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摘 要

环氧乙烷是非常重要的基本有机化工原料，是乙烯工业中产量仅次于聚乙烯的第二大化合物。乙烯环氧化是目前生产环氧乙烷的最主要的方法，该法相对于氯醇法有显著的优点。该工艺过程中涉及易燃易爆的化学物质如乙烯和环氧乙烷等，因此在该工艺中存在很多的安全问题，该工艺也因此变得复杂。本文首先具体分析了乙烯氧化生产环氧乙烷工艺原理和工艺流程，从原料，催化剂，致稳气，设备等各个方面做了介绍，然后分别对工艺中涉及的危险介质和工艺设备的危险性进行具体分析，随后对反应器进行了分析和安全设计，具体通过物料衡算求出原料供应量，反应器的催化剂填充量体积计算，反应管数的确定，反应器床层高度和截面积确定，传热面积的核算等方面进行，最后对整个工艺过程中存在的危险问题提出了相应的对策和措施。

关键词：环氧乙烷 乙烯 工艺流程 危险性分析 氧化反应器设计

Abstract

Ethylene oxide is a very important basic organic chemical raw material, which is the second largest compound in the ethylene industry after polyethylene. Ethylene epoxidation is the most important method to produce ethylene oxide. Compared with chlorohydrin method, this method has obvious advantages. The process involves flammable and explosive chemicals such as ethylene and ethylene oxide, so there are many safety problems in the process, and the process becomes complex. In this paper, firstly, the process principle and process flow of ethylene oxide production are analyzed in detail, including raw material, catalyst, stabilizing gas, equipment, etc. then, the risks of hazardous medium and process equipment involved in the process are analyzed in detail, followed by the analysis and safety design of the reactor, and the supply of raw material is calculated through material balance The calculation of catalyst filling volume, the determination of reactor tube number, the determination of reactor bed height and cross-sectional area, and the calculation of heat transfer area are carried out. Finally, the corresponding countermeasures and measures are put forward for the dangerous problems in the whole process.

Key words: Ethylene oxide ;Ethylene; Technological process; Hazard analysis; Design of oxidation reactor

目录

摘要2

Abstract3

第一章 绪论8

1.1环氧乙烷概述 8

1.2乙烯的环氧化反应9

1.3催化剂的研究发展10

1.4工艺流程12

1.4.1反应单元13

1.4.2二氧化碳脱除单元13

1.4.3环氧乙烷吸收单元14

第二章 反应器的安全设计15

2.1物料衡算15

2.2热量衡算17

2.2.1原料气带入的热量Q₁计算19

2.2.2反应热Q₂计算20

2.2.3氧化气带出的热量 Q₃计算20

2.2.4反应器撤热量Q₄计算21

2.3反应器设计21

2.3.1催化剂填入量体积V_R的计算21

2.3.2氧化反应器床层高度和截面积的计算22

2.3.3氧化反应器反应管数确定22

2.3.4床层给热系数23

2.3.5总传热系数的计算23

2.3.6传热面积核算23

2.3.7反应器塔径设计24

第三章 介质危险性分析 26

3.1危险介质 26

3.2环氧乙烷的危险性26

3.2.1爆炸性27

3.2.2热稳定性 27

3.2.3毒性 28

3.2.4聚合反应 28

3.3乙烯的危险性29

3.3.1毒性29

3.3.2爆炸性30

3.4甲烷（致稳气）30

3.5二氯乙烷（抑制剂）30

3.6甲醛（中间产物）31

3.7乙醛（中间产物）31

第四章 生产工艺危险性分析32

4.1工艺原理32

4.1.1氧化反应机理32

4.1.2二氧化碳脱除机理33

4.2工艺条件33

4.2.1温度和压力34

4.2.2空速34

4.2.3原料纯度34

4.2.4混合气配比和循环比35

4.3过程危险性分析36

4.3.1原料供给和反应过程36

4.3.2环氧乙烷汽提和再吸收过程 36

4.3.3二氧化碳脱除过程 37

4.3.4产品精制过程 37

4.4设备危险性分析38

4.4.1储罐危险性 38

4.4.2压力容器危险性 38

4.4.3换热器危险性 38

4.4.4反应器危险性38

第五章 安全生产与控制40

5.1乙烯氧化反应系统40

5.2环氧乙烷产出和储存过程41

5.3安全生产管理43

致谢45

参考文献46

1. 绪论
   1. 环氧乙烷概述

环氧乙烷^[23]也叫做氧化乙烯，环氧乙烷是最简单、最重要的环氧化物，也是一种最为简单的环状醚。它是一种常温无色气体，有一定的毒性，在空气中环氧乙烷浓度^[24]不得高于0.001g/m³,沸点为10.4℃,当温度低于10.7℃时环氧乙烷气体会变为无色却有乙醚气味、易流动的液体，浓度很高时会有一定的刺激性气味。环氧乙烷的分子式为^[26]C₂H₄O，熔点是-111.3℃，密度为0.8711g/cm³,相对分子质量是44.05，环氧乙烷可以与水、酒精、乙醚^[25]和大多数有机溶剂均匀混合，气态环氧乙烷很容易在空气中爆炸，环氧乙烷在空气中的爆炸极限(体积分数)为2.6%~100%(体积分数)，液态时没有爆炸性。环氧乙烷的化学性质^[23]非常活泼，它能与很多化合物作用发生加成反应，环氧乙烷也非常容易发生自聚反应，当有铁、酸、碱、醛等杂质存在时或在高温条件下更容易发生自聚反应。在自聚合过程中，会释放大量的热量，当热量积聚到一定程度时甚至会发生爆炸。因此存储环氧乙烷的储罐一定要保持清洁，而且温度要保持在0℃以下。

环氧乙烷分子当中有三元环氧结构^[27]，能发生多种化学反应，因此它的应用领域非常广，例如用于生产医药中间体、乳化剂、乙醇胺、非离子表面活性剂、合成洗涤剂、农药、石油添加剂、乙二醇、防腐涂料等物质，环氧乙烷最主要的用途是生产乙二醇，一般直接在生产环氧乙烷时联产乙二醇，环氧乙烷在乙烯工业产物中是非常重要的化工产品，其产量在乙烯工业产品中位居第二（仅次于聚乙烯），环氧乙烷是一种在石油化工行业需求量最大的中间体。

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