【正文】 蒸餾水 N CO H2O 等 二、 流程敘述 （ 1） 原料氣供給： ① 空氣凈化：原料氣中的空氣，吸入堿洗塔，塔頂噴灑 3%Na2 CO3 水溶液，以洗去原料氣體（空氣）中的 H2 S、 SO HF 等有害氣體，機(jī)械雜質(zhì)也洗去大部分，然后空氣進(jìn)入水洗塔底部。水洗塔結(jié)構(gòu)與堿洗塔相同。空氣經(jīng)水洗塔進(jìn)一 步除去化學(xué)的和機(jī)械的雜質(zhì)以及夾帶的堿液，再通過(guò)頂部的除沫板除去水滴進(jìn)入鼓風(fēng)機(jī)。 堿洗塔、水洗塔洗滌循環(huán)使用，以循環(huán)水補(bǔ)充水洗塔，水洗塔水補(bǔ)充堿洗塔，堿洗塔多余的水排入水溝。 清潔空氣由鼓風(fēng)機(jī)加壓到 1500mm 水柱以上。進(jìn)入蒸發(fā)器底部，空氣量的調(diào)節(jié)是根據(jù)工藝規(guī)定需要的空氣流量，由自動(dòng)儀表使氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)伐開、閉，改變放空量來(lái)調(diào)節(jié)進(jìn)入蒸發(fā)器的空氣量。 ② 甲醇來(lái)路：槽車運(yùn)來(lái)的甲醇由泵打入原料貯槽，開車時(shí)用原料泵將原料貯槽的甲醇送入甲醇高位槽，甲醇從高位槽自流經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計(jì)進(jìn)入蒸發(fā)器底部。甲醇高位槽溢流的甲醇通過(guò)窺鏡到甲 醇原料貯槽。 ③ 蒸發(fā)器：空氣與甲醇都進(jìn)入蒸發(fā)器底部，空氣從甲醇液中的環(huán)形管鼓出，經(jīng)蒸發(fā)器中部的加熱列管（管內(nèi)），上升至蒸發(fā)器上部，甲醇加熱至 45℃— 48℃后被空氣泡夾帶到蒸發(fā)空間蒸發(fā)為氣體，甲醇蒸汽與空氣混合均勻，二元?dú)怏w由蒸發(fā)空間上升到蒸發(fā)器頂部經(jīng)除沫板除去夾帶的甲醇液滴后進(jìn)入過(guò)熱器。 ④ 配料蒸汽：配料蒸汽來(lái)自蒸汽分配缸，通過(guò)氣動(dòng)薄膜閥進(jìn)入過(guò)熱器前的二元?dú)怏w管（噴嘴），進(jìn)入過(guò)熱器的則已是三元?dú)怏w。 配料蒸汽流量是根據(jù)工藝要求的甲醇 蒸汽配料濃度，由甲醇流量計(jì)算得來(lái)的，自動(dòng)儀表指揮薄膜閥調(diào)節(jié)蒸汽量的大小。 過(guò)熱器 三元過(guò)濾器 凈化塔 蒸發(fā)器 二塔 一塔 氧化器 湘潭工學(xué)院化學(xué)工程系 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 —— 年產(chǎn) 2 萬(wàn)噸甲醛裝置工藝設(shè)計(jì) 15 （ 2） 原料 氣轉(zhuǎn)化為甲醛： 甲醇 空氣 蒸汽三元?dú)怏w按一定比例（氧醇比 ～ ，配料濃度 58～60%）進(jìn)入過(guò)熱器。 過(guò)熱器為一列管熱交換器，三元?dú)怏w走管內(nèi)，來(lái)自蒸汽分配缸的加熱蒸汽走管間，三元?dú)怏w在過(guò)熱器被加熱至 120℃，夾帶的液沫被汽化，過(guò)熱溫度應(yīng)保證三元?dú)獾窖趸髑暗墓苈分胁恢乱驕囟认陆刀瞿鲆旱巍? 過(guò)熱后的三元?dú)怏w經(jīng)阻火器到三元過(guò)濾器，該器內(nèi)有下班絲、玻璃棉，過(guò)濾層厚約 100mm，借此除去三元?dú)怏w中殘留的雜質(zhì)，純凈的三元?dú)怏w進(jìn)入氧化器頂部，從蒸發(fā)器出口以后的氣體管道，設(shè)備均系不銹鋼材，以防止鐵質(zhì)進(jìn)入氧 化器觸媒層。 