甲醛廠教材(最新)

1、目 錄第一章 總 論1第一節(jié) 甲醛的性質(zhì)及用途1一、甲醛的性質(zhì)1二、甲醛的用途2第二節(jié) 甲醛的合成方法3一、銀催化氧化法3二、鐵鉬氧化物催化氧化法4第三節(jié) 合成甲醛的原料4一、甲醇的物理物質(zhì)4二、甲醇的化學(xué)性質(zhì)5三、甲醇的貯運(yùn)5第二章 工藝敘述7第一節(jié) 設(shè)計(jì)基礎(chǔ)7一、甲醛成品規(guī)格7二、界區(qū)條件7三、原材料，動(dòng)力消耗定額7第二節(jié) 工藝流程說(shuō)明7一、工藝流程說(shuō)明7二、蒸汽冷凝液流程說(shuō)明（公用工程）8第三章 甲醛生產(chǎn)反應(yīng)物的準(zhǔn)備與輸送9第一節(jié) 基本知識(shí)9一、流體的流動(dòng)與輸送9二、熱量與熱量的傳遞10第二節(jié) 原料混合氣的準(zhǔn)備與輸送11一、原料的輸送11二、原料的氣化13三、原料混合氣的配制15四、原料

2、混合氣的過(guò)熱15五、原料混合氣的凈化16第四章 甲醛生產(chǎn)反應(yīng)過(guò)程18第一節(jié) 反應(yīng)過(guò)程中的化學(xué)反應(yīng)18第二節(jié) 反應(yīng)過(guò)程中的化學(xué)平衡19一、化學(xué)平衡的概念19二、化學(xué)平衡常數(shù)19三、影響化學(xué)平衡的因素19第三節(jié) 反應(yīng)過(guò)程中的化學(xué)動(dòng)力學(xué)20一、化學(xué)反應(yīng)速度20二、反應(yīng)機(jī)理21第四節(jié) 影響反應(yīng)的因素21一、反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)與狀態(tài)21二、催化劑的性能與狀態(tài)22三、反應(yīng)溫度22四、氧醇比23五、水醇比24六、停留時(shí)間（接觸時(shí)間）和空間速度24七、反應(yīng)壓力25八、原料混合氣的純度25第五章 甲醛氣體的吸收26第一節(jié) 吸收流程26第二節(jié) 吸收的基本理論26一、概述26二、吸收的基本原理26三、吸收的類型27第三節(jié)

3、 影響吸收的因素28一、溫度28二、噴淋密度28三、吸收塔的結(jié)構(gòu)28四、氣流速度（空塔速度）28第四節(jié) 未反應(yīng)物的處理29第六章 甲醛生產(chǎn)中反應(yīng)與吸收控制30第一節(jié) 反應(yīng)控制30一、控制氧醇比30二、控制水醇比30三、氧化反應(yīng)溫度的控制30第二節(jié) 吸收控制30一、塔液流量控制30二、塔溫控制31第七章 甲醛裝置的主要設(shè)備32第一節(jié) 流體輸送機(jī)械32一、羅茨鼓風(fēng)機(jī)32二、泵33第二節(jié) 過(guò)濾及洗滌設(shè)備36第三節(jié) 換熱器36一、概述36第四節(jié) 蒸發(fā)器38一、蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)38第五節(jié) 阻火器38一、阻火器的結(jié)構(gòu)38二、阻火器的作用38第六節(jié) 氧化反應(yīng)器39一、概述39二、氧化器的構(gòu)造39第七節(jié) 吸收塔4

4、0一、概述40二、吸收塔的構(gòu)造40三、填料40第八節(jié) 尾氣鍋爐40第九節(jié) 儀表空氣壓縮機(jī)40一、概述40二、儀表空氣壓縮機(jī)工作原理40三、儀表空氣壓縮機(jī)主機(jī)主要結(jié)構(gòu)41第十節(jié) 化工裝置用容器43一、概述43第十一節(jié) 化工裝置常用閥門(mén)43一、常用閥門(mén)的選用特點(diǎn)43第八章 甲醛工業(yè)常用測(cè)量?jī)x表及自動(dòng)控制45第一節(jié) 概述45一、測(cè)量誤差45二、檢測(cè)控制系統(tǒng)符號(hào)45第二節(jié) 化工測(cè)量?jī)x表46一、溫度的測(cè)量46二、壓力變送器47三、液位的測(cè)量47四、流量的測(cè)量48五、調(diào)節(jié)閥49第三節(jié) 甲醛生產(chǎn)系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)體系49一、基本知識(shí)49二、常用術(shù)語(yǔ)50三、調(diào)節(jié)器“正反”作用的選擇50四、調(diào)節(jié)器的P.I.D參數(shù)5

5、0五、自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)50第四節(jié) 檢測(cè)控制儀表的操作和使用54一、甲醛生產(chǎn)中儀表運(yùn)行和操作應(yīng)注意的問(wèn)題54二、系統(tǒng)“手動(dòng)自動(dòng)”切換操作56第五節(jié) 分散型綜合控制系統(tǒng)(DCS) 56一、概述56二、基本結(jié)構(gòu)57第九章 甲醛工業(yè)分析60第一節(jié) 基本知識(shí)60一、分析方法分類60二、常用濃度單位表示法60三、試劑60第二節(jié) 原料分析61一、工業(yè)甲醇分析61二、水質(zhì)分析61第三節(jié) 中間控制分析61一、甲醛水溶液中甲醛含量的測(cè)定61二、甲醛水溶液密度的測(cè)定62三、甲醛水溶液中甲醇含量的測(cè)定62四、甲醛水溶液中酸度的測(cè)定64五、二塔甲醛溶液中甲醛含量和甲醇含量的測(cè)定64六、蒸發(fā)器中甲醇平衡濃度的測(cè)定64第四節(jié)

6、成品分析65第十章 安全與環(huán)保66第一節(jié) 安全知識(shí)66一、防火防爆66二、電氣安全67三、防止中毒68第二節(jié) 環(huán)保知識(shí)69一、污染源和污染途徑69二、污染的防治與環(huán)境保護(hù)70第三節(jié) 事故處理72一、停水處理72二、停電處理72三、蒸汽壓力下降的處理72四、停汽處理72五、儀表空氣壓力下降的處理72六、電腦黑屏事故處理73七、停車(chē)后的再開(kāi)車(chē)73八、其它異常操作73附錄82一、動(dòng)設(shè)備一覽表82二、靜設(shè)備一覽表83三、電氣設(shè)備一覽表85四、儀表設(shè)備一覽表86五、孔板一覽表87六、可燃?xì)怏w報(bào)警儀87七、安全附件一覽表88八、流程圖89第一章 總 論甲醛是一種重要有機(jī)化工原料，主要用于生產(chǎn)合成樹(shù)脂、維綸

7、、季戊四醇和烏洛托品等，其衍生制品在木材加工、織物整理以及炸藥、染料、醫(yī)藥、農(nóng)藥和增塑劑等生產(chǎn)領(lǐng)域中有著廣泛的用途。甲醛，分子式為CH20，分子量為30.03，它是脂肪醛化合物中最簡(jiǎn)單的脂肪醛。工業(yè)上，甲醛是作為含有不同數(shù)量的甲醛水溶液來(lái)生產(chǎn)和消費(fèi)的，通稱工業(yè)甲醛，俗稱福爾馬林。工業(yè)甲醛一般含甲醛37%55% (wt)，含甲醇8%10%，系無(wú)色透明液體?，F(xiàn)在，甲醛已成為大規(guī)模生產(chǎn)和消費(fèi)的化工產(chǎn)品，廣泛用于化工、醫(yī)藥、紡織、輕工以及工業(yè)和農(nóng)業(yè)等方面，它是重要的大宗基本化工原料之一。第一節(jié) 甲醛的性質(zhì)及用途一、甲醛的性質(zhì)1、物理性質(zhì)（1）甲醛物理性質(zhì)在通常條件下，甲醛是一種具有窒息作用的無(wú)色氣體，

8、有強(qiáng)烈刺激性氣味，特別對(duì)眼睛和粘膜有刺激作用，易溶解于水。甲醛氣體是可燃性氣體。著火溫度為430，與空氣混合能形成爆炸混合物，爆炸極限為7.073.0%(vol.)。甲醛氣體在19.5時(shí)能液化形成液體甲醛，它在較低的溫度下能與非極性溶劑（如甲苯、醚、氯仿，醋酸乙酯等）以任何比例相混溶，其溶解度大小隨溫度的增高而減少。液態(tài)甲醛還微溶于石油醚。氣態(tài)甲醛和液態(tài)甲醛在溫度低于80時(shí)都易聚合。甲醛氣體可由多聚甲醛或分子量較低的聚氧甲烯單體的氣化而制得，其純度可達(dá)90100%(vol.)，為防止聚合最好貯存溫度為100150。表11 甲醛主要物性數(shù)據(jù)性質(zhì)單位數(shù)據(jù)氣體相對(duì)密度（空氣為1）1.067液體密度（

