【正文】 湖南科技大學(xué)2008屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）年產(chǎn)3萬噸甲醛生產(chǎn)工藝設(shè)計專業(yè)：化學(xué)工程與工藝 設(shè)計人：謝強 指導(dǎo)老師：羅道成摘要：%甲醛水溶液的生產(chǎn)工藝初步設(shè)計，本設(shè)計采用銀催化法工藝，根據(jù)設(shè)計要求對工藝流程進(jìn)行了選擇與論證，對整個裝置進(jìn)行了物料與能量的衡算，對主要設(shè)備和管道進(jìn)行了設(shè)計及選型，同時對本裝置的安全生產(chǎn)與“三廢”治理作了相關(guān)討論并進(jìn)行經(jīng)濟的初步核算。本設(shè)計配有設(shè)計說明書一本，附圖4張。說明書包括1：總論；2：工藝流程的選擇及論證；3：%甲醛水溶液工藝計算；4：非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的計算及定性設(shè)備的選型；5：工藝管道計算；6：安全以及“三廢”治理；7：技術(shù)經(jīng)濟初步核算。圖紙包括：1 帶控制點的工藝管道及工藝流程圖；2 氧化器裝配圖；3 裝置平面圖；4 裝置立面圖。關(guān)鍵詞：甲醛；甲醇；氧化；工藝；電解銀The manufacturing process of Formaldehyde 30000 tons per yearSpeciality:chemical engineering and technology designer:Xie Qiang director:Luo Dao ChengAbstract:The design is primary for the manufacturing process of formaldehyde 30000 tons per year,and adopts Ag as catalyst According to the design,the craft production way of formaldehyde was selected and the technology was main equipments and pipes were designed or the sane time,safely producing and dealing with”three waste “were argued and technology economic was originally estimated.The design consists of an instruction book and a series of diagram.The instruction book includes: and demonstration of the technological tons per year % formaldehyde crafts for production were is not a selecting type of the equipment of calculation and finalizing the design of the standard pipeline and abatement of”three waste”. initial estimate of technoligy.The diagram include: pipeline of the device and process flow sheet with controlled chart of the figure of the blueprints of factory.Key words:formaldehyde。Methanol。Oxidation。Technology。Electrolysis Silver0目錄前言 11 緒論 1 我國甲醛工業(yè)的發(fā)展過程 1 起步階段 1 發(fā)展階段 1 快速增長階段 1 我國甲醛工業(yè)的現(xiàn)狀 2 生產(chǎn)工藝 2 生產(chǎn)能力和產(chǎn)量 2 技術(shù)指標(biāo) 21. 