環(huán)氧乙烷的性質(zhì)作用以及應(yīng)用

1、<p>　　環(huán)氧乙烷的性質(zhì)作用以及應(yīng)用</p><p><b>　　1 概述</b></p><p>　　環(huán)氧乙烷(Oxirane)又名氧化乙烯(Ethylene Oxide)，是最簡單的環(huán)狀醚。分子式C2H4O，分子量44.05，易燃易爆有毒的液體。</p><p>　　在環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)發(fā)展過程中，生產(chǎn)技術(shù)和工藝過程都有不斷的改進(jìn)和

2、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法生產(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?yàn)檠鯕庋趸ú恍枰諝鈨艋到y(tǒng)，并且氧氣氧化法的環(huán)氧乙烷收率高于空氣氧化法，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(jì)采用氧氣直接氧化法，對(duì)

3、原有的單元設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)能力標(biāo)定和技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)定。在此基礎(chǔ)上，查閱了大量資料，根據(jù)設(shè)計(jì)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(jì)算壓降、催化劑的用量等，設(shè)計(jì)出符合設(shè)計(jì)要求的反應(yīng)器。</p><p><b>　　2 環(huán)氧乙烷的性質(zhì)</b></p><p><b>　　2.1物理性質(zhì)</b></p><p>　　常

4、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(dòng)的液體。易溶于水、醚和醇等有機(jī)溶劑，沸點(diǎn)為283.5K，熔點(diǎn)161.7K,燃點(diǎn)702K，自燃點(diǎn)844K，爆炸范圍為3.6%-78%（體積分?jǐn)?shù)），在空氣中允許濃度為150mg/kg，粘度在10℃時(shí)為0.28mpa.s，熱導(dǎo)率在25℃時(shí)0.0001239J/(cm.s.k)，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下比熱容為1.96KJ/kg.K。</p><p>

5、<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(jìn)行反應(yīng)，其反應(yīng)主要是環(huán)氧乙烷開環(huán)與其它化合物進(jìn)行加成反應(yīng)，放出大量反應(yīng)熱，有的反應(yīng)進(jìn)行得非常劇烈，甚至產(chǎn)生爆炸。</p><p><b>　　(1)分解反應(yīng)</b></p><p>　　氣體環(huán)氧乙烷在約400℃時(shí)開始分解，主

6、要生成CO、CH4以及C2H6、C2H4、H2、C、CH3CHO等</p><p><b>　　(2)加成反應(yīng)</b></p><p>　　環(huán)氧乙烷與含有活潑氫原子的化合物，生產(chǎn)含－OH的化合物</p><p><b>　?、倥c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)

7、上生產(chǎn)乙二醇的方法。</p><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。</p><p><b>　　②與醇類反應(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(gè)羥基的醚。</p><p><b>　?、叟c苯酚反應(yīng)</b>&l

8、t;/p><p>　　環(huán)氧乙烷與苯酚反應(yīng)生成苯氧基乙醇。</p><p><b>　　(3)氧化還原反應(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下可以有控制地氧化成羥基乙酸，最終則被氧化成二氧化碳及水。</p><p><b>　　(

9、4)異構(gòu)化反應(yīng)</b></p><p>　　環(huán)氧乙烷在三氧化二鋁、磷酸、磷酸鹽等催化劑存在下可異構(gòu)化為乙醛。</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?yàn)槿┑拇嬖谠黾恿谁h(huán)氧乙烷提存凈化的難度。</p><p>　　(5)與雙鍵進(jìn)行加成反應(yīng)</p><p>　　環(huán)氧乙

10、烷和以下一些含雙鍵的化合物可進(jìn)行加成反應(yīng)生成環(huán)狀化合物，例如R2C=O、SC=S、O2S=O、RN=CO、OS=O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(gè)碳原子的醇，這是實(shí)驗(yàn)室制備加長碳鏈醇的一種辦法，羥基在鏈的端部。</p><p><b>　?。?)齊聚反應(yīng)</b>

11、</p><p>　　環(huán)氧乙烷進(jìn)行齊聚反應(yīng)可生成冠醚，催化劑為含氟的路易斯酸。反應(yīng)在室溫、常壓下進(jìn)行。</p><p><b>　　(8)與二甲醚反應(yīng)</b></p><p>　　在BF3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>　　3設(shè)計(jì)

