【文章內(nèi)容簡介】 具有很高的活性和低的壓力降。采用 DCS 控制，自動化程度高，操作精細靈敏、簡便實用等特點 。 采用四元氣體操 作法，甲醇通過泵打入蒸發(fā)器、再沸器，經(jīng)加熱蒸發(fā)后，甲醇氣體進入混合器，空氣由羅茨鼓風機送入空氣加熱器，經(jīng)預(yù)熱后進入混合器，適當加入蒸汽進入混合器，生產(chǎn)正常后，尾氣系統(tǒng)用尾氣進行吹掃置換，再開啟尾氣風機使部份尾氣通過加熱器，預(yù)熱后進入混合器?；旌蠚怏w經(jīng)過濾凈化處理后進入鋪裝電解銀固定床的反應(yīng)器，通過精確的氧醇比來調(diào)節(jié)氧溫，經(jīng)氧化脫氫反應(yīng)生產(chǎn)甲醛氣體，最后經(jīng)吸收塔吸收，通過塔頂加水來控制產(chǎn)品的濃度，產(chǎn)品由 1 塔采出。 甲醇直接加熱氣化，為數(shù)字化控制提供了保證，準確氧醇比控制使反應(yīng)在最佳狀態(tài)下進行，同時增加了 系統(tǒng)安全性，系統(tǒng)不會因停電而回火到蒸發(fā)器。工藝上采用尾內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)設(shè)計說明書 9 氣循環(huán)法，將部份反應(yīng)熱量由循環(huán)氣帶走，因尾氣中有 19% 氫氣抑制了脫氫反應(yīng)，在同樣條件下，氧溫降低 30 ℃，同時由于空速的增大，副反應(yīng)減少，表現(xiàn)為產(chǎn)品中甲酸含量特別低，達 以下，產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)單耗低。 主反應(yīng)器 —— 氧化器的結(jié)構(gòu)完全不同于過去任何一種氧化器。該氧化器是高效冷卻的復(fù)合形氧化器。它集中體現(xiàn)了平管板氧化器和其他形式氧化器的全部優(yōu)點。在結(jié)構(gòu)方面，它有足夠大的換熱面積；它的上管板象第一代氧化器一樣完全浸在水中，克服了氣蝕。它有很好的應(yīng)力 緩釋結(jié)構(gòu)，它的上管板有充分的伸長空間，很好克服了高溫差造成的應(yīng)力開列現(xiàn)象，極大地延長了設(shè)備的使用壽命；它本身的高效傳熱效果和使反應(yīng)氣高速通過高溫區(qū)的手段也是其獨特的一面。 解決了長期困惑技術(shù)人員沒有解決的氧化器余熱鍋爐段的應(yīng)力腐蝕和汽蝕現(xiàn)象，大大延長了氧化器的使用壽命（由原來 1~2 年到現(xiàn) 3~5 年以上）。另外，由于該設(shè)備在換熱管內(nèi)設(shè)有傳熱下效果極佳的紫銅棒，提高了氣速，縮短了反應(yīng)氣在高溫區(qū)的停留時間。從而降低了副反應(yīng)。如換熱管內(nèi)填充了傳熱效果極佳的純銅物體，將換熱管截面積減小了一半以上，迫使反應(yīng)生成氣 沿著換熱管壁喘流通過，快速將反應(yīng)熱傳遞給換熱管壁，提高了傳熱效率。獨有的催化劑鋪裝結(jié)構(gòu)，使催化劑和催化劑支撐體有接近的膨脹系數(shù)，保證了床層的整體性能；該氧化器的余熱爐汽包就在氧化器的外圍，氧化器完全被熱蒸汽包圍，床層內(nèi)部有保護層，停車后床層散熱比較慢，短時間停車可以不必打開氧化器蓋進行處理而直接生產(chǎn)。 這樣的氧化器結(jié)構(gòu)配以適當?shù)拇呋瘎梢栽诟呖账傧虏僮?，例如用尾氣代替配料水蒸氣循環(huán)而不影響產(chǎn)能，從而生產(chǎn) 37～ 55% 任意濃度的甲醛 。因采用新型復(fù)合氧化器，比原反應(yīng)器材料增加約 2 倍，加工難度，工作量大大 增加。 催化劑的改進也取得了 巨大 的進步 。 現(xiàn)在用于實際生產(chǎn)的銀催化劑大致有三種 。大家都非常熟悉的帶有羽毛狀的 ，用手工或機器造粒的稱 為第一種 。 不用手工造粒 ，在電解過程中靠電沉積形成顆粒的稱為第二種 。 不用手工造粒 ， 在電解過程中靠變相電解 ， 先長成纖維再形成顆粒的稱為第三種 。 在用量方面后兩種明顯多于第一種 ，但是長周期 低壓力降也不失為其優(yōu)勢 。