化工工藝學設計

1、Hefei University化工工藝學課程設計題 目：3萬噸/年乙烯氧化制環(huán)氧乙烷反應系統(tǒng)設計系 別：化學材料與工程系班 級：姓 名：學 號：隊 別：隊 員：教 師：日 期：2015-01-20 目 錄1.概述31.1.化工工藝設計的意義和主要內容31.1.1.意義31.1.2.內容31.2環(huán)氧乙烷基礎知識和應用41.2.1.環(huán)氧乙烷物理性質41.2.2. 環(huán)氧乙烷化學性質41.3.本設計的主要思路及創(chuàng)新點52.工藝路線設計62.1.氧化反應62.2.二氧化碳脫除72.3.反應過程分析72.4.催化劑的選擇82.5.反應器及混合器的選擇92.6.工藝流程圖93.物料衡算103.1 物性數(shù)據

2、103.2 設計依據103.3 循環(huán)系統(tǒng)的物料衡算113.3.1.計算依據113.3.2.混合器123.3.3.反應器124.熱量衡算165.乙烯氧化固定床列管反應器計算165.1.反應器設備計算175.2 確定氧化反應器的基本尺寸175.3 床層壓力降的計算185.4 傳熱面積的核算195.5 反應器塔徑的確定206.各組分吸收情況計算216.1.環(huán)氧乙烷吸收塔216.2.CO2的吸收系統(tǒng)247.總結24參考文獻251.概述1.1.化工工藝設計的意義和主要內容1.1.1.意義化工工藝設計是化工過程設計的核心，其目的是在于確定生產過程的工藝條件和相關設備的一系列工程技術問題?；すに囋O計是對產

3、品的生產過程進行研究和規(guī)劃，分析比較、選擇最合適的方法，它包括原料路線和技術路線的選擇、工藝流程設計、物料衡算、能量衡算、工藝設備的選型、非標設備的設計、車間平面及立面布置、化工管路設計等。1.1.2.內容工藝設計的依據是經批準的可行性研究報告、總體設計、工程設計合同書及設計基礎資料。制定相應的工藝流程，其原則是選擇先進可靠的工藝技術路線，進行方案比較，對方案進行優(yōu)化，確定合理的工藝流程方案，選取合適的工藝設備，在考慮工藝流程方案時，應同時考慮到對廢物的綜合利用方案和必要的治理措施。進行工藝物料和熱量平衡計算、繪制工藝流程圖(PFD)、編制工藝設備數(shù)據表和公用工程平衡圖，確定公用工程、環(huán)保的設

4、計原則和排出物治理的基本?；すに囋O計的內容有：根據確定的方案，設計帶控制點的工藝流程圖；確定設計基準，進行物料衡算和熱量衡算；進行設備的工藝計算、選型和實際布置；編制化工工藝設計說明書。在工藝設計的過程中，工藝專業(yè)要和外專業(yè)互提條件，條件表作為重要的技術文件，是主導專業(yè)設計的初步成果，是接受專業(yè)的設計依據。1.2環(huán)氧乙烷基礎知識和應用1.2.1.環(huán)氧乙烷物理性質環(huán)氧乙烷（簡稱EO），英文名稱epoxyethane，又被稱為氧化乙烯，也稱惡烷，分子式：C2H4，分子量：44.05，沸點：10.4，熔點：-112.2，蒸汽壓：145.91kPa/20。相對密度(水)=1：0.87，相對密度(空氣

5、)=1：1.52。在常溫下為無色氣體，低溫時為無色易流動液體，在空氣中的爆炸限（體積分數(shù)）為2.6%100%，它易與水、醇、氨、胺、酚、鹵化氫、酸及硫醇進行開環(huán)反應有乙醚的氣味，其蒸氣對眼和鼻粘膜有刺激性，有毒。環(huán)氧乙烷易自聚，尤其當有鐵、酸、堿、醛等雜質或高溫下更是如此，自聚時放出大量熱，甚至發(fā)生爆炸，因此存放環(huán)氧乙烷的貯槽必須清潔，并保持在0以下。1.2.2. 環(huán)氧乙烷化學性質環(huán)氧乙烷在一定條件下，可與水、醇、氫鹵酸、氨及氨的化合物等發(fā)生加成反應，其中與水發(fā)生水合反應生成乙二醇，是制備乙二醇的主要方法。當用甲醇、乙醇、丁醇等低級醇與環(huán)氧乙烷作用時，分別生成乙二醇甲醚、乙二醇乙醚、乙二醇丁醚

