【《环氧乙烷生产工艺设计计算》4300字】

环氧乙烷生产工艺设计计算目录TOC\o"1-3"\h\u17784环氧乙烷生产工艺设计计算 1158991.1设计基础资料 1166191.2工艺设计方案 1157431.1.1直接氧化法 159251.1.2氯醇法 2165741.1.3工艺选择 2292491.1.4EO原料和部分辅料的摩尔组成与物性数据表 374261.3工艺流程概述 3164651.3.1主要原料组成 318841.3.2生产方法 331431.3.3工艺流程框图 4267681.4物料衡算 4263741.4.1混合器 4297931.4.2反应器 7107611.4.3EO吸收塔 8184551.4.4二氧化碳的排放吸收系统 10266971.4.5EO解析塔 11128831.4.6脱轻组分塔 12182441.5反应器能量衡算 1457461.5.1原料气带入热量 1423911.5.2氧化气带出热量 14122961.5.3反应热 1471121.5.4散热量 15243821.6生产设备的设计与选型 15200141.6.1EO精馏塔的设计与计算 15115431.6.2典型设备选型 161.1设计基础资料表6EO的预计年产量与指标名称产量(万吨/年)指标(质量分数)EO100.997及以上1.2工艺设计方案1.1.1直接氧化法直接氧化法分为空气法和氧气法。直接氧化法是国内最常用的生产方法之一。银催化剂可以直接将乙烯转化为EO，一步生成EO。主要反应方程为:副反应：副反应主要生成二氧化碳，所以在生产过程中，要及时移除二氧化碳，防止酸化，腐蚀设备与产品。其次生成的乙醛，甲醛的含量少，但它们对产品质量有很大影响，会阻碍EO的深加工。因此，在工艺中有专门的去醛设备，减少了醛对产品质量的影响1.1.2氯醇法本法1925年由美国联碳公司首先实现工业化，由两部分组成。①次氯酸化反应②氯乙醇的皂化反应该方法具有生产成本高、纯度低等缺点。此外，氯和HCI等废气也会导致设备腐蚀和环境污染。自20世纪50年代以来，逐渐被直接氧化所取代。1.1.3工艺选择本文选择直接氧化法中的纯氧法。纯氧化的优点是乙烯的消耗量小于空气法，设备和管道设计数量少于空气法。就新装置的投资而言，氧气从界外输送，不需要重新建立空分装置，因此氧气法的投资明显更有优势。其次，催化剂在纯氧法中的选择性更高，反应温度则低于空气反应，有利于增长催化剂使用时间和有效性。经综合测算考量，直接氧化法生产能力可达到20万吨/年以上。主反应：1.1.4EO原料和部分辅料的摩尔组成与物性数据表本工艺所用的主要原料摩尔组成于物性数据如表7所示。表7EO原料的摩尔组成原料组分含量氧气(%)=0.195=0.005乙烯(%)=0.05=0.1甲烷(%)1.3工艺流程概述1.3.1主要原料组成原料组成为乙烯与氧气，甲烷。1.3.2生产方法7图4反应流程图17原料混合器2，原料热交换器3，主反应器4，EO吸收塔5，CO2吸收塔6，CO7，气液分离器8，冷却器图5反应流程图29，EO解析塔10，脱轻组分塔11，精馏塔在循环气首先与乙烯和甲烷通过下游混合。加入抑制剂后，用加热器将反应器内的原料气加热。预热后，反应器将气体送入反应器中，乙烯和氧气在银催化剂床上反应生成EO，副产品、和少量的醛。主要产物环氧乙烷经冷却后，进入吸收塔内，用水回收粗产品EO。富液从吸收塔流出，进入解析塔中，经冷却后从脱轻组分塔塔顶部流入，最后进入精馏塔中。解析塔的作用是除去多余的水，除去的水回流到吸收塔中重复利用或者与没有处理的循环气体重新混合后进入到EO反应系统起冷却作用。脱轻组分塔目的是把氮气，氩气等惰性气体除去，在进入到精馏塔中。在精馏塔中，主要脱去醛类物质，以得到精制EO。用碳酸钾溶液吸收反应生成的二氧化碳。其中一小部分的二氧化碳通过吸收塔，形成循环气，充当抑制剂，可抑制副反应作用。大部分进入二氧化碳排放系统，排除生产系统。1.3.3工艺流程框图图3工艺流程框图1.4物料衡算1.4.1混合器混合器中乙烯取年工作时间为8400小时，环氧乙烷收率为0.3则：C2H=900.8021kmol/h①CH4的量=0.4511kmol/h②同理：C2F2：MF×30％=MF×30％×90％×99.95％×99.82％+901.1553+×0.5％①：MF×50％=MF×50％×99.99％×99.82％+0.4511+×96.9％②由①②两式联立解得MF=29467.0207kmol/h=27.2810kmol/h混合器中的EO计算①=（MF×+MF××0.1×80％）×0.004×99.82%②联立①②公式解得=0.0001同理求