环氧乙烷的制取
环氧乙烷的生产方法

环氧乙烷的生产方法
环氧乙烷的生产方法主要有以下几种:
1. 乙烷催化氧氯化法:乙烯与氯气在氯化铁钾催化剂的存在下反应生成氯乙烷,然后在酸性条件下与水反应生成环氧乙烷。
2. 乙烯-过硫酸盐氧化法:乙烯与过硫酸盐反应生成乙酸乙烯酯,然后在碱性条件下与过碱反应生成环氧乙烷。
3. 乙烯-高锰酸钾氧化法:乙烯与高锰酸钾反应生成1,2-环己
二酮,然后在碱性条件下经过酸化、环氧化反应生成环氧乙烷。
4. 碳氧化物法:乙烯与碳氧化物反应生成乙酸乙烯酯,然后在碱性条件下与过碱反应生成环氧乙烷。
这些生产方法中,乙烯是环氧乙烷的主要原料,催化剂的选择和反应条件的控制对产率和纯度都有一定的影响。
此外,环氧乙烷的生产还需要注意安全性和环境保护等因素。
环氧乙烷怎么合成方程式

环氧乙烷怎么合成方程式嘿,朋友们!今天咱们来聊聊环氧乙烷这神奇的玩意儿是怎么合成的。
这就像是一场奇妙的化学魔法之旅呢!首先呢,最常见的一种合成方法是乙烯氧化法。
想象一下,乙烯就像一个活泼的小精灵 ♂️,在氧气这个热情的伙伴的陪伴下,开始一场激烈的化学反应。
方程式是2CH₂=CH₂ + O₂ → 2 。
这里的催化剂就像是一个超级裁判,指挥着乙烯和氧气按照规则来反应,没有这个裁判啊,它们可就乱套了呢!再来说说氯乙醇法吧。
氯乙醇就像是一个戴着特殊帽子(氯原子)的小怪物 。
它在氢氧化钙这个强壮的力士的作用下,发生反应,就好像小怪物被力士狠狠教训了一番,然后就变成了环氧乙烷。
方程式是ClCH₂CH₂OH + Ca(OH)₂ → + CaCl₂ + 2H₂O。
还有一种方法呢,就像是走一条小众但是很有趣的路。
以乙烯为原料,先让它和次氯酸发生反应,这时候乙烯就像一个贪吃的家伙,把次氯酸给吞了一部分,然后再经过一系列的反应得到环氧乙烷。
这个过程就像是一个复杂的美食烹饪过程,每个步骤都得恰到好处。
我们可以把合成环氧乙烷想象成建造一座奇特的城堡 。
每一种原料都是一块独特的积木,方程式就是建造城堡的蓝图。
不同的合成方法就是不同的建筑团队,用不同的方式把积木组合起来,最后都能建成环氧乙烷这座神奇的城堡。
又比如说,乙烯氧化法中的氧气就像一阵魔法之风,吹到乙烯这个小气球 上,然后就把它变成了环氧乙烷这个新的小玩意儿。
再看氯乙醇法里的氢氧化钙,它就像一把神奇的扫帚 ,把氯乙醇里不需要的部分扫走,只留下环氧乙烷这个宝贝。
从另一个角度想,这些合成方法就像是不同的魔法咒语。
你念对了乙烯氧化法这个咒语“2CH₂=CH₂ + O₂ → 2 ”,就能得到环氧乙烷;念对氯乙醇法的咒语“ClCH₂CH₂OH + Ca(OH)₂ → + CaCl₂ + 2H₂O”,也能召唤出环氧乙烷这个化学小精灵。
在这个化学世界里,环氧乙烷的合成充满了各种奇妙的想象。
化工设计:环氧乙烷的制取

2017 届化工原理课程设计《环氧乙烷的制取》说明书学生姓名邓龙学号7021213229所属学院生命科学学院专业应用化学班级17-2指导教师张越锋、于海峰塔里木大学教务处制目录一.设计任务书……………………………………………二.设计方案简介……………………………………………三.工艺流程草图及说明………………………………………四.物料衡算……………………………………………………五.计算结果一览表……………………………………………六.工艺流程说明………………………………………………七.附图…………………………………………………………八.参考文献……………………………………………………设计任务书一、基本数据用N2作为惰性致稳气时的原料气组成选择性:73.8%(70-80可自行调配)环氧乙烷的吸收率:99.5%O2中夹带的Ar 0.00856mol/ mol,循环排放气中含Ar为12.85%(10-15可自行调配),产品环氧乙烷中含Ar 0.00631mol/mol。