9、20）g/cm3815300沸點(diǎn)（101.3 KPa）19.5熔點(diǎn)118.0臨界溫度137.2141.2臨界壓力MPa6.7846.637臨界密度g/cm3266000粘度（20）mPa.S0.242著火溫度430空氣中爆炸極限mol%7.073（2）甲醛水溶液物理性質(zhì)甲醛易溶于水，溶解過(guò)程系放熱反應(yīng)，熱量大小不取決于溶液的濃度。甲醛水溶液系無(wú)色透明液體，有強(qiáng)烈刺激氣味，沸點(diǎn)基本上不隨其溶液濃度的改變而變化。在標(biāo)準(zhǔn)或當(dāng)?shù)卮髿鈮合?，含甲?5%（wt.）以下的甲醛水溶液其沸點(diǎn)在99100之間。25%（wt.）甲醛水溶液的沸點(diǎn)為99.1，而35%（wt.）甲醛水溶液的沸點(diǎn)為99.9。2、化學(xué)性質(zhì)甲

10、醛分子結(jié)構(gòu)中存在羰基氧原子和氫原子，化學(xué)性質(zhì)很活潑，它能與許多化合物進(jìn)行反應(yīng)，生成許多重要的工業(yè)化學(xué)品和化工中間體，這里僅介紹其中最重要的一些化學(xué)反應(yīng)。（1）加成反應(yīng)甲醛與亞硫酸鈉加成反應(yīng)生成甲醛基酸式硫酸鈉鹽HOCH2OS02Na，然后用鋅粉在醋酸蒸餾中還原生成甲醛次硫酸鈉鹽，在工業(yè)上被廣泛用作紡織品撥染印花藥劑。CH20 + N2aS03 + H20HOCH20S02Na + NaOH 由于在上述反應(yīng)中甲醛能生成等摩爾的NaOH，因此常作為定量分析甲醛含量的分析方法。（2）縮合反應(yīng)甲醛自身能緩慢進(jìn)行縮合反應(yīng)，生成低級(jí)的羥基醛、羥基酮和其他羥基化合物，但在堿存在下能加快反應(yīng)的進(jìn)行。甲醛能與各

11、種化合物進(jìn)行縮合反應(yīng)，著稱Tolleus反應(yīng)，在堿性條件下反應(yīng)則生成羥甲烯基衍生物(CH20H)，在酸性條件下或以氣相進(jìn)行縮合反應(yīng)則生成甲烯基衍生物(CHz)。工業(yè)上，一個(gè)重要的反應(yīng)是甲醛與苯酚縮合生產(chǎn)酚醛樹(shù)脂。（3）聚合反應(yīng)甲醛的特殊性質(zhì)是自身容易聚合，但干燥的氣體甲醛是相當(dāng)穩(wěn)定的，僅在溫度低于100時(shí)才會(huì)緩慢聚合。剛生產(chǎn)出來(lái)的甲醛水溶液靜置時(shí)會(huì)自動(dòng)生成低分子聚合物，形成聚氧甲烯基醇的混合物，同時(shí)部份出現(xiàn)沉淀。甲醛水溶液在密閉的容器里置于室溫下會(huì)迅速聚合并放出熱量(63kJ/mol或15.05kcal/mol)。氣態(tài)甲醛在室溫下，甲醛水溶液在濃縮操作過(guò)程中均能自聚，生成白色粉狀線性結(jié)構(gòu)的聚合

12、體。（4）分解反應(yīng)甲醛具有意想不到的穩(wěn)定性，在低于300時(shí)無(wú)催化劑作用其分解速度非常緩慢。在400甲醛的分解速度約為每分鐘0.44%（分解壓力為101.3kPa)，分解的主要產(chǎn)物是CO和H2。在工業(yè)條件下觀察到的甲醛分解成CO和H2的現(xiàn)象，應(yīng)該歸結(jié)于反應(yīng)器壁效應(yīng)或催化劑的作用而產(chǎn)生的，絕非是甲醛氣相熱分解而產(chǎn)生的。（5）氧化還原反應(yīng)許多金屬（如Pt，Cr，Cu等）能使甲醛還原成甲醇、甲酸甲酯、甲烷，或使甲醛深度氧化成甲酸、C02和H20。氫溴酸也有催化作用。二、甲醛的用途甲醛是重要的基本化工原料，由于它的化學(xué)性質(zhì)很活潑，所以它能與許多物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)，生成眾多的有用的化學(xué)品，如合成樹(shù)脂、合成農(nóng)藥及

13、緩效肥料、合成醫(yī)藥、合成香料、合成炸藥、合成螯合劑、合成助劑、以及合成重要的有機(jī)中間體等。在大宗用途方面，過(guò)去，工業(yè)甲醛絕大部份用于生產(chǎn)脲醛樹(shù)脂和酚醛樹(shù)脂，現(xiàn)在，甲醛用途消費(fèi)構(gòu)成已發(fā)生變化，用于生產(chǎn)聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚甲醛(POM)、工程塑料以及二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)的甲醛用量在不斷增加，尤其是PBT和POM在電子工業(yè)和汽車(chē)工業(yè)中的用量增長(zhǎng)較快。此外，工業(yè)甲醛在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也有較廣泛的直接用途：1、合成樹(shù)脂2、合成農(nóng)藥及緩效肥料3、合成香料4、合成材料的加工助劑5、紡織助劑6、紙張?zhí)幚韯?、皮革處理劑8、醫(yī)藥用品9、濕法冶金助劑10、石油工業(yè)助劑11、螯合劑12、炸藥第二

14、節(jié) 甲醛的合成方法工業(yè)甲醛的生產(chǎn)方法與原料的供應(yīng)有著密切關(guān)系?，F(xiàn)在，國(guó)外和中國(guó)的工業(yè)甲醛生產(chǎn)均使用甲醇作原料。甲醇空氣氧化法生產(chǎn)甲醛主要有兩類不同的工藝，其一是采用銀催化劑的“甲醇過(guò)量法”，也稱“銀催化法”，其二是采用鐵鉬氧化物催化劑的“空氣過(guò)量法”，也稱“鐵鉬催化法”。一、銀催化氧化法中國(guó)的甲醛生產(chǎn)裝置現(xiàn)絕大部份仍采用銀催化法，催化劑有電解銀、浮石銀和改良的電解銀（結(jié)晶銀）等，流程大同小異?；竟に嚵鞒淌羌状冀?jīng)過(guò)濾器后進(jìn)入蒸發(fā)器，控制一定的液位和蒸發(fā)溫度。空氣進(jìn)入蒸發(fā)器后鼓泡通過(guò)甲醇并與其蒸氣混合，再在蒸發(fā)器出口處配入一定量的水蒸汽，得到甲醇空氣水蒸汽三元混合氣。該三元混合氣體過(guò)熱至1001

15、40，再經(jīng)過(guò)濾除去羰基鐵等有害雜質(zhì)后進(jìn)人氧化反應(yīng)器，甲醇在銀催化劑的作用下經(jīng)過(guò)氧化、脫氫反應(yīng)生成甲醛。反應(yīng)產(chǎn)物立即驟冷（反應(yīng)熱用于發(fā)生蒸汽）至230，再進(jìn)一步間接冷卻至8090進(jìn)入吸收系統(tǒng)。吸收系統(tǒng)由兩個(gè)吸收塔組成，第一吸收塔頂用第二吸收塔底的稀甲醛溶液噴淋，甲醛氣體經(jīng)吸收后其產(chǎn)品由塔底排出，未被吸收的甲醛和其他氣體從塔頂排出進(jìn)入第二吸收塔，二塔頂工藝水噴淋進(jìn)行再次吸收，稀甲醛液部份回流。出二塔頂?shù)奈矚饪伤腿胛矚忮仩t作燃料。二、鐵鉬氧化物催化氧化法中國(guó)的鐵鉬法工藝采用列管式固定床反應(yīng)器，管內(nèi)填充3.5mm3.5mm鐵鉬催化劑，管間充滿有機(jī)載熱體聯(lián)苯醚，其液位高度略高于催化劑床層，以帶走反應(yīng)熱量

