【正文】 r，有交互作用參數(shù)，選擇 NRTLRK 作為模擬的物性方法。 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。物性方法與模型的選取不同，模擬結果大相徑庭。物性方法的選擇是決定模擬結果準確性的關鍵步驟。 當建立好流程圖后，點擊下一步開始進入組分輸入窗口，該工藝過程包含的物料組分有 H2O、 O N CO CH4O、 CH2O、 CO。 10 第 三 章 流程模擬 流程模擬概述 本設計通過運用 Aspen Plus 軟件對甲醇氧化制甲醛的工藝進行模擬，以期達到以下目的： （ 1）對各候選工藝進行模擬判斷是否可行； （ 2）選擇最佳的工藝方案； （ 3）對工藝方案進行優(yōu)化，確定最優(yōu)工藝條件。 混合器 在 3bar， 30℃條件下，將氣液分離器的塔底物料，含量較低的甲醛水溶液，與吸收塔的塔底物料，含量較高的甲醛水溶液，兩股物料混合為一股物料，這一股物料進入精餾塔進行精餾。塔底為甲醛水溶液，進入混合器。 9 氣液分離工段 將反應產物中的氣體與液體經過氣液分離器進行氣液分離器。 氧化反應 工段 經 甲醇氣化工段形成的 原料混合氣在沸騰床反應器鐵鉬催化劑表面進行氧化反應，反應溫度為 285℃，反應溫度為 1bar，在此反應條件下甲醇反應生成甲醛的轉化率為 。吸收塔塔頂為氣體，氣體尾氣處理一部分排出，一部分作為原料氣重新循環(huán)?；旌虾蟮脑匣旌蠚馀c反應后的高溫物質經換熱器升溫至 285℃，進入反應器進行氧化反應，反應在鐵鉬催化劑的表面 進行生成甲醛，反應溫度為 285℃，反應壓力為 1bar，因為反應是一個放熱反應，所以反應過程中需用熱導油（聯(lián)醚苯）將熱量導出，產物中主要 H2O、 CH2O 以及 O N CO、 CO2。 反應 原理 鐵鉬法甲醇氧化制甲醛，空氣過量甲醇幾乎被完全反應，總反應是一個放熱反應，在甲醇氧化制甲醛的過程中存在如下反應： 主反應 [2]： CH3OH + 1 /2O2→ CH2O+H2O+(1) 副反應： CH3OH+O2→ CO+H2O+ kJ/mol (2) CH3OH + 3 /2O2→ CO2+2H2O+ kJ/mol (3) CH2O + 1 /2O2→ CO+2H2O+(4) 8 反應工藝過程 描述 圖 鐵鉬法甲醇氧化制甲醛工藝流程圖 （ H1換熱器； B1反應器； C1換熱器； B2氣液分離器； B3吸收塔； B5混合器； B4精餾塔） 將原料甲醇溶液濃度為（ %）經離心泵抽入甲醇蒸發(fā)器進行汽化。 通過查閱資料，本設計選用 [5]沸騰床反應器，鐵鉬作催化劑來設計甲醇氧化制甲醛的工藝流程。 7 第 二 章 甲醇氧化制甲醛 生產工藝流程 工業(yè)生產甲醛 制備方法對比 目前工業(yè)上一般都是采用鐵鉬氧化物催化劑上或者銀催化劑上進行的甲醇氧化法來制取甲醛，此外還有甲醇直接脫氫制甲醛的方法。 本課題研究的主要內容 本課題主要在原有甲醇氧化制甲醛的基礎上進行優(yōu)化改善處理，對反應溫度、壓力、反應時間進行精確控制，通過軟件模擬，以期達到為實際生產提供理論基礎的目的。 堵祖蔭 [13]應用 Aspen Plus 軟件對汽油分餾系統(tǒng) (包括油淬冷、汽油分餾塔、裂解柴油汽提塔和裂解燃料油汽提塔 )進行嚴格的模擬，并初步研究了汽油分餾塔操作條件對塔頂、柴油抽出和塔釜溫度影響，它可以作為進行該系統(tǒng)優(yōu)化，指導設計和生產實踐的基礎。 洪文鵬 [11]等基于 AspenPlus 的氨法脫硫單塔系統(tǒng)流程模擬對其脫硫系統(tǒng)的吸收，中和和氧化過程進行了模擬，得出結論系統(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氨液量增加到一定程度時脫硫效率反而呈下降趨勢，對實際的工業(yè)流程進行了分析具有一定的理論基礎。 王韌韌，楊森 [10]在 AspenPlus 在尾氣吸收裝置流程模擬中的應用中，應用 AspenPlus軟件建立工藝流程對某石油化工企業(yè)反應器產生的尾氣進行了處理， AspenPlus 模擬軟件為化工工程設計人員提供了對不同方案以及不同工藝方案進行分析探究以及比選的平臺，節(jié)約了大量的時間，節(jié)省了操作費用，避免了人為因素，提高了準確度。