无水酒精项目可行性研究报告范本参考(18亩).docx
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1、哈尔滨理工大学学士学位论文 - I - 年产 30 万吨环氧乙烷生产车间工艺设计 摘 要 环氧乙烷(EO)是有机化工中最简单的环醚,属于杂环类化合物,是 重要的石化产品。环氧乙烷在低温下为无色透明液体, 常温下为无色带 有醚刺激性臭味的气体。是以乙烯为原料的主要石油化工产品之一,是乙 烯衍生物中仅次于聚乙烯第二位重要产品。是用量比较大的石油化工原料 和精细化工产品的中间体,主要用于生产乙二醇及其他二醇类产品。 本设计是对年产 30 万吨环氧乙烷生产车间工艺设计,生产工艺采用 的是目前技术比较成熟的、安全可靠的乙烯在高纯氧气中直接氧化制备环 氧乙烷(EO)的。依据理论知识和实际生产理论基础制定工
2、艺流程设计生 产方案。 本设计确定了年产 30 万吨环氧乙烷 EO 的生产流程,整个设计包含工 艺流程设计与设备、物料衡算、能量衡算。物料衡算和能量衡算以现有物 数据为基础进行衡算。其他内容包含设备的选型和设计,绘制工艺流程 图、设备装配图、车间布置图、管道平面布置图。本次设计可以为本产品 的工艺设计提供技术支持。 关键词 环氧乙烷;乙烯;工艺设计;设备计算及选型 哈尔滨理工大学学士学位论文 - II - The Process Design of Producing Department that Produces 300 Thousand Tons Ethylene Oxide Abstr
3、act Ethylene oxide is the simplest cyclic ether in organic chemical industry . it belongs to heterocylic compounds and it is a very important petro chemical.ethylene oxide is a colorless transparent liquid at low temperaure and at room temperature,it is colorless with ether irritating odor gas,it is
4、 one of the main petrochemical industry products whose raw materal is ethylence and the second impotant product in ethylene deivatives after polythene.ethylene oxide is the intermeditade between petrochimecial material (whoose use level is very large)and fine chemical products.it is mainaly used in
5、produces ethanediol and other glyocl goods . This engineering design focus on the producting department that produces 300thousand tons annually ,the technology in production engineering is relativelyadvanced and safe .in high purity oxygen ,ethylene oxideized directly to prepare ethylene oxide .we s
6、hould based on the speculative koowledge and theor etical basis of practical production to formulate engineering flow and project production design. This engineering design determines the production flow of ethylene oxide is annually output of 300 thousand tons .the whole project including process d
