化學(xué)反應(yīng)工程課程設(shè)計

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要2</b></p><p>　　第一章概 述3</p><p>　　第二章 環(huán)氧乙烷的性質(zhì)4</p><p>　　2.1 物理性質(zhì)4</p><p><b>　　2.2化學(xué)性

2、質(zhì)5</b></p><p>　　第三章 設(shè)計方案的確定7</p><p>　　3.1 環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)方法的確定7</p><p>　　3.2 環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)方法比較8</p><p>　　3.3 催化劑的選擇8</p><p>　　3.4環(huán)氧乙烷生產(chǎn)工藝條件的確定8</p>

3、<p>　　3.4.1反應(yīng)溫度8</p><p>　　3.4.2反應(yīng)壓力9</p><p><b>　　3.4.3空速9</b></p><p>　　3.4.4原料配比和循環(huán)比9</p><p>　　3.4.5 抑制劑10</p><p>　　3.4.6 穩(wěn)定劑的選擇10&l

4、t;/p><p>　　3.5 環(huán)氧乙烷生產(chǎn)的工藝流程11</p><p>　　3.5.1 工藝流程概述11</p><p>　　第四章 工藝計算13</p><p>　　4.1 設(shè)計條件14</p><p>　　4.1.1反應(yīng)原理14</p><p>　　4.1.2 原料組成14<

5、/p><p>　　4.1.3 反應(yīng)器條件14</p><p>　　4.2 物料衡算15</p><p>　　4.3 熱量衡算18</p><p>　　第五章 反應(yīng)器的設(shè)計22</p><p>　　5.1 催化劑的用量22</p><p>　　5.2 確定氧化反應(yīng)器的基本尺寸24<

6、;/p><p>　　5.3床層壓力降的計算25</p><p>　　5.4 傳熱面積的核算26</p><p>　　5.4.1床層對壁面的給熱系數(shù)的計算26</p><p>　　5.4.3 傳熱面積的核算27</p><p>　　5.5 反應(yīng)器塔徑的確定27</p><p>　　5-6氧化

7、反應(yīng)器的參數(shù)29</p><p><b>　　第六章結(jié)論30</b></p><p><b>　　參考文獻31</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　綜述了環(huán)氧乙烷的性質(zhì)、用途及生產(chǎn)方法。簡介了直接氧化法合成環(huán)氧乙烷的方法及生產(chǎn)原理。

8、以年產(chǎn)1.4萬噸環(huán)氧乙烷的固定床反應(yīng)器設(shè)計為例，介紹固定床反應(yīng)器工藝計算和結(jié)構(gòu)計算情況。</p><p>　　根據(jù)設(shè)計條件和要求，通過物料衡算、熱量衡算及其他工藝計算設(shè)計出年產(chǎn)1.4萬噸環(huán)氧乙烷的固定床反應(yīng)器，并確定反應(yīng)器的選型和尺寸，計算壓降，催化劑用量等，設(shè)計出符合要求的反應(yīng)器。 </p><p><b>　　Abstract</b></p>&l

9、t;p>　　The nature use and production methods of Oxirane were simply introduced.Introduced direct oxidation synthesis methods of epoxy ethane and reaction p-rinciple.With fixed-bed reactor for producing Oxirance with an

10、 annual output of 14,000 tons as example,the cajculation situations of process of fixed-bed re-actor were introduced.In the design,we mainly calculated the process parame-ter and the size of the oxidized reactor.</p&g

11、t;<p>　　According to the design conditions and requirements,through constant calcu-late,heat material constant calculate and other process calculation designed a-nnual 14,000 tons of epoxy ethane fixed-bed reactor

12、,and determined the sele-ction and size,calculate pressure drop,catalyst etc,designed to meet the requirements of the reactor.</p><p><b>　　概 述 </b></p><p>　　環(huán)氧乙烷（Oxirane）又名氧化乙烯（Et

13、hylene Oxide）是最簡單的環(huán)狀醚。分子式,分子量44.05。</p><p>　　環(huán)氧乙烷是以乙烯為原料的主要石油化工產(chǎn)品之一。世界乙烯總產(chǎn)量的16%用來生產(chǎn)環(huán)氧乙烷，環(huán)氧乙烷是以乙烯工業(yè)衍生物中僅次于聚乙烯的第二位化工產(chǎn)品。環(huán)氧乙烷還是重要的石油化工原料及有機和精細化工產(chǎn)品的中間體，主要用來生產(chǎn)乙二醇。隨著精細化工的發(fā)展，環(huán)氧乙烷已成為精細化工工業(yè)不可缺少的一種有機化工原料。</p>&

14、lt;p>　　環(huán)氧乙烷早期采用氯醇法工藝生產(chǎn)，20世紀20年代初，UCC公司進行了工業(yè)化生產(chǎn)，之后公司基于Lefort有關(guān)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(chǎn)環(huán)氧乙烷的工藝。50年代末，Shell公司采用近乎純氧代替代替空氣作為生產(chǎn)環(huán)氧乙烷的氧原料，推出氧氣法乙烯直接氧化生產(chǎn)環(huán)氧乙烷工藝，經(jīng)過不斷改進，目前較先進的生產(chǎn)方法是用銀作催化劑，在列管式固定床反應(yīng)器中，用純氧與乙烯反應(yīng)，采用乙烯直接氧化生產(chǎn)環(huán)氧乙烷

15、。</p><p>　　環(huán)氧乙烷是石油化學(xué)工業(yè)的重要產(chǎn)品，也是一種基本有機化工原料，用途很多，廣泛用于生產(chǎn)乙二醇、非離子表面活性劑、乙醇胺、乙二醇醚溶劑、醫(yī)藥中間體、油田化學(xué)品、農(nóng)藥乳化劑等各種精細化學(xué)品。</p><p>　　環(huán)氧乙烷的工業(yè)化生產(chǎn)已經(jīng)有半個多世紀的歷史，最早的工業(yè)化生產(chǎn)方法是氧醇法，由于其存在腐蝕設(shè)備、污染環(huán)境和耗氧量大等一系列問題，現(xiàn)在已基本上被淘汰了，取而代之的是直接

