西安石油大學成人高等教育畢業設計（論文）PAGEPAGE１８成人高等教育畢業設計（論文）題目_________________________________學號_________________________________學生_________________________________聯系電話_________________________________指導教師_________________________________教學站點_________________________________專業_________________________________完成日期_________________________________論文題目學生姓名教學站專業班級內容與要求設計(論文）起止時間20年月日至20年月日指導教師簽名學生簽名學生姓名教學站點專業、班級論文題目序號評審項目指標分值評分1工作態度對待工作嚴肅認真，學習態度端正.2能夠正確處理工學矛盾,按照要求按時完成各階段工作任務。22工作能力與水平能夠綜合和正確利用各種途徑收集信息,獲取新知識.1能夠應用基礎理論與專業知識,獨立分析和解決實際問題.1畢業設計(論文）所得結論具有應用或參考價值.1基本具備獨立從事本專業工作的能力.13論文質量論文條理清晰，結構嚴謹；文筆流暢，語言通順.2方法科學、論證充分；專業名詞術語使用準確。2設計類計算正確，工藝可行,設計圖紙質量高，標準使用規范.4工作量論文正文字數達到8000及以上。不足8000字的,每少500字扣2分。85論文格式論文正文字體字號使用正確,圖表標注規范.3論文排版、打印、裝訂符合《西安石油大學繼續教育學院畢業設計（論文)撰寫規范》的要求。66創新工作中有創新意識；對前人工作有改進、突破,或有獨特見解。1是否同意參加評閱（填寫同意或者不同意)：總分30說明有下列情況之一的畢業設計（論文）不得參加評閱：1、畢業設計（論文）選題或內容與所學專業不相符的；2、畢業設計（論文）因1/2以上內容與他人論文或文獻資料相同，被認定為雷同的；3、正文字數不足6000字的.評語：指導教師：年月日學生姓名教學站點專業、班級論文題目序號評審項目指標滿分評分1選題畢業設計(論文)選題難易程度適中，具有實際或理論意義.52論文質量畢業設計(論文)能反映學生對所學的基礎理論與專業知識進行綜合運用的能力.5條理清晰,結構嚴謹;文筆流暢,語言通順.5方法科學，論證充分；專業名詞術語準確.5設計類計算正確，工藝可行，設計圖紙質量高，標準使用規范。3工作量完成任務書規定的內容。論文正文字數達到8000及以上。不足8000字的,每少500字扣6分。204規范化論文正文字體字號使用正確,圖表標注規范。10論文排版、打印、裝訂符合《西安石油大學繼續教育學院畢業設計（論文)撰寫規范》的要求.155創新對前人工作有改進、突破,或有獨特見解。5總分70說明有下列情況之一的畢業設計（論文）按“0”分記：1、畢業設計（論文）審查成績單中的審查成績欄內為“取消”字樣的；2、畢業設計（論文）選題或內容與所學專業不符的;3、畢業設計（論文)因1/2以上內容與他人論文或文獻資料相同，被認定為雷同的;4、正文字數不足6000字的。評語：評閱人：年月日摘要乙二醇在經濟中有著極其重要的地位.用于生產聚酯纖維、薄膜、容器瓶類等系列產品和汽車防凍劑，還可用于除冰劑、表面涂料、表面活性劑、增塑劑等化工產品的原料。因此，發展和技術改造乙二醇工藝設計對我國經濟發展有著重要的意義。