河南科技大学毕业设计（论文）
外部循环式换热。
由以上流程图可以看出，新鲜原料气与循环气混合后，经过热交换器预热一段时间后，从反应器上部进入催化床层。自反应器流出的反应混合气中环氧乙烷的含量仅为1%—2%，经热交换器利用其热量并进行冷却后，进入环氧乙烷吸收塔。由于环氧乙烷能以任何比例与水混合，故采用水做吸收剂.......................................................................................................................
......................... 装置，用热碳酸钾溶液脱除掉副反应所生成的CO2。送入CO2吸收装置的那一小部分气体在二氧化碳吸收塔中与来自再生塔的高温贫碳酸氢钾-碳酸钾溶液接触。在二氧化碳作用下转化为碳酸氢钾。自二氧化碳吸收塔塔顶排出的气体经冷却，并分离出夹带的液体后，返回至循环系统。二氧化碳吸收塔塔釜的富碳酸氢钾-碳酸钾溶液经减压入再生塔，经加热，使碳酸氢钾分解为二氧化碳和碳酸钾，CO2自塔顶排出，再生后的贫碳酸氢钾-碳酸钾溶液循环回二氧化碳吸收塔。
乙烯催化氧化法制环氧乙烷的工艺需注意以下两点 1、保障安全性
对此工艺，由于副反应为强放热反应，温度的控制尤为重要，若反应热未及时移走，就会导致温度难于控制，产生飞温现象。由于是氧气做氧化剂，还存在爆炸极限的问题，所以反应气体的混合至关重要。可借用多孔喷射器对着混合气流的下游将氧高速喷射入循环气和乙烯的混合气中，使它们迅速进行均匀混合。为控制氧气、乙烯的浓度在爆炸极限以内，也为使反应不致太剧烈，需采用惰性致稳气，可采用N2或CH4作致稳气。[15]
2、保障经济性
对化工行业的生产工业来说，经济性是应首先考虑的重要因素。为满足此要求，应想办法使反应的选择性提高，催化剂的研究开发决定着反应的选择性，故应采用性能良好的催化剂，并用二氯化物来抑制副反应的发生。
还应考虑能量的利用率，想办法利用生产流程中各种位能的热量，充分节约资源，降低生产成本。
12
河南科技大学毕业设计（论文）
第3章 物料衡算
§3.1 物性数据
表3.1 物性数据表[16]
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
组分 氮气 氩气 氧气 甲烷 乙烯 乙烷 二氧碳 环氧烷 乙醛 水 乙二醇
分子式 N2 Ar O2 CH4 C2H4 C2H6 CO2 C2H4O CH3CHO H2O C2H6O2
分子量 28.0134 39.9480 31.9988 16.0423 28.0530 30.0688 44.0095 44.0524 44.0524 18.0152 62.0676
常压 沸点℃ -195.8 -185.87 -182.98 -162.15 -103.71 -88.6 -78.45 10.4 20.4 100 197.3
§3.2 设计依据
1．设计任务：年产5.5万吨环氧乙烷 2．年工作时间：7200小时 3．高纯EO收率：30% 4．乙烯单程转化率：10% 5．EO的选择性：80% 6．二氧化碳的选择性：20% 7．EO吸收率：99.6% 8．排空气体比率：0.18% 9．以单位时间小时作为基准
§3.3 循环系统的物料衡算
13
河南科技大学毕业设计（论文）
§3.3.1 计算依据
(1)原料氧气组成（mol%）：
N2: 0.0100
Ar: 0.2000 O2: 99.8000
C2H6: 0.1000
(2)原料乙烯组成（mol%）：
CH4: 0.0500 C2H4: 99.8500 (3)原料甲烷组成(mol%)：
N2:2.0000
CH4: 96.9000 C2H4: 0.5000 CO2:0.6000
(4)环氧乙烷吸收塔吸收液气比：2.00 (5)二氧化碳吸收率：18.0% (6)符号说明：
进料：F2—乙烯进料；F1—氧气进料；F3—甲烷进料；F—混合器物料；
MFi—反应器物料；RFi—排放物料；W—排放物产；R—循环物料
(7)主反应：
副反应：C2H4+3O2 2CO2+2H2O －1308.28kJ/mol (8)物料衡算图