16、氧化法。直接氧化發(fā)又分為空氣氧化法和氧氣氧化法，其主要區(qū)別在于乙烯的氧化劑各不相同。</p><p>　　在環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)發(fā)張過程中，生產(chǎn)技術(shù)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(huán)氧乙烷都是用乙烯直接氧化發(fā)生產(chǎn)的。直接氧化法中，首先出現(xiàn)的是空氣氧化法，而后氧氣氧化法問世，二者并行：近幾十年來，許多廠家都采用氧氣氧化法生產(chǎn)環(huán)氧乙烷，因為氧氣氧化法不需要空氣凈化系統(tǒng)，并且氧氣氧化法的環(huán)氧乙烷收

17、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。</p><p>　　本設(shè)計采用氧氣直接氧化法，對原有單元設(shè)備進行生產(chǎn)能力標定和技術(shù)經(jīng)濟評定。在此基礎(chǔ)上，查閱了大量資料，根據(jù)設(shè)計條件，通過物料衡算、熱量衡算、反應(yīng)器的選型及尺寸的確定，計算壓降、催化劑的用量等，設(shè)計出符合設(shè)計要求的反應(yīng)器。</p><p>　　第二章 環(huán)

18、氧乙烷的性質(zhì) </p><p><b>　　2.1 物理性質(zhì)</b></p><p>　　表1-1環(huán)氧乙烷的主要物理性質(zhì)</p><p>　　常溫下環(huán)氧乙烷為無色、具有甜醚味的氣體。在較低的溫度下環(huán)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

19、性質(zhì)如表1。</p><p><b>　　2.2化學(xué)性質(zhì)</b></p><p>　　環(huán)氧乙烷的化學(xué)性質(zhì)非?；顫?，能與很多化合物進行反應(yīng)，其反應(yīng)主要是環(huán)氧乙烷開環(huán)與其他化合物進行加成反應(yīng)，放出大量反應(yīng)熱，有的反應(yīng)進行的非常劇烈，甚至產(chǎn)生爆炸。許多反應(yīng)產(chǎn)物是重要的有機化工及精細化工產(chǎn)品。</p><p><b>　?。?）分解反應(yīng)<

20、;/b></p><p>　　氣體環(huán)氧乙烷在約400℃時開始分解，主要生成CO、CH4以及C2H6、C2H4、H2、C、CH3CHO等。分解反應(yīng)的第一步是環(huán)氧乙烷異構(gòu)成乙醛。環(huán)氧乙烷的分解反應(yīng)還可以被引發(fā)，且在一定條件下會在氣相中傳播，直到瞬間產(chǎn)生爆炸。</p><p><b>　?。?）加成反應(yīng)</b></p><p>　　環(huán)氧乙烷與含

21、有活潑氫原子的化合物，如、HX、、、、、ROH、、等進行加成反應(yīng)，生產(chǎn)含—的化合物（其中X為鹵素，R為烷基或芳基）。</p><p><b>　　①與水反應(yīng)</b></p><p>　　環(huán)氧乙烷與水反應(yīng)生成乙二醇，這是工業(yè)生產(chǎn)乙二醇的方法。</p><p>　　+HO→CHOHCHOH (2-1)</p>

22、;<p>　　該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，熱效應(yīng)為96.3kj/mol。反應(yīng)過程不采用催化劑。生成的乙二醇可以與環(huán)氧乙烷繼續(xù)作用生成二甘醇、三甘醇及多甘醇。</p><p><b>　?、谂c醇類反應(yīng)</b></p><p>　　環(huán)氧乙烷與醇反應(yīng)生成醚，其反應(yīng)的最終產(chǎn)品是至少含一個羥基的醚。</p><p>　　X +n（環(huán)氧乙烷）→X()H

23、 (2-2)</p><p>　　在乙二醇生產(chǎn)中生成部分二甘醇，三甘醇就是環(huán)氧乙烷進一步與乙二醇反應(yīng)的產(chǎn)物。如果進一步反應(yīng)可以生成分子量更大的化合物。</p><p><b>　?、叟c苯酚反應(yīng)</b></p><p>　　環(huán)氧乙烷與苯酚反應(yīng)生成苯氧基乙醇。</p><p>　　+→ (2-

24、3)</p><p>　　其酯類是香料的定香劑、殺菌劑和驅(qū)蟲劑。</p><p><b>　?、芘c氨反應(yīng)</b></p><p>　　環(huán)氧乙烷可以與氨反應(yīng)生成一乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺，這是工業(yè)上制造乙醇胺的方法。該反應(yīng)一般是在高壓、較低溫度和液相下進行的，三種產(chǎn)品的比例可通過氨與環(huán)氧乙烷的摩爾比例來調(diào)節(jié)，氨過量有利于一乙醇胺的生成。<

25、/p><p><b>　　⑤與酸反應(yīng)</b></p><p>　　環(huán)氧乙烷可與有機酸、無機酸反應(yīng)生成相應(yīng)的酯。環(huán)氧乙烷與硝酸反應(yīng)最為重要，生成的乙二醇二硝酸酯是能再低溫下引爆的炸藥。</p><p>　　+→···· (2-4)</p><p><b>　?。?）氧

26、化還原反應(yīng)</b></p><p>　　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)沒有工業(yè)意義。環(huán)氧乙烷在鉑黑等催化劑存在下可以有控制的氧化成羥基乙酸，最終則被氧化成二氧化碳及水。</p><p><b>　　（4）異構(gòu)化反應(yīng)</b></p><p>　　環(huán)氧乙烷在三氧化鋁、磷酸、磷酸鹽等催化劑存在下可異構(gòu)化為乙醛。&l

27、t;/p><p>　　→ (2-5)</p><p>　　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)氧乙烷過程的副反應(yīng)之一，要極力避免，因為醛的存在增加了環(huán)氧乙烷提純凈化的難度。</p><p>　?。?）與雙鍵進行加成反應(yīng)</p><p>　　環(huán)氧乙烷和以下一些含雙鍵的化合物可進

28、行加成反應(yīng)生成環(huán)狀化合物，例如、、、、等。</p><p>　　（6）與格利雅試劑反應(yīng)</p><p>　　環(huán)氧乙烷與格利雅試劑反應(yīng)可生成比原來烷基多兩個碳原子的醇，這是實驗室制備加長碳鏈醇的一種方法，羥基在鏈的端部。</p><p><b>　?。?）齊聚反應(yīng)</b></p><p>　　環(huán)氧乙烷進行齊聚反應(yīng)可生成冠醚

