【正文】 ：見(jiàn)表物料n/(kmol1）反應(yīng)段與一段急冷段反應(yīng)熱的計(jì)算（25℃）：表4—13 反應(yīng)熱 計(jì)量單位：見(jiàn)表反應(yīng)式反應(yīng)焓甲醇耗量Q104kJKJ/moln/(kmolh1kJ/kmol這部分剩余熱量一部分產(chǎn)生熱水（作蒸發(fā)器加熱熱源）。h1kJ/kmol℃則成品帶出的熱量為：Q=42(＋＋)=104 (kJ)尾氣帶出的熱量（尾氣溫度為32）：表4—17 尾氣帶出的熱量 計(jì)量單位：見(jiàn)表物料　尾氣輸出名稱n/(kmol則蒸發(fā)室的體積V=二元?dú)怏w流量247?！鍭估=Q/K估△T=104/=則 估計(jì)需用管子總長(zhǎng)度L總= A估/πd =()=取列管長(zhǎng)L=2500mm=則 列管數(shù)n1=L總/L=按等邊三角形排列，標(biāo)準(zhǔn)排列為439根（查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》表7—4），則實(shí)際傳熱面積為A實(shí)=πndmL=4392=蒸發(fā)器的主要尺寸： 內(nèi)徑：D=2000mm 高度：H實(shí)=2800mm 列管規(guī)格：φ25 列管數(shù)：439根 傳熱面積： 過(guò)熱器 傳熱面積的估算：熱負(fù)荷傳熱：Q=104 kJ/h傳熱溫度（按逆流）：48℃→115℃ 148℃→148℃△Tm=[(148－115) －(148－48)]/In[(148－115) /(148－48)] =℃查《化工原理》上冊(cè)表4—6，選總傳熱系數(shù)K=140W/ m22=390℃壓力 40mmHg廢鍋爐選用固定列管式，列管采用φ25Dm=(＋)/2==則需列管子總長(zhǎng)L總=A/πdm =()=取列管長(zhǎng)L=2500mm則 列管數(shù)n=L總/L=按等邊三角形排列，查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》表7—4得n=439根實(shí)際傳熱面積：A=πndmL == m2廢熱鍋爐的主要尺寸：內(nèi)徑：D=1300mm 高度：H實(shí)=2500mm 列管規(guī)格：φ25 列管根數(shù)：439根 傳熱面積： 氧化器下部的急冷段：已知：產(chǎn)品氣進(jìn)口溫度為150℃，出口溫度為100℃產(chǎn)品氣中各組分流量與前相同冷卻用水與蒸發(fā)器加熱用水循環(huán)使用進(jìn)口溫度為60℃；出口溫度為90℃104 kJ（1）急冷段換熱面積熱負(fù)荷q=Q放=104 kJ傳熱溫度（按逆流）被冷卻介質(zhì)：150℃→100℃ 60℃→90℃△Tm=[(150－90) －(100－60)]/2=50℃查《化工原理》表4—7取熱面積K= W/ m2h為了充分濕潤(rùn)填料取U=15 m3/m2列管總長(zhǎng)L總= A/πdm=()= 列管長(zhǎng)度L=L總/n=實(shí)際傳熱面積A實(shí)=πndmL=4392=急冷段主要尺寸：內(nèi)徑：D=1300mm 高度：H實(shí)=2000mm 列管規(guī)格：φ25 列管根數(shù)：439根 傳熱面積： 廢鍋輔助設(shè)備—汽包為保證廢鍋爐完全運(yùn)行，需保證汽包儲(chǔ)水量供鍋爐1小時(shí)的蒸氣量，Q放=104 kJ查22℃時(shí)，水的焓I=， kJ/kg。廢鍋用廢鍋氣包冷凝水，溫度為140℃；按逆流：630℃→150℃ 140℃→140℃△Tm=[(630－140) －(150－140)]/In[(630－140) /(150－140)] =℃熱量衡算得熱負(fù)荷Q=104 kJ傳熱系數(shù)按國(guó)內(nèi)相同行業(yè)生產(chǎn)實(shí)際情況及查《化工原理》表4—6取傳熱系數(shù)K= W/ m23600]/ = m3則蒸發(fā)室的高度H=4V/πD2 =(4)/(4) =為了防止氣體帶水實(shí)際取H/D=則 蒸發(fā)器實(shí)際高度H=2=蒸發(fā)器實(shí)際體積V=πD2H/4 =(4)/4 = m3 蒸發(fā)器的換熱器計(jì)算：選傳熱管φ25，不銹鋼，其中內(nèi)徑d1=；外徑d2= 則dm=估計(jì)傳熱面積A：由前面的熱量衡算知，Q=104 kJ，設(shè)蒸發(fā)器用熱水加熱，熱水進(jìn)口溫度為90℃，出口溫度為60℃△T=[(90－) －(60－)]/In[(90－) /(60－)] =℃參考《化工原理》表4—6，選總傳熱系數(shù)K估=℃]Q104/kJCH2O 