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1、年产7.5万吨环氧乙烷/乙二醇车间环氧乙烷合成工段工艺设计 内容摘要本设计对年产7.5万吨环氧乙烷合成工段进行了工艺设计。并对环氧乙烷的生产方法、生产原理、流程路线及主要设备等进行了论述和计算。 环氧乙烷是乙烯的重要衍生物，主要用作有机合成的中间体和原料，用于制造乙二醇、表面活性剂、洗涤剂、增塑剂以及树脂等。我国环氧乙烷生产能力有限，每年都要大量进口环氧乙烷产品来满足国内市场的需求。 环氧乙烷是乙烯衍生物中的重要基础化工原料，它主要用来生产乙二醇，因此环氧乙烷（EO）/乙二醇（EG）工艺是石油化工中的重要工艺之一。我国目前拥有大小不等的EO/EG生产装置11套，但相比于国外的同类装置，这些装置
2、的工艺落后，能耗和水耗都较高，因此研究EO/EG工艺优化以降低生产成本，具有非常现实的意义。环氧乙烷(EO)是衍生物中仅次于聚乙烯和聚氯乙烯的重要石化产品，主要用于生产聚酯纤维、聚酯树脂和汽车用防冻剂的原料乙二醇。还可以衍生出几十种重要的精细石油化工中间体，广泛应用于洗染、电子、医药、农药、纺织、造纸、汽车、石油开采与炼制等众多领域。本设计的工艺流程分为四个系统，分别为:反应系统、环氧乙烷吸收解吸系统、二氧化碳吸收解吸系统和环氧乙烷精制系统。并以这四个系统为主线，对工艺流程进行了叙述。 本设计的专题任务为环氧乙烷吸收塔和冷却器，针对专题任务应用Aspen Plus做了热量衡算和物料衡算，对设备
3、参数进行了校核，并根据计算的结果对换热器行了设备选型。关键词： 环氧乙烷；工艺流程；反应器AbstractThe design of an annual output of 75,000 tons of ethylene oxide synthesis of a Section of the design. And ethylene oxide production methods, production principles, processes and major routes were discussed, such as equipment and computing. Ethylen
4、e oxide is a major ethylene derivatives, mainly used for organic synthesis of intermediates and raw materials, used in the manufacture of ethylene glycol, surfactants, detergents, plasticizers and resin. Chinas ethylene oxide production capacity is limited, every year importing large quantities of e
5、thylene oxide products to meet domestic market demands. .Ethylene oxide derivatives of ethylene is an important basic chemical raw materials, mainly used in the production of ethylene glycol, ethylene oxide (EO) / ethylene glycol (EG) process is the petrochemical industry in one of the important pro
6、cess . China now has the size EO / EG plant 11 sets, but when compared to similar foreign devices, the technology behind these devices, energy and water consumption are higher, the study EO / EG process optimization to reduce the cost of production , Has very practical significance. Ethylene oxide (