29、，催化劑為含氟的路易斯酸。反應(yīng)在室溫常壓下進行。</p><p><b>　?。?）與二甲醚反應(yīng)</b></p><p>　　在作用下環(huán)氧乙烷與二甲醚反應(yīng)生成聚乙二醇二甲醚。該反應(yīng)在工業(yè)上用來生產(chǎn)低分子量的均聚物，其產(chǎn)品廣泛用作溶劑。</p><p>　　第三章 設(shè)計方案的確定</p><p>　　3.1 環(huán)氧乙烷的

30、生產(chǎn)方法的確定</p><p>　　目前，我國工業(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。</p><p><b>　?。?）氯醇法</b></p><p>　　氯醇法環(huán)氧乙烷生產(chǎn)分為兩步進行：①氯氣與水反應(yīng)生成次氯酸，、再與乙烯反應(yīng)生成氯乙醇；②氯乙醇用石灰乳皂化生成環(huán)氧乙烷。</p&

31、gt;<p><b>　　（2）直接氧化法</b></p><p>　　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)過程基本相同，都包括反應(yīng)、吸收、汽提和蒸餾精制等工序。</p><p>　?、倏諝庋趸ǎ捍朔椒ㄓ每諝鉃檠趸瘎?，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

32、應(yīng)器而影響催化劑的活性?？諝忾y的特點是有兩臺或多臺反應(yīng)器串聯(lián)，即主反應(yīng)器和副反應(yīng)器，為使主反應(yīng)器催化劑的活性保持在較高水平（63—75%），通常以低轉(zhuǎn)化率進行操作，保持在20—50%范圍內(nèi)。</p><p>　?、谘鯕庋趸ǎ貉鯕夥ú恍枰諝鈨艋到y(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。從吸收塔頂出來的氣體必須經(jīng)過脫碳以除去二氧化碳

33、，然后循環(huán)返回反應(yīng)器，不然二氧化碳濃度超過15%（mol%）,將嚴重影響催化劑的活性。</p><p>　　3.2 環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)方法比較</p><p>　　環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)方法各具特點。</p><p>　　氯醇法生產(chǎn)工藝的嚴重缺點大致有：</p><p>　?、傧穆葰猓欧糯罅课鬯?，造成嚴重污染；</p><p>

34、;　?、谝蚁┐温人峄a(chǎn)氯乙醇時，同時有二氧化碳等副產(chǎn)物生成，在氯乙醇皂化時生產(chǎn)的環(huán)氧乙烷可異構(gòu)化為乙醛，造成環(huán)氧乙烷的損失，乙醇單耗高；</p><p>　?、勐却挤ㄉa(chǎn)的環(huán)氧乙烷，醛的含量很高，約為5000~7000mg/ m3，最低亦有2500 mg/ m3 。氯醇法生產(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)品相比失去了市場競爭能力。采用氯醇法生產(chǎn)環(huán)氧乙烷的

35、小型石油化工廠正在受到嚴重的挑戰(zhàn)。故根據(jù)環(huán)保及成本的限制要求本實驗采用直接空氣氧化法。</p><p>　　3.3 催化劑的選擇</p><p>　　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的氧化成環(huán)氧乙烷，該催化劑在選擇性、強度、

36、熱穩(wěn)定性和壽命等方面都有一定的特色。近年來國內(nèi)外對活性組分銀的開發(fā)研究取得了顯著的成效。也有不少學(xué)者試圖另一類金屬取代銀，但至今仍認為活性組份銀是乙烯氧化生成環(huán)氧乙烷的最佳催化劑。</p><p>　　3.4環(huán)氧乙烷生產(chǎn)工藝條件的確定</p><p>　　環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)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。</p><p&g

37、t;<b>　　3.4.1反應(yīng)溫度</b></p><p>　　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)過程的具體情況，采取相應(yīng)措施，使反應(yīng)溫度控制在適宜范圍內(nèi)，以期獲得較高的收率。乙烯直接氧化生產(chǎn)環(huán)氧乙烷和其它多數(shù)反應(yīng)一樣，反應(yīng)速度隨溫度升高而加快。乙烯直接氧化的主、副反應(yīng)都是強放熱反應(yīng)，且副反應(yīng)（深度氧化）放熱量是主反應(yīng)的十幾倍，因此，對反應(yīng)過程的溫度控制要求十分嚴格。當反應(yīng)溫

38、度高時，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，這時反應(yīng)熱量的急劇增加，不是使更多的乙烯被氧化，而是使反應(yīng)過程的選擇性降低，副反應(yīng)增加是更主要的原因?？梢?，當反應(yīng)溫度升高時，反應(yīng)熱量就會不成比例的驟然增加，使反應(yīng)過程時失控，所以在生產(chǎn)中，對于氧化操作，一般均設(shè)有自動保護裝置，以防萬一。此外在催化劑使用初期，其活性較高，宜采用較低的溫度。</p>&l

39、t;p><b>　　3.4.2反應(yīng)壓力</b></p><p>　　乙烯直接氧化反應(yīng)過程，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。因主、副反應(yīng)基本上都是不可逆反應(yīng)，故壓力對主、副反應(yīng)的平衡沒有太大的影響。</p><p>　　目前，工業(yè)生產(chǎn)上采用加壓操作不是出于化學(xué)平衡的需要，其目的是提高乙烯和氧的分壓，加快反應(yīng)速率，

40、提高反應(yīng)器單位容積的產(chǎn)率，以強化生產(chǎn)。但應(yīng)看到，由于提高反應(yīng)壓力，反應(yīng)速度加快，相應(yīng)就要提高反應(yīng)器的換熱速率，這樣對反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)就提出更高的要求。</p><p><b>　　3.4.3空速</b></p><p>　　空間速度簡稱空速，所謂空速是指單位時間內(nèi)，通過單位體積催化劑的反應(yīng)物的體積數(shù)量。通常每小時每升（或m3）催化劑通過的原料氣的升（或m3）數(shù)來表示。對于