三元?dú)鈴难趸魃w進(jìn)入，通過(guò)氧化器觸媒層，電解銀厚約 20mm，溫度600～ 650℃，原料氣中甲醇發(fā)生氧化、脫 H 反應(yīng)，生成甲醛氣體，同時(shí)產(chǎn)生副反應(yīng)，生成 CO、 CO HCOOH、 H2 O，反應(yīng)放出的熱量維持觸媒層溫度穩(wěn)定，多余的熱量被水蒸汽吸收帶走，產(chǎn)品氣離開觸媒層立即進(jìn)入氧化器廢熱鍋爐段的列管內(nèi)，廢熱鍋爐中的水吸收熱量產(chǎn)生蒸汽入汽包，產(chǎn)品氣則進(jìn)入氧化器冷卻段，在列管內(nèi)被水冷卻到 90℃以下。 氧化器系不銹鋼制，上部是觸媒室，觸媒平鋪在觸媒室花板的銅絲網(wǎng)（ 40目）上，中部是廢熱鍋爐，用不銹鋼管排列而成 ，管內(nèi)有麻花鐵條，以改善傳熱狀態(tài)，列管間下段是水，上段是汽化間，生成的蒸汽由上升管上升到汽包內(nèi)，通過(guò)汽包水層到上部除沫后進(jìn)入蒸汽分配缸，汽包補(bǔ)充水由鍋爐給水槽的軟水經(jīng)泵輸送供給，汽包有自動(dòng)液位控制系統(tǒng)，汽包底部有下降管，補(bǔ)充水及循環(huán)熱水經(jīng)下降管進(jìn)入廢熱鍋爐下部，廢熱鍋爐與汽包形成水汽循環(huán)系統(tǒng)，上升管上升的是水汽混合物。 （ 3） 甲醛氣體的吸收： 產(chǎn)品氣離開氧化器進(jìn)入吸收系統(tǒng)。吸收系統(tǒng)由兩個(gè)吸收塔組成，每個(gè)塔都有自身循環(huán)泵及冷卻器。 產(chǎn)品氣進(jìn)入一塔底部，一塔內(nèi)裝有異形瓷環(huán)層，氣體由下而上經(jīng)過(guò)瓷環(huán)層，其中甲醛被循環(huán)液吸 收，由于甲醛溶于水，生成甲二醇，循環(huán)液中單醛不過(guò)%屬于化學(xué)吸收，吸收速度主要由擴(kuò)散速度控制，異形瓷環(huán)具有較大的吸收表面，氣液能充分接觸，氣體中大部份甲醛被循環(huán)液吸收，吸收效率約 90%。與此同時(shí)，氣體中水蒸汽約有 80～ 90%在一塔冷凝下來(lái)，吸收與冷凝的熱量使循環(huán)液溫度升高，從塔底流出經(jīng)一塔循環(huán)泵送至冷卻器，循環(huán)液被冷卻到 40℃，大部分送到一塔去噴淋，部分作為成品經(jīng)支路、薄膜閥、轉(zhuǎn)子流量計(jì)送入成品中間貯槽。 被吸收后的殘余氣體送到二塔繼續(xù)吸收，吸收后的尾氣含 H2 19%，送往尾氣處理車間。進(jìn)二塔的氣體含甲醛 很少，故二塔負(fù)荷不大，但因甲醛濃度低，湘潭工學(xué)院化學(xué)工程系 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 —— 年產(chǎn) 2 萬(wàn)噸甲醛裝置工藝設(shè)計(jì) 16 二塔也應(yīng)有一定的氣液接觸面，二塔采用普通瓷環(huán)，以降低造價(jià)，循環(huán)液被冷卻后送回二塔再循環(huán)。 二塔頂部補(bǔ)充工藝水，二塔循環(huán)液量應(yīng)保持穩(wěn)定，多余的循環(huán)液送到一塔頂部。補(bǔ)充工藝水采用軟水總管來(lái)水，過(guò)熱器、蒸汽分配缸等冷凝水匯集鍋爐給水槽。 （ 4） 成品輸出： 中間計(jì)量槽的甲醛按要求配成出廠濃度循環(huán)均勻后即壓入成品槽，也可根據(jù)需要直接裝槽車。 （ 5） 蒸汽系統(tǒng) 分兩部分 ： ① 軟水供給：由公用軟水總管供給。 ② 廢熱鍋爐： 氧化器中段為廢熱鍋爐，實(shí)際上是一列管式熱交換器，汽包產(chǎn)生的蒸汽匯同外來(lái)蒸汽進(jìn)入蒸汽 分配缸。廢熱鍋爐和汽包每使用三個(gè)月進(jìn)行煮鍋、清降污垢，汽包配有安全閥，汽壓超過(guò)限定壓力就自啟放空。汽包液位通過(guò)薄膜閥控制補(bǔ)充水量進(jìn)行自調(diào)。 