第一篇：年產(chǎn)3.5萬(wàn)噸丙烯腈合成工段工藝設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)

化工工藝設(shè)計(jì) 課 程 設(shè) 計(jì) 年產(chǎn)3.5萬(wàn)噸丙烯腈合成工段工藝設(shè)計(jì) 年 級(jí) 2013 專(zhuān) 業(yè) 化學(xué)工程與工藝 學(xué) 號(hào) 姓 名 指導(dǎo)教師 設(shè)計(jì)成績(jī) 完成日期 2016 年 月 日 《課程設(shè)計(jì)》成績(jī)?cè)u(píng)定欄 評(píng)定基元 評(píng)審要素 評(píng)審內(nèi)涵 分值 評(píng)分 簽名欄 設(shè)計(jì)說(shuō)明，50% 格式規(guī)范 內(nèi)容完整 格式是否規(guī)范 10 評(píng)閱教師簽名 內(nèi)容是否完整 10 工藝計(jì)算 正確、完整和規(guī)范 物料恒算 10 熱量衡算 10 設(shè)備設(shè)計(jì)和選型 10 設(shè)計(jì)圖紙，40% 圖紙規(guī)范 標(biāo)注清晰 方案流程圖 10 評(píng)閱教師簽名 工藝物料流程圖 10 帶控制點(diǎn)的工藝流程圖 20 平時(shí)成績(jī)，10% 上課出勤 上課出勤考核 5 指導(dǎo)教師簽名 制圖出勤 制圖出勤考核 5 合計(jì) 100 化工工藝設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 學(xué) 號(hào) 學(xué)生姓名 專(zhuān)業(yè)（班級(jí)）設(shè)計(jì)題目 年產(chǎn) 3.5 萬(wàn)噸丙烯腈合成工段工藝設(shè)計(jì) 設(shè) 計(jì) 技 術(shù) 參 數(shù) 1.生產(chǎn)能力：

35000 噸/年 2.原料：丙烯85%，丙烷15%（摩爾分率）；

液氨100% 3.產(chǎn)品：1.8%（wt）丙烯腈水溶液 4.生產(chǎn)方法：丙烯氨氧化法 5.丙烯腈損失率：3% 6.設(shè)計(jì)裕量：6% 7.年操作日：300天 設(shè) 計(jì) 要 求 1.確定設(shè)計(jì)方案，并畫(huà)出流程框圖（要求見(jiàn)4（1））；

2.物料衡算，熱量衡算 3.主要設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算 4.繪圖要求：（1）流程框圖（CAD或者PPT繪，截圖在方案設(shè)計(jì)中）；

（2）方案流程圖（CAD或手繪，A3圖紙）；

（3）工藝物料流程圖（帶物料表，CAD或手繪，A3圖紙）；

（4）制帶控制點(diǎn)的工藝流程圖（CAD或手繪，A3圖紙）；

5.編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 工 作 量 1.設(shè)計(jì)計(jì)算：1.5周 2.工藝流程圖與設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)：1周 3.答辯：0.5周 工 作 計(jì) 劃 第一周：物料衡算、熱量衡算及主要設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算 第二周：畫(huà)圖，撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，第三周：答辯 參 考 資 料 《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四版(上下冊(cè))，中國(guó)石化集團(tuán)上海工程有限公司編，化學(xué)工業(yè)出版社，2009年 《化學(xué)化工物性參數(shù)手冊(cè)》，青島化工學(xué)院等編，化學(xué)工業(yè)出版社，2002年 第一部分 概述 1.1 丙烯腈的性質(zhì) 1.1.1 丙烯腈的物理性質(zhì) 丙烯腈是一種非常重要的有機(jī)化工原料，在合成纖維、樹(shù)脂、橡膠急膠粘劑等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。丙烯腈，英文名Acrylonifrile（簡(jiǎn)稱(chēng)為ACN），化學(xué)分子式：CH2=CH-CN；

分子量：53.1。丙烯腈在常溫下是無(wú)色或淡黃色液體，劇毒，有特殊氣味；

可溶于丙酮、苯、四氯化碳、乙醚和乙醇等有機(jī)溶劑；

與水互溶，溶解度見(jiàn)表1-1。丙烯腈在室內(nèi)允許濃度為0.002MG/L，在空中的爆炸極限為3.05~17.5%（體積）。因此，在生產(chǎn)、貯存和運(yùn)輸中，必須有嚴(yán)格的安全防護(hù)措施。

丙烯腈和水、苯、四氯化碳、甲醇、異丙醇等會(huì)成二元共沸混合物，和水的共沸點(diǎn)為 71℃，共沸點(diǎn)中丙烯腈的含量為88%（質(zhì)量），在有苯乙烯存在下，還能形成丙烯腈—苯乙烯—水三元共沸混合物。丙烯腈的主要物理性質(zhì)見(jiàn)表1-2。

表 1-1 丙烯腈與水的相互溶解度 溫度/℃ 水在丙烯腈中的溶解度（質(zhì)量）/% 丙烯腈在水中的溶解度（質(zhì)量）/% 0 2.10 7.15 10 2.55 7.17 20 3.08 7.30 30 3.82 7.51 40 4.85 7.90 50 6.15 8.41 60 7.65 9.10 70 9.21 9.90 80 10.95 11.10 表 1-2 丙烯腈的主要物理性質(zhì) 性質(zhì) 指標(biāo) 性質(zhì) 指標(biāo) 性質(zhì) 指標(biāo) 沸點(diǎn)(101.3KPa)78.5℃ 燃點(diǎn)/℃ 481 蒸汽壓/KPa 熔點(diǎn)/℃ —82.0 比熱容/J.kg-1.K-1 20.92±0.03 8.7℃時(shí) 6.67 相對(duì)密度(d426)0.0806 蒸發(fā)潛熱(0~77℃)32.6kJ/mol 45.5℃時(shí) 33.33 粘度(25℃)0.34 生成熱(25℃)151kJ/mol 77.3℃時(shí) 101.32 折射率(nD25)1.3888 燃燒熱 1761kJ/mol 臨界溫度 246℃ 閃點(diǎn)/℃ 0 聚合熱(25℃)72 kJ/mol 臨界壓力 3.42MPa 1.1.2 丙烯腈的化學(xué)性質(zhì)及應(yīng)用 丙烯腈分子中含有雙鍵及氰基（-CN），其化學(xué)性質(zhì)非?；顫?，可以發(fā)生加成、聚合、水解、醇解、腈基及氫乙基化等反應(yīng)。

聚合反應(yīng)和加成反應(yīng)都發(fā)生在丙烯腈的 C=C 雙鍵上，純丙烯腈在光的作用下能自行聚合，所以在丙烯腈成品及丙烯腈生產(chǎn)過(guò)程中，通常要加少量阻聚劑，如對(duì)苯酚甲基醚（阻聚劑MEHQ）、對(duì)苯二酚、氯化亞銅和胺類(lèi)化合物等。除自聚外，丙烯腈還能與苯乙烯、丁二烯、乙酸乙烯、氯乙烯、丙烯酰胺等中的一種或幾種發(fā)生共聚反應(yīng)，由此可制得合成纖維、塑料、涂料和粘合劑等。丙烯腈經(jīng)電解加氫偶聯(lián)反應(yīng)可以制得已二腈。氰基反應(yīng)包括水合反應(yīng)、水解反應(yīng)、醇解反應(yīng)等，丙烯腈和水在銅催化劑存在下，可以水合制取丙烯酰胺。

氰乙基化反應(yīng)是丙烯腈與醇、硫醇、胺、氨、酰胺、醛、酮等反應(yīng)；

丙烯腈和醇反應(yīng)可制取烷氧基丙胺，烷氧基丙胺是液體染料的分散劑、抗靜電劑、纖維處理劑、表面活性劑、醫(yī)藥等的原料。丙烯腈與氨反應(yīng)可制得1，3 丙二胺，該產(chǎn)物可用作紡織溶劑、聚氨酯溶劑和催化劑。

丙烯腈主要用來(lái)生產(chǎn) ABS 樹(shù)脂，丙烯酰胺、丙烯酸纖維、己二睛和苯乙烯-己二睛樹(shù)脂等，目前國(guó)內(nèi)供不應(yīng)求，每年需大量進(jìn)口來(lái)滿(mǎn)足市場(chǎng)需求，2000 年進(jìn)口量超過(guò)150kt。

1.2丙烯腈的生產(chǎn)狀況 1.2.1世界丙烯腈生產(chǎn)與消費(fèi)概況 全世界丙烯腈的生產(chǎn)主要集中在美國(guó)、西歐和日本等國(guó)家和地區(qū)。全世界1999年丙烯腈總生產(chǎn)能力為，523.3萬(wàn)t(見(jiàn)表1-3)。美國(guó)、日、西歐丙烯腈生產(chǎn)能力合計(jì)為357萬(wàn)t，占世界總能力的66.9％。1999年世界丙烯腈需求量為480萬(wàn)t，產(chǎn)量470萬(wàn)t。

預(yù)計(jì)到2000年，世界丙烯腈總生產(chǎn)能力將達(dá)到585萬(wàn)t，產(chǎn)量及消費(fèi)量將達(dá)到507萬(wàn)t。其中用于腈綸的消費(fèi)量為275萬(wàn)t，用于ABS、AS為126萬(wàn)t，其它106萬(wàn)t(見(jiàn)表1-4)。今年臺(tái)塑公司4月和年末各有10萬(wàn)t/a裝置投產(chǎn)、美國(guó)Solutia公司8月25萬(wàn)t/a裝置建成，還會(huì)增加45萬(wàn)t生產(chǎn)能力。2000年是日本旭化成、三菱化學(xué)和韓國(guó)東西石油化學(xué)、泰光產(chǎn)業(yè)等公司的定期檢修年，這會(huì)緩和對(duì)新增能力投產(chǎn)的沖擊。

表1-3 1999年世界丙烯腈生產(chǎn)能力(萬(wàn)t/a)國(guó)家和地區(qū) 生產(chǎn)能力 國(guó)家和地區(qū) 生產(chǎn)能力 美國(guó) 164.2 土耳其 9.0 德國(guó) 44 巴西 9.0 意大利 19 南非 7.5 荷蘭 18.5 印度 3.0 西班牙 11.5 羅馬尼亞 8.0 英國(guó) 28.0 保加利亞 4.5 墨西哥 16.5 日本 71.8 韓國(guó) 37 俄羅斯 24 中國(guó)(總計(jì))38.8 中國(guó)臺(tái)灣省 18.0 合計(jì) 532.3 表1-4 世界丙烯腈消費(fèi)結(jié)構(gòu)(萬(wàn)t)年份 1995 1996 1997 1998 2000 生產(chǎn)能力 463 508 533 545 585 產(chǎn)量 415 437 451 469 507 消費(fèi)量 415 437 451 469 507 腈綸 231 244 251 260 275 ABS/AS 100 107 110 115 126 其它 84 86 90 94 106 開(kāi)工率(％)90 86 85 86 87 1.2.2國(guó)內(nèi)生產(chǎn)概況 我國(guó)內(nèi)烯腈生產(chǎn)起步于1968年。八十年代開(kāi)始，我國(guó)丙烯腈工業(yè)發(fā)展很快，從國(guó)外引進(jìn)技術(shù)目前正在運(yùn)行的生產(chǎn)裝置有9套(包括中國(guó)臺(tái)灣省), 總生產(chǎn)能力為58.8萬(wàn)t，加上采用國(guó)內(nèi)技術(shù)的生產(chǎn)裝置，總生產(chǎn)能力為59.3萬(wàn)t。正在計(jì)劃建設(shè)的生產(chǎn)裝置有上海石化公司25萬(wàn)t／a，金陵石化公司6.6萬(wàn)t／a。另外，有不少裝置也準(zhǔn)備將其生產(chǎn)能力擴(kuò)大。到2000年，我國(guó)丙烯腈總生產(chǎn)能力可達(dá)80多萬(wàn)t，其中中國(guó)大陸丙烯腈生產(chǎn)能力可達(dá)42萬(wàn)～45萬(wàn)t/a，臺(tái)灣省丙烯脂生產(chǎn)能力為38萬(wàn)t/a。

這樣，我國(guó)2000年丙烯腈總生產(chǎn)能力將居世界第二位，而僅次于美國(guó)。我國(guó)丙烯腈生產(chǎn)能力。見(jiàn)表1-5。

表1-5 我國(guó)丙烯腈生產(chǎn)能力(萬(wàn)t/a)生產(chǎn)廠家 生產(chǎn)能力 采用技術(shù) 備 注 上海石化股份有限公司 5 BP技術(shù) 實(shí)際可達(dá)到7 大慶石化總廠化工一廠 6 BP技術(shù) 大慶油田聚合物廠 6 BP技術(shù) 齊魯石化公司丙烯腈廠 4 BP技術(shù) 齊魯石化公司齊勝化工廠 0.5 國(guó)內(nèi)技術(shù) 蘭化公司石化廠 3.2 BP技術(shù) 撫順石化公司腈綸廠 5 BP技術(shù) 計(jì)劃擴(kuò)展7 吉化公司化肥廠 6.6 BP技術(shù) 安慶石化公司腈綸廠 5 BP技術(shù) 臺(tái)灣CPDC公司 18 BP技術(shù) 合計(jì) 59.3 1.3我國(guó)丙烯腈發(fā)展方向 1.4丙烯氨氧化的原理 1.4.1化學(xué)反應(yīng) 在工業(yè)生產(chǎn)條件下,丙烯氨氧化反應(yīng)是一個(gè)非均相催化氧化反應(yīng): 與此同時(shí),在催化劑表面還發(fā)生如下一系列主要的副反應(yīng)。（1）生成乙腈(ACN)：

（2）生成氫氰酸(HCN)。（3）生成丙烯醛。(4)生成二氧化碳。 上述副反應(yīng)中,生成乙腈和氫氰酸的反應(yīng)是主要的。CO2、CO和H2O可以由丙烯直接氧化得到,也可以由丙烯腈、乙腈等再次氧化得到。除上述副反應(yīng)外,還有生成微量丙酮、丙腈、丙烯酸和乙酸等副反應(yīng)。

