甲醇氧化生產(chǎn)甲醛

1、醇氧化生產(chǎn)甲醛摘 要該甲醇氧化生產(chǎn)甲醛的設(shè)計采用銀催化劑的 “甲醇過量法”也稱“銀催化法” 制甲醛的工藝，甲醇氧化生產(chǎn)甲醛工藝的計算包括去除硫、氯等有害雜質(zhì)、 氧化 脫氫工段進行設(shè)計計算，從最初的可能出現(xiàn)的過程到甲醛生產(chǎn)的開工和產(chǎn)品，具制造過程的資料信息，比如說設(shè)備參數(shù)，生產(chǎn)原材料的材料的介紹，花費消耗， 物化性質(zhì)都需要進行設(shè)計。并且繪制了工藝流程圖，設(shè)備布置圖。他們給出了過程的完整的技術(shù)描述。說明書中對甲醛生產(chǎn)的過程的操作說明和設(shè)備設(shè)計給出了 一步接一步的詳細說明。設(shè)計過程包括三個部分：即物料衡算、熱量衡算、設(shè)備 計算。在物料衡算的基礎(chǔ)上，對整個裝置進行了能量衡算，并通過衡算得出了 裝置加熱

2、蒸氣量，軟水耗量，入網(wǎng)蒸氣富余蒸氣量以及吸收工段各塔自身的循環(huán) 量和冷卻水耗量。其中對蒸發(fā)器、過熱器、吸收塔、氧化器作了詳細的熱量衡算。 在物料衡算和熱量衡算的基礎(chǔ)上，對設(shè)備進行了選型，及經(jīng)濟分析核算，安全問題與市場消費情況進行一定程度的討論。第一章 總述概述甲醛的物理性質(zhì)甲醛：福爾馬林;Formalin; Methanal;Formaldehyde性質(zhì)：氣體的相對密度1.067(空氣=1)。液體的相對密度0.815(-20 C) 熔點-92C。沸點-19.5 C。易溶于水和乙醇。水溶液的濃度最高可 達55%,通常是40%,稱作甲醛水，俗稱福爾馬林(formalin ), 是有刺激氣味的無色液

3、體。保藏于冷處時，生成仲甲醛而變渾濁。蒸發(fā)時也生成仲甲醛。加入8%-12%P醇，可防止聚合。有強還原作 用，特別是在堿性溶液中。能燃燒。蒸氣與空氣形成爆炸性混合物， 爆炸極限7%-73%(體積)。著火溫度約300 C 0甲醛的化學性質(zhì)甲醛分子結(jié)構(gòu)中存在談基氧原子和 2-氫原子，化學性質(zhì)活潑，能與許多化合 物進行反應(yīng)，聲稱許多化學產(chǎn)品。1加成反應(yīng)有機溶劑中，甲醛能與單烯姓:催化加成反應(yīng)，生成二烯姓;或者相應(yīng)的醇類。 在堿性溶液中，甲醛與氟化氫加成反應(yīng)生成乙月青醇， 在HOCH2CN工業(yè)，用該 反應(yīng)制取氨基酸系列產(chǎn)品，俗稱 Mannich反應(yīng)。在乙烘銅銀催化劑的作用下， 甲醛與單煥姓:加成反應(yīng)生成

4、烘屬醇。 在堿性或中性條件下，甲醛與不飽和胺加 成反應(yīng)生成相對穩(wěn)定的單甲醇基和二甲醇基的衍生物。，在堿性的條件下，醛 還可以與含2個氫原子的醛和酮加成反應(yīng)生成單羥甲基和多羥甲基醛。2縮合反應(yīng)甲醛自身能緩慢進行縮合反應(yīng)，生成低級的羥基醛、羥基酮和其他的羥基 化合物，在堿性的條件下，能加快反應(yīng)的進行。甲醛還能與各種化合物進行縮 合反應(yīng)，著稱ToUes反應(yīng)，在堿性的條件下反應(yīng)生成羥甲基化合物；在酸性條件下或其相進行縮合反應(yīng)則生成甲烯基化合物衍生物。3聚合反應(yīng)甲醛的特殊性質(zhì)為自身容易聚合， 但干燥的甲醛氣體是十分穩(wěn)定的，僅在 同時出現(xiàn)部分沉淀。甲醛常發(fā)生的聚合反應(yīng)有二聚反應(yīng)。4談基化反應(yīng)在鉆或銘催化劑

5、的作用下，110C, 13-15Mpa條件下，甲醛與合成氣進行 談基化反應(yīng)；在過渡金屬催化劑，液體催化劑或者固體催化劑的作用下，甲醛 與一氧化碳進行染化反應(yīng)；在染基銘催化劑和鹵化物促軍作用下， 甲醛和合成 氣能進行因素化反應(yīng)生成乙醛，進而生成乙醇。5氧化反應(yīng)在低于300c時無催化劑作用其分解速率相當緩慢。在400C ,分解速率為每分鐘0.44%,工業(yè)上看到的甲醛的分解歸因于反應(yīng)器壁效應(yīng)或催化劑的作 用。6氧化反應(yīng)許多金屬以及金屬氧化物都能使甲醛還原成甲醇，甲烷或是甲醛深度氧為甲酸，二氧化碳和水。甲醛的用途甲醛有著廣泛的用途，其中約 65%的消費量是用于生產(chǎn)甲醛樹脂，主要 有月尿醛樹脂（膠粘劑、

6、氨基塑料）、酚醛樹脂（膠粘劑、酚醛塑料、殺車片）、蜜 胺甲醛樹脂（膠粘劑、蜜胺塑料）及其他各種甲醛樹脂；其次是用于生產(chǎn)聚甲醛 樹脂、聚甲醛工程塑料，多聚甲醛，烏洛托品，季戊四醇，新戊二醇，三羥甲 基丙烷，三羥甲基乙烷，二羥甲基丙酸，叱噬及其衍生物，烘醛法 1, 4一丁 二醇及其衍生物（PBT、n、PT. MEG 7-丁內(nèi)酯、N 一甲基叱咯烷酮（）、乙烯 基叱咯烷酮、聚乙烯基叱咯烷酮），二苯基甲烷異氟酸酯（MDI）,螯合劑（EDTA NTA等），聚乙烯醇（維尼綸），甲縮醛，硝基烷姓:衍生物（三羥甲基硝基甲烷、三羥甲基氨基甲烷等），月尿醛預(yù)縮液，緩釋肥料大顆粒尿素），纖維處理化學制 品，紙張?zhí)幚砘?/p>

