环氧己烷反应器设计

河南城建学院化学反应工程课程设计

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

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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

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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。

环氧乙烷是以乙烯为原料的主要石油化工产品之一。世界乙烯总产量的16％用来生产环氧乙烷，环氧乙烷是乙烯工业衍生物中仅次于聚乙烯的第二位重要化工产品。环氧乙烷还是重要的石油化工原料及有机和精细化工产品的中间体，主要用来生产乙二醇。随着精细化工的发展，环氧乙烷已成为精细化工工业不可缺少的一种有机化工原料[1]。

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。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[2-5]。

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

环氧乙烷的工业化生产已经有半个多世纪的历史，最早的工业化生产方法是氯醇法，由于其存在腐蚀设备、污染环境和耗氯量大等一系列问题，现在己基本上被淘汰了，取而代之的是直接氧化法。直接氧化法又分为空气氧化法和氧气氧化法，其主要区别在于乙烯的氧化剂各不相同。

在环氧乙烷的生产发展过程中，生产技术和工艺过程都有不断的改进和革新，到目前为止，世界上几乎所有的环氧乙烷都是用乙烯直接氧化法生产的。直接氧化法中，首先出现的是空气氧化法，而后氧气氧化法问世，二者并行：近几十年来，许多厂家都采用氧气氧化法生产环氧乙烷，因为氧气氧化法不需要空气净化系统，并且氧气氧化法的环氧乙烷收率高于空气氧化法，乙烯单耗较低。由于用纯氧作氧化剂，连续引入系统的惰性气体大为减少，未反应的乙烯基本上可完全循环使用。

本设计采用氧气直接氧化法，对原有的单元设备进行生产能力标定和技术经济

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评定。在此基础上，查阅了大量资料，根据设计条件，通过物料衡算、热量衡算、反应器的选型及尺寸的确定，计算压降、催化剂的用量等，设计出符合设计要求的反应器。

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第二章 环氧乙烷的性质

2.1物理性质

常温下环氧乙烷为无色、具有甜醚味的气体。在较低的温度下环氧乙烷成为无色、透明、易流动的液体。易溶于水、醚和醇等有机溶剂。表1列出了环氧乙烷的主要物理性质。

表1-1环氧乙烷的主要物理性质 物理性质 沸点(101．3kPa)，℃ 熔点(101．3l(Pa)，℃ 临界温度，℃ 临界压力，Mpa 临界密度，kg／m3 折射率，?空气中爆炸极限 (101．3kPa)，％(体积) 7数据 10．8 －112．5 195．8 7．194 314 1．3597 下限 上限 2．6 100 29．648 71．13 97．49 117．86 2091 580．58 1．96 1901 702 644 24．3 D 燃烧热(25，101．3kea)，kJ／kg 生成热 kJ／mol 蒸汽 液体 熔解热，kJ／kg 聚合热，kJ／kg 汽化热，(10．5℃)，kJ／kg 比热容(35℃)，kJ／(kg．K) 气相分解热，kJ／kg 着火点，K 自燃点，K 表面张力(20℃)，mN／m(dyn／cm)

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