1.4.2 催化劑 丙烯氨氧化所采用的催化劑主要有兩類(lèi),即Mo系和Sb系催化劑。

（1）Mo系催化劑工業(yè)上最早使用的是P-Mo-Bi-O(C-A)催化劑,其代表組成為PBi9Mo12O52?；钚越M分為MoO3和Bi2O3.Bi的作用是奪取丙烯中的氫,Mo的作用是往丙烯中引入氧或氨。因而是一個(gè)雙功能催化劑。P是助催化劑,起提高催化劑選擇性的作用。這種催化劑要求的反應(yīng)溫度較高(460～490℃),丙烯腈收率60%左右。由于在原料氣中需配入大量水蒸氣,約為丙烯量的3倍(mol),在反應(yīng)溫度下Mo和Bi因揮發(fā)損失嚴(yán)重,催化劑容易失活,而且不易再生,壽命較短,只在工業(yè)裝置上使用了不足10年就被C-21、C-41等代替。

（2）Sb系催化劑Sb系催化劑在60年代中期用于工業(yè)生產(chǎn),有Sb-U-O、Sb-Sn-O和Sb-Fe-O等。初期使用的Sb-U-O催化劑活性很好,丙烯轉(zhuǎn)化率和丙烯腈收率都較高,但由于具有放射性,廢催化劑處理困難,使用幾年后已不采用。Sb-Fe-O催化劑由日本化學(xué)公司開(kāi)發(fā)成功,即牌號(hào)為NB-733A和NB-733B催化劑。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道,催化劑中Fe/Sb比為1∶1(mol),X光衍射測(cè)試表明,催化劑的主體是FeSbO4,還有少量的Sb2O4。工業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)果表明,丙烯腈收率達(dá)75%左右,副產(chǎn)乙腈生成量甚少,價(jià)格也比較便宜,添加V、Mo、W等可改善該催化劑的耐還原性。

1.4.3 反應(yīng)機(jī)理和動(dòng)力學(xué) 丙烯氨氧化生成丙烯腈的反應(yīng)機(jī)理,目前主要有兩種觀點(diǎn)。

可簡(jiǎn)單地用下式表示。

第二部分 生產(chǎn)方案選擇 第三部分 工藝流程設(shè)計(jì) 3.1 丙烯腈工藝流程示意圖 3.2小時(shí)生產(chǎn)能力 按年工作日300天，丙烯腈損失率3%，設(shè)計(jì)裕量為6%，年產(chǎn)量為3.5萬(wàn)噸計(jì)算，則每天每小時(shí)產(chǎn)量：

第四部分 物料衡算和熱量衡算 4.1反應(yīng)器的物料衡算和熱量衡算 4.1.1計(jì)算依據(jù)（1）丙烯腈產(chǎn)量 5307.36kg/h，即F=100.03kmol/h（2）原料組成（摩爾分?jǐn)?shù)）丙烯（C3H6）85%，丙烷（C3H8）15%（3）進(jìn)反應(yīng)器的原料配比（摩爾分?jǐn)?shù)）為 C3H6:NH3:O2:H2O=1:1.05:23:3 反應(yīng)后各產(chǎn)物的單程收率為：

物質(zhì) 丙烯腈（AN）氰化氫（HCN）乙腈（CAN）丙烯醛（ACL）CO2 摩爾收率 0.6 0.065 0.07 0.007 0.12（4）操作壓力 進(jìn)口：0.203MPa，出口：0.162MPa（5）反應(yīng)器進(jìn)口氣體溫度110℃，反應(yīng)溫度470℃，出口氣體溫度360℃ 4.1.2 物料衡算（1）反應(yīng)器進(jìn)口原料氣中各組分的流量 C3H6: C3H8：

NH3：

O2：

H2O：

N2：

（2）反應(yīng)器出口混合氣中各組分的流量 丙烯腈：5307.36kg/h F=100.03kmol/h 乙腈 ：

丙烯醛：

CO2：

HCN：

C3H8：

N2：

O2：

C3H6：

NH3：

H2O：

（3）：反應(yīng)器物料平衡表 流量和組成 組分 反應(yīng)器進(jìn)口 反應(yīng)器出口 kmol/h kg/h %(mol)%(wt)kmol/h kg/h %(mol)%(wt)C3H6 166.72 7002.10 6.18 9.60 23.02 966.98 0.83 1.32 C3H8 29.42 1294.53 1.09 1.78 29.42 1294.53 1.06 1.78 NH3 175.06 2975.95 6.49 4.08 25.01 425.17 0.90 0.58 O2 383.46 12270.59 14.22 16.82 92.20 2950.40 3.31 4.05 N2 1442.54 40391.12 53.48 55.38 1442.54 40391.12 51.79 55.37 H2O 500.16 9002.88 18.54 12.34 961.48 17306.64 34.52 23.73 丙烯腈（AN）0 0 0 0 100.03 5307.36 3.59 7.28 乙腈（ACN）0 0 0 0 17.51 717.77 0.63 0.98 氰化氫（HCN）0 0 0 0 32.51 877.78 1.17 1.20 丙烯醛（ACL）0 0 0 0 1.17 65.53 0.04 0.09 CO2 0 0 0 0 60.02 2640.84 2.16 3.62 合計(jì) 2697.36 72937.17 100 100 2784.91 72944.12 100 100 4.1.3 熱量衡算 查閱相關(guān)資料獲得各物質(zhì)各物質(zhì)0～110℃、0～360℃、0～470℃的平均定壓比熱容 物質(zhì) C3H6 H2O AN HCN ACN ACL 0~110℃ 1.841 2.05 2.301 0.941 1.046 1.883 0~360℃ 2.678 3.013 2.636 1.004 1.088 2.008 1.874 1.640 1.933 1.966 1.130 0~470℃ 2.929 3.347 2.939 1.046 1.109 2.092 2.029 1.724 2.10 2.172 1.213（1）濃相段熱衡算求濃相段換熱裝置的熱負(fù)荷及產(chǎn)生蒸汽量 110℃，反應(yīng)器入口混合氣 470℃，濃相段出口混合氣 25℃，反應(yīng)器入口混合氣 25℃，濃相段出口混合氣 假設(shè)如下熱力學(xué)途徑：

各物質(zhì)25~t℃平均比熱容用0~t℃的平均比熱容代替，誤差不大 因此: 若熱損失取 的5%，則需有濃相段換熱裝置取出的熱量（即換熱裝置的熱負(fù)荷）為：

濃相段換熱裝置產(chǎn)生0.405MPa 的飽和蒸汽（飽和溫度143℃）143℃飽和蒸汽焓：

143℃飽和水焓：

所以：

（2）稀相段熱衡算求稀相段換熱裝置的熱負(fù)荷及產(chǎn)生蒸汽量 以0℃氣體為衡算基準(zhǔn) 進(jìn)入稀相段的氣體帶入熱為：

離開(kāi)稀相段的氣體帶出熱為：

熱損失取4%，則稀相段換熱裝置的熱負(fù)荷為：

稀相段換熱裝置產(chǎn)生0.405 的飽和蒸汽，產(chǎn)生的蒸汽量為：

4.2空氣飽和塔的物料衡算和熱量衡算 4.2.1計(jì)算依據(jù)(1)入塔空氣壓力0.263MPa，出塔空氣壓力0.243MPa(2)空壓機(jī)入口空氣溫度30℃，相對(duì)溫度80％，空壓機(jī)出口氣體溫度170℃(3)飽和塔氣、液比為152.4(體積比)，飽和度0.81(4)塔頂噴淋液為乙腈解吸塔釜液，溫度105℃，組成如下: 組分 AN ACN 氰醇 ACL 水 合計(jì) %（Wt）0.005 0.008 0.0005 0.0002 99.986 100(5)塔頂出口濕空氣的成分和量按反應(yīng)器入口氣體的要求為: O2：383.46kmol/h，即12270.59kg/h N2：1442.54 kmol/h，即40391.12 kg/h H2O：500.16kmol/h，即9002.88 kg/h 4.2.2物料衡算（1）進(jìn)塔空氣量 查得30℃，相對(duì)濕度80%時(shí)空氣溫含量為0.022kg水氣/kg干空氣．因此，進(jìn)塔空氣帶入的水蒸氣量為：

（2）進(jìn)塔熱水量 氣、液比為152.4，故進(jìn)塔噴淋液量為：

塔頂噴淋液105℃的密度為，因此進(jìn)塔水的質(zhì)量流量為：

（3）出塔濕空氣量 出塔氣體中的 O2、N2、H2O的量與反應(yīng)器入口氣體相同，因而：

O2：383.46kmol/h，即12270.59kg/h N2：1442.54 kmol/h，即40391.12 kg/h H2O：500.16kmol/h，即9002.88 kg/h（4）出塔液量 4.2.3熱量衡算（1）空氣飽和塔出口氣體溫度 空氣飽和塔出口氣體中，蒸汽的摩爾分?jǐn)?shù)為：

根據(jù)分壓定律，蒸汽的實(shí)際分壓為：

飽和度為0.81，．所以飽和蒸汽分壓應(yīng)為：

查飽和蒸汽表得到對(duì)應(yīng)的飽和溫度為90℃，因此，須控制出塔氣體溫度為90℃．才能保證工藝要求的蒸汽量（2）入塔熱水溫度 入塔水來(lái)自精制工段乙腈解吸塔塔釜，105℃（3）由熱衡算求出塔熱水溫度t 熱衡算基準(zhǔn)：0℃氣態(tài)空氣，0℃液態(tài)水 ①170℃進(jìn)塔空氣帶入的熱量Q1：

170℃蒸汽焓值為2773.3kJ/kg，干空氣在0~l70℃的平均比熱容 ②出塔濕空氣帶出熱量Q2 90℃蒸汽焓2660kJ/kg，空氣比熱容取 ③105℃入塔噴淋液帶入熱量Q3 ④求出塔熱水溫度t 出塔熱水帶出熱量: 熱損失按5%者，則 熱平衡方程Q1+Q3=Q2+Q4+Q損 即12201335.11+70600063.93=28706172.92+639560.93t+4140069.95 解得t=78.11℃ 故，出塔熱水溫度為78.11℃ 4.3氨中和塔物料衡算和熱量衡算 4.3.1計(jì)算依據(jù)（1）入塔氣體流量和組成與反應(yīng)器出口氣體相同（2）在中和塔內(nèi)全部氨被硫酸吸收，生成硫酸銨（3）新鮮硫酸吸收劑的含量為93％(wt)（4）塔底出口液體(即循環(huán)液)的組成如下 組分 水 AN ACN HCN 硫酸 硫酸銨 合計(jì) %（wt）68.53 0.03 0.02 0.016 0.5 30.90 100（5）進(jìn)塔氣溫度l80℃，出塔氣溫度76℃，新鮮硫酸吸收劑溫度30℃（6）塔頂壓力0.122MPa，塔底壓力0.142MPa 圖2 氨中和塔局部流程 1—氨中和塔；

2—循環(huán)冷卻器 4.3.2物料衡算（1）排出的廢液量及其組成 進(jìn)塔氣中含有 425.17kg/h的氨，在塔內(nèi)被硫酸吸收生成硫酸銨 氨和硫酸反應(yīng)的方程式： 的生成量，即需要連續(xù)排出的的流量為：

塔底排出液中,(NH4)2SO4的含量為30.9%（wt），因此，排放的廢液量為: 排放的廢液中．各組分的量: H2O：

AN：

CAN：

HCN：

H2SO4：

(NH4)2SO4：

（2）需補(bǔ)充的新鮮吸收劑（93%的H2SO4）的量為：

（3）出塔氣體中各組分的量 C3H6：966.98kg/h=23.02kmol/h C3H8: 1294.53kg/h=29.42kmol/h O2：2950.40kg/h=92.20kmol/h N2：40391.12kg/h=1442.54kmol/h AN：5307.36-0.12=5307.24kg/h=100.02kmol/h ACN：717.77-0.08=717.69kg/h=17.50kmol/h ACL：65.53kg/h=1.17kmol/h HCN：877.78-0.06=877.72kg/h=32.51kmol/h CO2：2640.84kg/h=60.02kmol/h H2O：17306.64+1346.45×0.07-3660.83=13740.06kg/h=763.34kmol/h 4.3.3熱量衡算（1）出塔氣體溫度 塔頂氣體中實(shí)際蒸汽分壓為：

PH2O=yH2OP=0.298×0.122=0.0364MPa 設(shè)飽和度為0.98，則與出塔氣體溫度平衡的飽和蒸汽分壓為：

入塔噴淋液的硫酸銨含量為：

已知硫酸銨上方的飽和蒸汽壓如表 含 量 溫 度 40 45 50 70 0.02796 0.02756 0.02716 80 0.04252 0.0419 0.04129 90 0.0629 0.06199 0.06109 根據(jù)入塔噴淋液的硫酸銨含量和PH2O的值，內(nèi)插得到出：

塔氣的溫度為76.7℃（2）入塔噴淋液溫度 入塔噴淋液溫度比氣體出口溫度低6.7℃，故為70℃（3）塔釜排出液溫度 yH2O=0.3452 入塔氣水蒸汽分壓：PH2O=yH2OP=0.3452×0.142=0.049MPa 在釜液(NH4)2SO4含量()下溶液上方的飽和蒸汽分壓等于0.049MPa時(shí)的釜液溫度即為釜液的飽和溫度，用內(nèi)插法從表中得到，飽和溫度為83.53℃，設(shè)塔釜液溫度比飽和溫度低2.53℃ 即81℃。又查硫酸銨的溶解度數(shù)據(jù)得知，80℃時(shí)．每100g水能溶解95.3g硫酸銨，而釜液的硫酸銨含量為()，所以釜液溫度控制81℃不會(huì)有硫酸銨結(jié)晶析出。