二、课程设计内容及要求(一)内容1、对环氧乙烷反应系统的物料衡算;2、绘制环氧乙烷反应系统带控制点的工艺流程图(一张);3、编制课程设计说明书(一份)。
4、设计说明书要有封面和封底,均采用A4纸,正文用小四号宋体,行间距1.25倍。
(二)具体要求1、环氧乙烷反应系统的物料衡算方法参考《基本有机化工工艺学》(吴指南主编)一书。
2、绘制的带控制点的工艺流程图必须符合化工制图的规范。
3、编制的课程设计说明书应对计算过程与工艺流程的选择以及控点的确定进行详细的说明和解释。
设计方案简介环氧乙烷(简称EO)是最简单也是最重要的环氧化合物,在常温下为气体,沸点10.5℃。
可以与水、醇、醚及大多数有机溶剂以任意比混合。
有毒,易自聚,尤其当有铁,酸,碱,醛等杂质或高温下更是如此,自聚时放出大量热,甚至发生爆炸,因此存放环氧乙烷的贮槽必须清洁,并保持在0℃以下。
环氧乙烷的生产方法

环氧乙烷的生产方法环氧乙烷, 生产环氧乙烷(EO)又名氧化乙烯,是最简单的环状醚。
环氧乙烷是石油化学工业的重要产品,也是一种基本有机化工原料,广泛地用于生产乙二醇、非离子表面活性剂、乙醇胺、乙醇醚溶剂、医药中间体、油田化学品、农药乳化剂等各种精细化学品。
1 环氧乙烷的生产方法环氧乙烷早期采用氯醇法工艺生产,20世纪20年代初,UCC公司进行了工业化生产,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。
20世纪50年代末,Shell公司采用近乎纯氧代替空气作为生产环氧乙烷的氧原料,推出氧气法乙烯直接氧化生产环氧乙烷工艺,经过不断改进,目前较先进的生产方法是用银作催化剂,在列管式固定床反应器中,用纯氧与乙烯反应,采用乙烯直接氧化生产环氧乙烷。
现就这几种方法进行分析比较。
1.1 氯醇法环氧乙烷氯醇法生产分两步进行:首先氯气与水反应生成次氯酸,再与乙烯反应生成氯乙醇;然后氯乙醇用石灰乳皂化生成环氧乙烷。
这种方法存在的严重缺点大致有:1)消耗氧气,排放大量污水,造成严重污染;2)乙烯次氯酸化生产氯乙醇时,同时副产二氧化碳等副产物,在氯乙醇皂化时生产的环氧乙烷可异构化为乙醛,造成环氧乙烷损失,乙烯单耗高;3)氯醇法环氧乙烷,醛的质量分数很高,约为4×10-6-5×10-6最低也有2×10-6 。
氯醇法生产环氧乙烷,由于装置小、产量少、质量差、消耗高,因而成本也高,与大装置氧化法生产的高质量产品相比已失去了市场竞争能力。
1.2 直接氧化法乙烯直接氧化法,分为空气直接氧化法和氧气直接氧化法。
1.2.1 空气直接氧化法空气直接氧化法用空气作氧化剂,因此生产中必须有空气净化装置,以防止空气中有害杂质带人反应器而影响催化剂的活性。
空气法的特点是由两台或多台反应器串联,即主反应器和副反应器,为使主反应器催化剂的活性保持在较高水平(63%-75%),通常以低转化率操作(20%-50%)。
化工设计:环氧乙烷的制取

目录一、设计任务书 2二、设计方案简介 3三、工艺流程草图及说明 6四、物料衡算9五、计算结果一览表16六、工艺流程说明17七、附图20八、参考文献22设计任务书一、基本数据用N2作为惰性致稳气时的原料气组成反应器的单程转化率:12.3%选择性:73.8%环氧乙烷的吸收率:99.5%O2中夹带的0.00856mol,循环排放气中含Ar为12.85%,产品环氧乙烷中含Ar 0.00631mol。