得=0.0499=0.0168=0.0111=0.0323混合器中的O2（）计算反应器氧气量等于原料与循环气中氧气量的总和列式：MF×=×+R×循环气中氧气的量等于反应器减去消耗，吸收和排放的总和列式：R×=[MF×-MF××0.1×（0.8+0.002）×0.5-MF××0.1×19.8%×3]×99.99%代入=0.0832=0.3MF=29467.0207kmol/h求得=884.3459kmol/h混合器中的H2循环气中的H2O等于反应器中的与反应生成的亦可表示为：=1计算得出=0.0066+++R=MF，解得：R=27653.2386即：R×=[MF×+MF××0.1×0.198×2]×（1-）×0.9982代入解得：=0.0067混合器物料衡算计算结果见表9：表9混合器物料衡算结果表输出循环气组分摩尔流量摩尔分数摩尔流量摩尔分数摩尔流量摩尔分数摩尔流量摩尔分数摩尔流量摩尔分数0.04420.000050.54560.02331.83890.0020327.08390.01111.72440.00195951.27140.0344951.78480.0323881.57720.9981567.93860.05672451.65610.08320.45110.000526.43530.96914705.99230.531814733.51030.5000900.8021.0.99850.13640.0057939.24480.28718840.10620.30000.90220.001494.99300.0179495.04590.01680.16370.0061473.91760.05331470.40430.04991.76530.00011.94670.0001185.27670.0066197.48230.0067合计884.34591.0000901.15531.000027.28101.000027653.23861.000029467.02071.00001.4.2反应器=MF××（1-乙烯的单程转化率）=29467.0207×0.3×(1-10％=7956.0956kmol/h同理可得EO==1061.1144kmol/h乙醛==1.6520kmol/h二氧化碳=1731.9555kmol/h反应器出口水量水的量等于二氧化碳=MF×+MF×乙烯的单程转化率×二氧化碳选择性×2=29467.0207×0.0067+29467.0207×0.3×15％×19.8％×2=721.5313kmol/h=（混合器中氧气量-生成EO消耗的氧气量-生成乙醛消耗氧气量-生成二氧化碳消耗的水量）=1131.2703kmol/h反应器出口氮气，氩气，甲烷，乙烷的量不变计算结果见表10。表10反应器物料衡算结果表输入物料输出物料组分摩尔流量

摩尔分率质量流量质量分率摩尔流量

摩尔分率质量流量质量分率327.08390.01119161.73210.0132327.08390.01129161.73210.0132951.78480.032338021.89920.0548951.78480.032738021.89920.05482451.65610.083278450.05320.11321131.27030.038936231.29090.052214733.51030.5000236359.39230.340914733.51030.5060236359.39230.34068840.10620.3000247991.49920.35777956.09560.2733223191.34990.3216495.04590.016814885.43620.0215495.04590.017014885.43620.02141470.40430.049964711.75800.09331731.95550.059576266.50510.10991.94670.0001129.80920.00021060.81270.036446731.34540.06731.65200.0001116.82700.0002197.48230.00673557.68310.0051721.53130.024813016.54590.0188合计29467.02071.0000693270.26251.000029114.74231.0000680967.77791.00001.4.3EO吸收塔该塔用纯水作为吸收剂，液汽比取2各组分的吸收率（%）：氮气：0.0050氩气：0.0010氧气：0.0100二氧化碳：1.3000水：65.2940乙烯：0.0500乙烷