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)設(shè)計說明書 10 第二章 物料衡算 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 溫度 蒸發(fā)器 ℃ 2247 過熱器 ℃ 47120 氧化器觸媒層 ℃ 610640 吸收一塔底 ℃ 42 吸收二塔頂 ℃ 25 成品液 ℃ 42 尾氣 ℃ 25 蒸汽配料濃度 % 氧醇比 甲醇單耗 t/t 工業(yè)甲醇濃度 % 濕空氣含水量 % 甲醛、甲醇物料衡算 甲醇氧化制甲醛主反應(yīng)方程式： CH3OH +1/2O2 = HCHO +H2O （式 2－ 1） CH3OH = HCHO + H2 （式 2－ 2） H2 +1/2O2 = H2O （式 2－ 3） 內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)設(shè)計說明書 11 甲醇氧化制甲醛副反應(yīng)方程式： CH3OH + O2 = CO + 2H2O （式 2－ 4） CH3OH + 2/3O2 = CO2 + 2H2O （式 2－ 5） HCHO +1/2O2 = HCOOH （式 2－ 6） HCOOH = CO + H2O （式 2－ 7） HCHO = CO + H2 （式 2－ 8） HCHO + O2 = CO2 + H2O （式 2－ 9） CH3OH = C + H2O + H2 （式 2－ 10） CH3OH + H2 = CH4 + H2O （式 2－ 11） 2HCHO + H2O = CH3OH + HCOOH （式 2－ 12） 該反應(yīng)系統(tǒng)的物質(zhì)數(shù)有 10 種，它們是 CH3OH、 HCHO、 HCOOH、 CO、 COCH H O H2O、 N2，構(gòu)成這些物質(zhì)的元素有 4 種，因此該系統(tǒng)的獨立反應(yīng)數(shù)為10－ 4＝ 6，可選用反應(yīng)以下反應(yīng)作為該系統(tǒng)的獨立反應(yīng)，它們是： CH3OH＋ 1/2O2→ HCHO＋ H2O （式 2－ 13） CH3OH＋ 3/2O2→ CO2＋ 2H2O （式 2－ 14） CH3OH＋ O2→ CO＋ 2H2O （式 2－ 15） CH3OH＋ O2→ HCOOH＋ H2O （式 2－ 16） CH3OH＋ H2→ CH4＋ H2O （式 2－ 17） CH3OH→ HCHO＋ H2 （式 2－ 18） 產(chǎn)品產(chǎn)量及其組成按每小時算，則年產(chǎn) 萬噸 37%的甲醛溶液物料衡算如下： 已知 年工作時間： 1 年以 300 天計（約 7200 小時）； 年生產(chǎn)能力： 萬噸 /年 ；水醇比： ； 裝置所有蒸汽壓力 250KPa(表壓 )； 空氣相對濕度為 48%：其中含 O2：21%； N2： %； H2O： %； 甲醛分子量： 30 尾氣組成及產(chǎn)品質(zhì)量見下表： 表 2— 2 尾氣組成及產(chǎn)品質(zhì)量 尾氣及產(chǎn)品組成 Wt% 組分 CO2 CO O2 H2 CH4 N2 H2O HCHO CH3OH HCOOH ∑ 二塔尾氣 100 產(chǎn) 品 37 100 產(chǎn)品 產(chǎn)量及其組成 25000247。（ 300 24） =（ t） = 內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)設(shè)計說明書 12 其中： HCHO： 37%== CH3OH： %== HCOOH： %== H2O： － (＋ ＋ )== 表 2— 3 產(chǎn)品組成 計量單位：見表 組分 HCHO CH3OH H2O HCOOH ∑ 含量 /kmolh－ 1 含量 /kgh－ 1 原料 投入量 甲醇投入量： （ ++） 247。 （ 1－ 247。 247。 ）＝ kmol 空氣投入量（根據(jù)氧醇比求）： 247。 21%== O2： 21%== N2： %== H2O： %＝ = 尾氣中各組分含量的計算 尾氣總量： %247。 %= 其中： CO2： %== CO： %== CH4： %== O2： %== H2： %== N2： %== 由以上數(shù)據(jù)及下列反應(yīng)式可求的甲醇消耗量 ： 式 2－ 13 甲醇消耗量 h－ 1 內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)設(shè)計說明書 13 式 2－ 14 甲醇消耗量 h－ 1 式 2－ 15 甲醇消耗量 h－ 1 式 2－ 16 甲醇消耗量 h－ 1 式 2－ 17 甲醇消耗量 h－ 1 式 2－ 18 甲醇消耗量 h－ 1 根據(jù)氧的衡算，由 式 2－ 13 和上列有關(guān)反應(yīng)式得甲醛量為： 由 式 2－ 17 與 式 2－ 18 得甲醛量為： ＋ = 總甲醛量為： ＋ = 所以實際甲醛產(chǎn)量為： kmol= 預(yù)計產(chǎn)品總量（含 37%的甲醛水溶液）： 247。 