7、學制品等等，有16個大類近幾百個品種。同時甲醛在農(nóng)藥、 醫(yī)藥、炸藥和染料工業(yè)，還可做殺蟲劑、消毒劑、溶劑和還原劑在農(nóng)業(yè)上可做 尿素一甲醛型緩效肥料。甲醛工業(yè)的發(fā)展及需求狀況甲醛幾乎都采用甲醇空氣氧化法制得， 按所用催化劑的不同類型，可分為 鐵鋁催化劑法和銀催化劑法。國外現(xiàn)有甲醛生產(chǎn)裝置中約70%使用銀法工藝，近幾年新建甲醛裝置大部分采用鐵鑰法。 采用鐵鋁催化劑工藝的甲醛裝置一般 生產(chǎn)能力較大，甲醇轉(zhuǎn)化率可達 95%99% ,甲醇消耗低，不需要蒸儲裝 置，可以生產(chǎn)高濃度甲醛，甲醛成品中醇含量低、催化劑使用壽命長、一次性 投資大、電耗高。銀法工藝簡單，投資省、調(diào)節(jié)能力強、產(chǎn)品中甲酸含量少， 但是甲

8、醇轉(zhuǎn)化率低、單耗高、催化劑壽命短、對甲醇純度要求高，甲醛成品中 甲醇含量高，只能生產(chǎn)低濃度甲醛。我國甲醛工業(yè)發(fā)展至今，在生產(chǎn)規(guī)模、產(chǎn)量、質(zhì)量、技術(shù)等方面已有了很 大的進步，在不少方面也已達到或接近國際先進水平。但從總體看，我國甲醛 工業(yè)還有待進一步的提高和發(fā)展。當前我國甲醛生產(chǎn)工藝現(xiàn)狀甲醛生產(chǎn)方法主 要有銀法和鐵鋁法。鐵鋁法雖然甲醇單耗低，投資大、能耗高、催化劑費用高， 在我國很少采用。我國甲醛工業(yè)生產(chǎn)以銀法為主，經(jīng)過40多年的發(fā)展，經(jīng)歷了由浮石銀催化劑到電解銀催化劑的進步， 經(jīng)歷了廢熱鍋爐和尾氣鍋爐從無到 有的進步經(jīng)歷了蒸發(fā)器由水蒸氣加熱到由熱水或熱甲醛加熱的進步，從而形成了我國經(jīng)典的銀法甲

9、醛設(shè)備及流程，即通常所說的傳統(tǒng)銀法工藝。我國的甲醛消費量不大，主要用于月尿醛樹脂，其次用于制造烏烙托品和季 戊四醇。許多重要的甲醛衍生產(chǎn)品，如 1, 4-丁二醇，聚甲醛等的技術(shù)還沒有 達到工業(yè)化的要求，只是甲醛的用途受到局限，也限制了甲醛需求量的提高， 但我國市場較大，未來的應(yīng)用前景樂觀。甲醛的生產(chǎn)方法1.尾氣循環(huán)法甲醛通過泵打入蒸發(fā)器，經(jīng)加熱蒸發(fā)甲醇氣體進入混合器，空氣由羅茨風 機送入空氣預(yù)熱器，經(jīng)預(yù)熱后進入混合器，并補充適量的水蒸汽進入混合器。當 生產(chǎn)轉(zhuǎn)入正常后，尾氣系統(tǒng)用惰性氣體將空氣置換，然后由尾氣風機循環(huán)部分 尾氣使之通過預(yù)熱器后進入混合器。混合氣體經(jīng)過濾凈化處理進入鋪裝電解銀 固定

10、床的反應(yīng)器。設(shè)定各項氣體的比例來控制反應(yīng)溫度，原料氣經(jīng)氧化脫氫反 應(yīng)生成甲醛氣體。最后經(jīng)吸收塔吸收，通過塔頂加水來控制成品濃度，產(chǎn)品由塔 米出。甲醇通過加熱汽化為甲醇氣體，控制系統(tǒng)按其氧醇比控制反應(yīng)溫度，使反 應(yīng)在最佳狀態(tài)下進行。工藝上采用尾氣循環(huán)法，將部分反應(yīng)熱量由循環(huán)氣帶走。 而傳統(tǒng)工藝路線是將反應(yīng)熱全部由配料蒸汽帶走，由于采用了尾氣循環(huán)法， 這樣就可能制取37犯上的不同濃度的工業(yè)甲醛，以滿足不同下游產(chǎn)品的需要。 2.傳統(tǒng)銀法傳統(tǒng)的銀法是在甲醇空氣爆炸極限以外操作，即在甲醇過量的條件進行操作。因催化反應(yīng)再常壓和600-700 C下進行，發(fā)生脫氫和氧化兩個主反應(yīng)， 50-60%?醛是由氧化反

11、應(yīng)得來的。(1)CH3QH*- HCHO+H 2AH = +20400kJ/kmol(2)CH3OH+1/20 HCHO+H 2O AH = - 37400kJ/Kmol甲醛生產(chǎn)工藝分為三個單元進行，首先是將原料甲醇和空氣(氧氣)混合成 符合反應(yīng)比例的混合氣，接著是將甲醇在催化劑的作用下，氧化、脫氫生成甲 醛氣，然后是將甲醛氣用軟水吸收并達到質(zhì)量要求，成為甲醛水溶液產(chǎn)品。.甲縮醛氧化法甲縮醛氧化法制取高濃度的甲醛由三步過程組成： 甲縮醛的合成，甲醛與 水溶液縮合生成甲縮醛，反應(yīng)溫度 60-90 C,甲醇與甲醛的摩爾比為2: 1,使 用固體酸催化劑；甲縮醛氧化，空氣作氧化劑，反應(yīng)溫度諛 200-