6、。應用：環(huán)氧乙烷可殺滅細菌（及其內孢子）、霉菌及真菌，因此可用于消毒一些不能耐受高溫消毒的物品。環(huán)氧乙烷也被廣泛用于消毒醫(yī)療用品諸如繃帶、縫線及手術器具。環(huán)氧乙烷有殺菌作用，對金屬不腐蝕，無殘留氣味，因此可用材料的氣體殺菌劑。主要用于制造其他各種溶劑(如溶纖劑等),稀釋劑,非離子型表面活性劑,合成洗滌劑、抗凍劑、消毒劑、增韌劑和增塑劑等。與纖維素發(fā)生羥乙基化可合成得水溶性樹脂(其環(huán)氧乙烷含量約75%)。還可用作熏蒸劑、涂料增稠劑、乳化劑、膠黏劑和紙張上漿劑等。通常采用環(huán)氧乙烷-二氧化碳（兩者之比為90：10）或環(huán)氧乙烷-二氯二氟甲烷的混合物，主要用于醫(yī)院和精密儀器的消毒。環(huán)氧乙烷用熏蒸劑常用于

7、糧食、食物的保藏。例如，干蛋粉的貯藏中常因受細菌的作用而分解，用環(huán)氧乙烷熏蒸處理，可防止變質，而蛋粉的化學成分，包括氨基酸等都不受影響。環(huán)氧乙烷易與酸作用，因此可作為抗酸劑添加于某些物質中，從而降低這些物質的酸度或者使用其長期不產生酸性。例如，在生產氯化丁基橡膠時，異丁烯與異戊二烯共聚物的溶液在氯化前如果加入環(huán)氧乙烷，則成品即可完全不用堿洗和水洗。由于環(huán)氧乙烷易燃及在空氣中有廣闊的爆炸濃度范圍，它有時被用作燃料氣化爆彈的燃料成份。環(huán)氧乙烷自動分解時能產生巨大能量，可以作為火箭和噴氣推進器的動力，一般是采用硝基甲烷和環(huán)氧乙烷的混合物（60：40-95：5）。這種混合燃料燃燒性能好，凝固點低，性質

8、比較穩(wěn)定，不易引爆。總的來說，環(huán)氧乙烷的上述這等直接用途消費量很少，環(huán)氧乙烷作為乙烯工業(yè)衍生物僅次于聚乙烯，為第二位的重要產品。其重要性主要是以其為原料生產的系列產品。由環(huán)氧乙烷衍生的下游產品的種類遠比各種乙烯衍生物多。環(huán)氧乙烷的毒性為乙二醇的27倍，與氨的毒性相仿。在體內形成甲醛、乙二醇和乙二酸，對中樞神經系統(tǒng)起麻醉作用，對粘膜有刺激作用，對細胞原漿有毒害作用。大部分的環(huán)氧乙烷被用于制造其它化學品，主要是乙二醇。乙二醇主要的最終用途是生產聚酯聚合物，也被用作汽車冷卻劑及防凍劑。其次用于生產乙氧基化合物、乙醇胺、乙二醇醚、亞乙基胺、二甘醇、三甘醇、多甘醇、羥乙基纖維素、氯化膽堿、乙二醛、乙烯碳

9、酸酯等下游產品。1.3.本設計的主要思路及創(chuàng)新點本設計采用銀作催化劑氧氣直接氧化法，對原有的單元設備進行生產能力標定和技術經濟評定。在此基礎上，查閱了大量資料，根據設計條件，通過物料衡算、熱量衡算、反應器的選型及尺寸的確定，計算壓降、催化劑的用量等，設計出符合設計要求的反應系統(tǒng)。2.工藝路線設計2.1.氧化反應乙烯氧化過程，按氧化程度可分為選擇氧化（部分氧化）和深度氧化（完全氧化）兩種情況，乙烯分子中碳碳雙鍵C=C具有突出的反應活性，在一定條件下可實現(xiàn)碳碳雙鍵選擇性氧化，生成環(huán)氧乙烷。但在通常的氧化條件下，乙烯的分子骨架容易被破壞，而發(fā)生深度氧化生成二氧化碳和水。為使乙烯氧化反應盡可能的約束在

