乙烯氧化生产环氧乙烯过程设计

化工过程及设备课程设计（本）
题目乙烯氧化生产环氧乙烷的过程与系统课程设计
班级10工艺2班
学号201041511246、201041511247、201041511245
学生姓名王少平潘树灿何东宝
组长
组员王少平潘树灿何东宝
指导教师黄卫清、廖文波
完成日期 2013年12月
乙烯氧化生产环氧乙烷的过程与系统课程设计
环氧乙烷的主要生产方法有氯醇法和直接氧化法两种, 其中直接氧化法又分为空气氧化法和氧气氧化法, 现在以空气氧化法为例对乙烯氧化生产环氧乙烷的过程进行物料和热量衡算。

一、课程设计要求及原始数据
进塔气（A）组成：10%C2H4、90%空气(其中79%N2、21%O2)
乙烯（C2H4）的转化率为：25%
环氧乙烷（C2H4O）的收率为：80%
氧化反应器进口温度为2270C，出口温度为277 0C
热损失为总热量的5%
要求：(1) 对乙烯氧化生产环氧乙烷的过程进行物料衡算
（2）计算为稳定生产需要移走的热量
（3）计算利用这些热量可产生多少饱和水蒸气
（4）列出物料衡算表和热量衡算表
（5）进行项目经济性评估
二、乙烯氧化生产环氧乙烷的物料衡算
（1）首先写出化学反应方程式：
CH
2=CH
2
+3O
2
→2CO
2
+2H
2
O
（2）画出反应过程示意图
（3）以进塔气1000mol/h为计算基准进行各组分计算
C2H4： 0.1×1000mol/h=100mol/h
O2： 0.9×0.21×1000mol/h=189mol/h
N2： 0.9×0.79×1000mol/h=711 mol/h
因为C2H4的转化率为25%，则发生反应的C2H4的量为：
0.25×100mol/h=25mol/h
出塔气中，C 2H 4的出料量=（100-25）mol/h=75mol/h
由于进塔气和出塔气中，N 2的物质的量是不变的，为711mol/h ，而环氧乙烷（C 2H 4O ）的收率为：80%，即：
（产物中C 2H 4O 的物质的量/原料C 2H 4O 反应的物质的量）×100%=80%，所以 产物中C 2H 4O 的出料量=0.8×25mol/h=20mol/h
对C 元素进行物料衡算，可算得出料口中CO 2 的出料量 =10mol/h 同理可得C 2H 4出料量=10mol/h O 2出料量=164mol/h （4）列出物料衡算表
乙烯氧化生产环氧乙烷过程的物料衡算
三、乙烯氧化生产环氧乙烷的热量衡算
已知氧化反应器进口温度为227C ，出口温度为277C
热损失为总热量的5% （1）首先写出化学反应方程式：
CH 2=CH 2+3O 2→2CO 2+2H 2O
(2) 查出相关物质的等压摩尔热容(反应温度下的平均等压摩尔热容Cp)和标准生成热(△H ○一
298)数据，见表。

相关物质的热力学数据
（3）按照下列途径计算过程热量，见图.
△H 1
△H 1 为原料气由500K 到298K 的焓变，△H 2为298K 状态下的反应热，△H 3为原料气由298K 到550K 的焓变：
△H=△H 1+△H 2+△H 3
具体计算：
△H 1= ƩnMF ,I C pMF,I ×△T
= (0.046×100+0.031×189+0.029×711) ×1000×(298-500) = -6.2×106
（KJ/h ）
△H 2 = Ʃ(n RP,i —n MF,i ) △H i
= [（75-100）×52.28+（20-0）×（-51.04）+（10-0）×(-393.51)+(10-0)
×(-241.83)]
=-8.68×106（KJ/h）
△H3 = Ʃ n RP,i c pRP,i×△T
= （75×0.046+20×0.053+164×0.031+711×0.029+10×0.041+10×0.034）×1000×（550-298）
=7.8×106（KJ/h）
△H=△H1+△H2+△H3= -6.2×106 -8.68×106 + 7.8×106
=-7.08×106（KJ/h）
需要移走的热量Q移=△H-Q损=（1-0.05）×7.08×106=6.726×106（KJ/h）
查得2.0Mpa饱和水蒸气的温度=211.4℃，蒸发热△H蒸发=34.1（KJ/mol）
利用此热量可产生的饱和水蒸气=(6.726×106/34.1) ×(18/1000)= 3550.38 (KJ/h)
值得注意的是：只是指饱和热水也是211.4℃状态下可产生的饱和水蒸汽，如水的温度小于此值，则产生的饱和水蒸气量会小于计算值。

（4）列出热量衡算表
乙烯氧化生产环氧乙烷过程的热量衡算
四、乙烯氧化生产环氧乙烷过程的经济性评估。