7、EO) derivatives is second only to polyethylene and polyvinyl chloride in a major petrochemical products, mainly used in the production of polyester fiber, polyester resins and the raw materials for vehicles glycol antifreeze. Can also led to dozens of important fine petrochemical intermediates, wide
8、ly used in Xiran, electronics, pharmaceuticals, agricultural chemicals, textiles, paper, automobiles, oil exploration and refining, and other fields. The design process is divided into four systems, are: response system, ethylene oxide absorption desorption system, absorbing carbon dioxide and ethyl
9、ene oxide desorption system refining system. And the four systems to the main line, a description of the process. The design of the thematic mandates removal of light component tower for ethylene oxide and ethylene oxide tower at the end of refining Tata reboiler, for thematic mandate to do the heat
10、 balance and equipment, the equipment parameters of the check, and in accordance with The results of the heat exchanger, that is, ethylene oxide refining Tata reboiler at the end of a selection of equipment.Keywords: epoxyethane; process; reactor目 录一.引言11.1环氧乙烷在国民经济中的地位和作用11.2环氧乙烷在国内外的发展动向11.2.1生产技术
11、11.2.2技术进展21.3环氧乙烷的市场需求状况21.3.1国内环氧乙烷产能现状21.3.2国外生产与市场31.4小结4二.工艺概述62.1环氧乙烷的性质62.1.1EO的物理性质62.1.2EO的化学性质62.1.3生产方法的评述及选择62.2.4氯醇法62.1.5直接氧化法72.2.环氧乙烷的生产原理72.2.1氧化反应原理72.2.2二氧化碳脱除原理82.2.3工艺流程82.3工艺设备一览表112.4厂址的选择11三.工艺计算133.1Aspen Plus简介133.2物性数据133.3设计依据143.4Aspen Plus计算依据143.5物料衡算表203.6 热量衡算表25四.设备
