毕业设计（论文）甲醇氧化生产甲醛的设计

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1、 摘 要该甲醇氧化生产甲醛的设计采用银催化剂的“甲醇过量法”也称“银催化法”制甲醛的工艺，甲醇氧化生产甲醛工艺的计算包括去除硫、氯等有害杂质、氧化脱氢工段进行设计计算，从最初的可能出现的过程到甲醛生产的开工和产品，其制造过程的资料信息，比如说设备参数，生产原材料的材料的介绍，花费消耗，物化性质都需要进行设计。并且绘制了工艺流程图，设备布置图。他们给出了过程的完整的技术描述。说明书中对甲醛生产的过程的操作说明和设备设计给出了一步接一步的详细说明。设计过程包括三个部分：即物料衡算、热量衡算、设备计算。 在物料衡算的基础上，对整个装置进行了能量衡算，并通过衡算得出了装置加热蒸气量，软水耗量，入网蒸气

2、富余蒸气量以及吸收工段各塔自身的循环量和冷却水耗量。其中对蒸发器、过热器、吸收塔、氧化器作了详细的热量衡算。在物料衡算和热量衡算的基础上，对设备进行了选型，及经济分析核算，安全问题与市场消费情况进行一定程度的讨论。SummaryThe design of formaldehyde with methanol qxidation process adopt “methyl alcohol excessive law”of silver catalyct which call “silver catalyst law” too.I diddesigning on the base of produ

3、ction operation condition and production result.Technological calculate include getting ride of sulphur chlorine.etc which are harmful to the impurity; Information on manufacturing processes of formaldehyde,for example ,equipment parameters,materials of construction,cost and the physical properties

4、of process materials are needed at all stage of design; from the initial screening of possible processes,to the plant start-up and production .To its response,ones thatget rid of sulphar,chlorine,etc,are harmful to the impurity,oxidine,deoxidation,section go on and design.and calcalute,draw process

5、chart,equipment,assign and persued. They provide a complated technial descriptionof the process.The explanation of design give the detailed step by step,instruction for operation of the process and equipment. The design process includes three parts ：material balance ,thermal balance and calculate of

6、 equipment。On the base of material balance ,we have had a balance to the prodution equipment of formaldehyde.It has been calculated that the quantities of heating steam waste of soft waste of water,residue steam of entrance vapor pipe,circulating reflux and waste of cooling water, Right evaporator,

7、superheater and absorber oxidation made the heat balance. On the basis of the material balance and heat balance the right equipment selection, and the economic analysis of accounting, security issues and market consumption of a certain have made a degree of discussion .第一章 总述1.1概述1.1.1.甲醛的物理性质 甲醛：福尔

8、马林;Formalin; Methanal;Formaldehyde性质：气体的相对密度1.067（空气=1）。液体的相对密度0.815(-20)。熔点-92。沸点-19.5。易溶于水和乙醇。水溶液的浓度最高可达55，通常是40，称作甲醛水，俗称福尔马林（formalin），是有刺激气味的无色液体。保藏于冷处时，生成仲甲醛而变浑浊。蒸发时也生成仲甲醛。加入8%-12%甲醇，可防止聚合。有强还原作用，特别是在碱性溶液中。能燃烧。蒸气与空气形成爆炸性混合物，爆炸极限7%-73%（体积）。着火温度约300。1.1.2.甲醛的化学性质甲醛分子结构中存在羰基氧原子和2-氢原子，化学性质活泼，能与许多化合

9、物进行反应，声称许多化学产品。1加成反应有机溶剂中，甲醛能与单烯烃催化加成反应，生成二烯烃或者相应的醇类。在碱性溶液中，甲醛与氰化氢加成反应生成乙腈醇，在HOCH2CN工业，用该反应制取氨基酸系列产品，俗称Mannich反应。在乙炔铜银催化剂的作用下，甲醛与单炔烃加成反应生成炔属醇。在碱性或中性条件下，甲醛与不饱和胺加成反应生成相对稳定的单甲醇基和二甲醇基的衍生物。，在碱性的条件下，醛还可以与含2个氢原子的醛和酮加成反应生成单羟甲基和多羟甲基醛。2缩合反应甲醛自身能缓慢进行缩合反应，生成低级的羟基醛、羟基酮和其他的羟基化合物，在碱性的条件下，能加快反应的进行。甲醛还能与各种化合物进行缩合反应，