（4）熱衡算求循環(huán)冷卻器的熱負(fù)荷和冷卻水用量 作圖3.3的虛線方框列熱平衡方程得 圖3 氨中和塔的熱量衡算 1—氨中和塔；

2—循環(huán)冷卻器 Q1+Q3+Q4+Q5+Q6+Q8=Q2+Q7+Q9 ①入塔氣體帶入熱 入塔氣體帶入熱量Q1=2.53×106kJ/h ②出塔氣體帶出熱 各組分在0～76.7℃的平均比熱容的值如下 組分 C3H6 C3H8 02 N2 H2O AN HCN ACN ACL CO2 1.715 1.966 0.9414 1.046 1.883 1.347 1.393 1.406 1.343 0.921 Q2=(966.98×1.715+1294.53×1.966+2950.4×0.9414+40391.12×1.046+13740.06×1.883+1.347×5307.24+1.393×877.72+1.406×717.69+1.343×65.53+0.921×2640.84)×(76.7-0)=87003.38×76.7 =6673159kJ/h ③蒸汽在塔內(nèi)冷凝放熱 蒸汽在塔內(nèi)的冷凝量=進(jìn)塔氣體帶入蒸汽-出口氣帶出蒸汽 =17306.64-13740.06 =3566.58kg/h 蒸汽的冷凝熱為2246.6kJ/kg Q3=3566.58×2246.6=8012678.63kJ/h ④有機(jī)物冷凝放熱 AN的冷凝量1.60kg/h，其冷凝熱為 615kJ/kg ACN的冷凝量1.07kg/h，其冷凝熱為 728kJ/kg HCN的冷凝量0.85kg/h，其冷凝熱為878.6kJ/kg Q4=1.6×615+1.07×728+0.85×878.6=2509.77kg/h ⑤氨中和放熱 每生成1mol硫酸銨放熱273.8kJ ⑥硫酸稀釋放熱 硫酸的稀釋熱為749kJ/kg Q6=0.93×1346.45×749=937896.68kJ/h ⑦塔釜排放的廢液帶出熱量 塔釜排放的廢液中，H2O與的(NH4)2SO4的摩爾比為，查氮肥設(shè)計(jì)手冊(cè)得此組成的硫酸銨水溶液比熱容為 Q7=5341.94×3.347×(80-0)=1430357.85kJ/h ⑧新鮮吸收劑帶入熱 的比熱容為 Q8=1346.45×1.603×(30-0)=64750.78kJ/h ⑨循環(huán)冷卻器熱負(fù)荷 因操作溫度不高，忽略熱損失 把有關(guān)數(shù)據(jù)代入熱平衡方程有：

解得：

⑩循環(huán)冷卻器的冷卻水用量 設(shè)循環(huán)冷卻器循環(huán)水上水溫度32℃，排水溫度36℃ 則冷卻水量為：

（5）循環(huán)液量 循環(huán)液流量受入塔噴淋液溫度的限制，70℃循環(huán)液的比熱容為，循環(huán)液與新鮮吸收液混合后的噴淋液比熱容為 設(shè)循環(huán)液流量為m kg/h，循環(huán)冷卻器出口循環(huán)液溫度t℃ 對(duì)新鮮暖收劑與循環(huán)液匯合處(附圖中A點(diǎn))列熱平衡方程得：

m×3.368t+9267=(m+192.7)×3.364×70(1)對(duì)循環(huán)冷卻器列熱平衡得: m×3.347×81－m×3.368t=6868188.01(2)聯(lián)解式(1)(2)得：m=193942.26kg/h 4.4換熱器物料衡算和熱量衡算 換熱器 AN溶液去精制 AN溶液來(lái)自水吸收塔 氣體來(lái)自氨中和塔 氣液混合物去水吸收塔 4.4.1計(jì)算依據(jù) 進(jìn)口氣體76.7℃，組成和流量與氨中和塔出口氣相同 出口氣體溫度40℃，操作壓力115.5kPa 4.4.2物料衡算 進(jìn)口氣組成及流量如下 組分 流量 C3H6 23.02kmol/h C3H8 29.42kmol/h O2 92.20kmol/h N2 1442.54kmol/h AN 100.02kmol/h ACN 17.50kmol/h ACL 1.17kmol/h HCN 32.51kmol/h CO2 60.02kmol/h H2O 763.34kmol/h 合計(jì) 2561.74kmol/h 出口氣體溫度40℃，40℃飽和蒸汽壓力為 設(shè)出口氣體中含有x kmol/h的蒸汽，根據(jù)分壓定律有：

解得 x=122.67kmol/h=2208kg/h 故，蒸汽的冷凝量為13740.06-2208=11532.06kg/h 因此得到換熱器氣體方(殼方)的物料平衡如下：

組分 流 量 Kmol/h C3H6 C3H8 H2O O2 N2 AN ACN HCN ACL CO2 冷凝水 合計(jì) 23.0 29.4 122.7 92.2 1442.5 100 17.50 32.51 1.17 60.0 640.7 2561.7 4.4.3熱量衡算（1）換熱器入口氣體帶入熱（等于氨中和塔出口氣體帶出熱）Q1=6673159kJ/h（2）蒸汽冷凝放出熱 40℃水汽化熱為2401.1kJ／kg Q2=11532.06×2401.1=27689629.27kJ/h（3）冷凝液帶出熱 Q3=11532.06×4.184×(40-0)=1930005.56kJ/h（4）出口氣體帶出熱 出口氣體各組分在0～40℃的平均摩爾熱容為：

組分 C3H6 C3H8 O2 N2 H2O AN ACN HCN ACL CO2 61.92 72.38 29.46 29.29 36.75 63.35 52.09 62.76 65.61 38.66 Q4=（23.0×61.92+29.4×72.38 +36.75×122.7+92.2×29.46+1442.5×29.29+63.35×100+17.50×52.09+32.51×62.76+1.17×65.61 +60.0×38.66）×(40-0)=2588466.41kJ/h（5）熱衡算求換熱器熱負(fù)荷平衡方程：Q1+Q2=Q3+Q4+Q5 代入數(shù)據(jù)求得：Q5=29844316.3kJ/h 4.5水吸收塔物料衡算和熱量衡算 4.5.1計(jì)算依據(jù) 水吸收塔的局部流程（1）入塔氣流量和組成與換熱器出口相同（2）入塔器溫度40℃，壓力112Kpa；

出塔氣溫度10℃，壓力101Kpa（3）入塔吸收液溫度5℃（4）出塔AN溶液中含AN 1.8%（wt）4.5.2物料衡算（1）進(jìn)塔物料（包括氣體和凝水）的組成和流量與換熱器出口相同 進(jìn)口氣量=23×42+29.4×44+122.7×18+92.2×32+1442.5×28+100×53+17.5×41+32.51×27+1.17×56+60×44=57409.39kg/h（2）出塔氣的組成和量 出塔干氣含有：C3H6 23kmol/h =966kg/h C3H8 29.4kmol/h=1293.6kg/h O2 92.2kmol/h=2950.4kg/h N2 1442.5kmol/h=40390kg/h CO2 6.7kmol/h=294.8kg/h 10℃水的飽和蒸汽壓，總壓P=101325pa 出塔器中干氣總量=23+29.4+92.2+1442.5+ 6.7=1593.8kmol/h 出塔氣中含有蒸汽的量按分壓定律求得，計(jì)算如下：

出塔氣總量為：966+1293.6+2950.4+40390+294.8=45894.8kg/h（3）塔頂加入的吸收水量 ①出塔AN溶液總量 出塔AN溶液中，AN為1.8%（wt），AN的量為5307.36kg/h，因此，出塔AN溶液總量為5307.36/0.018=294853.33kg/h ②塔頂加入的吸收水量 作水吸收塔的總質(zhì)量衡算得：

入塔吸收液量=塔底AN溶液量+出塔氣體總量－入塔氣量－凝水量 =294853.33+45894.8－57409.39－11532.06 =271806.68kg/h（4）塔底AN溶液的組成和量 AN、ACN、HCN、ACL全部被水吸收，因?yàn)樗譇N溶液中的AN、CAN、HCN、ACL的量與進(jìn)塔氣、液混合物相同，AN溶液中的水量按全塔水平衡求出 AN溶液中的水量=塔頂加入水+進(jìn)塔氣液混合物中的水-出塔氣帶出的水 =271806.68+763.34×18-351.95 =285194.85kg/h（5）水吸收塔平衡如下: 入塔氣 組分 C3H6 C3H8 H2O O2 N2 AN ACN HCN ACL CO2 合計(jì) 流 量Kmol/h 23.0 29.4 122.7 92.2 1442.5 100 17.50 32.51 1.17 60.0 1921 含量 0.052 0.0091 0.0169 0.0006 1 出塔氣 流量 23.0 29.4 18.82 92.2 1442.5 0 0 0 0 60.0 1666（6）檢驗(yàn)前面AN、ACN、ACL、HCN全部溶于水的假設(shè)的正確性 因系統(tǒng)壓力小于1Mpa，氣相可視為理想氣體，AN、ACN、ACL、HCN的量相對(duì)于水很小，故溶液為稀溶液．系統(tǒng)服從亨利定律和分壓定律。壓力和含量的關(guān)系為：

或 塔底排出液的溫度為15℃(見(jiàn)后面的熱衡算)查得15℃時(shí)ACN、HCN、ACL和AN的亨利系數(shù)E值為：

AN E=810kPa ACL E=444.4kPa ACN E=405.3kPa HCN E=1824kPa ①AN 塔底ＰAN=0.052×112=5.82kPa 從以上計(jì)算可看出，溶液未飽和 ②ACL ＰACL=0.0006×112=0.0672kPa，溶液未達(dá)飽和 ③ACN ＰACN=0.0091×112=1.0192kPa，溶液未達(dá)飽和 ④HCN　 ＰHCN=0.0169×112=1.8928kPa 從計(jì)算結(jié)果可知，在吸收塔的下部，對(duì)HCN的吸收推動(dòng)力為負(fù)值，但若吸收塔足夠高，仍可使塔頂出口氣體中HCN的含量達(dá)到要求 4.5.3 熱量衡算（1）入塔氣帶入熱 各組分在0～40℃的平均摩爾熱容如下：

組分 C3H6 C3H8 O2 N2 H2O AN ACN HCN ACL CO2 61.92 72.38 29.46 29.29 36.75 63.35 52.09 62.76 65.61 38.66 Q1=（23.0×61.92+29.4×72.38 +36.75×122.7+92.2×29.46+1442.5×29.29+63.35×100+17.50×52.09+32.51×62.76+1.17×65.61 +60.0×38.66）×(40-0)=2588466.41 kJ/h（2）入塔冷凝水帶入熱 Q2=11532.06×4.184×(40-0)=1930005.56kJ/h（3）出塔氣帶出熱 Q3=(23.0×61.92+29.4×72.38 +36.75×18.82+92.2×29.46+1442.5×29.29+60.0×38.66)(10-0)=515304kJ/h（4）吸收水帶入熱 Q4=271806.68×4.184×(5-0)=5686195.75kJ/h（5）出塔AN溶液帶出熱 溶液中各組分的液體摩爾熱容如下：

組分 75.3 121.1 107.3 71.55 123.8 Q5=（15844.16×75.3+100×121.1+17.5×107.3+32.51×71.55+1.17×123.8）×t =1209523.81t（6）水冷凝放熱 水冷凝量=2208.6－351.95=1856.65kg/h 水的冷凝熱為2256kJ/kg，故Q6=4188602.4kJ/h（7）AN、ACN、ACL、HCN等氣體的溶解放熱 溶解熱=冷凝放熱+液-液互溶放熱=冷凝熱 AN、ACN、ACL、HCN的冷凝熱數(shù)據(jù)如下：

組分 AN ACN ACL HCN 610.9 765.7 493.7 937.2 Q7=610.9×5307.24+765.7× 717.69+493.7×65.53+937.2×877.72 =4646679.5kJ/h（8）熱衡算求出塔液溫度t 熱平衡方程 ：Q1+Q2+Q4+Q6+Q7=Q3+Q5 代人數(shù)據(jù)得 2588466.41+1930005.56+5686195.75+4188602.4+4646679.5=515304+1209523.81t 解得 t=15.32℃ 4.6空氣水飽和塔釜液槽 4.6.1計(jì)算依據(jù) 空氣飽和塔液體進(jìn)、出口流量和出口液體的溫度由空氣飽和塔物料和熱衡算確定；

去水吸收塔的液體流量由水吸收塔物料衡算的確定，見(jiàn)本文相關(guān)部分計(jì)算；

排污量按乙腈解吸塔來(lái)的塔釜液量的15%考慮；

乙腈解吸塔塔釜液量和去萃取解吸塔的液體量由精制系統(tǒng)的物料衡算確定。

4.6.2物料衡算 （1）進(jìn)料 ①乙腈解吸塔釜液入槽量=-160703.05= ②空氣飽和塔塔底液入槽量=152858.73-= ③入槽軟水量xkg/h（2）出料 ①去水吸收塔液體量 ②去萃取解吸塔液體量 作釜液槽的總質(zhì)量平衡得 解得 4.6.3熱量衡算（1）入槽乙腈解吸塔釜液帶入熱

第二篇：年產(chǎn)70萬(wàn)噸焦炭焦化廠蒸氨工段的設(shè)計(jì)

設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū)

1.1設(shè)計(jì)任務(wù)

年產(chǎn)70萬(wàn)噸焦碳的焦化廠蒸氨工段的設(shè)計(jì)。

1.2設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)資料

1.2.1 工藝計(jì)算主要依據(jù)

煤氣產(chǎn)率

340Nm3/t干煤 氨產(chǎn)率（揮發(fā)氨）

0.3% 初冷器后煤氣溫度

30℃ 剩余氨水中氨含量

3.5g/l 概述

剩余氨水是煤焦化工業(yè)中焦化廢水的主要來(lái)源，其中含有大量的揮發(fā)氨和固定胺鹽，嚴(yán)重影響了生化工段的廢水處理結(jié)果，因此蒸氨工藝是焦化廢水處理工藝的第一環(huán)節(jié)，同時(shí)還在為脫硫工段提供堿源的過(guò)程中起重要作用，因此蒸氨系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行直接影響到生化工段出水指標(biāo)及脫硫工段的脫硫效果。鼓冷工段昌盛的大量剩余氨水與蒸氨塔底廢水換熱后，進(jìn)入到蒸氨塔中開(kāi)始蒸餾，蒸氨塔底部通入飽和水蒸汽，以提供蒸氨所需熱量及氨氣載體，蒸出的大量氨氣與水蒸氣混合氣體從塔頂分縮器出來(lái)后，去往脫硫工段，塔底廢水在與剩余氨水、冷卻水連續(xù)換熱后，去往盛化工段進(jìn)行水處理，同時(shí)在蒸氨過(guò)程中，需要在剩余氨水中加入一定量的液體氫氧化鈉，以促進(jìn)剩余氨水中固定銨鹽的分解，保證蒸氨效果。