12、400 C ；高濃 度甲醛的吸收與利用。.其他方法制取甲醛還可以采用二甲醴氧化法，烷姓氧化法和甲醇脫氫法等。文獻總述甲醛工業(yè)的發(fā)展史甲醛幾乎都采用甲醇空氣氧化法制得， 按所用催化劑的不同類型，可分為 鐵鋁催化劑法和銀催化劑法。國外現(xiàn)有甲醛生產(chǎn)裝置中約70%使用銀法工藝，近幾年新建甲醛裝置大部分采用鐵鑰法。 采用鐵鋁催化劑工藝的甲醛裝置一般 生產(chǎn)能力較大，甲醇轉(zhuǎn)化率可達 95%99% ,甲醇消耗低，不需要蒸儲裝 置，可以生產(chǎn)高濃度甲醛，甲醛成品中醇含量低、催化劑使用壽命長、一次性 投資大、電耗高。銀法工藝簡單，投資省、調(diào)節(jié)能力強、產(chǎn)品中甲酸含量少， 但是甲醇轉(zhuǎn)化率低、單耗高、催化劑壽命短、對甲醇

13、純度要求高，甲醛成品中 甲醇含量高，只能生產(chǎn)低濃度甲醛。我國甲醛工業(yè)發(fā)展至今，在生產(chǎn)規(guī)模、產(chǎn)量、質(zhì)量、技術(shù)等方面已有了很 大的進步，在不少方面也已達到或接近國際先進水平。但從總體看，我國甲醛 工業(yè)還有待進一步的提高和發(fā)展。當前我國甲醛生產(chǎn)工藝現(xiàn)狀甲醛生產(chǎn)方法主要有銀法和鐵鋁法。鐵鋁法雖然甲醇單耗低，投資大、能耗高、催化劑費用高,在我國很少采用。我國甲醛工業(yè)生產(chǎn)以銀法為主，經(jīng)過 40多年的發(fā)展，經(jīng)歷 了由浮石銀催化劑到電解銀催化劑的進步， 經(jīng)歷了廢熱鍋爐和尾氣鍋爐從無到 有的進步經(jīng)歷了蒸發(fā)器由水蒸氣加熱到由熱水或熱甲醛加熱的進步，從而形成了我國經(jīng)典的銀法甲醛設(shè)備及流程，即通常所說的傳統(tǒng)銀法工藝。

14、甲醛生產(chǎn)工藝當今，生產(chǎn)甲醛方法中幾乎完全是采用甲醇氣相氧化法，有兩種基本的催化工藝，銀催化劑催化工藝和金屬氧化物催化工藝，統(tǒng)稱銀法和鐵鑰法。鐵鑰 法是在空氣過量條件下進行甲醇氧化反應(yīng)， 具有甲醇轉(zhuǎn)化率和甲醛產(chǎn)率雙高的 優(yōu)點，但生產(chǎn)裝置投資費用較高。鐵鋁法中采用熔鹽 (NaNO3 NAN02 KNO3昆 合物)作導(dǎo)熱載體的稱“熔鹽法”，主要在土耳其本國中使用。我國甲醛的生產(chǎn) 主要是以銀為催化劑進行甲醇的氧化。甲醛裝置中以生產(chǎn)能力計算，銀法約占95%,鐵鋁法約占5%。1催化劑的選用與性質(zhì)甲醛生產(chǎn)有多種催化劑，有 A g及其合金類催化劑，V 2O5類催化劑，F(xiàn)e- Mo類催化劑以及其他一些催化劑。國

15、內(nèi)多采用 A g催化劑，這類催化劑活性 高，轉(zhuǎn)化率大，但選擇性較差。A g催化劑具有較高的活性，轉(zhuǎn)化率可達97%以上，選擇性也可達85% 以上，但反應(yīng)溫度都較高。在640c反應(yīng)溫度下，使用電解A g作催化劑，甲 醇氧化制甲醛的轉(zhuǎn)化率可高達 97. 6% ,選擇Tt達89. 2%為進一步提高選擇 性，可采用A g合金催化劑，但轉(zhuǎn)化率會有些降低。如采用 A g-Pb合金催化 劑，組成為0. 0050. 15: 1, 比表面積 5m 2?g,轉(zhuǎn)化率只有72. 4% ,但 選擇性卻可以提高到93. 1%。用A g- A u 作催化劑轉(zhuǎn)化率為8918%選擇性 為9111%前蘇聯(lián)還有一種新型催化劑 D-

16、53,其組成為35%- 70%A g?浮石, 可以得到873 91%的轉(zhuǎn)化率和92%- 94%的選擇性。2銀催化劑氧化法銀法有兩種工藝流程，一種是帶有甲醇蒸儲回收流程，簡稱循環(huán)工藝。另 一種是不帶甲醇蒸儲回收流程，簡稱非循環(huán)工藝。兩種流程的選用依據(jù)主要是 終產(chǎn)品甲醛的純度。循環(huán)工藝是不完全轉(zhuǎn)化法，甲醇轉(zhuǎn)化率較低，但產(chǎn)品甲醛 濃度高，醇含量低，且可根據(jù)用戶的需求隨時調(diào)節(jié)產(chǎn)品甲醛濃度和醇含量。我 國還自主開發(fā)了 “本征控制銀法工藝”和“尾氣循環(huán)法工藝”。非循環(huán)銀法工 藝的甲醛生產(chǎn)成本和投資費用雙低(包括折舊和投資償還ROI),但其產(chǎn)品甲醛 濃度不高且醇含量較高，最高醇含量可達 5%(w.)。相反，

17、鐵鋁法和循環(huán)銀 法工藝的甲醛濃度都可達55%,醇含量低于1%(w.)。銀催化法又稱甲醇過量工藝，利用兩種主要反應(yīng)：脫氫和部分氧化，將甲 醇轉(zhuǎn)化成甲醛，主要反應(yīng)如下：5 H = +20400kJ/kmol H = - 37400kJ/Kmol(1)CH3OH- HCHO+H 2(2)CH3OH+1/20- HCHO+H 2O副反應(yīng)： CHOH + 3/2O CO 2 + 2H2O + 673. 90kJ/Kmol CHOH + O* CO + 2H 2O + 391. 75 kJ/Kmol CHOH + H* CH 4 + 2H2O + 115. 37kJ/Kmol甲醛生產(chǎn)工藝分為三個單元進行，