10、著称ToUes反应，在碱性的条件下反应生成羟甲基化合物；在酸性条件下或其相进行缩合反应则生成甲烯基化合物衍生物。3聚合反应 甲醛的特殊性质为自身容易聚合，但干燥的甲醛气体是十分稳定的，仅在同时出现部分沉淀。甲醛常发生的聚合反应有二聚反应。4羰基化反应在钴或铑催化剂的作用下，110，13-15Mpa条件下，甲醛与合成气进行羰基化反应；在过渡金属催化剂，液体催化剂或者固体催化剂的作用下，甲醛与一氧化碳进行羰化反应；在羰基铑催化剂和卤化物促军作用下，甲醛和合成气能进行因素化反应生成乙醛，进而生成乙醇。5氧化反应在低于300时无催化剂作用其分解速率相当缓慢。在400，分解速率为每分钟0.44%，工业上

11、看到的甲醛的分解归因于反应器壁效应或催化剂的作用。6氧化反应许多金属以及金属氧化物都能使甲醛还原成甲醇，甲烷或是甲醛深度氧为甲酸，二氧化碳和水。1.1.3.甲醛的用途甲醛有着广泛的用途，其中约65的消费量是用于生产甲醛树脂，主要有脲醛树脂(胶粘剂、氨基塑料)、酚醛树脂(胶粘剂、酚醛塑料、杀车片)、蜜胺甲醛树脂(胶粘剂、蜜胺塑料)及其他各种甲醛树脂；其次是用于生产聚甲醛树脂、聚甲醛工程塑料，多聚甲醛，乌洛托品，季戊四醇，新戊二醇，三羟甲基丙烷，三羟甲基乙烷，二羟甲基丙酸，吡啶及其衍生物，炔醛法1，4一丁二醇及其衍生物(PBT、n 、PTMEG、7-丁内酯、N一甲基吡咯烷酮( )、乙烯基吡咯烷酮、

12、聚乙烯基吡咯烷酮)，二苯基甲烷异氰酸酯(MDI)，螯合剂(EDTA、NTA等)，聚乙烯醇(维尼纶)，甲缩醛，硝基烷烃衍生物(三羟甲基硝基甲烷、三羟甲基氨基甲烷等)，脲醛预缩液，缓释肥料大颗粒尿素)，纤维处理化学制品，纸张处理化学制品等等，有16个大类近几百个品种。同时甲醛在农药、医药、炸药和染料工业，还可做杀虫剂、消毒剂、溶剂和还原剂在农业上可做尿素一甲醛型缓效肥料。1.1.4.甲醛工业的发展及需求状况甲醛几乎都采用甲醇空气氧化法制得，按所用催化剂的不同类型，可分为铁钼催化剂法和银催化剂法。国外现有甲醛生产装置中约70使用银法工艺，近几年新建甲醛装置大部分采用铁钼法。采用铁钼催化剂工艺的甲醛装

13、置一般生产能力较大，甲醇转化率可达95 99 ，甲醇消耗低，不需要蒸馏装置，可以生产高浓度甲醛，甲醛成品中醇含量低、催化剂使用寿命长、一次性投资大、电耗高。银法工艺简单，投资省、调节能力强、产品中甲酸含量少，但是甲醇转化率低、单耗高、催化剂寿命短、对甲醇纯度要求高，甲醛成品中甲醇含量高，只能生产低浓度甲醛。我国甲醛工业发展至今，在生产规模、产量、质量、技术等方面已有了很大的进步，在不少方面也已达到或接近国际先进水平。但从总体看，我国甲醛工业还有待进一步的提高和发展。当前我国甲醛生产工艺现状甲醛生产方法主要有银法和铁铝法。铁铝法虽然甲醇单耗低，投资大、能耗高、催化剂费用高，在我国很少采用。我国甲

14、醛工业生产以银法为主，经过40多年的发展，经历了由浮石银催化剂到电解银催化剂的进步，经历了废热锅炉和尾气锅炉从无到有的进步经历了蒸发器由水蒸气加热到由热水或热甲醛加热的进步，从而形成了我国经典的银法甲醛设备及流程，即通常所说的传统银法工艺。我国的甲醛消费量不大，主要用于脲醛树脂，其次用于制造乌烙托品和季戊四醇。许多重要的甲醛衍生产品，如1，4-丁二醇，聚甲醛等的技术还没有达到工业化的要求，只是甲醛的用途受到局限，也限制了甲醛需求量的提高，但我国市场较大，未来的应用前景乐观。1.1.5.甲醛的生产方法1.尾气循环法 甲醛通过泵打入蒸发器,经加热蒸发甲醇气体进入混合器,空气由罗茨风机送入空气预热器