16、。初開(kāi)車(chē)時(shí)用電感加熱器將聯(lián)苯醚加熱至260以上，然后以自身蒸氣壓力壓入反應(yīng)器管間，使催化劑加熱升溫至220以上。鼓風(fēng)機(jī)送入的空氣預(yù)熱至150與甲醇蒸氣混合形成原料混合氣，部份混合氣進(jìn)入反應(yīng)器使床層溫度平穩(wěn)上升，大部份混合氣旁路穿過(guò)吸收塔，當(dāng)反應(yīng)器溫度升至350370，逐步關(guān)閉旁路，使全部原料混合氣進(jìn)入反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)生成甲醛。反應(yīng)熱由聯(lián)苯醚移走，并在廢熱鍋爐中發(fā)生蒸汽。反應(yīng)氣體立即進(jìn)入列管冷卻器，用50左右的熱水進(jìn)行快速驟冷，以防止和減少甲醛的深度氧化，溫度降至120160進(jìn)入吸收系統(tǒng)。吸收方法和流程同于銀法。第三節(jié) 合成甲醛的原料甲醇，又名木醇或木精，分子式CH30H，分子量32.04，它是脂

17、肪醇中最簡(jiǎn)單的一元醇。1661年，英國(guó)R.Boyle首先在木材干餾的液體中發(fā)現(xiàn)了甲醇，這成為工業(yè)上獲得甲醇的最古老方法。1857年，法國(guó)M.Berthelot用一氯甲烷水解制得甲醇。1923年，德國(guó)BASF公司建成了世界第一座以合成氣為原料年產(chǎn)300t合成甲醇的高壓法生產(chǎn)裝置。至60年代中期，所有甲醇生產(chǎn)裝置采用高壓法。1966年，英國(guó)ICI公司研制成功銅系甲醇合成催化劑并開(kāi)發(fā)了低壓工藝。1971年，聯(lián)邦德國(guó)Lurgi公司開(kāi)發(fā)了另一種低壓合成甲醇工藝（簡(jiǎn)你魯奇低壓法）。70年代中期以后，世界上新建或擴(kuò)建的甲醇廠均采用低壓法，已有的高壓法工藝也在逐步改成低壓法，并出現(xiàn)了其它低壓生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)燃料

18、甲醇的工藝。 一、甲醇的物理物質(zhì)甲醇在常溫常壓下是無(wú)色透明的液體，它易揮發(fā)易燃燒，具有類似乙醇的氣味。甲醇蒸氣與空氣混合能形成爆炸混合物，在20、O.1MPa下爆炸極限為6.0%36.5% ( 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。甲醇能溶解多種樹(shù)脂，是一種優(yōu)良的有機(jī)溶劑，但脂肪則不易被溶解。甲醇的毒性很強(qiáng)，對(duì)人體的神經(jīng)系統(tǒng)和血液系統(tǒng)影響最大，其蒸氣能損害人的呼吸道粘膜和視力。人誤飲5l0ml甲醇就會(huì)嚴(yán)重中毒，有造成雙目失明危險(xiǎn)；大量飲人，會(huì)導(dǎo)致死亡?？諝庵屑状嫉脑试S濃度為5mg/m3，甲醇工業(yè)廢水處理后，甲醇允許含量不應(yīng)大于200mg/L。甲醇的主要物理性質(zhì)列入表1

19、2。表12 甲醇的物性數(shù)椐性質(zhì)單位數(shù)據(jù)凝固點(diǎn)97.68密度（25）g/cm30.78663沸點(diǎn)64.7自動(dòng)著火溫度470臨界溫度239.43臨界壓力kPa8096臨界體積ml/mol118液體粘度（25）mPa.S(=cP)0.541著火溫度430空氣中爆炸極限%(vol)636.5二、甲醇的化學(xué)性質(zhì)甲醇分子中含有氫原子和羥基基因，化學(xué)性質(zhì)活潑，能與許多化合物進(jìn)行反應(yīng)，生成有工業(yè)應(yīng)用價(jià)值的化工產(chǎn)品。甲醇的主要化學(xué)反應(yīng)如下:1、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。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)。CH30H + O2 CH

20、20 + H20由于甲醇分子中含有碳和氫元素，不加控制地完全氧化生成二氧化碳和水，放出大量的熱。CH30H + 02 C02 +2H20 +725.9kJ/mol2、脫氫反應(yīng)在Zn0、FeTi合金等催化劑存在下，在沒(méi)有氧的條件下甲醇?xì)庀嗝摎渖杉兹?。CH30H CH20 + H2在銅系催化劑存在下和在一定的溫度下，兩分子甲醇脫氫可生成甲酸甲酯。由此，可進(jìn)一步得甲酸、甲酰胺和二甲基甲酰胺等。2CH30H HCOOCH3 + 2H23、分解反應(yīng)在鎳基催化劑存在下，甲醇在250300能分解成一氧化碳和氫，這是工業(yè)上制取還原氣體的一種簡(jiǎn)便方法。CH30H C0 + 2H2三、甲醇的貯運(yùn)1、貯存目的及要

21、求甲醇生產(chǎn)是一個(gè)連續(xù)性化工生產(chǎn)過(guò)程，要求均衡穩(wěn)定地進(jìn)行操作。在每一個(gè)生產(chǎn)周期中，對(duì)每批催化劑來(lái)講，從開(kāi)始使用到催化劑失活期間都不希望出現(xiàn)間斷生產(chǎn)的情況發(fā)生，這一方面保持催化劑的活性不受影響，另一方面為了減少頻繁開(kāi)停車(chē)所造成的原料消耗。為了保證甲醛生產(chǎn)的均衡穩(wěn)定，首先就要求原料甲醇要保證連續(xù)穩(wěn)定供應(yīng)，但甲醛生產(chǎn)廠大多都要從外部購(gòu)進(jìn)原料甲醇，為了防止運(yùn)輸途中發(fā)生的暫時(shí)脫節(jié)，要求甲醛廠對(duì)原料甲醇要有足夠的貯存量。從設(shè)計(jì)上考慮，一般應(yīng)有足夠15天甲醛生產(chǎn)用的甲醇原料貯備量。2、貯存方式及注意事項(xiàng)甲醇一般用貯罐貯存。貯罐可以用碳鋼制造，其頂部應(yīng)有與大氣相通的排氣孔，氣孔上應(yīng)安裝阻火器，罐體應(yīng)設(shè)置液位計(jì)，

22、以便于計(jì)量和隨時(shí)知道罐內(nèi)液面變化情況。甲醇注入的管口應(yīng)緊貼內(nèi)壁，使甲醇沿內(nèi)壁流下，或?qū)⒆⑷牍苎由斓骄嗟酌鎯H200mm處，以避免注入甲醇時(shí)產(chǎn)生靜電引起火災(zāi)事故。甲醇貯罐應(yīng)有良好的接地線，應(yīng)在避雷針的保護(hù)范圍之內(nèi)。甲醇罐區(qū)與建筑物之間應(yīng)有一定的防火間距，一般應(yīng)大于20m，而且要求設(shè)置防火堤，堤高11.6m。貯罐與泵房距離不應(yīng)小于15m，與廠區(qū)主要道路間距不應(yīng)小于l0m，與廠內(nèi)鐵路專線間距應(yīng)不小于20m。貯罐區(qū)嚴(yán)禁煙火，不準(zhǔn)吸煙。甲醇易溶于水，甲醇著火時(shí)可用大量水沖滅，也可用泡沫、二氧化碳、干粉等滅火。甲醇易揮發(fā)，夏季氣溫高時(shí)，每月?lián)]發(fā)的甲醇量約1%（wt）。為了減少揮發(fā)損失，貯罐外面要有隔熱層，氣

23、溫高時(shí)在頂上噴淋冷卻水降溫。在條件具備時(shí)，可考慮在罐頂阻火器上安裝呼吸閥，防止甲醇揮發(fā)。有條件的生產(chǎn)廠最好將貯罐置于地下，更加安全。3、甲醇的凈化原料甲醇的凈化程度，對(duì)甲醛生產(chǎn)用銀催化劑的使用壽命和甲醛產(chǎn)品質(zhì)量的影響都很大。原料甲醇的質(zhì)量由于供應(yīng)渠道和運(yùn)輸方式的不同，往往被雜質(zhì)污染。固體顆粒進(jìn)入甲醇貯槽后首先沉與底部，懸浮物也以緩慢的速度下沉。因此，甲醇在注入貯槽后要先在靜止?fàn)顟B(tài)下進(jìn)行澄清，一般應(yīng)設(shè)置兩個(gè)或兩個(gè)以上的貯槽，其中一個(gè)在使用，另一個(gè)在貯存澄清。此外，為了使已沉降的固體雜質(zhì)和懸浮物不至于帶入生產(chǎn)系統(tǒng)，甲醇貯槽的出口位置應(yīng)高于槽底100200mm，以形成一個(gè)靜止的沉降區(qū)。槽底的雜質(zhì)和懸