第五節(jié) 原料甲醇 甲醇，又名木醇或木精，分子式 CH3 OH，分子量 ，它是脂肪醇中最簡(jiǎn)單的一元醇。甲醇質(zhì)量要求見下表。 工業(yè)甲醇質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) （ GB338— 85） 指定名稱 指標(biāo) 一級(jí) 二級(jí) 三級(jí) 外觀 無(wú)色透明液體，無(wú)可見雜質(zhì) 色度（ PtCo），號(hào)≤ 5 10 15 密度（ 20℃）， g/ml ～ 沸程（ 760mmHg），℃ ～ 蒸餾量， ml/100ml 98 以上 溫度范圍（包括 177。 ℃），℃≤ 高錳酸鉀試驗(yàn)， min 50 20 — 水溶性試驗(yàn) 澄清 — 水分含量， % — 游離酸（以 HCOOH 計(jì)）含量， ppm≤ 15 30 50 游離堿（以 NH3）含量， ppm≤ 2 8 15 羰基化合物（ HCHO 計(jì)）， ppm 20 50 100 蒸發(fā)殘?jiān)?ppm≤ 10 30 50 氣味 無(wú)特殊異臭氣味 — 乙醇含量， %≤ — 氯化物 含量， ppm — 湘潭工學(xué)院化學(xué)工程系 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 —— 年產(chǎn) 2 萬(wàn)噸甲醛裝置工藝設(shè)計(jì) 17 一、 物理性質(zhì) 甲醇在常溫下是無(wú)色透明的液體，它易揮發(fā)易燃燒，具有類似乙醇的氣味。甲醇蒸汽與空氣混合物，在 20℃、 下爆炸極限為 ～ %（ vol%）。甲醇能與水以任何比例完全互溶，但不與水形成共沸混合物。 甲醇主要的物理性質(zhì)列入下表： 表２－１： 凝固點(diǎn) － ℃ 沸點(diǎn) ℃ 臨界溫度 ℃ 臨界壓力 8096 kpa 臨界體積 118 mL/mol 生成熱（液態(tài)）， 25℃ － kJ/mol 生成自由能（液態(tài)）， 25℃ － kJ/mol 揮發(fā)熱 103 J/g 燃燒熱， 25℃ kJ/g 沸騰時(shí)的蒸發(fā)熱 1129 J/g 空氣中爆炸極限 下限， vol.% 6 上限， vol.% 自動(dòng)著火溫度 470 ℃ 閃點(diǎn)（密閉） 12 ℃ 表面張力 熱容（比熱） 蒸汽， 25℃ J/（ g k） 液體， 25℃ J/（ g k） 蒸汽壓， 25℃ kPa 水中溶解度 密度， 25℃ g/cm3 熱導(dǎo)率， 25℃ W/（ m K） 二、 化學(xué)性質(zhì) ⑴、氧化反應(yīng) 在一定條件下，甲醇不完全氧化生成甲醛和水，這是工業(yè)上制取甲醛的基本反應(yīng)之一。實(shí)際上，這一氧化反應(yīng)往往和脫氫反應(yīng)同時(shí)發(fā)生，稱為氧化 脫氫反應(yīng)。 湘潭工學(xué)院化學(xué)工程系 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 —— 年產(chǎn) 2 萬(wàn)噸甲醛裝置工藝設(shè)計(jì) 18 ⑵ 、脫氫反應(yīng) 在 ZnO、 FeTi 等催化劑存在下，在沒(méi)有氧的條件下甲醇?xì)庀嗝摎渖杉兹? ⑶、分解反應(yīng) 在鎳基催化劑存在下，甲醇在 250～ 300℃能分解一氧化碳和氫，這是工業(yè)上制取還原氣體的一種簡(jiǎn)便方法。 ⑷、置換反應(yīng) 甲醇能與活潑金屬發(fā)生反應(yīng)，生成甲氧基化合物，典型的反應(yīng)有： 2CH3OH＋ 2Na→ 2CH3ONa＋ H2 第六節(jié) 原料的準(zhǔn)備 一、 原料的輸送 在甲醛生產(chǎn)中，通常把甲醇、空氣和水蒸汽的混合氣稱為原料混合氣。下面分別介紹它們的輸送過(guò)程。 1. 