年產(chǎn)16萬(wàn)噸甲醛固定床反應(yīng)器設(shè)計(jì)技術(shù)

69/69摘要摘要：本文以摩爾比為甲醇：氧氣：水：氮?dú)?1：0.756:0.276:2.844進(jìn)入列管式固定床反應(yīng)器，于350℃、0.5MPa下經(jīng)鐵鉬催化劑催化氧化生產(chǎn)50級(jí)工業(yè)甲醛16Mt。通過(guò)工藝計(jì)算和反應(yīng)器的設(shè)計(jì)，本文采納雙塔并聯(lián)，單個(gè)反應(yīng)器的直徑為2300mm，反應(yīng)管長(zhǎng)35.43m，列管4045根，填充催化劑116234kg。關(guān)鍵詞：甲醛；甲醇；鐵鉬催化法；固定床反應(yīng)器

AbstractAbstract:Inthispaper,materialsthatthemolarratioofmethanol:oxygen:water:nitrogen=1:0.756:0.276:2.844fedtothetubularfixedbedreactorat350℃and0.5MPaandproduce16Mtindustrialformaldehydeof50%withiron-molybdenumcatalyst.Afterprocesscalculateanddesignofthereactor,weusetwinparalleledtowers,thediameterofeveryonereactoris2300millimeter,thereactiontubelengthis35.43meter,4045tube,andcatalystis116234kg.Keywords:Formaldehyde;Methanol;Iron-molybdenumcatalyticmethod;Fixed-bedreactor

前言甲醛是重要的有機(jī)化工基礎(chǔ)原料，是甲醇最重要的衍生物產(chǎn)品之一，甲醛的用途十分廣泛，要緊用于生產(chǎn)脲醛、酚醛、聚甲醛和三聚氰胺等，也用于生產(chǎn)醫(yī)藥產(chǎn)品、農(nóng)藥和染料以及消毒劑、殺菌劑、防腐劑等。目前甲醛的生產(chǎn)大多采納甲醇為原料，銀催化劑或者鐵鉬催化劑，經(jīng)空氣氧化分離可得到多種純度甲醛，俗名福爾馬林，是常用的殺菌劑和防腐劑。甲醛是脂肪族中的最簡(jiǎn)單的醛，化學(xué)性質(zhì)十分爽朗。甲醛最早由俄國(guó)化學(xué)家A.M.Butlerov于1895年通過(guò)亞甲基二乙酯水解制得。1868年，A.M.Hoffmann使用鉑催化劑，用空氣氧化甲醇合成了甲醛，同時(shí)確定了它的化學(xué)特性。1886年Loews使用銅催化劑和1910年Blank使用銀催化劑使甲醛實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。1910年，由于酚醛樹(shù)脂的開(kāi)發(fā)成功，使甲醛工業(yè)得到了迅猛的進(jìn)展。隨著甲醛工業(yè)生產(chǎn)的不斷擴(kuò)大和甲醛產(chǎn)品的深入研究，其生產(chǎn)工藝的日漸完善，對(duì)甲醛生產(chǎn)設(shè)備的要求也在不斷提高。工業(yè)甲醛生產(chǎn)典型的有機(jī)合成工藝，在我國(guó)已有近五十年的歷史。我國(guó)的甲醛生產(chǎn)技術(shù)不管在裝置技術(shù)、催化劑的改進(jìn)、依舊余熱利用方面都已有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，其要緊技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)已過(guò)到國(guó)際上同類(lèi)生產(chǎn)工藝先進(jìn)水平。經(jīng)對(duì)比銀催化法、鐵鉬催化法和二甲醚氧化法等方法，本文采納鐵鉬催化劑法制甲醛生產(chǎn)工藝流程。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，按照設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的要求，對(duì)年產(chǎn)16萬(wàn)噸甲醛裝置進(jìn)行了反應(yīng)器的物料衡算與熱量衡算，并對(duì)反應(yīng)器進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)。由于本人能力有限，加上時(shí)刻較為倉(cāng)促，在整個(gè)設(shè)計(jì)中難免有錯(cuò)誤和不足之處，敬請(qǐng)老師批判指正。1緒論1.1我國(guó)甲醛工業(yè)的進(jìn)展過(guò)程我國(guó)甲醛工業(yè)的進(jìn)展大致可分為三個(gè)時(shí)期，下面本文將做簡(jiǎn)要概述。1.1.1起步時(shí)期20世紀(jì)50-60年代，以浮石銀作催化劑的銀法生產(chǎn)甲醛是我國(guó)甲醛工業(yè)的起步時(shí)期。我國(guó)第一套甲醛生產(chǎn)裝置是1956年9月由前蘇聯(lián)專(zhuān)家設(shè)計(jì)指導(dǎo)在上海溶劑廠興建，設(shè)計(jì)能力僅為0.3萬(wàn)噸/年，采納浮石銀作催化劑。1957年-1959年吉林化肥廠等三家企業(yè)相繼建立了甲醛生產(chǎn)裝置，上海溶液劑廠也將0.3萬(wàn)噸/年的裝置擴(kuò)大到1萬(wàn)噸/年。但到50年代末，我國(guó)工業(yè)甲醛的生產(chǎn)量仍然還不足4萬(wàn)噸（37%CH2O），產(chǎn)品要緊用于生產(chǎn)烏洛托品等。1965年-1969年，由于合成纖維和木材加工工業(yè)的進(jìn)展，甲醛需求量增加，北京維尼綸廠、蘇州助劑廠等一批采納浮石銀作催化劑的甲醛生產(chǎn)裝置先后投產(chǎn)，到60年代末生產(chǎn)廠達(dá)到10家，總生產(chǎn)能力擴(kuò)大到10萬(wàn)噸/年。60年代后期由于開(kāi)發(fā)聚甲醛樹(shù)脂等對(duì)濃甲醛的需要，又自行開(kāi)發(fā)了“鐵鉬氧化物”催化劑，吉林石井溝聯(lián)合化工廠、安陽(yáng)塑料廠先后采納“鐵鉬氧化物”催化劑生產(chǎn)甲醛，但由于催化劑性能不佳和工藝落后以及安全性差等緣故未能長(zhǎng)期生產(chǎn)。1.1.2進(jìn)展時(shí)期上世界70-80年代的以電解銀催化劑為主體的銀法生產(chǎn)甲醛是我國(guó)甲醛工業(yè)日趨成熟的進(jìn)展時(shí)期。20世紀(jì)70年代以后，我國(guó)甲醛工業(yè)不管在產(chǎn)能、生產(chǎn)技術(shù)依舊在設(shè)備、節(jié)能和自動(dòng)操縱等方面都有了較大的改進(jìn)和提高。隨著反應(yīng)熱和尾氣的燃燒熱的利用，使甲醛生產(chǎn)裝置由原來(lái)的“耗汽型”變成為“不耗汽型”或“外供蒸汽型”裝置，至70年代末我國(guó)甲醛工業(yè)的產(chǎn)量接近40萬(wàn)噸/年。20世紀(jì)80年代以后，由于木材加工業(yè)和甲醛下游產(chǎn)品進(jìn)展的需要，我國(guó)甲醛工業(yè)又有了較大的進(jìn)展，至80年代末生產(chǎn)甲醛廠家達(dá)51家，總生產(chǎn)能力超過(guò)80萬(wàn)噸/年。1.1.3快速增長(zhǎng)時(shí)期20世紀(jì)90年代至今的銀法生產(chǎn)甲醛和鐵鉬法生產(chǎn)甲醛同時(shí)進(jìn)展是我國(guó)甲醛工業(yè)快速增長(zhǎng)時(shí)期。20世紀(jì)90年代，特不是90年代中后期，由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速進(jìn)展，木材加工業(yè)、建材業(yè)、塑料工業(yè)的社會(huì)需求量的大幅度增加和小氮肥廠的轉(zhuǎn)產(chǎn)等因素，我國(guó)甲醛工業(yè)進(jìn)入快速增長(zhǎng)時(shí)期，1990年-1999年的10年中，總生產(chǎn)能力翻了近3倍。在這一時(shí)期國(guó)內(nèi)多家企業(yè)從國(guó)外引進(jìn)以鐵鉬氧化物作催化劑的鐵鉬催化法的甲醛生產(chǎn)裝置，逐漸使我國(guó)鐵鉬催化法甲醛裝置達(dá)到了國(guó)際同類(lèi)裝置的先進(jìn)水平。與此同時(shí)，我國(guó)銀催化法的甲醛裝置也有了快速的進(jìn)展。反應(yīng)器等關(guān)鍵設(shè)備不斷地得到改進(jìn)，銀催化劑的制備和應(yīng)用也有了新的提高，原料甲醇單耗有了進(jìn)一步的下降，生產(chǎn)操縱技術(shù)也有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，原料甲醛單耗又有了進(jìn)一步的下降，裝置規(guī)模趨向大型化，國(guó)內(nèi)最大、世界第二的年產(chǎn)16萬(wàn)噸/年單套甲醛裝置于2000在河北凱躍化工集團(tuán)有限公司建成投產(chǎn)。進(jìn)入21世紀(jì)，我國(guó)甲醛工業(yè)仍保持持續(xù)進(jìn)展的勢(shì)頭，2002年總生產(chǎn)能力已超過(guò)700萬(wàn)噸。迄今，總生產(chǎn)能力已超過(guò)840萬(wàn)噸/年（以37%HCHO計(jì)）。