【正文】 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。湖南科技大學2011屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）4萬噸甲醛生產(chǎn)工藝設(shè)計專業(yè)：化學工程與工藝 設(shè)計人：劉杰 指導老師：胡忠于摘要：本設(shè)計為年產(chǎn)4萬噸37%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行了選擇與論證，對整個裝置進行了物料與能量的衡算，對主要設(shè)備和管道進行了設(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)討論并進行經(jīng)濟的初步核算。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。Technology。1868年，用空氣氧化甲醇合成了甲醛，并且確定了它的化學特性。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。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。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。 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。 快速增長階段20世紀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。反應(yīng)器等關(guān)鍵設(shè)備不斷地得到改進，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一步的下降，生產(chǎn)控制技術(shù)也有了長足的進步，原料甲醛單耗又有了進一步的下降，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)。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。目前我國銀法裝置的生產(chǎn)能力仍占絕大部分。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)。 技術(shù)指標（1）產(chǎn)品規(guī)格多年來，我國生產(chǎn)的工業(yè)甲醛都是單一的37%（wt）濃度的水溶液，使用中存在濃度低、運輸費用高和影響某些下游產(chǎn)品的加工性能及廢水處理等問題。表11 我國甲醛生產(chǎn)廠家現(xiàn)主要集中地 單位：萬噸地區(qū)名企業(yè)數(shù)生產(chǎn)能力產(chǎn)量　　(2003年)200120022003全國276山東4911781吉林10101黑龍江1057遼寧2221內(nèi)蒙古5河南2636河北34北京150天津4123山西4175陜西24新疆11江蘇198833浙江103318安徽83011上海5重慶2845四川823廣西37寧夏11甘肅1云南66貴州2江西2廣東1286福建1325湖南516湖北9海南211. 3 影響我國甲醛價格的主要因素近些年來我國甲醛行業(yè)發(fā)展很快，每年產(chǎn)銷量增長速度都在10%以上，2004年我國甲醛產(chǎn)銷量已突破了480萬噸大關(guān)。影響甲醛價格主要有以下三個因素： 生產(chǎn)成本?？梢钥闯?，甲醛價格與甲醇價格基本上呈現(xiàn)一種線性關(guān)系。甲醛單位價值不太高，不適宜于長途運輸，否則運費太貴，不合算，所以甲醛基本上是就地產(chǎn)銷的產(chǎn)品，呈現(xiàn)明顯的地域特征，各地區(qū)之間的價格差異比較大。故在室溫時極易揮發(fā)，隨著溫度的上升揮發(fā)速度加快。（1）加成反應(yīng) 1）在有機溶劑中，甲醛與烯烴在酸催化下發(fā)生加成反應(yīng)，通過這種反應(yīng)，可由單制備雙烯烴，并增加一個碳原子，例如甲醛與異丁烯反應(yīng)得到異戊二烯。（2）縮合反應(yīng)甲醇除自身外，能各多種醛、醇、酚、胺等化合物發(fā)生縮合反應(yīng)。2）在NaOH溶液中，甲醛自身縮合生成羥基乙醛。4） 在堿性催化劑作用下，甲醛和酚首先發(fā)生加成反應(yīng)。（3）分解反應(yīng)純的、干燥的甲醛氣體能在80~100℃的條件下穩(wěn)定存在，在300℃以下時，中醛發(fā)生緩慢分解為CO和H2，400℃時分解速度加快，%的分解速度。但甲醛是一種濃度較低的水溶液，從經(jīng)濟角度考慮不便于長距離運輸，所以一般都在主消費市場附近設(shè)廠，進出口貿(mào)易也極少。