32CH3OH32H2O32CO232CO32 CH432H232O232N232合計(jì)　　　則吸收工段共多余熱量為：（＋＋－－）104=104 (kJ)設(shè)冷水進(jìn)口溫度為22℃，出口溫度為34℃，則共需要冷凝水量為：104/[(34－32) 103]=(t/h)裝置總熱量平衡表表4—18 裝置總熱量平衡表 計(jì)量單位：見(jiàn)表項(xiàng)目入方（kJ/h）項(xiàng)目出方（kJ/h）CH3OH帶入熱104廢鍋蒸汽吸熱104Air（干）帶入熱104冷水段不升溫吸熱104H2O帶入熱104換熱器吸熱104加熱熱水104尾氣帶走熱104配料蒸汽104成品帶走熱104加熱蒸汽104總計(jì)熱損失104工藝補(bǔ)水104不計(jì)熱損失104反應(yīng)放熱104吸收塔放熱104∑104∑1045 主要非定型設(shè)備的計(jì)算及選型 蒸發(fā)器 蒸發(fā)室的體積V與高度H的計(jì)算：參照國(guó)內(nèi)甲醛行業(yè)相同生產(chǎn)能力裝置，取蒸發(fā)器直徑D=2m，℃CH3OH：Cp= kJ/kmol℃。h1)輸出名稱T/℃Cp/[kJ/kmolh1設(shè)蒸汽飽各一段急冷段看成一個(gè)體系，且加入的軟水溫度為25℃，所以25℃軟水升溫發(fā)生相變，成為115℃的蒸汽，如下表示：　　　　　　　　　　△H1　　　　　　　△H2 H2O（25℃液態(tài)）→H2O（115℃液態(tài)）→H2O（115℃氣態(tài)）該過(guò)程焓變△H=△H1＋△H2=Cp△t＋△Hv =(115－25)＋2108 =(kJ/kg)取熱損失為2%，急冷段產(chǎn)生水蒸氣量為：Ｇ=［Q放（１－２％）］／△H=6554360247。℃]Q104/kJCH3OH115 H2O115N2115O2 115 合計(jì)　　　需加入的熱量（熱損失為2%）：Q=△H=[(－－)/(1－2%)]=104 (kJ)查得3925KPa（表壓）水蒸氣的冷凝熱為2108kJ/kg則 加熱蒸汽量G=Q/2108=(kg 為了防止液體析出，設(shè)來(lái)自蒸汽網(wǎng)管的配料蒸汽溫度為115℃?！鎉Q104/kJCH3OH22H2O22空氣N268 O2 68H2O68合計(jì)　　　原料氣帶出的熱量見(jiàn)下表：表4—11 原料氣帶出的熱量 計(jì)量單位：見(jiàn)表物料n/(kmol℃)；水Cp=(kmol塔頂氣相各組分量=對(duì)應(yīng)進(jìn)料量－對(duì)應(yīng)一塔吸收量。15%=(kg)其中：甲醇量：(kmol)=(kg) 水量：－－=)= (kg) 主要設(shè)備物料衡算（以小時(shí)計(jì)）：（1）蒸發(fā)器物料衡算：其中進(jìn)料量在物料衡算中求得，出料H2O為工業(yè)甲醇水和濕空氣中水相加：＋=。（甲醇總耗量＋產(chǎn)品中甲醇量＋尾氣中甲醇量）100% =(＋＋) 100% =%甲醛選擇性=(生成甲醛總量247。4167247。%=(kg）預(yù)計(jì)計(jì)劃生產(chǎn)量為：(30001000)247。h－1 原料甲醇投入量：設(shè)投入量為Y尾氣中含有X，則Y=（4167）＋X 根據(jù)氧醇比和空氣中氧氣的含量得：247。 主要工藝指標(biāo)表3—1 主要工藝指標(biāo) 計(jì)量單位：見(jiàn)表指標(biāo)名稱單位指標(biāo)流量濕空氣Kg/h 配料蒸汽Kg/h工藝補(bǔ)水Kg/h工藝甲醇Kg/h甲醛成品液Kg/h 一塔循環(huán)量m3/h二塔循環(huán)量m3/h壓力(絕)一塔底mmHg795一塔頂mmHg785二塔頂mmHg775氧化器Mpa800蒸汽分配缸Mpa177。但在實(shí)際生產(chǎn)中由于減壓將增加設(shè)備投資和能耗，并帶來(lái)上些其它不穩(wěn)定的因素，故現(xiàn)在甲醛的生產(chǎn)已由早期的負(fù)壓操作改為常壓操作。停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，原料氣會(huì)被劇烈氧化，降低轉(zhuǎn)化率：停留時(shí)間過(guò)短，會(huì)有很多原料氣未被氧化。因此，水醇比必須控制得當(dāng)。