【正文】 目 錄第一章 產(chǎn)品方案選擇與生產(chǎn)規(guī)?！?（4） 概述……………………………………………………………………（4） 本項目對甲醛生產(chǎn)技術(shù)的要求………………………………………（4） 中國甲醛工業(yè)現(xiàn)狀……………………………………………………（4） 銀法和鐵鉬法比較——國外甲醛技術(shù)概況…………………………（5） 技術(shù)選擇………………………………………………………………（6）第二章 物料衡算…………………………………………………………………（8） 設計條件…………………………………………………………………（8） 物料流程簡圖………………………………………………………… （8） 甲醛、甲醇物料衡算（均按每小時計）……………………………… (10)第三章 能量衡算……………………………………………………………… (17) 甲醇蒸發(fā)器………………………………………………………… (17) 過熱器………………………………………………………………… (18) 氧化器（包括急冷段）…………………………………………………(18) 吸收塔（包括一吸塔和二吸塔）…………………………………… (20)第四章 設備工藝計算………………………………………………………… (22) 蒸發(fā)工段……………………………………………………………… (22) 氧化工段……………………………………………………………… (29) 吸收工段……………………………………………………………… (36) 吸收工段換熱器、循環(huán)泵設計選型………………………………… (49) 主要設備一覽表……………………………………………………… （51）第五章 能量利用方案和節(jié)能方面的技術(shù)改進……………………………… （52）第六章 工藝設計圖紙………………………………………………見附圖3第一章 產(chǎn)品方案選擇與生產(chǎn)規(guī)模 概述目前甲醛90%以上是從甲醇氧化而得，也有從烴類直接氧化和二甲醚氧化來制取。其一是在過量甲醇（甲醇蒸汽濃度控制在爆炸上限，37%以上）條件下，甲醇氣、蒸汽和水汽混合物在金屬型催化劑上進行脫氫氧化反應，通常采用結(jié)晶Ag催化劑，故稱為“銀法”，也稱“甲醇過量法”其二是過量空氣（甲醇蒸汽濃度控制在爆炸區(qū)下限，7%以下）條件下，甲醇氣直接與空氣混合在金屬氧化物型催化劑上進行氧化反應，催化劑以Fe2O3MoO3系最為常見，故稱“鐵鉬法”，也稱“空氣過量法”。目前甲醇價格不斷上漲；由于煤價的上漲，蒸汽價格也在不斷上升，因此希望所選的工藝技術(shù)能做到甲醇消耗低，蒸汽量能平衡。 中國甲醛工業(yè)現(xiàn)狀截止2000年，我國大約230套甲醛生產(chǎn)裝置，生產(chǎn)能力最大為5萬噸/年。鐵鉬法甲醛生產(chǎn)工藝，在三十年代初期開始發(fā)展，1952年工業(yè)化，隨著1959年聚甲醛工程塑料的興起而飛快地發(fā)展起來，其原因在于鐵鉬法可直接生產(chǎn)低醇高濃度甲醛作為聚甲醛的原料。最近所采用的銀法工藝，同鐵鉬法一樣，也可以直接生產(chǎn)低醇甲醛，且甲醛濃度也可達50%左右。在近十年中，美國新建的甲醛裝置全部用鐵鉬法，共有20多套。目前世界各工業(yè)發(fā)達國家都同時采用銀法和鐵鉬法兩種工藝路線。 技術(shù)選擇我國在六十至七十年代曾建有多套甲烷氧化法的生產(chǎn)甲醛的小型裝置，由于轉(zhuǎn)化率和收率及產(chǎn)品濃度低等問題而相繼停止生產(chǎn)。所以同世界范圍內(nèi)“銀法”和“鐵鉬法”的比例幾乎相當，但我國目前采用“銀法”的仍占絕大多數(shù)，因為鐵鉬法雖然單耗低一些，但設備龐大，耗能大，其關(guān)鍵設備還需進口，投資大。已知：空氣為氧化劑，電解銀為催化劑，固定氣相氧化法，年開工8000h，相關(guān)數(shù)據(jù)見下表。++）=(kg)=（kmol）吸收塔加水量：（+）－（+++）=（kmol）=（kg）④吸收系統(tǒng)計算由工藝參數(shù)表可知一吸收塔甲醛吸收率為90%，則一吸收塔吸收甲醛量為： 90%=（kmol）=2112（kg）二吸收塔吸收甲醛量為 －－=（kmol）=（kg）二吸收塔循環(huán)液中甲醛濃度為15%，并設轉(zhuǎn)化甲醇除尾氣帶出外，均在二吸收塔被吸收。