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年产6万吨环氧乙烷工艺设计The Design of Producting Ethylene Oxide Process 60,000 t/a目录摘要.IAbstract.II引言.1第1章国内外环氧乙烷的综述.21.1 环氧乙烷在国民经济中的地位和作用.21.2 环氧乙烷在国内外的发展动向.21.2.1 生产技术.21.2.2 技术发展动向.31.3 环氧乙烷的市场需求状况.3第2章工艺概述.42.1 环氧乙烷的性质.42.1.1 环氧乙烷的物理性质.42.1.2 环氧乙烷的化学性质.42.2 环氧乙烷的生产方法的评述及选择.42.2.1 氯乙醇法.42.2.2 氧气氧化法.42.3 环氧乙烷的生产原理.52.3.1 氧化反应原理.52.3.2 二氧化碳脱除原理.62.4 工艺流程.6第3章物料衡算.83.1 物性数据.83.2 设计依据.83.3 循环系统的物料衡算.83.3.1 计算依据.83.3.2 混合器(M-102).93.3.3 反应器(R-101).133.3.4 环氧乙烷吸收塔(T-201).163.3.5 排放系统.203.3.6 二氧化碳的吸收系统.223.4 环氧乙烷解析塔(T-203).233.5 环氧乙烷解析塔顶冷凝器(E-204).253.6 环氧乙烷解析塔塔顶冷凝器(E-205).293.7 脱轻组分塔(T-301).30第4章热量衡算.334.1 设计依据.334.2 反应器(R-101).334.3 产品第一冷却器(E-101).344.4 应器进料-产品换热器(E-102).36第5章设备计算.395.1 理论塔板计算.395.2 实际塔板数的确定.405.3 塔径的计算.415.3.1 精馈段.415.3.2 提微段.425.4 塔高的计算.435.5 塔板结构尺寸及溢流装置的确定.435.5.1 堰长.435.5.2 溢流堰高.445.5.3 弓形降液管的宽度和面积.445.5.4 降液管底隙高度.455.6 塔板的布置.455.6.1 塔板分布.455.6.2 浮阀的数目与排列.465.6.3 鼓泡区面积.465.6.4 阀孔分布.475.6.5 孔速及动能因数.475.6.6 开孑L面积和开孑L率.47第6章安全、环保及能量利用.496.1 工艺设备一览表.496.2 原料消耗表.496.3 能量消耗表.496.4 安全措施.506.5 三废处理.50结论.51致谢.错误！未定义书签。参考文献.52年产6万吨环氧乙烷工艺设计摘要：本设计是对年产6万吨环氧乙烷工艺设计。采用乙烯在纯氧中直接氧化的方法制 环氧乙烷，在实际生产理论的基础上，制定合理可行的设计方案。本设计主要阐述了环氧乙烷在国民经济中的地位和作用、工业生产方法、生产原理、工艺流程。并对对主要设备如：混合器、反应器、环氧乙烷吸收塔、二氧化碳吸收系统，环氧乙烷解析塔，冷凝器，脱轻组分塔等进行物料衡算，对环氧乙烷反应器，产品第一换 热器，进料-产品换热器，三个设备进行热量衡算。E0精微塔是环氧乙烷生产的重要设备，精福塔采用F1型单溢流浮阀塔，溢流管为弓 形降液管，设计确定全塔高度21m,塔板总数为31块，塔顶温度可设为45C,塔釜温度 可设为146,精储段塔径为4m,塔板堰长2.8m,板上液层高度0.064m,阀孔数为1403 个,相邻的两排中心孔距0.08m；提储段塔径为3.2m,塔板堰长2.24m,板上液层高度0.083m,阀孔数为809个，相邻的两排中心孔距0.087m。关键词：环氧乙烷工艺流程反应器物料衡算热量衡算An n ual Output of 60,000 Ton s of Eth ylen e Oxide Proc ess DesignAbstract：Th is design is an n ual output of 60.000 ton of eth ylen e oxide proc ess.by direc t oxidation of eth ylen e in pure oxygen meth od of man ufac turin g eth ylen e oxide,th e feasible design sc h eme was set down ac c ordin g to th e th eory of prac tic ality produc