二、课程设计内容及要求(一)内容1、对环氧乙烷反应系统的物料衡算;2、绘制环氧乙烷反应系统的工艺流程图(一张);3、绘制二氧化碳脱除系统的工艺流程图(一张);4、编制课程设计说明书(一份)。
(二)具体要求1、环氧乙烷反应系统的物料衡算方法参考《基本有机化工工艺学》(吴指南主编)一书。
2、绘制的带控制点的工艺流程图必须符合化工制图的规范,并且字体必须工整。
3、编制的课程设计说明书应对计算过程与工艺流程的选择以及控点的确定进行详细的说明和解释。
设计方案简介环氧乙烷(简称EO)是最简单也是最重要的环氧化合物,在常温下为气体,沸点10.5℃。
可以与水、醇、醚及大多数有机溶剂以任意比混合。
有毒,易自聚,尤其当有铁,酸,碱,醛等杂质或高温下更是如此,自聚时放出大量热,甚至发生爆炸,因此存放环氧乙烷的贮槽必须清洁,并保持在0℃以下。
环氧乙烷是以乙烯为原料产品中的第三大品种,仅次于聚乙烯和苯乙烯。
它的用途是制取生产聚酯树脂和聚酯纤维的单体、制备表面活性剂,此外还用于制备乙醇胺类、乙二醇醚类等。
一、反应过程分析:工业上生产环氧乙烷最早采用的方法是氯醇法,该法分两步进行,第一步将乙烯和氯通入水中反应生成2-氯乙醇,2-氯乙醇水溶液浓度控制在6%-7%(质量);第二步使2-氯乙醇与Ca(OH)2反应,生成环氧乙烷。
该法的优点是对乙烯的浓度要求不高,反应条件较缓和,其主要缺点是要消耗大量氯气和石灰,反应介质有强腐蚀性,且有大量含氯化钙的污水要排放。
乙烯制取环氧乙烷生产工艺设计

1 总论1.1 概述环氧乙烷是重要基本有机合成原料,用途甚广,因此世界各国环氧乙烷的产量上升较快。
目前,在乙烯系列的产品中,环氧乙烷在乙烯系统的产量仅次于聚乙烯,占第二位。
环氧乙烷是以乙烯为原料的一个主要石油化工产品,其产量仅次于乙烯,环氧乙烷也是一种非常重要的精细化工原料。
环氧乙烷直接使用价值很小,98%以上转化为各种衍生物。
中国石化总公司的环氧乙烷主要用于生产乙二醇。
在环氧乙烷工业衍生物中,乙二醇占有最大的比重,即环氧乙烷主要是用来制造乙二醇,其次是生产表面活性剂等。
此外还用于制造医药、乙醇胺、油品添加剂、农药乳化剂以及杀虫剂等。
环氧乙烷是重要基本有机合成原料,用途甚广,因此世界各国环氧乙烷的产量上升较快。
目前,在乙烯系列的产品中,环氧乙烷的产量仅次于聚乙烯,占第二位。
环氧乙烷的发展历史是漫长的。
早在1859年,法国化学家伍尔兹就发现氯乙醇与碱作用可以生成环氧乙烷,1925年美国联合碳化物公司建立了第一氯醇法环氧乙烷生产装置,由于此法生产技术简单,乙烯消耗定额低等原因,所以被广泛采用,长时期内成为环氧乙烷生产的唯一方法,直到50年代中期此法仍占有绝对优势。
环氧乙烷-乙二醇工业通过几十年的发展,目前生产技术日臻完善,但为了适应国际上日益增长的原油价格,乙二醇能力可能造成的能力过剩及市场竞争,环氧乙烷-乙二醇生产技术将以节能降耗为中心发展,尤其是开发高性能新型催化剂。
1.2 设计的产品的性能和用途1.2.1 环氧乙烷的性能环氧乙烷是由两个碳原子、四个氢和一个氧原子组成的。
因为它可以由乙烯氧化而制得,所以叫做氧化乙烯。
C H O,分子量为44。
分子式为24环氧乙烷是无色的液体。
具有醚类的香味。
与水和大部分有机溶剂可以任何比例互溶。
比重0.8969(0/4℃),熔点-111.3℃沸点10.73℃,闪点<-18℃,熔点429℃,自然点571℃。
环氧乙烷易燃易爆,在空气中的爆炸范围为3—100%。
在密闭容器中的纯环氧乙烷气体,用热铂丝点火时会发生爆炸。
环氧乙烷的制取设计方案

