1. 研究目的与意义
1研究背景 随着我国国民经济的不断快速发展，化工原料的需求不断扩大且成倍的增长，化工行业在巨大的市场需求刺激下得到了飞速发展。随着甲醇工业的不断发展，开发甲醇下游产品将甲醇转化为其他有机化工产品已经引起各国研究人员的浓厚兴趣，而甲醛是甲醇转化的主要目的产物之一。市场需求是企业发展的动力，但由于企业规模的限制，有些企业仍使用比较不经济科学的生产方式。 甲醛是一种重要的基本有机化工原料，可用来制备农药、消毒剂、酚醛树脂、脲醛树脂、季戊四醇、染料等，已被广泛的应用于脲醛胶、酚醛胶、乌洛托品、季戊四醇、新戊二醇、乙二醇、三羟甲基丙烷、吡啶和1，4-丁二醇等多种化工产品的生产领域。由于化工行业对原料的质量要求非常高，甲醛等基础化工原料的生产一定要达到相应的标准。如果原料不合格，可想而知接下来的一系列的产品都是不符合标准甚至对人体有害的。 目前甲醛的生产方法主要有甲醇氧化法、天然气氧化法、二甲醚氧化法、甲醇脱氢法等。
1）甲缩醛氧化法
甲缩醛氧化法制取高浓度甲醛由三步进程完成：甲缩醛的合成、甲缩醛氧化和过浓度甲醛吸收与处理。甲缩醛氧化法是制备高浓度甲醛溶液的另一种方法。日本旭化成公司于20世纪80年代开发成功的这一生产方法，是将甲醛和甲醇在阳离子交换树脂的催化作用下，采用反应精馏的方法先合成甲缩醛，然后将甲缩醛在铁钼氧化催化剂的作用下，用空气氧化生产甲醛。
2. 研究内容和预期目标
1、研究内容
由于铁钼法一次性投资费用大，投资回收期长。而银法工艺上用的电解银催化剂，其制法简单，成本较低，并可重复使用。铁钼法由供应商提供，价格昂贵且受到一定的制约。银法的运行成本在设备折旧费、能耗、催化剂消耗费用以及副产蒸汽等方面都优于铁钼法。所以我选择银催化甲醇氧化制甲醛。
通过查阅文献，了解目前甲醛生产的基本方法，并就银催化甲醇氧化制甲醛生产工艺过程进行详细设计：
3. 研究的方法与步骤
| 我最终的设计采用的是以银为催化剂，甲醇氧化生产甲醛的工艺。 原料甲醇用泵送入高位槽（1），以一定的流量经过滤器（2）进入间接蒸汽加热的蒸发器（3）。同时在蒸发器底部由鼓风机（7）送入经除去灰尘和其它杂质的定量空气。空气鼓泡通过被加热45～50℃的甲醇层时被甲醇蒸气所饱和，每升甲醇蒸气和空气混合物中加入一定量的水蒸气。为了保证混合气在进入反应器后即进行反应，以及避免混合气中存在甲醇凝液，还常将混合气进行过热。过热在过热器（4）中进行，一般过热温度为105～120℃。过热后的混合气经阻火器（5），以阻止氧化器中可能发生燃烧时波及到蒸发系统；再经过滤器（8）滤除含铁杂质，进入氧化反应器（9），在催化剂作用下，于380～640℃发生催化氧化和脱氢反应。 氧化反应器由两部分组成，上部是反应部分，在气体入口处连接一锥型的顶盖，使气体分布均匀，然后原料混合气在置于搁板上催化剂层中进行催化反应。为了防止催化剂层过热，在催化剂层中装有冷却蛇管，通入冷水以带出部分反应热。氧化器下部是一紫铜的列管式冷却器，管外通冷水冷却。从反应部分来的反应气体在这里迅速地冷却至100～130℃，以防止甲醛在高温下发生深度氧化等副反应；但也不能冷却到过低的温度，以免甲醛聚合，造成聚合物堵塞管道。由于铁能促进甲醇深度氧化分解，因此反应部分和冷却管采用紫铜或不锈铜。 在640℃银催化作用下，甲醇发生脱氢、氧化反应。出氧化器的反应气体进入第一吸收塔（10），将大部分甲醛吸收；未被吸收的气体再进入第二吸收塔（11）底部，从塔顶加入一定量的冷水进行吸收。由第二吸收塔塔底采出的稀甲醛溶液经循环泵（18）打入第一、第二吸收塔，作为吸收剂的一部分。自第一吸收塔塔底引出的吸收液经冷却器（14）冷却后，由泵（17）抽出，一部分返回塔（11），另一部分送入冷却器（15）冷却后得到产品，即为含10%甲醇的甲醛水溶液。甲醇的存在可防止甲醛聚合。甲醛产率约86%。由第二吸收塔排出的尾气可送燃烧或排空。 