tion.In th is design,th e position an d th e fun c tion in th e n ation al ec on omy,th e produc e meth ods in in dustry,th e prin c iple of produc e,proc ess proc edure.For th e main equipmen t suc h as:mixtor,reac tor,th e absorb tower of epoxy eth an e,th e absorb system of c arbon dioxide,th e stripper of epoxy eth an e,c on den ser,th e deh ydrogen ation c ompon en ts of th e tower etc.c alc ulatin g of material balan c e were don e,c alc ulation of en ergy balan c e were c arried on for th e epoxy eth an e reac tor,h eat exc h an ger,an d c on den ser th ree equipmen t in all.EO distillation c olumn is a importan t equipmen t for produc tion of eth ylen e oxide.Distillation c olumn use Fl th e type sin gle overflow tower,overflow pipe is arc h ed down c omer.It was design ed th at th e h eigh t of th e full tower is 2Im.,th e total of th e plates are 31,th e top temperature c ould be set to 45 C an d th e temperature of reboiler c an be set to 146 C,rec tifyin g sec tion of th e tower diameter is 4m plate weir len gth 2.8m,Th e h eigh t of th e on-board liquid layers is 0.064m,th e total of th e valve h ole is 1403,th e len gth of plates weir is 2.24m,th e h eigh t of on-board liquid layers 0.083m,th e total of th e valve h ole is 809,th e pitc h of two adjac en t rows of c en ter is 0.087m.Keywords:Eth ylen e Oxide;Proc ess;Reac tor;Material Balan c e;Heat Balan c en引言环氧乙烷是乙烯的衍生物，是重要的基本有机化工原料，主要用于生产聚酯产品及汽 车用防冻剂的原料乙二醇。环氧乙烷还可衍生出一些重要的精细化工中间体，应用范围 遍及纺织、洗染、医药、电子、汽车等诸多领域。环氧乙烷早期采用氯醇法工艺生产，20世纪20年代初，美国联合碳化合物公司(Un ion Carbide Corp简称UCC)进行了工业化生产，该法的优点是对乙烯的纯度要求不高，反应 条件较缓和，但生产过程中消耗大量石灰和氯气，反应介质有强腐蚀性，腐蚀设备，且有 大量含氯化钙的污水生成，污染环境，产品纯度低，现已被淘汰。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(1958年),美国壳牌化学公司(Sh ell Ch emic al Compan y简称Sh ell)公司有开 发了氧气法，即乙烯直接氧化生产环氧乙烷的技术。由于直接氧化法与氯乙醇法相比具有 工艺流程简单，无腐蚀性，无大量废料排放，废热可合理利用等优点，故得到迅速发展。