环氧乙烷的制取设计方案设计方案简介环氧乙烷(简称EO)是最简单也是最重要的环氧化合物,在常温下为气体,沸点10.5℃。
可以与水、醇、醚及大多数有机溶剂以任意比混合。
有毒,易自聚,尤其当有铁,酸,碱,醛等杂质或高温下更是如此,自聚时放出大量热,甚至发生爆炸,因此存放环氧乙烷的贮槽必须清洁,并保持在0℃以下。
环氧乙烷是以乙烯为原料产品中的第三大品种,仅次于聚乙烯和苯乙烯。
它的用途是制取生产聚酯树脂和聚酯纤维的单体、制备表面活性剂,此外还用于制备乙醇胺类、乙二醇醚类等。
一、反应过程分析:工业上生产环氧乙烷最早采用的方法是氯醇法,该法分两步进行,第一步将乙烯和氯通入水中反应生成2-氯乙醇,2-氯乙醇水溶液浓度控制在6%-7%(质量);第二步使2-氯乙醇与Ca(OH)2反应,生成环氧乙烷。
该法的优点是对乙烯的浓度要求不高,反应条件较缓和,其主要缺点是要消耗大量氯气和石灰,反应介质有强腐蚀性,且有大量含氯化钙的污水要排放。
因此开发了乙烯直接氧化法,取代氯醇法。
工业上生产环氧乙烷的方法是乙烯直接氧化法,在银催化剂上乙烯用空气或纯氧氧化。
乙烯在Ag/α-Al2O3催化剂存在下直接氧化制取环氧乙烷的工艺,可用空气氧化也可以用氧气氧化,氧气氧化法虽然安全性不如空气氧化法好,但氧气氧化法选择性较好,乙烯单耗较低,催化剂的生产能力较大,故大规模生产采用氧气氧化法。
主要反应方程式如下:主反应副反应由乙烯环氧化反应的动力学可知,乙烯完全氧化生成二氧化碳和水,该反应是强放热反应,其反应热效应要比乙烯环氧化反应大十多倍。
故副反应的发生不仅使环氧乙烷的选择性降低,而且对反映热效应也有很大的影响。
选择性下降,热效应就明显增加,如选择性下降移热慢,反应温度就会迅速上升,甚至产生飞温。
所以反应过程中选择性的控制十分重要。
二、催化剂的选择:环氧化法生产环氧乙烷是一个强放热放应,为减少深度氧化的副反应,提高选择性,催化剂的选择非常重要。
研究表明,只有在银催化剂催化下乙烯的环氧化反应才有较高的选择性。
环氧乙烷方案

环氧乙烷方案环氧乙烷是一种重要的化学品,广泛应用于工业生产中。
为了提高环氧乙烷的制备效率和质量,我们提出以下环氧乙烷方案。
一、背景介绍环氧乙烷是一种有机化合物,化学式为C2H4O,具有较低的沸点和熔点。
它广泛应用于塑料、化妆品、洗涤剂等行业。
目前,环氧乙烷的制备主要采用乙烯与过氧化氢在催化剂存在下反应的方法。
然而,这种方法存在产率低、催化剂使用量大等问题。
因此,我们提出新的环氧乙烷方案。
二、方案提出本方案主要通过改变反应条件和催化剂选择来提高环氧乙烷的制备效率和质量。
1.改变反应条件采用高温高压的反应条件可以促进乙烯与过氧化氢的反应速率,提高产率。
具体操作为在300℃-400℃的高温下,以5MPa-10MPa的高压进行反应。
此外,可以适度增加反应时间,以增加反应物质的接触时间,提高反应效果。
2.优化催化剂选择传统环氧乙烷制备方法中常用的催化剂有盐酸溴化铁、硝酸铜等。
然而,这些催化剂在反应过程中容易产生副产物,降低环氧乙烷的纯度。
因此,我们建议采用新型的复合催化剂,如过渡金属配合物等,具有高效催化环氧乙烷的能力,并且减少副产物的生成。
三、实施计划为了更好地实施该环氧乙烷方案,我们制定了以下实施计划:1.实验室研究在实验室中进行小规模的反应试验,确定最佳的反应条件和催化剂选择。
通过试验数据的分析和对比,可以找到最适合的环氧乙烷制备工艺。
2.中试阶段在实验室研究的基础上,进行中试阶段的试生产,验证方案的可行性。
通过中试实验的数据分析和生产情况的评估,进一步优化方案。
3.工业化生产在中试阶段的基础上,进行工业化生产。
根据实际需求,逐步扩大生产规模,确保产品的质量和稳定性。
