【導(dǎo)讀】湖南科技大學(xué)2008屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）。本設(shè)計配有設(shè)計說明書一本，附圖4張。說明書包括1：總論；2：工藝流程的選擇及論證；3：%甲醛水溶液工藝計算；4：非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的計算及定性設(shè)備的選型；5：工藝管道計算；6：安全以及“三廢”治理；7：技術(shù)經(jīng)濟初步核算。生產(chǎn)能力和產(chǎn)量 2. 改進催化劑的性能 6. 高濃度甲醛工藝發(fā)展趨勢 6. 國內(nèi)外甲醛裝置能耗比較 10. 反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)與狀態(tài) 11. 尾氣中各組分含量的計算 16. 8技術(shù)經(jīng)濟初步評估甲醛及市場 45. 甲醛及原料市場價格分析 45

　　

【正文】 104合計　　104kJ轉(zhuǎn)化氣帶出的熱量見下表：表4—15 轉(zhuǎn)化氣帶出的熱量 計量單位：見表物料n/(kmolh1)輸出名稱T/℃Cp/[kJ/kmol℃]Q104/kJCH2O 100CH3OH100HCOOH100H2O100CO2100CO100CH4100H2100O2100N2100合計　　　氧化器所剩余的總熱量：(＋＋－) 104=104 (kJ)設(shè)熱損失為2%，則有：104(1－2%)=104 (kJ)的剩余熱可供利用。這部分剩余熱量一部分產(chǎn)生熱水（作蒸發(fā)器加熱熱源）。（4）吸收塔的熱量衡算：已知：104 kJ；　　　塔頂加水量：；　　　水溫：22℃； Cp= kJ/kmol℃。計算：塔頂加水帶入的熱量Q加=22=104 kJ 生成的產(chǎn)品已有12%被氧化器的冷凝段冷凝，余下的被吸收塔冷凝，其量為：　　　HCHO：－=(kmol) CH3OH：－=(kmol) H2O：－=(kmol)相變焓見下表：表4—16 相變焓 計量單位：見表物料n相變焓Q104名稱kmolh1kJ/kmol℃kJHCHO104CH3OH104H2O104合計　　成品帶出的熱量的計算：成品出料溫度為42℃，CH2O：Cp= kJ/kmol℃CH3OH：Cp= kJ/kmol℃ H2O：Cp= kJ/kmol℃則成品帶出的熱量為：Q=42(＋＋)=104 (kJ)尾氣帶出的熱量（尾氣溫度為32）：表4—17 尾氣帶出的熱量 計量單位：見表物料　尾氣輸出名稱n/(kmolh1)T/℃Cp/[kJ/kmol℃]Q104/kJCH2O 32CH3OH32H2O32CO232CO32 CH432H232O232N232合計　　　則吸收工段共多余熱量為：（＋＋－－）104=104 (kJ)設(shè)冷水進口溫度為22℃，出口溫度為34℃，則共需要冷凝水量為：104/[(34－32) 103]=(t/h)裝置總熱量平衡表表4—18 裝置總熱量平衡表 計量單位：見表項目入方（kJ/h）項目出方（kJ/h）CH3OH帶入熱104廢鍋蒸汽吸熱104Air（干）帶入熱104冷水段不升溫吸熱104H2O帶入熱104換熱器吸熱104加熱熱水104尾氣帶走熱104配料蒸汽104成品帶走熱104加熱蒸汽104總計熱損失104工藝補水104不計熱損失104反應(yīng)放熱104吸收塔放熱104∑104∑1045 主要非定型設(shè)備的計算及選型 蒸發(fā)器 蒸發(fā)室的體積V與高度H的計算：參照國內(nèi)甲醛行業(yè)相同生產(chǎn)能力裝置，取蒸發(fā)器直徑D=2m，S1，取T=48℃=321K。則蒸發(fā)室的體積V=二元氣體流量247。蒸發(fā)室體積強度 =[(＋＋)(321/273) 247。