3蒸氨工段設(shè)備的計(jì)算

3.1 蒸氨塔的計(jì)算 3.1.1 基本數(shù)據(jù)的確定

①原始數(shù)據(jù)：煤氣總量

35000Nm3

進(jìn)料溫度

50℃

分凝器后產(chǎn)品濃度

10%

塔頂溫度

102℃

塔頂壓力

14.7MPa

塔底溫度

105℃

塔底壓力

34.3MPa

回流溫度

90℃

進(jìn)料濃度

3.5 g/h 經(jīng)計(jì)算得 進(jìn)料量F及濃度XF

F = 12.63 t/h 12.63?3.5?10?3?100%?0.35%

XF?12.63

參考《煉焦化學(xué)品回收與加工》附表5，得氨水在水溶液里及液面上蒸汽內(nèi)的含量為Y1 = 3.5%

② 氨分縮器后成品氨氣濃度的確定

XD = 10%,設(shè)在蒸氨塔里的氨回收率99%，則氨為: 99%×12.63×3.5×10?3/1000≈43.75kg/h 或54.51Nm3/h

氨氣混合物 D = 43.75÷10% = 437.5 kg/h 水蒸汽的量 437.5×(1-10%)= 393.75kg/h 或 490.61 Nm3/h

考慮到氨氣中H2S和CO2,設(shè)占氨氣體積的5%，則

54.51?490.61?573.82Nm3/h

1?5%取分縮器后氨氣操作壓力為850mmH2O,則氨氣在氣體混合物中的分壓為:

PS = 850×490.61/573.82= 726.148 mmH2O

③分縮器后回流液含氨濃度的確定

出成品氨的濃度為10% 即XD = 10% 查《煉焦化學(xué)品回收與加工》中附表5得,回流液濃度為XR = 1.2%。則進(jìn)料熱狀況: q = 將1Kmol進(jìn)料變?yōu)轱柡驼羝璧臒崃?原料液的Kmol汽化熱，查

18?2250?(102?50)?18?40186物性手冊(cè)得即:YF?Yq

XF?Xq

?1.097?118?2250

XD-YF10?3.5

∴Rmin=YF-XF ==2.06

3.5?0.5一般取R=(1.1～2)Rmin 現(xiàn)取 R=1.5Rmin=3.09 3.2 物料恒算(1)輸入物料

進(jìn)料量

F = 12.63t/h 含氨量 = 12.63×103×0.35% = 44.19 kg/h 設(shè)蒸氨塔中氨的回收率為99%則：

D=44.19×99%/10%=437.47kg/h 回流量 L = RD = 3.09×437.47= 1351.79 kg/h(2)輸出物料

塔頂蒸汽量

V =(R+1)D = 4.09×437.47= 1789.26kg/h 廢水量

W = F-D+G = 12630– 437.47 +G = 12192.53+ G kg/h(3)熱量恒算—確定直接蒸汽量G ①輸入熱量

進(jìn)料帶入熱量 q1 = 12630×50×1.0074×4.187= 2662698.14 kJ/h 回流帶入熱量 q2=1351.79×90×1.005×4.187= 511941.66kJ/h 直接蒸汽帶入熱量q3 = 2738G kJ/h 式中 G — 蒸氣量

2738—4Kg/cm3（絕壓）時(shí)水蒸氣熱焓，2741 — 表壓為0.3時(shí),水蒸汽熱焓

kJ/Kg Q1= q1+ q2+ q3 = 2662698.14+ 511941.66 + 2738G

= 3174639.8+ 2738G kJ/h ②輸出熱量

塔頂蒸汽帶出熱量

q4 = 2811.7×3.5%×102×2.131 + 2811.7×(1-3.5%)×2678.84

= 7507857.8 kJ/h

式中

2.131—— 氨的比熱

KJ/(Kg·℃)

3.5% —— 含氨量

2678.84—— 102℃時(shí)水的熱焓 kJ/kg

氨解析吸收的熱量 q5 = 2811.695×3.5%×491×4.187

= 20231.16 kJ/h

廢水帶出的熱量

q6 =(12192.53+G)×105×1.0089×4.187

= 5407969.27+443.5G kJ/h

散熱損失

q7 = q3×2% = 2738G×0.02 = 57.46G kJ/h

Q2 = q4 + q5

+ q6+ q7

=7507857.8+20231.16+5407969.27+443.5G +54.76G

=12936058.23+488.26G kJ/h

由 Q1=Q2 得：

3174639.8+ 2738G =12936058.23+488.26G

直接蒸汽量G =4338.91kg/h

1噸氨水所用蒸汽量 g = G/F = 4338.91/12.63 = 343.54kg/t

廢水量 W = 12192.53+ G = 12536.07kg/h = 16531.44 t/h 3.3蒸氨塔設(shè)備的計(jì)算（1）塔板層數(shù)的確定

作全塔的物料平衡：

∵廢水量W = 12192.53+ G = 16531.44kg/h = 16.531 t/h

3.5?12192.53?2%?0.005%∴廢水含氨量XW=1000?16531.44 直接蒸汽加熱時(shí)，提鎦段的操作線方程為

WWXm?1?XW

Ym?GG式中：W—廢水量，16531.44 kg/h

G—直接蒸汽耗量，4338.91kg/h 16531.4416531.44Xm?1?XW?3.81Xm?1?0.000191

4338.914338.91以進(jìn)料含氨量濃度 XF=0.35% 按《煉焦化學(xué)品回收與加工》附表5中數(shù)據(jù)采用逐板計(jì)算法計(jì)算提餾段理論板數(shù).X % 0.35 0.17 0.0811 0.0374 0.0159 0.00536 0.000176

Y %

1.70 0.811

0.374

0.159

0.0536

0.00176 ∴提餾段需理論板數(shù)為5 對(duì)于精餾段由于塔頂氣相濃度不高于和進(jìn)料平衡的氣相濃度,所以只

需要一塊理論板,則全塔理論板數(shù)為6塊.本設(shè)計(jì)采用浮閥塔,總板效率取0.5,則實(shí)際板數(shù)為6/0.5=12塊（2）塔徑的計(jì)算 即Ym?

∵V＜VS

∴用塔底氣體積確定塔徑

.7?3.5%2811.7?(1?3.5%)?273?102101.3?2811

Vs =? ??22.4???1718273101.3?34.3??

=3601.2m3/h

原料汽化熱取水的熱量為 1500kJ/kg 平均溫度(98+50)/2 = 74℃ ρl= 974.8 ㎏/m3

ρV=0.661 ㎏/m3

查《化工原理》（天大版）

附表7

水的比熱為4.2 kJ/(㎏·℃)1500?4.2?(98?50)q = =1.13 1500L? = L+QF = 1351.79+1.13×20890 =24957.49㎏/h V? = V+(q-1)F = 1351.79+0.13×20890 =4067.49㎏/h LhVhPl(Pv)1225842.2/974.8=5676/0.661?(974.80.661)12= 00.119

塔板間距取45㎜，板上液層高度取0.07m則： HT-Hl = 0.38 m查《化工原理》（天大版）下冊(cè)P160，史密斯關(guān)系圖得C20 = 0.0062校正

C = C20×?0.2(20)= 0.062×(0.634520)0.2=0.031

974.8?0.661= 1.19 m/s 0.661

∴Umax=C×

Pl?PvPv=0.031×

通常取 U = 0.6～0.8Umax 現(xiàn)取安全系數(shù) 0.7則U = 0.65×1.19 = 0.774 m/s則D =4Vs3.14U=

4?3601.2= 1.283m圓整取D = 1400 mm 3600?3.14?0.7743.1423.1421.4= 1.538㎡

塔截面面積 AT =4D=4(3)塔高的計(jì)算

1）該塔有效高度 Z=(N-1)×HT=(12-1)×0.45=4.95m

2）塔頂輔助高度取1m

3）塔底輔助高度取1.5m(塔底最后一塊塔板到塔底封頭切線的距離)

4）塔底裙座高度取2 m

5）人孔,人孔的設(shè)計(jì)應(yīng)便于進(jìn)入任何一層塔板,但設(shè)置過(guò)多會(huì)使制造時(shí)塔體彎曲度難以達(dá)到要求,所以本塔設(shè)置一個(gè)人孔,位置在自上面算起第8塊塔板處,此處塔板間距設(shè)計(jì)為600㎜,另外,塔裙處應(yīng)設(shè)計(jì)兩個(gè)人孔直徑為450㎜.綜上該塔實(shí)際高度 H=4.95+1+1.5+2+(0.6-0.45)=9.6m

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第三篇：年產(chǎn)25萬(wàn)噸甲醛生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)

年產(chǎn)25萬(wàn)噸甲醛生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)

摘要 本設(shè)計(jì)為年產(chǎn)25萬(wàn)噸37%甲醛水溶液的生產(chǎn)工藝初步設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)采用銀催化法工藝，根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)工藝流程進(jìn)行了選擇與論證，對(duì)整個(gè)裝置進(jìn)行了物料與能量的衡算，對(duì)主要設(shè)備和管道進(jìn)行了設(shè)計(jì)及選型，同時(shí)對(duì)本裝置的安全生產(chǎn)與“三廢”治理作了相關(guān)討論并進(jìn)行經(jīng)濟(jì)的初步核算。

本設(shè)計(jì)配有設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一本，附圖4張。說(shuō)明書(shū)包括1：總論；2：工藝流程的選擇及論證；3：年產(chǎn)25萬(wàn)噸37%甲醛水溶液工藝計(jì)算；4：非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的計(jì)算及定性設(shè)備的選型；5：工藝管道計(jì)算；6：安全以及“三廢”治理；7：技術(shù)經(jīng)濟(jì)初步核算。圖紙包括：1 帶控制點(diǎn)的工藝管道及工藝流程圖；2 氧化器裝配圖；3 裝置平面圖；4 裝置立面圖。

關(guān)鍵詞 甲醛 甲醇 氧化 工藝 電解銀

The manufacturing process of Formaldehyde 250000 tons per year

Abstract:The design is primary for the manufacturing process of formaldehyde 250000 tons per year,and adopts Ag as catalyst According to the design,the craft production way of formaldehyde was selected and the technology was investiged.The main equipments and pipes were designed or selected.At the sane time,safely producing and dealing with”three waste “were argued and technology economic was originally estimated.The design consists of an instruction book and a series of diagram.The instruction book includes:1.Introduction.2.Choice and demonstration of the technological process.3.250000 tons per year 37% formaldehyde crafts for production were designde.4.It is not a selecting type of the equipment of calculation and finalizing the design of the standard device.5.Thecraft pipeline calculating.6.Security and abatement of”three waste”.7.Economic initial estimate of technoligy.The diagram include:1.The pipeline of the device and process flow sheet with controlled piot.2.Assemblage chart of the oxidator.3.Plane figure of the device.4.The blueprints of factory.Key words:formaldehyde;Methanol;Oxidation;Technology;Electrolysis Silver

目錄

前言 5 1 緒論 6 1.1 我國(guó)甲醛工業(yè)的發(fā)展過(guò)程 6 1.1.1 起步階段 6 1.1.2 發(fā)展階段 6 1.1.3 快速增長(zhǎng)階段 6 1.2 我國(guó)甲醛工業(yè)的現(xiàn)狀 7 1.2.1 生產(chǎn)工藝 7 1.2.2 生產(chǎn)能力和產(chǎn)量 7 1.2.3 技術(shù)指標(biāo) 7 1.3 影響我國(guó)甲醛價(jià)格的主要因素 9 1.3.1 生產(chǎn)成本 9 1.3.2 下游需求狀況 9 1.3.3 地區(qū)差異 9 1.4 產(chǎn)品說(shuō)明 9 1.4.1 產(chǎn)品名稱(chēng) 9 1.4.2 產(chǎn)品性質(zhì) 9 1.5 產(chǎn)品用途 11 1.6 原材料說(shuō)明 11 1.7 甲醛工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì) 12 1.7.1 改進(jìn)催化劑的性能 12 1.7.2 高濃度甲醛工藝發(fā)展趨勢(shì) 12 1.7.3 設(shè)備集約化 12 1.7.4 規(guī)模大型化 12 1.7.5 產(chǎn)品簡(jiǎn)介 12 1.8 甲醛的主要技術(shù)指標(biāo) 13 2 合成方法及生產(chǎn)技術(shù)比較 13 2.1 甲醛的合成方法 13 2.1.1 銀催化劑法 13 2.1.2 鐵鉬催化劑法 13 2.1.3 甲縮醛氧化法 13 2.1.4 二甲醚氧化法 14 2.1.5 低碳烷烴直接氧化法 14 2.2 生產(chǎn)工藝比較 14 2.2.1 工藝技術(shù)比較 15 2.2.2 銀催化劑法和鐵鉬催化劑法的特點(diǎn)的比較2.3 國(guó)內(nèi)外甲醛裝置能耗比較 15 3 工藝流程介紹 16 3.1 流程說(shuō)明 16 3.2 生產(chǎn)工藝影響因素 17 3.2.1 反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)與狀態(tài) 17 3.2.2 催化劑的性能和狀態(tài) 17 3.2.3 反應(yīng)溫度 18 3.2.4 氧醇比 18 3.2.5 水醇比 18 3.2.6 停留時(shí)間和空間速度 18 3.2.7反應(yīng)壓力 19 3.2.8 原料混合氣的純度 19 3.3 主要工藝指標(biāo) 19 安全與“三廢”處理 21 4.1工藝物料特性及防護(hù)措施 21 4.2 三廢處理 21 4.2.1 廢氣處理 21 4.2.2 廢水處理 22 4.2.3噪聲防治 22

結(jié)束語(yǔ) 23 主要參考文獻(xiàn) 24

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，主要用于生產(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。目前甲酴的生產(chǎn)均采用甲醇為原料，銀催化劑，經(jīng)空氣氧化得到，其濃度為37%左右，其余為水，含甲醛40%、甲醛80%的水溶液叫做福爾馬林，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)十分活潑。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，并且確定了它的化學(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)得到了迅猛的發(fā)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)無(wú)論在裝置技術(shù)、催化劑的改進(jìn)、還是余熱利用方面都已有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，其主要技術(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。

