环氧乙烷水合反应器的简易设计方法

环氧乙烷水合反应器的简易设计方法 O’HOH

这是放热反应,可维持反应的温度.

在环氧乙烷水合反应中生成的乙二醇,能再与 环氧乙烷反应,生成二乙二醇,三乙二醇及多乙二 醇,这些反应统称副反应,它们也是放热反应. 目前,环氧乙烷水台反应大都在管式反应器内 进行.管式反应器能有效地减少流体返混现象,使 流体流动接近理想置换形态,提高乙二醇产率;反 应设备结构简单,便于维护检修.是一种较为理想 收精日期一1996—08一l6 的水合反应器.

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1环氧乙烷水台反应的影响因素

影响反应最终结果的因素有原料配比,水合温 度,水合压力和水合时间.

1.1原料配比

环氧乙烷水合反应的试验研究结果表明,水与 环氧乙烷的分子比对产品分布有明显影响,产品分 布主要取决于水与环氧乙烷的分子比,即当原料配 比相同时,产品分布是基本相同的.

乙二醇的选择性随水与环氧乙烷分子比的增 大而增高.为了要得到多的乙二醇产品,水比应该 大些.但是应该看到,由于分子比的增大,一般说来 在同样生产能力下设备容积要增大,造价相应增 高另外,得到乙二醇水溶液浓度降低了.这样便须 要消耗大量的热能除去稀溶液中的水分,因此操作 36.石油化工设计第14卷

费用也增加.由此可见,水与环氧乙烷的分子比也 不易过大.

工业生产中,水与环氧乙烷的分子比通常为 15~20,这样可获得较高的乙二醇产率.我国引进 的一些乙二醇生产装景,水与环氧乙烷的分子比为 22.

1.2水合温度

在没有催化剂的情况下,为了加快反应速度.

必须适当提高反应温度.提高水合温度就必须提高 水合压力,从而对设备的结构和材料就要提出更高 的要求.

因此,水合温度也不宜过高,工业生产中,通常 为150~220?.

研究工作结果表明,水合温度只是影响到反应 的速率,对产品分布无明显影响. 1.3水合压力

在无催化剂时,由于水合反应是在较高温度下 进行,为了保持液相反应,所以必须进行加压操作. 压力大小与水合温度有关,在工业生产中,当水合 温度为150,22O?时,水合压力则相应为1, 2.5MPa.

研究工作结果表明,在工业生产的压力范围 内,水合压力对产品分布也无显着影响. 1.4水合时间

环氧乙烷水合是不可逆的放热反应,在一般工 业生产的条件下,环氧乙烷转化率可接近100, 这里的关键是,在一定的水合温度,水合压力条件 下,要保证有相应的水合时间.如果水合时间太短, 反应不完全;反之,水合时间过长,显然是没有必要 的.在工业生产中,当水台温度为15O,22O?,水 合压力为1,2.5MPa时,相应的水合时间则为 35~20min.

因此,一定的水合时间是水合反应的保证条 件

2简易数学模型

从上连的环氧乙烷水合反应的影响因素中我 们可以得到如下的结论: ?一定条—反应速度常数; r——反应停留时间} ——

环氧乙烷转化率.

根据公式(2),用环氧乙烷转化率和反应时

间r,可求出反应速度常数.这样,就可用实验的 方法求得不同反应温度T下的k值.

反应速度常数k与反应温度T的关系式可用 阿累尼乌斯公式表示,其形式为:

一koe-寿(3) 上式可变为:

In=In一番或Ink=A+Bf手) (4)

只要已知两点温度下的值,由公式(4),就可 求出常数A和占,即得到了反应速度常数h与反 应温度T的关系式,进而由公式(2)求得一定反应

第1期张守义等.环氧己烷水台反应器的简易设计方法?37? 停留时间下环氧乙烷的转化率. 3应用

公式(4)中的常数A和B,可以在实验室中求

得,这要花费很多人力物力.也可从现有装置上不 同水合温度下的操作数据中推导得出,这是最为简 捷的途径.当然,在获取数据时,必须首先确定水与 环氧乙烷的分子比.一般工业生产中的水比为22. 应用本方法,对某装置进行扩能改造,结果见 表首先,应用公式(2),(4),采用装置一1和装置 --

2(水比一22)的原始数据,推导得到:A一

11.42623,B一一5319.25装置一2扩能改造,介质 流量由66.45m/h提高到94.86m/h,不改变原反 应器设备,反应的停留时问由36.83rain减少到 25.82rain,可计算得到反应入口温度应由107?上 升到118?.

对某装置进行扩艟改造的结暴衰 4讨论

(1)上述是用于装置改造的方法,也同样可应 用于工业水合管式反应器的设计,采用公式(2), (4)和A,B值计算水合反应的停留时间和反应器 的体积.

(2)公式(2),(4),理论上是有普遍性的,而A,

B的值是在水合反应的水比(分子比)一22的条件 下推导出来的;并且,其产品分布也必须是水比(分 子比)一22的条件下得出的试验值.

(3)在设计中,计算得反应器的体积后,直径的 确定虽有一定的随意性,但要符合下列的原则:? 介质流体的雷诺数Re~100000;?反应器设备的 长径比不要太大I@流体在反应器设备内的压力降

不要过高

(4)在水合反应器的设计中,环氧乙烷最终转 化率的取值不要太高,约为99.7即可.例如,表 中装置一2,在固定的条件下,反应停留时问为 36min,转化率为99.7I当转化率要求为99.95 时,则反应停留时间需要47.46min,反应器的长度 也由146m增加到188m,这是没有必要的. (5)反应器设计中,必须考虑反应的温升.当水 比为22时,反应绝热温升为48”(2考虑到反应器 的热损失,反应的温升可按45?计算.

在公式(4)中的T值,应按反应进出口温度的 对数平均值计反应温度不同,介质流体密度和粘 度也随之不同.

(6)反应器入口温度有一定的范围,建议不要 超过130?,因为环氧乙烷在高温下,有可能异构 化而生成乙醛,乙醛易被氧化,生成醋酸而腐蚀设 备.

(7)表中的装置一2改造,计算的数据有待 石油化工设计第14卷

生产实践的验证. 5结论

环氧乙烷水合反应,通过对反应条件的基本分 析和反应力学基本理论的推导,得到公式(2)和公 式(4).

当水比(分子比)=22时,用生产装置的数据 求得

A一11.42623.B一——5319.25

此方法可用来进行水合反应器的设计或改造.

参考文献

1月般思辱墙,坪囊乙靛与乙=尊生产,1979年 2豫仁学主编,化学反应工程与反应器.1988年 Simpledesignphilosophyofethyleneoxidereactor ZhangShouyiLiuJinzhongXiaoXuejun

(BeijingPetrochemicalEngineeringCo.ofSINOPEC,100101)

Thispaperintroducesasimpledesignphilosophyofethyleneoxidereactorats pecificconditions.

Keywords:ethyleneoxidehydrationreactionwaterratioconversionratereacDXDiTa9E3d tionvelocityconstant reactionresidencetime

主要国家与地区的合成纤维生产

中国,韩国等亚洲国家的合成纤维生产在1985~1995期间,呈高速增长(10~5的态势.该地区的产量

占世界产量的份额已由1980年的15%增至35,1995年则猛增至47. 主要国家和地区的合成纤维生产量(万t) (木刊瞌辑部)