【正文】 =QK??tm=10560 = （m2）V=103 =13345（m3/h）選用25mm，取管內(nèi)流速為u=13（m/s）,則管數(shù)為：ns=13345/3600π413 =908（根）去換熱管的外徑計(jì)算換熱面積，則所需換熱管長度為：L=908 =(m)傳熱管排列采用正三角形排列，管子排列的面積是一個(gè)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(gè)數(shù)。K〕,不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)取17 W/（m采用正三角形排列，當(dāng)管子數(shù)超過127根，即正六邊形的個(gè)數(shù)大于6時(shí)，最外層六邊形和殼體間弓形部分空間較大，也應(yīng)配置傳熱管。 T=673(K)時(shí)，= W/（mK)CH3OHO2N2HCHOH2CO2COH2OHCOOHCH4注：①表21中的數(shù)據(jù)來自于《化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊(cè)》，劉光啟主編，化學(xué)工業(yè)出版社2002.（1）混合氣體的性質(zhì)①混合氣體的粘度：式中，混合氣體粘度，cP。選擇的支座型號(hào)為B3JB116581,主要性能參數(shù)為：支座的允許負(fù)荷：3t支座的支承面積：支承面上單位壓力： 氧化工段根據(jù)物料衡算得到反應(yīng)器進(jìn)出氣體的數(shù)量，用空間速度或接觸時(shí)間數(shù)據(jù)來計(jì)算催化劑的用量。取腐蝕裕量C=2（mm），則， =min+C=+2=（mm）取整容器的厚度為8mm。由于內(nèi)部壓力小于外界壓力，按《特種設(shè)備安全監(jiān)測(cè)條例》（國務(wù)院令373號(hào)文），該容器屬二類容器。⑤氣體分布裝置。③接管。選擇橢圓形封頭，圓筒的高度與直徑之比為1：，封頭和圓筒的2/3表面積為傳熱面。風(fēng)機(jī)出口處靜壓等于4998500+1600=6098（mmH2O）風(fēng)機(jī)出口處全壓等于4998+1600=6598（mmH2O）風(fēng)機(jī)入口前的全壓為零，故所需的風(fēng)機(jī)全壓pt=6598(mmH2O)此全壓校正為“標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)”下的數(shù)值：因?yàn)? po/p=T/To=（273+30）/（273+20）=所以 p=pt=p( po/p)=6598=6796（mmH2O）查長沙鼓風(fēng)機(jī)廠產(chǎn)品型號(hào)為ARF250的羅茨鼓風(fēng)機(jī)符合要求，特性參數(shù)為：Qs=100（m3/min）,rP=880(r/min),No=110（kW）本設(shè)計(jì)選擇風(fēng)壓稍高于所需。其中堿洗塔，水洗塔的填料高度均為4m，塔高6m則填料總壓降=42200=1600（mmH20）=（Pa），壓降非常小?？諝鈨艋O(shè)備包括：一臺(tái)堿洗塔，一臺(tái)水洗塔并各配置一臺(tái)循環(huán)泵。b．局部阻力Hf局：查管件和閥門的局部阻力系數(shù)分別是：進(jìn)口突然收縮（大小頭） ζ1 =90o 法蘭連接肘管ζ2 =截止閥（全開）ζ13 =止回閥 ζ4=90o 標(biāo)準(zhǔn)彎頭 ζ5=出口突然擴(kuò)大（大小頭）ζ6 =1Hf局=(δu22g=(+10+3+2+5+1)=(m)阻力損失Hf =Hf直+Hf局 =+=(m)④ 求加功He由于液面上部空間均為大氣壓，故p1=p2=0；甲醇貯罐所在液面和甲醇高位槽液面處的流速均可視為0，由流體流動(dòng)方程式（伯努利方程）得：+0+0+He=14+0+0+所以 He=(m)⑤ 選擇合適的離心泵型號(hào)根據(jù)計(jì)算結(jié)果，應(yīng)選IHF5032250型離心泵較好。流體輸送要求泵流量小，楊程高。從取氣口到羅茨鼓風(fēng)機(jī)的進(jìn)口處約需80m。設(shè)進(jìn)入系統(tǒng)的軟水溫度為20℃。（1）原料甲醇和空氣帶入的熱量衡算見下表： 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153．空氣//0其中：N260O260H2O60合計(jì)//（2）相變熱。