24、浮沉降物在檢修時(shí)由排污口清除。工藝敘述設(shè)計(jì)基礎(chǔ)一、甲醛成品規(guī)格表21 甲醛成品規(guī)格指標(biāo)名稱指標(biāo)值優(yōu)等品一等品合格品密度（20）， g/cm31.075 1.114甲醛含量，%37.037.436.737.436.537.4酸度（以甲酸計(jì)），%0.020.040.05色度 ，10鐵含量，% 0.00010.0003（槽裝）0.0005（槽裝）0.0010（桶裝）0.0010（桶裝）甲醇含量，% 12二、界區(qū)條件1、蒸汽：00.4MPa、開(kāi)車(chē)用1.4t/h2、精制水：2t/h3、氮?dú)猓?.20.5MPa，3Nm3/h4、生活水、消防水：0.4MPa，14t/h5、儀表空氣0.6MPa，30Nm3/

25、h6、循環(huán)水0.35MPa，97t/h7、電380V，100kW三、原材料，動(dòng)力消耗定額電力消耗45kW/h/t甲醛、蒸汽自給。第二節(jié) 工藝流程說(shuō)明一、工藝流程說(shuō)明來(lái)自界區(qū)外的精甲醇進(jìn)入甲醇計(jì)量罐（V101），用甲醇泵（P101）打入甲醇高位槽（V103），然后去甲醇過(guò)濾器（V102）過(guò)濾機(jī)械雜質(zhì)。來(lái)自高位槽的甲醇經(jīng)計(jì)量（FIQ/102）后，打入蒸發(fā)器（E101），其流量根據(jù)蒸發(fā)器的液位，由調(diào)節(jié)閥（LV103）控制。空氣經(jīng)空氣過(guò)濾器（V104）除去空氣中的機(jī)械雜質(zhì)，由羅茨風(fēng)機(jī)（C101）升壓，并計(jì)量（FIC/101）后，進(jìn)入蒸發(fā)器，蒸發(fā)器中甲醇和工藝空氣用穩(wěn)壓后的低壓蒸汽進(jìn)行加熱，調(diào)控蒸發(fā)溫度

26、，達(dá)到要求的氧醇比。為了防止來(lái)自蒸發(fā)器的甲醇與空氣的混合物（簡(jiǎn)稱二元?dú)猓┲屑状祭淠?，同時(shí)為生產(chǎn)安全，必須在系統(tǒng)中加入一定量的配料蒸汽，這種氣體（簡(jiǎn)稱三元?dú)猓┙?jīng)過(guò)過(guò)熱器（E102）加熱到120左右，進(jìn)入阻火器（V105）。阻火器的作用是防止系統(tǒng)回火，三元?dú)庵械挠袡C(jī)鐵和其他有害雜質(zhì)，經(jīng)過(guò)三元?dú)膺^(guò)濾器（V106）過(guò)濾，確保原料氣達(dá)到要求的潔凈后，120左右的干凈三元?dú)膺M(jìn)入氧化反應(yīng)器（R101），在電解銀催化劑的作用下，甲醇與氧反應(yīng)生成甲醛，同時(shí)甲醇脫氫也生成甲醛，反應(yīng)溫度通常用控制蒸發(fā)器溫度和配料蒸汽流量來(lái)調(diào)節(jié)，一般反應(yīng)溫度控制在650左右。為了防止甲醛分解和深度氧化，反應(yīng)氣必須快速由650左右冷卻

27、到230左右，汽包下降管與急冷段相連，一方面滿足工藝要求，同時(shí)可盡快回收反應(yīng)熱副產(chǎn)的蒸汽供使用。反應(yīng)氣經(jīng)冷卻段冷卻到95左右進(jìn)入吸收一塔，利用一塔循環(huán)液吸收反應(yīng)氣中的可溶組分，一塔釜液約為70左右，經(jīng)過(guò)一塔冷卻器（E103）冷卻到40左右，打入吸收塔上部，并抽出一股，經(jīng)分析合格，作為產(chǎn)品進(jìn)入甲醛計(jì)量罐（V109），出吸收一塔的氣體中尚有部分醛、酮，用吸收二塔（T102）進(jìn)一步吸收，出二塔氣體中當(dāng)有微量醛、酮和20%左右的氫。為了防止大氣污染，設(shè)有尾氣鍋爐（F101），二塔尾氣作為尾鍋原料。脫鹽水經(jīng)工藝外管，加入脫鹽水貯槽（V108），用脫鹽水泵（P104）升壓到0.6MPa左右，經(jīng)過(guò)反應(yīng)器冷卻

28、段加熱后進(jìn)入汽包（V107），若生產(chǎn)正常，副產(chǎn)蒸汽除供本系統(tǒng)自用外，尚有余量，多余部分送入低壓汽網(wǎng)。為了防止工藝倒竄氣，裝置開(kāi)車(chē)前要對(duì)一、二吸收塔用低壓蒸汽加熱清洗。一、二吸收塔溫達(dá)到90左右時(shí)，保持0.51小時(shí)后確認(rèn)V106導(dǎo)淋有無(wú)倒竄氣。為了防止洗塔過(guò)程中倒竄氣對(duì)新鋪裝催化劑的物理?yè)p害，我廠在氧化器出口和一塔入口之間管線上加裝了一臺(tái)工藝閥門(mén)，洗塔前將此閥門(mén)關(guān)閉，洗塔結(jié)束后再將此閥門(mén)打開(kāi)。二、蒸汽冷凝液流程說(shuō)明（公用工程）1、甲醛裝置開(kāi)車(chē)蒸汽來(lái)自寧夏石化公司0.5MPa蒸汽管網(wǎng)，開(kāi)車(chē)后蒸汽使用自產(chǎn)蒸汽。蒸汽從汽包出來(lái)分兩路，一路去二級(jí)穩(wěn)壓，一路去過(guò)熱器加熱。去二級(jí)穩(wěn)壓的蒸汽分兩路，一路去蒸發(fā)

29、器加熱，一路作為配料加入系統(tǒng)。2、甲醛廠所有蒸汽導(dǎo)淋管全部連接，裝置區(qū)蒸汽冷凝液全部回收脫鹽水罐繼續(xù)使用，罐區(qū)蒸汽冷凝液及脫鹽水罐溢流由蒸汽冷凝液回收系統(tǒng)回收。第三章 甲醛生產(chǎn)反應(yīng)物的準(zhǔn)備與輸送甲醛生產(chǎn)過(guò)程和絕大多數(shù)化工生產(chǎn)過(guò)程一樣，包括反應(yīng)物（原料）的準(zhǔn)備、反應(yīng)和生成物的分離三大部分。反應(yīng)物的準(zhǔn)備就是要準(zhǔn)備符合反應(yīng)要求的由甲醇空氣水蒸汽組成的原料混合氣。這里包括甲醇、空氣、水蒸汽的輸送，混合氣的配制、過(guò)熱和凈化等工序。在這些工序中將涉及有關(guān)流體輸送、過(guò)濾等流體運(yùn)動(dòng)過(guò)程和蒸發(fā)、換熱等傳熱過(guò)程中的有關(guān)知識(shí)。第一節(jié) 基本知識(shí)一、流體的流動(dòng)與輸送為了使諸如甲醇、空氣、水蒸汽等流體能參與生產(chǎn)過(guò)程中的各

30、種變化，就必須使流體按工藝的要求進(jìn)行流動(dòng)，也就是說(shuō)必須將流體從某個(gè)設(shè)備流到另一個(gè)設(shè)備，或者從一個(gè)工序送到另一個(gè)工序。但是，流體不會(huì)自動(dòng)地按工藝要求進(jìn)行流動(dòng)。要使流體按工藝要求進(jìn)行流動(dòng)，就需要能量，就需要通過(guò)外力的作用，借助泵、風(fēng)機(jī)、管道等來(lái)實(shí)現(xiàn)流體的輸送。例如，人們想把貯槽中的甲醇送到高位槽，就需要借助泵的作用。這時(shí)，泵把電機(jī)作功的能量傳遞給甲醇，使其按一定的流量和特定的方向進(jìn)行流動(dòng)，將低位置的甲醇流到高位置的貯槽中。1、流體物體有三種聚集狀態(tài)，即固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)。因此，物質(zhì)按聚集狀態(tài)的不同可分為固體、液體和氣體三類。固體有一定的體積和一定的形狀及邊界。液體有一定的體積但沒(méi)有固定的形狀，液體容

