年產(chǎn)3萬噸甲醛生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì).11

?年產(chǎn)3萬噸甲醛生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)專業(yè)：應(yīng)用化學(xué)設(shè)計(jì)人：邱學(xué)廣指導(dǎo)老師：彭榮華摘要：本設(shè)計(jì)為年產(chǎn)3萬噸37%甲醛水溶液的生產(chǎn)初步工藝設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)采用銀催化法工藝，根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)工藝流程進(jìn)行了選擇與論證，對(duì)整個(gè)裝置進(jìn)行了物料與能量的衡算，對(duì)主要設(shè)備和管道進(jìn)行了設(shè)計(jì)及選型，同時(shí)對(duì)本裝置的安全生產(chǎn)與“三廢”治理作了相關(guān)討論并進(jìn)行經(jīng)濟(jì)的初步核算。本設(shè)計(jì)配有設(shè)計(jì)說明書一本，附圖3張。說明書包括1：圖紙包括：目錄目錄前言1緒論1.1.、一、-

前言甲醛是一種重要的基本有機(jī)化工原料，是甲醇最重要的衍生品之一。工業(yè)甲醛一般含甲醛37%~55%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）和甲醇1%~8%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），其余為水，系無色透明液體，具有窒息性氣味。甲醛是最簡單的脂肪醛，化學(xué)性質(zhì)很活潑。它最早是由俄國化學(xué)家A.M.Butlerov于1859年通過亞甲基二乙酯水解制得。1868年A.W.Hoffmann在鉑催化劑存在下用空氣氧化甲醇首次合成了甲醛，并確定了它的化學(xué)性質(zhì)。1886年Loews采用銅催化劑和1910年Blank使用銀催化劑，開始了甲醛工業(yè)生產(chǎn)。1925年，由于工業(yè)合成甲醇的開發(fā)成功，為工業(yè)甲醛提供了原料基礎(chǔ)，使甲醛工業(yè)化生產(chǎn)得到迅猛發(fā)展。1931年，阿德金斯和彼得森首次申請(qǐng)了鐵鉬氧化物催化劑的專利。從此，甲醛工業(yè)生產(chǎn)出現(xiàn)了銀法和鐵鉬法兩類工藝方法。在半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展中，這兩種甲醛生產(chǎn)工藝都有了很大的進(jìn)步。在當(dāng)今社會(huì)，甲醛已經(jīng)成為最重要的、應(yīng)用十分廣泛的大宗基本有機(jī)化工原料之一，它的衍生物已達(dá)上百種，主要衍生品有聚甲醛，脲醛樹脂，酚醛樹脂，三聚氰胺甲醛樹脂，新戊二醇，多聚甲醛等。國甲醛工業(yè)發(fā)展至今，生產(chǎn)和消費(fèi)均已居世界首位，并且在規(guī)模、產(chǎn)量、質(zhì)量、技術(shù)等方面已達(dá)到或接近國際先進(jìn)水平。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2005年，全國甲醛生產(chǎn)能力達(dá)1223.6萬噸，年生產(chǎn)能力達(dá)到或超過10萬噸/年的企業(yè)已超過25家；在生產(chǎn)方法上已從單一的“銀法”逐步變化到“銀法”和“鐵鉬法”共同發(fā)展的格局。預(yù)計(jì)2010年，我國甲醛生產(chǎn)能力1410萬噸、產(chǎn)量1000萬噸、裝置總開工率71.6%。隨著中國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，甲醛工業(yè)不斷壯大。迄今，中國甲醛的生產(chǎn)和消費(fèi)均已居世界首位，中國甲醛工業(yè)仍將繼續(xù)發(fā)展。1緒論1.1產(chǎn)品介紹1.1.1產(chǎn)品名稱甲醛（別名蟻醛）化學(xué)分子式：HCHO相對(duì)分子質(zhì)量：30.031.1.2產(chǎn)品性質(zhì)A.物理性質(zhì)純甲醛在常溫下是一種具有窒息作用的無色氣體，略重于空氣，有強(qiáng)烈刺激性氣味，特別對(duì)眼睛和粘膜有刺激作用。甲醛易溶水，可成不同濃度的水溶液，其35%~40%的水溶液通稱為福爾馬林。甲醛氣體可燃，與空氣混合能形成爆炸混合物。甲醛氣體揮發(fā)性有機(jī)化合物，是室內(nèi)環(huán)境的主要污染物之一，污染源多，污染濃度也較高。甲醛的主要物理性質(zhì)列于表1-1。表1-1甲醛的主要物理性質(zhì)性質(zhì)指標(biāo)氣體相對(duì)密度（空氣為1）1.067液體密度/（g/cm3）-20C0.8153-80C0.915沸點(diǎn)(101.3kPa)/C-19.0熔點(diǎn)/C-118.0臨界溫度/C137.2?141.2臨界壓力/MPa6.81?6.66臨界密度/（g/cm3）0.266生成熱(25C)/(kj/mol)-116標(biāo)準(zhǔn)自由能(25C)/(kj/mol)-109.7比熱容/[J/(mol?K)]35.2熵/[J/(mol?K)]218.6燃燒熱/(kj/mol)561~569黏度(-20C)/mPa.s0.242表面張力/（mN/m）20.70著火溫度/C430甲醛水溶液為無色透明液體，有強(qiáng)烈的刺激氣味。在大氣壓下。含甲醛55%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）以下的甲醛水溶液其沸點(diǎn)在99?100°C之間。25%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）甲醛水溶液的沸點(diǎn)為99.1C，而35%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）甲醛水溶液的沸點(diǎn)為99.9C。甲醛水溶液是處于平衡狀態(tài)下的不同種類可溶甲醛低聚物的混合溶液，其基本分子式為H0（CH20）nH，其中“n”值依條件和制的溶液方法的不同而不同。一般的甲醛溶液通常被稱為“福爾馬林”，其n值一般為2~8，最高也可達(dá)到10。但不同濃度的甲醛溶液中的不同成分的濃度差別很大。含有一定量甲醛的甲醛水溶液可在相對(duì)低的溫度下出貯存，不會(huì)有聚合物沉淀出現(xiàn)。B.化學(xué)性質(zhì)甲醛分子中含有醛基，具有典型的醛類的化學(xué)性質(zhì)，同時(shí)又含有羰基氧原子和a-H，使甲醛的化學(xué)性質(zhì)十分活潑，能參加與多種化學(xué)反應(yīng)。（1）加成反應(yīng)有機(jī)溶劑中甲醛與烯烴在酸催化下發(fā)生加成反應(yīng)，生成二烯烴或相應(yīng)的醇類。如在乙酸溶液中，甲醛與甲苯反應(yīng)生成1-苯基-1,3二乙酸丙二醇，甲醛與丙烯加成反應(yīng)生成1,3-二乙酸丁二醇。工業(yè)上，曾用甲醛與異丁烯加成反應(yīng)生產(chǎn)異戊二烯。