12、方案及反應(yīng)器型的確定</p><p>　　3.1 環(huán)氧乙烷的生產(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>　　(1)氯醇法</b></p><p>　　氯醇法環(huán)氧乙烷生產(chǎn)分兩步進(jìn)行：①氯氣與水反應(yīng)生成

13、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><p><b>　　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?/p>

14、：此方法用空氣為氧化劑，因此必須有空氣凈化裝置，以防止空氣中有害雜質(zhì)帶入反應(yīng)器而影響催化劑的活性。通常以低轉(zhuǎn)化率進(jìn)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，然后循環(huán)返回反應(yīng)器，不然二氧化碳濃度超過

15、15％(mol％)，將嚴(yán)重影響催化劑的活性。</p><p>　　(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(diǎn)。</p><p>　　氯醇法生產(chǎn)工藝的嚴(yán)重缺點(diǎn)大致有：①消耗氯氣，排放大量污水，造成嚴(yán)重污染；②乙烯次氯酸化生產(chǎn)氯乙醇時(shí)，同時(shí)副產(chǎn)二氧化碳等副產(chǎn)物，在氯乙醇皂化時(shí)生產(chǎn)的環(huán)氧乙烷可異構(gòu)化為乙醛，造成環(huán)氧乙烷損失，乙烯單耗高；③

16、氯醇法生產(chǎn)的環(huán)氧乙烷，醛的含量很高，約為5000~7000mg/m3，最低亦有2500mg/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。</p><p>　　故根據(jù)環(huán)保及成本的限制要求本實(shí)驗(yàn)采用直接空氣氧化法、。</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

17、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地氧化成環(huán)氧乙烷，該催化劑在選擇性、強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性和壽命等方面都有一定的特色。</p><p>　　3.2 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)受反應(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。<

18、/p><p>　　3.2.1 反應(yīng)溫度</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，當(dāng)反應(yīng)溫度高時(shí)，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(shí)反應(yīng)熱量的急驟增加，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)增加是更重要的原因。此外，在催化劑使用初期，

19、其活性較高，宜采用較低的操作溫度。</p><p>　　3.2.2 反應(yīng)壓力</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。</p><p><b>　　3.2.3 空速</b></p><p>　　空間速度簡稱空速，所謂空速是指單位時(shí)間內(nèi)，

20、通過單位體積催化劑的反應(yīng)物的體積數(shù)量。通常用每小時(shí)每升(或m3)催化劑通過的原料氣的升(或m3)數(shù)來表示。對(duì)于乙烯直接氧化過程，實(shí)踐證明，提高空速，轉(zhuǎn)化率會(huì)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。</p><p><b>　　3.3催化劑的選擇</b></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

21、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地氧化成環(huán)氧乙烷，該催化劑在選擇性、強(qiáng)度、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(duì)活性組分銀的開發(fā)研究取得了長足的進(jìn)步。也有不少學(xué)者試圖開發(fā)另一類金屬取代銀，但至今仍認(rèn)為活性組分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)的工藝流程&l

22、t;/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)氣冷卻器。其設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為年產(chǎn)13400噸環(huán)氧乙烷，設(shè)計(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間為287天／年。</p><p>　　3.4.1 工藝流程概述</p><p>　　本次設(shè)計(jì)采用氧氣氧化法進(jìn)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)

23、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)和二氧化碳脫除系統(tǒng)。如圖。</p><p><b>　　4 設(shè)計(jì)條件</b></p><p>　　工藝參數(shù)優(yōu)化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(jì)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(jì)算依據(jù)是工藝

24、流程圖、在工廠采集的數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)時(shí)要求的和查得的各種參數(shù)。</p><p>　　熱量衡算以能量守恒定律及物料衡算為基礎(chǔ)，計(jì)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(jì)算依據(jù)與物料衡算相同。</p><p><b>　　4.1 反應(yīng)原理</b></p><p>　　乙烯和氧氣在銀催化劑上，于一定溫度和壓力下，直接氧化生產(chǎn)環(huán)氧乙烷，反

25、應(yīng)方程式可表為：</p><p>　　主反應(yīng)： </p><p><b>　　反應(yīng)為放熱反應(yīng)。</b></p><p>　?。?）在主反應(yīng)進(jìn)行的同時(shí)，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)： </p><p><b>

26、;　　反應(yīng)為強(qiáng)放熱反應(yīng)。</b></p><p><b>　　4.2 原料組成</b></p><p><b>　　原料氣的組成</b></p><p><b>　　4.3 反應(yīng)器條件</b></p><p>　　原料進(jìn)入反應(yīng)器的溫度為483K</p>