15、,经预热后进入混合器,并补充适量的水蒸汽进入混合器。当生产转入正常后,尾气系统用惰性气体将空气置换,然后由尾气风机循环部分尾气使之通过预热器后进入混合器。混合气体经过滤净化处理进入铺装电解银固定床的反应器。设定各项气体的比例来控制反应温度,原料气经氧化脱氢反应生成甲醛气体。最后经吸收塔吸收,通过塔顶加水来控制成品浓度,产品由塔采出。甲醇通过加热汽化为甲醇气体,控制系统按其氧醇比控制反应温度,使反应在最佳状态下进行。工艺上采用尾气循环法,将部分反应热量由循环气带走。而传统工艺路线是将反应热全部由配料蒸汽带走, 由于采用了尾气循环法, 这样就可能制取37%以上的不同浓度的工业甲醛,以满足不同下游产

16、品的需要。2.传统银法传统的银法是在甲醇空气爆炸极限以外操作，即在甲醇过量的条件进行操作。因催化反应再常压和600-700下进行，发生脱氢和氧化两个主反应，50-60%甲醛是由氧化反应得来的。(1)CH3OH HCHO+H2 H = +20400kJ/kmol(2)CH3OH+1/202 HCHO+H2O H = - 37400kJ/Kmol甲醛生产工艺分为三个单元进行，首先是将原料甲醇和空气(氧气)混合成符合反应比例的混合气，接着是将甲醇在催化剂的作用下，氧化、脱氢生成甲醛气，然后是将甲醛气用软水吸收并达到质量要求，成为甲醛水溶液产品。3.甲缩醛氧化法甲缩醛氧化法制取高浓度的甲醛由三步过程组

17、成：甲缩醛的合成，甲醛与水溶液缩合生成甲缩醛，反应温度60-90，甲醇与甲醛的摩尔比为2：1，使用固体酸催化剂；甲缩醛氧化，空气作氧化剂，反应温度诶200-400；高浓度甲醛的吸收与利用。4.其他方法 制取甲醛还可以采用二甲醚氧化法，烷烃氧化法和甲醇脱氢法等。1.2文献总述1.2.1.甲醛工业的发展史甲醛几乎都采用甲醇空气氧化法制得，按所用催化剂的不同类型，可分为铁钼催化剂法和银催化剂法。国外现有甲醛生产装置中约70使用银法工艺，近几年新建甲醛装置大部分采用铁钼法。采用铁钼催化剂工艺的甲醛装置一般生产能力较大，甲醇转化率可达95 99 ，甲醇消耗低，不需要蒸馏装置，可以生产高浓度甲醛，甲醛成品

18、中醇含量低、催化剂使用寿命长、一次性投资大、电耗高。银法工艺简单，投资省、调节能力强、产品中甲酸含量少，但是甲醇转化率低、单耗高、催化剂寿命短、对甲醇纯度要求高，甲醛成品中甲醇含量高，只能生产低浓度甲醛。我国甲醛工业发展至今，在生产规模、产量、质量、技术等方面已有了很大的进步，在不少方面也已达到或接近国际先进水平。但从总体看，我国甲醛工业还有待进一步的提高和发展。当前我国甲醛生产工艺现状甲醛生产方法主要有银法和铁铝法。铁铝法虽然甲醇单耗低，投资大、能耗高、催化剂费用高，在我国很少采用。我国甲醛工业生产以银法为主，经过40多年的发展，经历了由浮石银催化剂到电解银催化剂的进步，经历了废热锅炉和尾气

19、锅炉从无到有的进步经历了蒸发器由水蒸气加热到由热水或热甲醛加热的进步，从而形成了我国经典的银法甲醛设备及流程，即通常所说的传统银法工艺。1.2.2.甲醛生产工艺 当今，生产甲醛方法中几乎完全是采用甲醇气相氧化法，有两种基本的催化工艺，银催化剂催化工艺和金属氧化物催化工艺，统称银法和铁钼法。铁钼法是在空气过量条件下进行甲醇氧化反应，具有甲醇转化率和甲醛产率双高的优点，但生产装置投资费用较高。铁钼法中采用熔盐(NaNO3、NAN02、KNO3混合物)作导热载体的称“熔盐法”，主要在土耳其本国中使用。我国甲醛的生产主要是以银为催化剂进行甲醇的氧化。甲醛装置中以生产能力计算，银法约占 95，铁钼法约占

