【正文】 ）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。塔頂：塔頂為未被吸收的甲醛蒸汽，進(jìn)入第二吸收塔。由上述計(jì)算可知，含有： 生成HCHO：（kg）=（kmol）生成HCOOH：(kg)=（kmol）含水量=進(jìn)料量+反應(yīng)生成量=+=（kmol）O2經(jīng)過反應(yīng)器后與甲醇反應(yīng)生成甲醛，（kmol）生成H2：（kg）=（kmol）④第一吸收塔物料衡算進(jìn)料：經(jīng)過反應(yīng)器反應(yīng)生成的氣體直接進(jìn)入第一吸收塔，由工藝參數(shù)表可知其甲醛吸收率為90%，而且第一吸收塔上部有第二吸收塔打回的循環(huán)液，其量為10%，最后一起回收成品甲醛。因此由上計(jì)算可知配料蒸汽水蒸氣量為：（kg）=（kmol）出料： 出料氣體中由于加入了配料蒸汽，水的含量增加，為：+=（kmol）③氧化器物料衡算進(jìn)料： 進(jìn)料氣體即為過熱器中的出料氣體。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。③水量衡算（按每小時(shí)計(jì)）：尾氣中帶出的水：（kmol）=（kg）產(chǎn)品中帶出的水：（kmol）=3835（kg）空氣帶入的水：（kmol）=（kg）原料甲醇帶入的水：2833/98%2%=（kmol）=（kg）反應(yīng)生成的水：+2（+）++=（kmol）=（kg）按配料濃度60%計(jì)，應(yīng)加入的配料水的蒸汽量：2833/60%－（2833組 份工業(yè)甲醇組成（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），%反應(yīng)尾氣組成（體積分?jǐn)?shù)），%甲醛溶液組成（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），%其他參數(shù)CH3OHH2O空氣O221%,%,%O2CO2COCH4H2O2H2HCHOCH3OHN2HCHOCH3OHH2OHCOOH氧醇比配料濃度60%單耗CH3OH/37%HCHO第一吸收塔吸收率90%第二吸收塔循環(huán)液中甲醇濃度15% 物料流程簡圖甲醇氧化制甲醛的物料流程圖如下所示:蒸發(fā)器 尾氣去鍋爐 水蒸氣 二吸塔一吸塔反應(yīng)器 補(bǔ)充水 甲醇 空氣 圖1 甲醇氧化制甲醛的物料流程圖 甲醛、甲醇物料衡算（均按每小時(shí)計(jì)）主反應(yīng)：（1）甲醇氧化制甲醛的化學(xué)反應(yīng)方程式：CH3OH +1/2O2 = HCHO +H2O (1)CH3OH = HCHO + H2 (2)H2 +1/2O2 = H2O (3)副反應(yīng)：CH3OH + O2 = CO + 2H2O (4)CH3OH + 2/3O2 = CO2 + 2H2O (5)HCHO +1/2O2 = HCOOH (6)HCOOH = CO + H2O (7)HCHO = CO + H2 (8)HCHO + O2 = CO2 + H2O (9)CH3OH = C + H2O + H2 (10)CH3OH + H2 = CH4 + H2O (11)2HCHO + H2O = CH3OH + HCOOH (12)該反應(yīng)系統(tǒng)的物質(zhì)數(shù)有10種，它們是CH3OH、HCHO、HCOOH、CO、COCHHOH2O、N2，構(gòu)成這些物質(zhì)的元素有4種，因此該系統(tǒng)的獨(dú)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(dú)立反應(yīng)，它們是：CH3OH +1/2O2 = HCHO +H2O (1)CH3OH = HCHO + H2 (2)CH3OH + 2/3O2 = CO2 + 2H2O (3)CH3OH + O2 = CO + 2H2O (4)CH3OH + H2 = CH4 + H2 (5)CH3OH + O2 = HCOOH + H2O (6)（2）產(chǎn)品產(chǎn)量用其組成（按每小時(shí)算）可知年開工為8000h，需要生產(chǎn)甲醛50000t，則每小時(shí)生產(chǎn)50000/8000=（t）由工藝參數(shù)表可知，其中： HCHO: 625037%=（kg）=（kmol） CH3OH: 6250%=100（kg）=（kmol） HCOOH: 6250%=(kg)=（kmol） H2O: 6250%=3855(kg)=（kmol） 總摩爾數(shù)=+++=（kmol）（3）甲醇投入量：6250=2800（kg）=（kmol）（4）空氣消耗量： 根據(jù)氧醇比求得：其中：O2=21%=（kmol）=1064（kg） N2=%=(kmol)=（kg） H2O=%=(kmol)=(kg)(%為空氣在相對(duì)濕度為80%的含水量)（5）吸收尾氣排放量：%/%=（kmol）其中：CO2=%=(kmol)=260（kg） CO=%=（kmol）=（kg） CH4=%=（kmol）=（kg） O2=%=（kmol）=（kg） H2=19%=（kmol）=（kg） H2O=2%=(kmol)=(kg) HCHO=%=(kmol)=(kg) CH3OH=%=(kmol)=(kg) N2=%=(kmol)=(kg)（6）數(shù)據(jù)校核①甲醛量：根據(jù)氧的衡算，計(jì)算出按反應(yīng)（1）生成的甲醛量（氧氣與甲醛為2比1）： [－（3/2+++）] 2=（kmol）根據(jù)尾氣中H2量并結(jié)合反應(yīng)式（5），計(jì)算按反應(yīng)式（2）生成的甲醛量： +=（kmol）甲醛總生成量為：+=（kmol）尾氣帶出的甲醛量：實(shí)際甲醛產(chǎn)量：－=（kmol）折算成37%CH2O水溶液：30/37%=6336(kg)產(chǎn)品產(chǎn)量與設(shè)計(jì)要求基本一致。