27、<p><b>　　反應(yīng)溫度為523K</b></p><p>　　反應(yīng)壓力為981kPa</p><p>　　乙烯轉(zhuǎn)化率為20%；選擇性為66%；空速為5000h-1</p><p>　　年工作時(shí)間287天，年產(chǎn)量13400噸</p><p>　　反應(yīng)產(chǎn)物分離后回收率為90%</p><

28、p>　　反應(yīng)器內(nèi)催化劑填充高度為管長5.7m，每根管長8m</p><p>　　采用間接換熱方式：導(dǎo)出液進(jìn)口溫度230°C，出口溫度235°C,導(dǎo)出液對(duì)管壁的給熱系數(shù)為α0 = 2717kJ/(m2·h·K)</p><p>　　催化劑為球體，D=5mm,床層孔隙率為0.8</p><p>　　在523K，981MPa下

29、反應(yīng)氣體導(dǎo)熱系數(shù)為，粘度為，密度為7.17Kg/m3</p><p><b>　　4.4 物料衡算</b></p><p>　　(1)反應(yīng)部分的工藝參數(shù)</p><p>　　環(huán)氧乙烷生產(chǎn)能力：13400噸/年； 年操作時(shí)間：287d;</p><p>　　進(jìn)入反應(yīng)器的溫度：483K； 反應(yīng)溫度：523K;

30、</p><p>　　乙烯轉(zhuǎn)化率：20％； 選擇性：66%;</p><p>　　反應(yīng)空速：5000； 反應(yīng)產(chǎn)物分離后回收率：90% .</p><p>　　原料組成如表所，示： </p><p>　　原料氣的組成及各組分的分子量</p><p&

31、gt;　　各組分的分子量如表所示：（《基本有機(jī)化工工藝學(xué)》）</p><p><b>　　各組分的分子量</b></p><p>　　(2)反應(yīng)部分的基礎(chǔ)計(jì)算</p><p>　?、俑鶕?jù)已知原料氣的組成，計(jì)算出每小時(shí)進(jìn)入反應(yīng)器的各種氣體組分的摩爾數(shù)，計(jì)算結(jié)果列于下表中。</p><p>　?、诟鶕?jù)反應(yīng)方程式及已知數(shù)據(jù)，計(jì)

32、算反應(yīng)器出口的氣體量。</p><p><b>　　主反應(yīng)： </b></p><p><b>　　(1)</b></p><p><b>　　副反應(yīng)： </b></p><p><b>　　(2)</b></p><p

33、>　　已知乙烯轉(zhuǎn)化率為20％，選擇性為66％，</p><p>　　按年產(chǎn)13400噸環(huán)氧乙烷計(jì)算，考慮過程損失后每小時(shí)生產(chǎn)環(huán)氧乙烷量為WG:</p><p><b>　　kg/h</b></p><p>　　有第一反應(yīng)器加入乙烯的量FO為</p><p>　　按原料氣組成，求得原料氣中個(gè)組分含量為：</p&

34、gt;<p>　　在（1）中消耗乙烯量：334.5433×0.2×0.66＝44.1597kmol/h</p><p>　　消耗氧氣量：44.1597×0.5＝22.0799kmol/h</p><p>　　生成環(huán)氧乙烷量：44.1597kmol/h</p><p>　　在(2)中消耗乙烯量：334.5433×0

35、.2×(1-0.66)=22.7489kmol/h </p><p>　　消耗氧氣量：22.7489×3=68.2467kmol/h</p><p>　　生成二碳氧化量：22.7489×2=45.4978kmol/h </p><p>　　生成水量：22.7489×

36、;2=45.4978kmol/h</p><p>　　則可知 未反應(yīng)的乙烯量：334.5433-44.1597-22.7489=267.6347kmol/h</p><p>　　未反應(yīng)的氧氣量：551.0125-22.0799-68.2467=460.6859kmol/h</p><p>　　出反應(yīng)器的二氧化碳量：45.4978+757.6422=803.1400k

37、mol/h</p><p>　　出反應(yīng)器的水量：0+45.4978=45.4978kmol/h</p><p>　　出反應(yīng)器的環(huán)氧乙烷量：0+44.1597=44.1597kmol/h</p><p>　　出反應(yīng)器的物料總量：267.6347+460.6859+803.1400+45.4978+ 44.1597+8196.3109=9817.4290kmol/h 氮

