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摘 要

本课题针对环氧乙烷装置反应部分根据相关工艺条件对其进行设计。以乙烯和氧气为原料，在高温、高压、银催化剂作用下反应生成环氧乙烷，完成18万吨/年环氧乙烷装置反应工艺设计。

本课题主要从反应装置的选择、计算来处理的，以实现反应装置能够满足生产需求。其中，催化剂的选择和反应器的选型时关键。该设计内容主要包括催化剂的选择，反应器和换热器的计算和选型。并根据反应画出相应的物料流程图(PFD)、管道及仪表流程图(PID)、设备布置图、管道布置图等。

关键词：乙烯；环氧乙烷；催化剂；反应器；换热器

180,000 tons / year process design of Oxirane Unit

Abstract

The object for the reaction of ethylene oxide unit is designed according to related conditions. Ethylene and oxygen as raw materials, the reaction of ethylene oxide is occured at high temperature and pressure over silver catalyst to achieve the goal of 180,000 tons/year ethylene oxide unit reactor design.

The key to this object is the selection and calculation of the reactor to finish the oxirane unit can meet the needs of production.The design includes the selection of catalyst,the calculation reactor and heat exchanger. the PFD of the direct oxidation of EO,piping and instrumentation diagrams (PID), equipment layout diagrams,piping layout diagrams,pipeline list and so on are accquired.

Key words:Ethylene;EO;Catalyst;Reactor;Heater exchanger

目 录

第一章 综述 1

1.1引言 1

1.2环氧乙烷性质 1

1.2.1物理性质 1

1.2.2化学性质 1

1.3环氧乙烷制备方法 3

1.3.1氯醇法 3

1.3.2直接氧化法 4

1.4环氧乙烷反应器 4

1.4.1列管式固定床反应器 4

1.4.2微通道反应器 5

1.4.3三相鼓泡淤浆床反应器 5

1.5银催化剂 5

1.5.1活性组分 5

1.5.2载体 6

1.5.3助催化剂 6

1.5.4抑制剂 6

1.6环氧乙烷生产概况 6

1.6.1国外生产概况 6

1.6.2国内生产概况 6

1.8设计内容与意义 8

第二章 环氧乙烷生产工艺设计基础 9

2.1反应原理 9

2.2反应条件 9

2.3工艺流程概述 10

2.3.1乙烯氧化反应单元 10

2.3.2汽提与再吸收单元 11

2.3.3二氧化碳脱除单元 11

2.3.4环氧乙烷精制单元 11

2.4原料性质及技术规格 11

第三章 反应单元工艺设计 13

3.1反应单元工艺流程图 13

3.2物料衡算 13

3.2.1原料气组成 13

3.2.2反应部分基础计算 13

3.3 Aspen流程模拟 16

3.4模拟计算结果 17

3.4.1换热器的模拟 17

3.4.2反应器的模拟 18

第四章 设备选型 20

4.1反应器的工艺参数 20

4.1.1反应器基本尺寸 20

4.1.2计算反应热 20

4.1.3计算传热面积 20

4.1.4反应器外径的计算 21

4.2 换热器的选型 22

第五章 反应单元车间设计 23

5.1车间布置 23

5.1.1 设备布置总原则 23

5.1.2单元设备布置特点 24

5.1.3设备布置图 24

5.2管道设计 25

5.2.1 管道配置的设计一般规定 25

5.2.2选用标准 29

5.3管道材料设计规定 29

5.3.1范围 29

5.3.2标准和规范 29

5.3.3材料 30

第六章 自控及仪表 31

6.1工艺过程控制 31

6.2仪表选型 31

6.2.1 仪表选型原则 31

6.2.2 主要仪表性能 32

6.2.3 控制阀 32

第七章 安全技术 33

7.1常见的着火原因及火灾的防止 33

7.2消防器材的选用 33

7.3爆炸事故的防止 34

7.4防毒和灼伤 34

第八章 结论与展望 36

8.1结论 36

8.2展望 36

参考文献 37

致 谢 39

1. 综述

1.1引言

环氧乙烷(EO)是一种最简单的环醚，属于杂环类化合物，是重要的石化产品和化工基础原料，也是乙烯工业衍生物中仅次于聚乙烯和聚氯乙烯的重要化工产品，其衍生物具有良好的定向吸附、亲水及抗静电等性能。早期，环氧乙烷常被用来制作杀菌剂，之后主要用于制造乙二醇、稀释剂、非离子型表面活性剂、合成洗涤剂、抗冻剂、消毒剂、增韧剂和增塑剂等。广泛应用于洗染、电子、医药、农药、纺织、造纸、汽车、石油开采与炼制等众多领域。环氧乙烷在过去化工市场的二十年里独占鳌头，尤其是在我国成为世界经济贸易组织成员国以后，随着国内纺织业及其他产业的崛起，环氧乙烷的供应量明显不足。

1.2环氧乙烷性质

1.2.1物理性质

环氧乙烷在低温下为无色透明液体，在常温下为无色带有醚刺激性气味的气体，气体的蒸汽压高，30℃时可达141kPa，这种高蒸汽压决定了环氧乙烷熏蒸消毒时穿透力较强。与水可以任何比例混溶，能溶于醇、醚。沸点10.4℃，相对蒸汽密度（空气=1）为1.52。

1.2.2化学性质

环氧乙烷化学性质非常活泼，能与许多化合物发生开环加成反应。环氧乙烷还能还原硝酸银。受热后易聚合，在有金属盐类或氧的存在下能分解。其反应产物是化工和精细化工的重要产品。

1. 加成反应

环氧乙烷与含有活泼氢原子的化合物，如H₂O、HX、NH₃、RNH₂、R₂NH、RCOOH、ROH、RSH、HCN等进行加成反应，生产含—OH的化合物(其中X为卤素，R为烷基或芳基)。

(1)与水反应

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