41、乙烯直接氧化過程，實踐證明，提高空速，轉(zhuǎn)化率會略有下降，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。但空速也不宜太高，因為雖然產(chǎn)量提高，然而環(huán)氧乙烷在反應(yīng)氣體中含量很低，造成分離困難，動力消耗增加。空速也不宜太低，因為雖然轉(zhuǎn)化率增加，但選擇性下降，生產(chǎn)能力也下降。另外，空速大小還要根據(jù)催化劑的活性及制造方法、反應(yīng)溫度、壓力和反應(yīng)氣體的組成等因素而定。</p><p>　　3.4.4原料配比和循環(huán)

42、比</p><p>　　原料中乙烯和氧的配比對反應(yīng)過程影響很大，其值主要決定于原料混合氣的爆炸極限。在混合氣體中乙烯的爆炸下限是2.05%，在2.05—6.5%的乙烯濃度范圍內(nèi)氧含量不得大于71%。實際生產(chǎn)中一種是選取低氧高乙烯配比，另一種是高氧低乙烯配比。從裝置的生產(chǎn)能力和經(jīng)濟性來看，低氧高乙烯操作優(yōu)于高氧低乙烯操作，因此，在可能的體積下，應(yīng)該盡量采用低氧高乙烯操作。在確定適宜的原料配比時，還應(yīng)注意到，提高乙烯

43、含量可能會導(dǎo)致為其中乙烯損失過多而影響經(jīng)濟指標。當乙烯含量接近5%時，操作不易控制，反應(yīng)溫度增加很快，易產(chǎn)生飛溫。因此，必須根據(jù)具體情況，綜合考慮各方面影響因素，來確定適宜的原料配比。</p><p>　　循環(huán)比是指循環(huán)到主反應(yīng)器的循環(huán)氣占主吸收塔頂排出氣體總量的百分數(shù)。在生產(chǎn)操作中，可通過正確掌握循環(huán)比來嚴格控制氧含量。在工藝設(shè)計中，循環(huán)比直接影響主、副反應(yīng)器生產(chǎn)負荷的分配。提高循環(huán)比，主反應(yīng)器負荷增加。反之，

44、副反應(yīng)器負荷增加。生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)能.動力消耗及其它工藝指標來確定適宜的循環(huán)比，通常為85-90%左右。</p><p><b>　　3.4.5 抑制劑</b></p><p>　　乙烯直接氧化制環(huán)氧乙烷是一個平行串聯(lián)反應(yīng)過程，在乙烯環(huán)氧化過程中，伴隨發(fā)生乙烯的深度氧化，并且生成的環(huán)氧乙烷也有少部分發(fā)生深度氧化。這不僅降低了環(huán)氧乙烷的產(chǎn)率，增加了乙烯的定額消耗，而且

45、發(fā)生深度氧化的放熱量很大，直接影響操作的穩(wěn)定。生產(chǎn)中除采用優(yōu)良的催化劑，控制適宜的轉(zhuǎn)化率及有限移出反應(yīng)熱等措施外，在反應(yīng)系統(tǒng)中還是使用適量的副反應(yīng)抑制劑。工業(yè)上常用的抑制劑是1,2-二氯乙烷。在催化劑的預(yù)處理階段，1,2-二氯乙烷的用量要多一些，而在加壓循環(huán)反應(yīng)系統(tǒng)中，用量要少一些。</p><p>　　3.4.6 穩(wěn)定劑的選擇</p><p>　　世界上生產(chǎn)環(huán)氧乙烷的專利很多，使用的穩(wěn)定

46、劑有：氮氣、甲烷、二氧化碳、乙烷等。選擇穩(wěn)定劑需要根據(jù)生產(chǎn)安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟效益情況來確定。目前世界上環(huán)氧乙烷專利商都先后將氮氣致穩(wěn)更新為甲烷致穩(wěn)。它與氮氣致穩(wěn)相比，不僅增加了穩(wěn)定性和安全性，而且有顯著地經(jīng)濟效益。</p><p>　　3.5 環(huán)氧乙烷生產(chǎn)的工藝流程</p><p>　　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-氣換熱器和循環(huán)冷卻器。其設(shè)計生產(chǎn)能力為年產(chǎn)1

47、.4萬噸環(huán)氧乙烷，設(shè)計運轉(zhuǎn)時間為6960小時/年</p><p>　　3.5.1 工藝流程概述</p><p>　　本次設(shè)計采用氧氣氧化法進行環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)，以氧氣作為氧化劑，乙烯在1MPa、250℃下通過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)和二氧化碳脫出系統(tǒng)。下面逐一進行介紹。</p><p><b

48、>　　環(huán)氧乙烷的反應(yīng)系統(tǒng)</b></p><p>　　反應(yīng)系統(tǒng)是以一種循環(huán)過程來操作的，以乙烯和氧氣為原料使用甲烷致穩(wěn)，從外界儲罐來的乙烯在過濾器中進行過濾，經(jīng)換熱器預(yù)熱，然后按著一定的路線進入混合器，與從環(huán)氧乙烷吸收塔頂部通過分離器分離出的循環(huán)氣進行混合，乙烯混合器中的循環(huán)氣進入壓縮機的吸入口并在氧氣混合器之前，由壓縮機進行壓縮。</p><p>　　從外界來的氧氣進料

49、通過過濾器之后在流量控制下進入氧氣混合器。為了能在進料之后和開車期間可靠地對氧氣混合器進行吹掃，一個高壓氮氣壓縮機及氮氣吹掃罐連接在僅靠氧氣混合站上游的氧氣進料線上。為控制循環(huán)氣中得二氧化碳濃度，一股循環(huán)氣的分支流被送往二氧化碳脫除工段。</p><p>　　從氧氣混合器出來的含有乙烯和氧氣的循環(huán)氣 ，在換熱器的管程進行加熱后進入反應(yīng)器。在反應(yīng)器的殼程用石蠟油來移走反應(yīng)熱，以控制反應(yīng)溫度。含有環(huán)氧乙烷的氧化氣進入

50、附帶的循環(huán)氣/鍋爐給水預(yù)熱器，而后反應(yīng)器出口全體流經(jīng)循環(huán)器換熱器的殼程，與反應(yīng)器入口氣體換熱，被進一步冷卻下來，之后循環(huán)氣體進入循環(huán)氣冷卻器進行最后的冷卻。</p><p>　　本反應(yīng)使用一種氣相狀態(tài)的抑制劑來控制反應(yīng)活性，循環(huán)氣在氧氣進料混合器和循環(huán)氣熱交換器之間分叉轉(zhuǎn)向壓入裝有液體二氯乙烷的儲罐，使這股循環(huán)氣中的二氯乙烷濃度達到飽和，然后在乙烯進料混合器和循環(huán)氣壓縮機之間再次進入反應(yīng)循環(huán)氣中。反應(yīng)進料不是絕對