在本設計中，進行對原料、產品的說明，生產方法的選擇，工藝流程介紹，根據反應原理進行原料配比.其中,整個工藝流程及原料的投入量是本設計的核心部分，關系著乙二醇的產品的質量和產量，因此本設計以工藝流程和原料投入量為中心和重點,經過原料投入量的嚴密的計算和論證，得到了肯定的結果。關鍵詞乙二醇環氧乙烷精制溫度壓力AbstractTheglycolhastheextremelyimportantstatusintheeconomy。Forproducingpolyesterfiber，thinfilmandvesselbottlekindandotherserialproductsandautomobileantifreeze，butmayalsobeusedinthede—icingagent，superficialcoating，surfaceactiveagent,plasticizerandotherproductofchemicalindustryoftherawmaterials。Therefore，thedevelopmentandtechnicaltransformationglycoltechnologicaldesignhasthevitalsignificancetoourcountryeconomicdevelopment。Inthisdesign,carriesontotheexplanationofrawmaterialandproduct，thechoiceofproductionmethod，thetechnicalprocessintroducedthatcarriesonthemolarratioofrawmaterialsaccordingtothereactionprincipal.And,theinputsofentiretechnicalprocessandrawmaterialarethecorecomponentofdesign，isrelatingglycolthequalityandoutputofproduct，thereforethisdesigncentersonthetechnicalprocessandrawmaterialinputsthecenter，afterthestrictcomputationandproofofrawmaterialinputs，obtainedtheaffirmativeresult。Keyword：GlycoloxiranePurificationTemperaturePressure目錄TOC\o”1—3”\h\u24334第一章乙二醇工業的發展概況42776一、乙二醇工業的發展421645二、國外乙二醇工業的概況4三、547國內乙二醇工業的概況517265第二章生產工藝6一8900、產品說明6二22217、生產乙二醇的原料說明7三20910、乙二醇的生產方法介紹及方法的選擇7四、13650生產乙二醇的反應原理9五479、生產乙二醇的工藝條件9六、6268生產乙二醇的設備及反應器的選擇10第三章生產30662乙二醇的工藝流程11一、16613水和反應11二、16613溶液蒸發12三、16613乙二醇脫水及濃縮13四16613、乙二醇精餾1326808第四章工藝計算14一、16613反應器的物料衡算14二、16613原料質量的計算14三、16613原料的總投入量153093第五章乙二醇生產的安全技術16一、2636毒物與防護16二、32654包裝與儲運167711六、乙二醇生產技術的展望及發展建議17一、26826乙二醇生產技術的展望17二、20361乙二醇生產技術的發展建議17總結188183參考文獻19第一章乙二醇工業發展概況一、乙二醇工業的發展乙二醇在有機化工生產中是一種重要的基本原料,尤其廣泛用于聚酯纖維、聚酯塑料的生產。