畢業(yè)設(shè)計(jì)-(化工-甲醇氧化生產(chǎn)甲醛)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 摘 要該甲醇氧化生產(chǎn)甲醛的設(shè)計(jì)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(jì)算包括去除硫、氯等有害雜質(zhì)、氧化脫氫工段進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)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，其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(fèi)消耗，物化性質(zhì)都需要進(jìn)行設(shè)計(jì)。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(duì)甲醛生產(chǎn)的過程的操作說明和設(shè)備設(shè)計(jì)給出了一步接一步的詳細(xì)說明。設(shè)計(jì)過程包括三個(gè)部分：即物料衡算、熱量衡算、設(shè)備計(jì)算。 在物料衡算的基礎(chǔ)上，對(duì)整個(gè)裝置進(jìn)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(duì)蒸發(fā)器、過熱器、吸收塔、氧化器作了詳細(xì)的熱量衡算。在物料衡算和熱量衡算的基礎(chǔ)上，對(duì)設(shè)備進(jìn)行了選型，及經(jīng)濟(jì)分析核算，安全問題與市場(chǎng)消費(fèi)情況進(jìn)行一定程度的討論。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

3、base of production 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 physica

4、l properties 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,

5、draw process 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

6、 calculate of 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

7、 evaporator, 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 總述1.1概述1.1.1.

8、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(duì)密度1.067（空氣=1）。液體的相對(duì)密度0.815(-20)。熔點(diǎn)-92。沸點(diǎn)-19.5。易溶于水和乙醇。水溶液的濃度最高可達(dá)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體。保藏于冷處時(shí)，生成仲甲醛而變渾濁。蒸發(fā)時(shí)也生成仲甲醛。加入8%-12%甲醇，可防止聚合。有強(qiáng)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。1.1.2.甲醛的化學(xué)性質(zhì)甲醛分子結(jié)構(gòu)中存在羰基氧原子和2-氫原子，

9、化學(xué)性質(zhì)活潑，能與許多化合物進(jìn)行反應(yīng)，聲稱許多化學(xué)產(chǎn)品。1加成反應(yīng)有機(jī)溶劑中，甲醛能與單烯烴催化加成反應(yīng)，生成二烯烴或者相應(yīng)的醇類。在堿性溶液中，甲醛與氰化氫加成反應(yīng)生成乙腈醇，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)。在乙炔銅銀催化劑的作用下，甲醛與單炔烴加成反應(yīng)生成炔屬醇。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(duì)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(gè)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(jìn)行縮合反應(yīng)，生成低級(jí)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(jìn)行。甲醛還能

10、與各種化合物進(jìn)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(jìn)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(shí)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羰基化反應(yīng)在鈷或銠催化劑的作用下，110，13-15Mpa條件下，甲醛與合成氣進(jìn)行羰基化反應(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(jìn)行羰化反應(yīng)；在羰基銠催化劑和鹵化物促軍作用下，甲醛和合成氣能進(jìn)行因素化反應(yīng)生成乙醛，進(jìn)而生成乙醇。5氧化反應(yīng)在低于300時(shí)無催化劑作用其分解速率相當(dāng)緩慢。在400，分解速率

11、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。1.1.3.甲醛的用途甲醛有著廣泛的用途，其中約65的消費(fèi)量是用于生產(chǎn)甲醛樹脂，主要有脲醛樹脂(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，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-丁內(nèi)酯、N一甲基吡咯烷

12、酮( )、乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯基吡咯烷酮)，二苯基甲烷異氰酸酯(MDI)，螯合劑(EDTA、NTA等)，聚乙烯醇(維尼綸)，甲縮醛，硝基烷烴衍生物(三羥甲基硝基甲烷、三羥甲基氨基甲烷等)，脲醛預(yù)縮液，緩釋肥料大顆粒尿素)，纖維處理化學(xué)制品，紙張?zhí)幚砘瘜W(xué)制品等等，有16個(gè)大類近幾百個(gè)品種。同時(shí)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。1.1.4.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，可分為鐵鉬催化劑法和銀催化劑法。國(guó)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鉬法。