51、純凈，有必要依次從分離器下游定期排放惰性組分。</p><p>　?。?）環(huán)氧乙烷的回收系統(tǒng)</p><p>　　從冷卻器出來的氧化氣進入到環(huán)氧乙烷吸收塔底部，使用從環(huán)氧乙烷氣提塔底部過來的乙二醇溶液以及從泵過來的工藝水進行吸收，保證吸收夜的濃度恒定在7.5%（wt%）,被吸收下來的環(huán)氧乙烷按一定的路線進到氧化物/水閃蒸罐進一步閃蒸出惰性氣體，然后經(jīng)換熱器進入環(huán)氧乙烷氣提塔使環(huán)氧乙烷和水進

52、行分離，環(huán)氧乙烷蒸汽從塔頂出來經(jīng)冷卻器進行冷凝后收集在回流罐中，回流罐中的環(huán)氧乙烷用泵送到環(huán)氧乙偶玩貯罐。</p><p>　　環(huán)氧乙烷氣提塔頂部冷凝器中的不凝氣送到惰性氣體洗滌塔中，同閃蒸罐中閃蒸出的惰性氣體一起被洗滌后送往尾氣壓縮機吸入罐中，再進入尾氣壓縮機中壓縮，經(jīng)二氧化碳脫除系統(tǒng)進入環(huán)氧乙烷反應(yīng)循環(huán)系統(tǒng)。</p><p>　　在環(huán)氧乙烷吸收塔中未被吸收下來的環(huán)氧乙烷以及其它惰性氣體

53、經(jīng)分離器進一步分離后送往乙烯混合氣中循環(huán)使用。</p><p>　　（3）二氧化碳脫除系統(tǒng)</p><p>　　來自尾氣壓縮的一股氣流和尾氣壓縮機出口的混合為一般，進入二氧化碳吸收塔的地步，與從塔頂向下流動的吸收劑在填料上充分接觸完成吸收后，進入二氧化碳水洗塔,通過填料層和除霧器,除掉氣流中夾帶的微星的鉀和礬的化合物微粒,以防止這些物質(zhì)帶入法青年帶入反應(yīng)器造成催化器中毒.這股氣流冷卻后返回

54、循環(huán)氣流中，與其他物流混合。</p><p>　　從二氧化碳吸收塔頂部流下來的二氧化碳吸收劑，在與循環(huán)氣接觸完成二氧化碳的吸收之后，在二氧化碳吸收塔底部靠壓差進入閃蒸罐中，這時的吸收劑被稱為富吸收劑，復(fù)習(xí)說及在閃蒸罐中進行減壓閃蒸，閃蒸出來的氣體進入尾氣壓縮機，再吸入罐中，經(jīng)尾氣壓縮機壓縮后進入循環(huán)系統(tǒng)。閃蒸后的吸收劑流向二氧化碳的再生塔的頂部，經(jīng)再沸器加熱后，被吸收的二氧化碳就釋放出來，排入大氣中。再生后的吸收

55、劑被稱為貧吸收劑，貧吸收劑集聚于再生塔的底部，被分為三段，一股經(jīng)再沸器加熱循環(huán)，一股經(jīng)泵在過濾器中過濾存貨使用。余下的進入貧吸收劑閃蒸罐中再次進行閃蒸后由貧吸收劑泵打回吸收塔中進行下一個循環(huán)。</p><p>　　水洗塔有兩個循環(huán)回路來移走氣體物流中的微量鉀和釩的化合物，用二氧化碳水洗塔下部循環(huán)泵把塔底的液體抽出來經(jīng)一個冷卻器送到下部填料段的頂部。用二氧化碳水洗塔下部循環(huán)泵從上部填料段的底部抽出液體，循環(huán)到上部填

56、料段的底部，抽出液體再循環(huán)到上部填料塔的頂部。兩個循環(huán)泵系統(tǒng)共用一臺公用的備用泵。高壓工藝水通過一流量控制器補充到上部的循環(huán)回路中，以便控制水洗塔中鉀的濃度。用二氧化碳吸收管和二氧化碳吸收池-作為二氧化碳脫除系統(tǒng)運行的必要裝置。不論是吸收劑罐還是吸收池都是用通入65kg/C㎡壓力蒸汽的蛇管進行加熱，以防止環(huán)境溫度下結(jié)冰上凍，用貧吸收劑過濾器循環(huán)泵和二氧化碳吸收劑池泵在系統(tǒng)和·貯存器之間進行吸收劑的輸送。</p>

57、<p><b>　　3-1 工藝流程圖</b></p><p><b>　　第四章 工藝計算</b></p><p>　　工藝參數(shù)計算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)過程中的定量轉(zhuǎn)化關(guān)系，并通過衡算求得原料的定額消耗。其計算依據(jù)是工藝

58、流程圖、在工廠采集的數(shù)據(jù)及設(shè)計時要求的和查的的各種參數(shù)。</p><p>　　熱量衡算以能量守恒定律及物料衡算為基礎(chǔ)，計算傳入，傳出的熱量，從而確定公用工程的能耗以及傳熱面積。其計算依據(jù)與物料衡算相同。</p><p><b>　　4.1 設(shè)計條件</b></p><p><b>　　4.1.1反應(yīng)原理</b></p

59、><p>　　乙烯和氧氣在銀催化劑上，于一定溫度和壓力下，直接氧化生成環(huán)氧乙烷，反應(yīng)方程式可表為：</p><p>　　主反應(yīng)：C2H4+ C2H4O (4-1)</p><p>　　反應(yīng)（4-1）為放熱反應(yīng)，在250℃時，每生成一摩爾環(huán)氧乙烷要放出25.19KJ的熱量。</p><p>　　在主反

60、應(yīng)進行的同時，還發(fā)生其它副反應(yīng)，其中主要是乙烯的燃燒反應(yīng)。</p><p>　　副反應(yīng)：CH2=CH2+3O2 2CO2+2H2O (4-2)</p><p>　　反應(yīng)（4-2）為強放熱反應(yīng)，在250℃，每反應(yīng)掉一摩爾乙烯，可放出315.9KJ的熱量。</p><p>　　4.1.2 原料組 </p>&