堿性溶液中，甲醛與氰化氫加成反應(yīng)生成乙氰醇。工業(yè)上，用該反應(yīng)制取氨基酸系列產(chǎn)品，俗稱Mannich反應(yīng)。乙炔銅，乙炔銀和乙炔汞催化劑的作用下，甲醛與單炔烴加成反應(yīng)生成炔屬醇。在中性或堿性條件下，甲醛與不飽和胺加成反應(yīng)生成相對(duì)穩(wěn)定的單甲醇基和二甲醇基的衍生物。工業(yè)上，甲醛與尿素的加成反應(yīng)生成羥甲基脲，在酸的存在下羥甲基脲之間和羥甲基脲與尿素之間進(jìn)一步縮聚生成脲醛樹脂。醛與亞硫酸鈉加成反應(yīng)生成甲醛基酸式硫酸鈉鹽，然后用鋅粉在乙酸蒸餾中還原生成甲醛次硫酸鈉鹽。該反應(yīng)常作為定量分析甲醛含量的分析方法。在堿存在下，甲醛與含a-氫原子的醛和酮加成反應(yīng)生成單羥甲基和多羥甲基醛，進(jìn)一步還原生成多元醇。（2）縮合反應(yīng)在堿存在下，甲醛與正丁醛縮合生成三羥甲基丙烷，甲醛與異丁醛縮合生成季戊二醇。在NaOH溶液中，甲醛自身縮合生成羥基乙醛，它能進(jìn)一步快速與甲醛縮合生成碳水化合物，俗稱Formose反應(yīng)。在堿金屬和堿土金屬催化劑作用下，于300?425°C，甲醛與乙酸或丙酸縮合生成丙烯酸或甲基丙烯酸。在HCl存在下，甲醛與苯酚，苯胺或其他含活潑氫原子的芳烴化合物進(jìn)行縮合氯甲基化反應(yīng)。在SiO2/Al2O3催化劑條件下，于500C，甲醛與乙醛、氨縮合反應(yīng)生成吡啶和3-甲基吡啶。在堿條件下，于50?70C，甲醛與氨縮合反應(yīng)生成六亞甲基四胺。在酸存在下，甲醛和甲醇縮合生成甲縮醛，它自身不穩(wěn)定，在弱堿性和中性條件下又能水解生成甲氧基甲醇。（3）聚合反應(yīng)甲醛的特殊性質(zhì)是自身容易聚合，但干燥的甲醛氣體是相當(dāng)穩(wěn)定的，僅在溫度低于100C時(shí)才會(huì)緩慢聚合，剛生產(chǎn)出來的甲醛水溶液靜置時(shí)會(huì)自動(dòng)生成低分子聚合物，形成聚氧亞甲基二醇的混合物，同時(shí)部分出現(xiàn)沉淀，，甲醛水溶液在密閉的容器里置于室溫下會(huì)迅速聚合并放出熱量。氣體甲醛在室溫下、甲醛水溶液在濃縮操作過程中均能自聚，生成白色粉狀線性結(jié)構(gòu)的聚合體。（4）羰基化反應(yīng)在鉆或銠催化劑作用下，于110°C和13?15MPa條件下，甲醛與合成氣能進(jìn)行羰基化反應(yīng)生成乙醇醛，進(jìn)一步加氫可生成乙二醇。在過渡金屬催化劑、液體或固體酸催化劑作用下，甲醛與一氧化碳進(jìn)行羰化反應(yīng)生成乙醇酸。在Co或Rh過渡金屬催化劑作用下，在醇類存在時(shí)，甲醛與一氧化碳進(jìn)行羰化反應(yīng)生成丙二酸或丙二酸酯。羰基銠催化劑和鹵化物促進(jìn)劑的作用下，甲醛與合成氣能進(jìn)行同系化反應(yīng)生成乙醛。進(jìn)一步加氫生成乙醇。分解反應(yīng)氧化還原反應(yīng)甲醛極易氧化成甲酸，進(jìn)而氧化成CO2和H2O。許多金屬以及金屬氧化物都能使甲醛還原成甲醇、甲酸甲酯、甲烷。產(chǎn)品用途甲醛屬用途廣泛、生產(chǎn)工藝簡單、原料供應(yīng)充足的大眾化工產(chǎn)品，是甲醇下游產(chǎn)品中的主干。因其化學(xué)反映強(qiáng)烈，價(jià)格低廉，100年前就廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)。甲醛是一種極強(qiáng)的殺菌劑，在醫(yī)院和科研部門廣泛用于標(biāo)本的防腐保存；一些低劣的水性內(nèi)墻涂料及白乳膠也有使用甲醛做防腐劑的；一些不法商人也用其來進(jìn)行食品（如海產(chǎn)品、米粉等）的保鮮。甲醛廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)中，是制造合成樹脂、油漆、塑料以及人造纖維的原料，是人造板工業(yè)制造使用的粘合劑（脲醛樹脂膠、三聚氰氨樹脂膠和酚醛樹脂膠）的重要原料。目前，世界各國生產(chǎn)人造板（包括膠合板、大芯板、中密度纖維板和刨花板等）主要使用的脲醛樹脂膠（UF）為膠粘劑，脲醛樹脂膠是以甲醛和尿素為原料，在一定條件下進(jìn)行加成反應(yīng)和縮聚反應(yīng)而制成的膠粘劑。環(huán)保與安全由于甲醛及其生成所使用的原料都是有毒、可燃、易燃和可爆炸物，而且甲醛的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，所以甲醛的生產(chǎn)與消費(fèi)過程的安全與環(huán)境保護(hù)至關(guān)重要，除通用安全外，主要涉及防火、防爆、防毒三個(gè)方面。1.3.1防火防爆甲醇是生產(chǎn)甲醛的原料，它的閃點(diǎn)為12C（開杯）或16C（閉杯），一般甲醛溶液的閃點(diǎn)＞45C。甲醇在空氣中的著火溫度為385C，甲醛在空氣中的自燃點(diǎn)為430C，甲醇的燃燒速率為0.572m/s?；瘜W(xué)品的燃燒特性主要是以閃點(diǎn)、燃點(diǎn)和自燃點(diǎn)來衡量。閃點(diǎn)越低，著火的危險(xiǎn)性越大。通常，液體化學(xué)品按閃點(diǎn)分為易燃液體和可燃液體兩大類。閃點(diǎn)小于45°C的屬于易燃液體，閃點(diǎn)大于45°C的屬于可燃液體。甲醇屬于一級(jí)易燃液體。工業(yè)甲醛水屬于可燃性液體。甲醇、甲醛的蒸汽都能與空氣形成爆炸混合物。甲醇的爆炸范圍為6%~36.5%;純甲醛的爆炸范圍為7%~73%；一般甲醛圍棋的爆炸范圍為7%~11%。保證甲醛在生產(chǎn)與消費(fèi)過程中的安全，必須重視和做好防火、防爆工作。具體要做好以下幾個(gè)方面：①嚴(yán)格對(duì)火源的管理；②對(duì)甲醛和甲醇物料要有嚴(yán)格的貯存、輸送、意外溢出防范處理等管理措施；③對(duì)生產(chǎn)工藝參數(shù)有安全控制的規(guī)定和科學(xué)的控制手段；④對(duì)可能產(chǎn)生的靜電要有設(shè)備接地等防范措施；⑤要安裝和定期檢查防雷設(shè)施；⑥對(duì)壓力容器和鍋爐安全要嚴(yán)格按照有關(guān)規(guī)定安裝、運(yùn)行、檢修。1.3.2防止中毒（1）甲醇的毒性甲醇的毒性為中低毒性，誤食甲醇可造成急性中毒。甲醇有明顯的人體積蓄作用，經(jīng)常接觸少量甲醇的人時(shí)間持續(xù)長久有可能引起慢性中毒。它主要毒害作用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)，具有明顯的麻醉作用，并對(duì)視神經(jīng)和視網(wǎng)膜有特殊的選擇毒害作用。此外甲醇對(duì)粘膜等也有一定的刺激作用。（2）甲醛的毒性甲醛的毒性主要表現(xiàn)在甲醛溶液及其蒸汽對(duì)人的眼睛、鼻腔、皮膚和呼吸系統(tǒng)的粘膜等有強(qiáng)烈的刺激作用，經(jīng)呼吸道或與皮膚接觸而產(chǎn)生毒害。（3）甲醇與甲醛在空氣中的允許濃度我國規(guī)定甲醇在生產(chǎn)車間的最高允許濃度為500mg/m3，居住區(qū)大氣中的最高允許濃度為3mg/m3；甲醛在車間空氣中的最高允許濃度為0.5mg/m3，居住區(qū)大氣中最高允許濃度（一次）0.05mg/m3；地面水中最高允許濃度為0.5mg/m3。