38、氣量在反應(yīng)過程中不發(fā)生變化，所以出口氣體中各組分的量如表所示。</p><p>　　反應(yīng)器入口和出口的氣體量(mol/%)</p><p><b>　　。</b></p><p><b>　　4.5 熱量衡算</b></p><p>　　反應(yīng)器的熱量衡算（基準(zhǔn)溫度取298K)</p>

39、<p>　　反應(yīng)熱根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，在298K時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱為</p><p><b>　　。</b></p><p>　　反應(yīng)器的熱量衡算，設(shè)原料氣帶入的熱量為Q1，氧化氣帶出的熱量為Q2，反應(yīng)熱為Qr，反應(yīng)器的撤熱量為Q，當(dāng)忽略熱損失時(shí)，有</p><p>　　Q1+Q2=Qr+Q

40、 </p><p><b>　　(1)各組分的比熱</b></p><p>　　①由《化工設(shè)計(jì)》在熱量衡算中可知，在工程計(jì)算中，常使用物質(zhì)的平均定壓摩爾熱容CPf。</p><p>　　假如物質(zhì)在T1到T2范圍內(nèi)的CP-T關(guān)系為一直線，可以證明，此溫度范圍內(nèi)的平均定壓熱容CPf等于溫度下物質(zhì)的熱容，也等于T1到T2溫度下物質(zhì)熱容CP1和CP2

41、的算術(shù)平均值，一般來說，物質(zhì)的CP-T關(guān)系不是直線，但他的曲率并不大，只要計(jì)算時(shí)溫度范圍不大，常把曲線關(guān)系當(dāng)做直線關(guān)系來近似處理，所以上述平均熱容的辦法可行。</p><p>　　在《物理化學(xué)》書中差得不同溫度下的比熱容，如下表</p><p>　　由計(jì)算得平均熱容如下表</p><p>　　由熱量計(jì)算式 Q=mCPf(T1-T2)</p><

42、;p>　?。?）氣體原料帶入的熱量Q1的計(jì)算</p><p>　　= 5.6479107kJ/h</p><p>　　反應(yīng)后氣體產(chǎn)物帶走熱量的計(jì)算</p><p>　　=6.9056107kJ/h</p><p><b>　　反應(yīng)熱的計(jì)算</b></p><p>　　=103.3844.15

43、97103+1323.122.7489103=3.4664107kJ/h</p><p>　　傳給導(dǎo)生油的熱量的計(jì)算</p><p>　　按熱量衡算原理（忽略散熱損失）反應(yīng)前后熱量守恒則</p><p><b>　　則傳熱量為</b></p><p><b>　　5反應(yīng)器的設(shè)計(jì)</b></p&

44、gt;<p>　　在物料衡算和熱量衡算的基礎(chǔ)上，可以對(duì)反應(yīng)部分主要設(shè)備的工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化計(jì)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(jì)生產(chǎn)能力：1.34萬噸/年年操作時(shí)間：287天6888小時(shí)；本設(shè)計(jì)采用兩臺(tái)反應(yīng)器并聯(lián)進(jìn)行反應(yīng)。</p><p>　　已知：(1)每小時(shí)輸入的原料氣量總為9839.5089kmol/h；</p><p&g

45、t;　　(2)以銀為催化劑，顆粒為球形，d=5mm，空隙率；</p><p>　　(3)反應(yīng)溫度為523K，操作壓力為1MPa，空速為5000h-1；</p><p>　　(4)反應(yīng)器列管規(guī)格為27×2.5mm；</p><p>　　(5)反應(yīng)熱用油撤走，導(dǎo)出液進(jìn)口溫度503K，導(dǎo)出液出口溫度508K；</p><p>　　(6)原

46、料氣進(jìn)口溫度為483K，氧化氣出口溫度為523K。</p><p>　　5.1 計(jì)算催化劑床層體積</p><p>　　進(jìn)入反應(yīng)器的氣體總流量為9839.5089Kmol/h，空速設(shè)為S=5000,則反應(yīng)器中催化劑的裝填體積為：</p><p>　　由于氣體進(jìn)料則PV=nRT可計(jì)算</p><p><b>　　V=</b&g