：0.0020甲烷：0.0100EO：99.6000气体中各组分的量出口EO的量=进入吸收塔的EO量×（1-EO的吸收率）==1060.8127×（1-99.6％）=4.2433kmol/h同理可得（kmol/h）乙烯的量=7951.1176二氧化碳的量=1710.4271氧气的量=1131.1571水的量=250.7617甲烷的量=14731.0370乙烷的量=495.0360氮气的量=327.0675氩气的量=951.7753塔内气体的平均流率V=即：吸收剂的用量（水）==55890.7899kmol/h富液中各组分的量EO的量=进入吸收塔EO的量×EO的吸收率=1060.8127×99.6％=1056.5695kmol/h同理可得（kmol/h）乙烯的量=3.9780二氧化碳的量=21.5284氧气的量=0.1132甲烷的量=1.4734乙烷的量=0.0099氮气的量=0.0164氩气的量=0.0095水的量=进入吸收塔中吸收的水蒸气的量-吸收塔出口的水的量+吸收剂的用量=-250.7617+H=721.5313-250.7617+55890.7899=56361.5595kmol/h计算结果如表11表11EO吸收塔物料衡算结果表进料气进料吸收剂塔顶出口气体塔釜出口吸收液组分摩尔流量摩尔分数摩尔流量摩尔分数摩尔流量摩尔分数摩尔流量摩尔分数327.08390.0112327.06750.01190.0164951.78480.0327951.77530.03450.00951131.27030.03891131.15710.04110.113214733.51030.506014731.03700.53461.47347956.09560.27337951.11760.28863.97800.0001495.04590.0170495.03600.01800.00990.00001731.95550.05951710.42700.062121.52840.00041060.81270.03644.24330.00021056.56950.01841.65200.00011.6520721.53130.024855890.78991.0000250.76170.009156361.55950.9811小计29114.74231.000055890.78991.000027555.62241.000057449.90981.0000合计85005.532285005.53221.4.4二氧化碳的排放吸收系统排放比=0.18％物料的排放量物料的排放量=输入排放系统的物料量（w）×排放比，氮气排放量=327.0675×0.0018=0.5887kmol/h同理可得（kmol/h）乙烯=14.3138二氧化碳=3.0788氧气=1.0379水=0.4514EO=0.0076甲烷=26.5177乙烷=0.8911氩气=1.7132乙醛=0.0000二氧化碳吸收系统的进料量吸收系统进料量=进料量-排放量氮气进料量=327.0675-0.5887=326.4788kmol/h同理可得（kmol/h）乙烯=7937.8038二氧化碳=1707.3482氧气=1130.1192水=250.3103EO=4.2357甲烷=14705.5193乙烷=494.1449氩气=950.0621乙醛=0.0000二氧化碳吸收系统物料衡算吸收量=进料量0.18=307.3227计算结果见表12表12吸收排放系统的物料衡算结果表二氧化碳排放系统进料二氧化碳吸收系统进料吸收二氧化碳量排放物料循环物料组分摩尔流量摩尔分数摩尔流量摩尔分数摩尔流量摩尔分率摩尔流量摩尔分数摩尔流量摩尔分数327.06750.0119326.47880.01190.58870.0119326.47880.0120951.77530.0345950.06210.03451.71320.0345950.06210.03491131.15710.04111130.11920.04111.03790.04111130.11920.041614731.03700.534614705.51930.534626.51770.534614705.51930.54077951.11760.28867937.80380.288614.31380.28867937.80380.2918495.03600.0180494.14490.01800.89110.0180494.14490.01821710.42700.06211707.34820.0621307.32271.00003.07880.06211400.02550.05154