第二章 物料衡算 設(shè)計(jì)條件按照選定的工藝流程，確定設(shè)計(jì)參數(shù)和條件。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。由于銀法和鐵鉬法各有所長，也各有局限性，且這兩類方法都有改進(jìn)和提高，綜合各種因素對(duì)生產(chǎn)成本進(jìn)行比較，這兩類方法差別很小?，F(xiàn)我國工業(yè)甲醛都使用甲醇作原料。其中德國的BASF公司的銀法和瑞典PSP公司的鉬法發(fā)展歷史悠久，技術(shù)先進(jìn)。 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。1980年以后，國外工業(yè)甲醛總建廠能力中鐵鉬法已超過銀法。而且兩種方法都在不斷地加以改進(jìn)和提高，在競爭中共存。日本和東南亞各國銀法占支配地位，仍然只有三個(gè)鐵鉬法甲醛生產(chǎn)廠，不過，八十年代日本已有不少甲醛廠轉(zhuǎn)向鐵鉬法；東南亞各國也開始重視鐵鉬法，比如，印度尼西亞等最近均建成幾座大型的鐵鉬法生產(chǎn)廠。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。據(jù)報(bào)道，美國鐵鉬法生產(chǎn)的甲醛曾一度占總產(chǎn)量的80%以上。雖然各主要工業(yè)發(fā)達(dá)國家都同時(shí)兼有銀法和鐵鉬法兩種生產(chǎn)工藝，但側(cè)重面不盡相同。電解銀分子篩載銀催化劑的相繼出現(xiàn)而所謂WGR尾氣循環(huán)工藝的誕生，都使得銀法工藝有了新的發(fā)展。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。 國內(nèi)外電解銀甲醛工藝的比較改良BASF法上海溶劑廠（1993年）廣州溶劑廠（1993年）裝置能力（1萬噸/年，37%HCO）催化工藝電解銀電解銀電解銀催化劑壽命（月）2~322噸37%HCHO消耗甲醇（100%，公斤）450453487 冷卻水（m3）50 電（KWh）373449 催化劑耗量（公斤）不詳不詳 副產(chǎn)蒸汽（公斤） 需外供蒸汽（公斤）415自給 尾氣循環(huán)有無無 質(zhì)量： 甲醛含量（wt%）40~55 甲醇含量（wt%）1~~ 酸度（wt%） 銀法和鐵鉬法比較——國外甲醛技術(shù)概況銀法是經(jīng)典的生產(chǎn)方法，德國于1888年首先工業(yè)化，接著美國在1901年，日本在1912年相繼投入生產(chǎn)。絕大多數(shù)廠家采用電解銀催化劑，十幾家采用浮石銀為催化劑，而采用鐵—鉬氧化物催化劑有僅有云天化等四家。 安全性由于甲醛可以和空氣形成爆炸性混合物，故在設(shè)計(jì)、操作順序及人員培訓(xùn)中需始終注意安全問題。 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。本項(xiàng)目對(duì)甲醛生產(chǎn)技術(shù)的要求為： 技術(shù)可靠、消耗指標(biāo)低應(yīng)選擇在相似規(guī)模下良好應(yīng)用業(yè)績的可靠技術(shù)。銀法和鐵鉬法均在不斷地發(fā)展中。以甲醇為原料生產(chǎn)甲醛的方法，按其所利用催化劑和生產(chǎn)工藝不同，可分為兩種不同的工藝路線。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。終極一組化工設(shè)計(jì)年產(chǎn)50000t/a合成甲醛工業(yè)設(shè)計(jì) 學(xué) 院 化學(xué)與化工學(xué)院專 業(yè) 化學(xué)工程與工藝052班小組名稱 終極一組 小組成員 鄭旭凱、劉嘉琦、姚澤鴻、王位、趙雅茹、王建福、譚孔文提交日期 2009 年 03 月前言終極一組成員一覽：組長： 鄭旭凱（學(xué)號(hào)：200530262377）組員： 王位（學(xué)號(hào)：200530262147）劉嘉琦（學(xué)號(hào)：200530261370）趙雅茹（學(xué)號(hào)：200530262363）姚澤鴻（學(xué)號(hào)：200530262296）王建福（學(xué)號(hào)：200530262101）譚孔文（學(xué)號(hào)：200530262020）主要分工一覽：第一章 產(chǎn)品方案選擇與生產(chǎn)規(guī)模趙雅茹第二章 物料衡算鄭旭凱第三章 能量衡算劉嘉琦第四章 設(shè)備工藝計(jì)算