化工工艺设计

目录1.概述.............................................................................................................................21.1化工设计的重要性和主要内容......................................................................21.2环氧乙烷在经济中的地位和作用..................................................................21.3生产技术..........................................................................................................31.4环氧乙烷的市场需求状况.............................................................................32.工艺概述....................................................................................................................42.1环氧乙烷的性质.............................................................................................42.2生产方法.........................................................................................................42.3环氧乙烷的生产原理.....................................................................................52.4设计方案简介..................................................................................................62.5工艺流程示意图.............................................................................................93.物料衡算..................................................................................................................103.1物性数据.......................................................................................................103.2设计依据.......................................................................................................113.3循环系统的物料衡算....................................................................................113.3.1计算依据...........................................................................................113.3.2混合器...............................................................................................123.3.4环氧乙烷吸收塔...............................................................................183.3.5CO2的吸收系统..................................................................................224.热量衡算..................................................................................................................234.1反应器的热量衡算........................................................................................235.设备计算..................................................................................................................265.1反应器设备计算............................................................................................265.2确定氧化反应器的基本尺寸........................................................................275.3床层压力降的计算........................................................................................275.4传热面积的核算............................................................................................285.5反应器塔径的确定........................................................................................286.总结..........................................................................................................................29参考文献......................................................................................................................30附录................................................................................................错误!未定义书签。21.概述1.1化工设计的重要性和主要内容设计是科研成果转化为现实生产力的桥梁和纽带，工业科研成果只有通过工程化——工艺设计，才能转化为现实的工业化生产力。从这个意义上讲，设计工作也同样在科教兴国重任中承担这一份责任。化工设计与化学工业的发展密切相关，化学工艺是我国的支柱产业之一，石油化工、煤化工、生物化工、精细化工及医药工业等生产领域与人类的衣、食、住、行及文化需求等各方面有着密切的联系。可以说化学与化学工程科学的成果及其知识的应用，创造了种类繁多的化工产品，根据现有资料，人类生产的化工产品已经达到10万种之多，产品总值约达1亿美元。这些化工产品极大的丰富了人类的物质生活，提高了人们的生活质量，并在控制疾病传播、延长寿命、提高农业产量和作物质量、存储和保鲜食物等诸多方面起到了十分重要的作用。目前，化学工业正以更大规模、更快速度向前发展，在化工战线上，化工设计人员无论从生产、科学研究或者基本建设等方面都发挥着很重要的作用。化工工艺设计包括下面的一些内容：（1）原料路线和技术路线的选择；（2）工艺流程设计；（3）物料衡算；（4）热量衡算；（5）工艺设备的设计和选型；（6）车间布置设计；（7）化工管路设计；（8）非公益设计项目的考虑；（9）编制设计文件。1.2环氧乙烷在经济中的地位和作用环氧乙烷(简称EO)，又称氧化乙烯，也称恶烷，是一种最简单的环醚，是乙烯工业衍生物中仅次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酯纤维和树脂。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产品。其它环氧乙烷的衍生产品有乙醇胺、溶剂、乙二醇醚类等。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。32003年全球环氧乙烷消费量为1593.4万吨。1998—2003年年均消费增长率达到5.6%，预计2003—2008年和2008—2013年又分别以4.6%和3.4%速率递增，即到2008年和2013年全球环氧乙烷需求量将分别达到1995.2万吨和2358.2万吨。我国由氯醇法生产环氧乙烷始于1960年代，由于氯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烃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气法[1，2]。1.3生产技术1922年UCC(联碳公司)建成首套氯醇法工业装置。1938年又建成了首套乙烯空气氧化法工业装置。1958年Shell(壳牌公司)建成首套乙烯氧气氧化法工业装置。目前，全球环氧乙烷专利技术大部分为Shell、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。Shell、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、物理性能和制备略有差异，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CO2、环氧乙烷回收组成，但抑制剂选择、工艺流程上略有差异。目前国内环氧乙烷生产厂家均采用乙烯氧气氧化法生产技术，基本为引进技术。1.4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EO。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/乙二醇联产装置，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