從我國(guó)甲醛的生產(chǎn)現(xiàn)狀看，結(jié)合畢業(yè)實(shí)習(xí)的相關(guān)內(nèi)容，此設(shè)計(jì)采用的是銀催化劑氧化生產(chǎn)甲醛的生產(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)3萬(wàn)噸甲醛裝置進(jìn)行了完整的物料衡算與熱量衡算，對(duì)工藝過(guò)程中的主要設(shè)備進(jìn)行了較為詳細(xì)的工藝計(jì)算，同時(shí)也對(duì)裝置的技術(shù)經(jīng)濟(jì)狀況進(jìn)行了初步估計(jì)。

由于本人能力有限，加上時(shí)間較為倉(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)老師和同行批評(píng)指正。緒論

1.1 我國(guó)甲醛工業(yè)的發(fā)展過(guò)程 1.1.1 起步階段

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)的起步階段。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，采用浮石銀作催化劑。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)品主要用于生產(chǎn)烏洛托品等。

1965年-1969年，由于合成纖維和木材加工工業(yè)的發(fā)展，甲醛需求量增加，北京維尼綸廠、蘇州助劑廠等一批采用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)塑料廠先后采用“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原因未能長(zhǎng)期生產(chǎn)。1.1.2 發(fā)展階段

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)日趨成熟的發(fā)展階段。

20世紀(jì)70年代以后，我國(guó)甲醛工業(yè)無(wú)論在產(chǎn)能、生產(chǎn)技術(shù)還是在設(shè)備、節(jié)能和自動(dòng)控制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)品發(fā)展的需要，我國(guó)甲醛工業(yè)又有了較大的發(fā)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)階段

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)發(fā)展是我國(guó)甲醛工業(yè)快速增長(zhǎng)階段。20世紀(jì)90年代，特別是90年代中后期，由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)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。在這一階段國(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發(fā)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)控制技術(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)發(fā)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)法及以本征控制技術(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；而吸收部分則有單塔吸收、雙塔吸收和多塔吸收以及并流吸收等多種流程。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 生產(chǎn)能力和產(chǎn)量

我國(guó)工業(yè)甲醛的生產(chǎn)能力近十年內(nèi)有很大的增長(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)總體發(fā)展較快，而下游衍生產(chǎn)品的發(fā)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中可以看出，我國(guó)甲醛生產(chǎn)廠家現(xiàn)主要集中在山東、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)能力很小，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。

1.2.3 技術(shù)指標(biāo)

（1）產(chǎn)品規(guī)格

多年來(lái)，我國(guó)生產(chǎn)的工業(yè)甲醛都是單一的37%（wt）濃度的水溶液，使用中存在濃度低、運(yùn)輸費(fèi)用高和影響某些下游產(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)品的發(fā)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)始向多種化工方向發(fā)展，現(xiàn)根據(jù)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

由于歷史的原因，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)，有的還根據(jù)用戶(hù)和自身的要求，嚴(yán)格控制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。

1.3 影響我國(guó)甲醛價(jià)格的主要因素

近些年來(lái)我國(guó)甲醛行業(yè)發(fā)展很快，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)最主要的下游產(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年上漲幅度很大，達(dá)到了1200元，2004年為1250元/噸。影響甲醛價(jià)格主要有以下三個(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)、人工及管理費(fèi)用等，其中原料甲醇是最主要的生產(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)重要原因就是甲醇價(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?？梢钥闯?，甲醛價(jià)格與甲醇價(jià)格基本上呈現(xiàn)一種線性關(guān)系。

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，所以甲醛基本上是就地產(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1100~1200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)品說(shuō)明

1.4.1 產(chǎn)品名稱(chēng)：甲醛 化學(xué)分子式：HCHO 分子量：30.03 1.4.2 產(chǎn)品性質(zhì) A.物理性質(zhì)

甲醛又稱(chēng)蟻醛，是無(wú)色有強(qiáng)烈刺激性氣味的氣體，對(duì)空氣的比重為1.06，略重于空氣，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)。其30%~40%的水溶液為福爾馬林液，此溶液沸點(diǎn)為19℃。故在室溫時(shí)極易揮發(fā)，隨著溫度的上升揮發(fā)速度加快。甲醛易聚合成多聚甲醛，其受熱易發(fā)生解聚作用，并在室溫下可緩慢釋放甲醛。

表1-2 甲醛的物理性質(zhì) 計(jì)量單位:見(jiàn)表 項(xiàng)目

數(shù)值

密度(g/cm3)

-80℃

0.9151-20℃

0.8153 沸點(diǎn)(101.3kPa)/℃

-19 熔點(diǎn)℃

-118 汽化熱(19℃)/(kj/mol)23 生成熱(25℃)/(kj/mol)-116 標(biāo)準(zhǔn)自由能(25℃)/(kj/mol)-109.7 比熱容J/(mol.k)35.2 熵J/(mol.k)218.6 燃燒熱(kj/mol)561～569 臨界溫度℃

137.2～141.2 臨界壓力Mpa 6.81～6.66 空氣中爆炸極限% 7.0～73 著火點(diǎn)℃

430

B.化學(xué)性質(zhì)

甲醛分子中含有醛基，具有典型的醛類(lèi)的化學(xué)性質(zhì)，同時(shí)又含有羰基碳原子鍵合的較為活潑的α-H，使甲醛的化學(xué)性質(zhì)十分活潑，能參加與多種化學(xué)反應(yīng)。在此只介紹幾種重要的化學(xué)反應(yīng)。

（1）加成反應(yīng)

1）在有機(jī)溶劑中，甲醛與烯烴在酸催化下發(fā)生加成反應(yīng)，通過(guò)這種反應(yīng)，可由單制備雙烯烴，并增加一個(gè)碳原子，例如甲醛與異丁烯反應(yīng)得到異戊二烯。

2）在乙炔酮、乙炔銀和乙炔汞催化劑存在下，單取代乙炔化合物與甲醛加成生成炔屬醇（Reppe反應(yīng)）。對(duì)乙炔來(lái)說(shuō)，加上2mol甲醛，生成2-丁炔-1，4-二醇，2-丁炔-1，4-二醇進(jìn)一步加氫生成重要的化學(xué)1，4-丁二醇。

3）在堿性溶液中，甲醛和氰化氫反應(yīng)生成氰基甲醇。

（2）縮合反應(yīng)

甲醇除自身外，能各多種醛、醇、酚、胺等化合物發(fā)生縮合反應(yīng)?？s合反應(yīng)是甲醛最重要的化學(xué)反應(yīng)。

1）甲醛能發(fā)生自縮合反應(yīng)，生成三聚甲醛或多聚甲醛。60%濃甲醛溶液在室溫下長(zhǎng)期放置就能自動(dòng)聚合成三分子的環(huán)狀聚合物。

2）在NaOH溶液中，甲醛自身縮合生成羥基乙醛。HOCH3CHO它能進(jìn)一步快速與甲醛縮合生成碳水化合物，俗稱(chēng)Formose反應(yīng)。

3）甲醛聚糖反應(yīng)是已知的唯一一步合成碳水化合物的方法，它在生成物多元醇和甲醛生物工程利用中具有潛在的重要意義。在RhCl(Ph3P)和叔胺催化體系的作用下，在120℃3~12Mpa的條件下甲醛與合成氣反應(yīng)生成販丙糖、戊糖和己糖。

4）在堿性催化劑作用下，甲醛和酚首先發(fā)生加成反應(yīng)。生成多羥基苯酚，生成多羥基苯酚受熱后，可進(jìn)一步縮合脫水，生成酚醛樹(shù)脂。

5）甲醛很容易和氨及胺發(fā)生縮合反應(yīng)，生成鏈狀或環(huán)狀化合物。甲醛和氨在20~30℃條件下縮合生成六亞甲基四胺，俗稱(chēng)烏洛托品。

（3）分解反應(yīng)

純的、干燥的甲醛氣體能在80~100℃的條件下穩(wěn)定存在，在300℃以下時(shí)，中醛發(fā)生緩慢分解為CO和H2，400℃時(shí)分解速度加快，達(dá)到每分鐘0.44%的分解速度。

300℃

HCHO→CO＋H2

（4）氧化還原反應(yīng)

甲醛極易氧化成甲酸、進(jìn)而氧化為CO2和H2O O2 O2

HCHO→HCOOH→CO2＋H2O

（5）羰基化反應(yīng)

在鈷或銠催劑作用下，于110℃ 和13-15Mpa條件下，甲醛與合成氣（H2/CO=1-3）

能進(jìn)行羥基化反應(yīng)生成乙醇醛，進(jìn)一步加氫可以生成乙二醇，該反應(yīng)也稱(chēng)甲醛氫甲?；磻?yīng)。

CH2O＋CO＋H2→HOCH2CHO

在羰基銠催化劑和鹵化物促進(jìn)劑的作用下，甲醛與合成氣能進(jìn)行同系化反應(yīng)生成乙醛，進(jìn)一步加氫生成乙醇。1.5 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，所以一般都在主消費(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，主要用于有機(jī)合成、合成材料、涂料、橡膠、農(nóng)藥等行業(yè)，其衍生產(chǎn)品主要有多聚甲醛、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。1.6 原材料說(shuō)明 原材料名稱(chēng)：甲醇 A.物理性質(zhì)

甲醇是最簡(jiǎn)單的飽和脂肪酸，分子式CH3OH，相對(duì)分子質(zhì)量32.04，常溫常壓下，純甲醇是無(wú)色透明、易揮發(fā)、可燃、略帶醇香味的有毒液體。甲醇可以和水以及乙醇、乙醚等許多有機(jī)液體無(wú)限互溶，但不能與脂肪烴類(lèi)化合物相互溶，甲醇蒸氣和空氣能形成爆炸性混合物，爆炸極限為6.0%~36.5%（體積）。B.化學(xué)性質(zhì)

甲醇是最簡(jiǎn)單的飽和脂肪醇，具有脂肪醇的化學(xué)性質(zhì)，即可進(jìn)行氧化，酯化、羰基化、胺化、脫水等反應(yīng)；甲醇裂解生CO和H2，是制備CO和H2的重要化學(xué)方法。在此只介紹幾種重要的化學(xué)反應(yīng)。

（1）氧化反應(yīng)

甲醇在電解銀催化劑下可被空氣氧化成甲醛，是重要的工業(yè)制備甲醛的方法；

（2）酯化反應(yīng)

甲醇可與多種無(wú)機(jī)酸和有機(jī)酸發(fā)生酯化反應(yīng)。甲醇和硫酸發(fā)生酯化反應(yīng)生成硫酸氫甲酯，硫酸氫甲酯經(jīng)加熱減壓蒸餾生成重要的甲基化試劑硫酸二甲酯；

（3）羰基化反應(yīng)

甲醇和光氣發(fā)生羰基化反應(yīng)生成氯甲酸甲酯，進(jìn)一步反應(yīng)生成碳酸二甲酯；

（4）裂解反應(yīng)

在銅催化劑上，甲醇可裂解成CO和H2。1.7 甲醛工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì) 1.7.1 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)大發(fā)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)。

1.7.2 高濃度甲醛工藝發(fā)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）的發(fā)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發(fā)展。由甲醇催化脫氫制備無(wú)水甲醛，產(chǎn)物甲醛和氫氣很容易分離，避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。1.7.3 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)平衡控制，國(guó)外開(kāi)發(fā)了許多因素程序控制法。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。1.7.4 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。1.7.5 產(chǎn)品簡(jiǎn)介 表1—3 產(chǎn)品簡(jiǎn)介 產(chǎn)品名稱(chēng)

甲醛

CA登記號(hào)

50-00-0 標(biāo)準(zhǔn)

GB9009-1988 英文名

Formaldehyde 別名

福爾馬林

分子式

HCHO 分子量

30.03 熔點(diǎn)

-92℃

沸點(diǎn)

-19.5℃

相對(duì)密度

0.815(-20℃)

溶解度

易溶于水 乙醇 乙醚 丙酮 1.8 甲醛的主要技術(shù)指標(biāo)

表1—4 甲醛的主要技術(shù)指標(biāo) 計(jì)量單位：見(jiàn)表 項(xiàng)目 優(yōu)等品 一等品 二等品 色度(鉑-鈷),≤ 10 —— —— 甲醛含量，%≤ 37.0-37.4 36.7-37.4 36.5-37.4 甲醇含量，%≤ 12 12 12 酸度，%≤ 0.02 0.04 0.05 鐵含量，10-6≤ 1(槽裝）3(槽裝）5(槽裝）

5(槽裝）10(槽裝）10(槽裝）灰分，%≤ 0.005 0.005 0.005 2 合成方法及生產(chǎn)技術(shù)比較 2.1 甲醛的合成方法

目前，國(guó)內(nèi)外由甲甲醇生產(chǎn)甲醛主要有以下幾種方法： 2.1.1 銀催化劑法

用銀鋪成薄層的銀粒為催化劑，控制甲醇過(guò)量，反應(yīng)溫度在600-700℃之間。銀法工藝路線心德國(guó)BASF公司為代表。2.1.2 鐵鉬催化劑法：

用FeO、MO做催化劑，還經(jīng)常加入鉻和鈷的氧化物做助催化劑，甲醇與過(guò)量的空氣混合，經(jīng)凈化，預(yù)熱，在320-380℃溫度下反應(yīng)生成甲醛。鐵鉬催化劑法工藝路線以瑞典PERSTORP公司為典型。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)濃度甲醛吸收與處理。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，采用反應(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)入二段吸收系統(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。其反應(yīng)式如下：

CH4＋O2=HCHO＋H2 2.2 生產(chǎn)工藝比較

目前，工業(yè)上幾乎所有的甲醛生產(chǎn)方法都是用銀催化劑法、鐵鉬催化劑法。2.2.1 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、水蒸氣經(jīng)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，冷凝由吸收塔吸收，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)溫度控制在430℃左右，而反應(yīng)的熱量靠惰性氣體帶走，所以在反應(yīng)過(guò)程中需引入尾氣塔，由于吸收系統(tǒng)中加水少，從而能制取高濃度甲醛。但由于采用了尾氣循環(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%。根據(jù)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。甲醇

