环氧乙烷的制取

《化工工艺设计》课程设计说明书乙烯制取环氧乙烷生产工艺设计

姓名：张正元

学科、专业：应用化学0911

学号： 0920109124

指导教师：刘垚

完成日期： 2012年7月1日

苏州科技学院

Suzhou University of Science and Technolog

目录

1、设计任务书 (1)

1.1基本数据 (1)

1.2课程设计内容及要求 (1)

1.2.1内容 (1)

1.2.2具体要求 (1)

2、设计方案简介 (1)

2.1反应过程分析 (2)

2.2催化剂的选择 (2)

2.3反应器及混合器的选择： (3)

2.4影响因素（反应条件）的分析 (3)

3、工艺流程草图及说明 (5)

3.1 氧化反应部分 (5)

3.1.1 工艺流程草图 (5)

3.1.2 流程草图说明 (5)

3.2 环氧乙烷回收和精制部分 (6)

4、物料衡算 (6)

4.1 由设计任务书已知数据 (6)

4.2乙烯催化氧化制取环氧乙烷得物料衡算框图 (7)

4.3衡算过程 (7)

4.3.1确定反应混合气(RP)组成 (8)

4.3.2确定混合分离气(SP)的组成 (8)

4.3.3确定新鲜原料(FF)和循环气(RC)组成 (9)

的循环气SPC的组成 (10)

4.4.4确定未脱CO

2

4.4.5确定SRC的组成 (11)

5、数据校核及结果评价 (12)

5.1数据校核 (12)

5.2结果评价 (12)

6、计算结果一览表 (13)

7、工艺流程及控制点说明 (13)

7.1工艺流程说明 (13)

7.1.1环氧乙烷反应系统工艺流程 (13)

7.1.2二氧化碳脱除系统工艺流程 (14)

7.2控制点说明 (15)

7.2.1环氧乙烷反应系统控制点 (15)

7.2.2二氧化碳脱除系统控制点 (15)

参考文献 (16)

1、设计任务书

1.1基本数据

原料乙烯年处理量为12万吨

选择性： 73.8%

环氧乙烷的吸收率： 99.5%

O2中夹带Ar 0.00856mol，循环排放气中含Ar为12.85%，产品环氧乙烷中含Ar 0.00631mol。

1.2课程设计内容及要求

1.2.1内容

1、对环氧乙烷反应系统的物料衡算；

2、绘制环氧乙烷反应系统的工艺流程图（一张）；

3、绘制二氧化碳脱除系统的工艺流程图（一张）；

4、编制课程设计说明书（一份）。

1.2.2具体要求

1、环氧乙烷反应系统的物料衡算方法参考《基本有机化工工艺学》（吴指南主编）一书。

2、绘制的带控制点的工艺流程图必须符合化工制图的规范，并且字体必须工整。

3、编制的课程设计说明书应对计算过程与工艺流程的选择以及控点的确定进行详细的说明和解释。

2、设计方案简介

环氧乙烷

C

H2CH2

（简称EO）是最简单也是最重要的环氧化合物，在常温下

为气体，沸点10.5℃。可以与水、醇、醚及大多数有机溶剂以任意比混合。有毒，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。

环氧乙烷是以乙烯为原料产品中的第三大品种，仅次于聚乙烯和苯乙烯。它

的用途是制取生产聚酯树脂和聚酯纤维的单体、制备表面活性剂，此外还用于制

备乙醇胺类、乙二醇醚类等。

2.1反应过程分析

工业上生产环氧乙烷最早采用的方法是氯醇法，该法分两步进行，第一步将

乙烯和氯通入水中反应生成2-氯乙醇，2-氯乙醇水溶液浓度控制在6%-7%（质量）;

第二步使2-氯乙醇与Ca(OH)2反应，生成环氧乙烷。该法的优点是对乙烯的浓度

要求不高，反应条件较缓和，其主要缺点是要消耗大量氯气和石灰，反应介质有

强腐蚀性，且有大量含氯化钙的污水要排放。因此开发了乙烯直接氧化法，取代

氯醇法。

工业上生产环氧乙烷的方法是乙烯直接氧化法，在银催化剂上乙烯用空气或

纯氧氧化。乙烯在Ag/α-Al 2O 3催化剂存在下直接氧化制取环氧乙烷的工艺，可用

空气氧化也可以用氧气氧化，氧气氧化法虽然安全性不如空气氧化法好 ，但氧

气氧化法选择性较好，乙烯单耗较低，催化剂的生产能力较大，故大规模生产采

用氧气氧化法。主要反应方程式如下：

主反应

副反应

由乙烯环氧化反应的动力学可知，乙烯完全氧化生成二氧化碳和水，该反应

是强放热反应，其反应热效应要比乙烯环氧化反应大十多倍。故副反应的发生不

仅使环氧乙烷的选择性降低，而且对反映热效应也有很大的影响。选择性下降，

热效应就明显增加，如选择性下降移热慢，反应温度就会迅速上升，甚至产生飞

温。所以反应过程中选择性的控制十分重要。

2.2催化剂的选择

环氧化法生产环氧乙烷是一个强放热放应，为减少深度氧化的副反应，提

高选择性，催化剂的选择非常重要。研究表明，只有在银催化剂催化下乙烯的环

氧化反应才有较高的选择性。工业上使用的银催化剂是由活性组分，载体和助催

化剂所组成。

载体 载体的主要功能是分散活性组分和防止银微晶的半熔和烧结，使其

活性保持稳定。由于乙烯环氧化过程存在平行副反应和连串副反应的竞争，又是C H 2CH 2+O 2C H 2CH 2O 12(气)298103.4/k kJ mol θ

∆H =-523107.2/k kJ mol θ

∆H =-C H 2CH 2O 23CO 2O H 222(气)5231324.6/k kJ mol θ

∆H =-2981324.6/k kJ mol θ

∆H =-++