（4）工業(yè)生產(chǎn)與消費(fèi)過程防止甲醇、甲醛中毒的措施避免甲醇、甲醛直接接觸皮膚，重點(diǎn)是做好甲醇、甲醛蒸汽從呼吸道進(jìn)入人體的預(yù)防工作，減少環(huán)境空氣中的甲醇、甲醛濃度，使其遠(yuǎn)小于最高允許濃度。具體做法是:設(shè)備密閉化；防止溢料事故；采用通風(fēng)、排風(fēng)設(shè)施；嚴(yán)禁直接接觸和用口吸取甲醇、甲醛；嚴(yán)禁隨意傾倒甲醇、甲醛溶液；作業(yè)者要佩戴防毒用具等。包裝及貯運(yùn)因甲醛水溶液在貯存中會(huì)發(fā)生甲醛聚合、酸度升高等現(xiàn)象，因此，應(yīng)盡量縮短甲醛水溶液的貯存時(shí)間，采用較好的防腐貯槽或鐵桶貯運(yùn)甲醛成品，以免鐵離子污染成品促進(jìn)酸度增高，提高甲醛成品質(zhì)量。庫存的甲醛水溶液一般用貯槽貯存，貯槽可選用鋁、碳鋼、不銹鋼、復(fù)合鋼板等材質(zhì)制作。貯存地要求遠(yuǎn)離火種、熱源與氧化劑，與遇水燃燒的物質(zhì)隔離，防止暴曬、貯罐進(jìn)行防雷措施。質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)見表1-2表1-2中國工業(yè)甲醛溶液國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T9009-1998,1999年4月1日起實(shí)行)項(xiàng)目指標(biāo)試驗(yàn)方法優(yōu)等品一等品合格品外觀清晰無懸浮物液體，低溫時(shí)允許有白色渾濁密度(Po)/(g/cm3)1.075?1.114GB/T4472-84甲醛含量/%37.0?37.436.7?37.436.5?37.4GB/T9009-1998酸度(以甲酸計(jì))/%<0.020.040.05GB/T9009-1998色度(Hazen單位，鉑-鉆號(hào))W10GB/T3143鐵含量/%W0.00030.0005GB/T30490.00100.0010甲醇含量/%供需雙方協(xié)商GB/T9009-1998注：本標(biāo)準(zhǔn)適用于由甲醇氧化法制得的工業(yè)甲醛溶液。我國甲醛工業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)我國甲醛工業(yè)開始于20世紀(jì)年代。1956年，由前蘇聯(lián)專家設(shè)計(jì)指導(dǎo)的第一套3kt/a(37%CH2O)的甲醛生產(chǎn)裝置在上海溶劑廠建成。1958年后，吉林化肥廠、北京化工三廠、天津有機(jī)合成廠相繼建成甲醛生產(chǎn)裝置。到20世紀(jì)50年代末，我國甲醛生產(chǎn)能力不足40kt/a(37%CH2O)。隨著我國化工產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，到20世紀(jì)90年代，引進(jìn)鐵-鉬法成套裝置，提高了鐵-鉬法生產(chǎn)水平。目前，國產(chǎn)化的鐵-鉬法甲醛裝置也達(dá)到一個(gè)新的水平，但規(guī)模較小。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2004年上半年我國甲醛產(chǎn)品(37%)總產(chǎn)量為227.1萬噸，同比增長31.7%。2004年上半年上半年甲醛產(chǎn)量超過2.5萬噸的生產(chǎn)企業(yè)有29家，產(chǎn)量之和達(dá)到121.4萬噸，占全國甲醛產(chǎn)量的53.5%。預(yù)計(jì)全年甲醛產(chǎn)量超過5萬噸的生產(chǎn)企業(yè)將達(dá)28家，產(chǎn)量之和將達(dá)251.5萬噸，約占全國甲醛產(chǎn)量的51.4%。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(jìn)步，在不少方面也已達(dá)到或接近國際先進(jìn)水平。但從總體看，我國甲醛工業(yè)還有待進(jìn)一步的提高和發(fā)展。1.進(jìn)一步推廣應(yīng)用先進(jìn)生產(chǎn)工藝并不斷完善；2.提高單套裝置產(chǎn)能；3.采用高性能催化劑，加強(qiáng)催化劑改性研究和應(yīng)用水平；4.品種規(guī)格多樣化；5.加快下游產(chǎn)品鏈發(fā)展進(jìn)程。生產(chǎn)方法的確定合成方法目前工業(yè)上生產(chǎn)甲醛，均以甲醇作原料。甲醇氧化制甲醛，由于使用金屬銀催化劑和氧化鐵氧化鉬催化劑的不同而分為“甲醇過量法”（銀法）和“空氣過量法”（鐵鉬法）。我國工業(yè)甲醛生產(chǎn)裝置以采用電解銀為催化劑最多，其余采用浮石銀催化劑，采用鐵鉬催化劑的只有幾家。（1）銀法（甲醇氧化脫氫）銀法生產(chǎn)工藝開始使用的時(shí)間較早，隨著對(duì)催化劑和工藝條件的改進(jìn)，至今仍然是最有竟?fàn)幜Φ姆椒ㄖ?。目前國?nèi)的銀催化氧化法分傳統(tǒng)工藝和尾氣循環(huán)工藝。傳統(tǒng)工藝中尾氣全部至尾氣處理器燃燒，回收熱能，產(chǎn)生的蒸汽送至氣包供生產(chǎn)使用；尾氣循環(huán)工藝流程類似于傳統(tǒng)工藝，其主要差異在于一部分尾氣至尾氣處理器燃燒，回收熱能，一部分尾氣循環(huán)至混合器作為反應(yīng)熱的穩(wěn)定劑，尾氣循環(huán)工藝比傳統(tǒng)工藝具有甲醇轉(zhuǎn)化率高，單耗低以及生產(chǎn)不同濃度的甲醛等優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)銀法工藝：原料氣（在爆炸極限以上的甲醇與空氣混合氣）經(jīng)反應(yīng)器中的銀催化劑（浮石載銀或電解銀）進(jìn)行氧化、脫氫反應(yīng)。通過甲醛、空氣及加入的水蒸氣的比例控制反應(yīng)溫度在600?680°C。反應(yīng)后的氣體經(jīng)塔內(nèi)以水為吸收劑循環(huán)吸收，得到37%~42%的工業(yè)甲醛。（2）鐵-鉬法（甲醇單純氧化法）鐵鉬法到二十世紀(jì)三十年代才開始工業(yè)化生產(chǎn)。瑞典PerstorPaB公司是世界上著名的鐵鉬法甲醛技術(shù)的所有者和甲醛生產(chǎn)者之一。與銀催化法相反，該法在空氣過剩即在低于甲醇－空氣爆炸下限條件下進(jìn)行操作。反應(yīng)在常壓、300?450C下進(jìn)行。催化劑為氧化鐵一氧化鉬，有時(shí)尚添加鈷、鉻等氧化物作助催化劑。采用管式反應(yīng)器，并用高沸點(diǎn)液體作為熱載體移出反應(yīng)熱，用于生產(chǎn)蒸汽。冷卻到100C以下的反應(yīng)氣體，在吸收塔中被水吸收，調(diào)節(jié)水量可得到37％?55％（質(zhì)量）的甲醛產(chǎn)品。甲醇轉(zhuǎn)化率為95％?99％，甲醛收率可達(dá)91％?94％。鐵-鉬法采用列管式固定床反應(yīng)器，管內(nèi)填充①3.5mm*3.5mm鐵鉬催化劑，管間充滿有機(jī)載熱聯(lián)苯醚，聯(lián)苯醚液位高度略高于催化劑床層，以帶走反應(yīng)熱量。