1.2我國(guó)甲醛工業(yè)的現(xiàn)狀1.2.1生產(chǎn)工藝以甲醇為原料生產(chǎn)甲醛的工藝按催化劑的不同，分為銀法和鐵鉬法兩種不同的生產(chǎn)工藝。銀法甲醛生產(chǎn)工藝中又有生產(chǎn)37%甲醛的傳統(tǒng)銀法和生產(chǎn)濃甲醛的廢氣循環(huán)法、尾氣循環(huán)法及以本征操縱技術(shù)為核心的大型甲醛生產(chǎn)新工藝等。在甲醇、水、空氣所組成的原料混合氣的配制工藝中又有濃甲醇蒸發(fā)后配制水蒸汽和甲醇、水配制后蒸發(fā)兩種工藝；而汲取部分則有單塔汲取、雙塔汲取和多塔汲取以及并流汲取等多種流程。此外，在裝置的余熱利用上又有多種形式的工藝流程，使裝置的能量得到充分的合理利用。1.2.2我國(guó)甲醛生產(chǎn)能力我國(guó)工業(yè)甲醛的生產(chǎn)能力近十年內(nèi)有專(zhuān)門(mén)大的增長(zhǎng)，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)現(xiàn)有甲醛生產(chǎn)裝置約380套，裝置總能力超過(guò)720萬(wàn)噸，已居世界首位。目前我國(guó)銀法裝置的生產(chǎn)能力仍占絕大部分。鐵鉬法裝置僅有10套，合計(jì)生產(chǎn)能力僅占國(guó)內(nèi)生產(chǎn)能力的5%左右。從總體看，我國(guó)工業(yè)甲醛的單套裝置能力較為偏小，平均僅為2萬(wàn)噸/套，最小的只有0.5萬(wàn)噸/套。其中，鐵鉬法中最大為8萬(wàn)噸/套，最小為1.5萬(wàn)噸/套；銀法中最大為16萬(wàn)噸，最小為0.5萬(wàn)噸/套。由于我國(guó)甲醛工業(yè)總體進(jìn)展較快，而下游衍生產(chǎn)品的進(jìn)展和市場(chǎng)容量的擴(kuò)大相對(duì)較慢，致使總體開(kāi)工率卻不高，現(xiàn)已從早期的80%左右降到50%左右，有的裝置還常年處于停工狀態(tài)。從表1-1中能夠看出，我國(guó)甲醛生產(chǎn)廠家現(xiàn)要緊集中在山東、廣東、河北、江蘇等地區(qū)。其中華北地區(qū)（包括山東、河北、天津、北京、山西五省市）的生產(chǎn)能力約占全國(guó)總生產(chǎn)能力的1/3，而西北地區(qū)的生產(chǎn)能力專(zhuān)門(mén)小，還不到全國(guó)的1%。目前山東省是全國(guó)最大的甲醛生產(chǎn)地區(qū)，生產(chǎn)能力約117萬(wàn)噸/年；其次是河北地區(qū)（包括天津市和北京市），生產(chǎn)能力約89.5萬(wàn)噸/年；江蘇省排名第三，生產(chǎn)能力約88萬(wàn)噸/年；第四位是廣東省，生產(chǎn)能力約86萬(wàn)噸/年[1]。（1）產(chǎn)品規(guī)格多年來(lái)，我國(guó)生產(chǎn)的工業(yè)甲醛差不多上單一的37%（wt）濃度的水溶液，使用中存在濃度低、運(yùn)輸費(fèi)用高和阻礙某些下游產(chǎn)品的加工性能及廢水處理等問(wèn)題。近年來(lái)，隨著甲醛下游產(chǎn)品的進(jìn)展和“鐵鉬法”生產(chǎn)甲醛技術(shù)的引進(jìn)，甲醛產(chǎn)品的規(guī)格品種已開(kāi)始向多種化工方向進(jìn)展，現(xiàn)依照需要，可生產(chǎn)除37%（wt）濃度以外的37%-55%（wt）濃度的多種甲醛產(chǎn)品供應(yīng)市場(chǎng)。（2）產(chǎn)品質(zhì)量由于歷史的緣故，目前我國(guó)工業(yè)甲醛執(zhí)行的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)仍是以37%（wt）濃度的產(chǎn)品，我國(guó)工業(yè)甲醛（37%）的質(zhì)量大部分都達(dá)到優(yōu)極品標(biāo)準(zhǔn)，有的還依照用戶(hù)和自身的要求，嚴(yán)格操縱酸度和甲醇含量等標(biāo)準(zhǔn)。但企業(yè)間仍存在一定的差異，少數(shù)企業(yè)優(yōu)極品率低，質(zhì)量波動(dòng)較大。表1-1我國(guó)甲醛生產(chǎn)廠家現(xiàn)要緊集中地（單位：萬(wàn)噸）地區(qū)名企業(yè)數(shù)20012002產(chǎn)量2003年生產(chǎn)能力全國(guó)276287.6426.6722.5山東4962.781117吉林107.810120.5黑龍江105718.5遼寧227.68.821內(nèi)蒙古河南268.810.536河北3432.430.372.5北京13.61.45天津43.2312山西41.8517陜西21.41.44新疆10.30.61江蘇1931.83388浙江101824.533安徽81112.430上海523.522.533.5重慶2458四川85.75.223廣西32.93.77寧夏10.21.11甘肅云南667.312.5貴州江西廣東1221.623.886福建138.713.925湖南58.19.116湖北93.46.717.5海南21.414.51.3阻礙我國(guó)甲醛價(jià)格的要緊因素近些年來(lái)我國(guó)甲醛行業(yè)進(jìn)展專(zhuān)門(mén)快，每年產(chǎn)銷(xiāo)量增長(zhǎng)速度都在10%以上，2004年我國(guó)甲醛產(chǎn)銷(xiāo)量已突破了480萬(wàn)噸大關(guān)。脲醛樹(shù)脂是甲醛行業(yè)最要緊的下游產(chǎn)品，約占甲醛總消費(fèi)量的60%以上，市場(chǎng)前景可觀。近幾年，我國(guó)甲醛市場(chǎng)的價(jià)格變化比較大，總體來(lái)看，呈現(xiàn)一種上升走勢(shì)。2001年為800元/噸，2002年為850元/噸，2003年上漲幅度專(zhuān)門(mén)大，達(dá)到了1200元，2004年為1250元/噸。阻礙甲醛價(jià)格要緊有以下三個(gè)因素：1.3.1生產(chǎn)成本構(gòu)成甲醛生產(chǎn)成本的有原料（甲醇）、電、水、催化劑、設(shè)備維護(hù)、人工及治理費(fèi)用等，其中原料甲醇是最要緊的生產(chǎn)成本，約占甲醛生產(chǎn)總成本的90%左右。這幾年甲醛價(jià)格在不斷上漲，其中一個(gè)重要緣故確實(shí)是甲醇價(jià)格的上漲。2001年的甲醇價(jià)格為1200元/噸，2002年不到1300元/噸，2003年2100元/噸，2004年為2200元/噸。能夠看出，甲醛價(jià)格與甲醇價(jià)格差不多上呈現(xiàn)一種線(xiàn)性關(guān)系[12]。1.3.2下游需求狀況甲醛下游產(chǎn)品的需求量增長(zhǎng)較快，拉動(dòng)了甲醛產(chǎn)量的增大，但由于下游產(chǎn)品的價(jià)格相對(duì)較穩(wěn)定，上升幅度小，在一定程度上制約了甲醛價(jià)格的提高。1.3.3地區(qū)差異甲醛單位價(jià)值不太高，不適宜于長(zhǎng)途運(yùn)輸，否則運(yùn)費(fèi)太貴，不合算，因此甲醛差不多上是就地產(chǎn)銷(xiāo)的產(chǎn)品，呈現(xiàn)明顯的地域特征，各地區(qū)之間的價(jià)格差異比較大。目前來(lái)看，河北、山東等地的甲醛價(jià)格比較低，出廠價(jià)在11001200無(wú)左右的水平，而福建、廣西、四川、重慶等地，甲醛價(jià)格相對(duì)較高，出廠價(jià)在1350~1500元左右的水平。1.4產(chǎn)品用途甲醛屬于用途廣泛、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、原料供應(yīng)充足的大眾化工產(chǎn)品，是甲醇下游產(chǎn)品中的主干，世界年產(chǎn)量在2500萬(wàn)噸左右，30%左右的甲醇都用來(lái)生產(chǎn)甲醛。但甲醛是一種濃度較低的水溶液，從經(jīng)濟(jì)角度考慮不便于長(zhǎng)距離運(yùn)輸，因此一般都在主消費(fèi)市場(chǎng)附近設(shè)廠，進(jìn)出口貿(mào)易也極少。甲醛除可直接用作消毒、殺菌、防腐劑外，要緊用于有機(jī)合成、合成材料、涂料、橡膠、農(nóng)藥等行業(yè)，其衍生產(chǎn)品要緊有多聚甲醛、聚甲醛、酚醛樹(shù)酯、脲醛樹(shù)酯、氨基樹(shù)酯及烏洛托產(chǎn)品。1.5甲醛工業(yè)的進(jìn)展趨勢(shì)1.5.1改進(jìn)催化劑的性能研制開(kāi)發(fā)新型催化劑是加快甲醛工業(yè)大進(jìn)展最有效的方法之一，現(xiàn)在各國(guó)都在加快催化劑的開(kāi)發(fā)。1.5.2高濃度甲醛工藝進(jìn)展趨勢(shì)國(guó)外在聚甲醛、MDI和炔屬化學(xué)品（如1，4-丁二醇）的進(jìn)展最快，處增長(zhǎng)率在5%以上。這些產(chǎn)品均需高濃度甲醛，從而刺激了以鐵鉬法為主的高濃度甲醛工藝的快速進(jìn)展。由甲醇催化脫氫制備無(wú)水甲醛，產(chǎn)物甲醛和氫氣專(zhuān)門(mén)容易分離，幸免了甲醛水溶液的濃縮蒸發(fā)，能耗可大幅度降低，成為最具有工業(yè)前途的無(wú)水甲醛制備方法。制備高濃度甲醛溶液的另一方法是甲縮醛氧化法。1.5.3設(shè)備集約化為了防止甲醛濃度氧化，達(dá)到最佳動(dòng)態(tài)平衡操縱，國(guó)外開(kāi)發(fā)了許多因素程序操縱法。如：以蒸汽壓力來(lái)調(diào)節(jié)氧醇比、混合氣溫度和反應(yīng)狀態(tài)，從而達(dá)到低甲醇消耗額的目的。1.5.4規(guī)模大型化甲醛已成為大宗化工產(chǎn)品，其需求量不斷增加。現(xiàn)在國(guó)外興建的甲醛生產(chǎn)裝置，起碼規(guī)模3.5～6萬(wàn)噸/年。