12、计算304.1设备参数表304.2 反应器R101314.3环氧乙烷吸收塔C203344.3.1塔径的计算344.3.2塔高的计算374.3.3填料层的分段374.3.5液体分布器简要设计384.3.6辅助设备的计算及选型384.4换热器E20540五.安全、环保、能量利用425.1原料消耗表425.2能量消耗表425.3三废处理42附录A46附录B53一.引言1.1环氧乙烷在国民经济中的地位和作用环氧乙烷(简称EO)，又称氧化乙烯，也称恶烷，是一种最简单的环醚,是乙烯工业衍生物中仅次于聚乙烯和聚氯乙烯的重要有机化工产品，是最简单最重要的环氧化物，在国民经济发展中具有举足轻重的地位和作用。从全
13、球来看，环氧乙烷主要用作化学中间体，它主要消费于乙二醇，全球环氧乙烷产量的60%都转变为乙二醇，乙二醇可进一步加工成聚酯纤维和树脂。有13%的环氧乙烷用于制造其它二醇类（如聚乙二醇、二甘醇和三甘醇等）。环氧乙烷的第二大销量是用于洗涤剂的乙氧基化物产品。其它环氧乙烷的衍生产品有乙醇胺、溶剂，乙二醇醚类等。环氧乙烷也用作熏蒸消毒杀虫剂、杀菌剂以及医疗器械的消毒剂。2003年全球环氧乙烷消费量为1593.4万t。19982003年年均消费增长率达到5.6%，预计20032008年和20082013年又分别以4.6%和3.4%速率递增，即到2008年和2013年全球环氧乙烷需求量将分别达到1995.2
14、万t和2358.2万t。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。因经济原因，早期引进的空气法环氧乙烷装置大多也改造为氧气法。1.2环氧乙烷在国内外的发展动向1.2.1生产技术1922年UCC(联碳公司)建成首套氯醇法工业装置。1938年又建成了首套乙烯空气氧化法工业装置。1958年Shell(壳牌公司)建成首套乙烯氧气氧化法工业装置。目前，全球环氧乙
15、烷专利技术大部分为Shell、美国SD(科学设计公司)和UCC三家公司所垄断，这三家公司的技术占环氧乙烷总生产能力的90%以上。Shell、SD和UCC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；在工艺技术方面都有反应部分、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。目前国内环氧乙烷生产厂家均采用乙烯氧气氧化法生产技术，基本为引进技术。1.2.2技术进展1925年，美国联合碳化物公司（UCC）建造了世界上第一套氯乙醇法环氧乙烷装置。1938年，美国UCC根据法国催化剂公司Lef
16、ort的研究成果，建成了世界上第一套乙烯空气氧化法生产环氧乙烷的装置。在20世纪50年代，美国科学设计公司（SD）和美国壳牌公司（Shell）相继开发了各自的直接氧化法专利技术，特别是Shell公司首先推出了乙烯氧气氧化法制环氧乙烷的新工艺。 在70年代中期，经典的氯醇法工艺全部被淘汰，乙烯直接氧化法成为唯一的实际工业应用的环氧乙烷生产技术。在以后30余年中，多国在高性能环氧乙烷催化剂的研制方面进行了大量的研发工作，研究的重点放在开发高选择性催化剂上。经过长期的研发实践，环氧乙烷催化剂的选择性从60年代的68%，提高到现在的80%以上。 现在，世界EO/EG生产技术主要由英荷Shell和美国S
17、D、UCC三家公司垄断，采用三家公司技术的生产能力占EO总生产能力的90%以上，其中Shell公司只提供氧气法技术；SD公司可提供空气法和氧气法两种技术；UCC公司拥有氧气法和空气法技术，但仅供自己生产厂使用。此外，美国Dow化学公司、日本触媒化学工业公司、德国Huels公司和意大利Snam公司也拥有自己的专利技术。1.3环氧乙烷的市场需求状况1.3.1国内环氧乙烷产能现状我国至今已引进十余套环氧乙烷（EO）生产装置。2003年我国EO生产能力约为120万吨/年。 20042006年内一些新建装置纷纷投产。北京燕山石化7万吨/年生产能力扩大到25万吨/年左右，于2004年实施；南京扬-巴一体化
