【正文】 通過 模擬計(jì)算，得出較為優(yōu)良的工藝，從模擬結(jié)果可得到含量合格的工業(yè)甲醛溶液。 氣液分離模塊的模擬圖如圖所示： 圖 氣液分離模塊模擬流程圖 B2 的參數(shù)設(shè)置為： 16 圖 B2 的參數(shù)設(shè)置 表 氣液分離器進(jìn)料與出料的數(shù)據(jù) 進(jìn)料 4 塔頂 6 塔底 7 Temperature ℃ 30 30 30 Pressure bar 3 5 5 Mole Flow kmol/hr Mass Flow kg/hr Mass Frac H2O O2 N2 CO2 CH2O CH3OH 0 CO 0 Mole Flow kmol/hr H2O O2 N2 CO2 CH2O CH3OH CO 17 吸收模塊 氣液分離后的液體水做吸收劑，塔頂進(jìn)料吸收分離后的氣體，塔底為甲醛水溶液，將甲醛水溶液進(jìn)入精餾塔進(jìn)行提純。因此，進(jìn)行過程模擬必須選擇合適的物性方法。 精餾工段 經(jīng)吸收塔吸收產(chǎn)生的甲醛水溶液，溫度 30℃，壓力為 3bar 進(jìn)行精餾后甲醛水溶液的中甲醛的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在 40%左右，達(dá)到工業(yè)甲醛的含量。塔底為甲醛水溶液，塔底物料與氣液分離器塔底液體經(jīng)混合器混合后，進(jìn)入精餾塔將甲醛水溶液進(jìn)行提純。因?yàn)殂y催化劑方法工藝落后，甲醇轉(zhuǎn)化率低，甲醛產(chǎn)率低；甲醇直接脫氫制甲醛的方法工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)不成熟，處于工業(yè)技術(shù)生產(chǎn)的早期探索發(fā)展階段；鐵鉬氧化物催化劑法在工業(yè)生產(chǎn)上具有甲醇單耗低，甲醇轉(zhuǎn)化率高，甲醛收率高，生產(chǎn)成本低，持續(xù)運(yùn)行周期較長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。使得研究結(jié)論更準(zhǔn)確更可靠，并可以找出問題的核心，及時(shí)解決，將設(shè)計(jì)可視化集約化，特別是將裝置設(shè) 6 計(jì)工藝操 作基礎(chǔ)建設(shè)成本投資經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)及效益分析結(jié)合起來，使 AspenPlus 在工程應(yīng)用中更加有效地發(fā)揮其功能。最終得到的甲醛收率達(dá)到 44%，相應(yīng)的甲醇轉(zhuǎn)化率和甲醛選擇性分別為 66%和 67%。但是， FeMo 沸騰床法則能在爆炸范圍內(nèi)進(jìn)行操作。 周光燦 [4]在甲醇氧化制甲醛的生產(chǎn)條件研究中，在眾多催化劑中，包括單純的氧化物和配對(duì)的化合物中 Ⅳ 價(jià)鉬和 Ⅲ 價(jià)鐵的混合氧化物具有優(yōu)異的選擇性 ,是常選用的催化劑 .并且通過研究從熱力學(xué)方面考察，在此催化劑的催化作用下甲醇的轉(zhuǎn)化率更好，甲醇接近完全反應(yīng)。其中，中國(guó)工業(yè)甲醛的生產(chǎn)能力最大，約為 1035 萬噸／年；其次為美國(guó)， 達(dá) 544 噸／年；西歐工業(yè)甲醛的生產(chǎn)能力為 903 萬噸／年；日本為 180 萬噸／年 。著火溫度約 300℃ 。人吸入高濃度甲醛后，會(huì)出現(xiàn)呼吸道嚴(yán)重刺激、水腫、眼睛痛、頭痛，也可發(fā)生 支氣管哮喘 。 simulation 1 引言 甲醛有刺激性氣味無色氣體，易溶于水（福爾馬林），用于合成材料 ,還可用于生物標(biāo)本制作，破壞生物的蛋白質(zhì)組織，能防腐。本設(shè)計(jì)采用 Aspen plus 軟件，對(duì)鐵鉬法甲醇氧化制甲醛生產(chǎn)工藝進(jìn)行了模擬與優(yōu)化。通過 Aspen plus 軟件，對(duì)甲醛生產(chǎn)工藝模 擬與優(yōu)化，得出的工藝條件為：反應(yīng)器的反應(yīng)溫度 285℃，壓力 1bar，精制塔主要條件為：進(jìn)料甲醛的流量 ，理論板數(shù)為 36 塊，進(jìn)料位置為第 16 塊，壓力 3bar，回流比 。