出料：氣體經(jīng)過反應器后，發(fā)生了（1）~（12）反應，生成了HCHO、HCOOH、CO、H2O、CO、COCO、CHH2等氣體，各物料組分發(fā)生了很大變化。其中各含量應為其第二吸收塔進料量加上尾氣量。（9）全部過程物料衡算如下圖：第 17 頁 共 55 頁甲醇蒸發(fā)器過熱器氧化反應器第一吸收塔第二吸收塔尾氣鍋爐水洗堿洗空氣甲醇98水 2%二吸塔塔頂加水：圖2 50000t/a甲醛生產(chǎn)的物料平衡圖第三章 能量衡算由甲醇氧化或脫氫制備甲醛，其副反應都有吸熱和放熱。設進入蒸發(fā)器的空氣溫度為60℃，甲醇進料溫度為15℃，蒸發(fā)溫度為47℃。（1）104 kJ, 。一般生產(chǎn)長除用其一部分產(chǎn)生熱水（大約35%作蒸發(fā)器加熱熱源）外。 蒸發(fā)工段本工段工藝設備包括空氣取樣管，甲醇入料泵，甲醇高位槽、空氣堿洗塔、水洗塔、羅茨鼓風機和蒸發(fā)器等?？諝饬魉偃?0m/s, 空氣量按4000m3/h考慮，取樣管直徑為24000360010π=（m）采用DN400的螺旋鋼管，核算流速為4000/(3600 )=(m/s),符合規(guī)定要求。物性參數(shù)有：介質(zhì)的名稱，相對密度，黏度，組成，化學腐蝕性能，氣體或固體（粒度）含量，蒸汽壓等。s(20℃)蒸氣壓力 0℃ 10℃ 20℃ 50℃ 工業(yè)組成（質(zhì)量分數(shù)） CH3OH為98%，H2O為2%在常溫下操作，進口側(cè)設備壓力po=0（表壓），排出泵口壓力p1=（表壓），排出側(cè)p2=（表壓）。② 管路設計該泵安裝在操作車間一樓地面上，與精甲醇貯槽處于同一水平面上，兩者距離20m。s；甲醇在20℃,甲醇在管內(nèi)流動的雷諾數(shù)Re=104＞4000，所以此流體的流動類型屬湍流。（2）甲醇高位槽的選擇甲醇高位槽主要供保證連續(xù)進料用，設計安放在生產(chǎn)車間的頂部高14m處。這樣才能使原料空氣得到凈化處理，以免影響催化劑的活性。設噴淋密度為10m3/(m2m2）=(cP)則液體的用量L=10=（m3/h）=1260(kg/h)氣體流量G=3600（kg/m3）=4644(kg/h)取塑料鮑爾環(huán)的A=由BainHougen關(guān)聯(lián)式 log(uF2ga?3)=(LG)(γgγL)log（220)=(12604644)() 泛點氣速為uF=(m/s),則：=12604644（）=?φuF2gγLγg=200=查Eckert壓降通用關(guān)聯(lián)圖得△p=200〔mmH20/m(填料)〕。 羅茨鼓風機選型羅茨鼓風機是一種容積式壓縮機，結(jié)構(gòu)上采用兩個平行的軸上各裝相反方向轉(zhuǎn)動的凹角葉輪，其中一根是主動軸，通過齒輪傳動給另一根軸。=4998(mmH2O).風機出口至蒸發(fā)器底部的壓力損失（包括出口輸送管，堿洗塔，水洗塔，蒸發(fā)器底部的局部損失等）約1600mmH2O；風機出口處動壓為500mmH2O（２）全壓計算如下：風機出口處動壓等于500mmH2O。蒸發(fā)器的加工負荷較小，考慮用帶夾套的的立式設備，因為該類型設備與其他類似的設備相比，制造費用，操作費用均低一些，維修也比較方便。選擇夾套式蒸發(fā)器，罐中設置加熱排管，液面控制在法蘭處，如液面太低，則蒸發(fā)量變??；液面控制太高，蒸發(fā)量變大，這兩種情況均不利于反應的控制。根據(jù)液沫分離的要求，取分離室封頭為橢圓形封頭。在絲網(wǎng)除沫器已有的標準件中，設計采用標準型號，公稱直徑DN500mm，網(wǎng)高150mm，標準型號為HG514048110。夾套采用平板夾套。套管一直延長到上法蘭。蓮蓬頭做成球面形，其上鉆有小孔，小孔直徑為2mm，蓮蓬頭直徑為250mm，數(shù)量15個。（3）蒸發(fā)器強度設計()。但碳鋼內(nèi)的雜質(zhì)和游離的鐵離子極易使催化劑中毒，影響催化活性，縮短點解銀的使用壽命，導致原材料消耗過高。最小厚度計算： min=2D/1000=22400/1000=(mm)。本蒸發(fā)器的蒸發(fā)壓力不高，直徑較大，參照壓力容器法蘭標準選用甲型平焊法蘭，材料為16MR，法蘭密封面形式為平面，墊片材料選用耐油橡膠石棉板制造。本設備為；立式設備，需要用懸掛式支座，選擇使用帶保溫層的立式焊接容器的B型懸掛式支座，支座材料是B3F。 氣體密度，kg/m3。K)純組分cpmkJ/(kmol T=673(K)時，=②混合氣體的導熱系數(shù):式中，混合氣體的導熱系數(shù)，W/（mK）。