37%= 預(yù)計計劃生產(chǎn)量為： 2500 900247。 7200= 預(yù)計產(chǎn)品與設(shè)計計劃量要求基本一一致。 校 核 甲醇耗量（由上列反應(yīng)得）： ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ = 產(chǎn)品帶走甲醇： 總消耗甲醇量： ＋ == 技術(shù)單耗： 247。 =實際單耗： 247。 247。 %=水量衡算（由上計算知）： 原料中甲醇帶入的水： 247。 %－ == 空氣帶入的水： = 產(chǎn)品帶出的水： = 反應(yīng)生成的水： ＋ 2 ＋ 2 ＋ ＋ == 水醇比 ，應(yīng)加入的配料水蒸氣為： － (+)== 吸收塔加水量＝總 產(chǎn)品中帶出水－（原料中帶入水＋過程中帶入水） － (＋ ＋ ＋ )== 轉(zhuǎn)化率、選擇性、收率及吸收系統(tǒng)的計算： 內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)設(shè)計說明書 14 甲醇總轉(zhuǎn)化率 =1－產(chǎn)品帶走甲醇 /總甲醇消耗量 = 1－ 247。 =% 甲醛選擇性 =(生成甲醛總量247。甲醇總耗量） 100% = (247。 ） 100%=% 甲醛收率 =（甲醇總轉(zhuǎn)化率甲醛選擇性） 100% = 100%=% 設(shè) 一塔吸收甲醛率為： 86% 則 一塔吸收甲醛量為： 86%== 二塔吸收甲醛量為： － =6kmol= 該二塔循環(huán)液中機器權(quán)濃度為 14%，在二塔全部被吸收。 則二塔循環(huán)液入一塔量為： 247。 14%= 甲醇量： = 水量： － － == 主要設(shè)備物料衡算 蒸發(fā)器物料衡算： 其中進料量在物料衡算中求得，出料水為工業(yè)甲醇水和濕空氣中水相加： ＋ =。其中出料量與進料量相同。 表 2— 4 蒸發(fā)器物料衡算 計量單位：見表 物料 輸入 物料 輸出 名稱 kmol kg 名稱 kmol kg 原料甲醇 原料氣 CH3OH CH3OH H2O H2O 空氣 O2 O2 N2 N2 H2O 合計 過熱器物料衡算 內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)設(shè)計說明書 15 出料中 H2O 量為配料蒸氣與原料氣水量相加。 表 2— 5 過熱器物料衡算 計量單位：見表 物料 輸入 物料 輸出 名稱 kmol kg 名稱 kmol kg 原料氣 三元氣 CH3OH CH3OH H2O H2O O2 O2 N2 N2 配料蒸汽 合計 氧化器物料衡算： 進料量如表 2— 5，出量料計算：甲醛量 =產(chǎn)品中甲醛量＋尾氣中甲醛量 甲醇量 =產(chǎn)品中甲醇量＋尾氣中甲醇量 水量 =進料中水量＋反應(yīng)生成的水量 表 2— 6 氧化器物料衡算 計量單位：見表 物料 輸入 物料 輸出 名稱 kmol kg 名稱 kmol kg 三元氣 CH3OH CH2O H2O CH3OH O2 HCOOH N2 H2O CO2 CO CH4 H2 O2 N2 合計 內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)設(shè)計說明書 16 吸收一塔物料衡算 進料的轉(zhuǎn)化氣量已在表 2— 5 求得，來自二塔液相各組分量已在物料衡算中求得，出料中的成品量已在物料衡算中求出。 塔頂氣相各組分量 =對應(yīng)進料量－對應(yīng)一塔吸收量。 表 2— 7 吸收一塔物料衡算 計量單位：見表 物料 輸入 物料 輸出 名稱 kmol kg 名稱 kmol kg CH2O 成品 CH3OH CH2O HCOOH CH3OH H2O HCOOH CO2 H2O CO 塔頂氣體 CH4 CH2O H2 CH3OH O2 H2O N2 CO2 來自二塔液 CO CH2O 6 CH4 CH3OH H2 H2O O2 N2 合計 吸收二塔物料衡算： 進料的進塔氣相量在表 2— 6 中求得，塔頂加水量已在物料衡算中求得。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)設(shè)計說明書 17 出料的尾氣在物料衡算中已求出，二塔液相采出量與表 2— 6 中相同 表 2— 8 吸收二塔物料衡算 計量單位：見表 物料 輸入 物料 輸出 名稱 kmol kg 名稱 kmol kg 進料氣相 尾氣 CH2O CO2 CH3OH CO H2O CH4 CO2