甲型平焊法兰的结构尺寸mm公称直径 DNmm 法兰mm 螺柱D D1 δ d 规格数量900 1015 980 40 18 M16 36三反应釜釜体的设计31 固定床DNPN将固定反应器视为筒体本设计采用一般的反应釜由反应器内物料为液相由则圆整32 筒体壁厚最大操作压力为设计压力P取最大工作压力的10511倍[2]本设计取设计压力设计温度T根据筒体设计压力和设计温度选择材料Q345R许用应力为焊缝系数＝10双面对接焊100无损探伤表3-1 焊接接头系数φ无损检测的长度比例焊接接头形式全部局部双面焊对接接头或相当于双面焊的对接接头085 单面焊对接接头沿焊缝根部全长有紧贴基本金属的垫板09 08 理论厚度钢板负偏差C1腐蚀裕量C2C22mm单面面腐蚀表3-2 钢板负偏差C1钢板厚度 2 22 25 28-30 22-35 38-4 45-55 负偏差 013 014 015 016 018 02 02 钢板厚度6-7 8-25 26-30 32-34 36-40 42-50 52-60 负偏差 06 08 09 1 11 12 13根据内压圆筒壁厚的计算公式带入以上数据得根据工程要求和钢材的使用壁厚范围圆整后取校核筒体水压试验强度根据式因为Q345R的屈服极限所以取代入得故水压试验满足强度要求33 封头封头包括有椭圆形碟形锥形球冠形封头平板封头等多种类型从工艺操作要求考虑对封头形状无特殊要求球冠形封头平板封头都存在较大的边缘应力且采用平板封头厚度较大故不宜采用半球形封头受力最好壁厚最薄重量轻但深度大制造较难中低压小设备不宜采用碟形封头存在局部应力受力不如椭圆形封头标准椭圆形封头制造比较容易受力状况比碟形封头好综合考虑该精馏塔设计内压温度等因素最终确定采用标准椭圆形封头选釜体的封头选标准椭球型代号EHA标准JBT47462002封头以Q345R为材料标准形封头壁厚其中整体冲压钢板负偏差代入得根据工程要求和钢材的使用壁厚范围圆整后取与前计算的筒体壁厚一致内表面积封头的标准为EHA 4000×13-Q235R JBT 4746综上筒体和封头选材都为Q235R壁厚34 筒体长度HDN4000mmH18M以内径为公称直径的椭圆形封头的尺寸内表面积和容积可得由于使用的是标准封头所以所以可得封头的高度h2m整体塔高度。

目录摘要 (2)第一章概述 (3)第二章环氧乙烷的性质 (5)2.1物理性质 (5)2.2化学性质 (6)第三章设计方案及反应器型的确定 (9)3.1 环氧乙烷的生产方法的确定 (9)3.2 催化剂的选择 (10)3.3 环氧乙烷生产工艺条件的确定 (10)3.3.1 反应温度 (10)3.3.2 反应压力 (11)3.3.3 空速 (11)3.3.4 原料配比和循环比 (11)3.3.5 抑制剂 (12)3.3.6 致稳剂的选择 (12)3.4 环氧乙烷生产的工艺流程 (12)3.4.1 工艺流程概述 (12)第四章设计条件 (16)4.1 反应原理 (16)4.2 原料组成 (16)4.3 反应器条件 (17)4.4 物料衡算 (17)4.4.1 反应器的物料衡算 (17)4.5 热量衡算 (20)4.5.1 反应器的热量衡算 (20)第五章反应器的设计 (24)5.1 催化剂的用量 (24)5.2 确定氧化反应器的基本尺寸 (26)5.3 床层压力降的计算 (27)5.4 传热面积的核算 (28)5.4.1 床层对壁面的给热系数 (28)5.4.2 总传热系数的计算 (29)5.4.3 传热面积的核算 (29)5.5 反应器塔径的确定 (30)第六章结论 (32)参考文献 (33)摘要采用乙烯直接氧化法对年产1.5万吨环氧乙烷的装置进行初步的工艺设计。

主要对环氧乙烷的氧化反应器进行了工艺和设备尺寸的参数优化。

简介了直接氧化法合成环氧乙烷的方法及反应原理。

根据设计条件和要求，通过物料恒算、热量恒算及其他工艺计算设计出年产l.5万吨环氧乙烷的固定床反应器，并确定反应器的选型和尺寸，计算压降，催化剂用量等，设计出符合要求的反应器。

关键词环氧乙烷；固定床反应器；设计计算第一章概述环氧乙烷(Oxirane)又名氧化乙烯(Ethylene Oxide)，是最简单的环状醚。

分子式C2H4O，分子量44.05。

环氧⼄烷⼯艺概述（经典）分析解析环氧⼄烷情况概述1.1. 装置概况及特点1.1.1.装置建设规模(反应初期)EO/EG装置能⼒为20.89万吨/年当量环氧⼄烷（EOE）。

⼯况1： 10万吨/年⾼纯环氧⼄烷(EO)，13.89万吨/年⼀⼄⼆醇(MEG)，1.15万吨/年⼆⼄⼆醇(DEG)，0.06万吨/年三⼄⼆醇(TEG)。

⼯况2： 5.21万吨/年⾼纯环氧⼄烷(EO)， 20万吨/年⼀⼄⼆醇(MEG)，1.65万吨/年⼆⼄⼆醇(DEG)，0.087万吨/年三⼄⼆醇(TEG)。

装置⼄烯各⼯况下的反应初期与反应末期年消耗均为150000吨。

1.1.2.建设性质本项⽬属于新建项⽬。

1.1.3编制依据美国科学设计公司（SD）为辽宁北⽅化学⼯业有限公司环氧⼯程项⽬编制的EO/EG装置⼯艺包；《⽯油化⼯装置基础⼯程设计内容规定》 SHSG-033-2003其他设计依据参见总说明的编制依据。

1.1.4装置的组成、设计范围和设计分⼯EO/EG装置分为环氧⼄烷反应和吸收系统、⼆氧化碳脱除系统、环氧⼄烷解吸和再吸收系统、环氧⼄烷精制系统、⼄⼆醇反应和蒸发系统、⼄⼆醇脱⽔和精制系统、多⼄⼆醇分离系统、公⽤⼯程蒸汽和凝液系统等单元组成。

SD公司负责装置的⼯艺包设计，中国寰球⼯程公司负责初步设计与施⼯图设计。

1.1.5装置的年运⾏时数、操作班次和装置的定员1.1.5.1年操作⼩时数装置年操作⼩时数为7560⼩时。

1.1.5.2操作班次本装置⼯作制度为四班三倒。

1.1.5.3装置的定员装置定员为103⼈。

1.2 原料、产品及副产品1.2.1原料的规格、⽤量、运输⽅式及来源EO/EG装置主要原料为⼄烯、氧⽓、甲烷等，其规格见⼯艺说明部分，⼄烯年消耗在各⼯况下均为150000吨，其余原料⽤量根据催化剂的活性调整。

各原料⽤量、运输⽅式及来源情况见表1.2-1。

表1.2-1 原料规格、⽤量及来源1.2.2产品和副产品产量、运输⽅式装置的主要产品为⾼纯环氧⼄烷、⼀⼄⼆醇，副产品为⼆⼄⼆醇、三⼄⼆醇，其规格见⼯艺说明部分，产量与运输⽅式见表1.2-2。