初開車時(shí)用電感加熱器將聯(lián)苯醚加熱至260C以上，然后以自身蒸汽壓力壓入反應(yīng)器管間，使催化劑加熱升溫至220C以上。鼓風(fēng)機(jī)送入的空氣預(yù)熱至150C與甲醇蒸汽混合形成原料混合氣，部分混合氣進(jìn)入反應(yīng)器使床層溫度平穩(wěn)上升，大部分混合氣經(jīng)旁路穿過吸收塔，當(dāng)反應(yīng)器溫升至350?370C，逐步關(guān)閉旁路，使全部原料混合氣進(jìn)入反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)生成甲醛。反應(yīng)熱由聯(lián)苯醚移走，并在廢熱鍋爐中發(fā)生蒸汽。合成方法的比較和選定鐵鉬法采用二元?dú)馍a(chǎn)，銀法采用三元?dú)馍a(chǎn)，兩法所用催化劑不同。鐵鉬法所進(jìn)行的反應(yīng)為完全氧化反應(yīng)，而銀法是氧化脫氫反應(yīng)。故銀法選擇是甲醇與空氣混合的爆炸上限操作（混合比37%以上，醇過量），為保持脫氫反應(yīng)進(jìn)行，反應(yīng)溫度控制在650°C左右，反應(yīng)熱量靠加入水蒸氣等帶走。而鐵鉬法選擇的是下限操作（混合比7%以下，氧過量）。反應(yīng)溫度控制在430C左右，而反應(yīng)的熱量靠惰性氣體帶走，氫在反應(yīng)過程中需引入2#塔尾氣，由于吸收系統(tǒng)中加水少，從而能制取高濃度甲醛。但由于采用了尾氣循環(huán)和足夠量的空氣，增加了動(dòng)力的消耗，由于氣體量的加大使裝置能力減小了25%。根據(jù)最新統(tǒng)計(jì)美國鐵鉬法、銀法生產(chǎn)裝置各占50%，而我國銀法占95%以上。（1）鐵鉬法有它的局限性，因?yàn)闈饧兹┰诔叵氯菀拙酆希邼饧兹┰谫A存和運(yùn)輸上很難處理。在制膠工業(yè)中客戶一般不用鐵鉬法制取的低醇含量的甲醛。但可作為有些需要脫水的下游產(chǎn)品的原料。（2）鐵鉬法一次性投資費(fèi)用大，投資回收期長。與銀法相比其投資風(fēng)險(xiǎn)大，而隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，近幾年銀法甲醛工藝也已有了很大的進(jìn)步，單耗已接近鐵鉬法水平。（3）銀法工藝上用的電解銀催化劑，其制法簡單，成本較低，并可重復(fù)使用。鐵鉬法由催化劑由供應(yīng)商提供，價(jià)格昂貴且受到一定的制約。（4）銀法的運(yùn)行成本以及副產(chǎn)蒸汽等方面都優(yōu)于鐵鉬法;而鐵鉬法在單耗、甲醛濃度方面也有它的明顯優(yōu)點(diǎn)。銀法與鐵-鉬法制取甲醛的工藝特點(diǎn)見表2.2.1。甲醛生產(chǎn)用不同催化劑的性能比較見表2.2.2表2.2.1甲醛生產(chǎn)方法比較項(xiàng)目鐵-鉬法工藝銀法工藝甲醇進(jìn)料濃度，%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）<7>37反應(yīng)溫度，C280?350600~720反應(yīng)器形成管式絕熱，流化床固定床絕熱催化劑壽命，mon12?183~8收率，%95?9882~87甲醇單耗，kg/t(37%CH2O)420?437440~460甲醛濃度，%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）55~6037~40產(chǎn)品中甲醇含量％（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）0.5~0.151~8甲酸含量，mg/L200~300100~200表2.2.2甲醛生產(chǎn)用不同催化劑的性能比較-催化劑種類項(xiàng)目-浮石銀電解銀鐵-鉬氧化物甲醇轉(zhuǎn)化率，%82~8792~9697~98甲醛產(chǎn)率，%74?8082~9090~94甲醇單耗，kg/t(37%CH2O)490?530440~480420~440甲醇含量，%5?81~41~1甲醛濃度，%3737~5537~58反應(yīng)溫度，C640?740580?680350通過以上分析，我們認(rèn)為銀法生產(chǎn)甲醛具有投資小，能耗低，能生產(chǎn)高濃度的甲醛，物耗又接近鐵-鉬法生產(chǎn)水平等優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合我國工業(yè)現(xiàn)狀將其推廣為首選的甲醛生產(chǎn)方案。本設(shè)計(jì)將采用銀催化法，以電解銀為催化劑。工藝流程介紹3.1流程說明銀法是以甲醇為原料以一定配比的甲醇和空氣、水蒸汽經(jīng)過過熱器、過濾器進(jìn)入氧化器，在催化底層使甲醇脫氫成醛。甲醛氣體和水蒸汽經(jīng)冷卻，冷凝由吸收塔吸收，制成37％的甲醛溶液成品。在銀法過程中也能做到適當(dāng)?shù)臐舛?，?2％，或通過尾氣循環(huán)法制取甲醛。銀法制甲醛工藝流程圖如下：甲醛一f蒸發(fā)器f過熱器f過濾器f氧化器f吸收一塔f吸收二塔f甲醛成品空氣一電解銀法制取甲醛的工藝流程敘述如下：原料甲醇由精甲醇工段生產(chǎn)出合格的精甲醇，儲(chǔ)存在精甲醇槽備用，通過甲醇泵輸送至甲醇高位槽，并使其有回流，以保證入料的連續(xù)穩(wěn)定。然后高位槽內(nèi)的甲醇以一定量的流量自流進(jìn)入蒸發(fā)器，同時(shí)一定量的空氣經(jīng)空氣過濾器過濾灰塵等雜質(zhì)后由羅茨鼓風(fēng)機(jī)壓入堿洗塔、水洗塔進(jìn)一步除去空氣中的雜質(zhì)，然后進(jìn)入甲醇蒸發(fā)器下部，并通過空氣放空來控制一定的量。在蒸發(fā)器內(nèi)，空氣鼓泡經(jīng)過0.8~1m的45°C甲醇液，甲醇被經(jīng)空氣鼓泡被蒸發(fā)。蒸發(fā)器頂部裝有阻霧設(shè)施,分離夾帶的甲醇液滴。用熱水或蒸氣調(diào)節(jié)蒸發(fā)器溫度，在維持確定的蒸發(fā)溫度下，甲醇在蒸發(fā)器中經(jīng)空氣鼓泡蒸發(fā)后，形成均勻的二元?dú)怏w。二元?dú)怏w自蒸發(fā)器上部吹出，與從蒸汽包出來的配料蒸氣（保持配料濃度為50%~62%）形成三元混合氣。甲醇-水蒸氣-空氣經(jīng)過加熱器加熱到120C，以保證反應(yīng)混合氣中甲醇全部氣化。因甲醇液滴進(jìn)入反應(yīng)區(qū)會(huì)劇烈蒸發(fā)，使催化劑床層翻動(dòng)，造成床層厚度不均，發(fā)生短路，而且甲醇蒸發(fā)吸熱，會(huì)降低反應(yīng)溫度，甚至發(fā)生熄火不反應(yīng)。加熱的反應(yīng)混合氣進(jìn)入阻火器，阻火器起安全隔離作用，當(dāng)反應(yīng)器中發(fā)生燃燒反應(yīng)時(shí)，不會(huì)涉及到前面的蒸發(fā)器。再進(jìn)入過濾器以除去五羰基鐵等含鐵雜質(zhì)。最后于120°C左右進(jìn)入氧化反應(yīng)器。在氧化器的氧化室中三元反應(yīng)氣在電解銀觸媒的作用下發(fā)生氧化和脫氫反應(yīng)生成甲醛。