由于氧气直接氧化法技术先进，适宜大规模生产，生产成本低，产品纯度低，产品纯 度可达99.99%此外设备体积小，放空量少，排出的废气量只相当于空气氧化法的2%,相 应的乙烯损失少，另外氧气氧化法流程比空气氧化法短，设备少，用纯氧氧化剂可提高进 料浓度和选择性，生产成本大约为空气氧化法的90%；同时氧气氧化法比空气氧化法反应 温度低，有利于延长催化剂的使用寿命。因此，近年来新建的大型装置均采用纯氧作氧化 剂，逐渐取代了空气氧化而成为占绝对优势的工业生产。本设计采用乙烯直接氧化法，即乙烯、纯氧、致稳剂甲烷和抑制剂，通入列管式固定 床反应器(银催化剂作填料)中，在复合型银作催化剂表面反应生成环氧乙烷。第1章国内外环氧乙烷的综述1.1 环氧乙烷在国民经济中的地位和作用环氧乙烷（简称E0）,又称氧化乙烯，也称恶烷，是一种最简单的环醴，是乙烯工业 衍生物中仅此于聚乙烯和聚氯乙烯的重要有机化工产品，是最简单最重要的环氧化物，在 国民经济发展中具有举足轻重的地位和作用。从全球来看，环氧乙烷主要用作化学中间体，它主要消费于乙二醇，全球环氧乙烷产 量的60%都转变为乙二醇，乙二醇可进一步加工成聚纤维和树脂。有13%的环氧乙烷用于 制造其它二醇类（如聚乙二醇、二甘醇和三甘醇等）。环氧乙烷的第二大销量是用于洗涤 剂的乙氧基化物产品。其它环氧乙烷的衍生产品有乙醇胺、溶剂、乙二醇醛类等。环氧乙 烷也用作熏蒸消毒杀虫剂、杀菌剂以及医疗器械的消毒剂。我国由氯乙醇法生产环氧乙烷始于1960年代，由于氯乙醇法对乙烯质量要求不高，所以采用酒精发生乙烯和渣油裂解混合烯燃生产环氧乙烷在我国石油化工发展初期具有 一定意义。随着大规模引进环氧乙烷装置的建成和投产，加上环保法规的日益严格，国内 小规模的氯乙醇法环氧乙烷装置已无生命力，于1993年下半年淘汰。因经济原因，早期 引进的空气法环氧乙烷装置大多也改造为氧化法。1.2 环氧乙烷在国内外的发展动向1.2.1 生产技术1922年UCC（联碳公司）建成首套氯乙醇法工业生产装置，1938年又建成了首套乙 烯氧化法工业装置。1958年Sh ell（壳牌公司）建成首套乙烯氧化法工业装置。目前全 球环氧乙烷专利技术大部分为Sh ell.美国SD（科学设计公司）和UCC三家公司所垄断,这三家公司的技术占环氧乙烷总生产能力的90%以上。Sh ell、SD和UCC三家公司的乙烯氧化技术水平基本接近，但技术上各有特色。例如 在催化剂方面，尽管载体、物理性能和略有差异，但水平比较接近，选择性均在80%以上;在工艺技术方面都有反应部分、脱二氧化碳、环氧乙烷回收组成，但抑制剂选择、工艺流 程上略有差异。目前国内外环氧乙烷生产厂家均采用乙烯氧化法生产技术，基本为引进技 术。21.2.2 技术发展动向近年来，世界上环氧乙烷催化剂、工艺技术等方面有了新的进展。在催化剂方面，目 前已形成高活性和高选择性两大系列工业化催化剂。高活性催化剂系列产品为S860.S86K S862、S863,具有初始反应温度低(218-225C)、初始选择性高(81%-83%)、活性和选择性 下降速率慢等特点，该系列催化剂已应用于国内外20多家采用Sh ell技术或其他专利技术 的环氧乙烷生产装置中。高选择性催化剂系列产品为S879、S882,催化剂初始选择性分别 为 85%和 88%OSD和UCC在新催化剂开发方面也取得许多进展，例如近期SD公司开发的固载银及 含有碱金属、硫、氟和磷族元素(P,Bi,Sb),固载银及含有碱金属、硫、氟或锡，固载银 及含有碱金属、硫、氟和锢系金属助剂的催化剂，突破了以铢和过渡金属作助剂制备环氧 乙烷银催化剂的传统方法。研制的催化剂在反应温度232-255C时，催化剂的环氧乙烷选 择性可达81.9%84.6%。UCC公司报道了一系列催化剂研制专利，包括含锂、钠、钾、锄、钠、钢中至少一种 阳离子助剂，含硫化物、氟化物阴离子助剂和选自IIIBVIB族至少一种元素组成的减少 环氧乙烷完全氧化反应的银催化剂。而性能最优异的是一种含银载体用硝酸钾和高镒酸钾 溶液多次浸渍制备的催化剂，这种银催化剂中含钾质量分数1.512mg/g,镒质量分数 37.4mg/g,催化剂经21天运行试验后，环氧乙烷选择性可高达96.6%。1.3 环氧乙烷的市场需求状况我国最早以传统的乙醇为原料经氯醇法生产EOo 20世纪70年代我国开始引进以生产 聚酯原料乙二醇为目的产物的环氧乙烷联产装置，我国EO生产与应用已走上快速发展道 路，至今已经引进十余套EO生产装置。2003年我国EO生产能力约为1200kt/a。