13、采用鐵鉬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(dá)95 99 ，甲醇消耗低，不需要蒸餾裝置，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(zhǎng)、一次性投資大、電耗高。銀法工藝簡(jiǎn)單，投資省、調(diào)節(jié)能力強(qiáng)、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(duì)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(guó)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(guó)際先進(jìn)水平。但從總體看，我國(guó)甲醛工業(yè)還有待進(jìn)一步的提高和發(fā)展。當(dāng)前我國(guó)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(fèi)用

14、高，在我國(guó)很少采用。我國(guó)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(jìn)步，經(jīng)歷了廢熱鍋爐和尾氣鍋爐從無到有的進(jìn)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(jìn)步，從而形成了我國(guó)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。我國(guó)的甲醛消費(fèi)量不大，主要用于脲醛樹脂，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(dá)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(guó)市場(chǎng)較大，未來的應(yīng)用前景樂觀。1.1.5.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?xì)怏w進(jìn)入混合器,空

15、氣由羅茨風(fēng)機(jī)送入空氣預(yù)熱器,經(jīng)預(yù)熱后進(jìn)入混合器,并補(bǔ)充適量的水蒸汽進(jìn)入混合器。當(dāng)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(fēng)機(jī)循環(huán)部分尾氣使之通過預(yù)熱器后進(jìn)入混合器。混合氣體經(jīng)過濾凈化處理進(jìn)入鋪裝電解銀固定床的反應(yīng)器。設(shè)定各項(xiàng)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)品由塔采出。甲醇通過加熱汽化為甲醇?xì)怏w,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(jìn)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%以上的不同濃度的

16、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(jìn)行操作。因催化反應(yīng)再常壓和600-700下進(jìn)行，發(fā)生脫氫和氧化兩個(gè)主反應(yīng)，50-60%甲醛是由氧化反應(yīng)得來的。(1)CH3OH HCHO+H2 H = +20400kJ/kmol(2)CH3OH+1/202 HCHO+H2O H = - 37400kJ/Kmol甲醛生產(chǎn)工藝分為三個(gè)單元進(jìn)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(dá)到質(zhì)量要求，成為甲醛水溶液產(chǎn)品。3.甲縮醛氧化法甲縮醛氧化法制

17、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，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)溫度誒200-400；高濃度甲醛的吸收與利用。4.其他方法 制取甲醛還可以采用二甲醚氧化法，烷烴氧化法和甲醇脫氫法等。1.2文獻(xiàn)總述1.2.1.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，可分為鐵鉬催化劑法和銀催化劑法。國(guó)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鉬法。采用鐵鉬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(dá)95 99 ，甲醇消耗低，不需要蒸餾裝置，可

18、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(zhǎng)、一次性投資大、電耗高。銀法工藝簡(jiǎn)單，投資省、調(diào)節(jié)能力強(qiáng)、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(duì)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(guó)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(guó)際先進(jìn)水平。但從總體看，我國(guó)甲醛工業(yè)還有待進(jìn)一步的提高和發(fā)展。當(dāng)前我國(guó)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(fèi)用高，在我國(guó)很少采用。我國(guó)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

19、進(jìn)步，經(jīng)歷了廢熱鍋爐和尾氣鍋爐從無到有的進(jìn)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(jìn)步，從而形成了我國(guó)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。1.2.2.甲醛生產(chǎn)工藝 當(dāng)今，生產(chǎn)甲醛方法中幾乎完全是采用甲醇?xì)庀嘌趸?，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)稱銀法和鐵鉬法。鐵鉬法是在空氣過量條件下進(jìn)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(diǎn)，但生產(chǎn)裝置投資費(fèi)用較高。鐵鉬法中采用熔鹽(NaNO3、NAN02、KNO3混合物)作導(dǎo)熱載體的稱“熔鹽法”，主要在土耳其本國(guó)中使用。我國(guó)甲醛的生產(chǎn)主要是以銀為催化劑進(jìn)行甲醇的氧化。甲醛裝置中以生產(chǎn)能力計(jì)算，

20、銀法約占 95，鐵鉬法約占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 2O 5 類催化劑，F(xiàn)e- Mo 類催化劑以及其他一些催化劑。國(guó)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(dá)97% 以上, 選擇性也可達(dá)85% 以上, 但反應(yīng)溫度都較高。在640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(dá)97. 6% , 選擇性達(dá)89. 2%。為進(jìn)一步提高選擇性, 可采用A g 合金催化劑, 但轉(zhuǎn)化率會(huì)有些降低。如采用A g-Pb 合金催化劑, 組成為0. 005 0. 15:

21、 1,比表面積< 5m 2g, 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- 53, 其組成為35% 70%A g浮石, 可以得到87% 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，一種是帶有甲醇蒸餾回收流程，簡(jiǎn)稱循環(huán)工藝。另一種是不帶甲醇蒸餾回收流程，簡(jiǎn)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(shí)調(diào)節(jié)產(chǎn)品甲醛濃度和醇含量。我國(guó)還自主開發(fā)

22、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(fèi)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(dá)5(w)。相反，鐵鉬法和循環(huán)銀法工藝的甲醛濃度都可達(dá)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：(1)CH3OH HCHO+H2 H = +20400kJ/kmol(2)CH3OH+1/202 HCHO+H2O H = - 37400kJ/Kmol副反應(yīng)：CH3OH + 3/2O2 CO2 + 2H2O + 673. 90kJ/KmolCH3OH + O2 C

23、O + 2H2O + 391. 75 kJ/KmolCH3OH + H2 CH4 + 2H2O + 115. 37kJ/Kmol甲醛生產(chǎn)工藝分為三個(gè)單元進(jìn)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(dá)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H2 、CH4 、CO 等可燃?xì)怏w,如果直接排放,不僅污染環(huán)境,而且也是一種能源的浪費(fèi),設(shè)置廢氣氣燃燒爐就可以同時(shí)解決以上問題。甲醇蒸發(fā)器甲醇高位槽甲醇泵甲醇 甲醇過濾器 羅茨風(fēng)機(jī)空氣過濾器空氣 過熱阻火器混合過濾器氧化反應(yīng)器 第一吸收塔第二吸收塔精餾塔

24、 廢氣燃燒爐 在反應(yīng)過程中，嚴(yán)格控制各工藝參數(shù)，在考慮產(chǎn)量、反應(yīng)機(jī)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30004200Nm3/h 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(jì)合理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(duì)原料混合氣進(jìn)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(jìn)入反應(yīng)系統(tǒng)，最后經(jīng)吸收塔進(jìn)行循環(huán)吸收，能得到醇含量較低的甲醛產(chǎn)品。1.2.3甲醛的用途甲醛有著廣泛的用途，其中約65

25、的消費(fèi)量是用于生產(chǎn)甲醛樹脂，主要有脲醛樹脂(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，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-丁內(nèi)酯、N一甲基吡咯烷酮( )、乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯基吡咯烷酮)，二苯基甲烷異氰酸酯(MDI)，螯合劑(EDTA、NTA等)，聚乙烯醇(維尼綸)，甲縮醛，硝基烷烴衍生物(三羥甲基硝基甲烷、三羥甲基氨基甲烷等)，脲醛預(yù)縮液，緩釋肥料大顆粒尿素)

26、，纖維處理化學(xué)制品，紙張?zhí)幚砘瘜W(xué)制品等等，有16個(gè)大類近幾百個(gè)品種。同時(shí)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。1.3設(shè)計(jì)任務(wù)的依據(jù)與項(xiàng)目來源在指導(dǎo)老師張老師的指導(dǎo)和實(shí)地參觀實(shí)習(xí)和所學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)進(jìn)行年產(chǎn)4000噸甲醛車間生產(chǎn)工藝的設(shè)計(jì)。1.4設(shè)計(jì)產(chǎn)品所需要的主要原材料規(guī)格水電氣的供應(yīng)等 1.4.1 甲醇的規(guī)格 外觀無色透明，炭化實(shí)驗(yàn)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(jì)）含量小于等于0.003%，堿度為小于等于0.003%，水分含量小于等

27、于0.15%，不揮發(fā)物質(zhì)的含量小于等于0.001mg/100ml。 1.4.2 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(jìn)入蒸發(fā)器，控制一定的液位和蒸發(fā)溫度，空氣鼓泡與甲醛混合，再配入水蒸氣形成混合氣進(jìn)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