反應(yīng)溫度控制在600?680C進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)氣體以一定的空速通過催化劑進(jìn)入氧化器一段列管與廢熱鍋爐來的熱水進(jìn)行熱交換（熱水被加熱生成蒸汽返回鍋爐，控制其壓力小于0.55Mpa后輸入生產(chǎn)系統(tǒng)），然后進(jìn)入第二段冷卻列管被從熱水箱來的（70±15）C軟化水冷卻至100C以下。被冷凝下來的甲醛此時(shí)為氣液混合物，被送至第一吸收塔下部，與上部來自第二吸收塔的稀甲醛溶液逆向接觸被吸收，大部分甲醛在第一吸收塔被吸收下來，從第一吸收塔底部可采出得到濃度為37%的甲醛溶液。因此第一吸收塔底部出來的溶液經(jīng)循環(huán)泵打出冷卻后，一部分在這里被吸收采出（主要以控制液面為主），一部分被自身循環(huán)至第一吸收塔底部，第一吸收塔頂控制溫度在40?50C以下，底部溫度控制在65C以下。未被吸收下來的氣體再被帶入第二吸收塔底部與頂部純水（以產(chǎn)品濃度和吸收效果綜合考慮來控制流量）和中部循環(huán)液逆向接觸并被吸收下來。第二吸收塔底部溫度控制在45C以下，頂部控制在40C以下，吸收二塔底部出來的液體由甲醛循環(huán)泵經(jīng)甲醛預(yù)熱器和甲醛循環(huán)冷卻器冷卻后進(jìn)入吸收一塔上段及中段，該甲醛液與甲醇蒸發(fā)器換熱冷卻后的甲醛反應(yīng)氣逆流接觸得到甲醛溶液，并用甲醛循環(huán)泵在該塔下段循環(huán)，同時(shí)從甲醛循環(huán)泵采出一股甲醛溶液經(jīng)冷卻后作為產(chǎn)品送至甲醛裝置的中間罐區(qū)甲醛溶液貯槽。最后從第二吸收塔塔頂出來的尾氣（主要含CO、C02、O2、H2等）被送至尾氣鍋爐燃燒，也可用變壓吸附（PSA）技術(shù)分離回收純氫產(chǎn)品。尾氣鍋爐內(nèi)有來自其他崗位的熱軟水，在尾氣鍋爐列管內(nèi)被加熱產(chǎn)生蒸汽，回至尾氣鍋爐氣包，控制其液位為0.3?0.5m、出口壓力為0.55Mpa,并入生產(chǎn)系統(tǒng)。過熱后的蒸汽冷凝液收集至熱水箱，并加入一定量的冷軟水控制溫度為（70±15），通過熱水泵送至氧化器二段列管換熱后，一部分回至熱水箱，一部分通過串級(jí)來調(diào)節(jié)蒸發(fā)器溫度。產(chǎn)品含甲醛36.7%?37.4%,甲醇6%左右。因鐵會(huì)促進(jìn)甲醛的分解，為避免產(chǎn)品與鐵接觸，反應(yīng)器以后的設(shè)備、管路采用鋁或不銹鋼制成。生產(chǎn)工藝條件的影響影響甲醇轉(zhuǎn)化為甲醛的反應(yīng)過程的主要因素有：反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)與狀態(tài)、反應(yīng)溫度、原料配比、催化劑的性能狀態(tài)、接觸時(shí)間、原料氣純度、反應(yīng)壓力等。反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)與狀態(tài)：反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)與狀態(tài)直接關(guān)系到甲醇轉(zhuǎn)化為甲醛的主反應(yīng)能否順利進(jìn)行和減少、防止副反應(yīng)發(fā)生等問題。設(shè)計(jì)反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)考慮氣固相接觸情況、催化層狀態(tài)，反應(yīng)物流動(dòng)、反應(yīng)氣速度，反應(yīng)后的氣體離開及冷卻等問題。反應(yīng)溫度：反應(yīng)溫度的高低會(huì)影響物料的反應(yīng)程度，甲醇進(jìn)料濃度對(duì)氧化溫度的影響很敏感。甲醇脫氫是吸熱反應(yīng)，升溫有利于反應(yīng)，自發(fā)進(jìn)行的最低溫度為481.6°C，實(shí)際生產(chǎn)的反應(yīng)溫度應(yīng)高于這一溫度。但是在高溫條件下，電解銀催化劑會(huì)發(fā)生熔結(jié)，導(dǎo)致晶粒變大變粗，使活性表面減少，催化劑活性下降，反應(yīng)收率下降。同時(shí)甲醛也會(huì)發(fā)生熱分解，HCHO>CO+H2。高溫使得反應(yīng)選擇性下降。原料配比：甲醇與空氣的混合氣的配比應(yīng)在一定范圍內(nèi)。因空氣量增多，則氧化反應(yīng)的比例增大，反應(yīng)放熱增多，所以確定反應(yīng)混合氣組成時(shí)，首先考慮氧化、脫氫反應(yīng)的比例，以使反應(yīng)區(qū)熱量基本平衡。其次，考慮水蒸氣存在對(duì)反應(yīng)有利。水蒸氣可以移除部分反應(yīng)熱，避免催化劑過熱；有利于消除催化劑表面積碳；有利于抑制深度氧化反應(yīng)，提高甲醛產(chǎn)率。工業(yè)生產(chǎn)中水蒸氣與甲醇的摩爾比約為1.6：1。還要考慮生產(chǎn)安全，采用甲醇與空氣混合后，甲醇濃度高于爆炸極限上限，甲醇過量35%左右，即甲醇與氧的摩爾比是1：0.37左右。催化劑的性能狀態(tài)：在設(shè)計(jì)中要想有效地發(fā)揮催化劑的性能，就需要考慮催化劑的鋪裝方法，床層嚴(yán)密、平整、均勻性，以使氣體能均勻的流經(jīng)催化床層。接觸時(shí)間：接觸時(shí)間是指原料混合氣通過催化床層所需要的時(shí)間，單位為秒。接觸時(shí)間增長，有利于甲醇轉(zhuǎn)化率提高，但深度氧化分解、完全降解氧化副反應(yīng)隨之增多，因此采用快速反應(yīng)，接觸時(shí)間約為0.1s左右。原料氣純度：原料氣中的雜質(zhì)嚴(yán)重影響催化劑的活性，因此對(duì)原料氣的純度有嚴(yán)格的要求。當(dāng)甲醇中含硫時(shí)，它會(huì)與催化劑形成不具活性的硫化銀；當(dāng)甲醇中含有醛酮時(shí)，則會(huì)發(fā)生樹脂化，甚至成碳，覆蓋于催化劑表面；含五羰基鐵時(shí)，在操作條件下析出的鐵沉積在催化劑表面，會(huì)促使甲醇分解。為此，空氣應(yīng)經(jīng)過濾，以除去固體雜質(zhì)，并在填料塔中用堿液洗滌以除去SO和CO。為除去Fe(CO)，225可將混合氣體在反應(yīng)前于200?300C通過充滿石英或瓷片的設(shè)備進(jìn)行過濾。反應(yīng)壓力：高溫下平衡常數(shù)較大，壓力對(duì)化學(xué)平衡基本上無影響。生產(chǎn)中采用常壓操作，反應(yīng)壓力為0.02MPa左右(能克服流程阻力即可)。為避免甲醛蒸氣泄漏，也可采用稍負(fù)壓操作。