随着我国聚酯与表面活性剂等领域的迅猛发展，EO远不能满足市场需求，因此有多 家企业计划建设规模化EO生产装置，可以预计未来几年我国EO的生产能力将呈现迅速 增加的势头。其中北京燕山石化于2004年将已有的70kt/a的生产能力扩大到250kt/a左右；南京扬巴一体化工程9套核心装置中含有一套240kt/a的EO装置，于2004年建成投产；中海壳牌石化有限公司已在南海建设一套300kt/aEO生产装置，2005年建成投产；上海石 化已新建一套300kt/aEO生产装置，2005年建成投产；另外天津联化等企业均计划在未来 几年内建设规模化的EO生产装置。到2009年我国EO的生产能力将激增至6640kt/a,在 未来几年内国内EO生产能力将翻几番，可见我国EO工业市场需求与发展前景之好。3第2章工艺概述2.1 环氧乙烷的性质2.1.1 环氧乙烷的物理性质环氧乙烷（简称E0）,英文名称epoxyeth an e,又被称为氧化乙烯，也称恶烷，分子 式：C2H4。，分子量：44.05,沸点：10.4C,熔点：-H2.2C,蒸汽压：145.91kPa（293.15K）。相对密度（水尸1：0.87,相对密度（空气尸1：1.52。在常温下为无色气体，低温时为无色易 流动液体，在空气中的爆炸限（体积分数）为2.6%100%。2.1.2 环氧乙烷的化学性质由于环氧乙烷具有含氧三元环结构，性质非常活泼，极易发生开环反应，在一定条件 下，可与水、醇、氢卤酸、氨及氨的化合物等发生加成反应，其中与水发生水合反应生成 乙二醇，是制备乙二醇的主要方法。当用甲醇、乙醇、丁醇等低级醇与环氧乙烷作用时，分别生成乙二醇一甲醛、乙二醇一乙酸、乙二醇一丁酸。它们兼具醇和酸的性质，是优良 的溶剂，用途很广泛，可溶解纤维酯如硝酸纤维酯、工业上称为溶纤剂。与氢卤酸作用，环氧乙烷与氢卤酸在室温或更低的温度下反应，生成卤醇，可用于定量分析环氧乙烷及环 氧乙烷型化合物。与氨反应可生成一乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺。环氧乙烷本身还可开 环聚合生成聚乙二醇。2.2 环氧乙烷的生产方法的评述及选择环氧乙烷的工业生产方法有氯醇法和乙烯直接氧化法。2.2.1 氯乙醇法氯醇法是早期的工业生产方法，分两步完成，首先由氯气和水反应生成次氯酸，次氯 酸与乙烯反应生成氯乙醇，然后氯乙醇与氢氧化钙皂化生成环氧乙烷。1922年UCC（联碳 公司）建成首套氯醇法工业装置。尽管氯醇法乙烯利用率高，但生产过程中消耗大量氯气，腐蚀设备，污染环境，产品纯度低，现已基本被淘汰。2.2.2 氧气氧化法直接氧化法又可分为空气氧化法和氧气氧化法。1931年法国催化剂公司的Lefort发现乙烯在银催化剂作用下可以直接氧化成环氧乙 烷，经过进一步的研究与开发形成乙烯空气直接氧化法制环氧乙烷技术，1937年美国UCC 4公司首次采用此法建厂生产。1958年Sh ell（壳牌公司）建成首套乙烯氧气氧化法工业装置，生产成本低，产品纯度可达99.99%。氧气氧化法与空气氧化法相比，工艺流程稍短，设备较少，建厂投资少；氧化反应中 催化剂的选择性高，反应温度比空气法低，对催化剂寿命的延长和维持生产的平稳操作较 为有利。通常氧气氧化法的生产成本比空气氧化法低10%左右。由于氧气氧化法比空气氧 化法有明显的优越性，因此目前世界上的环氧乙烷生产装置普遍采用氧气氧化法。综上所 述，本设计采用乙烯直接氧化法.2.3 环氧乙烷的生产原理2.3.1 氧化反应原理乙烯氧化过程，按氧化程度可分为选择氧化（部分氧化）和深度氧化（完全氧化）两 种情况，乙烯分子中碳一碳双键（C=C）具有突出的反应活性，在一定条件下可实现碳一 碳双键选择性氧化，生成环氧乙烷。但在通常的氧化条件下，乙烯的分子骨架容易被破坏，而发生深度氧化生成二氧化碳和水。为使乙烯氧化反应尽可能的约束在生成目的产物一环 氧乙烷的方向上，目前工业上乙烯直接氧化生成EO的最佳催化剂均采用银催化剂。在银 催化剂作用下的反应方程式如下：ch2-ch2C2H4+-o2 AgJ /+103.41kJ/mol O另外，乙烯直接氧化还有副产物生成，其中CO2和水最多。实验已证明这些副产物以 两条不同的路线生成的。首先，乙烯直接氧化生成CO2和水并伴随着许多寿命极短的部分 氧化中间产物：C2H4+3O2 t 2c。2+2H2。+1364.9kJ/mol这一反应用氯化物来加以抑制，该氯化物为催化剂抑制剂即1,2二氯乙烷（EDO,EO自身也有一定的阻止进一步氧化的能力。