61、lt;p>　　4.1.3 反應(yīng)器條件</p><p>　　原料進入反應(yīng)器溫度為210℃</p><p>　　反應(yīng)器溫度為250℃</p><p><b>　　反應(yīng)壓力為1MPa</b></p><p>　　乙烯轉(zhuǎn)化率為20%；選擇性為66%；空速為5000</p><p>　　年工作時間29

62、0天，年產(chǎn)量14000噸</p><p>　　應(yīng)產(chǎn)物分離后回收率為90%</p><p>　　反反應(yīng)器采用列管式固定床反應(yīng)器，管徑為Ф27mm×2.5mm,管長8mm,催化劑充填高度5.7m。</p><p>　　采用道生油強制外循環(huán)換熱，道生油進口溫度503K,出口溫度508K,道生油對管壁給熱系數(shù)α0 = 2717Kj/(m2·h·

63、K)。</p><p>　　催化劑 球形催化劑（以銀為催化劑）DP =5mm，空隙率ε=0.50 </p><p>　　在250℃，1MPa下反應(yīng)氣體導(dǎo)熱系數(shù)為0.0304W/K,粘度為4.26×PaS，密度為7.17Kg/</p><p><b>　　4.2 物料衡算</b></p><p><b>

64、;　　反應(yīng)部分的工藝參數(shù)</b></p><p>　　環(huán)氧乙烷生產(chǎn)能力：14000噸/年； 年操作時間6960小時</p><p>　　進入反應(yīng)器的溫度：210℃； 反應(yīng)溫度：250℃</p><p>　　乙烯轉(zhuǎn)化率為20%； 選擇性為66%</p><p>　　

65、空速為5000； 生產(chǎn)過程安全系數(shù)：1.04</p><p>　　應(yīng)產(chǎn)物分離后回收率為90%</p><p>　　原料組成如表4-2所示：</p><p>　　表4-2 原料氣的組成</p><p>　　表4-3 各組分分子量</p><p>　　(2)反應(yīng)部分的基礎(chǔ)計算<

66、;/p><p>　　以100Kmol/氣體進料為基準，根據(jù)已知原料氣組成，計算出每小時進入反應(yīng)器的各種氣體組分的摩爾數(shù)，計算結(jié)果列于表4-4中。</p><p>　　根據(jù)反應(yīng)方程式及已知數(shù)據(jù)，計算反應(yīng)器出口氣體量。</p><p>　　主反應(yīng)： =+→ （4-3）</p><p>　　副反應(yīng)： =+3→2+

67、2 (4-4)</p><p>　　已知乙烯轉(zhuǎn)化率20%，選擇性為66%，進入反應(yīng)器的乙烯量為3.4Kmol/h,所以</p><p>　　由式 （4-3）有： </p><p>　　消耗乙烯量：3.4×0.2×0.66=0.4488Kmol</p><p>　　消耗氧氣量：0.4488

68、×0.5=0.2244Kmol</p><p>　　生成環(huán)氧乙烷：0.4488Kmol</p><p>　　由式 （4-4）有：</p><p>　　消耗乙烯量：3.4×0.2×（1-0.66）=0.2312Kmol</p><p>　　消耗氧氣量：0.2312×3=0.6936Kmol</p&g

69、t;<p>　　生成二氧化碳量：0.2312×2=0.4624Kmol</p><p>　　生成水量：0.2312×2=0.4624Kmol</p><p>　　則可知 未反應(yīng)的乙烯量：3.4-0.4488-0.2312=2.72Kmol</p><p>　　未反應(yīng)的氧氣量：5.6-0.2244-0.6936=4.6

70、82Kmol</p><p>　　出反應(yīng)器的二氧化碳量：7.7+0.4624=8.1624Kmol</p><p>　　出反應(yīng)器的水量：0+0.4624=0.4624Kmol</p><p>　　氮氣、氬氣和甲烷的量在反映的過程中不發(fā)生變化，所以出口氣體中各組分的量如表4-4所示。</p><p>　　表4-4 反應(yīng)器入口和出口的氣體量（Km

71、ol/h）</p><p>　?。?）實際裝置每小時生產(chǎn)的環(huán)氧乙烷可折算為</p><p>　　綜上所述，氣體進料為100Kmol/h時，可生產(chǎn)環(huán)氧乙烷0.4488Kmol/h。若要達到50.73Kmol/h的環(huán)氧乙烷生產(chǎn)能力，則需要原料量為: </p><p>　　=11303.48Kmol/h</p><p>　　為了保證所設(shè)計的裝置能

72、夠達到所要求的生產(chǎn)能力，必須考慮到原料損失等原因素，一般取安全系數(shù)為1.04</p><p>　　則實際進料量為: 1.04×11303.48=11755.61Kmol/h</p><p>　　(4)原料氣與氧化氣的組成計算</p><p>　　根據(jù)基準氣體進料量為100Kmol/h是的計算結(jié)果，可折算出實際進料量為11755.61Kmol/h時的物料衡

73、算情況。如表4-5所示</p><p>　　表4-5 實際原料氣進料時的物料衡算</p><p>　　表4-6 氧化氣的物料衡算</p><p><b>　　4.3 熱量衡算</b></p><p>　　設(shè)原料氣帶入的熱量為,氧化氣帶出的熱量，反應(yīng)熱為，反應(yīng)器的散熱量。當忽略熱損失時，有： ＋=＋

74、 （4-1） </p><p><b>　　各組分的比熱</b></p><p>　　查得理想氣體的比熱計算 =A+BT++ （4-2)</p><p>　　上式中的各項系數(shù)值如表4-6所示。</p><p>　　表4-7 各組分的定壓比熱系數(shù)值 </p&

75、gt;<p>　　原料氣溫度為210℃ ，氧化氣溫度250℃。在此條件下各組分的值如表4-7,4-8所示 。</p><p>　　表4-7 原料氣各組分的 值（J/mol·K）</p><p>　　表4-8 氧化氣各組分的 值（J/mol·K）</p><p>　　可查得真是氣體與理想氣體的比熱之間關(guān)系式:</p>