28、收利用、反應(yīng)氣的冷卻三個(gè)過程由一臺(tái)設(shè)備完成。其優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)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(fèi)用相對(duì)降低。采用了雙塔串聯(lián)吸收流程，其優(yōu)點(diǎn)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(jiǎn)述甲醇經(jīng)過濾后進(jìn)入蒸發(fā)器，控制一定的溫度與空氣混合，配成一定的蒸汽形成三元混合氣體，過熱至100140，除雜質(zhì)后進(jìn)入氧化反應(yīng)器，反應(yīng)溫度為640；采用性能較好的電解銀

29、催化劑，脫氫生成甲醛，反應(yīng)產(chǎn)物立即驟冷至230，在進(jìn)一步冷卻至8090進(jìn)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(jìn)入第二吸收塔，進(jìn)行再次吸收，部分甲醛液回流，尾氣進(jìn)入尾氣鍋爐作燃料。第四章 工藝計(jì)算書4.1物料衡算設(shè)已知條件 生產(chǎn)規(guī)模：4000t /a37%的甲醛水溶液 生產(chǎn)天數(shù)：300天 尾氣尾氣組成CO2CON2O2H2分率(%)3.60.474.40.219尾氣組成CH3OHH2OCH4分率(%)0.1520.2100 產(chǎn)品產(chǎn)品組成CH2OCH3OHHCOOHH2O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：

30、O221%(v), N277.16%, H2O1.84%甲醇濃度：98%配料濃度：58%1 產(chǎn)量： 4000/(300×24)=0.556其中各組分為：總的分子數(shù)為：2甲醇投入量：3. 空氣投入量： 據(jù)氧醇比得： 4尾氣量: 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 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：反應(yīng)式和得到的甲醛量為：甲醛的總產(chǎn)量為：尾氣中帶走的甲醛量為：0.因此

31、實(shí)際的甲醛的產(chǎn)量為：將其折算成37%的甲醛水溶液：6.89192/0.37=557由此看出產(chǎn)品的產(chǎn)量與設(shè)計(jì)要求基本一致。.甲醇量根據(jù)氧的衡算： 反應(yīng)式所消耗的甲醇的量：4.119 反應(yīng)式所消耗的甲醇的量：2.7086 反應(yīng)式所消耗的甲醇的量：0.5213 反應(yīng)式所消耗的甲醇的量：0.05792 反應(yīng)式所消耗的甲醇的量：0.02896 反應(yīng)式所消耗的甲醇的量：0.尾氣中帶走的甲醇的量為：0.022 產(chǎn)品中帶走的甲醇的量為：0.2780因此甲醇的總耗量：技術(shù)單耗： 實(shí)物單耗： 此數(shù)據(jù)亦與上面給定的數(shù)據(jù)一致。.水量衡算 按配料濃度58%計(jì)算，應(yīng)加入的配料水蒸氣量為：吸收塔加入的水量： . 吸收系統(tǒng)計(jì)

32、算 設(shè)一塔的甲醛吸收率為90%，則一塔甲醛的吸收量為： 二塔甲醛的吸收量為：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(jìn)入一塔的量為： .各主要單元設(shè)備的物料衡算表(按每小時(shí)計(jì))表 蒸發(fā)器物料衡算表進(jìn) 料 出 料物料名稱物料名稱 1 甲醇255.068.0946原料氣659.95822.0566CH3OH249.967.81125CH3OH249.967.81125H2O5.100.2833H2O9.7260.52012空氣400.09513.962O293.8252.932O293.8252.932N2301.64410.773N2301.

33、64410.773H2O4.6260.257合計(jì)655.15522.0566655.15522.0566表 過熱器物料衡算表進(jìn)料出料物料名稱 物料名稱 1原料氣655.1522.0566三元?dú)?26.43331.527CH3OH249.967.81125CH3OH249.967.81125H2O9.36260.5201H2O180.640610.0356O292.8252.932O293.8252.932N2301.64410.773N2301.64410.7732配料蒸汽171.2789.5154合計(jì) 826.43331.572826.43331.572表 氧化器物料衡算 進(jìn) 料 出 料物料

34、名稱kg 物料名稱kg 三元?dú)?26.43331.572轉(zhuǎn)化氣826.43336.7097CH3OH249.9610.0356CH2O206.976.89916H2O93.8252.932CH3OH9.60.300O2301.64410.7773HCOOH0.16680.N2H2O276.2215.3456CO222.93620.5213CO1.621760.05792CH40.463360.02896O20.926720.02896H25.50242.7512N2301.64410.773合計(jì)826.43331.572826.43336.7097表 第一吸收塔的物料衡算表 進(jìn) 料 出 料 物