C2H4+t CH3CHOC2H4+。2 7 2c H2。在反应过程中如有碱金属或碱土金属存在时，将催化这一反应。CO2还由EO氧化而 得，这时它首先被异构为乙醛，然后很快被氧化为CO2和H2O。反应速度由EO异构化控 制。5C2H4O f CH3-CHOCH3c H0+%。2 t 2CO2+2H2O反应器副产物中除CO2和H2O以外还有微量的乙醛和甲醛。它们在精制单元中从EO和 EG中分离掉，以上氧化反应均是放热反应。2.3.2二氧化碳脱除原理本装置采用碳酸盐溶液吸收CO2,以脱除氧化反应的副产物CO2,此吸收为化学吸收:K2CO3+CO2+H2O 2KHCO3+267.8912kJ/mol 应分五步进行：h2oh+oh-K2CO3 f CO32-+2K+H+CO32-f HCO3-K+HCO3 f KHCO3CO2+OH一 f HCO3-速度由第五步控制，在接近大气压下，用蒸汽汽提富碳酸盐液，将CO2从系统中解析出来,输送到二氧化碳储罐，解析的化学式为：2KHCO3.K2CO3+CO2+H2O2.4工艺流程工艺流程概述，循环气首先与新鲜乙烯、甲烷经脱硫床下游的乙烯过滤器S-101混 合，然后进入氧气混合喷嘴M-101,氧气经过滤器S-102除掉固体颗粒后在这里加入循环 气中。补充抑制剂后，反应器进料气体在E-102中被环氧乙烷反应产品气体从78加热到 152O被预热的反应器进料气体进入列管式环氧乙烷反应器R-101,在反应器中，乙烯和 氧气在银催化剂床层上进行反应，主要生成环氧乙烷；副产品有二氧化碳、水和微量的醛 类。反应产品气体经过两次冷却，在产品第一冷却器E-101中，通过产生中压蒸汽，反应 产品气体被冷却到207C,在进料/产品换热器E-102中被继续冷却。冷却后的反应产品气体进到环氧乙烷吸收塔T-201o用纯水洗涤以回收环氧乙烷。在 环氧乙烷吸收塔中吸收的环氧乙烷，在环氧乙烷解吸塔T-204内从富吸收液中解吸出来。富吸收液离开环氧乙烷吸收塔的温度为78,然后进入环氧乙烷解析塔顶部，塔顶出料进 入塔顶冷凝器，然后进入脱轻组分塔和环氧乙烷精微塔。环氧乙烷解吸塔设计能力可使吸 6收的环氧乙烷有99.95%解吸出来，其余0.05%的环氧乙烷随同塔釜液离开。解吸环氧乙烷 所需的蒸汽一部分来自汽提段，一部分来自为冷却反应釜所产生的中压蒸汽。环氧乙烷吸 收塔塔顶物经气液分离罐V-201进入循环气压缩机。如果V-201罐的压力过高，罐的压力 控制器也会启动紧急放空阀使循环气管路快速泄压。气液分离器V-201出口引出一股较大 的物流去二氧化碳吸收塔脱除二氧化碳。处理后的气体离开二氧化碳脱除系统，与没有处 理的循环气体重新混合后进入到环氧乙烷反应系统。循环气中的二氧化碳用碳酸钾溶液吸收脱除.为了减少二氧化碳吸收塔中吸收液的冷 却及二氧化碳解吸塔中加热吸收剂所需的蒸汽，在环氧乙烷吸收塔塔顶气体进入二氧化碳 解析塔之前应使其保持较高温度。二氧化碳吸收塔塔顶气体出塔时的温度为110,已被 水饱和。在气液分离罐中V-202,这股气体经气体和液体分离，分离罐V-202温度为5FC,分离的气体进入循环气中回到反应部分，分离的液体进入二氧化碳解析塔管线。V-202底 部出口管线上有一个大的排泄阀，通往二氧化碳解吸塔的集水管。当罐V-202的液位降到 正常值时，阀门自动关闭。二氧化碳解析塔解析出的气体在E-201中冷却后，进入气液分 离罐V-203中，冷凝液体靠重力流入二氧化碳解吸塔。来自气液分离罐V-203的液体和二 氧化碳吸收塔塔底富液在二氧化碳解吸塔T-203中，用再沸器使之解吸，操作压力接近于 大气压。分离罐V-203中的二氧化碳气体输送到二氧化碳储罐。环氧乙烷解吸塔顶蒸汽大约含60%的环氧乙烷和40%的水，和脱轻组分塔顶物一起进 到解吸塔塔顶冷却器E-204中，温度从79c被冷却到47。不凝物主要是二氧化碳、乙烯 和环氧乙烷。在解吸塔顶冷却器E-205中被冷却到15,大部分环氧乙烷作为凝液回到缓 冲罐V-204中。缓冲罐中的物料，经泵打入脱轻组分塔T-301。在脱轻组分塔中，二氧化 碳、乙烯和其他溶解在环氧乙烷水溶液中的轻组分和部分环氧乙烷蒸汽一起脱除。塔顶气 去环氧乙烷回收装置以回收环氧乙烷。在环氧乙烷精制塔T-302中，环氧乙烷从塔顶蒸出，塔顶气冷凝并过冷后，大部分凝液作为回流，一部分作为低纯度环氧乙烷产品进乙二醇反 应器，这股物流含有微量杂质如二氧化碳和甲醛。高纯度环氧乙烷产品侧线采出，经E-303 进高纯度环氧乙烷贮罐。