20、5。1 催化剂的选用与性质甲醛生产有多种催化剂，有A g 及其合金类催化剂，V 2O 5 类催化剂，Fe- Mo 类催化剂以及其他一些催化剂。国内多采用A g 催化剂, 这类催化剂活性高, 转化率大, 但选择性较差。A g 催化剂具有较高的活性, 转化率可达97% 以上, 选择性也可达85% 以上, 但反应温度都较高。在640反应温度下, 使用电解A g 作催化剂, 甲醇氧化制甲醛的转化率可高达97. 6% , 选择性达89. 2%。为进一步提高选择性, 可采用A g 合金催化剂, 但转化率会有些降低。如采用A g-Pb 合金催化剂, 组成为0. 005 0. 15: 1,比表面积 5m 2g

21、, 转化率只有72. 4% , 但选择性却可以提高到93. 1%。用A g- A u 作催化剂转化率为8918% 选择性为9111%。前苏联还有一种新型催化剂D- 53, 其组成为35% 70%A g浮石, 可以得到87% 91%的转化率和92% 94% 的选择性。 2 银催化剂氧化法银法有两种工艺流程，一种是带有甲醇蒸馏回收流程，简称循环工艺。另一种是不带甲醇蒸馏回收流程，简称非循环工艺。两种流程的选用依据主要是终产品甲醛的纯度。循环工艺是不完全转化法，甲醇转化率较低，但产品甲醛浓度高，醇含量低，且可根据用户的需求随时调节产品甲醛浓度和醇含量。我国还自主开发了“本征控制银法工艺”和“尾气循环

22、法工艺”。非循环银法工艺的甲醛生产成本和投资费用双低(包括折旧和投资偿还ROI)，但其产品甲醛浓度不高且醇含量较高，最高醇含量可达5(w)。相反，铁钼法和循环银法工艺的甲醛浓度都可达55，醇含量低于1(w)。银催化法又称甲醇过量工艺，利用两种主要反应：脱氢和部分氧化，将甲醇转化成甲醛，主要反应如下：(1)CH3OH HCHO+H2 H = +20400kJ/kmol(2)CH3OH+1/202 HCHO+H2O H = - 37400kJ/Kmol副反应：CH3OH + 3/2O2 CO2 + 2H2O + 673. 90kJ/KmolCH3OH + O2 CO + 2H2O + 391. 7

23、5 kJ/KmolCH3OH + H2 CH4 + 2H2O + 115. 37kJ/Kmol甲醛生产工艺分为三个单元进行，首先是将原料甲醇和空气(氧气)混合成符合反应比例的混合气，接着是将甲醇在催化剂的作用下，氧化、脱氢生成甲醛气，然后是将甲醛气用软水吸收并达到质量要求，成为甲醛水溶液产品。甲醛生产尾气中含有H2 、CH4 、CO 等可燃气体,如果直接排放,不仅污染环境,而且也是一种能源的浪费,设置废气气燃烧炉就可以同时解决以上问题。甲醇蒸发器甲醇高位槽甲醇泵甲醇 甲醇过滤器 罗茨风机空气过滤器空气 过热阻火器混合过滤器氧化反应器 第一吸收塔第二吸收塔精馏塔 废气燃烧炉 在反应过程中，严格控

24、制各工艺参数，在考虑产量、反应机理及安全生产等因素的情况下，氧醇比控制在0.4100.425 之间，反应温度控制在635645!之间，空气流量控制在30004200Nm3/h 左右，过热温度110125!,可得到醇含量较低的甲醛产品。提高催化剂的制备技术，设计合理的催化剂铺装方法可得到醇含量较低的甲醛产品。选用优等甲醇原料，对原料混合气进行过滤净化，保证原料混合气的纯度，减少反应系统中的挥发硫化物、氯化物和铁化物的含量，避免冷凝水和尘埃等矿物质进入反应系统，最后经吸收塔进行循环吸收，能得到醇含量较低的甲醛产品。1.2.3甲醛的用途甲醛有着广泛的用途，其中约65的消费量是用于生产甲醛树脂，主要有

25、脲醛树脂(胶粘剂、氨基塑料)、酚醛树脂(胶粘剂、酚醛塑料、杀车片)、蜜胺甲醛树脂(胶粘剂、蜜胺塑料)及其他各种甲醛树脂；其次是用于生产聚甲醛树脂、聚甲醛工程塑料，多聚甲醛，乌洛托品，季戊四醇，新戊二醇，三羟甲基丙烷，三羟甲基乙烷，二羟甲基丙酸，吡啶及其衍生物，炔醛法1，4一丁二醇及其衍生物(PBT、n 、PTMEG、7-丁内酯、N一甲基吡咯烷酮( )、乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯基吡咯烷酮)，二苯基甲烷异氰酸酯(MDI)，螯合剂(EDTA、NTA等)，聚乙烯醇(维尼纶)，甲缩醛，硝基烷烃衍生物(三羟甲基硝基甲烷、三羟甲基氨基甲烷等)，脲醛预缩液，缓释肥料大颗粒尿素)，纤维处理化学制品，纸张处理化学制