2工藝概述及選擇甲醛是最簡(jiǎn)單的醛，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為HCHO，通常把它歸為飽和一元醛，但它又相當(dāng)于二元醛。甲醛是一種無(wú)色、具有刺激性且易溶于水的氣體。易溶于水、醇和醚。甲醛在常溫下是氣態(tài)，通常以水溶液形式出現(xiàn)。它有凝固蛋白質(zhì)的作用，其35%～40%的水溶液通稱(chēng)為福爾馬林，常作為浸漬標(biāo)本的溶液。甲醛是一種重要的有機(jī)原料，為較高毒性的物質(zhì)，在我國(guó)有毒化學(xué)品優(yōu)先操縱名單上甲醛高居第二位。甲醛屬用途廣泛、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、原料供應(yīng)充足的大眾化工產(chǎn)品，是甲醇下游產(chǎn)品種中的主干。甲醛除可直接用作消毒、殺菌、防腐劑外，合成樹(shù)脂、表面活性劑、塑料、橡膠、皮革、造紙、染料、制藥、農(nóng)藥、照相膠片、炸藥、建筑材料以及消毒、熏蒸和防腐過(guò)程中均要用到甲醛。人造板工業(yè)發(fā)達(dá)，對(duì)甲醛的需求量甚大。甲醛的用途特不廣泛，能夠講甲醛是化學(xué)工業(yè)中的多面手。甲醛的生產(chǎn)方法有多種，目前工藝比較成熟的有甲醇空氣氧化法(其中包括甲醇過(guò)量法和空氣過(guò)量法)、甲縮醛氧化法。其中利用甲醇空氣氧化法生產(chǎn)甲醛要緊有兩類(lèi)不同的工藝[2]，其一是采納銀催化劑的“甲醇過(guò)量法”，也稱(chēng)“銀催化法”（簡(jiǎn)稱(chēng)“銀法”）；其二是采納鐵鉬氧化物催化劑的“空氣過(guò)量法”，也稱(chēng)“鐵鉬催化法”（簡(jiǎn)稱(chēng)“鐵鉬法”）。2.1工藝概述2.1.1銀法制甲醛銀法制甲醛是早期生產(chǎn)甲醛的要緊方法，是在過(guò)量甲醇(甲醇蒸汽濃度操縱在爆炸區(qū)上限，37％以上)條件下，甲醇汽、空氣和水汽混合物在金屬型催化劑上進(jìn)行脫氫-氧化反應(yīng)，通常采納Ag催化劑，故稱(chēng)為“Ag該方法是用銀作催化劑（最好使用電解銀催化劑，甲醛的收率可達(dá)87%），甲醇與空氣的混合物為原料，在固定床反應(yīng)器中進(jìn)行催化氧化反應(yīng)生成甲醛，反應(yīng)溫度在600～720℃之間。甲醇、空氣在蒸發(fā)器汽化后再加入一定量的水蒸汽形成三元混合氣，通過(guò)過(guò)熱和過(guò)濾后在電解銀催化劑作用下生成甲醛。甲醛反應(yīng)氣通過(guò)急冷段和冷卻段，回收部分熱量后用脫鹽水汲取，得到37%～40%的甲醛產(chǎn)品，銀法工藝路線(xiàn)以德國(guó)BASF公司為代表。2.1.2鐵鉬法我國(guó)采納鐵鉬法生產(chǎn)甲醛，雖在60年代差不多開(kāi)始使用，但技術(shù)進(jìn)展緩慢，由于催化劑性能和工藝操縱問(wèn)題，生產(chǎn)水平較低，直到90年代引進(jìn)國(guó)外成套設(shè)備技術(shù)后，才改變了我國(guó)“鐵鉬法”甲醛生產(chǎn)水平不如“銀法”的狀況。鐵鉬氧化物催化劑屬甲醇單純氧化制甲醛工藝，在空氣過(guò)量的情況下進(jìn)行，以體積計(jì)為94%左右，甲醛幾乎全部被氧化，其觸媒是一種鐵和鉬氧化物的混合物，以片狀、球型或者顆粒形式裝入管式氧化器列管中，開(kāi)車(chē)時(shí)由管間的導(dǎo)熱油循環(huán)加熱到260℃，氧化反應(yīng)發(fā)生后由導(dǎo)熱油拆熱;裝置運(yùn)行相當(dāng)穩(wěn)定，性能重現(xiàn)性特不行，抗氧化性?xún)?yōu)良，能在較低的溫度下(300～380℃)進(jìn)行反應(yīng)，從而減少副反應(yīng)的產(chǎn)生，具有較高的選擇性，可不通過(guò)精餾直接獲得低醇的55%左右的高濃度甲醛，由于催化劑裝填在列管內(nèi)，能夠?qū)ｉT(mén)好地把握床層的均勻度，可不能出現(xiàn)裂縫、翻身等現(xiàn)象，固催化劑的壽命長(zhǎng)達(dá)一年以上。2.1.3甲縮醛氧化法甲縮醛氧化法制取高濃度甲醛由三步進(jìn)程完成：甲縮醛的合成、甲縮醛氧化和過(guò)濃度甲醛汲取與處理。甲縮醛氧化法是制備高濃度甲醛溶液的另一種方法。日本旭化成公司于20世紀(jì)80年代開(kāi)發(fā)成功的這一生產(chǎn)方法，是將甲醛和甲醇在陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的催化作用下，采納反應(yīng)精餾的方法先合成甲縮醛，然后將甲縮醛在鐵鉬氧化催化劑的作用下，用空氣氧化生產(chǎn)甲醛。2.1.4二甲醚氧化法將二甲醚氣體與空氣混合，預(yù)熱后通過(guò)多管式固定床反應(yīng)器，管內(nèi)裝有金屬氧化物催化劑，管外用液體導(dǎo)熱法移走反應(yīng)熱量。反應(yīng)器結(jié)構(gòu)與鐵鉬法相同。反應(yīng)壓力為常壓，溫度450-500℃，空速為1000-4000m/h，催化劑為金屬氧化鎢，也有氧化鉍-氧化鉬催化劑的專(zhuān)利發(fā)表。反應(yīng)氣體速冷后進(jìn)入二段汲取系統(tǒng)，用離子交換法脫去甲酸，制得37-44%（wt%）的甲醛水溶液。2.1.5低碳烷烴直接氧化法用低碳烴，例如天然氣或瓦斯氣體中甲烷及丙烷，丁烷等在NO催化劑作用下，直接用空氣氧化而得到甲醛。其要緊反應(yīng)式如：CH4＋O2=HCHO＋H2。2.2生產(chǎn)工藝對(duì)比及選擇目前，工業(yè)上大多的甲醛生產(chǎn)工藝選用銀催化劑法和鐵鉬催化劑法。下面針對(duì)這兩種工藝就要緊經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和能耗進(jìn)行對(duì)比，最后確定我的工藝流程。2.2.1國(guó)內(nèi)外甲醛裝置能耗比較通過(guò)以上分析，我們認(rèn)為銀法甲醛生產(chǎn)線(xiàn)具有投資小，能耗低，能生產(chǎn)高濃度甲醛，物耗又接近鐵鉬法水平等優(yōu)點(diǎn)，因此，將它推廣為首選的甲醛生產(chǎn)路線(xiàn)，應(yīng)比較適合中國(guó)的國(guó)情。表2-1國(guó)內(nèi)外甲醛裝置能耗比較[3]項(xiàng)目國(guó)外銀法國(guó)外鐵鉬法國(guó)外銀法國(guó)外鐵鉬法先進(jìn)度先進(jìn)一般先進(jìn)一般先進(jìn)一般先進(jìn)一般冷卻水/m3/t20~3030~502028~4215~2035~452030~40蒸汽/t/t－0.2~0.5－0.3~0.1－0.6－0.3~0.5－0.3~0.5－0.3~0.0－0.6－0.3~0.5電/kwh/t2025~307085~9018~2030~408085~98注：以生產(chǎn)1噸37%的甲醛消耗量統(tǒng)計(jì)2.2.2工藝技術(shù)比較銀法是以甲醇為原料以一定配比的甲醇和空氣、水蒸氣通過(guò)過(guò)熱器，過(guò)濾器進(jìn)入氧化器，在催化床層使甲醇脫氫成甲醛。甲醛氣體和水蒸氣經(jīng)冷卻，冷凝由汲取塔汲取，制成37%的甲醛溶液成品。在銀法過(guò)程中也能做到適當(dāng)?shù)臐舛?。鐵鉬法用二元?dú)馍a(chǎn)，銀法用三元?dú)馍a(chǎn)，兩法所用催化劑不同。鐵鉬法所進(jìn)行的反應(yīng)為完全氧化反應(yīng)，而銀法是氧化圖2-1中國(guó)銀法制甲醛工藝流程[4]脫氫反應(yīng)。故銀法選擇是甲醇與空氣混合的爆炸上限操作（混合比37%以上，醇過(guò)量），為保持脫氫反應(yīng)進(jìn)行，反應(yīng)溫度為650℃左右。反應(yīng)熱量靠加入水蒸氣等帶走。鐵鉬法選擇的是下限操作（混合比7%以下，氧過(guò)量），即與過(guò)量的空氣中的氧氣反應(yīng)。反應(yīng)溫度操縱在350℃左右，而反應(yīng)的熱量靠惰性氣體帶走，因此在反應(yīng)過(guò)程中需引入尾氣塔，由于汲取系統(tǒng)中加水少，從而能制取高濃度甲醛。但由于采納了尾氣循環(huán)和足夠量的空氣，增加了動(dòng)力的消耗，且由于氣體量的加大而使裝置能力相對(duì)減小了約25%。依照最新統(tǒng)計(jì)，美國(guó)鐵鉬法、銀法生產(chǎn)裝置各占50%，而國(guó)內(nèi)銀法占95%以上。圖2-2丹麥鐵鉬催化氧化法生產(chǎn)甲醛工藝流程[5]2.2.3兩種工藝經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比表2-2銀法和鐵鉬法生產(chǎn)甲醛的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比[6]項(xiàng)目銀法鐵鉬法投資比1.001.15～1.30甲醇單耗，kg/t470～480420～437能耗節(jié)余，美元/t6.211.