3 影響我國甲醛價格的主要因素 3 生產(chǎn)成本 3 下游需求狀況 4 地區(qū)差異 4 產(chǎn)品說明 4 產(chǎn)品名稱 4 產(chǎn)品性質(zhì) 4 產(chǎn)品用途 6 原材料說明 6 甲醛工業(yè)的發(fā)展趨勢 6 改進(jìn)催化劑的性能 6 高濃度甲醛工藝發(fā)展趨勢 6 設(shè)備集約化 7 規(guī)模大型化 7 產(chǎn)品簡介 7 甲醛的主要技術(shù)指標(biāo) 72 合成方法及生產(chǎn)技術(shù)比較 8 甲醛的合成方法 8 .1 銀催化劑法 8 .2 鐵鉬催化劑法 8 .3 甲縮醛氧化法 8 .4 二甲醚氧化法 8 .5 低碳烷烴直接氧化法 8 生產(chǎn)工藝比較 8 .1 工藝技術(shù)比較 8 銀催化劑法和鐵鉬催化劑法的特點的比較 9 國內(nèi)外甲醛裝置能耗比較 103 工藝流程介紹 10 流程說明 10 生產(chǎn)工藝影響因素 11 反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)與狀態(tài) 11 催化劑的性能和狀態(tài) 11 反應(yīng)溫度 12 氧醇比 12 水醇比 12 停留時間和空間速度 12 13 原料混合氣的純度 13 主要工藝指標(biāo) 134 %甲醛的工藝計算 14 計算依據(jù) 15 物料衡算 15： 15 原料甲醇投入量 15 空氣投入量（根據(jù)氧醇比求） 15 尾氣中各組分含量的計算 16 核對 16 主要設(shè)備物料衡算（以小時計） 17 熱量衡算 22 物性參數(shù)及計算公式 22 主要設(shè)備熱量衡算 225 主要非定型設(shè)備的計算及選型 27 蒸發(fā)器 27 蒸發(fā)室的體積V與高度H的計算 27 蒸發(fā)器的換熱器計算 27 過熱器 28 傳熱面積的估算 28 徑的計算 28 氧化器 29 氧化器直徑 29 熱鍋爐的主要尺寸 29 氧化器下部的急冷段 30 廢鍋輔助設(shè)備—汽包 31 吸收一塔 31 31 32 液相粘度（單位Mpa或Cp） 32 填料 32 噴淋密度 33 液相流量 33 泛點氣速計算 33 塔徑及空塔氣速的計算 34 高度 34 填料層阻力計算 34 吸收二塔 35 35 36 液相粘度（單位Mpa或Cp） 36 填料 36 噴淋密度 36 液相流量 36 泛點氣速計算 37 塔徑及空塔氣速的計算 38 高度 38 填料層阻力計算 38 主要非定型設(shè)備一覽表 38 主要定型設(shè)備選型 39 上料泵（兩臺） 39 鼓風(fēng)機（兩臺） 39 爐給水泵（兩臺） 39 塔循環(huán)泵（兩臺） 39 塔循環(huán)泵（兩臺） 39 品泵（兩臺） 396 主要工藝管道計算及選型 40 主要工藝管道計算及選型 40 空氣吸入管（空氣過濾器→風(fēng)機口） 40 空氣壓出管（風(fēng)機口→蒸發(fā)器） 40 二元氣體管（蒸發(fā)器→過熱器） 40（過熱器→氧化器） 40 產(chǎn)品氣管（氧化器→塔底） 41 一塔頂出氣管（一塔底→二塔底） 41 尾氣管（二塔頂→尾氣處理車間） 41 配料蒸汽管（蒸汽分配缸→過熱器前） 41 甲醇管（原料泵→蒸發(fā)器） 42 甲醛管（一塔循環(huán)管→成品槽） 42 工藝管道（軟水管→二塔頂） 42 一塔循環(huán)管（一塔底→一塔頂） 43 二塔循環(huán)管（二塔底→二塔頂） 43 主要工藝管道匯總表 437 安全與“三廢”處理 43 44 三廢處理 44 廢氣處理 44 廢水處理 44 458 技術(shù)經(jīng)濟初步評估甲醛及市場 45 產(chǎn)品甲醛及原料市場分析 45 甲醛及原料市場價格分析 45 甲醛市場的供求分析 45 甲醛市場未來分析 46 經(jīng)濟效益初步梳算 46 投資估算 46 生產(chǎn)成本和銷售收益的估算 46 銷售收益估算 47 經(jīng)濟效率評估 47結(jié)束語 49主要參考文獻(xiàn) 503前言甲醛是重要的有機化工基礎(chǔ)原料，是甲醇最重要的衍生物產(chǎn)品之一，甲醛的用途十分廣泛，主要用于生產(chǎn)脲醛、酚醛、聚甲醛和三聚氰胺等，也用于生產(chǎn)醫(yī)藥產(chǎn)品、農(nóng)藥和染料以及消毒劑、殺菌劑、防腐劑等。