在汽車、航空、儀表工業的冷卻系統中，它是抗凍劑的重要成分.在溶劑、潤滑劑、軟化劑,增塑劑和炸藥的生產中也有多種用途.乙二醇首次用氫氧化鉀水解乙二醇二乙酸酯制得的。第一次世界大戰期間，人們利用乙二醇的二硝酸酯能降低甘油凝固點的特性來代替甘油生產炸藥。本世紀20年代，隨著汽車工業的發展，抗凍劑的需求猛增，導致了乙二醇供不應求。當時是采用氯乙醇皂化法生產乙二醇。50年代中期，聚酯樹脂的開發成功和投入生產,再度刺激了乙二醇工業的發展,由石油化工基本原料乙烯或環氧乙烷的氧化、水解制乙二醇的方法開始占據主導地位.70年代,在經歷了石油能源危機之后,人們又試圖尋求以天然氣或煤替代石油制備乙二醇的方法.二、國外乙二醇工業的概況世界乙二醇技術進展主要可歸結為以下幾點:1。乙二醇裝置向更大型化發展.2。環氧乙烷催化劑將向高活性和高選擇性兩方面發展.3.環氧乙烷加壓水合技術將得到工業應用。環氧乙烷加壓水合技術的開發解決了通常乙二醇生產中大量耗能這一問題。三、國內乙二醇工業的概況在國內乙二醇市場供需方面，由于聚酯工業迅速發展，乙二醇消費量明顯上升.目前我國80％的乙二醇用于聚酯生產，8％用于防凍劑,12％用于其它方面。乙二醇作為重要有機化工原料和聚酯單體，對國民經濟各部門的發展和國計民生，尤其是人們的衣著有著十分密切的關系.隨著我國進入全面小康社會，發展我國的乙二醇工業勢在必行。發展乙二醇工業關鍵在于發展具有我國自主知識產權的技術，除加強對現有引進技術的消化吸收外，應該加強科技投入，加快環氧乙烷加壓水合工藝的技術開發,以進一步促進我國乙二醇工業的科技進步。第二章生產工藝一、產品說明1.乙二醇的物理性質常溫下是無色透明的粘稠狀液體，稍有甜味，有一定毒性,其發揮性小,閃點高，吸濕性超過甘油,微溶于乙醚,能以任意比例與水相混合，能大大降低水的冰點.當含鐵雜質時其變黃或棕色（受熱等條件下變成棕色）。2.乙二醇的化學性質（1）脫水反應:乙二醇的兩個烴基不易發生分子內脫水,只有在高溫熱解時才生成少量乙醛HOCH2CH2OH→H2O+CH2=CHOH→CH3CHO（2）酯化反應：乙二醇可與某些有機二元酸反應,生成線性結構的聚酯。乙二醇與鄰苯二甲酸反應可制得醇酸樹脂，是涂料的主要品種。（3)醚化反應：乙二醇的醚化隨反應物加入量的不同會生成乙二醇單烷基醚或二烷基醚，各種乙二醇醚類的主要用途是作溶劑、清洗劑和各類添加劑.3.乙二醇質量指標純度:99.8％;雜質：總醛≤0。001％（以乙二醛計）；水分≤0。05%；酸度≤0。001%（以乙二酸計）;灰份≤0。001％,氯化物≤0.0001％.二、生產乙二醇的原料說明環氧乙烷(分子式C2H4O,分子量為44。05)1。物理性質環氧乙烷又叫氧化乙烯，是無色具有烯烴芳香味的有刺激性氣味，環氧乙烷是極易燃的，并與空氣形成爆炸性混合物，即使在缺氧條件下加熱也可引起爆炸危險.在空氣中爆炸極為3%—100％,能以任何比例與水、乙醇、醚以及多數有機溶劑混合，沸點為10。6℃,在低于10。6℃或壓力下為無色液體,在流動狀態下易揮發，由于反應性很活潑，貯藏保管都有要特別注意.2.化學性質環氧乙烷是三元環、化學性質很活潑,其環易于破壞而發生各種化學反應。3.