10、生成目的產物環(huán)氧乙烷的方向上，目前工業(yè)上乙烯直接氧化生成EO的最佳催化劑均采用銀催化劑。在銀催化劑作用下的反應方程式如下： (1)另外，乙烯直接氧化還有副產物生成，其中CO2和水最多。實驗已證明這些副產物以兩條不同的路線生成的。首先，乙烯直接氧化生成CO2和水并伴隨著許多壽命極短的部分氧化中間產物：C2H4+3O2 2CO2+2H2O 1308.28kJ/mol (2)這一反應用氯化物來加以抑制，該氯化物為催化劑抑制劑即1， 2二氯乙烷（EDC），EO自身有也一定的阻止進一步氧化的能力。 (3) (4)在反應過程中如有堿金屬或堿土金屬存在時，將催化這一反應。CO2還由EO氧化而得，這時它首先被

11、異構為乙醛，然后很快被氧化為CO2和H2O。反應速度由EO異構化控制。 (5) (6)反應器副產物中除CO2和H2O以外還有微量的乙醛和甲醛。它們在精制單元中從EO和EG中分離掉，以上氧化反應均是放熱反應。2.2.二氧化碳脫除本裝置采用碳酸鹽溶液吸收CO2，以脫除氧化反應的副產物CO2，此吸收為化學吸收：K2CO3 + CO2 + H2O2KHCO3 + 26.166kJ/mol (7)應分五步進行：H2O=H+ + OH- (8)K2CO3=CO32- + 2K+ (9)H+ + CO32-=HCO3- (10)K+ + HCO3- =KHCO3 (11)CO2 + OH- =HCO3- (

12、12)速度由第五步控制，在接近大氣壓下，用蒸汽汽提富碳酸鹽液，將CO2從系統(tǒng)中解析出來，排至大氣：KHCO3K2CO3+CO2十H2O (13)環(huán)氧乙烷（簡稱EO）是最簡單也是最重要的環(huán)氧化合物，在常溫下為氣體，沸點10.5?？梢耘c水、醇、醚及大多數(shù)有機溶劑以任意比混合。有毒，易自聚，尤其當有鐵，酸，堿，醛等雜質或高溫下更是如此，自聚時放出大量熱，甚至發(fā)生爆炸，因此存放環(huán)氧乙烷的貯槽必須清潔，并保持在0以下。2.3.反應過程分析工業(yè)上生產環(huán)氧乙烷的方法是乙烯直接氧化法，在銀催化劑上乙烯用空氣或純氧氧化。乙烯在Ag/Al2O3催化劑存在下直接氧化制取環(huán)氧乙烷的工藝，可用空氣氧化也可以用氧氣氧化，

13、氧氣氧化法雖然安全性不如空氣氧化法好，但氧氣氧化法選擇性較好，乙烯單耗較低，催化劑的生產能力較大，故大規(guī)模生產采用氧氣氧化法。主要反應方程式如下：主反應副反應由乙烯環(huán)氧化反應的動力學可知，乙烯完全氧化生成二氧化碳和水，該反應是強放熱反應，其反應熱效應要比乙烯環(huán)氧化反應大十多倍。故副反應的發(fā)生不僅使環(huán)氧乙烷的選擇性降低，而且對反映熱效應也有很大的影響。選擇性下降，熱效應就明顯增加，如選擇性下降移熱慢，反應溫度就會迅速上升，甚至產生飛溫。所以反應過程中選擇性的控制十分重要。2.4.催化劑的選擇環(huán)氧化法生產環(huán)氧乙烷是一個強放熱放應，為減少深度氧化的副反應，提高選擇性，催化劑的選擇非常重要。研究表明，

14、只有在銀催化劑催化下乙烯的環(huán)氧化反應才有較高的選擇性。工業(yè)上使用的銀催化劑是由活性組分，載體和助催化劑所組成。載體 載體的主要功能是分散活性組分和防止銀微晶的半熔和燒結，使其活性保持穩(wěn)定。由于乙烯環(huán)氧化過程存在平行副反應和連串副反應的競爭，又是一強放熱反應，故載體的表面結構及其導熱性能，對反應的選擇性和催化劑顆粒內部溫度的分布有顯著的影響。載體表面積大，活性比表面積大，催化劑活性高但也有利于乙烯完全氧化反應的發(fā)生，甚至生成的環(huán)氧乙烷很少。載體如有空隙，由于反應物在細空隙中的擴散速度慢，產物環(huán)氧乙烷在空隙中濃度比主體濃度高，有利于連串副反應地進行。工業(yè)上為了控制反應速度和選擇性，均采用低比表面積