18、首先是將原料甲醇和空氣（氧氣）混合成 符合反應(yīng)比例的混合氣，接著是將甲醇在催化劑的作用下，氧化、脫氫生成甲 醛氣，然后是將甲醛氣用軟水吸收并達到質(zhì)量要求，成為甲醛水溶液產(chǎn)品。甲醛生產(chǎn)尾氣中含有 隆、CH、CO等可燃氣體，如果直接排放，不僅污染 環(huán)境，而且也是一種能源的浪費，設(shè)置廢氣氣燃燒爐就可以同時解決以上問題。在反應(yīng)過程中，嚴格控制各工藝參數(shù)，在考慮產(chǎn)量、反應(yīng)機理及安全生產(chǎn) 等因素的情況下，氧醇比控制在0.4100.425之間，反應(yīng)溫度控制在635645! 之間，空氣流量控制在 30004200Nmih左右，過熱溫度110125!,可得到 醇含量較低的甲醛產(chǎn)品。提高催化劑的制備技術(shù)，設(shè)計合理

19、的催化劑鋪裝方法 可得到醇含量較低的甲醛產(chǎn)品。選用優(yōu)等甲醇原料，對原料混合氣進行過濾凈 化，保證原料混合氣的純度，減少反應(yīng)系統(tǒng)中的揮發(fā)硫化物、氯化物和鐵化物 的含量，避免冷凝水和塵埃等礦物質(zhì)進入反應(yīng)系統(tǒng)， 最后經(jīng)吸收塔進行循環(huán)吸 收，能得到醇含量較低的甲醛產(chǎn)品。醛的用途甲醛有著廣泛的用途，其中約65%的消費量是用于生產(chǎn)甲醛樹脂， 主要有 月尿醛樹脂（膠粘劑、氨基塑料）、酚醛樹脂（膠粘劑、酚醛塑料、殺車片）、蜜胺 甲醛樹脂（膠粘劑、蜜胺塑料）及其他各種甲醛樹脂；其次是用于生產(chǎn)聚甲醛樹 脂、聚甲醛工程塑料，多聚甲醛，烏洛托品，季戊四醇，新戊二醇，三羥甲基 丙烷，三羥甲基乙烷，二羥甲基丙酸，叱噬及其

20、衍生物，快醛法 1, 4一丁二醇及其衍生物（PBT、n、PT. MEG 7-丁內(nèi)酯、NL甲基叱咯烷酮（）、乙烯基叱 咯烷酮、聚乙烯基叱咯烷酮），二苯基甲烷異氟酸酯（MDI）,螯合劑（EDTA NTA 等），聚乙烯醇（維尼綸），甲縮醛，硝基烷姓:衍生物（三羥甲基硝基甲烷、三羥 甲基氨基甲烷等），月尿醛預(yù)縮液，緩釋肥料大顆粒尿素），纖維處理化學制品， 紙張?zhí)幚砘瘜W制品等等，有16個大類近幾百個品種。同時甲醛在農(nóng)藥、醫(yī)藥、 炸藥和染料工業(yè)，還可做殺蟲劑、消毒劑、溶劑和還原劑在農(nóng)業(yè)上可做尿素一甲醛型緩效肥料。設(shè)計任務(wù)的依據(jù)與項目來源在指導(dǎo)老師張老師的指導(dǎo)和實地參觀實習和所學知識的基礎(chǔ)進行年產(chǎn) 4000

21、噸甲醛車間生產(chǎn)工藝的設(shè)計。設(shè)計產(chǎn)品所需要的主要原材料規(guī)格水電氣的供應(yīng)等甲醇的規(guī)格外觀無色透明，炭化實驗不變色；酮醛的最大含量小于等于0.003%,酮的最大含量小于等于0.001%,乙醇的最大含量小于等于 0.001%,酸度（折合 成醋酸計）含量小于等于0.003%,堿度為小于等于0.003%,水分含量小于等 于0.15%,不揮發(fā)物質(zhì)的含量小于等于 0.001mg/100ml。水電氣的供應(yīng)本廠所需要的水主要為自來水，所需用電為380V工業(yè)用電。廠內(nèi)的鍋爐為節(jié)能式，尾氣熱量經(jīng)過吸收循環(huán)使用，尾氣經(jīng)過凈化排入空氣。第二章生產(chǎn)工藝流程和生產(chǎn)方案的確定甲醛的生產(chǎn)采用銀催化法，甲醇經(jīng)過濾后進入蒸發(fā)器，控制

22、一定的液位和蒸 發(fā)溫度，空氣鼓泡與甲醛混合，再配入水蒸氣形成混合氣進入氧化反應(yīng)器。氧化反應(yīng)器中甲醇氧化反應(yīng)生成甲醛氣， 回收反應(yīng)氣熱量并冷卻反應(yīng)氣，為甲醛生 產(chǎn)的中心設(shè)備。結(jié)構(gòu)形式分為三段組合，上段為氧化室，內(nèi)填銀催化劑，中段為 回收熱量的列管式廢熱鍋爐，下段為列管式冷卻器。甲醇的氧化、反應(yīng)熱量的回收利用、反應(yīng)氣的冷卻三個過程由一臺設(shè)備完成。具優(yōu)點是簡化了工藝流程，特別是各過程的溫度控制方便，減少了熱損失，設(shè)備及安裝費用相對降低。 采用了雙塔串聯(lián)吸收流程，具優(yōu)點是第一吸收塔主要用來保證甲醛產(chǎn)品的質(zhì)量， 并最限度的提高產(chǎn)量；第二吸收塔的下段充分吸收甲醛余氣， 上段徹底吸收尾氣 中的有用成份，減少

23、排放損失，降低原料消耗。和單塔吸收流程比較，兩塔分工 明確，液體循環(huán)量少，既保證了吸收效果，易提高甲醛液的濃度，又方便于操作。第三章工藝流程簡述甲醇經(jīng)過濾后進入蒸發(fā)器，控制一定的溫度與空氣混合，配成一定的蒸汽7形成三元混合氣體，過熱至 100140 C,除雜質(zhì)后進入氧化反應(yīng)器，反應(yīng)溫度 為640C；采用性能較好的電解銀催化劑，脫氫生成甲醛，反應(yīng)產(chǎn)物立即驟冷至 230C ,在進一步冷卻至8090C進入吸收系統(tǒng)。吸收后的產(chǎn)品由塔底排出，未 吸收的甲醛及其他氣體進入第二吸收塔，進行再次吸收，部分甲醛液回流，尾氣進入尾氣鍋爐作燃料。第四章工藝計算書4.1物料衡算設(shè)已知條件生產(chǎn)規(guī)模：4000t /a37