環氧乙烷質量指標表1環氧乙烷質量指標指標數據指標數據外觀熔點（101。3kpa)水含量/（mg/kg）透明，無色283。950CO2含量/（mg/kg)醛含量mg/kg）環氧乙烷含量/％105099.5三、乙二醇的生產方法介紹及方法的選擇1。生產方法的介紹(1）氯乙醇法:乙烯經次氯酸化可得氯乙醇，氯乙醇在堿性介質中水解即得乙二醇。（2)二氯乙烷法：由乙烯和氯氣在1，2一二氯乙烷介質中氯化可得1，2一二氯乙烷，乙烷在堿性介質中水解成乙二醇.本法收率約85％，美國早期曾采用此法進行工業生產.（3）環氧乙烷加壓水合法：環氧乙烷加壓水合法是本設計生產乙二醇的主要方法，該工藝是將環氧乙烷和水按1:（15-22）(摩爾比）配成混合水溶液，在管式反應器中于423—473K,1。5—2。0MPa下反應,環氧乙烷全部轉化為混合醇,生成的乙二醇水溶液含量大約在10%（質量分數)左右，然后經過多效蒸發器脫水提濃和減壓精餾分離得到乙二醇及副產物二乙二醇和三乙二醇等。(4）碳酸乙烯酯法：碳酸乙烯酯法合成乙二醇是由二氧化碳和環氧乙烷在催化劑作用下反應生成碳酸乙烯酯，碳酸乙烯酯再經水解制得乙二醇。該方法又可分為乙二醇和碳酸二甲酯聯產法和碳酸乙烯酯水解法兩種生產方法。2。生產方法的選擇通過比較，本設計采用環氧乙烷加壓水合法，此法在加壓下進行,是在423—473K和1。5—2。0MPa壓力下進行.增加壓力和提高溫度可以提高乙二醇的產率，但副產物二乙二醇，三乙二醇及高聚物的量也有所增加，即環氧乙烷轉化為乙二醇的選擇性變差.為了提高選擇性，可以采用較高的配比以控制副反應，一般主副產品控制比例為：乙二醇:一縮乙二醇：二縮乙二醇為100:10:1（重量比），實際上乙二醇在水中的含量僅為10％,因而增加了濃縮的能耗，通過多效蒸發,充分利用能量。此法由于技術和經濟上的優勢，工藝成熟,技術完善,故本設計采用此方法.四、生產乙二醇的反應原理1.主反應在一定溫度和壓力下，環氧乙烷和水按一定配比可進行液相無催化水合反應,主要方程式為C2H4O+H2O→HO—CH2-CH2-OH2。副反應水合反應不僅僅停留在生成乙二醇的階段，隨著反應介質中乙二醇濃度的增加乙二醇會繼續與環氧乙烷反應生成二乙二醇、三乙二醇等多縮乙二醇副產物.其反應方程式為HO-CH2—CH2—OH+C2H4O→HO—CH2—O-CH2—CH2-OH(DEG）DEG+C2H4O→HO-CH2-CH2-O—CH2CH2—0—CH2CH2—OH(TDG)……此外，環氧乙烷在高溫下,有可能異構成乙醛。當有堿金屬的氧化物存在時，將催化加速這一異構反應.一旦生成乙醛,將是十分有害的，因為乙醛易被氧化生成醋酸而腐蝕設備。所以，生產中對反應水一定要嚴格分析控制,要符合所規定的質量指標。五、生產乙二醇的工藝條件1。溫度和壓力溫度對乙二醇的收率及其產物分布的影響不大。在無催化水合反應時,為提高反應速率,必須適當的提高反應溫度.為保證反應在液相中進行,在提高反應溫度的同時，必須相應地提高反應壓力。當反應溫度為423—473K時,相應的水合反應壓力為1.5-2。0MPa.在工業生產的操作壓力范圍內，水合壓力對反應產物的分布無明顯影響。2。原料配比進料中環氧乙烷與水的配比是乙二醇生產中的一個重要參數，因為此參數直接影響反應產物的分布。工業上為獲得較高收率的乙二醇,通常采用環氧乙烷與水的摩爾比為1：（15—22）。在本設計中采用環氧乙烷與水的摩爾比為1：18.3.水合反應時間環氧乙烷水合反應為不可逆的放熱反應,在操作溫度和壓力確定下，還必須保證有相應的水合反應時間。