四、预期效果通过实施该环氧乙烷方案,我们预期实现以下效果:1.提高环氧乙烷的制备效率,增加产量,降低生产成本。
2.改善环氧乙烷的纯度,减少副产物的生成。
3.优化生产工艺,提升产品质量,满足市场需求。
4.推动环氧乙烷生产工艺的创新和发展,提高我国在该领域的竞争力。
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《化工工艺设计》课程设计说明书乙烯制取环氧乙烷生产工艺设计姓名:张正元学科、专业:应用化学0911学号: 0920109124指导教师:刘垚完成日期: 2012年7月1日苏州科技学院Suzhou University of Science and Technolog目录1、设计任务书 (1)1.1基本数据 (1)1.2课程设计内容及要求 (1)1.2.1内容 (1)1.2.2具体要求 (1)2、设计方案简介 (1)2.1反应过程分析 (2)2.2催化剂的选择 (2)2.3反应器及混合器的选择: (3)2.4影响因素(反应条件)的分析 (3)3、工艺流程草图及说明 (5)3.1 氧化反应部分 (5)3.1.1 工艺流程草图 (5)3.1.2 流程草图说明 (5)3.2 环氧乙烷回收和精制部分 (6)4、物料衡算 (6)4.1 由设计任务书已知数据 (6)4.2乙烯催化氧化制取环氧乙烷得物料衡算框图 (7)4.3衡算过程 (7)4.3.1确定反应混合气(RP)组成 (8)4.3.2确定混合分离气(SP)的组成 (8)4.3.3确定新鲜原料(FF)和循环气(RC)组成 (9)的循环气SPC的组成 (10)4.4.4确定未脱CO24.4.5确定SRC的组成 (11)5、数据校核及结果评价 (12)5.1数据校核 (12)5.2结果评价 (12)6、计算结果一览表 (13)7、工艺流程及控制点说明 (13)7.1工艺流程说明 (13)7.1.1环氧乙烷反应系统工艺流程 (13)7.1.2二氧化碳脱除系统工艺流程 (14)7.2控制点说明 (15)7.2.1环氧乙烷反应系统控制点 (15)7.2.2二氧化碳脱除系统控制点 (15)参考文献 (16)1、设计任务书1.1基本数据原料乙烯年处理量为12万吨选择性: 73.8%环氧乙烷的吸收率: 99.5%O2中夹带Ar 0.00856mol,循环排放气中含Ar为12.85%,产品环氧乙烷中含Ar 0.00631mol。
1.2课程设计内容及要求1.2.1内容1、对环氧乙烷反应系统的物料衡算;2、绘制环氧乙烷反应系统的工艺流程图(一张);3、绘制二氧化碳脱除系统的工艺流程图(一张);4、编制课程设计说明书(一份)。
1.2.2具体要求1、环氧乙烷反应系统的物料衡算方法参考《基本有机化工工艺学》(吴指南主编)一书。
2、绘制的带控制点的工艺流程图必须符合化工制图的规范,并且字体必须工整。
3、编制的课程设计说明书应对计算过程与工艺流程的选择以及控点的确定进行详细的说明和解释。
2、设计方案简介环氧乙烷CH2CH2(简称EO)是最简单也是最重要的环氧化合物,在常温下为气体,沸点10.5℃。
可以与水、醇、醚及大多数有机溶剂以任意比混合。
有毒,易自聚,尤其当有铁,酸,碱,醛等杂质或高温下更是如此,自聚时放出大量热,甚至发生爆炸,因此存放环氧乙烷的贮槽必须清洁,并保持在0℃以下。
环氧乙烷是以乙烯为原料产品中的第三大品种,仅次于聚乙烯和苯乙烯。
它的用途是制取生产聚酯树脂和聚酯纤维的单体、制备表面活性剂,此外还用于制备乙醇胺类、乙二醇醚类等。