24、%的甲醛水溶液生產(chǎn)天數(shù)：300天尾氣尾氣組成COCON2QH2分率()3.60.474.40.219尾氣組成CHOHHOCHE分率()0.1520.2100產(chǎn)品產(chǎn)品組成CHOCHOHHCOOHHO分率()371.60.0361.77氧醇比：0.375單耗：每450kg甲醇生產(chǎn)1t甲醛氧氣濃度：Q21%(v), N 277.16%, H 201.84%甲醇濃度：98%配料濃度：58%1.產(chǎn)量：4000/(300 X 24)=0.556 t / h其中各組分為：CH20H :556 0.37 = 205.79kg = 6.8524kmolCH30H :556 1.016 = 8.896kg = 0

25、.278kmolHCOOH : 556 0.0003 =0.1668kg = 0.003626 kmolH2O:556 -205.79-8.896 - 0.1668 = 341.3652kg = 18.96kmol總的分子數(shù)為：6.8524 0.278 0.003626 18.96 - 26.094026kmol2.甲醇投入量：556M0.450 =250.2kg =7.81875kmol3.空氣投入量：據(jù)氧醇比得：0.375 7.81875 22.4 = 312.75m3 =13.962kmol0.21O2 :13.962 0.21 = 2.932kmol = 93.825kgN2 :13.

26、962 0.771610.773kmol=301.644kgH2O:13.962 0.01840.257kmol -46.26kg4.尾氣量:0.74413.962 0.7716 =14.480kmol其組分的含量：CO2 :14.480 0.036 = 0.5213kmol = 22.9362kgCO:14.480 0.004 = 0.05792kmol = 1.62176kgCH 4 :14.480 0.002 = 0.02896kmol = 0.46336kgO2 :14.480 0.002 = 0.02896kmol = 0.092672kgH2 :14.480 0.19 =2.751

27、2kmol= 5.5024kgCH2O:14.480 0.0005 =0.007240kmol = 0.02172kgH 2O :14.480 0.02 = 0.2896kmol = 5.2128kgCH3OH :14.480 0.0015 = 0.2172kmol =0.69504kgN2 :14.480 0.744 = 10.773kmol = 301.65kg 5.校核(1).甲醛量 TOC o 1-5 h z CHOH+1/2O - CH2O+HOCHOH - CH2O+HTCHOH+3/2O - CO2? + 2H2OCHOH+O- COT+2HOCHOH+H- CH4T +HOCH

28、OH+O- CHOOH+2O.|2.932 ,10.5231據(jù)氧的衡算，由反應(yīng)式和上列有關(guān)反應(yīng)式得到甲醛量為：-0.05792 0.0036262 = 4.119kmol2反應(yīng)式和得到的甲醛量為：0.02796 +2.7152 = 2.78016kmol甲醛的總產(chǎn)量為：2.78016 4.119 =6.89916kmol尾氣中帶走的甲醛量為：0.007240 kmol因此實際的甲醛的產(chǎn)量為：6.89916 -0.007240 = 6.89192kmol將其折算成37%勺甲醛水溶液：6.89192/0.37=557 kg由此看出產(chǎn)品的產(chǎn)量與設(shè)計要求基本一致。.甲醇量根據(jù)氧的衡算：反應(yīng)式所消耗的甲

29、醇的量：4.119 kmol反應(yīng)式所消耗的甲醇的量：2.7086 kmol反應(yīng)式所消耗的甲醇的量：0.5213 kmol反應(yīng)式所消耗的甲醇的量：0.05792 kmol反應(yīng)式所消耗的甲醇的量：0.02896 kmol反應(yīng)式所消耗的甲醇的量：0.003626 kmol尾氣中帶走的甲醇的量為：0.022 kmol產(chǎn)品中帶走的甲醇的量為：0.2780 kmol因此甲醇的總耗量：4.119 2.7806 0.5213 0.05792 0.02896 0.003626 0.022 0.2780 = 7.8114kmol 249.96kg技術(shù)單耗： 坐理=449.59 kg/t556實物單耗：449.59

30、 = 458.755kg/t0.98此數(shù)據(jù)亦與上面給定的數(shù)據(jù)一致。.水量衡算尾氣中帶走的水：0.28960 km ol =5.2128kg產(chǎn)品中帶出的水：18.96 kmol =341.28kg空氣中帶入的水：0.257km ol = 4.626kg原料甲醇帶入的水：249.96 -249.96 =5.1012kg =0.2834kmol 0.98反應(yīng)生成的水：4.119 2 0.5213 0.057920.003626 0.02896= 5.310kmol =95.5085kg按配料濃度58%+算，應(yīng)加入的配料水蒸氣量為：249.96 249.96 5.1012 4.626 = 171.27

31、8kg = 9.5655kmol0.58吸收塔加入的水量：0.2896 18.96 - 0.257 0.2834 9.5155 = 3.8837kmol = 69.9066kg.吸收系統(tǒng)計算設(shè)一塔的甲醛吸收率為90%則一塔甲醛的吸收量為：6.89916 90% =6.2092kmol =186.2733kg二塔甲醛的吸收量為：106.89916 -6.2092 -0.007240 = 0.6827kmol = 20.4803kg又設(shè)二塔循環(huán)液中甲醛的濃度為15%并設(shè)未轉(zhuǎn)化的甲醇除了尾氣帶出 外，均在二塔吸收。則二塔循環(huán)液進入一塔的量為：20.48030.15=136.54 kg.各主要單元設(shè)備

32、的物料衡算表（按每小時計）表蒸發(fā)器物料衡算表進料出料物料名稱kgkmol物料名稱kgkmol1甲醇255.068.0946原料氣659.95822.0566CHOH249.967.81125CHOH249.967.81125HO5.100.2833H2O9.7260.52012空氣400.09513.962Q93.8252.932O93.8252.932N301.64410.773N301.64410.773H2O4.6260.257合計655.15522.0566655.15522.0566表過熱器物料衡算表進料出料物料名稱kgkmol物料名稱kgkmol1原料氣655.1522.0566三