因為水合反應時間太短,反應不完全，環氧乙烷的轉化率低，結果不但造成原料浪費,而且還影響產品質量；反之，水合反應時間過長，影響經濟效益。當反應溫度為423—473K、反應壓力為1。5—2。0MPa時，反應時間為20—35min，甚至更短.六、生產乙二醇的設備及反應器的選擇主要設備有乙二醇管式反應器、多效蒸發器、乙二醇脫水塔、乙二醇精餾塔等.水合反應器的型式對水合反應的影響很大。因為在環氧乙烷水合生成乙二醇的同時,還發生復雜的連串副反應，可生成一系列高碳鏈的二元醇，而且其反應速度是生成乙二醇速度的1。6倍.對這樣的反應系統，若反應物料在反應器中發生返混現象，將會影響水合反應的產物分布,最終導致目的產物乙二醇收率下降。為了減少環氧乙烷與乙二醇的過度接觸，即減少水合反應器內流體的返混現象,應使流體盡可能接近理想置換流型。第三章生產乙二醇的工藝流程環氧乙烷加壓水合生產乙二醇的工藝流程如圖1所示。圖1環氧乙烷加壓水合生產乙二醇的工藝流程1—水和反應器；2—效蒸發器再沸器;3—效蒸發器；4—二效蒸發器再沸器；5-二效蒸發器;6—真空蒸發器再沸器;7—真空蒸發器；8—脫水器；9-乙二醇精餾塔；10—乙二醇回收塔該工藝可分為水和反應、溶液蒸發、干燥和精餾四大工序.一、水和反應乙二醇反應是在液相中進行的，反應在反應預熱器就已開始進行。環氧乙烷水溶液經預熱到423K，進入絕熱管式水合反應器1。因反應熱，反應物料溫度可升至443K-473K。反應器進料中環氧乙烷與水的摩爾比為1：18，環氧乙烷基本上達到全部轉化,除生成乙二醇外，還有二乙二醇、三乙二醇等生成。生成乙二醇的反應是放熱反應，因此含有過量的水和乙二醇的產品離開反應器時溫度升高.需要保證足夠的壓力使反應系統保持液相。氣相環氧乙烷在反應器中基本上不反應，因此應避免環氧乙烷汽化。如果進料中環氧乙烷含量減少，乙二醇產品中精溜乙二醇組分比例將增加，隨之被蒸發出去的水份也會增加。乙二醇的循環會增加多乙二醇產品的比例，降低精溜乙二醇產品的最終產量。二、溶液蒸發反應器流出的稀乙二醇溶液，其乙二醇質量分數為11％—12％左右，含水量約85％以上，需經蒸發系統（由五效蒸發和真空蒸發組成）蒸發脫水和濃縮。蒸發器共六個，為順流逐步降壓操作,前五個蒸發器的操作壓力分別為1。12MPa、0。86MPa、0.63MPa、0。42MPa、0。21MPa，第六個為真空蒸發器.蒸發器的加熱熱源除第一效用中壓蒸汽加熱外,其余各銷蒸發出來的蒸氣作為熱源.各蒸發器用脫離子水作為回流水,以防止乙二醇裝置的腐蝕并可使乙二醇雜質減少.通過蒸發系統把水蒸發掉,回收乙二醇反應器產品中的乙二醇。乙二醇反應器產品效蒸塔的再沸器由中壓蒸汽供熱。塔頂蒸汽作為下一步蒸發即二效蒸發器再沸器的熱源.二效蒸發器頂蒸汽又作為三效蒸發器再沸器的熱源.從乙二醇反應器產品蒸發塔塔釜來的乙二醇溶液作為蒸發器進料，三效蒸發器釜液進入乙二醇真空蒸發器中,真空蒸發器在真空下操作,基本上把剩余的水分全部脫除。三、乙二醇脫水及濃縮粗乙二醇由真空蒸發器塔釜泵送到乙二醇脫水部分.真空蒸發器7底部排出的粗乙二醇中水的質量分數(下同)約10％,進入脫水器8進行真空蒸餾脫水，使含水量降到0。06以下。由于乙二醇及其縮合物沸點較高，為避免在高溫下操作,影響產品收率及質量,脫水塔以及后續個塔均采用減壓操作。脫水塔的操作壓力可使塔頂蒸汽在一定的溫度、壓力條件下，能用冷卻水冷凝下來,一部分塔頂冷凝液作為脫水塔的回流,其余部分的凝液送到污水處理系統。四、乙二醇精溜脫水塔釜液送至乙二醇精餾塔9，使乙二醇、二乙二醇、三乙二醇等分離。