生產(chǎn)成本比1.01.0混合氣中甲醇含量/%>37<7反應(yīng)器的溫度/℃600～720320～380反應(yīng)器絕熱式管式絕熱流化床催化劑壽命，月3～612～18甲醛質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%37～4037～55產(chǎn)品醇含量/%4～80.5～1.5產(chǎn)品酸含量/×10-6100～200200～300收率/%89～9191～94組分電解銀或載體銀Fe-Mo對(duì)毒物敏感敏感不敏感注：甲醇單耗以生產(chǎn)37%甲醛計(jì)對(duì)比表2-2可知，鐵鉬催化法生產(chǎn)甲醛具有甲醇消耗量低，催化劑使用壽命長(zhǎng)，產(chǎn)品收率高，原料氣甲醇含量低而反應(yīng)器安全性高，工藝流程簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)；鐵鉬催化法不足在于能耗高，反應(yīng)溫度低于常溫，但相對(duì)優(yōu)點(diǎn)，這些事能夠同意的，綜上所述，我選取鐵鉬催化法制取甲醇。2.2.4甲醇制甲醛生產(chǎn)工藝確定依照上三節(jié)的敘述，采納鐵鉬催化劑法工藝路線(xiàn)的甲醛裝置生產(chǎn)能力較大，甲醇轉(zhuǎn)化率高于銀法，可達(dá)95%～99%，甲醇單耗低，不需蒸餾裝置，能夠生產(chǎn)高濃度甲醛，甲醛成品中含醇量低，催化劑使用壽命長(zhǎng)，然而鐵鉬法生產(chǎn)一次投資大，電耗高。銀法工藝簡(jiǎn)單，投資小，調(diào)節(jié)能力強(qiáng)，產(chǎn)品中甲酸含量少，尾氣中含氫，能夠燃燒，然而甲醇的轉(zhuǎn)化率低，單耗高，催化劑壽命短，對(duì)甲醇純度要求高，甲醛成品中甲醇含量高，只能生產(chǎn)低濃度甲醛[6]。2.3鐵鉬法甲醇工藝的要緊操縱參數(shù)表2-3鐵鉬法甲醇工藝的要緊操縱參數(shù)[7]項(xiàng)目參數(shù)值反應(yīng)溫度，℃280～400反應(yīng)壓力，MPa0.03～0.06反應(yīng)進(jìn)口氣甲醇含量，vol%4～9反應(yīng)進(jìn)口氣氧氣含量，vol%～113原、輔原料及產(chǎn)品規(guī)格不同的生產(chǎn)工藝，物耗和能耗不同，進(jìn)而在經(jīng)濟(jì)上反應(yīng)出來(lái)，經(jīng)濟(jì)是否可性直接關(guān)系到能否投產(chǎn)和盈利。甲醇是重要的化工中間原料之一，近年來(lái)，隨著我國(guó)甲醇產(chǎn)量的不斷攀升，甲醇市場(chǎng)開(kāi)始低迷，在甲醇眾多下游產(chǎn)品中，本設(shè)計(jì)以甲醇為原料，采納鐵鉬催化法生產(chǎn)甲醛。3.1原輔料規(guī)格及消耗配比依照GB338-2011，工業(yè)甲醇的技術(shù)要求如表2-1所示,我選擇優(yōu)等級(jí)的甲醇，換算后純度取99.9%，如此能夠省去甲醇預(yù)處理工序。表3-1工業(yè)甲醇技術(shù)要求項(xiàng)目?jī)?yōu)等品一等品合格品色度，Hazen單位（鉑-鈷色號(hào)）≤5510密度，ρ20/(g/m33)≤0.791~0.7920.791~0.7930.791~0.793沸程，（0℃，101.3kPa）/℃≤0.81.01.5高錳酸鉀實(shí)驗(yàn)/mm≤503020水混溶實(shí)驗(yàn)≤通過(guò)實(shí)驗(yàn)（1+3）通過(guò)實(shí)驗(yàn)（1+3）--水，ω/%≤0酸（以HCOOH計(jì)），ω/%≤0.00150.00300.0050堿（以NH3計(jì)），ω/%≤0.00020.00080.0015羰基化合物（以HCOOH計(jì)），ω/%≤0.0020.0050.010蒸發(fā)殘?jiān)?，?%≤0.0010.0030.005乙醇，ω/%≤供需雙方協(xié)商依照鐵鉬催化法工藝，反應(yīng)原料由甲醇、催化劑和氧氣組成，外加一定的水抑制副反應(yīng)，原、副材料比例如表3-2所示。表3-2原輔料規(guī)格及消耗配比[8]項(xiàng)目原輔料規(guī)格配比（摩爾比）原料甲醇99.9%1原料空氣(設(shè)只含N2和O2)100%3.6催化劑和98.5%2～3之間助劑水100%3.2甲醛質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 查詢(xún)標(biāo)準(zhǔn)GB/T9009-2011，表3-3為工業(yè)甲醇標(biāo)準(zhǔn)；依照甲醛產(chǎn)品規(guī)格，本設(shè)計(jì)選擇生產(chǎn)。表3-3甲醛的要緊技術(shù)指標(biāo)純度50%級(jí)50%級(jí)44%級(jí)44%級(jí)37%級(jí)37%級(jí)項(xiàng)目?jī)?yōu)等品合格品優(yōu)等品合格品優(yōu)等品合格品密度，ρ20/(g/m33)1.147~1.1521.147~1.1521.125~1.1351.125~1.1351.075~1.1141.075~1.114甲醛，ω/%49.7~50.549.0~50.543.5~44.442.5~44.437.0~37.436.5~37.4酸，ω%≤0.050.070.020.050.020.05色度，≤1015101510--鐵，ω%≤0.00010.00100.00010.00100.00010.0005甲醇，ω%≤1.5供需協(xié)商2.0供需協(xié)商供需協(xié)商供需協(xié)商注：酸以HCOOH計(jì)，色度用Hazen(鉑-鈷號(hào))表示3.3MSDS信息3.3.1甲醇物性數(shù)據(jù)表3-4甲醇的物性數(shù)據(jù)化學(xué)品中文名稱(chēng)：甲醇化學(xué)品英文名稱(chēng)：MethylAlcohol化學(xué)品俗名：木酒精英文名稱(chēng)：Methanol技術(shù)講明書(shū)編碼：307CASNo.：67-56-1有害成分：甲醇健康危害：對(duì)中樞神經(jīng)有麻痹作用；對(duì)視神經(jīng)和視網(wǎng)膜神經(jīng)有專(zhuān)門(mén)選擇作用，引起病變；可致代謝性酸中毒。急行中毒：短時(shí)大量吸入出現(xiàn)輕度眼上呼吸道刺激癥狀（口服有胃腸道刺激癥狀；經(jīng)一段時(shí)刻埋伏期后出現(xiàn)頭痛、頭暈、乏力、眩暈、酒醉感、意識(shí)模糊、譫妄，甚至昏迷。視神經(jīng)和視網(wǎng)膜病變，可有事物模糊、復(fù)視等，重者失明。代謝性酸中毒時(shí)出現(xiàn)二氧化碳結(jié)合力下降、呼吸加速等。慢性阻礙：神經(jīng)衰弱中和癥，植物神經(jīng)功能失調(diào)，粘膜刺激視力減退等，皮膚出現(xiàn)脫脂、皮炎等。爆炸危險(xiǎn)：本品易燃，具刺激性。皮膚接觸：脫去污染的衣著，用肥皂和清水完全沖洗皮膚。眼睛接觸提起眼瞼，用流淌清水或生理鹽水沖洗。就醫(yī)。吸入：迅速脫離現(xiàn)場(chǎng)至空氣清新處。保持呼吸道通暢。如呼吸困難，給輸氧。如呼吸停止，立即進(jìn)行人工呼吸。就醫(yī)。食入：飲足量溫水，催吐。用清水或1%的硫代硫酸鈉洗胃。就醫(yī)。危險(xiǎn)特性：易燃，其蒸氣與空氣可形成爆炸性混合物，遇明火、高熱能引起燃燒爆炸。與氧化劑接觸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或引起燃燒。在火場(chǎng)中，受熱的容器有爆炸危險(xiǎn)。其蒸氣比空氣重，能在較低處擴(kuò)散到相當(dāng)遠(yuǎn)的地點(diǎn)，遇明火會(huì)著火回燃。有害燃燒產(chǎn)物：一氧化碳、二氧化碳滅火方法：盡可能將容器從火災(zāi)移至空曠處。噴水保持火場(chǎng)容器冷卻，直至滅火結(jié)束。處在火場(chǎng)中的容器若以變色或從安全泄露裝置中產(chǎn)生聲音，必須立即撤離。滅火劑：抗溶性泡沫、干粉、二氧化碳、沙土。應(yīng)急處理：迅速撤離泄漏污染區(qū)人員至安全區(qū)，并進(jìn)行隔離，嚴(yán)格限制出入。切斷火源。建議應(yīng)急處理人員戴自給正壓式呼吸器，穿防靜電工作服。不要直接接觸泄漏物。盡可能切斷泄漏源。防止流入下水道、排洪溝等限制性空間。小量泄漏：用砂土或其它不燃材料吸附或汲取。也能夠用大量水沖洗，洗水稀釋后放入廢水系統(tǒng)。大量泄漏：構(gòu)筑圍堤或挖坑收容。用泡沫覆蓋，降低蒸汽災(zāi)難。用防爆泵轉(zhuǎn)移至槽車(chē)或?qū)Ｓ檬占鲀?nèi)，回收或運(yùn)至廢物處理場(chǎng)所處置。操作注意事項(xiàng)：密閉操作，加強(qiáng)通風(fēng)。操作人員必須通過(guò)專(zhuān)門(mén)培訓(xùn)，嚴(yán)格遵守操作規(guī)程。建議操作人員佩戴過(guò)濾式防毒面具（半面罩），戴化學(xué)安全防護(hù)眼鏡，穿防靜電工作服，戴橡膠手套。遠(yuǎn)離火種、熱源，工作場(chǎng)所嚴(yán)禁吸煙。使用防爆型的通風(fēng)系統(tǒng)和設(shè)備。防止蒸汽泄漏到工作場(chǎng)所空氣中。幸免與氧化劑、酸類(lèi)、堿金屬接觸。灌裝時(shí)應(yīng)操縱流速，且有接地裝置，防止靜電積聚。配備相應(yīng)品種和數(shù)量的消防器材及泄漏應(yīng)急處理設(shè)備。倒空的容器可能殘留有害物。儲(chǔ)存注意事項(xiàng)：儲(chǔ)存于陰涼、通風(fēng)的庫(kù)房。遠(yuǎn)離火種、熱源。庫(kù)溫不宜超過(guò)30℃。保持容器密封。