15、無孔隙或粗空隙惰性物質作為載體，并要求有較好的導熱性能和較高的熱穩(wěn)定性。工業(yè)上常用的載體有碳化硅，氧化鋁和含有少量氧化硅的氧化鋁等。助催化劑 所采用的助催化劑有堿金屬類，堿土金屬類和稀土元素化合物等。堿土金屬類中，用得最廣泛的是鋇鹽。在銀催化劑中加入少量鋇鹽，可增加催化劑的抗熔結能力，有利于提高催化劑的穩(wěn)定性，延長其壽命，并可提高活性。據研究兩種或兩種以上的助催化劑起到協(xié)同作用，可提高選擇性。抑制劑 在銀催化劑中加入少量硒碲氯溴等對抑制二氧化碳的生成，提高環(huán)氧乙烷的選擇性有較好的效果。工業(yè)上常在原料氣中添加微量有機氯如二氯乙烷，以提高催化劑的選擇性，調節(jié)溫度。2.5.反應器及混合器的選擇在配制

16、混合氣時，由于純氧加入到循環(huán)氣和乙烯的混合氣中去，必須使氧和循環(huán)氣迅速混合達到安全組成，如果混合不好很可能形成氧濃度局部超過極限濃度，進入熱交換器時易引起爆炸危險。為此，混和器的設計極為重要，工業(yè)上是借多空噴射器對著混和氣流的下游將氧高速度噴射到循環(huán)氣和乙烯的混合氣中，使他們迅速進行均勻混合。為了確保安全，需要用自動分析檢測儀監(jiān)視，并配制自動報警連鎖切斷系統(tǒng)，熱交換器安裝需要有防爆措施。2.6.工藝流程圖1.環(huán)氧乙烷反應器 2.熱交換器 3.氣體混合器 4. 環(huán)氧乙烷吸收塔 5.CO2吸收塔 6.CO2吸收液再生塔 7.解吸塔 8.再吸收塔 9.脫氣塔 10.精餾塔 11. 環(huán)氧乙烷貯罐3.物

17、料衡算3.1 物性數(shù)據表3.1 物性數(shù)據表序號組分分子式分子量常壓沸點1氮氣N2 28.0134-195.82氬氣Ar39.9480-185.873氧氣O231.9988-182.984甲烷CH416.0423-162.155乙烯C2H428.0530-103.716乙烷C2H630.0688-88.67二氧碳CO244.0095-78.458環(huán)氧烷C2H4O44.052410.49乙醛CH3CHO44.052420.410水H2O18.015210011乙二醇C2H6O262.0676197.33.2 設計依據1設計任務：年產3萬噸環(huán)氧乙烷2高純EO收率：30%3乙烯單程轉化率：10%4EO

18、的選擇性：80%5二氧化碳的選擇性：20%6EO吸收率：99.6%7排空氣體比率：0.18%8以單位時間小時作為基準3.3 循環(huán)系統(tǒng)的物料衡算3.3.1.計算依據(1)原料氧氣組成（mol%）：: 0.0100: 0.2000: 99.8000(2)原料乙烯組成（mol%）：: 0.0500: 99.8500: 0.1000(3)原料甲烷組成(mol%)：:2.0000: 96.9000: 0.5000:0.6000(4)環(huán)氧乙烷吸收塔吸收液氣比：2.00(5)二氧化碳吸收率：18.0%(6)符號說明：進料：F2乙烯進料；F1氧氣進料；F3甲烷進料；F混合器物料；反應器物料；排放物料；W排放物