3600]/ = m3則蒸發(fā)室的高度H=4V/πD2 =(4)/(4) =為了防止氣體帶水實際取H/D=則 蒸發(fā)器實際高度H=2=蒸發(fā)器實際體積V=πD2H/4 =(4)/4 = m3 蒸發(fā)器的換熱器計算：選傳熱管φ25，不銹鋼，其中內(nèi)徑d1=；外徑d2= 則dm=估計傳熱面積A：由前面的熱量衡算知，Q=104 kJ，設(shè)蒸發(fā)器用熱水加熱，熱水進口溫度為90℃，出口溫度為60℃△T=[(90－) －(60－)]/In[(90－) /(60－)] =℃參考《化工原理》表4—6，選總傳熱系數(shù)K估=h℃A估=Q/K估△T=104/=則 估計需用管子總長度L總= A估/πd =()=取列管長L=2500mm=則 列管數(shù)n1=L總/L=按等邊三角形排列，標(biāo)準(zhǔn)排列為439根（查《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》表7—4），則實際傳熱面積為A實=πndmL=4392=蒸發(fā)器的主要尺寸： 內(nèi)徑：D=2000mm 高度：H實=2800mm 列管規(guī)格：φ25 列管數(shù)：439根 傳熱面積： 過熱器 傳熱面積的估算：熱負(fù)荷傳熱：Q=104 kJ/h傳熱溫度（按逆流）：48℃→115℃ 148℃→148℃△Tm=[(148－115) －(148－48)]/In[(148－115) /(148－48)] =℃查《化工原理》上冊表4—6，選總傳熱系數(shù)K=140W/ m2KA=Q/K△Tm=104/(140)= m2選用φ25，dm=按等邊三角形排列，查《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》表7—5，取管間距a=32mm列管長取L=2000mm則 列管數(shù)n=A/πdmL=2=363根查《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》表7—4，取列管數(shù)為367根 徑的計算：對角線上管子數(shù)b查《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》表7—4得b=21Di=(b＋1)a=2232=704mm 取整為800mm實際傳熱面積A=πndmL =3672 = m2過熱器主要尺寸： 內(nèi)徑：D=800mm 高度：H實=2000mm 列管規(guī)格：φ25 列管根數(shù)：367根 傳熱面積： m2 氧化器 氧化器直徑：原料氣標(biāo)準(zhǔn)流量計算V= = =取觸媒層厚度H=30mm則 觸媒體積Vr=πD2H/4觸媒時間按同行業(yè)生產(chǎn)經(jīng)驗t=~取t=t=Vr/V=πD2H/(4)=(D2 得D= 圓整D=1300mmt實= Vr/V=(30103)/ (4)=＜ 熱鍋爐的主要尺寸：（1）估算傳熱面積：進鍋氣體溫度630℃；出鍋氣體溫度150℃。廢鍋用廢鍋氣包冷凝水，溫度為140℃；按逆流：630℃→150℃ 140℃→140℃△Tm=[(630－140) －(150－140)]/In[(630－140) /(150－140)] =℃熱量衡算得熱負(fù)荷Q=104 kJ傳熱系數(shù)按國內(nèi)相同行業(yè)生產(chǎn)實際情況及查《化工原理》表4—6取傳熱系數(shù)K= W/ m2KA= Q/K△Tm =104/() = m2（2）計算：由上估算得傳熱面積A= m2進口溫度：630℃ 出口溫度：150℃t=(630＋150)247。2=390℃壓力 40mmHg廢鍋爐選用固定列管式，列管采用φ25Dm=(＋)/2==則需列管子總長L總=A/πdm =()=取列管長L=2500mm則 列管數(shù)n=L總/L=按等邊三角形排列，查《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》表7—4得n=439根實際傳熱面積：A=πndmL == m2廢熱鍋爐的主要尺寸：內(nèi)徑：D=1300mm 高度：H實=2500mm 列管規(guī)格：φ25 列管根數(shù)：439根 傳熱面積： 氧化器下部的急冷段：已知：產(chǎn)品氣進口溫度為150℃，出口溫度為100℃產(chǎn)品氣中各組分流量與前相同冷卻用水與蒸發(fā)器加熱用水循環(huán)使用進口溫度為60℃；出口溫度為90℃104 kJ（1）急冷段換熱面積熱負(fù)荷q=Q放=104 kJ傳熱溫度（按逆流）被冷卻介質(zhì)：150℃→100℃ 60℃→90℃△Tm=[(150－90) －(100－60)]/2=50℃查《化工原理》表4—7取熱面積K= W/ m2K則傳熱面積A=Q放/K△Tm = 104 /50= m2因急冷段與廢鍋爐直接相連，為使氣體均勻分布，故要求急冷段的管數(shù)管徑和排列方式也廢鍋爐完全相同。