35、料名稱 kg 物料名稱 Kg 1轉(zhuǎn)化氣826.43336.70971成品55726.1113CH2O206.976.89916CH2O206.096.8697CH3OH9.60.300CH3OH8.8960.278HCOOH0.16680.HCOOH0.16680.H2O276.2215.3456H2O341.365218.96CO222.93620.52122塔頂氣相405.5917.77229 進(jìn) 料 出 料 物料名稱 kg 物料名稱 Kg CO1.621760.05792CH2O20.69750.6468CH40.463360.02896CH3OH9.60.300O20.926720.0

36、2896H2O42.09052.3383H25.50242.7512CO222.93620.5213N2301.64410.773CO1.621760.057922自二塔液相136.546.9207CH40.0.02896CH2O20.48030.6827O2.0.02896CH3OH8.8960.278H25.50242.7512H2O107.23575.96N2301.64410.773合計(jì)962.97343.6304962.097343.6304 表 第二吸收塔物料衡算表 進(jìn) 料出 料物料名稱 物料名稱 1進(jìn)塔氣相405.5917.772291尾氣338.956614.73529CH2O

37、21.36060.71201CH2O0.21720.00724CH3OH9.60.300CH3OH0.695040.02172H2O42.09052.3383H2O4.76140.26452CO222.93620.5213CO222.93620.5213CO1.621760.05792CO1.621760.05792CH40.463360.02896CH40.463360.02896O20.926720.02896O20.926720.02896H25.50242.7512H25.50242.7512N2301.64410.773N2301.64410.7732塔頂加水69.90663.883

38、72塔頂液相采出136.546.9207H2O69.90663.8837CH2O20.48030.6827CH3OH8.8960.278H2O107.23575.96合計(jì)475.4966475.4966475.496621.655994.2熱量衡算1 甲醇蒸發(fā)器（按每小時(shí)計(jì)算）在甲醇蒸發(fā)器中沒有化學(xué)變化，只有相變熱和顯熱，設(shè)進(jìn)入蒸發(fā)器的空氣的溫度為60，甲醇的進(jìn)料溫度為15，蒸發(fā)溫度為47。 (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 CpT()熱量KJ1.甲醇7.8112578.592159.201×1032.水0.283375.078150.319

39、15;1033.空氣13.962N210.77329.406019.003×103O22.93229.60605.207×103H2O0.25734.50600.532×103合計(jì)34.262×103 （2）相變熱甲醇的相變熱：3.749×104水的相變熱： 4.417×104則原料甲醇的相變熱為： 7.81125×34.49×104+0.2833×4.417×104=30.535×104 (3)原料氣帶出的熱量 表 原料氣帶出的熱量物料名稱 /T 熱量CH3OH7.8112544.8

40、94471.6482×104H2O0.540333.89470.0861×104N210.77329.29471.4830×104O22.93229.46470.4060×104合計(jì)3.6233×104 則需要補(bǔ)充的熱量：設(shè)蒸發(fā)器用熱水加熱，熱水進(jìn)口溫度為70，出口溫度為4，傳熱系，,則傳熱面積；大約需要的水的量為 ：2過熱器,為了防止液體析出，把原料氣升溫至120，同時(shí)配入蒸氣（1） 原料氣帶入的熱量為的（2） 配料蒸氣帶入的熱量設(shè)加入的配料的水蒸氣為120的飽和水蒸氣，其熱容則熱量為（3） 三元?dú)鈳С龅臒崃?表（8） 三元?dú)鈳С龅臒崃课锪厦?/p>

41、稱/T熱量CH3OH7.8112547.7391204.4748×104H2O10.035634.641204.1716×104N210.77329.871203.8615×104O22.93230.121201.0597×104合計(jì)13.5658×104需要補(bǔ)充的熱量為：因此需要的表壓為392.28Kpa的加熱蒸氣的量為： 3氧化器（包括急冷段）（1）三元?dú)鈳氲臒崃繛椋海?）反應(yīng)熱（反應(yīng)溫度為640）仍以前述例的6個(gè)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）所示表 反應(yīng)熱反應(yīng)/熱量14.119-1.575×105

