年产6万吨环氧乙烷氧化反应工序工艺设计

河北工业大学城市学院

毕业设计说明书

作者：王××学号：××××

系：××××××××

专业：××××××××

题目：年产6万吨环氧乙烷氧化反应工序工艺设计

指导者：王××职称：教授

评阅者：

2010年 06月 08日

毕业设计（论文）中文摘要

毕业设计（论文）外文摘要

目录

1 引言 (1)

1. 1 环氧乙烷的性质、用途及本设计的背景、规模 (1)

1. 2 环氧乙烷的生产方法及比较 (2)

2 流程简述 (4)

3 物料、热量衡算 (6)

3. 1 物料衡算 (6)

3. 2 热量衡算 (10)

4 主要设备的工艺计算及选型 (14)

4. 2 环氧乙烷吸收塔的计算 (26)

4.3 换热器的选型 (32)

5 平立面布置设计 (36)

5. 1 整体布置原则 (36)

5. 2 主要设备布置特点 (36)

6 管径、管材的确立及管道布置设计 (38)

6. 1 管径、管材的确立 (38)

6. 2 管道布置设计 (39)

结语 (40)

参考文献 (41)

致谢 (42)

附录 (43)

1 引言

1. 1 环氧乙烷的性质、用途及本设计的背景、规模

1.1.1 环氧乙烷的性质

环氧乙烷又称氧化乙烯（ethylene oxide,EO），是最简单、最重要的环氧化合物或环醚。在常温常压下为无色易燃气体，低温时是无色易流动液体。有乙醚气味，其蒸气对眼和鼻粘膜有刺激性，高浓度有刺激臭味，有毒，有温和麻痹性，密度0.8711g cm-3，熔点-111.7℃，沸点10.7℃，粘度0.03Pa·s，闪点小于-17.78℃，自燃点429℃，在空气中爆炸极限（体积分数）为2.6%～100%［1］。其可与水、醇、醚及大多数有机溶剂以任意比例混合。环氧乙烷易自聚，尤其当有铁、酸、碱、醛等杂质或高温下更是如此，自聚时放出大量的热，甚至发生爆炸，因此存放环氧乙烷的储罐必须清洁，常保持在0℃以下。

由于环氧乙烷具有含氧三元环结构，化学性质非常活泼，极易发生开环反应，在一定条件下，可与水、氢卤酸、醇、氨及氨的化合物发生加成反应。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。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生成聚乙醇胺。

1.1.2 环氧乙烷的用途

环氧乙烷在化工、灭菌、军事等领域具有广泛应用。

⑴环氧乙烷在化工领域的应用

环氧乙烷是用途广泛的合成中间体，它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。主要用于水合生产乙二醇，其为聚酯树脂和聚酯纤维的单体，全球环氧乙烷产量的60%都转变为乙二醇［2］。其次用于生产乙醇胺类、醚类、非离子表面活性剂、防冻剂、增塑剂、添加试验机剂、香料、高能试验机燃料、推进剂。

⑵环氧乙烷的灭菌应用

环氧乙烷还是一种消毒灭菌效果较好的低温化学消毒剂，对消毒物品的穿透力强，可达到物品深部，可以杀灭多种病原微生物，包括细菌繁殖体、芽孢、病毒和真菌。

气体和液体均有较强杀微生物作用，以气体作用强，故多用其气体。在医学消毒和工业灭菌上用途广泛。常用于食料、纺织物及其他方法不能消毒的对热不稳定的药品和外科器材等，其多采用气体熏蒸消毒，如皮革、棉制品、化纤织物、精密仪器、生物制品、纸张、书籍、文件、某些药物、橡皮制品等也采用气体熏蒸消毒。大规模工业化的集中高效消毒，用环氧乙烷灭菌更为有效和彻底。

⑶环氧乙烷在军事方面的应用

环氧乙烷在军事方面也有着举足轻重的作用。如美国在越南战争期间使用的

BLU--82巨型炸弹内主要成分就是液态环氧乙烷，BLU--82巨型炸弹的杀伤力相当巨大，相当于一次小型核爆，手段相当残忍。在海湾战争期间，美军使用同类型的巨型炸弹GBU-28攻击伊拉克巴格达的一个防空洞，造成超过1000名平民丧生。

1.1.3 本设计的背景与规模

本设计是以北京燕山石化的乙烯氧气氧化法制备环氧乙烷的工艺为背景，设计规模为：60000t环氧乙烷/年。

1. 2 环氧乙烷的生产方法及比较

环氧乙烷的工业生产主要有两种方法：氯醇法和乙烯直接氧化法［3］。

1.2.1 氯醇法

氯醇法是早期的生产方法，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。总反应为.

C 2H

4

+ 2Cl

2

+ Ca(OH)

2

== C

2

H

4

O + CaCl

2

+ 2HCl + 2H

2

O (1-1)

此法的优点是反应条件缓和，对原料乙烯纯度的要求也不高，且乙烯利用率高，但生产过程中消耗大量氯气，且反应物氯气和石灰及生成的盐酸易对设备造成腐蚀，副产物CaCl

2

处理难度大，污染环境，产品纯度低［4］。

1.2.2 乙烯直接氧化法

乙烯在银催化剂上氧化生成目的产物环氧乙烷，此反应为放热反应［5］，主反应为.

C

2H

4

+ 0.5O

2

== C

2

H

4

O (1-2)

与氯醇法相比，乙烯直接氧化法制环氧乙烷更符合原子经济的理念。但在含有乙烯和氧气的体系中，上述反应进行的同时，还发生乙烯深度氧化生成副产物二氧化碳和水的反应.

C

2H

4

+ 3O

2

== 2CO

2

+ 2H

2

O (1-3)

工业上常用氯化物，如1，2-二氯乙烷（EDC）来抑制反应(1-3)的进行，与上述两个反应进行的同时，还可能发生平行副反应生成甲醛和乙醛等副产物，量较少。

乙烯直接氧化制环氧乙烷又分为空气氧化法和氧气氧化法［6］。与空气氧化法相比，氧气直接氧化法具有成本低，产品纯度高的特点。此外设备体积小，放空量少，氧气氧化法排出的废气量只相当于空气法的2%，相应的乙烯损失也少。另外，氧气氧化法流程比空气氧化法短，设备少，建厂投资少，考虑装置的投入，使用纯氧做氧化剂可提高进料浓度和选择性，有利于延长催化剂的寿命。空气法适用于小规模生产，乙烯单耗低，安全性较氧气法高，因此，近年来新建的大型装置大多采用纯氧做氧化剂，成为逐渐取代空气法占绝对优势的乙烯工业生产方法［7］。