33、元氣826.43331.527CHOH249.967.81125CHOH249.967.81125HO9.36260.5201HO180.640610.0356O92.8252.932Q93.8252.932N301.64410.773N301.64410.7732配料蒸汽171.2789.5154合計826.43331.572826.43331.572表氧化器物料衡算進料出料物料名稱kgkmol物料名稱kgkmol三元氣826.43331.572轉(zhuǎn)化氣826.43336.7097CHOH249.9610.0356CHO206.976.89916HO93.8252.932CHOH9.60.30

34、011O301.64410.7773HCOOH0.16680.003626NHO276.2215.3456CO22.93620.5213CO1.621760.05792CH0.463360.02896O0.926720.02896H25.50242.7512N301.64410.773合計826.43331.572826.43336.7097表第一吸收塔的物料衡算表進料出料物料名稱kgkmol物料名稱Kgkmol1轉(zhuǎn)化氣826.43336.70971成品55726.1113CHO206.976.89916CHO206.096.8697CHOH9.60.300CHOH8.8960.278HCOO

35、H0.16680.003626HCOOH0.16680.003626H2O276.2215.3456H2O341.365218.96CO22.93620.52122塔頂氣相405.5917.77229進料出料物料名稱kgkmol物料名稱KgkmolCO1.621760.05792CHO20.69750.6468CH0.463360.02896CHOH9.60.300O0.926720.02896HO42.09052.3383H5.50242.7512CO22.93620.5213N301.64410.773CO1.621760.057922自二塔液相136.546.9207CH0.046336

36、0.02896CHO20.48030.6827Q.0926720.02896CHOH8.8960.278H25.50242.7512HO107.23575.96N301.64410.773合計962.97343.6304962.097343.6304表第二吸收塔物料衡算表進料出料物料名稱kgkmol物料名稱kgkmol121進塔氣相405.5917.772291尾氣338.956614.73529CHO21.36060.71201CHO0.21720.00724CHOH9.60.300CHOH0.695040.02172H2O42.09052.3383HO4.76140.26452CO22.9

37、3620.5213CO22.93620.5213CO1.621760.05792CO1.621760.05792CH0.463360.02896CH0.463360.02896O0.926720.02896Q0.926720.02896H25.50242.7512H25.50242.7512N301.64410.773N301.64410.7732塔頂加水69.90663.88372塔頂液相 采出136.546.9207H2O69.90663.8837CHO20.48030.6827CHOH8.8960.278HO107.23575.96合計475.4966475.4966475.496621

38、.655994.2熱量衡算1 .甲醇蒸發(fā)器(按每小時計算)在甲醇蒸發(fā)器中沒有化學變化，只有相變熱和顯熱，設(shè)進入蒸發(fā)器的空 氣的溫度為60C,甲醇的進料溫度為15C,蒸發(fā)溫度為47Co(1)原料甲醇和空氣帶入的熱量表原料甲醇和空氣帶入的熱量物料名稱kmolCpT(C)熱量KJ1.甲醇7.8112578.592159.201 X 1032.水0.283375.078150.319 X 1033.空氣13.962N10.77329.4060319.003 X 10O2.93229.60605.207 X 103HO0.25734.50600.532 X 103合計34.262 義 103(2)相變熱

39、甲醇的相變熱：3.749 X 104KJ / mol水的相變熱：4.417 X 104KJ /mol則原料甲醇的相變熱為:137.81125 X 34.49 乂 104+0.2833 乂 4.417 乂 104=30.535 X 104 KJ(3)原料氣帶出的熱量表 原料氣帶出的熱量物料名稱kmolKJ / kmol cT熱量KJCHOH7.8112544.89447 41.6482 X 10H2O0.540333.894740.0861 X 10N10.77329.2947 41.4830 X 10O2.93229.4647_ 40.4060 X 10合計 43.6233 X 10則需要補充

40、的熱量：30.535 3.6233-3.4262 104 =30.7321 104 KJ設(shè)蒸發(fā)器用熱水加熱，熱水進口溫度為70C,出口溫度為4C,傳熱系K =220kcal/m2h C =919.6KJ/m2h C , At = 。一47 盧伯4 47)：2。J，貝U24傳熱面積A = 30.7321 0 =16.709m2 ;大約需要的水的量為：919.6 20=12.242tc 30.7321 104G34.184 70-64 1032.過熱器，為了防止液體析出，把原料氣升溫至 120C,同時配入蒸氣 (1)原料氣帶入的熱量為的3.6233 104KJ(2)配料蒸氣帶入的熱量設(shè)加入的配料的

41、水蒸氣為120 c的飽和水蒸氣，其熱容C1 =34.64KJ/kmol C 則熱量為 9.5155 M 34.64 父 120 = 3.9554 M 104 KJ(3)三元氣帶出的熱量表(8)三元氣帶出的熱量物料名稱kmolKJ / kmol cT熱量KJCH3OH7.8112547.739120_ _，-44.4748X 10H2O10.035634.64120_44.1716X 10N210.77329.87120 43.8615X 10O22.93230.12120 41.0597X 10合計13.5658X104需要補充的熱量為：13.5658-3.6233-3.9554 104 =5

42、.9871 104 KJ14因此需要的表壓為392.28Kpa的加熱蒸氣的量為:_ 45.9871 102139.9=27.978kg =1.554kmol3 .氧化器（包括急冷段）（1）三元氣帶入的熱量為：（2）反應(yīng)熱（反應(yīng)溫度為640）仍以前述例的6個反應(yīng)為例，且令所有反應(yīng)產(chǎn)物均為氣態(tài)，則他們的反 應(yīng)熱如表（9）所小表反應(yīng)熱反應(yīng)kmolKJ / kmol c熱量KJ14.119_5-1.575 X 105-6.487 X 10522.7806+0.9012 X1052.506 X10530.5213-6.746 X 105-3.517 X 10540.057925-3.927 X 105-

43、0.227 X 1050.02896-1.209 X 105-0.0350 X10560.003626-4.008 X 105-0.0145 X105合計5-7.7745 X105即反應(yīng)放出的總熱量為7.7745 X105KJ（3）冷凝器轉(zhuǎn)化氣經(jīng)急冷段后降溫至 90C,由于轉(zhuǎn)化氣的非理想性，因此可以設(shè)冷凝 量占產(chǎn)量的12%即557 12% = 66.84kg其中甲醛占 30% 66.84 30% = 20.052kg = 0.6684kmol水占 70% 66.84 -20.052 = 46.788kg = 2.5993kmol急冷段所產(chǎn)生的冷凝熱如下表所示表（10）冷凝熱物料名稱kmolKJ