环氧乙烷精播塔塔釜主要是含有乙二醇、醛和至少30%wt环氧乙 烷的水溶液，也送到乙二醇反应器。7第3章物料衡算3.1物性数据表3.1物性数据表Table3.1property data sh eet序号组分分子式分子量常压沸点1氮气n228.0134-195.82僦气Ar39.948-185.873氧气0231.9988-182.984甲烷ch416.0423-162.155乙烯C2H428.053-103.716乙烷C2H630.0688-88.67二氧化碳C0244.0095-78.458环氧乙烷C2H4O44.052410.49甲醛CH3CHO44.052420.410水H2018.015210011乙二醇C2H6。262.0676197.33.2设计依据设计任务：年产6万吨环氧乙烷合成工艺年工作时间：8000小时高纯环氧乙烷收率：30%乙烯单程转化率：10%环氧乙烷的选择性：19.8%乙醛的选择性：0.2%环氧乙烷的吸收率：99.6%排空气体比率：0.18%3.3循环系统的物料衡算3.3.1 计算依据原料氧气的摩尔组成（）:N2：0.005Ar：0.195O2：99.8原料乙烯的摩尔组成（）:CH4：0.05C2H4：99.85C2H6：0.1原料甲烷的摩尔组成（）:8N2：2.0 CH4：96.9 C2H4：0.5 CO2：0.6环氧乙烷吸收塔的液气比：2.00二氧化碳的吸收率：18.0%1主反应：C2H4+。2 A*/+103.41kJ/mol-O副反应：C2H4+3O2 2CO2+2H2O+1364.9kJ/mol物料衡算图图3.1物料衡算图Figure3.1 th e map of material balan c eFl-氧气进料；F2-乙烯进料；F3-甲烷进料；F-混合器物料；MF-反应器进料；RF-反应器出料；W-排放产物；R-循环物料3.3.2 混合器（M台02）循环气体的温度：79.0,压力1.76MPa；混合气出料温度：76.0,压力1.76MPa。进料气体被环氧乙烷产品气体从78c加热到152,而产品气体从207c被冷却到138C。环氧乙烷吸收塔吸收率（）氮气：0.005 氨气：0.001 氧气：0.01 甲烷：0.01 乙烯：0.05 乙烷：0.002二氧化碳：L30 环氧乙烷：99.6 乙醛：100 水：65.294乙二醇：100混合器物料衡算图9FRa混合器,MF图3.2混合器物料衡算图Figure3.2 th e map of th e mixer material balan c e计算过程计算新鲜乙烯原料的量新鲜乙烯原料中乙烯的物质的量=-设计任务-开工率x环氧乙烷的摩尔质量x环氧乙烷的收率6x10000 x1000 一r 八、1Z1-二 567.5060kmol/h8000 x44.0524x30%新鲜乙烯原料中甲烷的量=567,5060 x 0.05%=0.2842kmol/h99.85%新鲜乙烯原料中甲烷的量二型色丝x0.1%=0.5684kmol/h99.85%新鲜乙烯原料的量=新鲜乙烯原料中乙烯的量+新鲜乙烯原料中甲烷的量+新鲜乙烯原料中乙烷的量即：F2=567.5060+0.2842+0.5210=568.3112kmol/h反应器的进料量为MF；新鲜甲烷原料量为F3；针对混合器列甲烷和乙烯的物料衡算方程 得：反应器进料的乙烯量=循环气中乙烯的量+新鲜乙烯原料中乙烯的量+新鲜甲烷原料中 乙烯的量M Fx30%=M Fx30%x(1-10%)x(1-0.05%)x(1-0.18%)+567.5060+F3x0.5%反应器进料的甲烷量=循环气中甲烷的量+新鲜乙烯原料中甲烷的量+新鲜甲烷原料中甲烷 的量MFx50%=MFx50%x(l-0.0001)x(1-0.0018)+0.2842+96.9%联立以上两式解得：MF=18530.9439kmol/h F3=17.8743kmol/h循环气中环氧乙烷的量为Reo；进反应器中环氧乙烷的量为MFE0;环氧乙烷的摩尔分 率Yeo;针对混合器列环氧乙烷的物料衡算方程得：循环气中环氧乙烷的量=进反应器的环氧乙烷的量：10Reo=M Feo=MFx yEO进反应器环氧乙烷的量：M Feo=(MFxyE0+MFxxO.lx80%)x(l-0.996)x(l-0.0018)联立以上两式得 MFxyE。