18、工程9套核心装置中含有一套24万吨/年的EO装置，于2005年6月建成投产；中海壳牌石化有限公司在南海建设的30万吨/年EO生产装置，于2006年2月建成投产；上海石化新建38万吨/年EO生产装置，2005年建成投产。 这些项目的如期完成，使2005年我国EO的生产能力激增至216万吨/年。截至2006年，我国EO生产能力已超过246万吨/年，EO商品量约为60万吨。我国多数装置是EO与乙二醇联产，吉林联合化工厂是单独生产EO而没有生产乙二醇；中油吉林石化公司和独山子石化则全部用于生产乙二醇，没有商品量产生。 近年国内环氧乙烷行业继续保持良好发展势头。但国内供需缺口继续加大，现有产能仍难以满足
19、需求。 随着我国聚酯与表面活性剂等领域的迅猛发展，EO远不能满足市场需求，因此仍有多家企业计划建设规模化EO生产装置，可以预计未来几年我国EO的生产能力将呈现迅速增加的势头。 目前规划中的项目还有：抚顺东远公司6万吨级装置，燕化30万吨级环氧乙烷乙二醇装置，天津联化45万吨级环氧乙烷乙二醇装置（2008年），镇海炼化65万吨级环氧乙烷乙二醇装置（20082009年）。1.3.2国外生产与市场 2003年世界EO生产能力16 Mt/a，其中美国EO的总生产能力为4.50 Mt/a，产量约为4 Mt，装置开工率88.9%；日本EO装置有6套，总生产能力为1.15 Mt/a，总产量约为1.10 Mt
20、，装置开工率为95.7%；西欧EO装置共有14套，总生产能力约为2.80 Mt/a，总产量为2.31 Mt，装置开工率约为82.5%。西欧生产厂家主要分布在8个国家，其中德国EO的生产能力约为870 kt/a，约占西欧总生产能力的31.1%；比利时的生产能力为770 kt/a，约占西欧总生产能力的27.5%；荷兰的生产能力为405 kt/a，约占西欧总生产能力的14.5%；英国的生产能力为300 kt/a，约占西欧总生产能力的10.7%。主要生产公司有美国DOW化学公司、亨斯曼公司，西欧的Shell公司、BASF公司、Ineos公司，沙特阿拉伯Sabic公司，巴西Oxiteno，科威特Equa
21、te公司，韩国湖南石化，韩国现代石化，中国台湾台塑公司等5。全球EO生产主要呈现以下几大趋势：一是先进的核心生产技术仍然控制在少数西方发达国家和地区的跨国公司手中；二是生产装置逐渐趋于大型化，而且建设地点逐渐趋向于原材料来源丰富、价格低廉地区；三是生产装置的扩建仍然以为乙二醇配套为主3。为了强化自身竞争能力，伴随着主要下游产品乙二醇装置的建设和满足其他下游产品快速增长的需求，2003-2006年期间世界许多生产商计划新建或扩建EO生产装置。由于亚洲地区乙二醇需求增长迅猛，因此新建的EO装置主要集中在亚洲地区。亚洲地区新建或扩建EO装置情况见表1。此外中国还将有多套新建装置在未来几年内实施。预计
22、未来几年内全球EO生产能力将增加5 Mt/a左右，2006年底将达到21 Mt/a以上。2002年全球EO的消费量达到14.70 Mt左右，主要用于生产聚酯和防冻剂的原料乙二醇，西方发达国家和地区乙二醇每年约消耗EO产量60%；其次用于乙氧基化合物、乙醇胺、乙二醇醚、亚乙基胺、二甘醇、三甘醇、多甘醇、羟乙基纤维素、氯化胆碱、乙二醛、乙烯碳酸酯等下游产品。据国外权威咨询机构预测20022005年全球EO的消费将保持年均5%左右的速度增长，其中亚洲地区年均增长率将超过10%。主要因素是以亚洲为中心的市场对聚酯纤维保持旺盛的增长势头；另外美国、西欧和日本扩大了EO主要后加工产品的生产，同时合理调整其
23、应用结构。上述发达国家和地区在EO扩产基础上仍保持以往EO生产乙二醇的比例以占领乙二醇的市场。预计未来几年，美国、西欧、日本EO年均增长率约为2%3%，而亚洲尤其是中东、东南亚和中国将保持10%15%的高速度增长。美国和西欧在未来几年由于本国聚酯消费增长速度放缓，将加大EO其他领域应用与开发，在非乙二醇领域用量将保持较快增长势头。日本由于亚洲市场对聚酯需求强劲，因此EO在乙二醇领域消费将有所增长，增加产量主要用于供应周边国家市场。其他地区EO的消费仍以聚酯领域为主，新增的生产能力也多为乙二醇配套使用。1.4小结随着我国石油化学工业的快速发展，乙烯生产装置建设明显加快，国内在未来几年里将有多家企