44、 / kmol c熱量KJCHOH0.66846.196 X1044.141 X104H2O2.5993 44.135 X 1010.748 義 104合計14.889 X 104即冷凝水放出的總熱量為14.889 X 104轉(zhuǎn)化氣帶出的熱量15物料名稱kmolKJ / kmol cT熱量KJCHOH6.8991636.029022,366 X 104CH30H0.30046.5790一一一 40.1257 X 10HC00H0.00362646.57900.152 X104H2O15.345634.2790 44.7330 X 10CO0.521340.13900.1883 X 104CO0

45、.0579231.34900.0163 X 104CH0.0289636.65900.00955 X104Q0.0289629.80900.00777 X104H22.751229.37900.7272 X 104N210.777329.60902.8699 X 104合計10,91854 X104轉(zhuǎn)化氣帶出的熱量氧化工段多余的熱量為:表(11)7.7745 105 14.889 104 13.5658 104 -10.91854 104 ： 9,528 105 KJ假設(shè)損失白熱量為10%則有9.528父105 M 90%=8.5756M105KJ的余熱可供利用。一般的生產(chǎn)廠除了其一部分產(chǎn)生熱

46、水做蒸發(fā)器的加熱熱源（此部分的熱 量為3.0732 X 105KJ ）外，其余的可用于產(chǎn)生392.28Kpa的飽和蒸氣。設(shè)進入系統(tǒng)的軟水溫度為 20C,熱水含量是83.85KJ/kg,表壓為392.28Kpa 的水蒸氣熱始為2746KJ/kg,因此產(chǎn)生的蒸氣的量為：558.5752 -3.0732 105.502 10=206.675kg2746 -83.852662.15所產(chǎn)生的蒸氣可以供給過熱器加熱和需要的配料蒸氣，這兩方面所用的蒸氣的量為 171.278 +27.978 =199.256kg ,余下 206,675 -199.3256 = 7.421kg / h 的蒸氣，即該甲醛裝置蒸氣

47、自給自余。每產(chǎn)生一噸37% CHOH余下的 7.421/1,4 =5.301kg表壓為392.28Kpa的水蒸氣，這些多余的水蒸氣可以外輸或 并入蒸氣網(wǎng)。4.吸收塔（包括1#塔和2#塔）,轉(zhuǎn)化氣帶入的熱量10.91584 X 104KJ,塔頂加水帶入的熱量16塔頂加入白水的量 3.8837 kmol ,溫度位20C , Cp = 75.24KJ / kmol C,則加入的水帶入的熱量為3.8837 75.24 20 =0.584 104 KJ.相變熱生成的產(chǎn)品氣體已有12哪氧化器的急冷段冷凝，余下的被吸收塔冷卻，冷卻的產(chǎn)品量為：HCHO : 6.89916-0.66846.2307kmolCH

48、 3OH : 0.278 =0.003626 =0.281626kmolH2O:18.96-2.5993 = 16.3607kmol表 相變熱物料名稱kmol相發(fā)熱KJ / kmol熱量KJHCHO6.23076 _46.196 X 10 _438.606 X10CHOH0.281626 _43.32 X10 _40.935 X 10HO16.3607 44.135 X 10一 一一 467.651 X10合計_ _4107.192 X 10.成品帶出的熱量成品出料溫度為70 C, Cp =75.24KJ/kmol C,則成品帶出的熱量為:557 3.1 70 =12.0869 104KJ尾氣

49、帶出的熱量物料名稱kmolKJ / kmol CT熱量KJCHOH0.0072434.97256.330CHOH0.0217244.022523.90286HO0.2645233.5125221.602CO0.521338.1125496.669CO0.0579229.292542.412CH0.0289635.202525.4848Q0.289629.3025212.132H2.751229.29252014.5662N10.77329.27257883.143合計1.0926 X 104則吸收工段共需要移走熱量1710.91584 104 0.584 104 107.192 104 - 1

50、2.0869 1.0926 104 = 105.51234 104 KJ設(shè)冷卻水進口溫度為20C,出口溫度38C,則共需的冷卻水量為: _ 4= 42.0301t105.51234 104.184 38 -32 103第五章主要設(shè)備的工藝計算和設(shè)備選型5.1設(shè)備的工藝計算.羅茨鼓風機操作條件：由外界將空氣壓縮指表壓為 0.05Mpa進入緩沖罐用途及數(shù)量：壓送空氣；需要一臺 操作流量：根據(jù)物料計算所需要的空氣的量3313.962 22.4 =312.75m /h =0.086875m /sP =0.05Mpa -10mm H2O 0.05atm =5.165mmH2。功率:_3N 二核/0868

51、75 5.165 1。102102 0.8=5.4989 Kw.高位槽計算每小時需要的體積流量為:=0.321m3/h- 249.96 5.10 V 791998槽內(nèi)的液體的體積不超過容器的%V =0.321 1.5 =0.4815m3/h所有的容器都需要一定 的裕度,V =0.4815乂(1 +0.15)= 0.5537m3儲槽的高徑比為2,因此得到d = 296mm, h = 592mm.蒸發(fā)器 操作條件：甲醇與空氣先在加熱段加熱至80c后，再到過熱段加熱至100 c用途及數(shù)量：使甲醇蒸發(fā)，并控制一定的溫度與壓力：需要設(shè)備一臺 由熱量衡算可知，需要補充的熱量為 30.7321 X104KJ

52、,取用25X 2.5的 不銹鋼管，材質(zhì)為0Cr18Ni10Ti,每段管的長度為3m,由于傳熱面積A=16.709m2,取A=17m2,則管子的根數(shù)為 -=91根。0.02 3.14 3取管子的中心距t25+36=31m,/ T取32m殼外緣與管間的距離e= 32+12=44mm18b =1.1. n =1.191 =11D=tb-1 2e = 3211 -12 44 = 408mm因此取蒸發(fā)器的直徑為D = 408mm之450mm蒸發(fā)器的設(shè)計溫度為Tc=120C,因此查得的許用應(yīng)力k 1 =114Mpa設(shè)計壓力 Pc = 1.1P = 1.1 0.3 = 0.33Mpa塔體的厚度為S =PcD

