年产2万吨的银催化氧化乙烯合成环氧
乙烷的反应器设计
学 院： 化工与药学院 班 级: 2012级化学工程与工艺1班 学生姓名： 肖 畅 学 号: 2012402010110 指导教师: 郭孝天 完成日期： 2016年1月3日 指导教师评语：
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成绩: 教师签名:
设计任务书
一、设计题目和内容 设计题目：
年产2万吨的银催化氧化乙烯合成环氧乙烷的反应器设计 设计条件：银催化氧化乙烯合成环氧乙烷。
表1 原料气的组成
组分 含量（mol%) C2H4 3.5 CO2 7.5 O2 5.6 N2 83.4 生产规模：2万吨/年 反应温度为240°C 反应压力为1MPa 空速为5000h-1 选择性为65%； 年工作时间7200小时 二、设计方法和步骤
1、设计方案简介
根据设计任务书所提供的条件和要求，通过对现有资料的分析对比，初步确定工艺流程。对选定的工艺流程、主要设备的型式以及数值积分计算等进行简要的论述。
2、主要设备的工艺设计计算 ①反应的物料衡算、热量衡算 ②催化剂床层高度计算 3、典型辅助设备的选型和计算:
包括典型辅助设备的主要工艺尺寸计算和设备型号规格的选定 4、制图： 绘制主体设备图 5、编写设计说明书 三、设计成果的编制
本课程的设计任务要求学生做设计说明书1份、图纸1张。各部分具体要求如下：
（一）设计说明书的内容与顺序：
1、封面（包括题目、学生班级、学生姓名、指导教师姓名等）
2、设计任务书 3、目录 4、正文
4.1 绪论：工艺生产技术方法及进展，反应动力学概述、设计任务的意义、设计结果简述
4.2 设计方案简介 4.3 物料流程图及说明
4.4 设计计算说明书（包括装置的工艺计算：物料衡算、热量衡算，反应器床层计算）
4.5 设计结果概要
4.6设计体会及今后的改进意见 5、参考文献
6、主要符号说明（必须注明意义和单位）
说明书必须书写工整、图文清晰。说明书中所有公式必须写明编号。
目录
第1章 绪论 ................................................................................................................................... 1 第2章 设计方案简介 ................................................................................................................... 2 第3章 物流流程及说明 ............................................................................................................... 3 第4章 设计计算说明书 ............................................................................................................... 5
4.1 反应器的物料衡算 ........................................................................................................... 5 4.2反应器的热量衡算 ............................................................................................................ 8 第5章 反应器的设计 ................................................................................................................. 10
5.1 催化剂床层体积和高度的计算 ..................................................................................... 10 5.2 确定氧化反应器的基本尺寸 ......................................................................................... 11 5.3 床层压力降的计算 ......................................................................................................... 12 5.4 传热面积的核算 ............................................................................................................. 12
5.4.1 床层对壁面的给热系数 ..................................................................................... 12 5.4.2 总传热系数的计算 ............................................................................................. 13 5.4.3 传热面积的核算 ................................................................................................. 13 5.5 反应器塔径的确定 ......................................................................................................... 14 5.6 设备的壁厚计算 ............................................................................................................. 15
5.6.1 釜体筒体壁厚计算 ............................................................................................. 15 5.7 附属设备计算 ................................................................................................................. 16
5.7.1 支座的选择 ......................................................................................................... 16 5.7.2 人孔 ..................................................................................................................... 16 5.7.3 接管及其法兰选择 ............................................................................................. 16 5.7.4 进料管 ................................................................................................................. 17 5.7.5 温度计接管 ......................................................................................................... 17 5.7.6 不凝气体排出管 ................................................................................................. 17
第6章 设计结果汇总 ................................................................................................................. 17 第7章 设计评述与总结 ............................................................................................................. 18 第8章 符号说明 ......................................................................................................................... 18 参考文献......................................................................................................................................... 20
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第1章 绪论
环氧乙烷的工业化生产已经有80多年的历史，20世纪20年代初，UCC公司首次采用氯醇法工艺生产环氧乙烷并建立了工业化生产装置，但由于其存在腐蚀设备、污染环境和耗氯量大等一系列问题。30年代后期，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。1958年，Shell公司采用氧气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，产品纯度可达99.99%。由于氧气氧化法比空气氧化法有明显的优越性，目前国内外环氧乙烷的生产几乎全部采用的生产方法是：以银作催化剂，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。目前全球环氧乙烷的生产由英荷Shell、美国SD(科学设计公司)和UCC三家公司所垄断，约占环氧乙烷总生产能力的90％以上。这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。在工艺技术方面都由反应部分、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。
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。早期引进的空气法环氧乙烷装置大多也改造为氧气法。目前我国的生产装置主要集中于上海石化，扬子石化，茂名石化和燕山石化等，基本上为引进技术。
国内环氧丙烷用于聚醚多元醇的消费量占总消费量的85%，占据主导地位，PG/DMC%占8%。未来环氧丙烷消费中，聚醚仍然占主导地位，所占的比例有所上升。由于涂料、胶粘剂、密封剂、弹性体等产品市场快速增长，聚醚在该领域将会大有作为。随着我国汽车工业的发展，聚醚在车用聚氨酯部件中的需求迅速增加。由此可见，环氧丙烷的市场前景是十分广阔的。
本设计采用氧气直接氧化法，对原有的单元设备进行生产能力标定和技术经济评定。在此基础上，查阅了大量资料，根据设计条件，通过物料衡算、热量衡算、反应器的选型及尺寸的确定，计算压降、催化剂的用量等，设计出符合设计
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