工藝參數(shù)甲醛生產(chǎn)工藝參數(shù)見表3.3.1表3.3.1甲醛生產(chǎn)工藝參數(shù)一覽表項(xiàng)目單位參數(shù)空氣流量m3/h3000?4000氣壓空力Mpa<0.049蒸發(fā)溫度°C46±4蒸發(fā)壓力Mpa<0.045過熱溫度C115?135催化劑粒度目6?35催化劑高度m20~30氧醇比mol/mol0.38?0.42配料濃度%50~62反應(yīng)溫度C640±40氧化器出口溫度C<1001#吸收塔塔頂溫度C40~551#吸收塔塔底溫度C<652#吸收塔塔頂溫度C<402#吸收塔塔底溫度C<45O2%（體積分?jǐn)?shù)）<0.5尾氣CO2%（體積分?jǐn)?shù)）<4CO%（體積分?jǐn)?shù)）<0.8烘焙溫度C200烘焙時(shí)間h1~2熱處理時(shí)間h1~2熱處理溫度C600~700尾氣鍋爐工作壓力Mpa0.4?1.2尾氣鍋爐工作溫度C<650工藝計(jì)算4.1設(shè)計(jì)條件：按照選定的工藝流程，確定設(shè)計(jì)參數(shù)和條件。已知：空氣為氧化劑，電解銀為催化劑，固定床氣相氧化法，1年以300天計(jì)約7200小時(shí)），生產(chǎn)能力為：3萬噸/年。工業(yè)甲醇組成（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）：CH3OH98.0%；H2O2%；空氣組成（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）：O221%；N277.16%；H2O1.84%；反應(yīng)尾氣組成（體積分?jǐn)?shù)）:O20.2%；CO23.6%；CO0.4%；CH40.2%；H2O2%；H219.0%；HCHO0.05%；CH3OH0.15%；N274.4%；甲醛溶液組成（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）:HCHO37%；CH3OH1.6%；H2O61.36%；HCOOH0.04%；其他參數(shù)：氧醇比0.38%；配料濃度60%；單耗CH3OH/37%HCHO0.4481/11。4.2物料流程簡圖甲醇氧化制甲醛的物料流程圖如圖4.2.1所示。尾氣去鍋爐圖4.2.1甲醇氧化制甲醛的物料流程圖物料衡算4.3.1甲醇氧化制取甲醛的化學(xué)反應(yīng)方程式：主反應(yīng)：CH3OH+1/2O2=HCHO+H2OCH3OH=HCHO+H2H2+1/2O2=H2O副反應(yīng)：CH3OH+O2=CO+2H2OCH3OH+3/2O2=CO2+2H2OHCHO+1/2O2=HCOOHHCOOH=CO+H2OHCHO=CO+H2HCHO+O2=CO2+H2OCH3OH=C+H2O+H2CH3OH+H2=CH4+H2O2HCHO+H2O=CH3OH+HCOOH該反應(yīng)系統(tǒng)的物質(zhì)數(shù)為10種，他們是CH3OH、HCHO、HCOOH、CO、C02、H2O、O2、H2、N2、CH4，構(gòu)成這些物質(zhì)的元素有4種，因此該系統(tǒng)的獨(dú)立反應(yīng)數(shù)為10-4=6，可選用反應(yīng)式（4-1）~反應(yīng)式（4-6）作為該系統(tǒng)的獨(dú)立反應(yīng)，他們是：CH3OH+1/2O2fHCHO+H2O(4-1)CH3OH—HCHO+H2(4-2)CH3OH+3/2O2fCO2+2H2O(4-3)CH3OH+O2fCO+2H2O(4-4)CH3OH+H2fCH4+H2O(4-5)CH3OH+O2fHCOOH+H2O(4-6)產(chǎn)品產(chǎn)量及組成30000/7200=4.167(t)=4167(kg)其中：HCHO：4167X37%=1541.79(kg)=51.342(kmol)CH3OH：4167X1.6%=66.672(kg)=2.084(kmol)?HCOOH：4167X0.04%=1.667(kg)=0.0362(kmol)H2O：4167-(1541.79+66.672+1.667)=2556.871(kg)=142.048(kmol)總摩爾數(shù)：51.342+2.084+0.0362+142.048=195.510(kmol)原料甲醇投入量4167X0.448=1866.816(kg)=58.338(kmol)空氣消耗量根據(jù)氧醇比求得：空氣消耗量為：0.38X58.338X22.4/21%=2364.634(m3)=105.564(kmol)其中：02：105.564X21%=22.168(kmol)=709.376(kg)N2：105.564X77.16%=81.453(kmol)=2280.684(kg)H2O:1O5.564X1.84%=1.942(kmol)=34.956(kg)(1.84為空氣在相對(duì)濕度為80%的水含量)尾氣排放量尾氣排放量：105.564X77.16%/74.4%=109.480(kmol)其中：CO2：109.480X3.6%=3.941(kmol)=173.404(kg)CO：109.480X0.4%=0.4379(kmol)=12.261(kg)CH4：109.480X0.2%=0.2190(kmol)=3.504(kg)O2：109.480X0.2%=0.2190(kmol)=7.008(kg)H2：109.480X19%=20.801(kmol)=41.602(kg)H2O：109.480X2%=2.190(kmol)=39.420(kg)HCHO：109.480X0.05%=0.05474(kmol)=1.644(kg)CH3OH：109.480X0.15%=0.1642(kmol)=5.254(kg)N2：109.480X74.4%=81.453(kmol)=2280.684(kg)數(shù)據(jù)校核甲醛量：根據(jù)氧的衡算，計(jì)算出按反應(yīng)式(4-1)生成的甲醛量：【22.168-(3.941X3/2+0.4379+0.2190+0.0362)】X2=31.1268(kmol)根據(jù)尾氣中H2量并結(jié)合反應(yīng)式(4-5),計(jì)算按反應(yīng)式(4-2)生成的甲醛量:20.801+0.219=21.020(kmol)甲醛總生成量為：31.1268+21.020=52.1468(kmol)尾氣帶走的甲醛量為：0.05474kmol實(shí)際甲醛產(chǎn)量為：52.1468-0.05474=52.092(kmol)折算成37%HCH0水溶液：52.092X30.03/37%=4227.900(kg)預(yù)計(jì)計(jì)劃生產(chǎn)量為：30000/7200=4167(kg)產(chǎn)品產(chǎn)量與設(shè)計(jì)要求基本一致。甲醇量反應(yīng)式(4-1)~反應(yīng)式(4-6)的甲醇消耗如下：甲醇消耗量CH3OH+1/2O2^HCHO+H2O(4-1)31.1268(kmol)CH3OHfHCHO+H2(4-2)20.801(kmol)CH3OH+3/2O2^CO2+2H2O(4-3)3.941(kmol)CH3OH+O2^CO+2H2O(4-4)0.4379(kmol)ch3oh+h2^ch4+h2o(4-5)0.2190(kmol)CH3OH+O2fHCOOH+H2O(4-6)0.0362(kmol)尾氣中帶走的甲醇為：0.1642(kmol)產(chǎn)品中帶走的甲醇為：2.084(kmol)甲醇總消耗量為：31.1268+20.801+3.941+0.4379+0.2190+0.0362+0.1642+2.084=58.810(kmol)=1881.920(kg)技術(shù)單耗：1881.92/4167=0.452t/t實(shí)物單耗：1881.92/(98%X4167)=0.461t/t此數(shù)據(jù)與給定條件基本一致。