氧醇比是一個(gè)非常重要的參數(shù)，它關(guān)系到甲醛生產(chǎn)反應(yīng)過(guò)程中的轉(zhuǎn)化率，選擇性和安全性等問(wèn)題，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：V氧氣：V甲醇=（P空氣）/P甲醇式中：V氧氣——三元混合氣中氧氣的濃度，%；V甲醇——三元混合氣中甲醇的濃度，%；P空氣——三元混合氣中空氣的分壓，%；P甲醇——三元混合氣中甲醇的分壓，%；影響氧醇比的重要因素有三：（1）甲醇 蒸發(fā)器上部空間的總壓力（若甲醇蒸發(fā)器液層上面的總壓力升高，則氧醇比增大）；（2）蒸發(fā)器溫度（升高蒸發(fā)器溫度會(huì)使氧醇比降低）；（3）蒸發(fā)器中甲醇濃度（甲醇濃度降低會(huì)使氧醇比降低）。醇脫氫反應(yīng)的平衡常數(shù)隨溫度的升高而增大。要想有效的發(fā)揮催化劑的性能，設(shè)計(jì)中必須考慮催化劑的鋪裝方法，考慮床層的嚴(yán)密、平整和均勻性，以使氣體能均勻的流經(jīng)催化劑床層，特別在床層的邊緣，熱電偶插入等部位要避免和防止溝道旁路，否則這些部位易發(fā)生局部反應(yīng)過(guò)熱，引起床層燒結(jié)和破裂。 生產(chǎn)工藝影響因素影響甲醇轉(zhuǎn)化為甲醛反應(yīng)過(guò)程的主要因素有：反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)與狀態(tài)、催化劑的性能狀態(tài)、反應(yīng)溫度、氧醇比、停留時(shí)間和空間速度、反應(yīng)壓力及原料混合氣的純度，先分析如下： 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)將直接關(guān)系到甲醇轉(zhuǎn)化成甲醛的主反應(yīng)能否順利進(jìn)行和減少與防止副反應(yīng)的發(fā)生等問(wèn)題。未補(bǔ)吸收的氣體由塔頂引出，進(jìn)入第二吸收塔的底部，由塔頂引出尾氣鍋爐或支真空系統(tǒng)。原料所轉(zhuǎn)化為甲醛：在氧化器的的氧化室中，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650℃絕大部分甲醇轉(zhuǎn)化成甲醛，同時(shí)會(huì)有一些副反應(yīng)發(fā)生。因?yàn)榧状家旱芜M(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)。按照配料要求補(bǔ)加水蒸氣。 銀催化劑法和鐵鉬催化劑法的特點(diǎn)的比較：表2—1 電解銀催化劑法和鐵鉬催化劑法的特點(diǎn) 計(jì)量單位：見(jiàn)表項(xiàng)目銀催化劑法鐵鉬催化劑法反應(yīng)溫度（℃）600～720320～380反應(yīng)器絕熱式管式絕熱流化床催化劑壽命3～612～18 收率（%）89～9191～94甲醇單耗(Kg/t)470～480420～470甲醛濃度（%）37～5537～55產(chǎn)品中甲醇含量（%）4～8～產(chǎn)品中甲酸量（104）100～200200～300甲醛中混合氣體中濃度（%）＞37＜7投資相對(duì)低相對(duì)高催化劑失活原因原料中鐵、硫引起中毒M升華對(duì)毒物敏感程度敏感不敏感 國(guó)內(nèi)外甲醛裝置能耗比較表2—2 國(guó)內(nèi)外甲醛裝置能耗比較 單位：m3/t、t/t、kwh/t項(xiàng)目國(guó)外　國(guó)內(nèi)　　銀法鐵鉬法銀法鐵鉬法先進(jìn)一般先進(jìn)一般先進(jìn)一般先進(jìn)一般冷卻水2030305020284215203545203040蒸汽－－－－－－－－電20253070859018203040808598注：以生產(chǎn)1噸37%的甲醛消耗量統(tǒng)計(jì)通過(guò)以上分析，我們認(rèn)為銀法甲醛生產(chǎn)線具有投資小，能耗低，能生產(chǎn)高濃度甲醛，物耗又接近鐵鉬法水平等優(yōu)點(diǎn)，因此，將它推廣為首選的甲醛生產(chǎn)路線，應(yīng)比較適合中國(guó)的國(guó)情。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（如單耗、能耗等），單耗已接近鐵鉬法水平。甲醇→蒸發(fā)器→過(guò)熱器→三元過(guò)濾器→氧化器→吸收一塔→吸收二塔空氣圖2—1 電解銀法制甲醛工藝流程圖說(shuō)明（1）用兩種方法生產(chǎn)的甲醛作為商品，鐵鉬法也有它的局限性，因?yàn)闈饧兹┰诔叵氯菀拙酆?，高濃甲醛在貯存和運(yùn)輸上很難處理。鐵鉬法選擇的是下限操作（混合比7%以下，氧過(guò)量），即與過(guò)量的空氣中的氧氣反應(yīng)。鐵鉬法用二元?dú)馍a(chǎn)，銀法用三元?dú)馍a(chǎn)，兩法所用催化劑不同。其反應(yīng)式如下：CH4＋O2=HCHO＋H2 生產(chǎn)工藝比較目前，工業(yè)上幾乎所有