目前甲酴的生產(chǎn)均采用甲醇為原料，銀催化劑，經(jīng)空氣氧化得到，其濃度為37%左右，其余為水，含甲醛40%、甲醛80%的水溶液叫做福爾馬林，是常用的殺菌劑和防腐劑。甲醛是脂肪族中的最簡單的醛，化學(xué)性質(zhì)十分活潑。1868年，用空氣氧化甲醇合成了甲醛，并且確定了它的化學(xué)特性。1886年Loews使用銅催化劑和1910年Blank使用銀催化劑使甲醛實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。1910年，由于酚醛樹脂的開發(fā)成功，使甲醛工業(yè)得到了迅猛的發(fā)展。隨著甲醛工業(yè)生產(chǎn)的不斷擴大和甲醛產(chǎn)品的深入研究，其生產(chǎn)工藝的日漸完善，對甲醛生產(chǎn)設(shè)備的要求也在不斷提高。工業(yè)甲醛生產(chǎn)典型的有機合成工藝，在我國已有近五十年的歷史。我國的甲醛生產(chǎn)技術(shù)無論在裝置技術(shù)、催化劑的改進(jìn)、還是余熱利用方面都已有了長足的進(jìn)步，其主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)已過到國際上同類生產(chǎn)工藝先進(jìn)水平。從我國甲醛的生產(chǎn)現(xiàn)狀看，結(jié)合畢業(yè)實習(xí)的相關(guān)內(nèi)容，此設(shè)計采用的是銀催化劑氧化生產(chǎn)甲醛的生產(chǎn)工藝流程。在整個設(shè)計過程中，按照設(shè)計任務(wù)書的要求，對年產(chǎn)3萬噸甲醛裝置進(jìn)行了完整的物料衡算與熱量衡算，對工藝過程中的主要設(shè)備進(jìn)行了較為詳細(xì)的工藝計算，同時也對裝置的技術(shù)經(jīng)濟狀況進(jìn)行了初步估計。由于本人能力有限，加上時間較為倉促，在整個設(shè)計中難免有錯誤和不足之處，敬請老師和同行批評指正。　　01 緒論 我國甲醛工業(yè)的發(fā)展過程我國甲醛工業(yè)的發(fā)展大致可分為三個階段。 起步階段20世紀(jì)5060年代，以浮石銀作催化劑的銀法生產(chǎn)甲醛是我國甲醛工業(yè)的起步階段。 我國第一套甲醛生產(chǎn)裝置是1956年9月由前蘇聯(lián)專家設(shè)計指導(dǎo)在上海溶劑廠興建，采用浮石銀作催化劑。1957年1959年吉林化肥廠等三家企業(yè)相繼建立了甲醛生產(chǎn)裝置。但到50年代末，我國工業(yè)甲醛的生產(chǎn)量仍然還不足4萬噸（37%CH2O），產(chǎn)品主要用于生產(chǎn)烏洛托品等。1965年1969年，由于合成纖維和木材加工工業(yè)的發(fā)展，甲醛需求量增加，北京維尼綸廠、蘇州助劑廠等一批采用浮石銀作催化劑的甲醛生產(chǎn)裝置先后投產(chǎn)，到60年代末生產(chǎn)廠達(dá)到10家，總生產(chǎn)能力擴大到10萬噸/年。60年代后期由于開發(fā)聚甲醛樹脂等對濃甲醛的需要，又自行開發(fā)了“鐵鉬氧化物”催化劑，吉林石井溝聯(lián)合化工廠、安陽塑料廠先后采用“鐵鉬氧化物” 催化劑生產(chǎn)甲醛，但由于催化劑性能不佳和工藝落后以及安全性差等原因未能長期生產(chǎn)。 發(fā)展階段上世界7080年代的以電解銀催化劑為主體的銀法生產(chǎn)甲醛是我國甲醛工業(yè)日趨成熟的發(fā)展階段。20世紀(jì)70年代以后，我國甲醛工業(yè)無論在產(chǎn)能、生產(chǎn)技術(shù)還是在設(shè)備、節(jié)能和自動控制等方面都有了較大的改進(jìn)和提高。隨著反應(yīng)熱和尾氣的燃燒熱的利用，使甲醛生產(chǎn)裝置由原來的“耗汽型”變成為“不耗汽型”或“外供蒸汽型”裝置，至70年代末我國甲醛工業(yè)的產(chǎn)量接近40萬噸/年。