42、-6.487×10522.7806+0.9012×1052.506×10530.5213-6.746×105-3.517×10540.05792-3.927×105-0.227×10550.02896-1.209×105-0.0350×10560.-4.008×105-0.0145×105合計(jì)-7.7745×105即反應(yīng)放出的總熱量為7.7745×105（3）冷凝器轉(zhuǎn)化氣經(jīng)急冷段后降溫至90，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 其中甲醛占30%

43、：水占70%：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/熱量CH2OH0.66846.196×1044.141×104H2O2.59934.135×10410.748×104合計(jì)14.889×104即冷凝水放出的總熱量為14.889×104轉(zhuǎn)化氣帶出的熱量 表 轉(zhuǎn)化氣帶出的熱量 物料名稱/T熱量CH2OH6.8991636.029022.366×104CH3OH0.30046.57900.1257×104HCOOH0.46.57900.152×104H2O15.345634.27904.

44、7330×104CO20.521340.13900.1883×104CO0.0579231.34900.0163×104CH40.0289636.65900.00955×104O20.0289629.80900.00777×104H22.751229.37900.7272×104N210.777329.60902.8699×104合計(jì)10.91854×104 氧化工段多余的熱量為： 假設(shè)損失的熱量為10%，則有的余熱可供利用。一般的生產(chǎn)廠除了其一部分產(chǎn)生熱水做蒸發(fā)器的加熱熱源（此部分的熱量為3.0732×

45、105）外，其余的可用于產(chǎn)生392.28Kpa的飽和蒸氣。設(shè)進(jìn)入系統(tǒng)的軟水溫度為20，熱水含量是83.85KJ/kg,表壓為392.28Kpa的水蒸氣熱焓為2746KJ/kg,因此產(chǎn)生的蒸氣的量為：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，余下的蒸氣，即該甲醛裝置蒸氣自給自余。每產(chǎn)生一噸37% CH2OH余下的表壓為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）1. 轉(zhuǎn)化氣帶入的熱量10.91584×1042. 塔頂加水帶入的熱量塔頂加入的水的量3.8837，溫度位20，則加入的水帶入的熱量為相變熱 生成的

46、產(chǎn)品氣體已有12%被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： 表 相變熱物料名稱 相變熱熱量HCHO6.230766.196×10438.606×104CH3OH0.3.32×1040.935×104H2O16.36074.135×10467.651×104合計(jì)107.192×104成品帶出的熱量成品出料溫度為70，則成品帶出的熱量為： 尾氣帶出的熱量 物料名稱/ T熱量CH2OH0.0072434.97256.330CH3OH0.0217244.022523.90286H2O0.2645233.512522

47、1.602CO20.521338.1125496.669CO0.0579229.292542.412CH40.0289635.202525.4848O20.289629.3025212.132H22.751229.29252014.5662N2 10.77329.27257883.143合計(jì)1.0926×104 則吸收工段共需要移走熱量 設(shè)冷卻水進(jìn)口溫度為20，出口溫度38，則共需的冷卻水量為：第五章 主要設(shè)備的工藝計(jì)算和設(shè)備選型5.1設(shè)備的工藝計(jì)算1羅茨鼓風(fēng)機(jī) 操作條件：由外界將空氣壓縮指表壓為0.05Mpa進(jìn)入緩沖罐 用途及數(shù)量 ：壓送空氣；需要一臺(tái) 操作流量：根據(jù)物料計(jì)算所需要

48、的空氣的量2高位槽計(jì)算每小時(shí)需要的體積流量為：3蒸發(fā)器 操作條件：甲醇與空氣先在加熱段加熱至80后，再到過熱段加熱至100 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(tái) 由熱量衡算可知，需要補(bǔ)充的熱量為30.7321×104KJ，取用25×2.5的不銹鋼管，材質(zhì)為0Cr18Ni10Ti,每段管的長(zhǎng)度為3m，由于傳熱面積A=16.709m2,取A=17m2,則管子的根數(shù)為根。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=44mm根據(jù)JB/T4725-92支座標(biāo)準(zhǔn)選用蒸發(fā)器的支座為B型支座標(biāo)準(zhǔn)系列DN=450mm,允許載荷10Q/KN 300mmDN500mm,為了檢查設(shè)備使用過程中是否產(chǎn)生