.24330.00024.23570.00020.00760.00024.23570.0002250.76170.0091250.31030.00910.45140.0091250.31030.0092小计27555.62241.000027506.022381.0000307.32271.000049.60011.000027198.69961.00001.4.5EO解析塔EO解析塔各组分解析率查阅文献可知EO为0.96水为0.018乙二醇为0其余都为1此外解析塔釜含量约为0.2000塔顶出口气体的量=输入的塔顶的富液的量×解析率以氮气为例：塔顶出口氮气的量=0.0164×1=0.0164kmol/h同理可得（kmol/h）氩气=0.0095氧气=0.1132甲烷=1.4734乙烯=3.9780乙二醇=0.0000乙烷=0.0099二氧化碳=21.5284EO=1014.3067乙醛=1.6520水=1014.5261塔底贫液的量=塔顶富液的量-塔顶出口气体的量以氮气为例：塔底贫液氮气的量=0.0164-0.0164=0.0000kmol/h同理可得（kmol/h）除去水=55348.0334外，其余都为0塔釜乙二醇出料量解析塔釜乙二醇含量:0.2000，所以水的含量=1-0.200=0.8000乙二醇的出料量=1056.5695-1014.3067=41.2628kmol/h=169.0512kmol/h水蒸汽通入的量=1014.5261+55348.0334+169.0512+41.2628-56361.5595=211.3140kmol/h计算结果见表13表13EO解析塔物料衡算结果表塔顶富液水蒸气通入量塔顶出口气体塔底贫液塔釜乙二醇出料组分摩尔流量摩尔分数摩尔流量kmol/h摩尔分数摩尔流量摩尔分数摩尔流量摩尔分数摩尔流量摩尔分数0.01640.01640.00950.00950.11320.11320.00011.47341.47340.00073.97800.00013.97800.00190.00990.009921.52840.000421.52840.01091056.56950.01841014.30670.49251.65201.65200.001356361.55950.9811211.31401.00001014.52610.492655348.03341.0000169.05120.800041.26280.2000合计57449.90981.0000211.31401.00002059.61361.000055348.03341.0000211.31401.00001.4.6脱轻组分塔塔釜二氧化碳摩尔分率=0.00001塔顶EO摩尔分率=0.6700输入氮气的量=0.0164kmol/h同理可得（kmol/h）氩气=0.0095氧气=0.1132甲烷=1.4734乙烷=0.0099二氧化碳=21.5284EO=1014.3067乙烯=3.9780乙醛=1.6520水=1014.5261乙二醇=0进料F中的组分有：氮气，氩气，氧气，甲烷，乙烯，乙烷，二氧化碳，EO，水，乙醛轻关键组分为：二氧化碳重关键组分为：EO塔顶出料D为：氮气，氩气，氧气，甲烷，乙烯，乙烷，二氧化碳，EO塔釜出料W为：二氧化碳，EO，水，乙醛塔顶的氮气，氩气，氧气，甲烷，乙烯，乙烷的出料量=其各自的进料量塔顶的水和乙醛的出料量看做0塔釜的氮气，氩气，氧气，甲烷，乙烯，乙烷的出料量看做0水和乙醛出料量与进料量保持不变塔顶EO出料量=D×塔釜EO出料量=进料量-塔顶量塔釜出料量=W×塔顶出料量=进料量-塔釜量由联立解得：D=85.1790kmol/hW=1974.4348kmol/h塔顶EO出料量=57.0700kmol/h塔顶出料量=21.5087kmol/h塔釜EO出料量=957.2367kmol/h塔釜出料量=0.0197kmol/h计算结果见表14表14脱轻组分塔物料衡算结果表流入塔顶气相出料塔釜液相出料组分摩尔流量摩尔分数摩尔流量摩尔分数摩尔流量摩尔分数0.01640.01640.00020.00950.00950.00010.11320.00010.11320.00131.47340.00071.47340.01733.97800.00193.97800.04670.00990.00990.000121.52840.010921.50870.26430.01971014.30670.492557.07000.6700957.23670.48481.65200.00131.65200.00131014.52610.49261014.52610.