其中含HCHO：+=（kmol）含水量（由于第二吸收塔塔頂加入一定量的水，所以水量增加）為：－+=（kmol） CO2：（kg）=（kmol） CO：（kg）=（kmol） O2：（kg）=（kmol） H2：（kg）=（kmol）塔釜：塔釜回收成品甲醛（濃度為37%），由尾氣中各含量，成品中有： HCHO：－=(kmol) CH3OH：=100(kg)=(kmol) HCOOH：被完全吸收，（kmol） H2O：（kmol）⑤第二吸收塔物料衡算進(jìn)料：第二吸收塔的進(jìn)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(jìn)料為第一吸收塔塔頂進(jìn)料氣體。則二吸收塔循環(huán)液入一吸收塔量為：％=（kg）其中：甲醇量=（kmol）=（kg） 水量=－－=（kg）=（kmol）（7）各主要單元物料衡算進(jìn)出料計(jì)算情況如下：①蒸發(fā)器物料衡算進(jìn)料：由上述計(jì)算可知進(jìn)料中含甲醇：2833（kg）=（kmol） 含水量：+=（kmol）同時(shí)空氣中含：N2=(kmol)（由于N2整個(gè)過程沒發(fā)生任何變化，所以后面皆不考慮） O2=（kmol）出料：經(jīng)過甲醇蒸發(fā)器只是將甲醇轉(zhuǎn)化為氣體，其他組分沒發(fā)生變化，所以為進(jìn)料中各組分的含量。因此我們擬采用銀法，因該法工藝已相當(dāng)成熟，其主要設(shè)備是目前國內(nèi)最先進(jìn)的，如新型氧化器，該氧化器帶余熱爐，合二為一的甲醇過濾阻火器等，同時(shí)該法我們已生產(chǎn)二十幾年，有一批生產(chǎn)技術(shù)骨干。 銀法和鐵鉬法比較（以37%甲醛濃度為基準(zhǔn)）改良銀法(BASF法)鐵鉬法(PSP法)催化劑電解銀催化劑鐵鉬法氧化催化劑物料甲醇過量空氣過量甲醇，噸電，KWH3788冷卻水，m340工藝水，m3鍋爐給水，噸催化劑損失，克副產(chǎn)蒸汽：壓力 Pa320 數(shù)量 噸反應(yīng)溫度，℃600700250~350壓力，MPa~反應(yīng)器型式絕熱式固定床列管式固定床催化劑壽命3~8個(gè)月~甲醛濃度（wt%）40~5555~60甲醇濃度（wt%）~~投資11~催化劑敏感度敏感不敏感催化劑價(jià)格波動(dòng)大波動(dòng)小從冷態(tài)開車時(shí)間 小時(shí)20~248停車后開車時(shí)間 小時(shí)數(shù)小時(shí)≤1尾氣處理大部分循環(huán),小部分燃燒產(chǎn)生蒸汽大部分循環(huán),小部分催化轉(zhuǎn)化在競(jìng)相發(fā)展過程中，銀法和鐵鉬法都在不斷改進(jìn)催化劑和生產(chǎn)工藝。杜邦公司為了配合聚甲醛生產(chǎn)，關(guān)閉了銀法甲醛裝置改建鐵鉬法裝置。因此，當(dāng)時(shí)世界上新建的甲醛工廠，大都采用鐵鉬法工藝。 能生產(chǎn)較高濃度的甲醛溶液為了減少后加工（甲醛原料脫水）的能耗（特別是蒸汽消耗）及降低投資和運(yùn)輸費(fèi)，減輕環(huán)境污染，希望能生產(chǎn)37~50%（wt%）的濃度溶液。八十年代日本旭化成開發(fā)成功以稀甲醛和醇為原料的甲縮醛法（甲醛縮二甲醇法），可以生產(chǎn)高濃度無醇甲醛溶液，和自己開發(fā)的聚甲醛裝置相配套，目前還在不斷發(fā)展完善之中。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?xì)狻⒄羝退旌衔镌诮饘傩痛呋瘎┥线M(jìn)行脫氫氧化反應(yīng)，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?xì)庵苯优c空氣混合在金屬氧化物型催化劑上進(jìn)行氧化反應(yīng)，催化劑以Fe2O3MoO3系最為常見，故稱“鐵鉬法”，也稱“空氣過量法”。 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。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(dá)50%左右。目前世界各工業(yè)發(fā)達(dá)國家都同時(shí)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)。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。出料：氣體經(jīng)過反應(yīng)器后，發(fā)生了（1）~（12）反應(yīng)，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。