24、业建设规模化EO/乙二醇装置。目前国内EO生产与市场呈现以下四大趋势：一是EO及其主要下游产品乙二醇缺口巨大，生产装置规模和产能较小；二是随着EO装置的建设加快，EO商品量将随之快速增加；三是由于国外乙二醇及其下游产品聚酯消费增长缓慢，国外主要生产商纷纷看好我国巨大市场，因此国内在近期内乙二醇仍将大量进口，一旦乙二醇受国外产品冲击严重，EO/乙二醇装置中的EO将面临开工不足的窘境，而且目前国内EO的消费比例乙二醇占80%以上，与国外发达国家和地区消费结构相比差距较大；四是尽管EO其他下游产品消耗EO数量相对乙二醇来说较小，但是许多产品用途广泛，国内重视与开发不够，国内市场需求强劲，附加值高，许
25、多产品主要依赖进口。针对我国EO生产现状、市场分析及未来发展趋势，对我国EO工业发展提出以下建议。 一是在引进规模化EO/乙二醇装置的同时，加快消化吸收国外先进技术，积极发展国内技术，开发大型化EO反应器，从规模上获取经济效益。继续加大高性能催化剂的开发，提高副产品的收益，强化企业管理水平和市场意识，积极应对国外产品的冲击，增强我国EO生产的竞争力。二是加大下游精细化工产品的开发与应用。这不仅可以满足国内相关行业的发展需要，还可以加快EO消费结构的调整，形成EO下游加工的精细石油化工产品树，获取较高经济效益，保证我国EO工业健康稳定发展。根据我国的开发研究与生产应用现状，借鉴国外的发展模式，我
26、国EO的下游精细化工产品加工的方向应为：深挖EO后加工产品乙氧基化合物、乙醇胺、乙二醇醚、乙二醛等装置的潜力；加大亚乙基胺、哌嗪、乙烯碳酸酯、羟乙基化合物等产品的研究开发力度；加快以EO和乙二醇为原料进行1,3-丙二醇和2,6-萘二甲酸乙二醇酯产品的研究与开发。三是由于EO不易运输，而国内EO产品布局不甚合理，因此，今后国家要加强规模化EO装置建设的布点，同时加快EO在石油、纺织、农药、医药、建材、交通、机器、食品和日用化学品等领域中的应用和技术推广，尤其是在高速纺化纤油剂、水煤浆、油田强化采油剂、农药乳化剂、合成材料用功能乳化剂等方面。二.工艺概述2.1环氧乙烷的性质2.1.1EO的物理性质
27、环氧乙烷（简称EO），英文名称epoxyethane，又被称为氧化乙烯，也称恶烷，分子式：C2H4，分子量：44.05，沸点：10.4，熔点：-112.2，蒸汽压：145.91kPa/20。相对密度(水)=1：0.87，相对密度(空气)=1：1.52。在常温下为无色气体，低温时为无色易流动液体，在空气中的爆炸限（体积分数）为2.6%100%，它易与水、醇、氨、胺、酚、卤化氢、酸及硫醇进行开环反应有乙醚的气味，其蒸气对眼和鼻粘膜有刺激性，有毒。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。2.1.2E
28、O的化学性质由于环氧乙烷具有含氧三元环结构，性质非常活泼，极易发生开环反应，在一定条件下，可与水、醇、氢卤酸、氨及氨的化合物等发生加成反应，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。当用甲醇、乙醇、丁醇等低级醇与环氧乙烷作用时，分别生成乙二醇甲醚、乙二醇乙醚、乙二醇丁醚。它们兼具醇和醚的性质，是优良的溶剂，用途很广泛，可溶解纤维酯如硝酸纤维酯、工业上称为溶纤剂。与氢卤酸作用，环氧乙烷与氢卤酸在室温或更低的温度下反应，生成卤醇，可用于定量分析环氧乙烷及环氧乙烷型化合物。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聚合生成聚乙二醇。2.1.3生产方法的评述及选择环
29、氧乙烷的工业生产方法有氯醇法和乙烯直接氧化法。2.2.4氯醇法氯醇法是早期的工业生产方法，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。1922年UCC(联碳公司)建成首套氯醇法工业装置。尽管氯醇法乙烯利用率高，但生产过程中消耗大量氯气，腐蚀设备，污染环境，产品纯度低，现已基本被淘汰。2.1.5直接氧化法直接氧化法又可分为空气氧化法和氧气氧化法。1931年法国催化剂公司的Lefort发现乙烯在银催化剂作用下可以直接氧化成环氧乙烷，经过进一步的研究与开发形成乙烯空气直接氧化法制环氧乙烷技术，1937年美国UCC公司首次采用此法建厂生产