甲醛是有機(jī)化工重要的基本原料 ,對(duì)未來能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和化學(xué)工業(yè)的發(fā)展起著非常重要的作用。皮膚直接接觸甲醛，可引起皮炎、色斑、壞死。 甲醛 可由甲醇在 銀，鐵 等金屬催化下 氧化或脫氫 制得，也可由烴類氧化產(chǎn)物分出。我國(guó)甲醛基本自給自足，不依賴進(jìn)口。大量實(shí)驗(yàn)證明氧化鉬適當(dāng)過量可以增大催化劑的穩(wěn)定性，抑制催化劑的分解變性。因?yàn)樵诜序v床操作條件下，催化劑顆粒是處在激烈的沸騰狀態(tài)中；由于催化劑粒子在反應(yīng)器中能很好地流動(dòng)，加之氣 固間的良好接觸，使得沸騰床有很高的熱傳遞 效率，因此，很容易把反應(yīng)熱導(dǎo)出，消除了因催化劑層局部過熱而引起的爆炸危險(xiǎn)。 分子篩催化劑 華南理工大學(xué)謝麟祥 [7]等對(duì)甲醇在全硅分子篩上脫氫制甲醛作了初步研究。 洪文鵬 [11]等基于 AspenPlus 的氨法脫硫單塔系統(tǒng)流程模擬對(duì)其脫硫系統(tǒng)的吸收，中和和氧化過程進(jìn)行了模擬，得出結(jié)論系統(tǒng)脫硫效率隨著煙氣量的增加而降低隨著氨液量的增加而提高但當(dāng)氨液量增加到一定程度時(shí)脫硫效率反而呈下降趨勢(shì)，對(duì)實(shí)際的工業(yè)流程進(jìn)行了分析具有一定的理論基礎(chǔ)。 通過查閱資料，本設(shè)計(jì)選用 [5]沸騰床反應(yīng)器，鐵鉬作催化劑來設(shè)計(jì)甲醇氧化制甲醛的工藝流程。 氧化反應(yīng) 工段 經(jīng) 甲醇?xì)饣ざ涡纬傻?原料混合氣在沸騰床反應(yīng)器鐵鉬催化劑表面進(jìn)行氧化反應(yīng)，反應(yīng)溫度為 285℃，反應(yīng)溫度為 1bar，在此反應(yīng)條件下甲醇反應(yīng)生成甲醛的轉(zhuǎn)化率為 。 10 第 三 章 流程模擬 流程模擬概述 本設(shè)計(jì)通過運(yùn)用 Aspen Plus 軟件對(duì)甲醇氧化制甲醛的工藝進(jìn)行模擬，以期達(dá)到以下目的： （ 1）對(duì)各候選工藝進(jìn)行模擬判斷是否可行； （ 2）選擇最佳的工藝方案； （ 3）對(duì)工藝方案進(jìn)行優(yōu)化，確定最優(yōu)工藝條件。 11 Aspen Plus 中主要的物性模型分類為：理想模型、狀態(tài)方程模型、活度系數(shù)模型和特殊模型。塔頂為吸收剩下的氣體，氣體經(jīng)尾氣處理后一部分焚燒一部分作為原料空氣重新循環(huán)。 模擬過程中，根據(jù)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，考察了甲醛物系的熱力學(xué)性質(zhì)，采用 NRTLRK 方程較為準(zhǔn)確地計(jì)算物系的相平衡數(shù)據(jù)和傳遞物性。 本設(shè)計(jì)在確定了工藝流程和工藝條件后，使用 Aspen Plus 軟件對(duì)工藝流程進(jìn)行模擬計(jì)算。 反應(yīng)方程式及相應(yīng)反應(yīng)率如表 所示： 表 反應(yīng)方程式及相應(yīng)反應(yīng)率 反應(yīng)方程式 甲醇轉(zhuǎn)化率 CH3OH + → CH2O+H2O CH3OH + O2→ CO + 2H2O CH3OH + → CO2 +2 H2O CH2O + → CO + H2O 氧化反應(yīng)工段的模擬如圖所示： 圖 氧化工段模擬圖 輸入進(jìn)料 1 的參數(shù)如圖： 13 圖 輸入物料 1 參數(shù) H1 的參數(shù)設(shè)置為， 圖 H1 的參數(shù)設(shè)置 反應(yīng)器 B1 的參數(shù)設(shè)置為， 圖 B1 的參數(shù)設(shè)置 14 圖 B1 的參數(shù)設(shè) 置 表 反應(yīng)器進(jìn)料與出料的數(shù)據(jù) 進(jìn)料 2 出料 3 Temperature ℃ 285 285 Pressure bar 1 1 Mole Flow kmol/hr Mass Flow kg/hr Mass Frac H2O 0 O2 N2 CO2 0 CH2O 0 CH3OH CO 0 Mole Flow kmol/hr H2O 0 O2 N2 CO2 0 CH2O 0 15 續(xù)表 進(jìn)料 2 出料 3 CH3OH