年产5万吨甲醛工艺设计---氧化反应器的设计
目录摘 要1Abstract11. 产物甲醛概述.21.1 甲醛的性质及用途.21.1.1甲醛的理化性质.21.1.2甲醛的应用及相关问题.31.2 甲醛的生产.3 1.2.1 我国的生产情况.3 1.2.2 世界的生产情况.42. 甲醛的生产工艺介绍.4 2.1 甲醛的生产方法.4 2.1.1 甲醇过量法（银催化法）5 2.1.2 空气过量法（铁钼催化法）.6 2.2 生产工艺影响因素.6 2.3 化学反应器的分类.7 2.3.1 按聚集状态分类.8 2.3.2 按反应器形状分类.8 2.3.3 按操作方式分类.8 2.3.4 按流动状态分类.8 2.3.5 按换热方式分类.9 3. 工艺流程简述.9 3.1 工艺流程框图.9 3.2 银催化法对催化剂的选择.9 3.3 生产方法的选定.10 4. 工艺计算.10 4.1 设计任务.10 4.2 物料衡算.10 4.2.1 化学反应.10 4.2.2 反应器进出口物料衡算表.11 4.3 能量衡算.11 4.3.1 反应热 .11 4.3.2 冷凝热.12 4.3.3 转化气带出的热量.12 5. 反应器工艺尺寸计算.13 5.1 催化剂床层高度及直径计算.14 5.2 反应床层阻力降计算.14 5.3 反应器冷却段工艺计算.15 5.3.1 混合气体的性质.16 5.3.2 反应器急冷段.17 5.3.2.1计算管数及管长.17 5.3.2.2 传热系数K 的校核.18 5.3.2.3 计算管程压力降.19 5.3.3 反应器壳体直径的确定.19 5.3.4 反应器封头的选择.20 5.3.5 反应器总高度的确定.20 结束语.22 参考文献.23 谢 辞.24 年产5万吨甲醛工艺设计-氧化反应器的设计摘 要：甲醛是重要的化工产品。这篇文章主要介绍了甲醛的性质、用途、主要生产方法、市场前景及发展趋势，设计了年产5万吨甲醛的生产工艺。本文主要承担反应器的设计，根据物料衡算及能量衡算，确定了反应器的工艺参数、类型及特征尺寸，从而能够在适当的工艺条件下实现甲醛的生产。关键词：甲醛；工艺设计；反应器The Process Design of a Producing 50,000 tons per year methanolThe Design of Oxidation reactorAbstract: The methanol is an important product of chemical industry. Its natures, the uses, the main production methods, the market prospect and the trend of development were mainly introduced in this paper. A 50000 tons per year of methanol production technology is designed.It is mainly responsible for the design of reactor in this article.According to the material balance and energy balance, to determine the process parameters, type and characteristics of the reactor size,which could in the appropriate technology condition realize methanol production.Key words: methanol; process design; reactor1.产物甲醛概述1.1 甲醛的性质及用途1.1.1 甲醛的理化性质 物理性质：甲醛（Formaldehyde），又名蚁醛，是最简单的脂肪醛，分子式HCHO，相对分子质量30.03。常温下，甲醛是一种具有窒息作用的无色气体，有强烈刺激性气味，有毒，其毒性主要表现在对人的眼睛、鼻腔、皮肤和呼吸系统的粘膜等的刺激作用上。甲醛水溶液为无色液体，有强烈刺激气味，最高浓度可达55%，俗称的“福尔马林”即为40%的甲醛水溶液。 化学性质:甲醛分子结构中存在羰基氧原子和-氢原子，化学性质很活泼，它能与许多化合物进行反应，生成许多重要的工业化学品和化工中间体。（1） 聚合反应甲醛的特殊性质是自身容易聚合，刚生产出来的甲醛水溶液静置时会自动生成低分子聚合物。甲醛水溶液在密闭的容器里置于室温下会迅速聚合并放出热量（63kJ/mol）。甲醛水溶液是处于平衡状态下的不同种类可溶甲醛低聚物的混合溶液，其基本分子式为HO(CH2O)nH。 H2O+nCH2OHO(CH2O)nH 式（1-1）（2） 分解反应甲醛具有意想不到的稳定性，在低于300时无催化剂作用其分解速度非常缓慢。在400时甲醛的分解速度约为0.44/分，分解的主要产物是CO和H2。 CH2O Cat CO+H2 式（1-2）（3） 氧化反应 CH2OO2HCOOH 式（1-3） CH2O+O2CO2+H2O 式（1-4）（4） 银镜反应HCHOAgNO3NH4OHAgHCOOHNH3H2O 式（1-5）1.1.2 甲醛的应用及相关问题 甲醛是重要的基本化工原料，由于它的化学性质活泼可以和许多物质进行反应，生成众多的有用的化学品，如合成树脂、合成农药及缓效肥料、合成医药、合成香料、合成炸药等。在我国，甲醛主要用于生产脲醛树脂，大约可以占甲醛消费总量的50%以上，但甲醛衍生物多达上百种，包括酚醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、乌洛托品（六亚甲基四氨）、三羟甲基丙烷、新戊二醇、二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）、吡啶、肥料、农药、医药等多个化工行业和领域。然而目前甲醛行业存在的问题亦不在少数。一方面，脲醛树脂、酚醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂作为最重要的甲醛衍生产品，大部分用于板材行业。由于其游离甲醛含量超标从而造成的环保问题一度成为世人关注的焦点。目前来看，只要生产厂家采用先进配方规范生产，就可以使脲醛树脂胶的质量满足无害化的需求。另一方面，虽然甲醛衍生物极多且不乏高附加值产品，但目前国内实现工业生产的为数不多，不少富有经济效益的产品尚有待开发和推广。甲醛溶液是不稳定的，储运中容易发生化学变化，为了防止其发生，需要重视甲醛溶液的储运。通常需根据不同的甲醛溶液浓度确定储存温度、时间以及添加稳定剂的用量。应尽量缩短甲醛水溶液的储存时间；提高甲醛产品质量，尽可能降低酸值；采用较好的防腐储槽或铁桶储运甲醛成品，以免铁离子污染成品促进酸值增高。储槽可用铝制，也可用碳钢制作，若用钢制储槽，须在内壁进行防腐处理，涂有防腐层，一般采用过氯乙烯漆，环氧树脂漆作防腐涂料。1.2 甲醛的生产1.2.1 我国的生产情况我国甲醛生产始于1956年，由苏联专家设计指导第一套3.0kt/a（37%）甲醛生产装置在上海建成，我国的甲醛生产已经走过了50多年的发展历程。20世纪50年代末时，我国甲醛生产总能力尚不足40kt/a（37%，下同）。从1975年开始我国开始推广和应用电解银催化剂，同时不断改进和发展，使甲醇单耗从540kg/t降低至450kg/t，从而大幅降低生产成本。从上世纪90年代开始又引进铁钼法成套装置，提高了铁钼法生产水平。发展至2006年，我国甲醛生产能力约为1468万吨/a，约占世界总生产能力的34.5%；产量约为1110.6万吨