30、。1958年Shell(壳牌公司)建成首套乙烯氧气氧化法工业装置，生产成本低，产品纯度可达99.99%。氧气氧化法与空气氧化法相比，工艺流程稍短，设备较少，建厂投资少；氧化反应中催化剂的选择性高，反应温度比空气法低，对催化剂寿命的延长和维持生产的平稳操作较为有利。通常氧气氧化法的生产成本比空气氧化法低10左右。由于氧气氧化法比空气氧化法有明显的优越性，因此目前世界上的环氧乙烷生产装置普遍采用氧气氧化法。本设计数据均参考乙烯直接氧化法。综上所述，本设计采用乙烯直接氧化法。2.2.环氧乙烷的生产原理2.2.1氧化反应原理乙烯氧化过程，按氧化程度可分为选择氧化（部分氧化）和深度氧化（完全氧化）两种情
31、况，乙烯分子中碳碳双键C=C具有突出的反应活性，在一定条件下可实现碳碳双键选择性氧化，生成环氧乙烷。但在通常的氧化条件下，乙烯的分子骨架容易被破坏，而发生深度氧化生成二氧化碳和水。为使乙烯氧化反应尽可能的约束在生成目的产物环氧乙烷的方向上，目前工业上乙烯直接氧化生成EO的最佳催化剂均采用银催化剂。在银催化剂作用下的反应方程式如下：(1)另外，乙烯直接氧化还有副产物生成，其中CO2和水最多。实验已证明这些副产物以两条不同的路线生成的。首先，乙烯直接氧化生成CO2和水并伴随着许多寿命极短的部分氧化中间产物：(2)这一反应用氯化物来加以抑制，该氯化物为催化剂抑制剂即1,2二氯乙烷（EDC），EO自身
32、有也一定的阻止进一步氧化的能力。(3)(4)在反应过程中如有碱金属或碱土金属存在时，将催化这一反应。CO2还由EO氧化而得，这时它首先被异构为乙醛，然后很快被氧化为CO2和H2O。反应速度由EO异构化控制。(5)(6)反应器副产物中除CO2和H2O以外还有微量的乙醛和甲醛。它们在精制单元中从EO和EG中分离掉，以上氧化反应均是放热反应。2.2.2二氧化碳脱除原理本装置采用碳酸盐溶液吸收CO2，以脱除氧化反应的副产物CO2，此吸收为化学吸收：K2CO3 + CO2 + H2O2KHCO3 + 6.4KCal/mol(7)应分五步进行：H2O=H+ + OH- (8)K2CO3=CO32- + 2
33、K+ (9)H+ + CO32-=HCO3- (10)K+ + HCO3- =KHCO3 (11)CO2 + OH-=HCO3- (12)速度由第五步控制，在接近大气压下，用蒸汽汽提富碳酸盐液，将CO2从系统中解析出来，排至大气:KHCO3K2CO3+CO2十H2O(13)2.2.3工艺流程循环气首先与新鲜乙烯、甲烷经脱硫床下游的乙烯过滤器S-102混合，然后进入氧气混合喷嘴M-101，氧气经过滤器S-101除掉固体颗粒后在这里加入循环气中。补充抑制剂后，反应器进料气体在E101中被EO反应产品气体从78加热到234。被预热的反应器进料气体进入列管式EO反应器R-101，在反应器中，乙烯和氧气
34、在银催化剂床层上进行反应，主要生成E0；副产品有二氧化碳、水和微量的醛类。反应产品气体经过三次冷却，在产品第一冷却器E-102中，通过产生中压蒸汽，反应产品气体被冷却到207，在进料/产品换热器E-101中被冷却到138，在产品第二冷却器E-203中被进一步冷却到53。冷却后的反应产品气体进到EO吸收塔C-203的急冷部分。为脱除反应产品气冷却时产生的水，将一小股物流引到急冷排放解吸塔C-205中，用泵P-205把急冷液打到急冷冷却器E-205中，再回到EO吸收塔的急冷段。离开急冷段的气体用贫吸收液洗涤以回收E0。在EO吸收塔中吸收的E0，在EO解吸塔C-204内从富吸收液中解吸出来。富吸收液
35、离开EO吸收塔的温度为47，预热到105后进入EO汽提塔顶部，塔顶出料(EO/H2O)进入轻组分脱除和EO精制部分。EO解吸塔设计能力可使吸收的EO有99.95%解吸出来，其余0.05%的EO随同塔釜液离开。解吸EO所需的蒸汽一部分来自汽提段，一部分来自加入的蒸汽。反应器产品气体在吸收塔急冷段冷却，酸性组分被急冷液吸收，通过排放急冷液可除掉杂质和反应产品气中冷凝下来的水。急冷排放液中的EO在急冷排放解吸塔C-205中回收，解吸介质为直接通入蒸汽。从EO吸收塔来的富吸液，在产品第二冷却器E-203中被EO吸收塔进料(反应产品气体)从47加热到67，在进解吸塔C-204之前，先后在进料/塔顶物料换