（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(yīng)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(yīng)都有吸熱和放熱。（1）104 kJ, 。 蒸發(fā)工段本工段工藝設(shè)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(fēng)機(jī)和蒸發(fā)器等。物性參數(shù)有：介質(zhì)的名稱，相對(duì)密度，黏度，組成，化學(xué)腐蝕性能，氣體或固體（粒度）含量，蒸汽壓等。② 管路設(shè)計(jì)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。（2）甲醇高位槽的選擇甲醇高位槽主要供保證連續(xù)進(jìn)料用，設(shè)計(jì)安放在生產(chǎn)車間的頂部高14m處。設(shè)噴淋密度為10m3/(m2 羅茨鼓風(fēng)機(jī)選型羅茨鼓風(fēng)機(jī)是一種容積式壓縮機(jī)，結(jié)構(gòu)上采用兩個(gè)平行的軸上各裝相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)的凹角葉輪，其中一根是主動(dòng)軸，通過齒輪傳動(dòng)給另一根軸。蒸發(fā)器的加工負(fù)荷較小，考慮用帶夾套的的立式設(shè)備，因?yàn)樵擃愋驮O(shè)備與其他類似的設(shè)備相比，制造費(fèi)用，操作費(fèi)用均低一些，維修也比較方便。根據(jù)液沫分離的要求，取分離室封頭為橢圓形封頭。夾套采用平板夾套。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(gè)。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(diǎn)解銀的使用壽命，導(dǎo)致原材料消耗過高。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(biāo)準(zhǔn)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。 氣體密度，kg/m3。 T=673(K)時(shí)，=②混合氣體的導(dǎo)熱系數(shù):式中，混合氣體的導(dǎo)熱系數(shù)，W/（mK〕(2)反應(yīng)器急冷段。管內(nèi)氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量=（g/mol）m =。K〕按核算所得K0值求得所需傳熱面積為：A0=QK0?tm= =111（ms），則實(shí)際傳熱面積A=931=117（m2）%的欲量，能夠滿足換熱需要。②傳熱系數(shù)K的校核。K〕，考慮走短路，取α2=264=〔W/(m2由Blasius公式計(jì)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(shè)計(jì)為單殼程，取Np =3。120℃蒸汽47℃尾氣鍋爐冷水120℃23℃20℃44℃蒸汽氧化反應(yīng)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(jì)算后確定。K)，(mol溫度校核雖然滿足要求，但差距太大，應(yīng)重新調(diào)整。因入塔液帶入水量較小，為達(dá)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）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(diǎn)可由計(jì)算,CY型不銹鋼絲網(wǎng)波紋填料在泛點(diǎn)時(shí)的當(dāng)量空氣密度為ueF = （m/s），計(jì)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(huì)快速下降，且伴有大量水氣凝結(jié)，到塔頂時(shí)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(shí)際操作氣速為： 塔截面積：Ω= =（m2）泛點(diǎn)率為：u/uF = (略顯偏小，說明塔徑還可能連續(xù)縮小)。 則：L適宜 = α 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。 ； 將上述數(shù)據(jù)代入式6解得惰性氣體的當(dāng)量摩爾流率GB：GB = [kmol/(m2183