31、易流動(dòng)，其形狀由容器來(lái)決定。氣體則沒(méi)有固定的形狀和邊界，氣體的流動(dòng)性更大，不論放在多大的容器內(nèi)氣體幾乎都能全部充滿。人們把能夠流動(dòng)的液體和氣體通稱為流體?；どa(chǎn)中所處理的物料，包括原料、中間體和產(chǎn)品等大多數(shù)是流體，如甲醛生產(chǎn)中的甲醇、空氣、水蒸汽、甲醛等都是流體。2、流體的基本性質(zhì)（1）流體的密度流體的密度是指單位體積的流體所具有的質(zhì)量。液體的密度隨著溫度和壓強(qiáng)的變化而變化。當(dāng)溫度升高時(shí)，流體的體積增大，密度變小，反之亦然。壓強(qiáng)對(duì)液體的密度影響較小。對(duì)氣體來(lái)說(shuō)，由于氣體是可壓縮性流體，因此壓強(qiáng)對(duì)氣體的密度影響較大。（2）流體的粘度流體通常在流動(dòng)中都呈現(xiàn)粘性，而粘性則是流體分子熱運(yùn)動(dòng)和分子間力

32、造成的宏觀表現(xiàn)。流體的粘性一般用粘度來(lái)表示。粘度是衡量流體粘性大小的物理量，用符號(hào)表示，其單位用泊P表示。流體的粘度隨溫度的變化而有顯著的變化。一般，液體的粘度隨溫度的升高而減小，而氣體的粘度則隨溫度的升高而增大。（3）流體的壓強(qiáng)流體和固體一樣，也具有重量，因此也就由重力而產(chǎn)生了壓強(qiáng)。壓強(qiáng)在工程上還常用液柱高度、大氣壓(atm)、工程大氣壓(at)等壓強(qiáng)單位來(lái)表示。它們的換算關(guān)系為：1atm=101.3kPa=101.3kN/m2=1.033kgf/cm2=760mmHg=10.33mH201atm=98.lkPa=98.1 kN/m2=lkgf/cm2=735.6mmHg=10mH203、流

33、體的流動(dòng)流體的流動(dòng)可按各種不同的方法來(lái)分類，如按流動(dòng)的內(nèi)在結(jié)構(gòu)來(lái)分，則可分為層流和湍流兩種不同的形式。（1）層流層流又叫做滯流，它是一種保持前后次序的相鄰流體層，之間互相不摻混的流動(dòng)狀態(tài)。層流狀態(tài)下具有不同速度流體層之間的動(dòng)量（指流體的質(zhì)量與速度的乘積）傳遞，是由流層間分子熱運(yùn)動(dòng)和分子間的吸引力造成的。層流時(shí)流體的速度分布不均勻，其最大速度與平均速度的差異較大。層流時(shí)流體的流動(dòng)阻力與流量成正比。（2）湍流湍流又叫做紊流，它是一種具有很不規(guī)則變動(dòng)的高頻脈動(dòng)的流動(dòng)狀態(tài)。在這一狀態(tài)下，流體內(nèi)部充滿大小不一的旋渦，流動(dòng)空間中各點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度和壓力隨時(shí)間而變化，流體各部分在流動(dòng)中進(jìn)行激烈的無(wú)規(guī)律的摻混。當(dāng)

34、流體在剛形成邊界層時(shí)厚度很小，一般屬層流，經(jīng)過(guò)一段距離，就可能發(fā)展變成湍流。甲醛生產(chǎn)過(guò)程中的流體流動(dòng)狀態(tài)大多屬湍流。二、熱量與熱量的傳遞1、熱量熱是能量的一種形式。其它形式的能可以轉(zhuǎn)換為熱能，熱能也可以轉(zhuǎn)換為其它形式的能，如電加熱就是由電能轉(zhuǎn)換為熱能，而利用熱能發(fā)電則是熱能轉(zhuǎn)換為電能。在化工生產(chǎn)中又常常遇到向系統(tǒng)輸入熱量或從系統(tǒng)中取出熱量的問(wèn)題，也就是一種熱量傳遞問(wèn)題。這時(shí)，若不借外功而自動(dòng)進(jìn)行的熱量交換，常稱作熱交換過(guò)程。2、熱量傳遞熱量傳遞是由于溫度差而產(chǎn)生熱量從高溫區(qū)向低溫區(qū)的轉(zhuǎn)移過(guò)程。熱是一種普遍存在的物理現(xiàn)象。兩物體間或同一物體的不同部位間，只要存在著溫度差，就會(huì)發(fā)生熱量傳遞直到各處

35、溫度相同為止。在甲醛生產(chǎn)過(guò)程中，普遍遇到的物料升溫或冷卻都涉及到熱量傳遞。此外，在不少場(chǎng)合，熱量傳遞是與其它傳遞同時(shí)進(jìn)行的。例如，在甲醇的蒸發(fā)操作中熱量傳遞與動(dòng)量傳遞同時(shí)發(fā)生；而在氧化反應(yīng)器中，則動(dòng)量傳遞、熱量傳遞，質(zhì)量傳遞與化學(xué)反應(yīng)同時(shí)發(fā)生。3、熱量傳遞的三種基本方式（1）熱傳導(dǎo)；（2）對(duì)流傳熱；（3）輻射傳遞。4、工業(yè)生產(chǎn)中的傳熱方法由于熱量傳遞的目的和工作條件、工作環(huán)境不同，所采用的熱量傳遞方法也不同。在實(shí)際生產(chǎn)中，熱量傳遞的方法很多，按其換熱方式和實(shí)施的特征大體可分成三類：（1）間壁式換熱間壁式換熱是實(shí)際生產(chǎn)中普遍采用的基本方式之一。冷、熱兩流體通過(guò)設(shè)備壁面進(jìn)行傳熱。這時(shí)熱流體流過(guò)間壁

36、的一邊，冷流體則于間壁的另一邊流動(dòng)。在傳熱過(guò)程中，熱流體首先將所載的熱量傳給間壁，然后靠間壁再將其所得的熱量傳給被加熱的冷流體，以達(dá)到換熱目的。甲醛生產(chǎn)中大多數(shù)都采用此類換熱設(shè)備，如列管式換熱器、板式換熱器、螺旋板換熱器等。（2）直接混合式換熱混合式換熱是冷、熱流體直接接觸，在混合過(guò)程中進(jìn)行傳熱，如涼水塔，洗滌塔等換熱設(shè)備。（3）蓄熱式換熱蓄熱式換熱通常是將各種形式的填充物裝于設(shè)備中，用于貯蓄熱量。當(dāng)氣體通過(guò)時(shí)，視氣體的溫度高于或低于填充物的溫度而將氣體的熱量傳給蓄熱填充物或從蓄熱填充物帶走熱量，從而達(dá)到換熱的目的。第二節(jié) 原料混合氣的準(zhǔn)備與輸送一、原料的輸送在甲醛生產(chǎn)中，通常把甲醇，空氣和水

37、蒸汽的混合氣稱為原料混合氣。下面分別敘述它們的輸送過(guò)程。1、甲醇的輸送（1）輸送目的甲醇輸送的目的是為了連續(xù)、穩(wěn)定地提供蒸發(fā)工序所需的合格甲醇，用作生產(chǎn)甲醛的原料。（2）輸送過(guò)程液態(tài)甲醇輸送的一般過(guò)程是：從貯槽來(lái)的甲醇，通過(guò)甲醇泵經(jīng)過(guò)濾器后送入高位槽；從高位槽出來(lái)的甲醇經(jīng)流量計(jì)計(jì)量后再經(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。設(shè)置高位槽目的是為了保障供給和穩(wěn)定甲醇流量。也有不設(shè)置高位槽的，由泵直接供給甲醇，其流量則專門(mén)予以控制。（3）影響輸送的因素甲醇的輸送靠泵來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，泵的性能和狀態(tài)是影響甲醇輸送的主要因素。泵的主要性能參數(shù)有：揚(yáng)程（壓頭）H，流量V、轉(zhuǎn)速n、功率N和效率等，一般都標(biāo)

38、記在泵體的銘牌上。揚(yáng)程是泵所抽送的單位重量液體從泵進(jìn)口處（泵進(jìn)口法蘭）到泵出口處（泵出口法蘭）能量的增值。流量（V）指泵在單位時(shí)間內(nèi)壓出液體的數(shù)量。泵的流量由裝置的需要量來(lái)確定。 由于供給蒸發(fā)器的甲醇量不大，甲醇泵的流量一般都有較多的余量，通常通過(guò)調(diào)節(jié)泵的循環(huán)閥門(mén)或高位槽的回流量來(lái)平衡。轉(zhuǎn)速(n)指單位時(shí)間內(nèi)泵軸的轉(zhuǎn)數(shù)；單位時(shí)間內(nèi)泵所做的功稱為功率(N)，有效功率和輔功率之比則稱為泵的效率（）。上述泵的性能參數(shù)是互相聯(lián)系又相互制約的。泵的銘牌上所列的數(shù)值都是指該泵在運(yùn)行時(shí)效率最高時(shí)的狀況，也就是最佳工況點(diǎn)上的性能。泵在運(yùn)轉(zhuǎn)中會(huì)因長(zhǎng)期的時(shí)效作用，狀態(tài)的變化或電源等其它外部的異常原因而引起故障，影