36、热器E-208及进料/塔釜物料换热器E-207中进一步加热。EO吸收塔塔顶物经气液分离罐V-204进入循环气压缩机。如果V-204罐的压力过高，罐的压力控制器也会启动紧急放空阀使循环气管路快速泄压。循环气压缩机出口引出一股较大的物流，去二氧化碳吸收塔脱除C02。处理后的气体离开二氧化碳脱除系统，与没有处理的循环气体重新混合后进入到环氧乙烷反应系统。循环气中的二氧化碳用碳酸钾溶液吸收脱除。为了减少CO2吸收塔中吸收液的冷却及CO2解吸塔中加热吸收剂所需的蒸汽，在CO2吸收塔进料预热器E-201中，吸收塔进料气体被加热，并用水饱和。用CO2解吸塔顶部出料做加热介质，用清洁的冷凝液使物流饱和。为了保
37、证CO2吸收塔进料为饱和状态，在E-201中水经过液体喷嘴喷入换热器的壳层中。在E-201中CO2吸收塔进料气体处于持续饱和状态。CO2吸收塔塔顶气体出塔时的温度为1ll，已被水饱和。在气体冷凝器E-202中，这股气体被压缩机出口旁路通过CO2脱除系统的循环气冷却到70，部分水从气体中分离出来，在E-202中循环气从58被加热到87。CO2吸收塔塔顶物流在E-206用冷却水冷却，在分离罐V一201中分离掉携带的水后与循环气混合，分离罐V-201温度为51，与循环气混合后回到反应部分。分离罐V-201收集的冷凝液，一般送到碳酸盐闪蒸罐填料顶部，洗涤碳酸盐闪蒸罐V-202闪蒸出的气体。为了应付塔大
38、量带液，V-201底部出口管线上有一个大的排泄阀，通往CO2解吸塔的集水管。当罐V-201的液位降到正常值时，阀门自动关闭。进入碳酸盐闪蒸罐V-202以回收乙烯，以防在CO2解吸塔顶损失掉。被闪蒸出的气体在E-304中冷却脱水后，经尾气压缩机压缩，在EO吸收塔的上游进入循环气管线。闪蒸以后的液体靠重力流入CO2解吸塔。来自碳酸盐闪蒸罐V-202的液体在CO2解吸塔C-202中，用再沸器和直接蒸汽使之解吸，操作压力接近于大气压。解吸塔顶气体在E-201中释放掉部分热量，在E-211中由99进一步冷却到45。来自E-211的冷凝液进入放空分离罐V-208，在这里气体与凝液分离后排放到大气，冷凝液用
39、泵送到废水处理系统。来自解吸塔塔釜的贫碳酸盐溶液，又回到CO2吸收塔。EO解吸塔顶蒸汽大约含60%EO和40%的水，先在E-208中预热EO解吸塔的进料，然后和轻组分塔顶物一起进到解吸塔塔顶冷却器E-301中，温度从79被冷却到47。不凝物主要是CO2、C2H4和EO。在解吸塔顶冷却器E-302A/B中被冷却到15，大部分EO作为凝液回到解吸塔顶缓冲罐V-301。解吸塔顶缓冲罐中的物料，经泵打入轻组分塔C-301。在轻组分塔中，CO2、C2H4和其他溶解在EO水溶液中的轻组分和部分EO蒸汽一起脱除。塔顶气体回到EO解吸塔顶冷却器中以回收EO。在EO精制塔C-302中,EO从塔顶蒸出，塔顶气冷凝
40、并过冷后，大部分凝液作为回流，一部分作为低纯度EO产品进乙二醇反应器，这股物流含有微量杂质如CO2和甲醛。高纯度EO产品侧线采出，经E-309进高纯度EO贮罐。EO精制塔塔釜主要是含有乙二醇、醛和至少30%wt环氧乙烷的水溶液，也送到400#的乙二醇反应器。2.3工艺设备一览表 表2.1工艺设备表序号设备名称单位数量材料1混合器台12反应器台13换热器台34冷却器台25EO吸收塔台16EO解吸塔台17冷凝器台28脱轻组分塔台19EO精制塔台12.4厂址的选择根据我国国情，选厂工作是在长远规划的指导下，在指定的一个或数个地区（开发区）内选择符合建厂要求的厂址。在选择厂址时，应遵循以下基本原则：