26、品等等，有16个大类近几百个品种。同时甲醛在农药、医药、炸药和染料工业，还可做杀虫剂、 消毒剂、溶剂和还原剂在农业上可做尿素一甲醛型缓效肥料。1.3设计任务的依据与项目来源在指导老师张老师的指导和实地参观实习和所学知识的基础进行年产4000吨甲醛车间生产工艺的设计。1.4设计产品所需要的主要原材料规格水电气的供应等 1.4.1 甲醇的规格 外观无色透明，炭化实验不变色；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（折合成醋酸计）含量小于等于0.003%，碱度为小于等于0.003%，水分含量小于等于0.15%，不挥发物质的含量小于

27、等于0.001mg/100ml。 1.4.2 水电气的供应本厂所需要的水主要为自来水，所需用电为380V工业用电。厂内的锅炉为节能式，尾气热量经过吸收循环使用，尾气经过净化排入空气。 第二章 生产工艺流程和生产方案的确定甲醛的生产采用银催化法，甲醇经过滤后进入蒸发器，控制一定的液位和蒸发温度，空气鼓泡与甲醛混合，再配入水蒸气形成混合气进入氧化反应器。 氧化反应器中甲醇氧化反应生成甲醛气，回收反应气热量并冷却反应气，为甲醛生产的中心设备。结构形式分为三段组合，上段为氧化室，内填银催化剂，中段为回收热量的列管式废热锅炉，下段为列管式冷却器。甲醇的氧化、反应热量的回收利用、反应气的冷却三个过程由一台

28、设备完成。其优点是简化了工艺流程，特别是各过程的温度控制方便，减少了热损失，设备及安装费用相对降低。采用了双塔串联吸收流程，其优点是第一吸收塔主要用来保证甲醛产品的质量，并最限度的提高产量；第二吸收塔的下段充分吸收甲醛余气，上段彻底吸收尾气中的有用成份，减少排放损失，降低原料消耗。和单塔吸收流程比较，两塔分工明确，液体循环量少，既保证了吸收效果，易提高甲醛液的浓度，又方便于操作。第三章 工艺流程简述甲醇经过滤后进入蒸发器，控制一定的温度与空气混合，配成一定的蒸汽形成三元混合气体，过热至100140，除杂质后进入氧化反应器，反应温度为640；采用性能较好的电解银催化剂，脱氢生成甲醛，反应产物立即

29、骤冷至230，在进一步冷却至8090进入吸收系统。吸收后的产品由塔底排出，未吸收的甲醛及其他气体进入第二吸收塔，进行再次吸收，部分甲醛液回流，尾气进入尾气锅炉作燃料。第四章 工艺计算书4.1物料衡算设已知条件 生产规模：4000t /a37%的甲醛水溶液 生产天数：300天 尾气尾气组成CO2CON2O2H2分率(%)3.60.474.40.219尾气组成CH3OHH2OCH4分率(%)0.1520.2100 产品产品组成CH2OCH3OHHCOOHH2O分率(%)371.60.0361.77 氧醇比：0.375 单耗：每450kg甲醇生产1t甲醛 氧气浓度：O221%(v), N277.16

30、%, H2O1.84%甲醇浓度：98%配料浓度：58%1 产量： 4000/(30024)=0.556其中各组分为：总的分子数为：2甲醇投入量：3. 空气投入量： 据氧醇比得： 4尾气量: 5. 校核(1).甲醛量CH3OH+1/2O2 CH2O+H2O CH3OH CH2O+H2 CH3OH+3/2O2 CO2+ 2H2O CH3OH+O2 CO+2H2O CH3OH+H2 CH4+H2O CH3OH+O2 CHOOH+H2O 据氧的衡算，由反应式和上列有关反应式得到甲醛量为：反应式和得到的甲醛量为：甲醛的总产量为：尾气中带走的甲醛量为：0.007240因此实际的甲醛的产量为：将其折算成37

