反应工程乙烯空气氧化法制环氧乙烷课程设计

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1、反应工程乙烯空气氧化法制环氧乙烷课程设计(1)第二章工艺流程图及说明2.1氧化反应部分流程草图说明由于此反应为气固相反应，并且催化剂比较贵,所以选择列管式固定床反应器。反应放出大量的热,所以须采用换热介质进行换热，根据反应的热效应求得反应的温度在180-250℃，因此选择矿物油作为换热介质，采用外部循环式换热。V-204带控制点的氧化流程图第三章物料衡算由设计任务书已知数据如下：原料气的组成组分含量（mol%)原料进入反应器的温度为210°C反应温度为250°C反应压力为1MPa乙烯转化率为26.0%；选择性为65%；空速为5000h-1年工作时间7200小时，年产量20000吨反

2、应产物分离后回收率为90%反应器内催化剂填充高度为管长95%，每根管长3米采用间接换热方式：导出液进口温度230°C，出口温度235°C,导出液对管壁的给热系数为650W/m2·K催化剂为球体，D=3mm,床层孔隙率为0.8在250°C，1MPa下反应气体导热系数为0.0304W/m2K,粘度为4.26×10-5PaS,密度为7.17Kg/m33.1乙烯催化氧化制取环氧乙烷得物料衡算框图：C2H4CO2O2N23.47.75.683.3其中：FF新鲜原料气MF原料混合气RP反应混合气SP混合分离气RC循环气P产品环氧乙烷W排空废气SPC未脱除二氧化碳的循环气TC脱除的二氧化碳SRC

3、脱除二氧化碳的循环气3.2反应原理乙烯和氧气在银催化剂上，于一定温度和压力下，直接氧化生产环氧乙烷，反应方程式可表为：（1）主反应：1C2H4?O2?C2H4O2反应为放热反应，在250°C时，每生成一摩尔环氧乙烷要放出25．19kcal的热量。（2）在主反应进行的同时，还发生其它副反应，其中主要是乙烯的燃烧反应。副反应：CH2?CH2?3O2?2CO2?2H2O反应为强放热反应，在250°C，每反应一摩尔乙烯，可放出315.9kcal的热量。23.3反应器的物料衡算(1)反应部分的工艺参数环氧乙烷生产能力：2万吨/年；年操作时间：7200小时进入反应器的温度：210℃；反应温度：

4、250℃乙烯转化率：26.0％；选择性：65%反应空速：5000h?1;生产过程安全系数：1.05反应产物分离后回收率：90%原料气的组成及各组分的分子量组分含量（mol%)C2H4CO2O2N23.47.75.683.3各组分的分子量如表所示：（均取自《石油化工基础数据手册》）各组分的分子量组分分子量C2H4CO2O2N2C2H4OH2O28.05444.01031.99928.01344.05418.015(2)反应部分的基础计算①以100kmol/h气体进料为基准，根据已知原料气的组成，计算出每小时进入反应器的各种气体组分的摩尔数。②根据反应方程式及已知数据，计算反应器出口的

5、气体量。主反应：1CH2?CH2?O2?C2H4O2副反应：CH2?CH2?3O2?2CO2?2H2O已知乙烯转化率为26.0％，选择性为65％，进入反应器的乙烯量为3.4kmol/h，所以由主式有消耗乙烯量：3.4×0.26×0.65＝0.5746kmol消耗氧气量：0.5746×0.5＝0.2873kmol生成环氧乙烷量：0.5746kmol由副式有消耗乙烯量：3.4×0.26×(1-0.65)=0.3094kmol消耗氧气量：0.3094×3=0.9282kmol3生成二氧化碳量：0.2737×2=0.5474kmol生成水量：0.3034×2=0.6068kmol则可知未反

6、应的乙烯量：3.4-0.5746-0.3034=2.522kmol未反应的氧气量：5.6-0.2873-0.9102=4.425kmol出反应器的二氧化碳量：7.7+0.6068=8.3068kmol出反应器的水量：0+0.6068=0.6068kmol氮气、氩气和甲烷的量在反应过程中不发生变化，所以出口气体中各组分的量如表所示。反应器入口和出口的气体量(kmol/h)组分入口出口C2H4CO2O2N2C2H4OH2O3.42.5227.78.30685.64.42583.383.300.574600.6068(3)实际装置每小时生产的环氧乙烷可折算为2?107?70.056kmo

7、l/h7200?44.054?0.90综上所述，气体进料为100kmol／h时，可生产环氧乙烷0.5746kmol/h。若要达到560.48kmol/h的环氧乙烷生产能力，则所需原料量为70.056?100?12192.83kmo/hl。为了保证所设计的装置能够达到所要求的生产0.5746能力，必须考虑到原料损失等因素，一般取安全系数为1.05。则实际进料量为1.05×12192.83kmol/h＝13412.113kmol/h(4)原料气与氧化气的组成计算根据基准气