19、產；R循環(huán)物料(7)乙烯催化氧化制取環(huán)氧乙烷得物料衡算框圖FF-新鮮原料氣；MF-原料混合氣；RP-反應混合氣；S-混合分離氣；RC-循環(huán)氣；P-產品環(huán)氧乙烷；W-排空廢氣；SPC-未脫除二氧化碳的循環(huán)氣；TC-脫除的二氧化碳；SRC-脫除二氧化碳的循環(huán)氣3.3.2.混合器（1）循環(huán)氣體的溫度：79.00 壓力1.76MPa混合氣出料溫度：76.00壓力1.76MPa進料氣體被EO反應產品氣體從78加熱到152， 而產品氣體從202被冷卻到138。（2）環(huán)氧乙烷吸收塔吸收率（%）：氮氣：0.0050氬氣：0.0010氧氣：0.010甲烷：0.0100乙烯：0.0500乙烷：0.0020二氧化碳

20、：1.3000環(huán)氧乙烷：99.6000 水：65.2940乙二醇：100.0000（3）計算過程1）計算新鮮乙烯原料中乙烯量=220.2620kmol/h新鮮乙烯原料中甲烷的量=新鮮乙烯原料中乙烷的量=新鮮乙烯原料的量=新鮮乙烯原料中乙烯量+新鮮乙烯原料中甲烷的量+新鮮乙烯原料中乙烷的量即：F2=220.2620+0.1103+0.0221=220.3944kmol/h設：反應器的進料量為MF(kmol/h)；新鮮甲烷原料量為F3；針對混合器列乙烯和甲烷的物料衡算方程，得：MF30=MF30(110)(10.0005)(10.0018)+220.2620+F30.5 (1)MF50=MF50(

21、1-0.0001)(1-0.0018)+0.1103+F396.9 (2)由（1）（2）兩式聯(lián)立可得MF=9268.1471 F3=12.24632）設循環(huán)氣中環(huán)氧乙烷的量為；反應器中的環(huán)氧乙烷的量為；環(huán)氧乙烷的摩爾分率為；針對混合器列環(huán)氧乙烷的物料衡算方程，得：循環(huán)氣中得環(huán)氧乙烷的量=反應器中的環(huán)氧乙烷的量；=MF (3)反應器中環(huán)氧乙烷的量：=+0.180%(1-0.996) (1-0.0018)(4)由以上兩式得：解得：=0.00013)設：新鮮氧氣原料的量為F1（kmol/h）；針對混合器列氧氣的物料衡算方程，得：反應器進料中的氧氣量=新鮮氧氣原料中的氧氣量+循環(huán)氣中的氧氣量 MFyO

22、2=F1yO2+RyO2循環(huán)氣中的氧氣量=反應器中的氧氣量-反應消耗的氧氣量-氧氣的吸收量-氧氣的排放量RyO2=MFyO2-MFyC2H40.10.80.5-MFyC2H40.10.23(1-0.0001)(1-0.0018)即：R8.32=F199.8+MF8.32MF300.10.80.5-MF300.10.23(1-0.0001)(1-0.0018)解得：F1 =252.1495kmol/h4）設：環(huán)氧乙烷吸收塔吸收的二氧化碳的吸收率為；二氧化碳吸收解析塔二氧化碳的吸收率為。針對混合器列二氧化碳的物料衡算方程，得：反應器中的二氧化碳的量=新鮮甲烷進料中的二氧化碳的量+循環(huán)氣中的二氧化碳

23、的量：。 RyCO2=MFyCO2+MFyC2H40.10.22(1-)(1-0.0018)(1-) 即：MFyCO2=F30.6+MFyCO2 +MF300.10.22(1-0.013)(1-0.0018)(1-0.18) 解得：=0.05005）設：新鮮乙烯原料量為F2；乙烷的吸收率為，針對混合器列乙烷的物料衡算方程，得：反應器中的乙烷的量=新鮮乙烯原料中的乙烷的量+循環(huán)氣中的乙烷的量：循環(huán)氣中的乙烷的量=即：解得：=0.01756）設：氮氣的吸收率為；針對混合器列氮氣的物料衡算方程，得：反應器中的氮氣的量=新鮮氧氣原料中的氮氣的量+新鮮甲烷原料中的氮氣的量+循環(huán)氣中的氮氣的量：循環(huán)氣中氮