31、%的甲醛水溶液：6.89192/0.37=557由此看出产品的产量与设计要求基本一致。.甲醇量根据氧的衡算： 反应式所消耗的甲醇的量：4.119 反应式所消耗的甲醇的量：2.7086 反应式所消耗的甲醇的量：0.5213 反应式所消耗的甲醇的量：0.05792 反应式所消耗的甲醇的量：0.02896 反应式所消耗的甲醇的量：0.003626尾气中带走的甲醇的量为：0.022 产品中带走的甲醇的量为：0.2780因此甲醇的总耗量：技术单耗： 实物单耗： 此数据亦与上面给定的数据一致。.水量衡算 按配料浓度58%计算，应加入的配料水蒸气量为：吸收塔加入的水量： . 吸收系统计算 设一塔的甲醛吸收率

32、为90%，则一塔甲醛的吸收量为： 二塔甲醛的吸收量为：又设二塔循环液中甲醛的浓度为15%，并设未转化的甲醇除了尾气带出外，均在二塔吸收。则二塔循环液进入一塔的量为： .各主要单元设备的物料衡算表(按每小时计)表 蒸发器物料衡算表进 料 出 料物料名称物料名称 1 甲醇255.068.0946原料气659.95822.0566CH3OH249.967.81125CH3OH249.967.81125H2O5.100.2833H2O9.7260.52012空气400.09513.962O293.8252.932O293.8252.932N2301.64410.773N2301.64410.773H2

33、O4.6260.257合计655.15522.0566655.15522.0566表 过热器物料衡算表进料出料物料名称 物料名称 1原料气655.1522.0566三元气826.43331.527CH3OH249.967.81125CH3OH249.967.81125H2O9.36260.5201H2O180.640610.0356O292.8252.932O293.8252.932N2301.64410.773N2301.64410.7732配料蒸汽171.2789.5154合计 826.43331.572826.43331.572表 氧化器物料衡算 进 料 出 料物料名称kg 物料名称kg

34、 三元气826.43331.572转化气826.43336.7097CH3OH249.9610.0356CH2O206.976.89916H2O93.8252.932CH3OH9.60.300O2301.64410.7773HCOOH0.16680.003626N2H2O276.2215.3456CO222.93620.5213CO1.621760.05792CH40.463360.02896O20.926720.02896H25.50242.7512N2301.64410.773合计826.43331.572826.43336.7097表 第一吸收塔的物料衡算表 进 料 出 料 物料名称 k

35、g 物料名称 Kg 1转化气826.43336.70971成品55726.1113CH2O206.976.89916CH2O206.096.8697CH3OH9.60.300CH3OH8.8960.278HCOOH0.16680.003626HCOOH0.16680.003626H2O276.2215.3456H2O341.365218.96CO222.93620.52122塔顶气相405.5917.77229 进 料 出 料 物料名称 kg 物料名称 Kg CO1.621760.05792CH2O20.69750.6468CH40.463360.02896CH3OH9.60.300O20.9

36、26720.02896H2O42.09052.3383H25.50242.7512CO222.93620.5213N2301.64410.773CO1.621760.057922自二塔液相136.546.9207CH40.0463360.02896CH2O20.48030.6827O2.0926720.02896CH3OH8.8960.278H25.50242.7512H2O107.23575.96N2301.64410.773合计962.97343.6304962.097343.6304 表 第二吸收塔物料衡算表 进 料出 料物料名称 物料名称 1进塔气相405.5917.772291尾气3

37、38.956614.73529CH2O21.36060.71201CH2O0.21720.00724CH3OH9.60.300CH3OH0.695040.02172H2O42.09052.3383H2O4.76140.26452CO222.93620.5213CO222.93620.5213CO1.621760.05792CO1.621760.05792CH40.463360.02896CH40.463360.02896O20.926720.02896O20.926720.02896H25.50242.7512H25.50242.7512N2301.64410.773N2301.64410.7

38、732塔顶加水69.90663.88372塔顶液相采出136.546.9207H2O69.90663.8837CH2O20.48030.6827CH3OH8.8960.278H2O107.23575.96合计475.4966475.4966475.496621.655994.2热量衡算1 甲醇蒸发器（按每小时计算）在甲醇蒸发器中没有化学变化，只有相变热和显热，设进入蒸发器的空气的温度为60，甲醇的进料温度为15，蒸发温度为47。 (1)原料甲醇和空气带入的热量 表 原料甲醇和空气带入的热量物料名称 CpT()热量KJ1.甲醇7.8112578.592159.2011032.水0.283375.