20世紀(jì)80年代以后，由于木材加工業(yè)和甲醛下游產(chǎn)品發(fā)展的需要，我國甲醛工業(yè)又有了較大的發(fā)展，至80年代末生產(chǎn)甲醛廠家達(dá)51家，總生產(chǎn)能力超過80萬噸/年。 快速增長階段20世紀(jì)90年代至今的銀法生產(chǎn)甲醛和鐵鉬法生產(chǎn)甲醛同時發(fā)展是我國甲醛工業(yè)快速增長階段。20世紀(jì)90年代，特別是90年代中后期，由于我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，木材加工業(yè)、建材業(yè)、塑料工業(yè)的社會需求量的大幅度增加和小氮肥廠的轉(zhuǎn)產(chǎn)等因素，我國甲醛工業(yè)進(jìn)入快速增長時期，1990年1999年的10年中，總生產(chǎn)能力翻了近3倍。在這一階段國內(nèi)多家企業(yè)從國外引進(jìn)以鐵鉬氧化物作催化劑的鐵鉬催化法的甲醛生產(chǎn)裝置，逐漸使我國鐵鉬催化法甲醛裝置達(dá)到了國際同類裝置的先進(jìn)水平。與此同時，我國銀催化法的甲醛裝置也有了快速的發(fā)展。反應(yīng)器等關(guān)鍵設(shè)備不斷地得到改進(jìn)，銀催化劑的制備和應(yīng)用也有了新的提高，原料甲醇單耗有了進(jìn)一步的下降，生產(chǎn)控制技術(shù)也有了長足的進(jìn)步，原料甲醛單耗又有了進(jìn)一步的下降，裝置規(guī)模趨向大型化，國內(nèi)最大、世界第二的年產(chǎn)16萬噸/年單套甲醛裝置于2000在河北凱躍化工集團有限公司建成投產(chǎn)。進(jìn)入21世紀(jì)，我國甲醛工業(yè)仍保持持續(xù)發(fā)展的勢頭，2002年總生產(chǎn)能力已超過700萬噸。迄今，總生產(chǎn)能力已超過840萬噸/年（以37%HCHO計）。 我國甲醛工業(yè)的現(xiàn)狀 生產(chǎn)工藝以甲醇為原料生產(chǎn)甲醛的工藝按催化劑的不同，分為銀法和鐵鉬法兩種不同的生產(chǎn)工藝。銀法甲醛生產(chǎn)工藝中又有生產(chǎn)37%甲醛的傳統(tǒng)銀法和生產(chǎn)濃甲醛的廢氣循環(huán)法、尾氣循環(huán)法及以本征控制技術(shù)為核心的大型甲醛生產(chǎn)新工藝等。在甲醇、水、空氣所組成的原料混合氣的配制工藝中又有濃甲醇蒸發(fā)后配制水蒸汽和甲醇、水配制后蒸發(fā)兩種工藝；而吸收部分則有單塔吸收、雙塔吸收和多塔吸收以及并流吸收等多種流程。此外，在裝置的余熱利用上又有多種形式的工藝流程，使裝置的能量得到充分的合理利用。 生產(chǎn)能力和產(chǎn)量我國工業(yè)甲醛的生產(chǎn)能力近十年內(nèi)有很大的增長，據(jù)不完全統(tǒng)計，我國現(xiàn)有甲醛生產(chǎn)裝置約380套，裝置總能力超過720萬噸，已居世界首位。目前我國銀法裝置的生產(chǎn)能力仍占絕大部分。鐵鉬法裝置僅有10套，合計生產(chǎn)能力僅占國內(nèi)生產(chǎn)能力的5%左右。從總體看，我國工業(yè)甲醛的單套裝置能力較為偏小，平均僅為2萬噸/套。其中，鐵鉬法中最大為8萬噸/套，；銀法中最大為16萬噸。由于我國甲醛工業(yè)總體發(fā)展較快，而下游衍生產(chǎn)品的發(fā)展和市場容量的擴大相對較慢，致使總體開工率卻不高，現(xiàn)已從早期的80%左右降到50%左右，有的裝置還常年處于停工狀態(tài)。從表1—1中可以看出，我國甲醛生產(chǎn)廠家現(xiàn)主要集中在山東、廣東、河北、江蘇等地區(qū)。其中華北地區(qū)（包括山東、河北、天津、北京、山西五省市）的生產(chǎn)能力約占全國總生產(chǎn)能力的1/3，而西北地區(qū)的生產(chǎn)能力很小，還不到全國的1%。目前山東省是全國最大的甲醛生產(chǎn)地區(qū)，生產(chǎn)能力約117萬噸/年；其次是河北地區(qū)（包括天津市和北京市），；江蘇省排名第三，生產(chǎn)能力約88萬噸/年；第四位是廣東省，生產(chǎn)能力約86萬噸/年。 技術(shù)指標(biāo)（1）產(chǎn)品規(guī)格多年來，我國生產(chǎn)的工業(yè)甲醛都是單一