0.lx0.8x(l-0996)x(1-0.0018)MFxyjH,1-(1-0.996)x(1-0.0018)解得：y c o=0.0001新鲜氧气原料的量为F1；针对混合器列氧气的物料衡算方程得：反应器进料中的氧气量;新鲜氧气原料中的氧气量+循环气中的氧气量MFxy02=F,xy02+Rxy循环气中的氧气量=反应器中的氧气量-反应消耗的氧气量-氧气的吸收量-氧气的排放 量Rxy。=MFxy。，-MF x yc x 0.1 x(0.8+0.002)x 0.5-MF xyc x 0.1x0.198x3x(1-0.0001)x(l-0.0018)即：MFx8.32%=F1x99.8%+MFx8.32%-MFx30%x0.1x(0.8+0.002x0.5)-MFx30%x0.1x0.198x3x(l-0.0001)x(l-0.0018)解得 Fi=556.1392kmol/h环氧乙烷吸收塔的二氧化碳的吸收率为a”?；二氧化碳吸收塔二氧化碳的吸收率为aco2针对混合器列二氧化碳的物料衡算方程得：反应器中的二氧化碳的量=新鲜甲烷原料进料中二氧化碳的量+循环气中的二氧 化碳的量：MFxyc o?=F3xyCO2+Rxy循环气中二氧化碳的量=反应器中二氧化碳的量+反应生成的二氧化碳的量-环氧乙烷 吸收塔吸收的二氧化碳量-排放量-二氧化碳吸收塔吸收的二氧化碳的量，即：Rxy：o,=MFxyc o,+MFxyc x 0.1 x 0.198 x 2j x(1-0.0018)11即:MFxyc o,=Ex0.6%+MFxyc o,+MFx30%x0.1x0.198x2x(l-0.0018)x(1-0.18)解得：yCo2=0.0500新鲜乙烯原料量为F2；乙烷的吸收率为ach，针对混合器列乙烷的物料衡算方程2 L2H6得：反应器中的乙烷的量=新鲜乙烯原料中的乙烷的量+循环气中的乙烷的量，MFx yC2H6=F2x Yc2h6+Rx Yc2h5循环气中乙烷的量;MFxy2Hx(1-0.00002)x(l-0.0018)即：MFxyc 2H568.3112x0.l%+MFxyCHfi x(l-0.00002)x(l-0.0018)解得：丫仁上=S0168氮气的吸收率为n；针对混合器列氮气的物料衡算方程得：反应器中的氮气的量=新鲜氧气原料中氮气的量+新鲜甲烷原料中氮气的量+循环气中 氮气的量MF x y/x y；2+F3 x 汽+R x y,循环气中氮气的量二MFxyN2X(l-%)x(1-0.0018)即：MFxyN2=556.1392x0.005%+17.8743x2%+MFxyN x(l-0.00001)x(1-0.0018)解得=0.0112气气的吸收率为戊4，针对混合器列物料衡算方程得：反应器中氨气的量=新鲜氧气原料中氨气的量+循环气中敏气的量MFxyAr=F|Xy+Rxy即：MFxyAr=556.1392x0.195%+MFxyArx(l-0.00001)x(l-0.0018)解得：yAr=0.032312水的吸收率即2；循环气中水的摩尔分率为y1,针对混合器列水的物料衡算方程得:循环气中水的量=反应器中水的量+反应生成水的量即：MFxy.o=MFxyH 0+MFx yc x0.1 x0.198x2x(1-aY1 0)x(1-0.0018)反应器中水的摩尔分率：Yh2o=1-y-yc2H4-y()2-ye。2 c2H6-y-yAr-yEo=i 一 0.5-o.3-0.0832-0.05-0.0168-0.0112-0.0323-0.0001=0.0064又有：耳+F2+耳+R=MF,gPR=MF-Fj-F,解得：R=18530.9439-556.1392-568.3112-17.8743=17388.6192即：R x yo=MF x 0.0064+MFxO.3xO.lxO.198x2x(l-0.65294)x(l-0.0018)解得：yo=0.0067计算结果见表3.2表3.2混合器物料衡算结果表Table3.2 th e sh eet for th e result of mixer material balan c e反应器的物料衡算图组分输入物料输出物料原料氧气原料乙烯原料甲烷循环气摩尔流 量 kmol/h摩尔分 数闾摩尔流 量 kmol/h摩尔分 数闾摩尔流显kmol/h摩尔分数摩尔流显kmol/h摩尔分数摩尔流 量 