39、響其效能的發(fā)揮。例如泵的進(jìn)口管堵塞、氣蝕現(xiàn)象、轉(zhuǎn)速不夠、葉輪等機(jī)械損傷等原因都可能造成泵的流量不足或揚(yáng)程下降。因此，生產(chǎn)中應(yīng)經(jīng)常注視泵的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，以確保生產(chǎn)上投料的持續(xù)穩(wěn)定。2、空氣的輸送（1）輸送目的及作用氧是甲醇氧化生成甲醛所必須的氧化劑。由于空氣中含有約20.9%的氧（空氣中的氧含量隨地點(diǎn)、時(shí)間的不同而略有變化），所以空氣輸送的目的是為甲醇氧化反應(yīng)連續(xù)、穩(wěn)定地提供所需的氧量。同時(shí)，空氣流動(dòng)還可起到吸收并帶走部分反應(yīng)熱的作用。（2）輸送過(guò)程空氣的輸送過(guò)程是采自大氣中的空氣經(jīng)過(guò)濾器過(guò)濾后經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)壓入蒸發(fā)器底部的空氣分配管，然后進(jìn)入蒸發(fā)器的甲醇液中。有的過(guò)程為凈化空氣還增加水洗、堿洗工序。為減

40、少嘈音，一般在鼓風(fēng)機(jī)前后都裝有消音設(shè)備。（3）影響輸送的因素影響空氣輸送的主要因素有鼓風(fēng)機(jī)的性能與狀態(tài)、空氣溫度、閥門(mén)開(kāi)度和系統(tǒng)阻力。鼓風(fēng)機(jī)的性能與狀態(tài)鼓風(fēng)機(jī)的主要性能有風(fēng)壓（揚(yáng)程）和風(fēng)量（流量）等。甲醛生產(chǎn)一般在常壓下進(jìn)行，風(fēng)壓常選用0.030.05MPa。風(fēng)量則根據(jù)生產(chǎn)能力選定。由于反應(yīng)過(guò)程要求風(fēng)量穩(wěn)定，因此生產(chǎn)中選用定容式的羅茨鼓風(fēng)機(jī)，此類風(fēng)機(jī)一般轉(zhuǎn)速一定時(shí)，改變風(fēng)壓時(shí)，風(fēng)量變化很小。風(fēng)量的變化主要和轉(zhuǎn)速有關(guān)，而轉(zhuǎn)速又與電源等外部因素有關(guān)。與泵一樣，鼓風(fēng)機(jī)也會(huì)因長(zhǎng)期的時(shí)效作用或狀態(tài)的變化等因素引起故障，影響其穩(wěn)定性和效能的發(fā)揮。因此，生產(chǎn)中應(yīng)密切注視鼓風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，確?？諝廨斔偷姆€(wěn)定性

41、?？諝鉁囟扔捎诳諝饷芏入S溫度的升高而減?。ǚ粗嗳唬?，因此空氣的輸送量將隨著溫度的升高而減?。ǚ粗嗳唬?。閥門(mén)開(kāi)度在鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)量有富余的情況下，空氣的輸送量則由副線放空閥來(lái)調(diào)整，即由儀表自動(dòng)調(diào)節(jié)或由手動(dòng)操作控制，因此放空閥的開(kāi)度將影響向系統(tǒng)輸入的空氣量。如采用變頻調(diào)速器來(lái)調(diào)節(jié)空氣流量，一般不調(diào)節(jié)閥門(mén)的開(kāi)度，而且還能達(dá)到節(jié)能的目的。系統(tǒng)阻力鼓風(fēng)機(jī)吸入口的阻力和風(fēng)機(jī)后的系統(tǒng)阻力對(duì)空氣的輸送也有一定的影響，其量將隨著阻力的升高而減少。3、蒸汽的輸送（1）輸送目的及作用由于甲醇在氧化、脫氫反應(yīng)過(guò)程中，除由甲醇和空氣升溫而吸收部分反應(yīng)熱外，尚有多余的熱量。因此，加入蒸汽的目的主要是為了移走這部分多余的熱

42、量。這樣，就可在提高進(jìn)料中氧濃度的情況下而不致使催化劑發(fā)生過(guò)熱現(xiàn)象。而且較高的氧濃度又有利于脫氫和氧化反應(yīng)的進(jìn)行，因而，加入水蒸汽又能起到改善轉(zhuǎn)化條件和提高轉(zhuǎn)化率的作用。此外水蒸汽的加入還起到縮小甲醇在空氣中的爆炸范圍（隨著水量的增加甲醇在空氣中的爆炸上限明顯變?。┑淖饔茫欣诎踩a(chǎn)。水蒸汽的加入還能防止結(jié)炭反應(yīng)(2CO=C02+C)的發(fā)生、潔凈催化劑和延長(zhǎng)催化劑的使用壽命。當(dāng)然，水蒸汽的加入量應(yīng)適度，如太多將影響產(chǎn)品濃度和塔系統(tǒng)的吸收效果及產(chǎn)量等。另外，由于水蒸汽量對(duì)反應(yīng)溫度影響較大，故同樣要求供汽穩(wěn)定，特別要防止中斷供汽。（2）輸送過(guò)程蒸汽是由甲醛裝置本身的氧化器急冷段和尾氣鍋爐供給或

43、由界區(qū)外的熱力系統(tǒng)供給。汽源一般先進(jìn)入蒸汽包，經(jīng)穩(wěn)壓后再給蒸發(fā)器加熱和入蒸發(fā)器出口處與甲醇、空氣相混合。（3）影響輸送的因素進(jìn)汽壓力生產(chǎn)中要求汽壓穩(wěn)定，進(jìn)汽壓力是影響汽壓穩(wěn)定的主要因素。采用甲醇裝置自給汽源時(shí)，由于不受界區(qū)外用戶的干擾，因此一般都較穩(wěn)定。采用界區(qū)外蒸汽時(shí)，為減少和防止干擾，需采用穩(wěn)壓措施。閥門(mén)開(kāi)度蒸汽量一般由儀表來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)或手動(dòng)操作控制閥門(mén)的開(kāi)度，生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)需要適度調(diào)正。冷凝液當(dāng)蒸汽夾帶冷凝液時(shí)（如開(kāi)車(chē)初期和切換蒸汽管路時(shí)），將嚴(yán)重影響蒸汽輸送的穩(wěn)定性，生產(chǎn)中應(yīng)予以避免。二、原料的氣化1、原料氣化的目的及作用由于甲醛的反應(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

44、化反應(yīng)都要求由氣態(tài)的甲醇參加反應(yīng)，因此液態(tài)的原料甲醇首先要?dú)饣?。另外，甲醇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，因而原料的氣化不單是一般地將甲醇?xì)饣€應(yīng)嚴(yán)格地控制空氣甲醇的混合比（生產(chǎn)中習(xí)慣稱“控制氧醇比”）。若甲醇量太多，甲醇的分壓太大，空氣量就相對(duì)地減少，會(huì)造成過(guò)多的甲醇不能與氧反應(yīng)而殘留于產(chǎn)物中，這既增加了單耗，又會(huì)使反應(yīng)溫度下降。而且，在低溫下的反應(yīng)往往會(huì)生成游離態(tài)的碳吸附于催化劑的表面，使催化劑的活性下降。如果甲醇量太少，空氣量就相對(duì)地增加。這樣，過(guò)多的氧參加反應(yīng)會(huì)使生成碳氧化物的副反應(yīng)加劇而增加單耗，同時(shí)也會(huì)使反應(yīng)溫度升高。另外，高溫容易使催化劑熔結(jié)而降低活性。2

45、、原料的氣化過(guò)程原料甲醇的氣化常用蒸發(fā)法，通常采用中央循環(huán)管式蒸發(fā)器來(lái)氣化，其過(guò)程是來(lái)自泵或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)器中的空氣相混和。也有采用帶再沸器的蒸發(fā)器來(lái)氣化甲醇。3、影響蒸發(fā)的因素影響蒸發(fā)的主要因素有蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)與狀態(tài)、蒸發(fā)溫度、蒸發(fā)液位、甲醇濃度與甲醇的平衡濃度和蒸發(fā)壓力及空氣流量等。（1）蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)與狀態(tài)蒸發(fā)在蒸發(fā)器中進(jìn)行，蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)與狀態(tài)決定著蒸發(fā)的效率。甲醇生產(chǎn)中常采用中央循環(huán)管式蒸發(fā)器來(lái)強(qiáng)化傳熱。該蒸發(fā)器由于中央循環(huán)管內(nèi)的單位體積甲醇的傳熱面積小于沸騰管（列管）內(nèi)的單位體積甲醇的傳熱面