2.1反应过程分析工业上生产环氧乙烷最早采用的方法是氯醇法,该法分两步进行,第一步将乙烯和氯通入水中反应生成2-氯乙醇,2-氯乙醇水溶液浓度控制在6%-7%(质量);第二步使2-氯乙醇与Ca(OH)2反应,生成环氧乙烷。
该法的优点是对乙烯的浓度要求不高,反应条件较缓和,其主要缺点是要消耗大量氯气和石灰,反应介质有强腐蚀性,且有大量含氯化钙的污水要排放。
因此开发了乙烯直接氧化法,取代氯醇法。
工业上生产环氧乙烷的方法是乙烯直接氧化法,在银催化剂上乙烯用空气或纯氧氧化。
乙烯在Ag/α-Al 2O 3催化剂存在下直接氧化制取环氧乙烷的工艺,可用空气氧化也可以用氧气氧化,氧气氧化法虽然安全性不如空气氧化法好 ,但氧气氧化法选择性较好,乙烯单耗较低,催化剂的生产能力较大,故大规模生产采用氧气氧化法。
主要反应方程式如下:主反应副反应由乙烯环氧化反应的动力学可知,乙烯完全氧化生成二氧化碳和水,该反应是强放热反应,其反应热效应要比乙烯环氧化反应大十多倍。
故副反应的发生不仅使环氧乙烷的选择性降低,而且对反映热效应也有很大的影响。
选择性下降,热效应就明显增加,如选择性下降移热慢,反应温度就会迅速上升,甚至产生飞温。
所以反应过程中选择性的控制十分重要。
2.2催化剂的选择环氧化法生产环氧乙烷是一个强放热放应,为减少深度氧化的副反应,提高选择性,催化剂的选择非常重要。
研究表明,只有在银催化剂催化下乙烯的环氧化反应才有较高的选择性。
工业上使用的银催化剂是由活性组分,载体和助催化剂所组成。
载体 载体的主要功能是分散活性组分和防止银微晶的半熔和烧结,使其活性保持稳定。
由于乙烯环氧化过程存在平行副反应和连串副反应的竞争,又是C H 2CH 2+O 2C H 2CH 2O 12(气)298103.4/k kJ mol θ∆H =-523107.2/k kJ mol θ∆H =-C H 2CH 2O 23CO 2O H 222(气)5231324.6/k kJ mol θ∆H =-2981324.6/k kJ mol θ∆H =-++一强放热反应,故载体的表面结构及其导热性能,对反应的选择性和催化剂颗粒内部温度的分布有显著的影响。
载体表面积大,活性比表面积大,催化剂活性高但也有利于乙烯完全氧化反应的发生,甚至生成的环氧乙烷很少。
载体如有空隙,由于反应物在细空隙中的扩散速度慢,产物环氧乙烷在空隙中浓度比主体浓度高,有利于连串副反应地进行。
工业上为了控制反应速度和选择性,均采用低比表面积无孔隙或粗空隙惰性物质作为载体,并要求有较好的导热性能和较高的热稳定性。
工业上常用的载体又碳化硅,α-氧化铝和含有少量氧化硅的α-氧化铝等。
助催化剂所采用的助催化剂有碱金属类,碱土金属类和稀土元素化合物等。
碱土金属类中,用得最广泛的是钡盐。
在银催化剂中加入少量钡盐,可增加催化剂的抗熔结能力,有利于提高催化剂的稳定性,延长其寿命,并可提高活性。
据研究两种或两种以上的助催化剂起到协同作用,可提高选择性。
抑制剂在银催化剂中加入少量硒碲氯溴等对抑制二氧化碳的生成,提高环氧乙烷的选择性有较好的效果。
工业上常在原料气中添加微量有机氯如二氯乙烷,以提高催化剂的选择性,调节温度。
2.3反应器及混合器的选择乙烯环氧化制环氧乙烷是一强放热反应,温度对反应的选择性又甚敏感,对于这种反应最好采用流化床反应器,但因为细颗粒的银催化剂易结块也易磨损,流化质量很快恶化,催化剂效率急速下降,故工业上普遍采用的是列管式固定床反应器,管内放催化剂,管间走冷却介质。
在配制混合气时,由于纯氧加入到循环气和乙烯的混合气中去,必须使氧和循环气迅速混合达到安全组成,如果混合不好很可能形成氧浓度局部超过极限浓度,进入热交换器时易引起爆炸危险。