39、078150.3191033.空气13.962N210.77329.406019.003103O22.93229.60605.207103H2O0.25734.50600.532103合计34.262103 （2）相变热甲醇的相变热：3.749104水的相变热： 4.417104则原料甲醇的相变热为： 7.8112534.49104+0.28334.417104=30.535104 (3)原料气带出的热量 表 原料气带出的热量物料名称 /T 热量CH3OH7.8112544.894471.6482104H2O0.540333.89470.0861104N210.77329.29471.4830

40、104O22.93229.46470.4060104合计3.6233104 则需要补充的热量：设蒸发器用热水加热，热水进口温度为70，出口温度为4，传热系，,则传热面积；大约需要的水的量为 ：2过热器,为了防止液体析出，把原料气升温至120，同时配入蒸气（1） 原料气带入的热量为的（2） 配料蒸气带入的热量设加入的配料的水蒸气为120的饱和水蒸气，其热容则热量为（3） 三元气带出的热量 表（8） 三元气带出的热量物料名称/T热量CH3OH7.8112547.7391204.4748104H2O10.035634.641204.1716104N210.77329.871203.8615104O2

41、2.93230.121201.0597104合计13.5658104需要补充的热量为：因此需要的表压为392.28Kpa的加热蒸气的量为： 3氧化器（包括急冷段）（1）三元气带入的热量为：（2）反应热（反应温度为640）仍以前述例的6个反应为例，且令所有反应产物均为气态，则他们的反应热如表（9）所示表 反应热反应/热量14.119-1.575105-6.48710522.7806+0.90121052.50610530.5213-6.746105-3.51710540.05792-3.927105-0.22710550.02896-1.209105-0.035010560.003626-4.0

42、08105-0.0145105合计-7.7745105即反应放出的总热量为7.7745105（3）冷凝器转化气经急冷段后降温至90，由于转化气的非理想性，因此可以设冷凝量占产量的12%。即 其中甲醛占30%：水占70%：急冷段所产生的冷凝热如下表所示 表（10） 冷凝热物料名称/热量CH2OH0.66846.1961044.141104H2O2.59934.13510410.748104合计14.889104即冷凝水放出的总热量为14.889104转化气带出的热量 表 转化气带出的热量 物料名称/T热量CH2OH6.8991636.029022.366104CH3OH0.30046.57900

43、.1257104HCOOH0.00362646.57900.152104H2O15.345634.27904.7330104CO20.521340.13900.1883104CO0.0579231.34900.0163104CH40.0289636.65900.00955104O20.0289629.80900.00777104H22.751229.37900.7272104N210.777329.60902.8699104合计10.91854104 氧化工段多余的热量为： 假设损失的热量为10%，则有的余热可供利用。一般的生产厂除了其一部分产生热水做蒸发器的加热热源（此部分的热量为3.073

44、2105）外，其余的可用于产生392.28Kpa的饱和蒸气。设进入系统的软水温度为20，热水含量是83.85KJ/kg,表压为392.28Kpa的水蒸气热焓为2746KJ/kg,因此产生的蒸气的量为：所产生的蒸气可以供给过热器加热和需要的配料蒸气，这两方面所用的蒸气的量为，余下的蒸气，即该甲醛装置蒸气自给自余。每产生一吨37% CH2OH余下的表压为392.28Kpa的水蒸气，这些多余的水蒸气可以外输或并入蒸气网。4吸收塔（包括1塔和2塔）. 转化气带入的热量10.91584104. 塔顶加水带入的热量塔顶加入的水的量3.8837，温度位20，则加入的水带入的热量为相变热 生成的产品气体已有1

45、2%被氧化器的急冷段冷凝，余下的被吸收塔冷却，冷却的产品量为： 表 相变热物料名称 相变热热量HCHO6.230766.19610438.606104CH3OH0.2816263.321040.935104H2O16.36074.13510467.651104合计107.192104成品带出的热量成品出料温度为70，则成品带出的热量为： 尾气带出的热量 物料名称/ T热量CH2OH0.0072434.97256.330CH3OH0.0217244.022523.90286H2O0.2645233.5125221.602CO20.521338.1125496.669CO0.0579229.292

46、542.412CH40.0289635.202525.4848O20.289629.3025212.132H22.751229.29252014.5662N2 10.77329.27257883.143合计1.0926104 则吸收工段共需要移走热量 设冷却水进口温度为20，出口温度38，则共需的冷却水量为：第五章 主要设备的工艺计算和设备选型5.1设备的工艺计算1罗茨鼓风机 操作条件：由外界将空气压缩指表压为0.05Mpa进入缓冲罐 用途及数量 ：压送空气；需要一台 操作流量：根据物料计算所需要的空气的量2高位槽计算每小时需要的体积流量为：3蒸发器 操作条件：甲醇与空气先在加热段加热至80后