46、積。因此，由于被加熱的程度不同，甲醇受熱后形成的氣液混合物中的含氣率也就不同，致使中央循環(huán)管內(nèi)的甲醇的密度比列管內(nèi)的甲醇的密度高。這樣，帶有氣泡的甲醇就從列管上升，而從中央循環(huán)管下降。因?yàn)椋芡庖粋?cè)是蒸汽冷凝，其a值很大；而管內(nèi)一側(cè)是液體流動(dòng)，其a值較低，故提高管內(nèi)一側(cè)的a值，是提高傳熱系數(shù)的決定因素。如此不斷循環(huán)的結(jié)果就提高了蒸發(fā)器的傳熱效果，強(qiáng)化了蒸發(fā)。但在這種結(jié)構(gòu)的蒸發(fā)器中一般料液的循環(huán)速度總是較低的，故傳熱系數(shù)也總是不高的。（2）蒸發(fā)溫度液體受熱后將加速氣化過(guò)程，因此提高溫度有利于蒸發(fā)過(guò)程，但液體在低于沸點(diǎn)的溫度下蒸發(fā)時(shí)，氣化只是在表面進(jìn)行，蒸發(fā)速率很慢、生產(chǎn)效率很低。甲醇生產(chǎn)中常采用

47、空氣在甲醇液層中鼓泡的方法，用空氣來(lái)帶走氣相中的甲醇。為了建立新的氣液平衡，液相中的甲醇必然加快蒸發(fā)。這樣，即使甲醇在低于沸點(diǎn)溫度下仍具有較高的蒸發(fā)速率來(lái)滿足生產(chǎn)的需要。生產(chǎn)中的蒸發(fā)溫度應(yīng)根據(jù)反應(yīng)溫度等因素來(lái)確定，而影響蒸發(fā)溫度的因素主要是傳熱媒體（如熱水、熱甲醛液或蒸汽等）所攜帶熱量的多少。（3）蒸發(fā)液位在正常情況下，蒸發(fā)液位的高低將影響著甲醇的受熱面積和循環(huán)速度。因此，根據(jù)蒸發(fā)傳熱速率方程，在最佳受熱高度范圍內(nèi)，蒸發(fā)液位高，蒸發(fā)量就大；反之，蒸發(fā)量將減少。（4）甲醇濃度與甲醇的平衡濃度甲醇中一般含有少量的水，當(dāng)甲醇濃度降低時(shí)，甲醇的蒸發(fā)量將會(huì)減少。為保持蒸發(fā)量不變，就需要相應(yīng)地提高蒸發(fā)溫度

48、。在生產(chǎn)過(guò)程中，習(xí)慣將蒸發(fā)器內(nèi)液相甲醇濃度通稱為“平衡濃度”，它與進(jìn)料甲醇濃度、空氣溫度和濕度、空氣流量和蒸發(fā)器的加熱程度等因素有關(guān)。（5）蒸發(fā)壓力蒸發(fā)壓力是指蒸發(fā)器的氣相壓力，這個(gè)壓力等于組成混合氣的甲醇、空氣和水的分壓力之和。所謂分壓力（簡(jiǎn)稱分壓），就是各組份氣體在溫度不變時(shí)，單獨(dú)占據(jù)混合氣的全部體積時(shí)對(duì)器壁施加的壓力。甲醇的蒸發(fā)量（相當(dāng)于甲醇在混合氣中的摩爾數(shù)）將隨著蒸發(fā)壓力、甲醇的分壓和混合氣的總摩爾數(shù)的變化而變化。（6）空氣流量由于甲醛生產(chǎn)中是采用空氣在甲醇液中鼓泡加速甲醇蒸發(fā)的方式，因此甲醇的蒸發(fā)量將隨空氣流量的增大而顯著增加。三、原料混合氣的配制1、配制目的由甲醇空氣水所組成的原

49、料混合氣需按工藝的要求進(jìn)行配制。配制的目的是為了確保甲醇、空氣和水的組成比，以滿足反應(yīng)過(guò)程和安全生產(chǎn)的要求。銀法生產(chǎn)甲醛時(shí)，甲醇生成甲醛的氧化反應(yīng)放出的熱量除滿足脫氫反應(yīng)所需要的熱量和原料氣升溫及熱損失外，尚有多余，這部分多余的熱量就需要帶走，以維持反應(yīng)的正常進(jìn)行，否則反應(yīng)溫度將持續(xù)上升使反應(yīng)失控而不能正常進(jìn)行下去。這部分多余的熱量就靠水（水蒸汽）或其它不凝性的惰性氣體來(lái)帶走。因此，配料中加入的水（水蒸汽）就起調(diào)節(jié)、穩(wěn)定反應(yīng)溫度的作用，此外水還能抑止結(jié)炭反應(yīng)的進(jìn)行和水解反應(yīng)后可能產(chǎn)生的縮醛物，從而延長(zhǎng)催化劑的使用壽命和改善轉(zhuǎn)化率及提高收率。但進(jìn)入系統(tǒng)的水量必須適度，所以生產(chǎn)中必須按要求進(jìn)行配制

50、。又由于甲醇和空氣能形成爆炸混合物，因此空氣和甲醇的比例也必須按要求進(jìn)行配制，在安全許可的前提下，選定恰當(dāng)?shù)目諝馀c甲醇的比例來(lái)滿足甲醇氧化和脫氫反應(yīng)的要求。2、配制過(guò)程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（其中還含有少量水份）在配料工序中再和水蒸汽混和制成甲醇空氣水（水蒸汽）三元混合氣，它們之間的比例關(guān)系稱為三元配比。在開(kāi)車(chē)時(shí)，一般采用空氣甲醇二元混合氣點(diǎn)火。這時(shí)，要根據(jù)空氣與甲醇的二元混合氣的爆炸范圍來(lái)考慮兩者的比例關(guān)系。當(dāng)點(diǎn)火和催化劑全紅后，為促進(jìn)反應(yīng)的順利進(jìn)行，開(kāi)始加入配料水蒸汽。隨著水蒸汽的加入，混合氣的爆炸范圍就發(fā)生了變化：其爆炸下限隨著水蒸汽量的增加

51、而緩慢增大，其上限則隨著水蒸汽量的增加而明顯變小，因此縮小了甲醇在空氣中的范圍，使生產(chǎn)的安全性得到提高。銀法生產(chǎn)甲醛時(shí)，由于應(yīng)用不同的催化劑就有不同的三元配比。以電解銀作催化劑時(shí)，其三元配比一般為：甲醇：空氣：水=1：1.72.1：1.01.4（摩爾比）3、影響配制的因素影響配制的因素分別見(jiàn)影響空氣、水蒸汽輸送和甲醇蒸發(fā)的因素。四、原料混合氣的過(guò)熱1、過(guò)熱的目的過(guò)熱的目的是為了提高三元混合氣的溫度，防止它在輸送過(guò)程中冷凝，以穩(wěn)定氣相三元配比，確保反應(yīng)的順利進(jìn)行。2、過(guò)熱過(guò)程過(guò)熱過(guò)程在過(guò)熱器中完成，一般采用列管式換熱器，在管外通以傳熱媒體（如蒸汽），混合氣則從管程通過(guò)。3、影響過(guò)熱的因素影響過(guò)熱

52、的因素主要有過(guò)熱器的結(jié)構(gòu)與狀態(tài)和傳熱媒體的溫度。（1）過(guò)熱器的結(jié)構(gòu)與狀態(tài)過(guò)熱器的結(jié)構(gòu)與狀態(tài)決定著過(guò)熱效果，以蒸汽為傳熱媒體的過(guò)熱器中不凝氣的存在和冷凝水的積聚將會(huì)影響其效能的發(fā)揮。因此，使用中應(yīng)排除殼程中的空氣和防止疏水器失靈。（2）傳熱媒體的溫度傳熱媒體的溫度高則過(guò)熱效果好。以蒸汽為熱源時(shí)，其溫度的高低取決于蒸汽壓力的大小。生產(chǎn)中應(yīng)保持一定的蒸汽壓力。五、原料混合氣的凈化1、凈化的目的原料混合氣的凈化是反應(yīng)物準(zhǔn)備的最后一個(gè)環(huán)節(jié)。反應(yīng)物的清凈度在很大程度上影響并決定著反應(yīng)過(guò)程的效率。如果原料氣中含有揮發(fā)性硫化物或氯化物的話，則會(huì)與銀催化劑生成硫化銀和氯化銀而使催化劑中毒；又如原料氣中含有揮發(fā)性