76、<p>　　=+=++ （4-3） </p><p>　　而和與Tr、Pr的關(guān)系可在的圖3-10中查出。原料氣溫度為210+273.15=483.15K,壓力為1Mpa;氧化氣溫度為250+273.15=523.15K，壓力為1Mpa。</p><p>　　查表計算，各項計算結(jié)果如表4-9、4-10所示。比熱單位為J/mol·K</p>&l

77、t;p>　　表4-9 原料中各組分定壓的壓力校正參數(shù)</p><p>　　表4-10氧化氣中各組分定壓比熱的壓力校正參數(shù)</p><p>　　組分 CH O CO N HO CHO</p><p>　　T 282.4 154.6 304.2 126.2

78、 647.3 469</p><p>　　P 5.036 5.046 7.376 3.394 22.05 7.194</p><p>　　T 1.853 3.384 1.720 4.145 0.808 1.115</p><p>　　P

79、 0.199 0.198 0.136 0,295 0.045 0.139</p><p>　　ω 0.085 0.021 0.225 0.040 0.344 0.200</p><p>　　C 0.554 0.134 0.419 0.126 1.381

80、 2.093</p><p>　　C 0.502 0.0084 0.502 0 4.186 5.023</p><p>　　C 64.887 31.534 45.532 29.926 38.321 81.098</p><p><b>　　

81、(2)熱量衡算</b></p><p>　?、僭蠚鈳氲臒崃縌,原料氣的入口溫度為483.15K，以273.15K為基準溫度，則 : Q = （kJ/h） (4-4)</p><p>　　計算結(jié)果列于表4-11中</p><p>　　表4-11原料氣帶入的熱量</p><p>

82、;　　CH 61.523 0.034 2.092</p><p>　　O 31.260 0.056 1.751</p><p>　　CO 44.476 0.077

83、 3.425</p><p>　　N 29.738 0.833 24.772</p><p>　　合計 — 1.00 30.040</p><p>　　由計算結(jié)果可知 ： Q=NXCT

84、 （4-5）</p><p>　　由公式4-5可得：Q=11755.6130.040(483.15-273.15)=7.41610kJ/h</p><p>　?、诜磻?yīng)熱Q在操作條件下，主副反應(yīng)的熱效應(yīng)分別為</p><p>　　主反應(yīng): CH+1/2O CHO+25.19 kcal/mol （4-5）<

85、;/p><p>　　副反應(yīng): CH+ 3O 2CO+2HO+315.9 kcal/mol （4-6）</p><p>　　則主反應(yīng)的放熱量為：</p><p>　　Q=399.690.2</p><p><b>　　副反應(yīng)的放熱量為：</b></p><p><b>

86、　　Q</b></p><p><b>　　總反應(yīng)熱為：</b></p><p>　　QQQ=(5.567+35.962)10</p><p>　?、垩趸瘹鈳С龅臒崃縌，氧化氣出口溫度為523.15K，以273.15K為基準溫度，則： （4-6）</p><p>　　計算結(jié)

87、果列于表4-12中 </p><p>　　表4-12氧化氣帶出的熱量</p><p>　　組分 C (J/mol.) X XC </p><p>　　CH 64.887 0.0273 1.771 </p><

88、;p>　　O 31.534 0.0468 1.476 </p><p>　　CO 45.532 0.0816 3.725</p><p>　　N 29.926 0.8

89、349 24.985</p><p>　　HO 38.321 0.0045 0.172</p><p>　　81.098 0.0046 0.373</p><p>　　合計 —

90、 1.00 32.49</p><p>　　由計算結(jié)果可知： Q=NXCT （4-7）</p><p>　　由公式4-7可得： </p><p>　?、芊磻?yīng)器的撤熱量Q： （4-8）</p><

91、;p>　　可得反應(yīng)器的撤熱量：</p><p>　　第五章 反應(yīng)器的設(shè)計</p><p>　　在物料衡算和熱量衡算的基礎(chǔ)上，可以對反應(yīng)部分主要設(shè)備的工藝參數(shù)進行優(yōu)化計算。這一部分主要是反應(yīng)器的工藝參數(shù)優(yōu)化。</p><p>　　設(shè)計生產(chǎn)能力：13000噸/年；生產(chǎn)過程安全系數(shù)：1.04；年操作時間：290天；本設(shè)計采用兩臺反應(yīng)器并聯(lián)進行反應(yīng)。</p&g

92、t;<p>　　已知：（1）每小時輸入的原料氣量總為11755.61Kmol/h; </p><p>　　（2）以銀為催化劑，顆粒為球形，d=5mm，孔隙率ε=0.8；</p><p>　?。?）反應(yīng)溫度為250℃，操作壓力為1MPa,空速為5000-1；</p><p>　?。?）反應(yīng)器列管規(guī)格為32×3.5mm;</p>&

93、lt;p>　?。?）反應(yīng)熱用油撤走，導(dǎo)出液進口溫度230℃，導(dǎo)出液出口溫度235℃；</p><p>　　（6）原料氣進口溫度為210℃，氧化氣出口溫度為250℃。</p><p>　　5.1 催化劑的用量</p><p>　?。?）催化劑總體積VR（m3）是決定反應(yīng)器主要尺寸的基本依據(jù)，其計算公式如下所示:</p><p><b

94、>　　VR=</b></p><p>　　式中V—原料氣流量，m3/h</p><p><b>　　S—空速，h-1。</b></p><p><b>　　原料的體積流量V</b></p><p>　　立方型狀態(tài)方程RK用于氣體混合物的V</p><p>&

95、lt;b>　　P= </b></p><p><b>　　其中 </b></p><p>　　a=0.42748 （5-3）</p><p>　　b=0.08664 （5-4）</p><p>　　方程中參數(shù)a和b常采用

96、混合規(guī)則</p><p>　　am= （5-5）</p><p>　　= （5-6）</p><p>　　交叉項 =（）（1-） （5-7）</p><p><b>　　其中=0</b></p><p><b>　　先求和

97、</b></p><p>　　由表4-9知各物質(zhì)的和代入式5-3和5-4計算結(jié)果如表5-1</p><p>　　表5-1原料氣的計算</p><p><b>　　由計算結(jié)果可知：</b></p><p>　　am=1.5537 </p><p>　　=2.7277E-0.5代入式6-2

