乙烯环氧化反应器本质安全化设计研究
环氧乙烷/乙二醇装置是现代化工行业中主要用来生产有机化工产品环氧乙烷、乙二醇的装置。乙烯环氧化反应器是环氧乙烷/乙二醇装置中的重要设备,经常发生飞温，烧毁催化剂，导致反应管和壳体损坏，造成装置停工，严重时引起火灾、爆炸事故，给国家、社会和企业造成重大的损失。预防事故发生最根本的方法是在设计阶段尽可能消除或控制潜在风险，实现装置的本质安全化。本课题在传统工程设计方法的基础上，提出了乙烯环氧化反应器本质安全化设计的方法。首先利用危险与可操作性(HAZOP)分析方法对环氧乙烷/乙二醇装置进行风险分析，辨识过程中存在的风险及其可能发生原因，预测事件发生可能导致的事故后果，并由此提出改进建议和措施以避免风险蔓延;其次，为了避免乙烯环氧化反应器发生飞温，依据HAZOP分析结果，利用FLUENT数值模拟的方法定量研究可能会造成乙烯环氧化反应器飞温产生的因素，为固定床反应器和催化剂设计，以及设定稳定安全生产操作工况条件等提供了技术依据;最后，在以上研究基础上，构建了装置本质安全工程设计知识库以辅助本质安全化设计，为反应器本质安全化设计提供理论指导，主要研究内容如下:
(1)对环氧乙烷/乙二醇装置进行HAZOP定性分析，识别装置中存在的风险，主要分析了乙烯环氧化反应器运行中可能存在的问题，重点分析飞温原因、可能后果的严重程度和发生频率，评定可能事件的风险等级，提出了预防事故发生或控制事故后果影响程度的建议和措施。
(2)为定量给出反应器本质安全设计经验指导，本课题利用FLUENT软件对催化剂不同排列方式下，固定床反应器内流体流动和传热情况进行数值模拟，分析在不同的空隙率下，气体入口速度变化对床层压降和壁面换热系数的影响。研究结果表明:在工艺条件和生产要求允许的情况下，为避免飞温的发生保障反应器的本质安全，乙烯环氧化反应器应设计选用适中的空隙率和催化剂旋转角度，操作中采用较小的气体入口速度，从而保证反应器安全稳定的运行。
(3)总结HAZOP分析报告中的内容并对环氧乙烷/乙二醇装置进行设备类别划分，并结合HAZOP分析和FLUENT模拟结果，编辑了可视化的环氧乙烷/乙二醇装置本质安全工程设计数据库界面，实现经验的传承与积累，指导反应器的本质安全化设计。
乙烯环氧化反应器;飞温事故;安全化设计;HAZOP分析;值模拟
北京化工大学
硕士
流体机械及工程
王峰
2013
中文
TQ205;TQ052.5
105
2013-12-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）