7、esign and equipment ,material balenced 、energy balanced .the materal and energy balance based on the existing data .other content inclouding equipment selection and design the drawing of process flow sheet ,equipment assembly .design and piping layout .this progect can provide technical support for
8、this products process design . Keywords oxide, ethylene, process design, equipment calculation and selection 哈尔滨理工大学学士学位论文 - III - 目目 录录 摘要 I Abstract . II 第 1 章 绪论 1 1.1 课题背景 . 1 1.1.1 产品意义及用途 1 1.1.2 国内外工艺技术现状分析 1 1.1.3 生产技术进展 2 1.2 环氧乙烷的应用 . 3 1.2.1 环氧乙烷直接应用 3 1.2.2 作为有机合成原料 3 1.2.3 在高新电子行业的应用 3
9、1.3 设计目的及内容 . 4 1.3.1 设计目的 4 1.3.2 设计内容 4 第 2 章 工艺方案的确定 5 2.1 工艺方案介绍 . 5 2.1.1 直接氧化法 5 2.1.2 氯醇法 5 2.2 设计工艺确定 . 5 2.3 反应原理 . 6 2.3.1 氧化反应原理 6 2.3.2 二氧化碳吸收、脱除机理 8 2.4 工艺流程 . 8 2.4.1 工艺流程简介 9 2.5 本章小结 . 11 第 3 章 物料衡算 12 3.1 物料衡算 . 12 3.1.1 物料衡算依据及原理 12 3.2 反应部分基础计算 . 13 3.2.1 原料气与氧化气组成计算 14 3.3 吸收塔物料衡
10、算 . 15 3.3.1 各组分的亨利系数、逸度系数、相平衡常数 15 3.3.2 吸收塔物料组成 16 哈尔滨理工大学学士学位论文 - IV - 3.4 本章小结 . 20 第 4 章 能量衡算 21 4.1 反应器热量核算 . 21 4.1.1 各组分比热 21 4.1.2 压力校正 21 4.2 热量衡算 . 23 4.2.1 原料气带入的热量 Q1 . 23 4.2.2 氧化气带出的热量 24 4.2.3 反应器的撤热量 24 4.2.4 产生的蒸汽量 25 4.3 本章小结 . 25 第 5 章 设备设计及选型 26 5.1 反应器工艺参数优化 . 26 5.2 催化剂用量 . 26
11、 5.2.1 氧化反应器床层横截面积及高度计算 27 5.2.2 反应器列管计算 27 5.3 床层压力降计算 . 28 5.3.1 低压下气体混合物的粘度 28 5.3.2 高压下气体混合物的粘度 31 5.3.3 计算床层压力 32 5.4 传热面积核算 . 32 5.4.1 床层对壁面的给热系数 1 . 32 5.4.2 沸腾给热系数 2 . 34 5.4.3 总传热系数的计算 36 5.4.4 传热面积的核算 36 5.5 反应器塔径的确定 . 36 5.6 本章小结 . 37 结论 38 致谢 39 参考文献 40 附录 A 错误错误!未定义书签。未定义书签。 附录 B 错误错误!未
12、定义书签。未定义书签。 附录 C 错误错误!未定义书签。未定义书签。 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 1 - 第1章 绪论 1.1 课题背景 环氧乙烷是以乙烯为原料的主要石油化工产品之一,是乙烯衍生物中 仅次于聚乙烯第二位重要产品,是用量比较大的石油化工原料和精细化工 产品的中间体,随着我国石化产业以及下游产业的发展,尤其是在第十三 个五年计划期间我国政策对石化、精细化工等企业的扶持,将会使得环氧 乙烷的需求量大增,依靠我国国内现有的生产能力将很难满足市场的需 求,由于环氧乙烷的性质,不适合长途运输,所以环氧乙烷具有很强的地 域限制性,迫切需要建设一批环氧乙烷生产装置来满足国内日益增长的市 场