→蒸發(fā)器→過(guò)熱器→三元過(guò)濾器→氧化器→吸收一塔→吸收二塔 空氣

圖2—1 電解銀法制甲醛工藝流程圖 說(shuō)明

（1）用兩種方法生產(chǎn)的甲醛作為商品，鐵鉬法也有它的局限性，因?yàn)闈饧兹┰诔叵氯菀拙酆?，高濃甲醛在貯存和運(yùn)輸上很難處理。在制膠工業(yè)中客戶(hù)一般不喜歡用鐵鉬法制取的低醇含量的甲醛。如作為有些需要脫水的下游產(chǎn)品的原料，則有它的可取之處。

（2）鐵鉬法一次性投資費(fèi)用大，投資回收期長(zhǎng)。與銀法相比其投資風(fēng)險(xiǎn)大，而隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，近幾年銀法甲醛工藝也已有了很大的進(jìn)步（如單耗、能耗等），單耗已接近鐵鉬法水平。

（3）銀法工藝上用的電解銀催化劑，其制法簡(jiǎn)單，成本較低，并可重復(fù)使用。鐵鉬法由供應(yīng)商提供，價(jià)格昂貴且受到一定的制約。

（4）用兩種工藝路線生產(chǎn)甲醛，銀法的運(yùn)行成本在設(shè)備折舊費(fèi)、能耗、催化劑消耗費(fèi)用以及副產(chǎn)蒸汽等方面都優(yōu)于鐵鉬法；鐵鉬法在單耗，甲醛濃度上也有它的明顯優(yōu)點(diǎn)。

2.2.2 銀催化劑法和鐵鉬催化劑法的特點(diǎn)的比較：

表2—1 電解銀催化劑法和鐵鉬催化劑法的特點(diǎn) 計(jì)量單位：見(jiàn)表 項(xiàng)目 銀催化劑法 鐵鉬催化劑法 反應(yīng)溫度（℃）600～720 320～380 反應(yīng)器 絕熱式 管式絕熱流化床 催化劑壽命 3～6 12～18 收率（%）89～91 91～94 甲醇單耗(Kg/t)470～480 420～470 甲醛濃度（%）37～55 37～55 產(chǎn)品中甲醇含量（%）4～8 0.5～1.5 產(chǎn)品中甲酸量（104）100～200 200～300 甲醛中混合氣體中濃度（%）＞37 ＜7 投資 相對(duì)低 相對(duì)高

催化劑失活原因 原料中鐵、硫引起中毒 M升華 對(duì)毒物敏感程度 敏感 不敏感 2.3 國(guó)內(nèi)外甲醛裝置能耗比較

表2—2 國(guó)內(nèi)外甲醛裝置能耗比較 單位：m3/t、t/t、kwh/t 項(xiàng)目 國(guó)外

國(guó)內(nèi)

銀法 鐵鉬法 銀法 鐵鉬法

先進(jìn) 一般 先進(jìn) 一般 先進(jìn) 一般 先進(jìn) 一般 冷卻水 20-30 30-50 20 28-42 15-20 35-45 20 30-40 蒸汽 －0.2-0.5 －0.3-0.1 －0.6 －0.3-0.5 －0.3-0.5 －0.3-0 －0.6 －0.3-0.5 電 20 25-30 70 85-90 18-20 30-40 80 85-98 注：以生產(chǎn)1噸37%的甲醛消耗量統(tǒng)計(jì)

通過(guò)以上分析，我們認(rèn)為銀法甲醛生產(chǎn)線具有投資小，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，應(yīng)比較適合中國(guó)的國(guó)情。工藝流程介紹 3.1 流程說(shuō)明

熱水 蒸汽 工藝補(bǔ)水 尾氣 甲醇

→蒸發(fā)器→過(guò)熱器→三元過(guò)濾器→氧化器→吸收一塔→吸收二塔 空氣 冷卻水 甲醛產(chǎn)品

圖3—1 電解銀法制甲醛工藝流程圖

原料氣的供給：

原料甲醇用泵連續(xù)從甲醇貯槽送至高位槽，一部分甲醇流回甲醇貯槽，另一部分自高位槽能過(guò)甲醇過(guò)濾器過(guò)濾羰基鐵等到雜質(zhì)后，控制一定的流量進(jìn)入蒸發(fā)器；同時(shí)，空氣經(jīng)空氣過(guò)濾器過(guò)濾灰塵等到雜質(zhì)后由羅茨鼓風(fēng)機(jī)在蒸發(fā)器底部送入，并通過(guò)空氣放空來(lái)控制一定的量。

空氣經(jīng)過(guò)濾器由鼓風(fēng)機(jī)鼓入蒸發(fā)器。空氣鼓泡經(jīng)過(guò)0.8~1m的45℃甲醇液，被甲醇蒸發(fā)所飽和，蒸發(fā)器頂部裝有阻霧設(shè)施，分離夾帶的甲醇液滴。按照配料要求補(bǔ)加水蒸氣。

用熱水或蒸氣調(diào)節(jié)蒸發(fā)器溫度后，控制在45~52℃（依據(jù)氧醇比和平衡濃度來(lái)定）。甲醇在蒸發(fā)器中經(jīng)空氣鼓泡蒸發(fā)后，形成均勻混合的二元?dú)怏w，再通過(guò)噴嘴加入不定期定量的水蒸氣（即配料蒸氣）以調(diào)節(jié)水醇比，形成配比的二元反應(yīng)氣。

甲醇-水蒸氣-空氣經(jīng)過(guò)過(guò)熱器加熱到120℃，以保證反應(yīng)混合氣中甲醇全部氣化。因?yàn)榧状家旱芜M(jìn)入反應(yīng)區(qū)，會(huì)劇烈蒸發(fā)，使催化劑床層翻動(dòng)，造成床層厚度不均，發(fā)生短路，而且甲醇蒸發(fā)吸熱，會(huì)降低反應(yīng)溫度，甚至發(fā)生熄火不反應(yīng)。

過(guò)熱的反應(yīng)混合氣進(jìn)入阻火器，阻火器起安全隔離作用，當(dāng)反應(yīng)器中發(fā)生燃燒反應(yīng)時(shí)，不會(huì)涉及到前部的蒸發(fā)器。再進(jìn)入過(guò)濾器以除去五羰基鐵等含鐵雜質(zhì)。最后于120℃左右進(jìn)入氧化反應(yīng)器。

原料所轉(zhuǎn)化為甲醛：

在氧化器的的氧化室中，三元反應(yīng)氣在電解銀觸媒的作用下發(fā)生氧化和脫氫反應(yīng)生成甲醛，反應(yīng)溫度控制在650℃絕大部分甲醇轉(zhuǎn)化成甲醛，同時(shí)會(huì)有一些副反應(yīng)發(fā)生。為控制副反應(yīng)的發(fā)生并防止甲醇的分解，轉(zhuǎn)化后的氣體經(jīng)廢熱鍋爐被聚冷到230℃以下，再經(jīng)冷卻段冷卻到80~100℃，然后進(jìn)入第一吸收塔。

反應(yīng)氣體的吸收：

吸收采用雙塔循環(huán)，二塔用軟水作吸收劑，一塔用二塔來(lái)的甲醛溶液的稀溶液（二補(bǔ)一）作吸收劑。具體流程：

自氧化器出來(lái)的甲醛從一塔底進(jìn)入，向塔頂流動(dòng)；二塔來(lái)的稀甲醛溶液（二補(bǔ)一）從塔頂加入，一塔循環(huán)液從塔頂和塔中部加入，向下流動(dòng)，氣流逆向流動(dòng)；在此運(yùn)行過(guò)程中大部分甲醛被吸收，并放出大量的熱；為控制一定的一塔循環(huán)溫度以保證吸收效果，一塔出來(lái)的循環(huán)液經(jīng)泵送入塔頂和塔中部前，必須經(jīng)一塔第一冷卻器和一塔第二冷卻器冷卻后，才能送入形成自塔循環(huán)。未補(bǔ)吸收的氣體由塔頂引出，進(jìn)入第二吸收塔的底部，由塔頂引出尾氣鍋爐或支真空系統(tǒng)。

吸收用水由泵經(jīng)冷卻器打到第二吸收塔頂，在二塔內(nèi)吸收甲醛后，用泵經(jīng)第二冷卻口頭冷卻后，打到第一吸收塔頂，在一塔內(nèi)進(jìn)一步吸收甲醛后，由一塔底引出冷卻器流入甲醛貯槽。

產(chǎn)品含甲醛36.7%~37.4%，甲醇6%左右，密度1.1Kg/L。

鐵會(huì)促使甲醛分解，為了避免鐵接觸，反應(yīng)器以后的設(shè)備、管路采用鋁或不銹鋼制成。

3.2 生產(chǎn)工藝影響因素

影響甲醇轉(zhuǎn)化為甲醛反應(yīng)過(guò)程的主要因素有：反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)與狀態(tài)、催化劑的性能狀態(tài)、反應(yīng)溫度、氧醇比、停留時(shí)間和空間速度、反應(yīng)壓力及原料混合氣的純度，先分析如下： 3.2.1 反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)與狀態(tài)

反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)與狀態(tài)將直接關(guān)系到甲醇轉(zhuǎn)化成甲醛的主反應(yīng)能否順利進(jìn)行和減少與防止副反應(yīng)的發(fā)生等問(wèn)題。設(shè)計(jì)反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)考慮諸如能否氣固兩相間很好接觸，橫否保持良好的催化層狀態(tài)，反應(yīng)物在反應(yīng)器中的流動(dòng)是否有死角，反應(yīng)氣的速度分布和反應(yīng)在床層中的阻力是否能均勻，以及反應(yīng)后的氣體能否迅速離開(kāi)高溫區(qū)以快速冷卻等問(wèn)題。3.2.2 催化劑的性能和狀態(tài)

催化劑在化工生產(chǎn)中被廣泛使用，其活性的高低，直接決定著轉(zhuǎn)化的效果的好壞。一般對(duì)催化劑的性能要求是要有較高的催化活性，良好的選擇性，較強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度，較好的熱穩(wěn)定性和具有一定的抗毒能力。要想有效的發(fā)揮催化劑的性能，設(shè)計(jì)中必須考慮催化劑的鋪裝方法，考慮床層的嚴(yán)密、平整和均勻性，以使氣體能均勻的流經(jīng)催化劑床層，特別在床層的邊緣，熱電偶插入等部位要避免和防止溝道旁路，否則這些部位易發(fā)生局部反應(yīng)過(guò)熱，引起床層燒結(jié)和破裂。3.2.3 反應(yīng)溫度

反應(yīng)溫度的高低會(huì)影響物料的反應(yīng)程度。溫度過(guò)高，物料會(huì)劇烈氧化，生成一些副產(chǎn)品，降低甲醛含量；溫度過(guò)低，甲醛不能被氧化，達(dá)不到生產(chǎn)目的。

對(duì)吸熱反應(yīng)的甲醇脫氫反應(yīng)來(lái)說(shuō)，升溫是有利的。醇脫氫反應(yīng)的平衡常數(shù)隨溫度的升高而增大。自發(fā)進(jìn)行的最低溫度為481.6℃，實(shí)際生產(chǎn)的反應(yīng)溫度應(yīng)高于這一溫度。3.2.4 氧醇比

氧醇比是甲醛生產(chǎn)中氧氣和甲醇的摩爾比值。氧醇比過(guò)高，氧氣過(guò)量，甲醇會(huì)被深度氧化而降低甲醇的轉(zhuǎn)化率；氧醇比過(guò)低，甲醇過(guò)量，浪費(fèi)原料。

氧醇比是一個(gè)非常重要的參數(shù)，它關(guān)系到甲醛生產(chǎn)反應(yīng)過(guò)程中的轉(zhuǎn)化率，選擇性和安全性等問(wèn)題，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

V氧氣：V甲醇=（0.21×P空氣）/P甲醇

式中：V氧氣——三元混合氣中氧氣的濃度，%；

V甲醇——三元混合氣中甲醇的濃度，%；

P空氣——三元混合氣中空氣的分壓，%；

P甲醇——三元混合氣中甲醇的分壓，%；

影響氧醇比的重要因素有三：

（1）甲醇 蒸發(fā)器上部空間的總壓力（若甲醇蒸發(fā)器液層上面的總壓力升高，則氧醇比增大）；

（2）蒸發(fā)器溫度（升高蒸發(fā)器溫度會(huì)使氧醇比降低）；

（3）蒸發(fā)器中甲醇濃度（甲醇濃度降低會(huì)使氧醇比降低）。3.2.5 水醇比

增加反應(yīng)器的水醇比，既有利于控制反應(yīng)的溫度，又能使反應(yīng)在較低的溫度下進(jìn)行，還可以提高進(jìn)料中氧的濃度而不發(fā)生過(guò)熱，從而能改善轉(zhuǎn)化率和提高收率。但是，提高水醇比要受到產(chǎn)品濃度和塔吸收效率的限制。如果水醇比過(guò)大，又要維持二塔有一定的加水量，勢(shì)必造成產(chǎn)品的濃度下降；而要保持產(chǎn)品的濃度，又勢(shì)必會(huì)減少二塔的加水量，使二塔的吸收效率下降。因此，水醇比必須控制得當(dāng)。

3.2.6 停留時(shí)間和空間速度

停留時(shí)間也稱(chēng)接觸時(shí)間，是指原料混合氣通過(guò)催化床層所需要的時(shí)間，其單位用秒表示。停留時(shí)間和空間速度呈倒數(shù)關(guān)系。

可表示為：停留時(shí)間=HF/V

H——催化劑的填裝高度：

F——反應(yīng)器橫斷面積：

V——?dú)饬魉俣萂3/S。

停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，原料氣會(huì)被劇烈氧化，降低轉(zhuǎn)化率：停留時(shí)間過(guò)短，會(huì)有很多原料氣未被氧化。一般銀法的時(shí)間取0.02~0.05s,即空速3600~7200h。時(shí)間越長(zhǎng)則副反應(yīng)越強(qiáng)烈。3.2.7反應(yīng)壓力

由于甲醇氧化和甲醇脫氫這兩個(gè)反應(yīng)都是反應(yīng)后增加體積的反應(yīng)，因此，降低壓力將使反應(yīng)向著生產(chǎn)甲醛的方向移動(dòng)，所以減壓對(duì)主反應(yīng)有利。但在實(shí)際生產(chǎn)中由于減壓將增加設(shè)備投資和能耗，并帶來(lái)上些其它不穩(wěn)定的因素，故現(xiàn)在甲醛的生產(chǎn)已由早期的負(fù)壓操作改為常壓操作。3.2.8 原料混合氣的純度