甲醇是最簡單的飽和脂肪醇，具有脂肪醇的化學性質(zhì)，即可進行氧化，酯化、羰基化、胺化、脫水等反應(yīng)；甲醇裂解生CO和H2，是制備CO和H2的重要化學方法。 甲醛工業(yè)的發(fā)展趨勢 改進催化劑的性能研制開發(fā)新型催化劑是加快甲醛工業(yè)大發(fā)展最有效的方法之一，現(xiàn)在各國都在加快催化劑的開發(fā)。制備高濃度甲醛溶液的另一方法是甲縮醛氧化法?，F(xiàn)在國外興建的甲醛生產(chǎn)裝置，~6萬噸/年。鐵鉬催化劑法工藝路線以瑞典PERSTORP公司為典型。 .4 二甲醚氧化法：將二甲醚氣體與空氣混合，預熱后通過多管式固定床反應(yīng)器，管內(nèi)裝有金屬氧化物催化劑，管外用液體導熱法移走反應(yīng)熱量。 .5 低碳烷烴直接氧化法： 用低碳烴，例如天然氣或瓦斯氣體中甲烷及丙烷，丁烷等在No催化劑作用下，直接用空氣氧化而得到甲醛。在銀法過程中也能做到適當?shù)臐舛?。反?yīng)熱量靠加入水蒸氣等帶走。根據(jù)最新統(tǒng)計，美國鐵鉬法、銀法生產(chǎn)裝置各占50%，而國內(nèi)銀法占95%以上。（2）鐵鉬法一次性投資費用大，投資回收期長。（4）用兩種工藝路線生產(chǎn)甲醛，銀法的運行成本在設(shè)備折舊費、能耗、催化劑消耗費用以及副產(chǎn)蒸汽等方面都優(yōu)于鐵鉬法；鐵鉬法在單耗，甲醛濃度上也有它的明顯優(yōu)點。~1m的45℃甲醇液，被甲醇蒸發(fā)所飽和，蒸發(fā)器頂部裝有阻霧設(shè)施，分離夾帶的甲醇液滴。甲醇水蒸氣空氣經(jīng)過過熱器加熱到120℃，以保證反應(yīng)混合氣中甲醇全部氣化。最后于120℃左右進入氧化反應(yīng)器。具體流程：自氧化器出來的甲醛從一塔底進入，向塔頂流動；二塔來的稀甲醛溶液（二補一）從塔頂加入，一塔循環(huán)液從塔頂和塔中部加入，向下流動，氣流逆向流動；在此運行過程中大部分甲醛被吸收，并放出大量的熱；為控制一定的一塔循環(huán)溫度以保證吸收效果，一塔出來的循環(huán)液經(jīng)泵送入塔頂和塔中部前，必須經(jīng)一塔第一冷卻器和一塔第二冷卻器冷卻后，才能送入形成自塔循環(huán)。鐵會促使甲醛分解，為了避免鐵接觸，反應(yīng)器以后的設(shè)備、管路采用鋁或不銹鋼制成。一般對催化劑的性能要求是要有較高的催化活性，良好的選擇性，較強的機械強度，較好的熱穩(wěn)定性和具有一定的抗毒能力。對吸熱反應(yīng)的甲醇脫氫反應(yīng)來說，升溫是有利的。氧醇比過高，氧氣過量，甲醇會被深度氧化而降低甲醇的轉(zhuǎn)化率；氧醇比過低，甲醇過量，浪費原料。如果水醇比過大，又要維持二塔有一定的加水量，勢必造成產(chǎn)品的濃度下降；而要保持產(chǎn)品的濃度，又勢必會減少二塔的加水量，使二塔的吸收效率下降?？杀硎緸椋和Ａ魰r間=HF/VH——催化劑的填裝高度：F——反應(yīng)器橫斷面積：V——氣流速度M3/S。由于甲醇氧化和甲醇脫氫這兩個反應(yīng)都是反應(yīng)后增加體積的反應(yīng)，因此，降低壓力將使反應(yīng)向著生產(chǎn)甲醛的方向移動，所以減壓對主反應(yīng)有利。 主要工藝指標表2—1 主要工藝指標 計量單位：見表指標名稱單位指標流量濕空氣Kg/h 配料蒸汽Kg/h工藝補水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。②甲醇量：根據(jù)氧的衡算：反應(yīng)式（1）消耗甲醇 反應(yīng)式（2）消耗甲醇 反應(yīng)式（3）消耗甲醇 反應(yīng)式（4）消耗甲醇 反應(yīng)式（5）消耗甲醇 反應(yīng)式（6）消耗甲醇 尾氣中帶走甲醇：產(chǎn)品中帶走甲醇：甲醇總消耗量：+++++++=（kmol） =（kg）技術(shù)單耗：實物單耗：（98%5051）=此數(shù)據(jù)亦與上面給定條件基本一致。②過熱器物料衡算進料：甲醇蒸發(fā)器的氣體進入過熱器后溫度上升，此時應(yīng)加入配料蒸汽，移走反應(yīng)熱。所以進料應(yīng)該分為兩部分，一部分是氧化器出料氣體，一部分為第二吸收塔甲醛吸收液，其量為：HCHO=(kg)=（kmol）CH3OH=(kg)=（kmol）水量為：（kmol）出料：出料量分為塔頂和塔釜。293（kmol）⑤第二吸收塔物料衡算進料：第二吸收塔的進料氣相為第一吸收塔頂中未反應(yīng)氣體，據(jù)工藝參數(shù)表，第二吸收塔中甲醇循環(huán)液的濃度為15%，則塔頂應(yīng)該加水量為：－=(kmol)其他進料為第一吸收塔塔頂進料氣體。如果選擇適當?shù)募状寂c空氣用量比，使吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)的比例適當，就可控制反應(yīng)溫度。： 原料甲醇和空氣帶入的熱量物料名稱物質(zhì)的量kmolCpm,kJ/(kmol﹒℃)T, ℃熱量1．甲醇152．水15