47、t;</p><p>　　5.2 反應(yīng)器的管數(shù)計(jì)算與確定</p><p>　　對(duì)于列管式固定床反應(yīng)器，首先應(yīng)根據(jù)傳熱要求選定選擇27mm的不銹鋼管作為反應(yīng)器的反應(yīng)管規(guī)格，再求出反應(yīng)管根數(shù)n。</p><p>　　給定管子的規(guī)格，故管子的內(nèi)徑為</p><p>　　(根據(jù)《化工原理（上）》附表7.2<熱軋無縫鋼管>GB8163-8

48、7選擇)</p><p><b>　　反應(yīng)管根數(shù)</b></p><p>　　由于管長l=8m，催化劑充填高度L=5.7m,所以反應(yīng)器管數(shù)n為</p><p><b>　　(根）</b></p><p>　　如果采用正三角形排列，取實(shí)際管數(shù)為N=3675根。</p><p>

49、　　5.3 第一反應(yīng)器內(nèi)徑的確定</p><p>　　按三角形排列，取管心距t=1.5d00.0405m，最外端管心與反應(yīng)器的器壁距離e=60mm，則管排總截面積為</p><p><b>　　反應(yīng)器內(nèi)經(jīng)D為</b></p><p><b>　　反應(yīng)器內(nèi)經(jīng)D為</b></p><p>　　取反應(yīng)器

50、的內(nèi)徑D為2.700m</p><p>　　5.4傳熱面積的核算</p><p>　　5.4.1床層對(duì)壁面的給熱系數(shù)α</p><p>　　對(duì)于氧化反應(yīng)器，催化劑床層是被冷卻的。此時(shí)催化劑床層與反應(yīng)器內(nèi)壁的給熱系數(shù)，可用下式進(jìn)行計(jì)算：</p><p>　　式中—床內(nèi)氣體的給熱系數(shù)，；</p><p><b>

51、　　—反應(yīng)管內(nèi)徑，m；</b></p><p>　　—催化劑顆粒直徑，m；</p><p>　　—通過床層的氣體的導(dǎo)熱系數(shù)，；</p><p>　　—?dú)怏w的粘度，kg/m·s：</p><p>　　—?dú)怏w的線速度，m/s；</p><p>　　—通過床層的氣體的密度，。</p>&l

52、t;p>　　氣體的線速度可由公式</p><p>　　得 </p><p><b>　　由公式得</b></p><p>　　5.4.2 總傳熱系數(shù)的計(jì)算</p><p>　　以管外表面為基準(zhǔn)，碳鋼反應(yīng)管導(dǎo)熱系數(shù)取。</p><p><b>　　其計(jì)算公式如

53、下</b></p><p>　　參見《化工原理（上）P209（6-117）》由公式可得</p><p>　　5.4.3 傳熱面積的核算</p><p>　　對(duì)數(shù)平均溫差公式為（《化工原理》上P213(6-132)）</p><p>　　換熱介質(zhì)采用逆流，則由上式得</p><p><b>　　又&

54、lt;/b></p><p>　　則有 </p><p><b>　　又</b></p><p><b>　　則有</b></p><p>　　可知A實(shí)>A需，即實(shí)際傳熱面積大于按傳熱計(jì)算所需的傳熱面積，所以設(shè)計(jì)符合要求。</p><p>

55、　　5.4.4 床層壓力降的計(jì)算</p><p>　　由《基本有機(jī)化學(xué)工程》(下冊(cè))可查得如下計(jì)算公式</p><p>　　式中△P——床層壓力降，；</p><p>　　H ——催化劑床層高度，m：</p><p>　　G ——質(zhì)量流速，kg/m2.s；</p><p>　　——?dú)怏w密度，kg/m3；</p&g

56、t;<p>　　g——重力加速度，m/s2；</p><p><b>　　——固定床空隙率；</b></p><p>　　——催化劑顆粒當(dāng)量直徑，m；</p><p>　　——?dú)怏w粘度，Pa·S或(kg/m·s)；</p><p>　　本次設(shè)計(jì)所選用的催化劑為d=5mm的球型，計(jì)算其直徑

57、為</p><p><b>　　由上式得</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)結(jié)果匯總</b></p><p>　　氧化反應(yīng)器的參數(shù) </p><p><b>　　設(shè)計(jì)評(píng)述與總結(jié)</b></p><p>　　本論文采用乙烯直接氧化法對(duì)