原料混合氣的純度將影響催化劑的活性與壽命。另外，在催化劑的表面如覆蓋了氧化鐵，還會(huì)加快甲醇燃燒等副反應(yīng)。因此，原料混合氣的純度也是影響反應(yīng)的重要因素，生產(chǎn)中應(yīng)盡可能使原料氣得以?xún)艋?.3 主要工藝指標(biāo)

表3—1 主要工藝指標(biāo) 計(jì)量單位：見(jiàn)表 指標(biāo)名稱(chēng) 單位 指標(biāo) 流量

濕空氣 Kg/h 3234.760 配料蒸汽 Kg/h 1294.019 工藝補(bǔ)水 Kg/h 530.064 工藝甲醇 Kg/h 1892.005 甲醛成品液 Kg/h 4167.000 一塔循環(huán)量 m3/h 1351.219 二塔循環(huán)量 m3/h 1174.973 壓力(絕)一塔底 mmHg 795 一塔頂 mmHg 785 二塔頂 mmHg 775 氧化器 Mpa 800 蒸汽分配缸 Mpa 0.28±0.02 汽包 Mpa 0.282 蒸發(fā)室 Mpa 12月21日 溫度

蒸發(fā)器 ℃ 42-50 過(guò)熱器 ℃ 100-120 氧化器觸媒層 ℃ 610-660 氣體出一塔 ℃ ≤55 吸收一塔底 ℃ ≤60

續(xù)表3—1 指標(biāo)名稱(chēng) 單位 指標(biāo) 吸收二塔頂 ℃ ≤35 吸收二塔底 ℃ ≤35 蒸發(fā)器加熱熱水進(jìn)口 ℃ 85 蒸發(fā)器加熱熱水出口 ℃ 55 氧化器廢熱鍋爐出口 ℃ 150 氧化器水冷段氣體出口 ℃ 100 成品液 ℃ 42 尾氣 ℃ 32 液位

一塔 % 25-35 二塔 % 25-35 蒸發(fā)器 % 60-80 汽包 % 45 含量

成品液甲醛 質(zhì)量% 37.2 成品液甲醇 質(zhì)量% 1.2 尾氣中甲醛含量 體積% 0.2 尾氣中水含量 體積% 5.7328 尾氣中二氧化碳含量 體積% 3.3 尾氣中一氧化碳含量 體積% 0.3 尾氣中氧氣含量 體積% 0.42 尾氣中氫氣含量 體積% 15 尾氣中氮?dú)夂?體積% 74.84 尾氣中甲烷含量 體積% 0.2 尾氣中甲醇含量 體積% 0.0072 蒸汽配料濃度 % 氧醇比

0.37-0.42 甲醇單耗 Kg 57.5 工業(yè)甲醇濃度 % 98 濕空氣含水量 % 1.9 4 安全與“三廢”處理

4.1工藝物料特性及防護(hù)措施

甲醛是易燃易爆的液體，沸點(diǎn)64.45℃，自燃點(diǎn)400℃。在空氣中爆炸范圍6~36.5%，有毒，車(chē)間空氣中最大允許濃度50mg/m3，設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮放火、防爆、毒等

（1）建筑物的耐火等級(jí)為一級(jí)；

（2）應(yīng)將甲醛、甲醛泵安裝在通風(fēng)良好的場(chǎng)所；

（3）廠房各層均應(yīng)布有放毒工具箱及一定數(shù)量的防毒面具；（4）廠房各層均應(yīng)布有必要的消防器材；（5）本裝置電氣設(shè)備屬Ⅱ級(jí)防爆；

（6）設(shè)備、導(dǎo)管各容器安裝可靠的接地設(shè)備，采用環(huán)行接地網(wǎng)；（7）槽應(yīng)有靜電措施，包括良好的接地與導(dǎo)流管；（8）車(chē)間內(nèi)應(yīng)有利于消防車(chē)環(huán)行的通道；

（9）開(kāi)四點(diǎn)火時(shí)，氧醇比保持在0.24~0.26，既必須在爆炸范圍外點(diǎn)火；（10）所有設(shè)備、管道應(yīng)按規(guī)定進(jìn)行試壓試漏。

甲醛有毒，吸入其蒸汽后會(huì)引起眼部灼痛、咽痛、頭痛、惡心、嘔吐等，還會(huì)造成鼻

炎、支氣管、結(jié)膜炎和肺氣腫。甲醛直接接觸會(huì)造成皮膚灼傷。

本品用內(nèi)色橡膠或內(nèi)涂瀝青防銹漆的鐵桶盛裝。第桶凈重200kg，也可用槽四裝運(yùn)，應(yīng)貯存在通風(fēng)干燥處，遠(yuǎn)離火種熱源，不與堿類(lèi)、氰化物同運(yùn)，不存貯過(guò)久，貯所溫度以21-25℃為宜。4.2 三廢處理

甲醛工業(yè)生產(chǎn)中，生產(chǎn)污染環(huán)境的主要污染源有廢氣、廢水和噪聲。甲醛生產(chǎn)中，工業(yè)“三廢”的治理方法如下： 4.2.1 廢氣處理

在甲醛生產(chǎn)中所產(chǎn)生的廢氣，采用燃燒法。因?yàn)榧兹┪矚馊紵蠹认宋矚鈱?duì)大氣的污染，又可產(chǎn)生蒸汽。這些蒸汽既可供甲醛裝置使用，也可供外界使用。從而達(dá)到節(jié)約能源，化害為利的目的。對(duì)于甲醛槽中的蒸汽的控制，采用冷凝法，既用冷水噴灑甲醛貯槽，使貯槽的溫度下降。另外在甲醛貯槽頂部加呼吸閥，亦可減少甲醛蒸發(fā)量。

甲醛生產(chǎn)車(chē)間在生活區(qū)大氣中有害物質(zhì)的最高允許濃度見(jiàn)表7—1。4.2.2 廢水處理

甲醛行業(yè)中的工業(yè)廢水處理：

（1）在生產(chǎn)中盡量減少跑，冒、滴、漏。甲醛循環(huán)泵容量漏甲醛循環(huán)液，一般采用內(nèi)冷式機(jī)械密封泵，以減少泄露。車(chē)間廢水一般要經(jīng)過(guò)處理濾池進(jìn)行處理。多余的料液集中送入吸收塔作吸收液使用。

（2）甲醛生產(chǎn)中形成的中控分析殘液可集中起來(lái)處理，多余的樣液集中送入吸收塔作吸收液使用。

（3）設(shè)備清洗應(yīng)首先用水進(jìn)行循環(huán)清洗，洗液可用作甲醛的吸收液。不能用作吸收液的廢液將其送入污水處理站處理，以免直接排污造成污染。

（4）甲醛蒸發(fā)器底部和殘液放出后可集中進(jìn)行蒸餾，回收其甲醛。這種回收甲醛既可作為配料甲醛阻聚劑和溶劑。如果殘液數(shù)量少可進(jìn)行燃燒處理，以消除環(huán)境污染。

（5）對(duì)于一般設(shè)備出垢產(chǎn)生的殘液可先用堿中和，然后排入污水池進(jìn)行處理。

表7—1 有害物質(zhì)濃度 計(jì)量單位：見(jiàn)表 物料名稱(chēng) 車(chē)間 居住區(qū)

一次 日平均 甲醇 50 3.0 1.0 甲醛 3 0.05 —— 乙醛 —— 0.01 —— 一氧化碳 30 3.0 1.0 氨 30 0.2 —— 二氧化碳 5 0.15 —— 飄塵 10 0.5 0.15 4.2.3噪聲防治

對(duì)于甲醛生產(chǎn)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，噪聲的主要來(lái)源是羅茨鼓風(fēng)機(jī)，它發(fā)出的聲響可達(dá)100分貝以上，減少羅茨鼓風(fēng)機(jī)的噪聲，一般采用的方法包括單獨(dú)設(shè)立一個(gè)隔音房間；在鼓風(fēng)機(jī)的墻壁上加吸音器材和隔疸門(mén)窗，在鼓風(fēng)機(jī)的進(jìn)出口管道上加消音器；選用低速轉(zhuǎn)風(fēng)機(jī)。有的工廠將風(fēng)的轉(zhuǎn)速由1450轉(zhuǎn)/分改為570轉(zhuǎn)/分，這些措施都可以減少羅茨 鼓風(fēng)機(jī)發(fā)出的噪聲，起到降低環(huán)境噪聲的污染，保護(hù)環(huán)境衛(wèi)生的目的。

致謝語(yǔ)

隨著畢業(yè)日子的到來(lái)，畢業(yè)設(shè)計(jì)從選題到查找資料，再到動(dòng)手制作，足足花了好2個(gè)多月的時(shí)間。經(jīng)過(guò)這些日子的努力畢業(yè)設(shè)計(jì)終于完成了。在沒(méi)有做畢業(yè)設(shè)計(jì)以前覺(jué)得畢業(yè)設(shè)計(jì)只是對(duì)這幾年來(lái)所學(xué)知識(shí)的單純總結(jié)，但是通過(guò)這次做畢業(yè)設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)自己的看法有點(diǎn)太片面。畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的一種全面地結(jié)合，是對(duì)自己能力的一種提高。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我明白了自己原來(lái)知識(shí)還比較欠缺。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多，以前老是覺(jué)得自己看著人家做就會(huì)了，但是既不是這樣，只有通過(guò)自己親自做一做，才能做到真正的明白，才能知道自己的不足在哪。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我明白學(xué)習(xí)是一個(gè)長(zhǎng)期積累的過(guò)程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識(shí)和綜合素質(zhì)。

在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中也使我們的同學(xué)關(guān)系更進(jìn)一步了，同學(xué)之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽(tīng)聽(tīng)不同的看法對(duì)我們更好的理解知識(shí)，所以在這里非常感謝幫助我的同學(xué)。

總之，不管學(xué)會(huì)的還是學(xué)不會(huì)的的確覺(jué)得困難比較多，真是萬(wàn)事開(kāi)頭難，不知道如何入手。此外，還得出一個(gè)結(jié)論，知識(shí)必須通過(guò)應(yīng)用才能得到最大的效用。有些東西以為會(huì)了，但真正到用的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)是自己知道的是模凌兩可，所以我認(rèn)為只有到真正會(huì)用的時(shí)候才是真的學(xué)會(huì)了。在此要感謝我的指導(dǎo)老師袁芹對(duì)我悉心的指導(dǎo)，感謝老師給我的幫助。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我通過(guò)查閱大量有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗(yàn)和自學(xué)，并向老師請(qǐng)教等方式，使自己學(xué)到了不少知識(shí)，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個(gè)設(shè)計(jì)中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨(dú)立工作的能力，樹(shù)立了對(duì)自己工作能力的信心，相信會(huì)對(duì)今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動(dòng)手的能力，使我充分體會(huì)到了在創(chuàng)造過(guò)程中探索的艱難和成功時(shí)的喜悅。雖然這個(gè)設(shè)計(jì)做的也不太好，但是在設(shè)計(jì)過(guò)程中所學(xué)到的東西是這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的最大收獲和財(cái)富，使我終身受益。

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第四篇：年產(chǎn)150萬(wàn)噸礦渣水泥生產(chǎn)線石膏破碎車(chē)間工藝設(shè)計(jì)[定稿]

年產(chǎn)150萬(wàn)噸礦渣水泥生產(chǎn)線石膏破

碎車(chē)間工藝設(shè)計(jì)

班級(jí)：材料0804姓名：楊飛指導(dǎo)老師：范金禾

設(shè)計(jì)總說(shuō)明

水泥廠工藝設(shè)計(jì)，應(yīng)進(jìn)行綜合效益和市場(chǎng)需求分析，從我國(guó)國(guó)情出發(fā)，因地制宜，合理利用礦產(chǎn)資源、節(jié)省原材料、節(jié)約能源、節(jié)約用地、用水，保護(hù)環(huán)境，選用先進(jìn)、適用、經(jīng)濟(jì)、可靠的生產(chǎn)工藝和裝備；降低工程投資、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、縮短建設(shè)周期，做出最優(yōu)方案。

本說(shuō)明書(shū)我們本著優(yōu)化工藝方案，降低投資，選用先進(jìn)節(jié)能的機(jī)電設(shè)備，降低能耗和運(yùn)行費(fèi)用的原則，對(duì)年產(chǎn)150萬(wàn)噸礦渣水泥生產(chǎn)線石膏破碎車(chē)間工藝設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。根據(jù)已知條件，石膏最大粒度450mm，水泥中石膏摻加量4%，水分4%，汽車(chē)運(yùn)輸進(jìn)場(chǎng)。進(jìn)行計(jì)算，主要對(duì)破碎機(jī)、板式喂料機(jī)、帶式輸送機(jī)、收塵器、風(fēng)機(jī)以及電機(jī)選出合理的型號(hào)。

在選項(xiàng)的基礎(chǔ)上，我們對(duì)工廠破碎車(chē)間進(jìn)行合理的布局，并且遵守必要的環(huán)境保護(hù)和衛(wèi)生安全！

關(guān)鍵詞： 工藝設(shè)計(jì)，物料和設(shè)備特性選擇，石膏破碎，設(shè)備選型，數(shù)據(jù)計(jì)

算，環(huán)境保護(hù)，大氣污染，消防要求以及消防措施，檢修維護(hù)措施。

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第五篇：氯化氫合成與吸收工藝設(shè)計(jì)及運(yùn)行總結(jié)

氯化氫合成與吸收工藝設(shè)計(jì)及運(yùn)行總結(jié)

王真貝，黃建成

（江蘇揚(yáng)農(nóng)化工集團(tuán)，江蘇 揚(yáng)州 225000）

[關(guān)鍵詞]：氯化氫合成石墨二合一

氯化氫吸收

設(shè)備選型

運(yùn)行情況 [摘要]：對(duì)揚(yáng)農(nóng)化工集團(tuán)產(chǎn)能擴(kuò)建項(xiàng)目中鹽酸合成工藝的設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行了簡(jiǎn)要的概述。對(duì)于設(shè)備選型以及后期運(yùn)行情況進(jìn)行了分析，并對(duì)生產(chǎn)過(guò)程出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象以及處理辦法進(jìn)行了描述。