24、氣的量=即解得：=0.01187）設：氬氣的吸收率為；針對混合器列氬氣的物料衡算方程，得：反應器中的氬氣的量=新鮮氧氣原料中的氬氣的量+循環(huán)氣中的氬氣的量循環(huán)氣中的氬氣的量=即：解得：=0.03238） 設：水的吸收率為；循環(huán)氣中水的摩爾分率為，針對混合器列水的物料衡算方程，得：循環(huán)氣中的水的量=反應器中的水的量+反應生成的水的量=反應器中水的摩爾分率：=1-=1-0.5-0.3-0.0832-0.05-0.0168-0.0112-0.0323-0.0001=0.0063又有：F1+F2+F3+R=MF， 即R=MF- F1-F2-F3得：R=6178.7647-252.1495-146.92

25、95-8.1642=8657.2823kmol/h即：得：=0.0068 3.3.3.反應器（1）反應溫度為243，壓力為1.60MPa，反應物料由塔頂加入。（2）計算過程（y表示MF中各個組分的摩爾分率）1）反應器出口的乙烯的量=8414.40250.3(1-10)=2271.8887 kmol/h2) 反應器出口環(huán)氧乙烷 = =8414.40250.31080 =201.9457 kmol/h3）反應器出口二氧化碳=MFyC2H4乙烯的單程轉化率二氧化碳的選擇性2+MFyCO2=8414.40250.310202+8414.40258.32=520.6833 kmol/h4）反應器出口水量

26、（反應中每生成一摩爾的二氧化碳同時生成一摩爾的水）所以：反應器出口=8414.40250.0063+8414.40250.310202=244.8591 kmol/h5）反應器出口氧氣量（混合器中氧氣量-生成環(huán)氧乙烷消耗的氧氣量-生成乙醛消耗氧氣量-生成二氧化碳消耗的水量）即：反應器出口水量=8414.40250.08328414.40250.310800.58414.40250.310203=448.9084 kmol/h6）反應器出口氮氣，氬氣，甲烷，乙烷的量因為在反應器中這些物料沒有發(fā)生變化，所以其量等于進口的量即：氮氣=99.1063 kmol/h氬氣=271.7852 kmol/h甲

27、烷=295407.2013kmol/h乙烷=147.2524kmol/h4.熱量衡算(1)原料氣帶入的熱量Ql原料氣的入口溫度為423.15 K，以273.15 K為基準溫度，則 （4-4）計算結果列于表4-2中表4-1原料氣帶入的熱量組分Cp（JmolK)92.28450.03403.138046.89000.05602.626566.7140.07705.137544.6070.833037.158合計-1.000045.0600由計算結果可知 （4-5）由公式4-5可得=12621.6037530.040(483.15-273.15)=4.155107kJ/h (2)反應熱Q2在操作條件

28、下，主副反應的熱效應分別為主反應： （4-6）副反應： （4-7）則主反應的放的熱量為：副反應的放熱量為:總反應熱為：(3)氧化氣帶出的熱量Q3氧化氣出口溫度為507.15 K，以273.15 K為基準溫度，則 （4-8） （4-9）由公式4-7可得=4373.878630.912234=5.0724107kJ/h(4)反應器的散熱量Q4 Q1+Q2=Q3+Q4 （4-10）可得反應器散熱量Q4=Q1+Q2Q3(4.155+2.32295.0724)107=1.4055107kJ/h5.乙烯氧化固定床列管反應器計算5.1.反應器設備計算在物料衡算和熱量衡算的基礎上，可以對反應部分主要設備的工藝

29、參數(shù)進行優(yōu)化計算。這一部分主要是反應器的工藝參數(shù)優(yōu)化。設計生產能力：3萬噸/年；生產過程安全系數(shù)：1.04；本設計采用一臺反應器進行反應。已知：(1)每小時輸入的原料氣量總為12621.6038 kmol/h； (2)以銀為催化劑，顆粒為球形，d=5mm，空隙率； (3)反應溫度為234，操作壓力為1.6MPa，空速為4000/h； (4)反應器列管規(guī)格為44.93mm； (5)反應熱用水帶走，導出水進口溫度210，導出水溫度220； (6)原料氣進口溫度為150，氧化氣出口溫度為234。 (7)計算催化劑床層體積 進入反應器的氣體總流量為12621.6038kmol/h 給定空速為4000/