47、，再到过热段加热至100 用途及数量：使甲醇蒸发，并控制一定的温度与压力：需要设备一台 由热量衡算可知，需要补充的热量为30.7321104KJ，取用252.5的不锈钢管，材质为0Cr18Ni10Ti,每段管的长度为3m，由于传热面积A=16.709m2,取A=17m2,则管子的根数为根。取管子的中心距t25+36=31m,T取32m壳外缘与管间的距离e= 32+12=44mm根据JB/T4725-92支座标准选用蒸发器的支座为B型支座标准系列DN=450mm,允许载荷10Q/KN 300mmDN500mm,为了检查设备使用过程中是否产生变形，腐蚀等现 象，可开设2个75的手孔。4. 氧化反应

48、器 操作条件：进料器温度120，通过640的触媒层，甲醇反应转化成甲醛排出 用途及数量：甲醇在此氧化反应生成甲醛：需要设备一台 反应放出的热量为：7.7745105KJ 对急冷段的计算 求平均温度差在催化层反应后，产品气体温度在650左右，经过急冷段后，温度降至180左右急冷段余热 由表分析得到冷却后混合气体放出的余热为9.528105KJ传热系数K的取值 因为在急冷段进行换热的流体是由气体到气体，传热系数传热面积的计算 由公式计算 求管子数n 选用252.5的不锈钢管，材质为0Cr18Ni10Ti，每根的管长为3m 其中因安排拉杆需要减少4根空位，因此实际管数应取231根管子的排列方式为正三

49、角形，管间距取a=40mm反应器壳体直径的确定 圆整后取壳体直径D=750mmPc=1.1P=1.10.3=0.33Mpa 反应器封头的选择上下封头均选用椭圆形封头根据JB/T4737-95标准，选择封头为DN8008,曲面高度为h1=188mm，直边高度为h2=25mm 接触层的计算 已知接触层的高度为h=0.03mm,直径为d=750mm气体流量 接触层的体积 气体通过接触层的空间速度为上下空间余量高度各取0.6m 因此氧化反应器的总高度为 5第一吸收塔操作条件：进气温度为80，出气温度为70，压力为表压，塔顶喷淋液温度为25，塔底喷淋液温度为40用途及数量：反应气体在反应温度下进入第一吸

50、收塔，塔中循环喷淋，使气体冷却并吸收制取37%的福尔马林液；需要设备一台塔径的计算 进气流量为G=36.7097kmol/h, 平均温度为75 封头的计算 上下封头均选用椭圆形封头 根据JB/T4737-95标准，选择封头为DN8004,曲面高度为h1=188mm，直边高度为h2=25mm塔高的计算 对气体填料层的计算，80，气液平衡关系为y=0.4x，表示在塔内吸收掉99%的甲醛。甲醛混合气入塔流率Q=0.02029kmol/m2s,操作压力为P=101.325Kpa,温度为333k，塔顶，塔底的气液组成入下。 封头的高度为Hb=188+25=213mm0.2132=8.586m 液体喷淋量

51、采用莲蓬头喷洒器，通过在填料上方的进料管喷洒，液体经小孔分股喷出，莲蓬头直径一般为塔径的20%30%，因此,d=8000.2=160mm,小孔直径为315mm,取6mm，莲蓬头的安装位置应距离填料表面（0.51）D,安装高度为=8000.5=400mm。塔截面积A=0.5024m2 液体再分布器采用最简单的分配锥，塔径D=800mm1m，分配锥小头直径为0.70.8D, 接管的计算 流体的进口接管内径液体进口接管直径：d=9mm， 取用 液体出口接管直径：d=20.9mm，取用开孔补强 a液体进出口需要的补强面积 已知壳体的计算厚度S=0.16mm 开孔直径d=133mm 壳体名义厚度Sn=3mm 接管的名义厚度Snt=6mm c=2mm Se=Sn-C=1Set=Sn-C=4mm St= b接管的有效补强 B=2d=2133=266mm 6第二吸收塔操作条件：进口温度70，出口温度30，塔顶循环喷林液入口温度25，出口温度30，塔顶吸收段蒸馏水喷淋温度为25用途及数量：一塔未被吸收的气体在此继续吸收，塔中喷淋液分为两段。一段为塔底循环喷淋，另一段为最后吸收段，用蒸馏水喷淋；需要设备一台。塔径的计算液体喷淋量 采用25252.5的陶瓷环作为填料，喷淋密度为9m3/hm2 填空高度：上层为2.4m泡罩，下层为2.4m的填料