为此,混和器的设计极为重要,工业上是借多空喷射器对着混和气流的下游将氧高速度喷射到循环气和乙烯的混合气中,使他们迅速进行均匀混合。
为了确保安全,需要用自动分析检测仪监视,并配制自动报警连锁切断系统,热交换器安装需要有防爆措施。
2.4影响因素(反应条件)的分析⑴反应温度乙烯环氧化过程中存在着平行的完全氧化副反应,影响转化率和选择性的主要因素是温度。
温度过高,反应速度快、转化率高、选择性下降、催化剂活性衰退快、易造成飞温;温度过低,速度慢、生产能力小。
所以要控制适宜温度,其与催化剂的选择性有关,一般控制的适宜温度在200-260℃。
⑵反应压力加压对氧化反应的选择性无显著影响,但可提高反应器的生产能力且有利于环氧乙烷的回收,故采用加压氧化法,但压力高对设备的要求高费用增加催化剂易损坏。
故采用操作压力为2Mpa左右。
⑶空速与温度相比该因素是次要的,但空速减小,转化率增高,选择性也要降低,而且空速不仅影响转化率和选择性,也影响催化剂的空时收率和单位时间的放热量,故必须全面衡量,现在工业上采用的混合气空速一般为4000-8000/h左右,也有更高的。
催化剂性能高反应热能及时移出时选择高空速,反之选择低空速。
⑷原料纯度原料其中的杂质可能给反应带来不利影响:①使催化剂中毒而活性下降,如乙炔和硫化物使催化剂永久中毒,乙炔和银形成的乙炔银受热会发生爆炸性分解;使选择性下降(铁离子);②使反应热效应增大(H2、C3以上烷烃和烯烃);③影响爆炸极限,如氩气是惰性气体但其会使氧的爆炸极限浓度降低而且增加爆炸的危险性,氢也有同样的效应,故原料中的杂质含量要严格控制乙炔<5ppm,C3以上烃<1ppm,硫化物<1ppm,H2<5ppm)。
⑸进入反应器的混合气配比由于反应的单程转化率较低故采用具有循环的乙烯环氧化过程,进入反应器的混合气是由循环气和新鲜原料气混合而成的,其组成既影响经济效益也关系生产安全。
氧的含量必须低于爆炸极限浓度,因乙烯的浓度影响氧的极限浓度而且影响催化剂的生产能力,所以其浓度也需控制。
乙烯和氧浓度有一适量值(如浓度过高,反应快,放热多,反应器的热负荷大,如放热和除热不能平衡,就会造成飞温),如果以氧气作氧化剂,为使反应不致太剧烈仍须加入致稳剂。
以氮气作致稳剂时进入反应器的乙烯浓度可达15-20%,氧浓度为8%左右。
由于反应的转化率比较低,为了充分利用原料从吸收塔出来的气体须循环。
由于循环气中含有杂质和反应副产物,所以需要在循环之前将一部分有害气体排除,即脱除二氧化碳。
从吸收塔排出的气体,大部分(90%)循环使用,小部分送二氧化碳吸收装置,用碱洗法(热碳酸钾溶液)脱除掉副反应生成的二氧化碳。
二氧化碳对环氧化反应有抑制作用,但适量提高其含量对反应的选择性有好处,且能提高氧的爆炸极限,故循环气中允许有一定量二氧化碳,但不宜过多。
⑹乙烯转化率单程转化率的控制与氧化剂的种类有关,用纯氧作氧化剂时,单程转化率一般控制在12%—15%,选择性可达75-84%或更高。
用空气作氧化剂时,单程转化率一般控制在30%—35%,选择性可达70%左右。
单程转化率过高时,由于放热量大,温度升高快,会加快深度氧化,使环氧乙烷的选择性明显降低。
因为工业上采用循环流程,所以单程转化率也不能太低,否则会因循环气量过大而耗能增加。
3、工艺流程草图及说明3.1 氧化反应部分3.1.1 工艺流程草图图(1)氧气氧化法反应部分的工艺流程1、混合器2、热交换器3、反应器4、环氧乙烷吸收塔5、二氧化碳吸收塔6、二氧化碳吸收液再生塔3.1.2 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。