乙烯催化氧化制取环氧乙烷得物料衡算框图：
SRC D RC SPC 水 MF 反应器 RP 吸收塔 SP B 图3.1 物料衡算图
C 除TC CO2 CO2脱除装C2H4 O2(ArFF A W (Ar)环氧乙烷水溶液
N2 14
河南科技大学毕业设计（论文）
其中：FF 新鲜原料气 MF 原料混合气 RP 反应混合气 SP 混合分离气
RC 循环气 P 产品环氧乙烷 W 排空废气 SPC 未脱除二氧化碳的循环气 TC 脱除的二氧化碳 SRC 脱除二氧化碳的循环气 §3.3.2 混合器
（1）循环气体的温度：79.00℃ 压力1.76MPa混合气出料温度：76.00℃压力1.76MPa进料气体被EO反应产品气体从78℃加热到152℃， 而产品气体从202℃被冷却到138℃。
（2）环氧乙烷吸收塔吸收率（%）： 氮气：0.0050 乙烯：0.0500 烷：99.6000 （3）计算过程
1）计算新鲜乙烯原料中乙烯量
计划任务×10000×10005.5×10000×1000= = =735.6559 kmol/h 开工率×44.0524×合成收率7200×44.0524×30％新鲜乙烯原料中甲烷的量=
735.6559
×0.05％=0.3684 kmol/h
99.85％
735.6559
×0.01％=0.7268 kmol/h
99.85％
氩气：0.0010
氧气：0.010
甲烷：0.0100
环氧乙
乙烷：0.0020 水：65.2940
二氧化碳：1.3000
乙二醇：100.0000
新鲜乙烯原料中乙烷的量=
新鲜乙烯原料的量=新鲜乙烯原料中乙烯量+新鲜乙烯原料中甲烷的量+新鲜乙烯原料中乙烷的量
即：F2=520.2138+0.2605+0.5210=736.7611kmol/h
设：反应器的进料量为MF(kmol/h)；新鲜甲烷原料量为F3；针对混合器列乙烯和甲烷的物料衡算方程，得：
MF×30％=MF×30％×(1－10％)×(1－0.0005)×(1－0.0018)+520.2138+F3×0.5％ (1) MF×50％=MF×50％×(1-0.0001)×(1-0.0018)+0.2605+F3×96.9％ (2)
由（1）（2）两式联立可得MF=16991.6030
15
河南科技大学毕业设计（论文）
F3=44.9033
2）设:循环气中环氧乙烷的量为REO；反应器中的环氧乙烷的量为MFEO；环氧乙烷的摩尔分率为yEO；针对混合器列环氧乙烷的物料衡算方程，得：
循环气中得环氧乙烷的量=反应器中的环氧乙烷的量；
REO=MFEO=MF?yEO
(3)
反应器中环氧乙烷的量：
MFEO=[MF?yEO+MF?yC2H4?0.1?80%]?(1-0.996) ?(1-0.0018)
(4)
由以上两式得：
MF?yEO0.1?0.8?(1?0.996)?(1?0.0018) ?MF?yC2H41?(1?0.996)?(1?0.0018)解得：yEO=0.0001
3)设：新鲜氧气原料的量为F1（kmol/h）； 针对混合器列氧气的物料衡算方程，得：反应器进料中的氧气量=新鲜氧气原料中的氧气量+循环气中的氧气量
MF×yO2=F1×y?O2+R×y?O2
循环气中的氧气量=反应器中的氧气量-反应消耗的氧气量-氧气的吸收量-氧气的排放量
R×y?O2=[MF×yO2－MF×yC2H4×0.1×0.8×0.5-MF×yC2H4×0.1×0.2×3]×(1-0.0001)×(1-0.0018)
即：R×8.32％=F1×99.8％+[MF×8.32％－MF×30％×0.1×0.8×0.5-MF×30％×0.1×0.2×3]×(1-0.0001)×(1-0.0018)
解得：F1 =693.4110kmol/h
4）设：环氧乙烷吸收塔吸收的二氧化碳的吸收率为?CO2；二氧化碳吸收解析塔二氧化碳的吸收率为?'CO2。
针对混合器列二氧化碳的物料衡算方程，得：
反应器中的二氧化碳的量=新鲜甲烷进料中的二氧化碳的量+循环气中的二氧化碳的量：MF?yCO2?F3?y''CO?R?y'CO2。
循环气中二氧化碳的量=反应器中二氧化碳的量+反应生成的二氧化碳的量-环氧乙烷吸收塔吸收的二氧化碳量-排放量-二氧化碳吸收解析塔二氧化碳的量：
16