應(yīng)與氧化劑、酸類(lèi)、堿金屬等分開(kāi)存放，切忌混儲(chǔ)。采納防爆型照明、通風(fēng)設(shè)施。禁止使用易產(chǎn)生火花的機(jī)械設(shè)備和工具。儲(chǔ)區(qū)應(yīng)備有泄漏應(yīng)急處理設(shè)備和合適的收容材料。中國(guó)MAC（mg/m3）：50前蘇聯(lián)（mg/m3）：5TLVTN：OSHA200ppm，262mg/m3；ACGIH200ppm，262mg/m3[皮]TLVWN：ACGIH250ppm，328mg/m3[皮]監(jiān)測(cè)方法：氣相色譜法；變色酸分光光度法工程操縱：生產(chǎn)過(guò)程密閉，加強(qiáng)通風(fēng)。提供安全淋浴和洗眼設(shè)備。呼吸系統(tǒng)愛(ài)護(hù)：可能接觸其蒸汽時(shí)，應(yīng)該佩戴過(guò)濾式防毒面具（半面罩）。緊急事態(tài)搶救或撤離時(shí)，建議佩戴空氣呼吸器。眼睛愛(ài)護(hù)：戴化學(xué)安全防護(hù)眼鏡。軀體愛(ài)護(hù)：穿防靜電工作服。手防護(hù)：戴橡膠手套。其他愛(ài)護(hù)：工作現(xiàn)場(chǎng)禁止吸煙、進(jìn)食和飲水。工作完畢，淋浴更衣。實(shí)行就業(yè)前和定期的體檢。外觀與性狀：無(wú)色澄清液體，有刺激性氣味。熔點(diǎn)（℃）：-97.8沸點(diǎn)（℃）：64.8分子式：CH4O相對(duì)密度（水=1）：0.79相對(duì)蒸汽密度（空氣=1）：1.11分子量：32.04飽和蒸汽壓（KPa）：13.33（21.2℃）臨界溫度（℃）：240辛醇/水分配系數(shù)的相對(duì)值“-0.82/-0.66閃點(diǎn)（℃）：11引燃溫度（℃）：385燃燒熱（kJ/mol）：727.0臨界壓力（MPa）：7.95爆炸上限（v/v）：44.0爆炸下限（v/v）：5.5溶解性：溶于水，可混溶于醇、醚等多數(shù)有機(jī)溶劑。要緊用途：要緊用于制甲醛、香精、染料、醫(yī)藥、火藥、防凍劑等。禁配物：酸類(lèi)、酸酐、強(qiáng)氧化劑、堿金屬。急性毒物：LD50：5628mg/kg（大鼠經(jīng)口）；15800mg/kg（兔經(jīng)皮）LC50：83776mg/m3，4小時(shí)（大鼠吸入）其他有害作用：該物質(zhì)對(duì)環(huán)境可能有危害，對(duì)水體應(yīng)給予特不注意。廢棄處理方法：用焚燒法處置。危險(xiǎn)物資編號(hào)：32058UN編號(hào)：1230包裝類(lèi)不：O52包裝方法：小開(kāi)口鋼桶；安瓿瓶外一般木箱；螺紋口玻璃瓶、鐵蓋壓口玻璃瓶、塑料瓶或金屬桶（罐）外一般木箱。運(yùn)輸注意事項(xiàng)：本品鐵路運(yùn)輸時(shí)限使用鋼制企業(yè)自備罐車(chē)裝運(yùn)，裝運(yùn)前需報(bào)有關(guān)部門(mén)批準(zhǔn)。運(yùn)輸時(shí)運(yùn)輸車(chē)輛應(yīng)配備相應(yīng)品種和數(shù)量的消防器材及泄漏應(yīng)急處理設(shè)備。夏季最好早晚運(yùn)輸。運(yùn)輸時(shí)所用的槽（罐）車(chē)應(yīng)有接地鏈，槽內(nèi)可設(shè)孔隔板以減少震蕩產(chǎn)生靜電。嚴(yán)禁與氧化劑、酸類(lèi)、堿金屬、食用化學(xué)品等混裝混運(yùn)。運(yùn)輸途中應(yīng)防曝曬、雨淋，防高溫。中途停留時(shí)應(yīng)遠(yuǎn)離火種、熱源、高溫區(qū)。裝運(yùn)該物品的車(chē)輛排氣管必須配備阻火裝置，禁止使用易產(chǎn)生火花的機(jī)械設(shè)備和工具裝卸。公路運(yùn)輸時(shí)要按規(guī)定路線(xiàn)行駛，勿在居民區(qū)和人口稠密區(qū)停留。鐵路運(yùn)輸時(shí)要禁止溜放。嚴(yán)禁用木船、水泥船散裝運(yùn)輸。法規(guī)信息：化學(xué)危險(xiǎn)品安全治理?xiàng)l例（1987年2月17日國(guó)務(wù)院公布），化學(xué)危險(xiǎn)品安全治理?xiàng)l例實(shí)施細(xì)則（化勞發(fā)[1992]677號(hào)），工作場(chǎng)所安全使用化學(xué)品規(guī)定（[1996]勞老部發(fā)423號(hào)）等法規(guī)，針對(duì)化學(xué)危險(xiǎn)品安全使用、生產(chǎn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、裝卸等方面均作了相應(yīng)規(guī)定；常用危險(xiǎn)化學(xué)品的分類(lèi)標(biāo)志（GB13690-92）將該物質(zhì)劃分為第3.2類(lèi)中閃點(diǎn)易燃液體。3.3.2甲醛物性數(shù)據(jù)表3-5甲醛的物性數(shù)據(jù)化學(xué)品中文名稱(chēng)：甲醛化學(xué)品英文名稱(chēng)：formaldehyde化學(xué)品俗名：福爾馬林，甲醛溶液，蟻醛CASNo.：50-00-0爆炸危險(xiǎn)：本品易燃，具強(qiáng)腐蝕性、強(qiáng)刺激性，可致人體灼傷，具致敏性皮膚接觸：立即脫去污染的衣著，用大量流淌清水沖洗至少15分鐘。就醫(yī)眼睛接觸立即提起眼瞼，用大量流淌清水或生理鹽水完全沖洗至少15分鐘。就醫(yī)吸入：迅速脫離現(xiàn)場(chǎng)至空氣新奇處。保持呼吸道通暢。如呼吸困難，給輸氧。如呼吸停止，立即進(jìn)行人工呼吸。就醫(yī)食入：用1%碘化鉀60mL灌胃。常規(guī)洗胃。就醫(yī)危險(xiǎn)特性：其蒸氣與空氣可形成爆炸性混合物。遇明火、高熱能引起燃燒爆炸。與氧化劑接觸猛烈反應(yīng)有害燃燒產(chǎn)物：一氧化碳、二氧化碳滅火方法：用水噴射逸出液體，使其稀釋成不燃性混合物，并用霧狀水愛(ài)護(hù)消防人員。滅火劑：霧狀水、抗溶性泡沫、干粉、二氧化碳、砂土應(yīng)急處理：迅速撤離泄漏污染區(qū)人員至安全區(qū)，并進(jìn)行隔離，嚴(yán)格限制出入。切斷火源。建議應(yīng)急處理人員戴自給正壓式呼吸器，穿防酸堿工作服。從上風(fēng)處進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)。盡可能切斷泄漏源。防止流入下水道、排洪溝等限制性空間。小量泄漏：用砂土或其它不燃材料吸附或汲取。也能夠用大量水沖洗，洗水稀釋后放入廢水系統(tǒng)。大量泄漏：構(gòu)筑圍堤或挖坑收容。用泡沫覆蓋，降低蒸氣災(zāi)難。噴霧狀水冷卻和稀釋蒸汽、愛(ài)護(hù)現(xiàn)場(chǎng)人員、把泄漏物稀釋成不燃物。用泵轉(zhuǎn)移至槽車(chē)或?qū)Ｓ檬占鲀?nèi)，回收或運(yùn)至廢物處理場(chǎng)所處置操作注意事項(xiàng)：密閉操作，提供充分的局部排風(fēng)。操作人員必須通過(guò)專(zhuān)門(mén)培訓(xùn)，嚴(yán)格遵守操作規(guī)程。建議操作人員佩戴自吸過(guò)濾式防毒面具（全面罩），穿橡膠耐酸堿服，戴橡膠手套。遠(yuǎn)離火種、熱源，工作場(chǎng)所嚴(yán)禁吸煙。使用防爆型的通風(fēng)系統(tǒng)和設(shè)備。防止蒸氣泄漏到工作場(chǎng)所空氣中。幸免與氧化劑、酸類(lèi)、堿類(lèi)接觸。搬運(yùn)時(shí)要輕裝輕卸，防止包裝及容器損壞。配備相應(yīng)品種和數(shù)量的消防器材及泄漏應(yīng)急處理設(shè)備。倒空的容器可能殘留有害物儲(chǔ)存注意事項(xiàng)：儲(chǔ)存于陰涼、通風(fēng)的庫(kù)房。遠(yuǎn)離火種、熱源。庫(kù)溫不宜超過(guò)30℃。凍季應(yīng)保持庫(kù)溫不低于10℃。包裝要求密封，不可與空氣接觸。應(yīng)與氧化劑、酸類(lèi)、堿類(lèi)分開(kāi)存放，切忌混儲(chǔ)。采納防爆型照明、通風(fēng)設(shè)施。禁止使用易產(chǎn)生火花的機(jī)械設(shè)備和工具。儲(chǔ)區(qū)應(yīng)備有泄漏應(yīng)急處理設(shè)備和合適的收容材料中國(guó)MAC（mg/m3）：3前蘇聯(lián)（mg/m3）：0.5TLVTN：OSHA3ppmTLVWN：ACGIH0.3ppm,0.37mg/m3監(jiān)測(cè)方法：ACGIH0.3ppm,0.37mg/m3工程操縱：嚴(yán)加密閉，提供充分的局部排風(fēng)。提供安全淋浴和洗眼設(shè)備。呼吸系統(tǒng)愛(ài)護(hù)：可能接觸其蒸氣時(shí)，建議佩戴自吸過(guò)濾式防毒面具（全面罩）。緊急事態(tài)搶救或撤離時(shí)，佩戴隔離式呼吸器眼睛愛(ài)護(hù)：呼吸系統(tǒng)防護(hù)中已作防護(hù)軀體愛(ài)護(hù)：穿橡膠耐酸堿服手防護(hù)：戴橡膠手套其他愛(ài)護(hù)：工作現(xiàn)場(chǎng)禁止吸煙、進(jìn)食和飲水。工作完畢，完全清洗。注意個(gè)人清潔衛(wèi)生。實(shí)行就業(yè)前和定期的體檢。進(jìn)入罐、限制性空間或其它高濃度區(qū)作業(yè)，須有人監(jiān)護(hù)外觀與性狀：無(wú)色，具有刺激性和窒息性的氣體，商品為其水溶液。