列管總長L總= A/πdm=()= 列管長度L=L總/n=實際傳熱面積A實=πndmL=4392=急冷段主要尺寸：內(nèi)徑：D=1300mm 高度：H實=2000mm 列管規(guī)格：φ25 列管根數(shù)：439根 傳熱面積： 廢鍋輔助設(shè)備—汽包為保證廢鍋爐完全運行，需保證汽包儲水量供鍋爐1小時的蒸氣量，Q放=104 kJ查22℃時，水的焓I=， kJ/kg。則：儲水量=產(chǎn)氣量=Q放/（蒸氣焓－水焓）=Q放/（－）=取填充第數(shù)（40%－50%）取45%，則汽包總?cè)莘eV=V1/=設(shè)封頭為標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，直邊高度H=25mm，再設(shè)汽包直徑D=2m，則a=1m，b=V封=π/24D3，V圓柱=πD2（L1＋0025）/4V=2 V封＋ V圓柱=，得=總長：L= L1＋2＋2=3m=3000mm汽包的主要尺寸：直徑D=2m 總長L=3000mm 吸收一塔已知：進塔氣量：G入= 進塔溫度：100℃ 塔底壓力：795mmHg 出塔氣量：G出= kmol/h= 4167kg/h 出塔溫度：42℃ 塔頂壓力：785 mmHg物性數(shù)據(jù)的計算：塔底（進料）：V氣=[(273＋100)]/(273760)/795 =r氣=G入/ V氣=塔頂（出料）V氣1=[(273＋42)]/ (273760)/785 = m2/h =r氣1=G出/ V氣1=4167/= Kg/m3：r液=[＋(F－45) －][1000＋(55－T)]其中：F——CH2O的質(zhì)量濃度(%) M——CH3OH的質(zhì)量濃度(%) T——溫度（℃）塔底重度：塔底液體為成品液：CH2O的質(zhì)量濃度(%)F= CH3OH的質(zhì)量濃度(%)M=溫度（℃）T=53℃r液=[＋(－45) －][1000＋(55－53)] = Kg/m3塔頂重度：塔頂液為二塔來液：CH2O的質(zhì)量濃度(%)F=15 CH3OH的質(zhì)量濃度(%)M= 溫度（℃）T=30℃r液=[＋(15－45) －][1000＋(55－30)] = Kg/m3一塔回流液重度同塔頂重度吸收一塔平均液相重度為：[(＋2)/3]1/2= 液相粘度（單位Mpa或Cp） u=＋＋－其中：F、M、T與前相同公式來自于《有機化工原料大全》第一卷P207塔底粘度u底=＋＋－53=塔頂粘度u頂=＋15＋－30= 填料填料選公稱直徑為50的瓷質(zhì)鞍環(huán)，其規(guī)格如下：表5—1 鞍環(huán)規(guī)格 計量單位：見表尺寸外徑高厚度填料因子比表面積空隙率堆積密度　7545125m1103m2/m3538kg/m3《化工工藝設(shè)計手冊》第一冊P242表3—57 噴淋密度：U適宜=bσ 公式來自《有機化學(xué)工程》P215，σ為比表面積U適宜=103=h為了充分濕潤填料取U=15 m3/m2h 液相流量：L=，可設(shè)一塔塔徑為1200mm則 L頂=15= L底=＋= kg/h L回=L頂－L二補一=－= kg/h V回=主要物性數(shù)據(jù)表：表5—2 主要物性數(shù)據(jù) 計量單位：見表項目單位塔底塔頂氣相溫度℃10042液相溫度℃5330操作壓力mmHg795785氣相重度Kg/m3液相重度Kg/m3液相粘度Cp液相流量kg/h氣相質(zhì)量流量kg/h4167氣相體積流量m3/h氣相體積流量m3/s 泛點氣速計算：log10[(uf/g)( σ/ε3)(rg/r1)]=A－(L/G)1/4(rg/r1)1/8其中uf——泛點氣速m/sg——重力加速度m/s2σ/ε3——干填料因子m1rg、r1——氣相、液相重度Kg/m3ul——液相粘度CpL、G——液相、氣相流量kg/hA——常數(shù)，ε——填料空系數(shù)m3/