甲醇氧化制甲醛主反应方程式： CH3OH 1/2O2=HCHO H2O （式2－1） CH3OH=HCHO H2 （式2－2） H2 1/2O2=H2O （式2－3） 甲醇氧化制甲醛副反应方程式： CH3OH O2=CO 2H2O （式2－4） CH3OH 2/3O2=CO2 2H2O （式2－5） HCHO 1/2O2=HCOOH （式2－6） HCOOH=CO H2O （式2－7） HCHO=CO H2 （式2－8） HCHO O2=CO2 H2O （式2－9） CH3OH=C H2O H2 （式2－10） CH3OH H2=CH4 H2O （式2－11） 2HCHO H2O=CH3OH HCOOH （式2－12） 该反应系统的物质数有10种，它们是CH3OH、HCHO、HCOOH、CO、CO2、CH4、H2、O2、H2O、N2，构成这些物质的元素有4种，因此该系统的独立反应数为10－4＝6，可选用反应以下反应作为该系统的独立反应，它们是： CH3OH＋1/2O2→HCHO＋H2O （式2－13） CH3OH＋3/2O2→CO2＋2H2O （式2－14） CH3OH＋O2→CO＋2H2O （式2－15） CH3OH＋O2→HCOOH＋H2O （式2－16） CH3OH＋H2→CH4＋H2O （式2－17） CH3OH→HCHO＋H2 （式2－18） 产品产量及其组成按每小时算，则年产1万吨37%的甲醛溶液物料衡算如下： 已知年工作时间：1年以300天计（约7200小时）；年生产能力：1万吨/年；水醇比：0.7；装置所有蒸汽压力250KPa(表压)；空气相对湿度为48%：其中含O2：21%；N2：78.5%；H2O：0.5%；甲醛分子量：30 尾气组成及产品质量见下表： 表2—2尾气组成及产品质量尾气及产品组成Wt%
计算产品产量及其组成，原料投入量，尾气中各组分含量的计算。 液态组分在22℃下的Cp值为： 甲醇Cp=79.237kJ/(kmol·℃) 水Cp=75.338kJ/(kmol·℃) 计算公式： 在恒压下，气态物质过程的焓变采用△H=nCp△T计算，恒压绝热过程热Qp=△H 根据各项数据进行个物料的热量恒算。 之后进行设备的选型。分别对蒸发器，过热阻火器，氧化炉等进行恒算，通过恒算数据确定换热器的选择。 固定管板式换热器 换热管φ25的基本参数（管心距32mm） 根据恒算数据公称直径，管程数，公称压力，管子根数；中心排管数；管程流通面积为；换热管长度；计算换热面积等。 实际传热面积S0=nπdL 则可得采用此换热器过程总传热系数。 最后绘制流程图。
图1-1甲醇氧化制甲醛的工艺流程 1-甲醇高位槽；2-甲醇过滤器；3-蒸发器；4-过热器；5-阻火器；6-空气过滤器；7-鼓风机；8-过滤器；9-氧化器；10-第一吸收塔；11-第二吸收塔；12、13、14、15-冷却器；16-甲醇泵；17、18-循环泵
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4. 参考文献
[1]陈敏恒，化工原理(第三版)[m].北京：化学工业出版社，2006
[2]薛琪，尾气循环银法甲醛生产工艺［j］.精细与专用化学品,2005-02-21
[3]崔国星尾气循环银法高浓度甲醛工艺的模拟研究［j］.天然气化工(c1化学与化工)，2011-06-25
5. 计划与进度安排
1.2022-2-29～20译工作。并与指导教师进行学习和探讨，确定设计的初步方案，完成开题报告；
2.2022-3-12～2022-5-08查找资料，完成工艺流程的设计，进行系统的物料衡算及热量衡算，对主体及附属设备进行设计，确定设备类型及尺寸等；
3.2022-5-09～2022-6-05完成工艺流程图、设备图、布置图等的绘制，完成设计说明书；提交设计说明书查重；
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