熔點(diǎn)（℃）：-92沸點(diǎn)（℃）：-19.4分子式：CH20相對(duì)密度（水=1）：0.82相對(duì)蒸汽密度（空氣=1）：1.07分子量：30.03飽和蒸汽壓（KPa）：13.33(-57.3℃)臨界溫度（℃）：137.2閃點(diǎn)（℃）：50(37%)引燃溫度（℃）：430燃燒熱（kJ/mol）：2345.0臨界壓力（MPa）：6.81爆炸上限（v/v）：73.0爆炸下限（v/v）：7.0溶解性：易溶于水，溶于乙醇等多數(shù)有機(jī)溶劑要緊用途：是一種重要的有機(jī)原料，也是炸藥、染料、醫(yī)藥、農(nóng)藥的原料，也作殺菌劑、消毒劑等禁配物：強(qiáng)氧化劑、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿急性毒物：LD50：800mg/kg(大鼠經(jīng)口)；270mg/kg(兔經(jīng)皮)LC50：590mg/m3(大鼠吸入)其他有害作用：該物質(zhì)對(duì)環(huán)境有危害，應(yīng)特不注意對(duì)水體的污染廢棄處理方法：用焚燒法處置危險(xiǎn)物資編號(hào)：83012UN編號(hào)：1198包裝類(lèi)不：O53包裝方法：小開(kāi)口鋼桶；玻璃瓶或塑料桶（罐）外全開(kāi)口鋼桶；磨砂口玻璃瓶或螺紋口玻璃瓶外一般木箱；安瓿瓶外一般木箱；螺紋口玻璃瓶、鐵蓋壓口玻璃瓶、塑料瓶或金屬桶（罐）外一般木箱；螺紋口玻璃瓶、塑料瓶或鍍錫薄鋼板桶（罐）外滿(mǎn)底板花格箱、纖維板箱或膠合板箱。運(yùn)輸注意事項(xiàng)：本品鐵路運(yùn)輸時(shí)限使用鋁制企業(yè)自備罐車(chē)裝運(yùn)，裝運(yùn)前需報(bào)有關(guān)部門(mén)批準(zhǔn)。鐵路運(yùn)輸時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照鐵道部《危險(xiǎn)物資運(yùn)輸規(guī)則》中的危險(xiǎn)物資配裝表進(jìn)行配裝。起運(yùn)時(shí)包裝要完整，裝載應(yīng)穩(wěn)妥。運(yùn)輸過(guò)程中要確保容器不泄漏、不倒塌、不墜落、不損壞。運(yùn)輸時(shí)所用的槽（罐）車(chē)應(yīng)有接地鏈，槽內(nèi)可設(shè)孔隔板以減少震蕩產(chǎn)生靜電。嚴(yán)禁與氧化劑、酸類(lèi)、堿類(lèi)、食用化學(xué)品等混裝混運(yùn)。公路運(yùn)輸時(shí)要按規(guī)定路線(xiàn)行駛，勿在居民區(qū)和人口稠密區(qū)停留3.4產(chǎn)品規(guī)格表3-6鐵鉬法工藝甲醛產(chǎn)品規(guī)格外觀無(wú)色透明液體，無(wú)機(jī)械雜質(zhì)，無(wú)游離水甲醛含量50%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）甲醇含量0.05～1.5（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）酸含量（㎎/㎏）200～3004甲醇反應(yīng)器工藝計(jì)算依照鐵鉬催化氧化法生產(chǎn)工藝，我對(duì)甲醇反應(yīng)器進(jìn)行工藝的計(jì)算，要緊包括物料衡算和熱量衡算兩部分。通過(guò)定量的物料衡算和能量衡算來(lái)評(píng)述初步設(shè)計(jì)所選擇的生產(chǎn)方法、工藝路線(xiàn)是否合理，從而進(jìn)一步優(yōu)化完善工藝設(shè)計(jì)，并為后續(xù)設(shè)備設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。此工藝計(jì)算只對(duì)反應(yīng)器做計(jì)算，反應(yīng)器于0.3～0.6MPa、320～380℃在鐵鉬催化劑上進(jìn)行的等溫氣固相催化反應(yīng)。4.1設(shè)計(jì)任務(wù)按照老師分配的設(shè)計(jì)任務(wù)，本設(shè)計(jì)采納固定床催化反應(yīng)器進(jìn)行甲醛生產(chǎn)，年開(kāi)工8000小時(shí)，甲醛產(chǎn)能為20t/h。產(chǎn)品組成等條件請(qǐng)自行選擇，然而必須符合市場(chǎng)需求。經(jīng)換算后本設(shè)計(jì)年產(chǎn)16萬(wàn)噸50%級(jí)甲醛。4.2涉及化學(xué)反應(yīng)甲醇轉(zhuǎn)化反應(yīng)是由多個(gè)反應(yīng)組成，確定各個(gè)反應(yīng)的進(jìn)行程度能夠用平衡溫距或各組成的轉(zhuǎn)化率來(lái)表示。關(guān)于多個(gè)反應(yīng)系統(tǒng)，取得前者的數(shù)據(jù)比較困難，精確度也難以保證。本計(jì)算采納各組成的轉(zhuǎn)化率來(lái)表示，這些數(shù)據(jù)與實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)相比較，可能會(huì)有一些出入。甲醇氧化的要緊反應(yīng)和相應(yīng)的轉(zhuǎn)化率如表4-1所示[8]。表4-1甲醇制甲醛要緊主、副反應(yīng)及轉(zhuǎn)化率反應(yīng)序化學(xué)反應(yīng)方程式甲醇轉(zhuǎn)化率10.940020.010030.005040.003050.001860.0002表4-2反應(yīng)中涉及物質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量分子式CH3OHO2HCHON2H2COH2OM，g/mol32.0432.0030.0328.012.0228.0118.01對(duì)以上六個(gè)反應(yīng)，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，本設(shè)計(jì)主反應(yīng)考慮反應(yīng)1，副反應(yīng)只考慮反應(yīng)2和反應(yīng)3。表4-2為反應(yīng)中涉及物質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量。4.3反應(yīng)器進(jìn)料組成及安全性4.3.1爆炸范圍在正三角形坐標(biāo)系中，設(shè)定三角形的3個(gè)頂點(diǎn)狀態(tài)分不為甲醇、氧氣和氮?dú)?。將甲醇的爆炸極限(上限、下限)和甲醇在空氣中同意的最高氧含量數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的狀態(tài)點(diǎn)表示于該坐標(biāo)系中，并用直線(xiàn)連接這些狀態(tài)點(diǎn)，即可在正三角形坐標(biāo)系中描繪出反應(yīng)原料氣體(甲醇-氧氣-氮?dú)?的爆炸濃度區(qū)域圖[7、9]，如圖4-1。圖4-1原料氣（甲醇-氧氣-空氣）的爆炸范圍由圖2可知，狀態(tài)點(diǎn)C、D、E、F、O分不代表甲醇在空氣中的爆炸上、下限;在氧氣中的爆炸上、下限;以及在空氣中同意的最高氧含量。由D、C、O、E、F、D所構(gòu)成的區(qū)域則為反應(yīng)原料氣(甲醇-氧氣-氮?dú)?的爆炸范圍。因此,在鐵鉬法甲醛工藝生產(chǎn)裝置的設(shè)計(jì)和操作中應(yīng)當(dāng)絕對(duì)幸免反應(yīng)原料氣的組成狀態(tài)位于該爆炸區(qū)域,以確保生產(chǎn)裝置的安全運(yùn)行。4.3.1操縱方案表4-3原料氣、循環(huán)氣和混合氣得要緊成分物流名稱(chēng)甲醇濃度，（vol%）氧氣濃度，（vol%）氮?dú)鉂舛?，（vol%）反應(yīng)原料氣（進(jìn)口）8.510.978.1循環(huán)氣--7.688.8循環(huán)混合氣（出口）--11.985.6按照上述關(guān)鍵工藝參數(shù)進(jìn)行生產(chǎn)操縱，反應(yīng)原料氣(狀態(tài)點(diǎn)A)、循環(huán)氣和循環(huán)混合氣(狀態(tài)點(diǎn)B)的要緊成分表4-3。若將這些氣體物流的濃度狀態(tài)表達(dá)在圖4-1中,可知A、B、G和CH3OH分不為反應(yīng)原料氣、循環(huán)混合氣、新奇空氣和原料(純)甲醇的組成狀態(tài)點(diǎn)。把CH3OH點(diǎn)與A0點(diǎn)相連并延伸至B點(diǎn),即構(gòu)成正常生產(chǎn)過(guò)程中反應(yīng)原料氣組成變化的安全操作線(xiàn)(又稱(chēng)正常操作線(xiàn))。換言之,為確保裝置的安全生產(chǎn),正常工藝過(guò)程中反應(yīng)原料氣的組成(濃度)狀態(tài)變化須操縱在該安全操作線(xiàn)上[7、9]。4.4催化反應(yīng)過(guò)程物料衡算4.4.1物料衡算依據(jù)物料衡算以質(zhì)量守恒定律為理論基礎(chǔ)。針對(duì)某化工過(guò)程，當(dāng)已知其進(jìn)出物流流量及組成時(shí)，可建立有關(guān)物料的平衡式和約束式，求出其他未知物流的流量和組成信息。一般情況下，在一個(gè)系統(tǒng)中，物料衡算以式（1）為基礎(chǔ)；關(guān)于連續(xù)穩(wěn)定的生產(chǎn)過(guò)程，系統(tǒng)內(nèi)沒(méi)有物料的積存，式（1）可變?yōu)槭剑?）；關(guān)于連續(xù)不穩(wěn)定的過(guò)程，由于該過(guò)程內(nèi)物料量及組成等隨時(shí)刻的變化而變化。因此，物料衡算式必須寫(xiě)成時(shí)刻為自變量的微分方程，表示體系內(nèi)某一瞬間的平衡。