53、i2上1中- Pc0.33 4502 114 0.8-0.33=1.33mm取腐蝕余量 C=2mm. Sd=3.33mn 整后 Sn = 4mm該塔體可用4mmB的0CU8Ni10Ti鋼板制作校核水壓試驗 Pt =1.25P =1.25 0.3 = 0.375MpaSe = Sn-C =4-2 = 2mm二 s =205MpaPT Di Se 0.375 800 2T = = = 75.18Mpa2Se2 20.9 ；1s =0.9 0.8 205-147.6Mpa可見：二0.9二因此水壓試驗足夠根據(jù)JB/T4725-92支座標準選用蒸發(fā)器的支座為B型支座標準系列DN=450mm,允許載荷 1

54、0Q/KNV 300mm DNK 500mm為了檢查設(shè)備使用過程中是否產(chǎn)生變形，腐蝕等 現(xiàn)象，可開設(shè)2個75的手孔。.氧化反應(yīng)器操作條件：進料器溫度120C,通過640c的觸媒層，甲醇反應(yīng)轉(zhuǎn)化成甲 醛排出用途及數(shù)量：甲醇在此氧化反應(yīng)生成甲醛：需要設(shè)備一臺反應(yīng)放出的熱量為：7.7745X 105KJ對急冷段的計算求平均溫度差在催化層反應(yīng)后，產(chǎn)品氣體溫度在650左右，經(jīng)過急冷段后，溫度降至180 c左右急冷段余熱由表(11)分析得到冷卻后混合氣體放出的余熱為9.528 X 105KJ傳熱系數(shù)K的取值因為在急冷段進行換熱的流體是由氣體到氣體，傳熱系數(shù)192 _K =120KJ /m C傳熱面積的計算

55、由公式Q = KA&m計算A-_K,tm9.528 105120 179.932=44.129m2求管子數(shù)n選用小25X2.5的不銹鋼管，材質(zhì)為0Cr18Ni10Ti,每根的管長為3m丁 A = nd均 lnAn 二nd均l44.1293.14 0.02 3= 234.2 = 235艮20其中因安排拉桿需要減少4根空位，因此實際管數(shù)應(yīng)取231根管子的排列方式為正三角形，管間距取a=40mm反應(yīng)器殼體直徑的確定查表知 b =1.1 .n =1.1、231 =17.1 ： 18l =1.5d =1.5 25 =37.5因此 D=ab12e=33 18 -12 37.5 = 703mm圓整后取殼體直

56、徑D=750mmPc=1.1P=1.1 x0.3=0.33Mpa反應(yīng)器的設(shè)計溫度為 Tc=650 C,因此查得的許用應(yīng)力k 1t =26Mpa設(shè)計壓力 Pc=1.1P=1.1 0.3=0.33MpaPcDi0.33 750培體的厚度為 S=： = 5.996mm2 k-b：，Pc 2 26 0.8 -0.33取腐蝕余量C =2mm. Sd= 7.996mm圓整后Sn = 8mm該塔體可用9mm厚的0Cr18Ni10Ti鋼板制作校核水壓試驗 R =1.25P =1.25 0.3 = 0.375MpaSe = SnC =8-2 =6mm；=s =205Mpa-20.62MpaR Di Se _ 0

57、.375750 72Se2 70.9 J =0.9 0.8 205 =147.6Mpa可見二T ； 0.9 os因此水壓試驗足夠反應(yīng)器封頭的選擇上下封頭均選用橢圓形封頭PcDi2t I -0.5Pc0.33 8002 26 0.8-0.5 0.33=6.37mmSd = S C = 6.37 2 = 8.37mm圓整后 Sn = 9mm根據(jù)JB/T4737-95標準，選才?封頭為 DN80。、8,曲面高度為hi=188mm,直邊高度為h2=25mm接觸層的計算已知接觸層的高度為 h=0.03mm,直徑為d=750mm氣體流量31.572 22.4 6 5 0 2 7 33V =2 3 9.01

58、5 2T82 7 32 3 9.015 2 83,=0.6 6 2n4 /s3 6 0 0接觸層的體積二 d2h43.14 0.82 0.0343= 0.01536m氣體通過接觸層的空間速度為 V- =_0絲=43.125sV接觸層0.01536上下空間余量高度各取0.6m 因此氧化反應(yīng)器的總高度為H =3 1188 25 10，2 0. 2 = 5.626m.第一吸收塔操作條件：進氣溫度為80C,出氣溫度為70C,壓力為表壓，塔頂噴淋 液溫度為25C,塔底噴淋液溫度為40 C用途及數(shù)量：反應(yīng)氣體在反應(yīng)溫度下進入第一吸收塔，塔中循環(huán)噴淋，使 氣體冷卻并吸收制取37%勺福爾馬林液；需要設(shè)備一臺塔

59、徑的計算進氣流量為G=36.7097kmol/h,平均溫度為75C 3 ,.=873.53m / h36.7097 22.4273 751V空二父一2731.2873.503 43.14 3600 0.5=0.786mm圓整后取 D = 800mm塔截面積 A = d2 = 0.5024m2421第一吸收塔的設(shè)計溫度 為Tc = 60G 因此查得的許用應(yīng)力k=137Mpa設(shè)計壓力 Pc =1.1P =1.1 0.04 = 0.0.044Mpa塔體的厚度為S =PcDi2l-人：，- Pc0.044 8002 137 0.8-0.044= 1.16mm取腐蝕余量C=2mm. Sd=3.16mm圓

60、整后Sn = 4mm該塔體可用4mm?的0ch8Ni10Ti鋼板制作校核水壓試驗 PT =1.25P =1.25 0.04 = 0.05MpaSe-Sn-C -3-2 -1mm二 s =205MpaPT Di Se 0.05 800 22Se=20.025Mpa0.9 ；1s=0.9 0.8 205 =147.6Mpa可見：0.91；s因此水壓試驗足夠封頭的計算上下封頭均選用橢圓形封頭PcDi2 k t -0.5Pc0.044 8002 137 0.8-0.5 0.044=1.05mmSd = S C =1.05 2 = 3.05mm圓整后 Sn = 4 m m根據(jù)JB/T4737-95標準，