53、鐵化物（五羰基鐵等），遇高溫的催化劑就會(huì)分解成氧化鐵細(xì)粒，覆蓋在銀催化劑表面而破壞其活性；再如原料氣中若含有塵埃等礦物質(zhì)時(shí)，也將會(huì)使銀催化劑失活。因此，原料混合氣的凈化是確保生產(chǎn)順利進(jìn)行的先決條件之一。2、凈化過(guò)程原料混合氣經(jīng)過(guò)熱后先通過(guò)阻火器，再進(jìn)行凈化。阻火器的作用是阻止火焰的傳播。這是甲醛生產(chǎn)過(guò)程中的一道工序，嚴(yán)格地講則是一項(xiàng)安全措施。因?yàn)?，正常生產(chǎn)時(shí)甲醇在反應(yīng)器的催化床層中發(fā)生氧化反應(yīng)并放出大量的熱，形成一個(gè)穩(wěn)定的燃燒層。此時(shí)，三元?dú)獾牧魉俅笥诩状蓟鹧娴膫鞑ニ俣龋ㄈ紵俣龋┑?dāng)發(fā)生故障或不正常狀況時(shí)，有可能使三元?dú)怏w的流速（在開(kāi)車(chē)點(diǎn)火階段則為二元?dú)怏w的流速）低于甲醇的燃燒速度，這樣將會(huì)

54、使火焰朝相反的方向移動(dòng)，造成回火。一旦發(fā)生回火將十分危險(xiǎn)，因?yàn)樵谡Ｉa(chǎn)中（不包括開(kāi)車(chē)點(diǎn)火階段）蒸發(fā)器氣相中甲醇已處于甲醇空氣的爆炸范圍內(nèi)，當(dāng)火源進(jìn)入蒸發(fā)器時(shí)后果將很?chē)?yán)重。為此，裝置中通過(guò)阻火器的器壁效應(yīng)和傳熱作用達(dá)到阻火的目的。原料混合氣的凈化包括甲醇、空氣和水蒸汽的凈化。（1）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。甲醇先在貯槽中通過(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)。也有采用精餾的方式來(lái)凈化甲醇。（2）空氣的凈化由于環(huán)境的差異，各生產(chǎn)裝置所取用的空氣的清凈度也有所不同，一般采用單一的過(guò)濾過(guò)

55、程或采用過(guò)濾與洗滌相結(jié)合的凈化過(guò)程，而洗滌又有單純的水洗和水洗加堿洗的凈化過(guò)程等。一般水蒸汽不單獨(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。（3）原料混合氣的凈化最后，經(jīng)過(guò)熱后的原料混合氣進(jìn)入過(guò)濾器中以除去夾帶的固體雜質(zhì)。3、影響凈化的因素（1）設(shè)備的性能設(shè)備的性能是影響凈化的主要因素，對(duì)過(guò)濾器來(lái)說(shuō)，主要是過(guò)濾介質(zhì)的性能。在選定適宜的濾材后，要注意濾材的鋪裝，防止因短路而影響過(guò)濾效果。影響洗滌塔凈化能力的因素則有洗滌液的噴淋密度、噴淋量和堿液的濃度等。（2）裝置的狀態(tài)裝置（主要是蒸發(fā)器、過(guò)熱器、阻火器、過(guò)濾器和反應(yīng)器及管道）的清潔狀態(tài)對(duì)原料氣的純度有著重要影響。因此，生產(chǎn)前必須做好裝置的清

56、潔工作。第四章 甲醛生產(chǎn)反應(yīng)過(guò)程原料混合氣經(jīng)凈化后，輸送到反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)。反應(yīng)過(guò)程也就是實(shí)現(xiàn)其化學(xué)轉(zhuǎn)化的過(guò)程，在這里甲醇轉(zhuǎn)化為甲醛。反應(yīng)過(guò)程是甲醛生產(chǎn)的中心環(huán)節(jié)，是最主要的生產(chǎn)過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中，除發(fā)生化學(xué)反應(yīng)外，還包含著諸如流體流動(dòng)（動(dòng)量傳遞）、熱量交換（熱量傳遞）和物質(zhì)的遷移（質(zhì)量傳遞）等多種物理現(xiàn)象和涉及反應(yīng)熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)的問(wèn)題。第一節(jié) 反應(yīng)過(guò)程中的化學(xué)反應(yīng)銀法生產(chǎn)甲醛反應(yīng)過(guò)程中的化學(xué)反應(yīng)，除前面提到的甲醇氧化和甲醇脫氫等主反應(yīng)外，還有甲醇燃燒和甲醛氧化等副反應(yīng)，這些反應(yīng)主要有（式中反應(yīng)熱均為25時(shí)的熱量）。主反應(yīng)：CH30H + 02 = CH20 +H20 +156.557kJ/m

57、olCH30H = CH20 +H2 85.270kJ/molH2 + 02 = H20 +241.827kJ/mol副反應(yīng)：CH30H + 02 = C0 + 2H20 +393.009kJ/molCH30H + 02 = C02 + 2H20 +675.998kJ/molCH20 + 02 = HCOOH +246.73kJ/molHCOOH = CO + H20 10.278 kJ/mol此外，由于反應(yīng)條件的變化，還可能發(fā)生下述反應(yīng)中的一個(gè)或幾個(gè)副反應(yīng)：CH20 = CO + H2 5.375kJ/molCH20 + 02 = C02 + H20 +519.441kJ/mol CH30H

58、 = C + H20 +H2 +40.657kJ/molCH30H + H2 = CH4 + H20 +115.505kJ/mol2CH20 + H20 CH30H + HCOOH +90.173kJ/mol 副反應(yīng)的存在將會(huì)降低反應(yīng)產(chǎn)率，因此生產(chǎn)上通過(guò)采用選擇性高的催化劑和控制好反應(yīng)條件，盡可能地減少或防止上述副反應(yīng)的發(fā)生。第二節(jié) 反應(yīng)過(guò)程中的化學(xué)平衡一、化學(xué)平衡的概念在化學(xué)反應(yīng)中，有些反應(yīng)在相同條件下，既可反應(yīng)物相互作用變成產(chǎn)物（正反應(yīng)），又可產(chǎn)物互作用變成反應(yīng)物（逆反應(yīng)）。這種在同一條件下，同時(shí)可向正、反兩個(gè)方向進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)叫可逆反應(yīng)。這類反應(yīng)很多，而且絕大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)都是可逆的（有些

59、不可逆反應(yīng)亦可看作是可逆程度很小的可逆反應(yīng)）。甲醛反應(yīng)過(guò)程中各反應(yīng)也是如此，例如：CH30H CH20 + H2當(dāng)可逆反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，正反應(yīng)速度很大，但隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)物濃度不斷下降，正反應(yīng)速度就逐漸減少。與此同時(shí)，產(chǎn)物則從無(wú)到有，濃度逐漸增大，逆反應(yīng)速度也逐漸增大。當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到某一個(gè)時(shí)刻，就會(huì)出現(xiàn)正、逆反應(yīng)速度相等的情形，這時(shí)的物系狀態(tài)就稱為化學(xué)平衡。在化學(xué)平衡狀態(tài)下，反應(yīng)物和產(chǎn)物的濃度稱為平衡濃度。化學(xué)平衡是暫時(shí)的，有條件的。當(dāng)外界條件改變時(shí)，原來(lái)的平衡就會(huì)被破壞，在新的條件下又重新建立起新的平衡。我們?cè)趯?shí)際生產(chǎn)中，就是要選擇適宜的生產(chǎn)條件使平衡向著有利于生產(chǎn)要求的方向轉(zhuǎn)化。二、化學(xué)平衡常

60、數(shù)化學(xué)平衡常數(shù)是當(dāng)一個(gè)可逆反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)，其產(chǎn)物的濃度或分壓的乘積與反應(yīng)物濃度或分壓的乘積之間的比值。用濃度計(jì)算的化學(xué)平衡常數(shù)稱為濃度平衡常數(shù)，用符號(hào)Kc表示；用分壓計(jì)算的化學(xué)平衡常數(shù)稱為壓力平衡常數(shù)，用符號(hào)Kp表示。例如，甲醇脫氫反應(yīng)：CH30H CH20 + H2平衡常數(shù)： Kc= CH20H2CH30HKp=PCH20PH2PCH30H化學(xué)平衡常數(shù)在一定的溫度下保持不變。從Kp的數(shù)值大小，可判斷在該溫度下逆反應(yīng)中的正反應(yīng)可能達(dá)到的程度。反應(yīng)的Kp值越大，表明反應(yīng)進(jìn)行的越完全。因此化學(xué)平衡常數(shù)是一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，用以通過(guò)計(jì)算來(lái)確定生產(chǎn)條件。三、影響化學(xué)平衡的因素可逆反應(yīng)的化學(xué)平衡是有