41、（1）厂址位置必须符合国家工业布局，城市或地区的规划要求，尽可能靠近城市或城镇原有企业，以便于生产上的协作，生活上的方便。（2）厂址易选在原料、燃料供应和产品销售便利的地区，并在贮运、机绣、公用工程和生活设施等方面有良好基础和协作条件的地区。 （3）厂址应靠近水充足、水质良好的水源地,当有城市供水,地下水和地面水三种供水条件时,进行经济技术比较后选用. (4)厂址应尽可能靠近原有交通线(水运、铁路、公路)，即应有便利的交通运输条件。(5)厂址应尽可能靠近热电供应地，一般的讲，厂址应考虑电源的可靠性，并应尽可能利用热电站的蒸汽供应，以减少新建工厂的热力和供电方面的投资。(6)选场应注意节约用地。
42、(7)选厂应注意当地的自然环境条件，并对工厂投产后对环境可能造成的影响做出预评价。工厂的生产区、排渣场和居民区的建设地点应同时选定。(8)厂址应偏离低于洪水位或在采取措施后仍不能确保不受水淹的地段；厂址的自然地形应有利于厂房和管线的布置，内外交通的联系和场地的排水。(9)厂址附近应有生产污水，生活污水排放的可靠排除地，并应保证不因新厂建设是当地受到新的污染和危害。(10)厂址应不妨碍或破坏农业水利工程，应尽量避免拆除民房和建筑物，砍伐果园等。本着以上几点的依据，本设计的厂址选择在沈阳市铁西区的原因是：（1）沈阳市是全国重工业城市，原料来源广泛，工业基础雄厚。（2）沈阳的交通很发达，处于东北地区
43、的的交通枢纽，有利于产品的外销 （3）沈阳市铁西区是沈阳城的重工业区，水、煤、电、气供应充足。三.工艺计算3.1Aspen Plus简介Aspen Plus是一个通用的过程流程模拟系统，用于计算稳态过程的物料平衡及能量平衡和设备尺寸，并可以对投资进行经济成本分析。Aspen Plus有一个公认的跟踪记录，在一个工艺过程的制造的整个生命周期中提供巨大的经济效益，制造生命周期包括从研究、开发到生产。Aspen Plus有50多个通用单元操作模型，为了计算相平衡、热力学性质和传递性质，Aspen Plus提供了一个广泛的物性数据和模型库，它还有处理石油实验分析能力，建立产生 石油馏分的物性 常数的关
44、联式。对于大型或小型的过程流程，自动流程 分析确定断裂流股及排序，其较好的收敛方法可解决多重流股 循环和过程规定的任务。本课题主要是基于Aspen Plus对环氧乙烷生产的工艺流程进行模拟，包括混合器、反应器、换热器、吸收塔、解吸塔、精馏塔等。3.2物性数据表3.1 物性数据表序号组分分子式分子量常压沸点1氮气N228.0134-195.82氩气Ar39.9480-185.873氧气O231.9988-182.984甲烷CH416.0423-162.155乙烯C2H428.0530-103.716乙烷C2H630.0688-88.67二氧碳CO244.0095-78.458环氧烷C2H4O44
45、.052410.49乙醛CH3CHO44.052420.410水H2O18.01521003.3设计依据1设计任务：年产7.5万吨环氧乙烷2年工作时间：8000小时3高纯EO收率：30%4乙烯单程转化率：10%5EO的选择性：80%6二氧化碳的选择性：19.8%7乙醛的选择性：0.2%8EO吸收率：99.6%9排空气体比率：0.18%3.4Aspen Plus计算依据(1)原料氧气组成（mol %）：: 0.005: 0.195: 99.8(2)原料乙烯组成（mol %）：: 95: 4.5: 0.5(3)原料甲烷组成(mol%)：:2.0: 0.8: 91.1:0.1 (4)主反应：副反应：
46、(5)流程框图(图3.1)（6）Aspen Plus 流程图（图3.2 图3.3 图3.4）混合气体混合器反应器环氧乙烷吸收塔换热器换热器环氧乙烷解析塔解析塔顶缓冲罐轻组分脱出塔环氧乙烷精制塔二氧化碳处理系统统图3.1 流程框图图3.2 流程图第一部分图3.3 流程图第二部分图3.4 流程图第三部分（7）Aspen Plus输入参数表表3.2 输入参数表参数名称单位取值参数名称单位取值101流量Kmol/h453.8599E205A压力mpa1.44102流量Kmol/h472.9216E205B温度45103流量Kmol/h13.81976K201压力mpa1.76101温度40C204mpa0.2102温度30E207温度35103温度10E207压力mpa0.22101压力