甲醇的輸送 液態(tài)甲醇輸送的一般過(guò)程是：從貯槽 來(lái)的甲醇，通過(guò)甲醇泵送入高位槽；從高位槽出來(lái)的甲醇經(jīng)過(guò)濾器過(guò)濾，然后由蒸發(fā)器底部?jī)蓚?cè)進(jìn)入蒸發(fā)器。 2. 空氣的輸送 空氣的輸送過(guò)程是采自大氣中的空氣經(jīng)堿、水洗后由鼓風(fēng)機(jī)壓入蒸發(fā)器底部，然后進(jìn)入蒸發(fā)器的甲醇液中。為減少噪音，在鼓風(fēng)機(jī)前后都裝有消音設(shè)備。 3. 蒸汽的輸送 蒸汽是由甲醛裝置本身的氧化器廢熱鍋爐 汽包和外來(lái)蒸汽供給。汽源一般先經(jīng)穩(wěn)壓后進(jìn)入，再由蒸汽分配缸進(jìn)入噴嘴與甲醇、空氣相混合。 二、 原料的氣化 原料甲醇的氣化常用蒸發(fā)法，采用中央循環(huán)式蒸發(fā)器來(lái)氣化，其過(guò)程是來(lái)自高位槽的一定流量的甲醇先進(jìn)入蒸發(fā)器的底部，然后在蒸 發(fā)器的加熱室經(jīng)加熱氣化后進(jìn)入蒸發(fā)器的蒸發(fā)室與以鼓泡方式進(jìn)入蒸發(fā)器中的空氣相混合。 由于甲醛的反應(yīng)過(guò)程是一個(gè)氣固相反應(yīng)過(guò)程，無(wú)論是甲醇的脫氫還是甲醇的氧化反應(yīng)都要求由氣態(tài)的甲醇參加反應(yīng)，因此液態(tài)甲醇首先要?dú)饣Ａ硗?，甲?— 空氣混合氣的混合及其比例的控制，是在氣化過(guò)程中完成的。 甲醇和空氣的配制過(guò)程已在蒸發(fā)過(guò)程中完成，由此制備的甲醇 空氣二元混合氣在配料工序中再和水蒸汽混和制成甲醇 空氣 水三元混合氣，銀法生產(chǎn)甲醛時(shí)，其三元配比一般為：甲醇 ∶ 空氣 ∶ 水 =1∶ ～ ∶ ～ （摩爾比）。 三、 原料混合氣的 過(guò)熱 過(guò)熱過(guò)程在過(guò)熱器中完成，采用列管式換熱器，在管外通以加熱蒸汽，混合三元?dú)鈩t從管程通過(guò)。混合氣出口溫度控制在 100～ 140℃。 湘潭工學(xué)院化學(xué)工程系 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 —— 年產(chǎn) 2 萬(wàn)噸甲醛裝置工藝設(shè)計(jì) 19 四、 原料混合氣的凈化 原料混合氣經(jīng)過(guò)熱后先通過(guò)阻火器，再進(jìn)行凈化。原料混合氣的凈化包括甲醇、空氣和水蒸汽的凈化。 a) 甲醇的凈化 甲醇的清凈度由于供應(yīng)和運(yùn)輸渠道不一而有一定的差異。因此，甲醇需要凈化。甲醇先在貯藏室中通過(guò)一定時(shí)間的存放，以除去大部分固體顆粒和懸浮物。投入生產(chǎn)的甲醇，首先在過(guò)濾器中過(guò)濾，然后進(jìn)入系統(tǒng)。 b) 空氣的凈化 采用洗滌的凈化過(guò)程，即堿洗加水洗的凈化過(guò)程。水蒸汽不單獨(dú)進(jìn) 行凈化，但應(yīng)保證蒸汽的質(zhì)量和保持管路的清潔。 c) 原料混合氣的凈化 最后，經(jīng)過(guò)熱后的原料混合氣進(jìn)入三元過(guò)濾器以除去夾帶的有害雜質(zhì)。 第七節(jié) 主要工藝指標(biāo) 指標(biāo)名稱 單位 指標(biāo) 流量 濕空氣 m3/h 配料蒸汽 m3/h 工藝補(bǔ)水 m3/h 98%工業(yè)甲醇 m3/h 甲醛成品液 m3/h 一塔循環(huán)量 m3/h 54 二塔循環(huán)量 m3/h 壓力（相對(duì)） 一塔底 MPa 一塔頂 MPa 二塔頂 MPa 氧化器 MPa 蒸汽分配缸 MPa 177。 汽包 MPa 177。 蒸發(fā)室 KPa 12～ 21 羅茨風(fēng)機(jī)出口 MPa 溫度 蒸發(fā)器 ℃ 42～ 49 湘潭工學(xué)院化學(xué)工程系 2020 屆畢