水量衡算(按每小時(shí)計(jì))：尾氣帶出的水：2.190(kmol)=39.420(kg)產(chǎn)品帶出的水：142.048(kmol)=2556.871(kg)空氣帶入的水：1.942(kmol)=34.956(kg)原料甲醇帶入的水：1881.92/98%-1881.92=38.407(kg)=2.134(kmol)反應(yīng)生成的水：31.1268+2X3.941+2X0.4379+0.2190+0.0362=40.140(kmol)=722.52(kg)配料濃度按60%計(jì)，應(yīng)加入的配料水蒸氣量為：1881.92/60%-(1881.92+34.956+38.407)=1181.250(kg)=65.625(kmol)吸收塔加水量：(2.190+142.048)-(1.942+2.134+40.140+65.625)=34.397(kmol)=619.146(kg)轉(zhuǎn)化率、選擇性、收率及吸收系統(tǒng)的計(jì)算：甲醇總轉(zhuǎn)化率二甲醇總耗量/(甲醇總耗量+產(chǎn)品中甲醇量+尾氣中甲醇量)X100%=58.81/(58.81+2.084+0.1642)X100%=96.32%甲醛選擇性二(生成甲醛總量/甲醇總耗量)X100%=(52.1468/58.81)X100%=88.67%甲醛收率二(甲醛總轉(zhuǎn)化率X甲醛選擇性)X100%=0.9632X0.8867X100%=85.41%一吸收塔吸收甲醛量為：52.1468X85.41%=44.539(kmol)=1337.506(kg)二吸收塔吸收甲醛量為：52.1468-44.539-0.05474=7.553(kmol)=226.817(kg)設(shè)二吸收塔循環(huán)液中甲醛濃度為15%，并設(shè)轉(zhuǎn)化甲醛除尾氣帶出外，均在二吸收塔被吸收。則二吸收塔循環(huán)液入一吸收塔量為：226.817/15%=1512.113(kg)其中：甲醇量=2.084(kmol)=66.688(kg)水量=1512.113-66.688-226.817=1218.608(kg)=67.700(kmol)主要單元設(shè)備的物料衡算(按小時(shí)計(jì))蒸發(fā)器物料衡算：出料水為甲醇帶入水和空氣帶入水之和：1.942+2.134=4.076(kmol)=73.368(kg)。其中出料量與進(jìn)料量相同。表4.3.1蒸發(fā)器物料衡算表進(jìn)料出料物料名稱物質(zhì)的量，kmol質(zhì)量，kg物料名稱物質(zhì)的量，kmol質(zhì)量，kg1.甲醇60.9441920.327原料氣166.5074945.348其中ch3oh58.8101881.92其中ch3oh58.8101881.92H2O2.13438.407H2O4.07673.3682.空氣105.5643025.016O222.168709.376其中，。222.168709.376N281.4532280.684N281.4532280.684一一一H2O1.94234.956一一一合計(jì)166.5084945.343合計(jì)166.5074945.348

2)過熱器物料衡算表4.3.2過熱器物料衡算表進(jìn)料出料物料名稱物質(zhì)的量,kmol質(zhì)量，kg物料名稱物質(zhì)的量，kmol質(zhì)量，kg1?原料氣166.5074945.348三元?dú)?32.1326126.598其中ch3oh58.8101881.92其中CH3OH58.8101881.92H2O4.07673.368H2O69.7011254.618O222.168709.376O222.168709.376N281.4532280.684N281.4532280.6842.配料蒸汽65.6251181.250一一一合計(jì)232.1326126.598合計(jì)232.1326126.598(3)氧化器物料衡算：出料水量二三元?dú)庵兴牧?反應(yīng)生成的水=69.701+40.140=109.841(kmol)表4.3.3氧化器物料衡算表進(jìn)料出料物料名稱物質(zhì)的量,kmol質(zhì)量，kg物料名稱物質(zhì)的量，kmol質(zhì)量，kg三元?dú)?32.1326126.598轉(zhuǎn)化氣271.3436135.172其中，CH3OH58.8101881.92其中，HCH052.14681565.968H2O69.7011254.618CH3OH2.24871.936O222.168709.376HCOOH0.03621.667N281.4532280.684H2O109.8411977.138一一一co23.941173.404一一一CO0.437912.261一一一ch40.21903.504一一一O20.21907.008一一一H220.80141.602一一一N281.4532280.684合計(jì)232.1326126.598合計(jì)271.3436135.172

（4）第一吸收塔物料衡算：進(jìn)料的轉(zhuǎn)化氣量已在過熱器物料衡算中算出，來自第二吸收塔各組分量已在物料衡算中算出，出料的成品量已在物料衡算中算出。塔頂氣相各組分量=對(duì)應(yīng)的進(jìn)料量-對(duì)應(yīng)第一吸收塔吸收量。塔頂氣相出料水量=氧化器出料水量+二吸塔循環(huán)液入一吸塔的水量-產(chǎn)品中水量塔頂氣相中甲醛的量二甲醛總生成量X（l-甲醛收率）4.3.4第一吸收塔物料衡算表進(jìn)土料出料物料名稱物質(zhì)的量，kmol,質(zhì)量，kg物料名稱物質(zhì)的量，kmol,質(zhì)量，kg1,轉(zhuǎn)化氣271.3436135.1721,成品196.2604189.533其中，HCHO52.14681565.968其中，HCHO52.0921564.323CH3OH2.24871.936CH3OH2.08466.672HCOOH0.03621.667HCOOH0.03621.667H2O109.8411977.138H2O142.0482556.871CO23.941173.4042,塔頂氣相152.4203457.741CO0.437912.261其中，HCHO7.608228.468ch40.21903.504CH3OH2.24871.936O20.21907.008H2O35.493638.874H220.80141.602co23.941173.404N281.4532280.684CO0.437912.2612,來自二吸塔液相77.3371512.113ch40.21903.504其中,HCHO7.553226.817O20.21907.008CH3OH2.08466.688H220.80141.602H2O67.7001218.608N281.4532280.684合計(jì)348.6807647.285合計(jì)348.6807647.274（5）第二吸收塔物料衡算第二吸收塔物料衡算數(shù)據(jù)見表4.3.5