13、需求,促进我国工业产业的发展,基于此目的本次毕业设计为解决环氧 乙烷的市场缺口,设计一座年产 30 万吨环氧乙烷生产车间。 1.1.1 产品意义及用途 从全球来看,化学中间体是环氧乙烷主要的消费途径,它主要用来制 备乙二醇,全球 60%的环氧乙烷都转变为乙二醇,乙二醇可进一步加工成 聚纤维和树脂产品。有 13%的环氧乙烷用于制造其它二醇类产品。环氧乙 烷的第二大销量是用于制备洗涤剂助剂。其它环氧乙烷的衍生产品有乙醇 胺、化工有机溶剂等。环氧乙烷也用作熏蒸消毒杀虫剂、杀菌剂。随着精 细化工工业产业的发展,环氧乙烷已成为精细化工工业产业重要的有机化 工原料1。 1.1.2 国内外工艺技术现状分析
14、由于历史原因我国环氧乙烷的工业化生产起步和国外相比来说晚了将 近半个世纪,起始于建国初期,采用的工艺也是比较老旧的以乙醇为原料 的氯醇法生产工艺。70 年代末期,随着国内石油化工行业的蓬勃发展,首 先中石油北京燕山分公司以及中石油辽阳石化公司分别引进美国设计公司 和美国 UCC 公司的 2 套环氧乙烷联产乙二醇装置, 2006 年,三江化工有 限公司建成年产 6 万吨的环氧乙烷生产装置,这是国内首套以乙烯为原料 生产环氧乙烷的装置。2007 年,我国环氧乙烷(EO)总生产能力 209.4wt/a,其中商品级环氧乙烷生产能力达到 60.8wt/a。近几年,随着多 套新建扩建装置的建成投产,我国环
15、氧乙烷的生产能力提高了好几倍。截 止到 2013 年,我国环氧乙烷生产能力达到 503.7wt/a,其中商品环氧乙烷 生产能力达到 253.7wt/a。2013 年我国环氧乙烷生产厂家如表 1-1 所示2。 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 2 - 表 1-1 2013 年我国环氧乙烷的主要生产厂家和生产情况 序 号 公司名称 生产能力, kt 1 a 1 中国石油天然气股份有限公司辽阳 石化分公司 200 2 中国石油天然气股份有限公司吉林 石化分公司 180 3 中国石化扬子石油化工有限公司 420 4 中化上海石油化工股份有限公司 525 5 南京扬子石化-巴斯夫有限责任公司 240 6
16、中海-壳牌石油化工有限公司 256 7 中国石油化工股份有限公司镇海炼 化分公司 506 8 浙江嘉兴三江化工有限公司 430 9 辽宁北方化学化工公司 275 10 中沙(天津)石化有限公司 330 11 中国石油化工股份有限公司武汉分 公司 300 12 浙江宁波禾元化学有限公司 500 1.1.3 生产技术进展 目前,采用以银为催化剂的乙烯直接氧化法是环氧乙烷工业化生产装 置的主流工艺。全球环氧乙烷生产技术主要被 Shell 公司、美国 SD、UCC 三家公司所垄断,90%以上的生产装置采用上述三家公司生产技术。综观 国内外生产技术发展趋势,研发高性能催化剂,降低乙烯消耗量成为技术 进步
17、的标志。下面主要介绍近几年来国内外催化剂研究、开发最新进展。 近年来新一代高性能 EO 催化剂不断被开发与应用,日本三菱公司成 功研制出带有细孔分布且表面酸碱性适中的高比表面积催化剂载体,主要 是在银中添加碱金属成份,增高其选择性,利用过热蒸汽进行干燥,使银 与添加的碱金属均布在载体上,大幅度降低反应温度,提高了催化剂选择 性,延长其寿命3。 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 3 - Shell 公司高活性催化剂的最新产品为 S-880、881、882、883,其选择 达到 88%89%以上,初始反应温度为 220左右,使用寿命在两年以 上。目前 Shell 公司正从多方面着手对催化剂进行改进,
18、以降低末期反应 温度,延长使用寿命。 近年来,中国石化在原有 YS-4/5 催化剂基础上开发出更高性能 YS-6 催化剂,在国内多家公司套装置上应用,经济效益显著。初始选择性达 86%88%,起始反应温度低于 235,我国 YS 系列银催化剂的研究进展 主要在以下几方面体现: 一是载体,以氧化铝为主体,载体比表面积为 0.7 到 2.1 21 mg,载 体形状为多孔圆柱型,载体添加微量元素等催化剂专利技术; 二是银催化剂制备工艺的改进,采用不同的银络合溶液制备催化剂, 对银催化剂的主要助剂碱金属铯的最佳用量、不同铯盐和铯的加入顺序及 加入方法进行研究,探索其他助剂如碱土金属、碱金属、过渡金属等