系統(tǒng)內(nèi)積存的質(zhì)量=輸入系統(tǒng)的量-輸出系統(tǒng)量-反應(yīng)消耗的量+反應(yīng)生成的量（1）輸入系統(tǒng)的物料質(zhì)量=輸出系統(tǒng)的物料質(zhì)量（2）4.4.2物料衡算基準(zhǔn)如何選擇物料衡算基準(zhǔn)應(yīng)視具體情況而定，選擇適當(dāng)?shù)奈锪虾馑慊鶞?zhǔn)能夠使計(jì)算既準(zhǔn)確又簡(jiǎn)化：1）以單位小時(shí)的物料量為基準(zhǔn)；2）以一批物料量為基準(zhǔn)；3）以物料量為基準(zhǔn)。關(guān)于連續(xù)生產(chǎn)的工藝，采納單位時(shí)刻的投料量或生產(chǎn)的產(chǎn)品量為計(jì)算基準(zhǔn)，此基準(zhǔn)可直接聯(lián)系到生產(chǎn)規(guī)模和設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算，據(jù)此本設(shè)計(jì)項(xiàng)目衡算采納噸每小時(shí)衡算。4.4.3反應(yīng)器進(jìn)口物料的計(jì)算表4-4反應(yīng)器進(jìn)料氣體組成[10]項(xiàng)目CH3OHO2H2ON2摩爾比1.0000.7560.2762.844本設(shè)計(jì)年產(chǎn)16萬(wàn)噸50級(jí)甲醛工業(yè)甲醛，設(shè)備每年運(yùn)行8000h,依照文獻(xiàn)《鐵鉬法甲醛工藝原料氣的爆炸極限與裝置的安全設(shè)計(jì)和操作》，甲醇的收率為91～94，轉(zhuǎn)化率94%，原料損失量取6%，進(jìn)行下一步計(jì)算（王允升）。已知反應(yīng)器進(jìn)料的體積比，將進(jìn)料氣體視為理想氣體，Zi=Zm=1，依照公式（1）可將體積分?jǐn)?shù)換算為摩爾分?jǐn)?shù)，換算后摩爾分?jǐn)?shù)如表4-4。依照公式（2）進(jìn)一步換算得到摩爾比。（1）（2）依照產(chǎn)能，則每小時(shí)生產(chǎn)50級(jí)工業(yè)甲醛的量為純甲醛物質(zhì)的量為依照表2-4工業(yè)甲醇標(biāo)準(zhǔn)和表4-4，由50級(jí)甲醛產(chǎn)品組成倒推原料消耗，各組分的數(shù)計(jì)算如下：純甲醇的物質(zhì)的量：氧氣的物質(zhì)的量：氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量：水蒸氣的物質(zhì)的量：表4-5原料氣的組成及含量項(xiàng)目CH3OHO2H2ON2摩爾比1.0000.7560.2762.844物質(zhì)的量，（kmol/h）343.750261.38795.320983.313考慮6%的損失，（kmol/h）364.375277.070101.0391042.3124.4.4反應(yīng)器出口物料的計(jì)算未反應(yīng)的甲醇的物質(zhì)的量：生成甲醛的物質(zhì)的量：水蒸氣的物質(zhì)的量：未反應(yīng)的氧氣的物質(zhì)的量：氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量：1042.312kmol/h二氧化碳的物質(zhì)的量：一氧化碳的物質(zhì)的量：甲烷的物質(zhì)的量：氫氣的物質(zhì)的量：甲酸的物質(zhì)的量：表4-6反應(yīng)器出口要緊氣體的組成及含量物質(zhì)摩爾分?jǐn)?shù)物質(zhì)的量（kmol/h）質(zhì)量流量（kg/h）CH3OH0.0017.590243.184HCHO0.023346.16010395.185O20.00986.2322759.424H2O0.030450.1108106.481N20.937983.31327542.597CO21.215×10-41.82280.168CO7.288×10-51.09330.615CH44.374×10-50.65610.496HCOOH4.867×10-60.0733.431H22.310×10-43.4667.0014.5催化反應(yīng)過(guò)程熱量衡算4.5.1熱量衡算依據(jù)關(guān)于連續(xù)流淌的過(guò)程，假如沒(méi)有功的傳遞，同時(shí)動(dòng)能和位能也能夠忽略不計(jì)，則能夠得到熱量衡算的差不多方程式：式中：∑Q—過(guò)程換熱量之和，包括熱損失；∑Hout—離開(kāi)設(shè)備的各物料焓的總和；∑Hin—進(jìn)入設(shè)備的各物料焓的總和。熱量衡算確實(shí)是計(jì)算在制定條件下進(jìn)入設(shè)備物料的焓值，從而確定過(guò)程傳遞的熱量，在化工生產(chǎn)中，熱量是最常見(jiàn)最普遍最要緊的能量傳遞形式，因此能量衡算中熱量衡算占有重要的地位。通過(guò)熱量衡算，能夠確定傳入或傳出的熱量。從而求出加熱劑或冷卻劑的消耗量和各物流的溫度，同時(shí)結(jié)合設(shè)備計(jì)算還能夠計(jì)算出傳熱面積的大小。4.5.2熱量衡算步驟1）建立以單位時(shí)刻為基準(zhǔn)的物料流程圖，確定熱量衡算的范圍；2）在流程圖上標(biāo)明已知溫度、壓力、相態(tài)、物流量以及組成等已知條件；3）選定計(jì)算的基準(zhǔn)溫度。由于手冊(cè)、文獻(xiàn)上查到的熱力學(xué)數(shù)據(jù)大多數(shù)是273K或298K的數(shù)據(jù)，故選此溫度為基準(zhǔn)溫度，計(jì)算比較方便。計(jì)算時(shí)，相態(tài)的確定也是專(zhuān)門(mén)重要的；4）列出熱量衡算式，然后用數(shù)學(xué)方法求解未知值；5）列出熱量衡算表；6）假如需要，計(jì)算出所需加熱劑或冷卻劑的用量。4.5.3熱量衡算基準(zhǔn)本設(shè)計(jì)選用列管式固定床反應(yīng)器。熱量衡算過(guò)程以298.15K、0.05MPa為計(jì)算基準(zhǔn)。反應(yīng)氣體于350℃、0.05MPa下進(jìn)入反應(yīng)器，在催化劑作用下進(jìn)行恒溫反應(yīng)。在此條件下，反應(yīng)器進(jìn)料均為氣相，直到反應(yīng)開(kāi)始前沒(méi)有相變和汽化潛熱。4.5.4各物質(zhì)比熱容的計(jì)算根基《物理化學(xué)》課本，查的每個(gè)組分的熱容與溫度的函數(shù)式，即Cp=a+bT+cT2。表4-7各物質(zhì)指定范圍恒壓熱熔物性[11]物質(zhì)范圍/KCp值O231.463.390×10-3--0.000273~200033.657N226.874.270×10-3--0.000273~250029.638H2O30.1211.300×10-3241.825273~200037.444CH3OH20.42103.680×10-3-24.640×10-5-201.170300~700-15.892H229.08-0.84×10-32.000×10-60.000300~150029.376CH417.516.046×10-31.117×10-6-74.847298~150021.898HCHO18.825.838×10-3-1.561×10-6-115.900291~150021.948HCOOH30.678.920×10-3-3.454×10-6-362.63300~70035.000CO27.6005.000×10-3110.52290~250030.841CO244.1409.040×10-3393.51298~250049.999注：的單位為kJ.mol-1，Cp的單位為J.mol-1.K-1把T=350+298.15=648.15K帶入上述公式得各物質(zhì)的比熱容，其結(jié)果見(jiàn)表4-7。4.5.5各物質(zhì)焓值的計(jì)算設(shè)反應(yīng)氣為理想氣體，反應(yīng)器為等溫反應(yīng)，則離開(kāi)反應(yīng)器出口氣體為350℃，0.05MPa，由于該狀態(tài)下沒(méi)有汽化潛熱和相變含，如此只需計(jì)算反應(yīng)生成含，以簡(jiǎn)化計(jì)算。(3)(3)依照公式（3）和（4）計(jì)算各反應(yīng)的焓值如表4-8所示。4-8反應(yīng)生成熱值化學(xué)反應(yīng)方程式甲醇轉(zhuǎn)化率KJ/hKJ/h0.94001.842×1082.977×1061.871×1080.0100-1.113×108-9.225×105-1.122×1080.00501.416×1084.308×1061.460×1080.00307.212×1072.096×1067.422×1070.00187.309×1072.040×1067.513×1070.00027.326×1072.029×1067.529×107六個(gè)反應(yīng)生成焓值為依照等溫反應(yīng)器假設(shè)，為了維持反應(yīng)器內(nèi)溫度為350℃，應(yīng)每小時(shí)從反應(yīng)器移走的熱量。4.3導(dǎo)熱油用量的確定列管式固定床反應(yīng)器的殼程走導(dǎo)熱油，移走反應(yīng)放出的熱量，使導(dǎo)熱油從200℃升溫到320℃。4-9導(dǎo)熱油的物性數(shù)據(jù)名稱(chēng)平均分子量密度比熱容汽化熱導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱油25210052.402720.458導(dǎo)熱油用量由知，每小時(shí)需要kg熱油來(lái)移走反應(yīng)熱。5反應(yīng)器尺寸設(shè)計(jì)在化工生產(chǎn)中，反應(yīng)器的優(yōu)劣直接阻礙了工廠的產(chǎn)品質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)效益。本設(shè)計(jì)在采納鐵鉬催化劑于列管式恒溫固定床上進(jìn)行甲醇催化反應(yīng)生產(chǎn)甲醛。