98、有</p><p>　　運用直接迭送法，查可知RK方程的直接迭代方程為</p><p>　　=+b- (5-8)</p><p>　　V=+2.721110-</p><p>　　=4.044610-</p><p>　　以 ===4.017410 </p><p&g

99、t;　　迭代的結(jié)果如表5-3</p><p>　　表5-3 迭代結(jié)果</p><p>　　有V=11755.61kmol/h</p><p>　　所以，由公式(6-1)得 V </p><p>　　(3)氧化反應(yīng)器床層截面積A（m）及高度H（m）的計算</p><p>　　氧化反應(yīng)器采用兩套并聯(lián)計算公式如下所示

100、H= （5-9）</p><p>　　床層高度為 H=6%=5.7 m</p><p>　　故 A=</p><p>　　5.2 確定氧化反應(yīng)器的基本尺寸</p><p>　　對于列管式固定床的基本尺寸，首先根據(jù)傳熱要求選定32的不銹鋼管作為反應(yīng)器的反應(yīng)管規(guī)格，在求出反應(yīng)管根數(shù)n。</p>

101、<p>　　反應(yīng)管內(nèi)徑：d=32-3.5</p><p>　　反應(yīng)管根數(shù) （5-10）</p><p>　　由公式（5-10）得n=根</p><p>　　經(jīng)圓整可得，反應(yīng)管根數(shù)為1691根。</p><p>　　5.3床層壓力降的計算</p><

102、p>　　可查得如下計算公式 （5-11）</p><p><b>　　式中 ；</b></p><p>　　H—催化劑床層高度，m；</p><p>　　G—質(zhì)量流速，kg/；</p><p><b>　??；</b></p><p>　　g —重力加速度，m/

103、s；</p><p><b>　　—固定床空隙；</b></p><p>　　d—催化劑顆粒當量直徑，m；</p><p><b>　　—氣體粘度，；</b></p><p>　　本次設(shè)計所選用的催化劑為d=5mm的球型，計算其直徑為：</p><p><b>　　

104、d=0.005m</b></p><p><b>　　H=5.7m </b></p><p><b>　　由式5-11得：</b></p><p>　　5.4 傳熱面積的核算</p><p>　　5.4.1床層對壁面的給熱系數(shù)的計算</p><p>　　對于氧化

105、反應(yīng)器，催化劑床層是被冷卻的。此時催化劑床層與反應(yīng)器內(nèi)壁的給熱系數(shù)，可用下式進行計算：</p><p><b>　?。?-12）</b></p><p>　　式中 —床內(nèi)氣體的給熱系數(shù)，；</p><p><b>　　—反應(yīng)管內(nèi)徑，m；</b></p><p>　　—催化劑顆粒直徑。m；</p

106、><p>　　—通過床層氣體的導(dǎo)熱系數(shù)，；</p><p>　　—氣體的粘度，kg/m；</p><p>　　—氣體的線速度，m/s；</p><p>　　—通過床層的氣體的密度，；</p><p>　　氣體的線速度可由公式</p><p>　　A=

107、 （5-13）</p><p>　　得 </p><p><b>　　由公式5-12得</b></p><p>　　以管外表面為基準，不銹鋼反應(yīng)管導(dǎo)熱系數(shù)取。</p><p>　　其計算公式如下：K= (5-14)</p><p

108、>　　參見式6-117，由公式（5-14）可得：</p><p>　　K==298.82W/() </p><p>　　5.4.3 傳熱面積的核算 </p><p><b>　　對數(shù)平均溫差公式為</b></p><p><b>　?。?-15）</b></p>

109、<p>　　換熱介質(zhì)采用逆流，則由5-15得</p><p>　　又 （5-16）</p><p>　　則有 </p><p>　　又 （5-17）</p>

110、<p>　　則有： </p><p>　　可知，即實際傳熱面積大于按傳熱計算所需的傳熱面積，所以設(shè)計符合要求。</p><p>　　5.5 反應(yīng)器塔徑的確定</p><p>　　查得塔徑的計算公式有：</p><p>　　D=t+2b （5-18）</p>

111、<p>　　式中D—殼體內(nèi)徑，m；</p><p><b>　　t—管中心距，m；</b></p><p>　　n—橫過管中心線的管數(shù)；</p><p>　　b—管束中心線最外層管的中心至殼體內(nèi)壁的距離</p><p><b>　　t===</b></p><p>

112、;　　一般取b= ，取b===</p><p>　　管子按正三角形排列如下圖</p><p>　　圖5-1 反應(yīng)器列管排列示意圖</p><p>　　則橫過管中心線的管數(shù)為</p><p><b>　　=</b></p><p>　　由公式5-19，可得==</p><p&g

113、t;　　所以，由公式5-18可得D=。 故取反應(yīng)器外徑為2100mm。</p><p>　　5-6氧化反應(yīng)器的參數(shù)</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　本論文采用乙烯直接氧化法對年產(chǎn)1.4萬噸環(huán)氧乙烷的裝置進行初步的工藝設(shè)計，主要對環(huán)氧乙烷的氧化反應(yīng)器進行了工藝和設(shè)備的參數(shù)進行計算為環(huán)氧乙烷轉(zhuǎn)置的工藝設(shè)計提供參考

114、。</p><p>　　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250℃、操作壓力為1Mpa的工藝條件下，經(jīng)過物料衡算和熱量衡算決定采用兩套直徑為2.1m的列管式固定床反應(yīng)器并聯(lián)，列管總共有1691根，催化劑的床層高度為6米。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 陳光榮. 乙烯氧化合成環(huán)氧乙烷的

115、甲烷致穩(wěn)工藝[J] 石油化工，1999,28（6）： 418~420 </p><p>　　[2] Ayame A,Uchida Y and One H, et al. Epoxidation of ethylene over silver catalysts Supported on calumina crystal carriers[J]. Applied Catalysis A: General, 20

116、03, 224(1):59~70</p><p>　　[3] Stegelmann C, Schiqodt NC and Campbell C T, et al. Micro-kinetic modeling of ethyleneoxidation over silver[J].Journal of Catalysis, 2004. 221(2):630~649</p><p>　　[

117、4]Michaelides A,Boequet M L,Sautet P, et al.Structures and thermodynamic</p><p>　　Phase transitions for oxygen and silver oxide phases on Ag[J].Chemical Physics Letters,2003,367(3~4):344~350</p><p

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