作為計算機輔助性軟件能精確模擬出實際化工過程而得到廣泛應用。 Aspen Plus 的簡介 Plus 的 介紹 Aspen Plus 化工模擬系統(tǒng)由美國麻省理工學院于 20 世紀 70 年代后期研發(fā) 80 年代初由美國 Aspen Plus 公司推向市場，采用 Aspen Plus 軟件對流程進行模擬的準確性與物性計算方法的正確選取密切相關，該系統(tǒng)的熱力學性質包含有密度、容積、熱容、反應熱等，其中密度和容積是主要性質 [8]。 分子篩催化劑 華南理工大學謝麟祥 [7]等對甲醇在全硅分子篩上脫氫制甲醛作了初步研究。 s)、進料甲醛體積分數(shù) 10%。 堿金屬鹽催化劑 李勇斌 [7]等曾在內徑為 16 mm陶瓷管固定床反應器中考察了甲醇脫氫制無水甲醛反應中幾種堿金屬鹽的催化活性。 甲醇脫氫制甲醛 根據研究過的催化劑的性質可將催化劑分為金屬及其氧化物催化劑、堿金屬鹽催化劑和分子篩催化劑 3 種。因為在沸騰床操作條件下，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器中能很好地流動，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，很容易把反應熱導出，消除了因催化劑層局部過熱而引起的爆炸危險。要提高裝置的生產能力，就必須提高原料氣中的甲醇濃度，在甲醇 空氣混合物的爆炸極限內操作，這是 FeMo 固定床法所不能實現(xiàn)的。 通過查閱的相關文獻可知，在工業(yè)上甲醇氧化制甲醛的化工生產中，鐵鉬法具有甲醇單耗低，甲醇轉化率高，甲醛收率高，生產成本低，持續(xù)運行周 期較長等優(yōu)點。催化劑的壽命為 2~3 年。大量實驗證明氧化鉬適當過量可以增大催化劑的穩(wěn)定性，抑制催化劑的分解變性。 20 世紀 80 年代以后，國外新 建大型裝置大多都采用鐵鉬法生產工藝制取甲醛，國內采用鐵鉬法生產廠家的有天津石油化工廠，黑龍江佳木斯化工五廠等一些廠家。 鐵鉬法氧化甲醇制甲醛 王輝 [2]在甲醇氧化制甲醛鐵鉬催化劑研究開發(fā)的研究中，甲醇單耗 (以 37%甲醛計，420~437kg/t)、甲醛產品濃度 (可達 55%以上 )，在反應溫度 275 ~ 330℃，空速 8000 ~16000h1時，催化劑的 Mo/Fe 比為 211~218，最佳為 215，使用鐵鉬催化劑催化氧化可使甲醇轉化率 98%，甲醛收率 91%。目前最常用的工業(yè)生產方法為銀催化氧化甲醇制甲醛、鐵鉬法氧化甲 醇制甲醛 、甲醇脫氫制甲醛。我國甲醛基本自給自足，不依賴進口。 2021 年我國工業(yè) 甲醛的年生產能力約 700 萬噸，至 2021 年增長到 1035 萬噸， 2021年世界工業(yè)甲醛的總生產能力約為 3855 萬噸 (37%CH2O，下同 )／年。目前世界各國用于生產甲醛的甲醇占甲醇總產量的 30%左右，已開發(fā)出的甲醛下游產品有上百種，其中主要有熱固性樹脂 ( 如脲醛樹脂，酚醛樹脂和三聚氰胺甲醛樹脂等 ) 及聚甲醛，季戊四醇，烏洛托品， 1,4— 丁二醇，吡啶，乙二醇，三羥基甲烷等化工產品，同時甲醛在農業(yè)，醫(yī)藥，染料工業(yè)中可以作為殺蟲劑和還原劑等甲醛也是合成染料、農藥、精細與專用化學品的重要原料。工業(yè)品 甲醛 溶液一般含 37%甲醛，作 阻聚劑 ，沸點 101℃ 。 甲醛 可由甲醇在 銀，鐵 等金屬催化下 氧化或脫氫 制得，也可由烴類氧化產物分出。 甲醛 有強還原作用，特別是在 堿性 溶液中 ， 能燃燒，蒸氣與空氣形成爆炸性混合物，爆炸極限 7%73%（體積）。熔點 92℃ ，沸點 ℃ 。全身癥狀有頭痛、乏力、 心悸 、 失眠 、 體重減輕 以及植物神經紊亂 等。皮膚直接接觸甲醛，可引起皮炎、色斑、壞死。 甲醛是一種 原漿 毒物，能與蛋白質結合。 2 第 一 章 甲醇氧化制甲醛 工藝進展 甲醛 簡介 甲醛 ，英文名 Formaldehyde，又稱蟻醛， 是無色、具有強烈氣味的刺激氣體，略重于空氣 ,易溶于水。人造板工業(yè)發(fā)達，對甲醛的需求量甚大。甲醛是有機化工重要的基本原料 ,對未來能源結構的優(yōu)化和化學工業(yè)的發(fā)展起著非常重要的作用。Aspen plus。oxidation。 關鍵字 ： 甲醇 鐵鉬法 氧化 甲醛 AspenPlus 模擬