在乙二醇精制塔中,含量在99。9％以上的乙二醇產品從塔頂上部側線采出;塔釜液中含乙二醇、二乙二醇、三乙二醇等多乙二醇，送乙二醇回收塔10.在乙二醇回收塔中,乙二醇從上部側線分出并返回脫水塔。塔釜液主要是二乙二醇、三乙二醇等多乙二醇，經分離可得到純度較高的二乙二醇和三乙二醇(圖末未畫其分離流程）,而四乙二醇及其以上的多乙二醇不再分離。第四章工藝計算反應器的物料衡算:一、計算依據反應器進料中環氧乙烷和水的摩爾比為1︰18,因為環氧乙烷在反應器中基本達到全部轉換,故可設為98%，乙二醇年產量為5萬噸.二、原料質量的計算由于原料為環氧乙烷和水，設環氧乙烷的質量為m環氧乙烷，水的質量為m水所以，依據已知條件n環氧乙烷︰n水=1︰18；環氧乙烷轉換率為98％；乙二醇年產量為5萬噸；M環氧乙烷=44g/mol，M水=18g/mol由此可計算m環氧乙烷和m水因為n環氧乙烷︰n水=1︰18m環氧乙烷︰M環氧乙烷=m水︰M水=1/18（1)m環氧乙烷︰m水×M環氧乙烷︰M水=1/18m環氧乙烷︰m水×18/44=1/18m環氧乙烷︰m水=1/18×44/18=0。1358由于環氧乙烷轉換率為98％,乙二醇年產量為5萬噸，可計算得m環氧乙烷和m水：m環氧乙烷+m水=5×107/98％(2）=5×109/98=5.1×107(kg)由（1）、(2）式可知:m環氧乙烷=0。1358m水（3)m環氧乙烷+m水=5。0×107（kg）(4）把（3）式代入（4）式可計算得：0。1358m水+m水=5。1×107（5）1。1358m水=5。1×107m水=4.49×107(kg）由（4)、（5)式聯立可得：m環氧乙烷+4。49×107=5。1×107m環氧乙烷=0.61×107(kg)三、原料的總投入量由于生產是連續生產，一年按360天計算,一天24小時，設環氧乙烷的流量為F環氧乙烷，水的流量為F水.由以上計算知：m環氧乙烷=0.61×107（kg）m水=4.49×107（kg）所以,F環氧乙烷=m環氧乙烷/(360×24）=0。61×107/(360×24)=0。0000706×107=706（kg/h）第五章乙二醇的生產的安全技術一、毒物與防護1。毒性及危害乙二醇對低級脊椎動物無嚴重毒性,但對人類則不同。由于乙二醇沸點高，蒸氣壓低,一般不存在吸如中毒現象，但大量飲用（個別不足50g）會刺激中樞神經，引起嘔吐、疲倦、昏睡、呼吸困難、臟充血和出血、脂肪肝、尿閉、支氣管炎肺炎等癥狀。急性中毒表現為中樞神經損害，急性腎功能衰竭、肺損害表現.乙二醇中毒后期改變主要是乙二醇體內代謝產生毒性更強的乙醇醛、乙醇酸、水合乙醛酸及草酸引起腎臟、肺臟及視神經損害表現。同時有急性腎衰及肺損害.2。防護方法誤服者應立即用1：2000高錳酸鉀溶液洗胃和導瀉,嚴重者應立即送醫院診治。乙二醇容器上標明“有毒”字樣,以防誤服及吸入乙二醇蒸氣.操作人員應穿戴防護用具,定期進行體檢，特別是尿常規檢查.二、包裝與儲運乙二醇閃點和沸點高，蒸氣壓低,毒性小，沒有腐蝕性等,所以處理,運輸和貯存比較簡單不需要特殊措施。通常乙二醇可貯存與符合一定規范的鐵制容器；但是,如果需要長期貯存和防止鐵的沾污,則貯存的容器可用乙烯基樹脂或粉醛樹脂襯里，或用鋁制容器或不銹鋼容器。乙二醇的包裝可用鍍鋅鐵桶，每桶100kg或200kg.第六章乙二醇生產技術的展望及發展建議一、乙二醇生產技術的展望近年來，對環氧乙烷水合法的改進主要是圍繞節能進行，尤其是如何降低反應水比。研究的重點是選擇一種交好的催化劑，使環氧乙烷在較低的水比下能水合得到較高的乙二醇選