30、h5.2 確定氧化反應器的基本尺寸對于列管式固定床反應器，首先應根據傳熱要求選定選擇44.93mm的不銹鋼管作為反應器的反應管規(guī)格20，再求出反應管根數(shù)n。反應管內徑：di=44.9-32=38.9mm=0.0389m 反應管根數(shù)n （5-10） 由公式(5-10)可得根 經圓整可得，反應管根數(shù)為4091根。5.3 床層壓力降的計算 可查得如下計算公式： （5-11）式中P床層壓力降，； H催化劑床層高度，m： G質量流速，kg/m2.s； 氣體密度，kg/m3； g重力加速度，m/s2； 固定床空隙率； 催化劑顆粒當量直徑，m； 氣體粘度，PaS或(kg/ms)；本次設計所選用的催化劑為d=

31、5mm的球型，計算其直徑為 由式5-11得 5.4 傳熱面積的核算 對數(shù)平均溫差公式為 （5-1）導入溫度導出溫度原料入口溫度反應出口溫度溫度210220150234換熱介質采用逆流，則由5-1得 又 （5-13）則有 又 （5-14）則有可知A實A需，即實際傳熱面積大于按傳熱計算所需的傳熱面積，所以設計符合要求。5.5 反應器塔徑的確定查得塔經的計算公式20： （5-15）式中D殼體內徑，m； t管中心距，m； 橫過管中心線的管數(shù)； 管束中心線最外層管的中心至殼體內壁的距離 ；一般取 ， 取 橫過管中心線的管數(shù)為 （5-16）由公式5-16，可得所以，由公式5-15可得本反應器取最小壁厚為2

32、0mm，故外徑為。故取反應器外徑為3827mm。5-2 氧化反應器的參數(shù) 名稱數(shù)據原料進料量，kmol/h8414.4025產品產量，噸/年30000原料進口溫度，150氧化氣出口溫度，234水進口溫度，210水出口溫度，220氧化反應器臺數(shù)，臺1氧化反應器直徑，mm3827列管根數(shù)，根4091列管尺寸，mm38.93氧化反應器高度，mm12190換熱面積，m2570.29346.各組分吸收情況計算6.1.環(huán)氧乙烷吸收塔（1）該塔用純水作為吸收劑，吸收塔的溫度為47，壓力為1.45MPa。（2）各組分的吸收率（%）：氮氣：0.0050氬氣：0.0010氧氣：0.0100甲烷：0.0100乙烯：

33、0.0500乙烷：0.0020二氧化碳：1.3000環(huán)氧乙烷：99.6000 水：65.2940（3）EO吸收塔吸收液汽比=2.0（4）計算過程（y表示RF中的摩爾分率，為吸收率）1）氣體中各個組分的量a)出口環(huán)氧乙烷的量=進入吸收塔的環(huán)氧乙烷量（1-環(huán)氧乙烷的吸收率） =RFEO(1EO) =223.55055(1-99.6)=0.8942 kmol/hb)出口乙烯的量= =RFC2H4O(1C2H4O) =3596.9021(1-0.05)=3417.0570kmol/hc)出口的二氧化碳的量 = =RFCO2(1CO2) =846.9705(1-1.30)=770.8716 kmol/h

34、d)出口的氧氣的量=RFO2(1O2)=680.5901(1-0.01)=673.2953 kmol/he)出口的甲烷的量=RFCH4(1CH4)=680.2076(1-0.01)=680.1396 kmol/hf)出口的乙烷的量=RFC2H4(1C2H4)=224.0056(1-0.002)=220.4716kmol/hg)出口的氮氣的量=RFN2(1N2)=150.6738(1-0.005)=148.6519 kmol/hh)出口的水蒸氣的量= =RFH2O(1H2O) =168.6381(1-65.294)=127.4738 kmol/h2)吸收劑的用量H(采用純水做吸收劑)EO吸收塔吸

35、收液汽比L/V=2.0塔內氣體的平均流率V=塔內液體的平均流率L=即：吸收劑的用量=（進料量+塔頂出口氣體量）液氣比-被吸收的量/2得：吸收劑用量H=(6110.5386+5882.1639) 3-(6110.5386-588.1479)1.5/2解得:H=23277.7726 kmol/h3）富液中各個組分的量a)環(huán)氧乙烷的量=進入吸收塔環(huán)氧乙烷量環(huán)氧乙烷的吸收率 =RFEOEO =223.556699.6=222.6564kmol/hb)乙烯的量= =RFC2H4OC2H4O =3596.90210.05 =0.2985 kmol/hc)二氧化碳的量= =RFCO2CO2 =846.99891.30 =11.011