58、年產(chǎn)1.34萬噸環(huán)氧乙烷的裝置進(jìn)行初步的工藝設(shè)計(jì)，主要對(duì)環(huán)氧乙烷的氧化反應(yīng)器進(jìn)行了工藝和設(shè)備的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算為環(huán)氧乙烷專置的工藝設(shè)計(jì)提供參考。</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523K、操作壓力為0.981MPa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2.78m的列管式固定床反應(yīng)器并聯(lián)，列管總共有3675根，催化劑的床層高度為5.7米。壓強(qiáng)降和總傳熱系數(shù)核算結(jié)果

59、表明，選型合理。</p><p>　　此次的設(shè)計(jì)選用的都為標(biāo)準(zhǔn)的材料，選用標(biāo)準(zhǔn)材料的優(yōu)點(diǎn)是在進(jìn)行維修時(shí)可以及時(shí)找到可以替換的材料，在生產(chǎn)中不會(huì)影響生產(chǎn)進(jìn)度，不會(huì)給工作人員帶來困難，減少了損失。 </p><p>　　通過本次的設(shè)計(jì)，提高了我查閱文獻(xiàn)和自主設(shè)計(jì)的能力，同時(shí)還提高了我的計(jì)算機(jī)水平，鞏固了我的工程制圖知識(shí)。也加強(qiáng)了我的化學(xué)反應(yīng)工程的知識(shí)，加深了對(duì)環(huán)氧乙烷的知識(shí)的了解。</p

60、><p>　　此次的設(shè)計(jì)仍然存在一些不足，在反應(yīng)器內(nèi)管束的排列上仍然存在不足，沒有完全的排成正六邊形，希望在以后的設(shè)計(jì)中能夠取得好成績，如若想改為正六邊形則須增加管的根數(shù)，增大反應(yīng)器的面積，使反應(yīng)器的占地面積更大。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　陳光榮．乙烯氧化合成環(huán)氧乙烷的甲烷致穩(wěn)工藝[J]．石油化工，1999

61、，28(6): 418~420</p><p>　　Ayame A, Uchida Y and One H, et a1. Epoxidation of ethylene over silver catalysts supported on calumina crystal carriers[J]. Applied Catalysis A: General, 2003, 224(1):59~70</p>

62、;<p>　　Stegelmann C, Schiqodt NC and Campbell C T, et al. Micro-kinetic modeling of </p><p>　　ethyleneoxidation over silver[J].Journal ofCatalysis，2004，221(2):630~649</p><p>　　[4] Bradfor

63、d M C J,Fuentes D X.A possible role for surface carbon dunng ethylene</p><p>　　epoxidation over silver catalysts[J].Catalysis Communications,2002,3(2):51~60</p><p>　　[5] 崔克清．化工工藝及安全[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版

64、社．2003：32~33</p><p>　　[6] 馮新，宣愛國．化工熱力學(xué)[M]．.北京： 化學(xué)工業(yè)出版社，2009</p><p>　　[7] 朱自強(qiáng)，吳有庭．化工熱力學(xué)[M]．.北京： 化學(xué)工業(yè)出版社，2009：15~17</p><p>　　[8] 張曉娟，唐麗華．精細(xì)化工反應(yīng)過程與設(shè)備[M]．.北京：中國石化出版社 ，2008:187~195 </

65、p><p>　　[9] 陳敏恒 ．化工原理（上)[M].北京： 化學(xué)工業(yè)出版社，2006：207~213</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)即將結(jié)束，回顧整個(gè)過程可謂收獲頗多，其中老師，同學(xué)和朋友的幫助讓我感懷于心。</p><p>　　首先要感謝的是我們的指導(dǎo)老師，是您不知其煩的一遍一遍

66、的講解，是您把知識(shí)一點(diǎn)一滴的交給我們，為我們提供了豐富的資料以及文獻(xiàn)，并在設(shè)計(jì)過程中給了我們?cè)S多設(shè)計(jì)的指導(dǎo)，他循循善誘的教導(dǎo)和不茍一格的思路給我無盡的啟迪，讓我很快感受到設(shè)計(jì)的快樂并融入其中。</p><p>　　其次，我要感謝我的同學(xué)王克成、于文和孫志華對(duì)我的幫助和指點(diǎn)，沒有他們的幫助和提供的資料，沒有他們的鼓勵(lì)和加油，這次的設(shè)計(jì)不會(huì)如此的順利進(jìn)行，設(shè)計(jì)的內(nèi)容也不會(huì)如此的完整。</p><p