表4.3.5第二吸收塔物料衡算表進(jìn)料出料物料名稱物質(zhì)的量,kmol質(zhì)量,kg物料名稱物質(zhì)的量,kmol質(zhì)量,kg1,進(jìn)塔氣相152.4203457.7411,尾氣109.4802564.781其中,HCHO7.608228.468其中,HCHO0.054741.644CH3OH2.24871.936CH3OH0.16425.254H2O35.493638.874H2O2.19039.420CO23.941173.404CO23.941173.404CO0.437912.261CO0.437912.261ch40.21903.504ch40.21903.504O20.21907.008O20.21907.008H220.80141.602H220.80141.602N281.4532280.684N281.4532280.6842,塔頂加水34.397619.1462,二吸塔液相米出77.3371512.113H2O34.397619.146其中,HCHO7.553226.817一一一CH3OH2.08466.688一一一H2O67.7001218.608合計(jì)186.8174076.887合計(jì)186.8174076.894熱量衡算有甲醇氧化或脫氫制備甲醛，其主副反應(yīng)都是吸熱和放熱反應(yīng)。如果選擇適當(dāng)?shù)募状寂c空氣用量比，使吸熱反應(yīng)與放熱反應(yīng)的比例適當(dāng)，就可控制反應(yīng)溫度。本設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)時(shí)間以lh計(jì)。計(jì)算公式：在恒壓下，氣態(tài)物質(zhì)過程的焓變采用AH=nCpAT計(jì)算，恒壓絕熱過程Qp二AH。4.4.l主要設(shè)備的熱量衡算：（1）蒸發(fā)器的熱量衡算：已知：甲醇在蒸發(fā)器中無化學(xué)變化，只有相變熱和顯熱。設(shè)進(jìn)入蒸發(fā)器的空氣溫度為60°C，甲醇進(jìn)料溫度為15°C，蒸發(fā)溫度為47°C。

原料甲醇和空氣帶入的熱量見表4.4.1表4.4.1原料甲醇和空氣帶入的熱量物料名稱物質(zhì)的量,kmolT,CCpm,KJ/(kmol?C)熱量，104kJ1,甲醇58.3381578.5926.8772,水2.1341575.0780.2403,空氣105.563一一0其中81.4536029.4014.368O222.1686029.603.937H2O1.9426034.050.397合計(jì)166.035一一25.819原料氣帶出的熱量見表4.4.2表4.4.2原料氣帶出的熱量物料名稱物質(zhì)的量,kmolT,CCpm,kJ/(kmol?C)熱量，104kJCH3OH58.3384744.89412.309H2O4.0764733.890.649N281.4534729.2911.213O222.1684729.463.069合計(jì)166.035一一27.240甲醇的相變焓為:3.749X104kJ/kmol水的相變焓為：4.224X104kJ/kmol則原料甲醇的相變熱為：58.338X3.749X104+2.134X4.224X104=227.723X104(kJ)需補(bǔ)充熱量為：227.723X104+27.240X104-25.819X104=229.144X104(kJ)設(shè)蒸發(fā)器用熱水加熱，熱水進(jìn)口溫度為70°C，出口溫度為64°C。所需用來加熱的水量為：G=229.144X104/4.184X(70-64)=9.128X104(kg/h)過熱器的熱量衡算：取熱損失為2%，為了防止液體析出，把原料氣升溫至120C，同時(shí)配入蒸汽。設(shè)加入的配料水蒸氣為120C的飽和蒸汽，其摩爾定壓熱容：Cpm=34.64

【kJ/(kmol?C)】。則配料蒸汽帶入的熱量為：65.625(配料水蒸汽量)X34.64X120=27.279X104(kJ)。原料氣帶入的熱量為：27.240X104kJ。三元?dú)鈳С龅臒崃恳姳?.4.3：表4.4.3三元?dú)鈳С龅臒崃课锪厦Q物質(zhì)的量,kmolT,CCpm,kJ/(kmol?C)熱量，104kJch3oh58.33812047.73933.420H2O69.70112034.6428.973N281.45312029.8729.196O222.16812030.128.012合計(jì)231.660一一99.601則需補(bǔ)充的熱量為：(99.601-27.279-27.240)X104/(l-2%)=45.082X104(kJ)查得0.4MPa(表壓)下水蒸氣的冷凝熱為：2139.9kJ/kg則需加熱蒸汽量為：45.082X104/2139.9=210.673(kg)=11.704(kmol)氧化器的熱量衡算：反應(yīng)熱已知三元?dú)鈳氲臒崃繛椋?9.601X104kJ。設(shè)反應(yīng)溫度為640C，并以物料衡算中的6個(gè)反應(yīng)方程式為基準(zhǔn)，設(shè)所有的反應(yīng)物和產(chǎn)物均為氣態(tài)，反應(yīng)熱見表4.4.4。表4.4.4反應(yīng)放出的熱量反應(yīng)式甲醇消耗量,kmol反應(yīng)熱，105kJ/kmol熱量，105kJCH3OH+1/2O2^HCHO+H2O31.1268-1.575-49.025CH3OHfHCHO+H220.801+0.9012+18.746CH3OH+3/2O2^CO2+2H2O3.941-6.746-26.586CH3OH+O2^CO+2H2O0.4379-3.927-1.720ch3oh+h2^ch4+h2o0.2190-1.209-0.265ch3oh+o2^hcooh+h2o0.0362-4.008-0.145合計(jì)56.562-16.56-58.995則反應(yīng)放出的總熱量為：58.995X105kJ。冷凝熱

轉(zhuǎn)化氣經(jīng)急冷段后降溫至90°C。由于轉(zhuǎn)化器的非理想性，可設(shè)其冷凝量占產(chǎn)品量的12%。4227.9X12%=507.35(kg)。其中甲醛占30%，為507.35X30%=152.205(kg)=5.068(kmol)；水占70%，為507.35-152.205=355.145(kg)=19.730(kmol)。冷凝熱數(shù)據(jù)見表4.4.5。表4.4.5冷凝熱量物料名稱物質(zhì)的量,kmol相變熱，104kJ/kmol熱量，104kJHCH05.0686.19631.401H2O19.7304.13581.584合計(jì)24.79810.331112.985即冷凝放出的總熱量為112.985X104kJ。轉(zhuǎn)化氣帶出的熱量(溫度90C)見表4.4.6。表4.4.6轉(zhuǎn)化氣帶出的熱量物料名稱物質(zhì)的量,kmolT,CCpm,kJ/(kmol?C)熱量，10<JHCHO52.14689036.0216.905CH3OH(HCOOH)2.28449046.570.957H2O109.8419034.2733.878CO23.9419040.131.423CO0.43799031.340.124ch40.21909036.650.0722O20.21909029.800.0587H220.8019029.375.498N281.4539029.6021.699合計(jì)271.343一一80.615氧化工段多余的熱量為：(99.601+589.95+112.985-80.615)X104=721.921X104(kJ)設(shè)熱損失為2%，則有721.921X104X(1-2%)=70