K〕(2)反應器急冷段。取管內(nèi)流速為u=22m/s,單程管數(shù)為：ns=Vπ4d2u=22=907(根）取換熱管的外徑計算換熱面積，則所需傳熱管長度為：L=A0πd0ns=907=（m）傳熱管排列采用正三角形排列，管子排列的面積是一個正六邊形，排在正六邊形內(nèi)的管數(shù)為N=3a(a+1)+1,其中，N為排列的管子數(shù)目，a為正六邊形的個數(shù)。管內(nèi)氣體的平均相對分子質(zhì)量=（g/mol）m =。K〕ui= 931 =（m/s）Re=d?u?pμ=103= 4100Pr=cpm1μλ= =氣體對流給熱系數(shù)（流體被冷卻）：α1===111[W/(m2?K)b．沸騰水側(cè)取熱系數(shù) =10000〔W/m2K〕按核算所得K0值求得所需傳熱面積為：A0=QK0?tm= =111（ms），則實際傳熱面積A=931=117（m2）%的欲量，能夠滿足換熱需要。水冷段熱負荷：Q=ncp2△t=(16090)=106(kJ/h)=105(W)平均傳熱溫差：△tm=?t1?t2ln?t1?t2=16090(9060）ln160909060=（℃）取傳熱系數(shù)K=60〔W/m2②傳熱系數(shù)K的校核。K〕取管心距t==25=32（mm），計算管子的當量直徑de：de=4(32t2π4d02)πd0=4() =（m），殼程流通面積為：So=DK〕，考慮走短路，取α2=264=〔W/(m2K〕按核算所得的K。由Blasius公式計算摩擦因子 λ=由△Pt=（△Pi+△Pr）NsNp, 式中Ns 為殼程數(shù)，Np 為一殼程的管程數(shù)，本設計為單殼程，取Np =3。殼體材料：1Cr18Ni9Ti。120℃蒸汽47℃尾氣鍋爐冷水120℃23℃20℃44℃蒸汽氧化反應器過熱器熱水90℃76℃軟水70℃60℃60℃冷水熱水甲醛蒸發(fā)器90℃二吸塔一吸塔空氣60℃60℃ 降溫64℃冷水15℃甲醛15℃15℃24℃ 56℃ 30℃熱水換熱器 成品甲醛圖4 合成甲醛物料流程的溫度示意圖入塔氣溫度為90℃，出塔氣溫度為44℃，出塔液溫度為56℃，入塔液溫度需計算后確定。在壓力條件下的甲醛－水溶液的氣液相平衡見表5中左側(cè)三列數(shù)據(jù)。K)，(mol循環(huán)液摩爾定壓熱容（質(zhì)量分數(shù)為37%，）： J/（mol溫度校核雖然滿足要求，但差距太大，應重新調(diào)整。因混合熱數(shù)據(jù)難得。因入塔液帶入水量較小，為達到甲醛規(guī)定濃度，并保證填料充分被潤濕，為此采用富液部分循環(huán)的做法來提高出塔富液濃度和增大塔內(nèi)噴淋密度。m3傾角φ，（ 176。m3）每塊理論壓降（mmH2O）每米填料理論板數(shù)滯留量，%操作壓力，Pa不銹鋼絲網(wǎng)波紋填料不銹鋼CY70085535045~67（）1065103~105絲網(wǎng)波紋填料的泛點可由計算,CY型不銹鋼絲網(wǎng)波紋填料在泛點時的當量空氣密度為ueF = （m/s），計算得：，即u = = （m/s）氣體體積流量：Vs = 9125（+90）/(3600) = (m3/h)則一吸塔塔徑：考慮到氣體入塔后溫度會快速下降，且伴有大量水氣凝結(jié)，到塔頂時氣體的體積已減少到不足塔底氣體體積的一半，故可取D = 1800（mm），實際操作氣速為： 塔截面積：Ω= =（m2）泛點率為：u/uF = (略顯偏小，說明塔徑還可能連續(xù)縮小)。另外，適宜的噴淋密度L適宜可用以下經(jīng)驗公式計算： L適宜 = α 則：L適宜 = α 但L噴之值仍大于最小噴淋密度Lmin，仍可維持吸收操作的正常運行。在低濃度下，漂流因素1 /（1 — y）m→1，1 /（1 — x）m→1， kya≈k’xa，kya≈k’xa。在吸收過程中，除甲醛被吸收外，還存在雜質(zhì)的吸收及水氣的凝結(jié)問題，因此惰性氣體的流率可采用如下方法處理，即對全塔作甲醛溶質(zhì)物料衡算求取氣相物流惰性氣體的當量摩爾流率GB： （16）吸收劑的摩爾流量Ls（為入塔液帶入水和塔內(nèi)汽凝結(jié)水之和）：Ls = + = （kmol/h）（3600）= [kmol/(m2 ； 將上述數(shù)據(jù)代入式6解得惰性氣體的當量摩爾流率GB：GB = [kmol/(m2② 求氣、液兩相的流率和體積傳質(zhì)系