本章將對(duì)反應(yīng)器的幾何尺寸和要緊機(jī)械尺寸做計(jì)算。5.1反應(yīng)器型式的確定選擇并確定工業(yè)反應(yīng)器的型式和結(jié)構(gòu)，一要掌握工業(yè)反應(yīng)器的要求，依照反應(yīng)工程的理論，對(duì)反應(yīng)過(guò)程作出合理的反應(yīng)器類(lèi)型選擇。二要熟悉和掌握各種反應(yīng)器的類(lèi)型及其差不多傳遞特征。固定床反應(yīng)器是用來(lái)進(jìn)行氣—固催化反應(yīng)的典型設(shè)備，按操作及床層溫度分布的不同可分為絕熱式、等溫式和非絕熱非等溫三種類(lèi)型。常用的固定床反應(yīng)器下部設(shè)有多孔板，板上放置固體催化劑顆粒。氣體自反應(yīng)器頂部通入，流經(jīng)催化劑床層反應(yīng)后自反應(yīng)器底部引出。催化劑顆粒保持靜止?fàn)顟B(tài)故稱(chēng)固定床反應(yīng)器。當(dāng)用于反應(yīng)器熱效應(yīng)較小的場(chǎng)合時(shí)，反應(yīng)器傳熱問(wèn)題易于解決，其反應(yīng)器直徑較大，設(shè)備為簡(jiǎn)單的筒體式。合成甲醛的反應(yīng)器有專(zhuān)門(mén)多類(lèi)型，然而由于合成甲醛的反應(yīng)是一個(gè)放熱反應(yīng)，反應(yīng)熱效應(yīng)大，為使反應(yīng)始終處于較高的速度進(jìn)行，必須及時(shí)移走反應(yīng)熱量，因此，按照不同的移熱方法，反應(yīng)器可分為等溫固定床列管式和絕熱冷激型多段式兩大類(lèi)。由于等溫固定床列管式反應(yīng)器溫度便于操縱，目前采納較多。因此工藝采納等溫固定床列管式反應(yīng)器，這種反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)是采納管束式合成塔，這種合成塔的溫度幾乎是恒定的，反應(yīng)溫度恒定的好處一是有效抑制了副反應(yīng)；二是催化劑的使用壽命長(zhǎng)。流化床反應(yīng)器特點(diǎn)是流程復(fù)雜，在床內(nèi)由于返混反應(yīng)器內(nèi)徑向比較均一，和同樣內(nèi)徑、長(zhǎng)度的固定床相比，空速相同時(shí)、流化床反應(yīng)器內(nèi)壓降更小，向反應(yīng)器內(nèi)補(bǔ)充催化劑無(wú)需停產(chǎn)，但工藝流程長(zhǎng)，設(shè)備多，投資大，對(duì)催化劑要求苛刻。綜上所述，在考慮了技術(shù)、成本、工藝后，選擇列管式恒溫固定床反應(yīng)器。5.2設(shè)計(jì)參數(shù)及任務(wù)表5-1反應(yīng)器設(shè)計(jì)參數(shù)及任務(wù)進(jìn)料甲醇364.375kmol/h進(jìn)料氧氣277.07kmol/h進(jìn)料水101.039kmol/h進(jìn)料氮?dú)?042.312kmol/h50級(jí)甲醛產(chǎn)量16萬(wàn)噸/年催化劑鐵鉬催化劑（Fe2O3、MoO3）年工作時(shí)刻8000h體積空速80000L/h反應(yīng)溫度350℃反應(yīng)壓力0.3~0.6Mpa原料配比甲醇：氧氣：水：氮?dú)?1.000：0.756：0.276：2.844由于本設(shè)計(jì)進(jìn)料量較大，因此我選擇兩個(gè)反應(yīng)器并聯(lián)操作，單個(gè)反應(yīng)器產(chǎn)能為8萬(wàn)噸/年，以分擔(dān)采納單個(gè)反應(yīng)器的負(fù)荷，提高反應(yīng)器的穩(wěn)定性和安全性。5.3反應(yīng)器結(jié)構(gòu)的計(jì)算在工程上要確定反應(yīng)器的幾何尺寸，首先得確定一定生產(chǎn)能力下所需的催化劑容積，再依照工程實(shí)驗(yàn)所提供的反應(yīng)器資料最后確定出反應(yīng)器的幾何尺寸。5.3.1催化劑的填充量依照參考文獻(xiàn)，甲醇催化反應(yīng)的催化劑顆?？账俜秶鸀?0000~180000L/h，能得到中意的產(chǎn)率。W越大，原料氣沒(méi)有充分發(fā)生反應(yīng)，W越小，副反應(yīng)增多，都會(huì)使產(chǎn)率降低，單耗增加。因此，為了得到最好的產(chǎn)率，一般要求在一范圍內(nèi)，則使空速達(dá)到最大，才能得到最大的產(chǎn)量[5，10]。本設(shè)計(jì)的催化劑粒度空速取80000L/h。依照空速算得催化劑的填充量為：——催化劑的填充量，m3——表態(tài)下原料氣氣體積流量——體積空速，h-1q——進(jìn)料氣速，m3/h因此：反應(yīng)采納的催化劑為鐵鉬催化劑：鐵鉬比在2.1~2.8間，最佳為2.5，催化劑成圓環(huán)狀，粒度為5.0mm×2.0mm×3.5mm，堆密度為，比表面積為5.4。故反應(yīng)器裝填催化劑的質(zhì)量為：設(shè)催化劑的有效率為85%，則單塔的催化劑用量為5.3.2反應(yīng)管長(zhǎng)度的計(jì)算取空床速度為1.0m/s，則床層截面積為：則催化劑床層高度為：依照《化學(xué)反應(yīng)工程》課本取床層空隙率為0.3，則反應(yīng)管長(zhǎng)為:5.3.3管束尺寸和反應(yīng)管的排列選取工業(yè)上所用的的列管，則單管催化劑體積為：則管數(shù)為：則每個(gè)反應(yīng)器管數(shù)為4045根，每個(gè)反應(yīng)器采納正三角形排列采納正三角形排列。由公式：式中：D—?dú)んw內(nèi)徑，mm；t—管中心距，mm；—橫過(guò)管束中心線(xiàn)的管束b'—一般取，mm，管子采納正三角形排列，，圓整為83根。故帶入公式得：取整后D=2700mm對(duì)該反應(yīng)器：，單管長(zhǎng)徑比為：因此，所設(shè)計(jì)的反應(yīng)器符合實(shí)際情況。5.3.4反應(yīng)床層壓降式中：p——壓力，Pa；fm——修正的摩擦系數(shù)；——流體密度，kg/m3；u0——空塔線(xiàn)速，m/s；dp——催化劑顆粒直徑，m；——床層空隙率；H——床層高度，m；——流體的絕對(duì)黏度，；a、b——系數(shù)，采納Ergun提出的數(shù)值，a＝1.75，b＝150。而取5.4機(jī)械強(qiáng)度的計(jì)算和校核5.4.1設(shè)計(jì)的選材考慮到使用溫度、需用應(yīng)力、價(jià)格、供貨情況及材料的焊接性能等，在設(shè)計(jì)中選?。簹んw、列管、管板、封頭、法蘭、支座、折流板材料為0Cr18Ni10T。5.4.2板厚的計(jì)算依照流體進(jìn)出口溫度，選擇流體的設(shè)計(jì)溫度為455，設(shè)計(jì)壓力為由于本操作是在高溫下進(jìn)行，所選材料為耐高溫材料0Cr18Ni10Ti[13]。焊接方式：選為雙面焊對(duì)接接頭，100%無(wú)損探傷，故焊接系數(shù)；依照GB6654《壓力容器用鋼板》和GB3531《低溫壓力容器用低合金鋼板》規(guī)定可知對(duì)OCr18Ni9鋼板，材料的許用應(yīng)力（2-60mm）則厚度按下式計(jì)算：，圓整后取厚度為32mm。5.4.3氣壓試驗(yàn)0Cr18Ni10Ti的屈服極限為氣壓試驗(yàn)：，兩者之間取較大值，因此氣壓試驗(yàn)強(qiáng)度校核滿(mǎn)足公式：，則，因此氣壓試驗(yàn)滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。取反應(yīng)器筒體內(nèi)徑為2700mm,厚度為32mm。5.5氣體分布板設(shè)計(jì)5.5.1氣體分布板的形式工業(yè)應(yīng)用的氣體分布板形式專(zhuān)門(mén)多，要緊有直流式、側(cè)流式、填充式、短管以及無(wú)分布板的漩流式等。此反應(yīng)器選用側(cè)縫式錐帽分布板。5.5.2分布板的壓降式中u——操作孔速，；α——分布板的開(kāi)孔率；ε——分布板的阻力系數(shù)，一般為1.5～2.5，關(guān)于側(cè)縫帽分布板為2?！?dú)怏w密度，。理想的氣體分布板壓降必定是同時(shí)滿(mǎn)足均勻布?xì)夂途哂辛己梅€(wěn)定性這兩個(gè)條件的最小壓降。5.5.3均勻布?xì)鈮航礡ichardson建議分布板的阻力至少應(yīng)是氣流阻力的100倍，即：5.5.4穩(wěn)定性壓降A(chǔ)garwal等指出，穩(wěn)定性壓降應(yīng)不小于列管式固定床層壓降的10％，即同時(shí)在任何情況下，其最小值約為3500Pa。由此，分布板的最小壓降可表示為：那個(gè)地點(diǎn)，均勻布?xì)鈮航稻统蔀榇我獑?wèn)題，只考慮穩(wěn)定性壓降就能夠了。因此：因?yàn)椋虼巳∫虼?.5.5折流板厚取板厚10mm。5.6管口設(shè)計(jì)5.6.1反應(yīng)器進(jìn)口反應(yīng)器進(jìn)口總流量為，選進(jìn)入反應(yīng)器之前總管道運(yùn)輸速度為25m/s時(shí)，符合化工經(jīng)驗(yàn)值并聯(lián)總管的直徑為：，采納DN=1000的管道校核：依照選取的公稱(chēng)直徑為1000，則速度為：每個(gè)反應(yīng)器選氣體進(jìn)口速度為25m/s，則進(jìn)口管直徑為：，先圓整為400mm，但校正不合格；圓整用DN=500的壓力管口（依照GB/T1057-1995）校核：，在15-30m/s范圍內(nèi)，能夠選取。經(jīng)估算，1.0m/s的空塔氣速不能使催化劑達(dá)到