19、加入 方法研究。以及银催化剂的活化温度选择等的研究4。 1.2 环氧乙烷的应用 1.2.1 环氧乙烷直接应用 环氧乙烷在化工相关产业可作为清洁剂起始剂。环氧乙烷有杀菌作 用,对金属不腐蚀,无残留气味,蒸汽压比较低有很强的熏透作用。以前 主要用于生产杀菌剂,环氧乙烷可杀灭细菌(及其内孢子)、霉菌及真 菌,因此可用于消毒一些不能耐受高温消毒的物品。诸如绷带、缝线及手 术器械。环氧乙烷自动分解时能产生巨大能量,可以作为火箭和喷气推进 器的动力以及在军事上用来制造火箭燃料、燃料炸弹,空爆炸弹等。总的 来说,环氧乙烷的直接用途消费量很少,大部份的环氧乙烷被用于制造其 它化学品5。 1.2.2 作为有机合
20、成原料 乙二醇是环氧乙烷的最大应用领域,主要是合成洗涤剂、表面活性 剂、防冻剂,增塑剂、润滑剂、橡胶和塑料等。也用于生产乙氧基化合 物、乙醇胺、乙二醇醚、多甘醇、羟乙基纤维素、氯化胆碱、乙二醛、乙 烯碳酸酯等6。在医药、农药、日化、皮革、建筑、采油工业等行业中均 占有重要的地位。作为有机合成原料也是现阶段主要的用途。 1.2.3 在高新电子行业的应用 聚乙二醇型多晶硅切割液是目前市场上主导切割液,主要产品组分是聚 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 4 - 乙二醇和复配混合而成的产品。该产品属于 Oxiranchem 环氧乙烷衍生聚 乙二醇系列的重要品种之一。聚乙二醇型多晶硅切割液具有无毒、无刺激
21、 性,良好的水溶性,良好的相溶性等优点7。在切割性能方面,该产品以 其高悬浮、高润滑、高分散、高冷却等特性使得切割磨料能够在切割线上 均匀分布且切割性能优异,在多晶硅切割领域拥有良好的前景7。 环氧乙烷作为重要的石化产品,除生产乙二醇外还可以衍生出几十种 重要的精细化工、石油化工中间体,随着石油化工下游产品的开发与应 用,尤其环氧乙烷具有良好的反应活性,所以将来必定有越来越多与之相 关的化工企业选择其作为原料或中间体。 1.3 设计目的及内容 1.3.1 设计目的 环氧乙烷(EO)是一种重要的有机化工原料,作为乙烯工业衍生物仅 次于聚乙烯,为第二位的重要产品。其重要性主要是以其为原料生产的系
22、列产品。应用领域广泛。特别在第十三个五年计划期间,大量的基础设施 建设将我国环氧乙烷的需求量进一步增加,生产环氧乙烷的化工厂也将增 多。目前我国每年进口大量的环氧乙烷,为解决这一供需矛盾,开展了环 氧乙烷生产工艺的研究,进而根据设计要求设计出年产 30 万吨环氧乙烷 的生产工艺流程。本项设计可谓是应市场需求,将理论研究与生产实际理 论相结合,真正做到学以致用。在设计过程中,同时尽量使原料的循环利 用,考虑节能新技术,减少系统的原料消耗量,降低能量损耗,减少系统 对环境的不利影响,并对排出的污染物提出合理的治理方案,无论从经济角 度还是完善能源利用方式的角度都有极其重要的科研意义。 1.3.2
23、设计内容 确定年产 30 万吨环氧乙烷的合理生产工艺,绘制工艺流程框图、带 控制点的工艺流程图。 完成年产 30 万吨环氧乙烷的全部工艺计算,并依据计算结果和工艺 流程确定生产设备的类型和工艺尺寸,绘制主要设备的设备装配图。 完成生产车间的管道仪表工艺流程设计,选择合适的仪表,绘制带控 制点的工艺流程图。 完成生产车间的设备布置,绘制车间的平面图和立面图。 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 5 - 第2章 工艺方案的确定 2.1 工艺方案介绍 环氧乙烷的生产工艺主要有氯醇法和乙烯直接氧化法,其中乙烯直接 氧化法依据生产原理细分又包括空气法和氧气法。由于氯醇法制备环氧乙 烷存在污染严重、产品总收率
24、较低且产品中含甲醛较高,在一定程度上限 制了其用途,我国在 1993 年下半年已经将此方法废止。目前企业生产环 氧乙烷采用较广泛的方法是乙烯直接氧化法8。 2.1.1 直接氧化法 乙烯直接氧化法又分为空气直接氧化法和氧气直接氧化法。空气直接 氧化法是由 Lefort 在 1931 年发明的,他利用乙烯和氧在适当载体的银催 化剂上作用制备出了环氧乙烷,并以此取得了空气直接氧化制得环氧乙烷 的专利7。氧气直接氧化法是由 Shell 公司发明的,乙烯氧化过程按照氧化 程度可分为选择氧化和深度氧化两种。乙烯分子中的碳碳双键具有突出 的反应活性,在一定氧化条件下可实现碳碳双键的选择氧化而生成环氧 乙烷,
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- 无水 酒精 项目 可行性研究 报告 讲演 呈文 范本 参考 18