kmol/h摩尔分数n20.02780.0050.35750.0200209.130.0120209.520.0112Ar1.08450.195597.460.0344598.540.032302555.0299.8986.740.05671541.70.0832ch40.28420.005017.3200.96909247.80.53189265.40.5000C2H4567.50.99.0.08940.00504991.80.28715559.40.3000C2H60.56480.10310.750.0179311.310.0168CO20.10720.0060926.430.0533926.540.0500C2HQ1.85310.00011.85310.0001CH3c0.00000.00000.00000.0000H2O116.500.0067116.500.0064C2H6。0.00000.00000.00000.0000合计556.13100.0568.31100.0017.8741.000017388.1.000018530.1.00003.3.3 反应器(R-101)13MF国反应器T RF图3.3反应器物料衡算图Figure3.3 th a map of th e reac tor material balan c e对反应器进行物料衡算：反应器出口乙烯的量=MFxyc 2H4 x(l-乙烯的单程转化率)=18530.9439x0,3x(1-10%)=5003.3549kmol/h反应器出口环氧乙烷的量=MF x yc同x乙烯的单程转化率x环氧乙烷的选择性+MF x yE0=18530.9439 x0,3xl0%x 80%+18530.9439 x 0.0001=446.5957kmol/h反应器出口二氧化碳的量=MF x y切4 x乙烯的单程转化率x二氧化碳的选择性x 2+MF x yCOi=18530.9439x0.3xl0%xl9.8%x2+18530.9439x0.05=1146.6948kmol/h反应器出口乙醛的量=MFxyc四x乙烯的单程转化率x乙醛的选择性=18530.9439x0.3xl0%x0.2%=1.1119kmol/h反应器出口水的量=MF x y%。+MF x 丫也x乙烯的单程转化率x二氧化碳的选择性x 2=18530.9439 x 0.0064+18530.9439 义 0.3 x 10%义 19.8%=2=338.7457kmol/h反应器出口氧气的量14=MFx y,-MFx ye%x乙烯单程转化率x环氧乙烷的选择性x 0.5-MFxy2H4 x 乙烯的单程转化率x乙醛选择性x0.5-MFxyc 2H,x乙烯单程转化率x二氧化碳的 选择性x3=18530.9439x0.0832-18530.9439x0.3xl0%x80%x0.5-18530.9439x0.3x10%x0.2%x0.5-18530.9439x0.3xl0%19.8%x3=988.6259kmol/h反应器出口氮气、气气、甲烷、乙烷的量因为在反应器中这些气体没有参与化学反应，所以其量等于进口的量即：氮气的量=209.5229kmol/h 僦气的量=598.5495kmol/h甲烷的量=9265.4736kmol/h 乙烷的量=311.3199kmol/h15表3.3反应器物料衡算结果表输入物料Table3.3 th e sh eet fbr result of th e reac tor material balan c e组分分子量摩尔流量(kmol/h)摩尔分率质量流量(kg/h)质量分数n228.0134209.52290.01125869.44880.0134Ar39.9480598.54950.032323910.85540.05490231.99881541.77450.083249334.93390.1131CHi16.04239265.47360.5000148639.5070.3409C2H428.05305559.4470.3000155959.16670.3577C2H630.0688311.31990.01689361.01580.0215C0244.0095926.54710.050040776.87460.0935C2H4O44.05241.85310.000181.63350.0002CH3CHO44.05240.00000.00000.00000.0000H2018.0152116.50370.00642098.83750.0048C2H6。262.06760.00000.00000.00000.0000合计18530.99131.00