Hydrogen chloride synthesis and absorption of process design

and operation summary

Wang Zhenbei*，Huang Jiancheng（Jiangsu Yangnong Chemical Industry Co.,Ltd., Jiangsu Yangzhou 225000，China)[key words]: hydrogen chloride synthetic graphite hydrochloric acid absorption type equipment operation [Abstract]: the design process of the synthesis of hydrochloric acid production capacity expansion project Yangnong Chemical Industry Co.,Ltd., in brief.For equipment selection and post operation are analyzed, the abnormal phenomenon and appeared on the production process and processing method are described.1、前言

鹽酸是氯堿化工的主要產(chǎn)品之一，目前鹽酸合成工藝多數(shù)采用合成和吸收兩大操作單元組成。合成爐是制造氯化氫氣體或鹽酸的主要設(shè)備。過(guò)去工藝上應(yīng)用比較廣泛的是鋼制合成爐，而近期均以石墨合成爐為主。由于石墨材料具有耐腐蝕、耐高溫、傳熱效率高等優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用越發(fā)廣泛。配合夾套冷卻的合成爐可以降低爐內(nèi)氯化氫溫度，提高生產(chǎn)能力，甚至可以利用反應(yīng)熱副產(chǎn)蒸汽。[1]

揚(yáng)農(nóng)化工集團(tuán)氯堿分廠離子膜以及隔膜電解工藝堿產(chǎn)能為12萬(wàn)噸/年，配套產(chǎn)生氯氣3.5萬(wàn)噸/年，鹽酸工段作為氯氣平衡的工段之一，采用氫氣和氯氣反應(yīng)生成氯化氫，再用吸收水吸收產(chǎn)生32%鹽酸作為產(chǎn)品出售。原來(lái)鹽酸工段有φ700的合成爐2臺(tái)，單套產(chǎn)能為1.5萬(wàn)噸/年，為滿(mǎn)足集團(tuán)產(chǎn)能擴(kuò)大的發(fā)展需求，新增1臺(tái)φ1200的石墨二合一氯化氫合成爐，爐體采用內(nèi)襯石墨，外體鋼制的合成爐，配套吸收系統(tǒng)。此類(lèi)合成工藝具有以下特點(diǎn)：

1、爐體溫度低(530±30)℃；

2、設(shè)備壽命長(zhǎng)，平均使用壽命約2年；

3、制造及安裝方便；

4、吸收效率高；

5、操作彈性較大；

6、系統(tǒng)三廢產(chǎn)生量少。

2、工藝設(shè)計(jì)要求

合成爐選用石墨合成爐。本次設(shè)計(jì)是在揚(yáng)農(nóng)集團(tuán)多年積累的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、運(yùn)行的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出工藝合理、設(shè)備優(yōu)選、產(chǎn)能以及質(zhì)量滿(mǎn)足要求的φ1200石墨二合一氯化氫合成爐。

3、工藝參數(shù)計(jì)算

本合成工藝設(shè)計(jì)按照年產(chǎn)2.5萬(wàn)噸32%鹽酸，年生產(chǎn)天數(shù)330天計(jì)算。合成爐系統(tǒng)工藝由合成爐本體、空冷管道（配馬槽通冷水冷卻）、石墨冷卻器、三級(jí)吸收塔、水流泵等部分組成。具體工藝流程見(jiàn)圖1。

合成工藝流程圖三級(jí)吸收塔水流泵冷卻水二級(jí)吸收塔AT合成氫氣緩沖罐 氫氣阻火器 氫氣阻火器爐氯化氫冷卻器一級(jí)吸收塔去12#、15#庫(kù)純水分配臺(tái)去6#、11#庫(kù)去菊酯AT氯化氫分配臺(tái)串通去1#水流泵去1#吸收水純水庫(kù)PP氯氣緩沖罐循環(huán)水分配臺(tái)汽液分離器酸性水分配臺(tái)純水泵氯氣分配臺(tái)酸性水泵P夾套水分配臺(tái)05-8-18 圖1 鹽酸合成工藝流程圖

3.1合成系統(tǒng)計(jì)算

3.1.1合成爐燃燒體積計(jì)算

合成工藝采用合成爐作為氯氣和氫氣反應(yīng)的場(chǎng)所，本次設(shè)計(jì)合成爐是石墨二合一合成爐，采用三層燈頭，氯氣從中間進(jìn)入，氫氣從二層進(jìn)入，氫氣包裹著氯氣安靜燃燒，最外圍一層淌冷凝酸，那么選取合適的燃燒容積V是保證爐內(nèi)氯氣和氫氣混合、燃燒狀態(tài)良好、火焰垂直向上無(wú)散射、無(wú)偏燒的先決條件。根據(jù)揚(yáng)農(nóng)化工集團(tuán)φ700合成爐設(shè)計(jì)的成功經(jīng)驗(yàn)。

33合成爐生產(chǎn)強(qiáng)度取55～95kg(m·h)為宜，本次設(shè)計(jì)取90kg/(m·h)。經(jīng)計(jì)算單臺(tái)合成爐燃燒容積y取11.1m。

3.1.2合成爐爐體換熱面積計(jì)算

合成爐內(nèi)，氯氣和氫氣反應(yīng)生成氯化氫氣體，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，為促進(jìn)反應(yīng)向正方向進(jìn)行，必須及時(shí)移出反應(yīng)熱，同時(shí)保證生產(chǎn)的安全穩(wěn)定。散熱面積采用下式計(jì)算：S=Q/K△

22￡R，式中：S為散熱面積，m；K為傳熱系數(shù)，kJ／(m·h·℃)；Q為反應(yīng)總熱量，kJ／h；R為修正系數(shù)；△￡為平均溫差，℃。根據(jù)計(jì)算，總移出熱量Q=229.56kj/s，總傳熱系數(shù)22K=14.58w/m·℃，平均溫差△￡=475℃，修正系數(shù)R=1.35，經(jīng)計(jì)算的S為44.8m。3.1.3合成爐其它參數(shù)選取

爐體結(jié)構(gòu)為圓柱體。爐體內(nèi)直徑為1.2m，外直徑為1.6m，高為20m。燈頭：氣體3層分布，內(nèi)為φ100管(氯)，外中φ125管(氫)，爐內(nèi)上升速度：0 120m/s，工作爐溫：(570±20)℃，32爐壓：101.3kPa，校核后，取爐體體積V=11.3m，爐體換熱面積S=68.3m。3.1.3冷卻器選型

氯化氫氣體經(jīng)冷卻后(≤108℃),在含有水的情況下,生成鹽酸具有強(qiáng)腐蝕性。因此冷卻器選擇材質(zhì)為石墨,顧及系統(tǒng)壓降及安全選擇石墨徑向式園塊孔冷卻器同時(shí)它能經(jīng)受更大壓力的沖擊,更能耐高溫而不易損壞。

按照冷卻器氣相進(jìn)口溫度為150℃，出口溫度為40℃，冷卻水進(jìn)水溫度30℃，出水溫

2度33℃計(jì)算，冷凝器總傳熱系數(shù)為2400Kj/hr·m·℃，冷卻負(fù)荷為4899814.205Kj/d，冷22凝器面積要求為32.59m，圓整后為33m，選型JXZ-03。

3.2吸收系統(tǒng)計(jì)算 3.2.1 吸收塔塔徑選取

經(jīng)計(jì)算，吸收系統(tǒng)混合氣體體積流量為17489.6618m3/d，液相體積流量為50.94412m3/d，填料選取25mm*25mm*2.5mm的瓷質(zhì)拉西環(huán)以亂堆方式填充。經(jīng)計(jì)算及查亂堆填料泛點(diǎn)線得出泛點(diǎn)氣速u(mài)max=1.6m/s，空塔氣速的適宜值取泛點(diǎn)氣速的60%~80%，本設(shè)計(jì)取u=1.05m/s作為設(shè)計(jì)氣速，計(jì)算圓整后，塔徑取0.7m。3[2]3.2.2 吸收塔填料高度選取

3工作溫度選取30℃，對(duì)氣相傳質(zhì)系數(shù)kyα=0.0116kmol/（m·s），液相傳質(zhì)系數(shù)kLα33=0.6732kmol/（m·s），總傳質(zhì)系數(shù)KYα=0.01069kmol/（m·s），惰性氣體流量V=2085.8925kg/d，溶劑流量L=5044.119kg/d，塔截面積Ω=0.1923m2。通過(guò)計(jì)算得出傳質(zhì)單元高度為0.4027m，傳質(zhì)單元數(shù)為7.37，修正系數(shù)取1.5，實(shí)裝填料高度取4.45m，分三級(jí)吸收塔安裝。[3]

3.2.3合成一級(jí)吸收塔選型

鹽酸具有強(qiáng)腐蝕性,徑向園塊孔降膜吸收塔具有耐沖擊,壓降小,換熱效果好等優(yōu)點(diǎn),故選擇石墨徑向式園塊孔降膜吸收塔。

按照吸收塔氣相進(jìn)口溫度為40℃，出口溫度為40℃，冷卻水進(jìn)水溫度30℃，出水溫度35℃，淌酸溫度45℃，進(jìn)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)12.8%，淌酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)32%計(jì)算，吸收塔總傳熱系數(shù)為222637.81Kj/hr·m·℃，冷卻負(fù)荷為26457407.5Kj/d，冷凝器面積要求為33.89m，圓整后2為35m，選型MS-07，吸收效率折合拉西環(huán)填料高度2.78m。3.2.4合成二級(jí)吸收塔選型

塔類(lèi)型選擇同合成一級(jí)吸收塔，按照吸收塔氣相進(jìn)口溫度為40℃，出口溫度為30℃，冷卻水進(jìn)水溫度35℃，出水溫度40℃，淌酸溫度45℃，進(jìn)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.2%，淌酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)

212.8%計(jì)算，吸收塔總傳熱系數(shù)為2637.81Kj/hr·m·℃，冷卻負(fù)荷為13205209.99Kj/d，22冷凝器面積要求為28.9m，圓整后為30m，選型MS-06，吸收效率折合拉西環(huán)填料高度1.47m。3.2.5合成三級(jí)吸收塔選型

按照吸收塔氣相進(jìn)口溫度為30℃，出口溫度為27℃，淌酸溫度32℃，進(jìn)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)0%，淌酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.2%，以亂推拉西環(huán)填料計(jì)算，溶劑流量L=5044.119kg/d，塔截面積Ω=0.1923m2。通過(guò)計(jì)算得出傳質(zhì)單元高度為0.4027m，傳質(zhì)單元數(shù)為0.5，修正系數(shù)取1.5，實(shí)裝填料高度取0.31m。

4、結(jié)論與討論

4.1 運(yùn)行總結(jié)

2012年7月14日，合成爐點(diǎn)火成功，經(jīng)過(guò)一系列調(diào)試，各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求：氯化氫體積分?jǐn)?shù)為86.5%~92%，無(wú)游離氯；爐壓為0.02~0.03MPa；氯化氫出口溫度為45~55℃；吸收水轉(zhuǎn)子流量控制范圍在0.5m3/h~1.4m3/h；高純酸比重在1.158~1.160kg/m3，對(duì)應(yīng)的酸濃度為31~32%。

對(duì)比之前使用的鐵質(zhì)合成爐，石墨二合一合成爐具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、石墨材料耐腐性強(qiáng)，使用過(guò)程爐體腐蝕小，使用至今沒(méi)有發(fā)現(xiàn)爐體有腐蝕現(xiàn)象，使用周期較鐵質(zhì)合成爐長(zhǎng)；

2、生產(chǎn)負(fù)荷高，產(chǎn)能大，爐體采用夾套水冷卻，冷卻效果好，可調(diào)控空間大，降低后續(xù)吸收系統(tǒng)冷卻負(fù)荷，查看過(guò)去生產(chǎn)記錄，目前該合成爐的日產(chǎn)量相當(dāng)于過(guò)去使用的同規(guī)格鐵制合成爐1.5倍以上；

3、成品酸質(zhì)量提高，產(chǎn)出氯化氫中含鐵量低，產(chǎn)酸質(zhì)量達(dá)標(biāo)率高，目前生產(chǎn)的高純酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為31.2%~32.2%，含Ca2++Mg2+≤200PPm，F(xiàn)e3+≤500PPm。

4、爐體帶有夾套水冷卻，內(nèi)襯石墨，外用鋼材，導(dǎo)熱效果好，且防腐蝕不易漏，無(wú)高溫輻射，安全穩(wěn)定，工作環(huán)境得到明顯改善。

4.2 存在問(wèn)題

1、開(kāi)車(chē)初期，由于合成爐進(jìn)氣量大，爐頭火焰觀察困難，控制進(jìn)氣H2：Cl2=1.15：1較難，容易過(guò)氯，造成氯化氫的游離氯在瞬間超標(biāo)，影響了正常以及操作；

2、開(kāi)車(chē)點(diǎn)火后，塔內(nèi)爐壓容易偏高，導(dǎo)致易熄火的現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)逐一排查的辦法，發(fā)現(xiàn)水流泵抽力較低，如果系統(tǒng)壓力有波動(dòng)，易導(dǎo)致?tīng)t內(nèi)壓力高；

3、停車(chē)，抽真空，正常檢修過(guò)程中，出現(xiàn)防爆膜爆裂現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)觀察爐火的視鏡出漏真空的現(xiàn)象，同時(shí)檢查爐頂?shù)姆辣?，由于采用利舊的防爆膜，出現(xiàn)了老化的現(xiàn)象；

4、三級(jí)吸收塔淌酸管道存在淌酸不暢現(xiàn)象，同時(shí)易發(fā)生爆鳴，經(jīng)過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)三級(jí)吸收塔淌酸管道液封前走向有一定的上揚(yáng)，導(dǎo)致管內(nèi)氣體難以排出，產(chǎn)生酸封氣以及爆鳴的現(xiàn)象。

4.3 整改措施

1、清理觀察視鏡，方便觀察。對(duì)氯氣進(jìn)氣管道孔板流量計(jì)重新核查，由于孔板流量計(jì)孔徑大小選擇偏大，導(dǎo)致流量系數(shù)C0變大，同時(shí)孔截面積A0增加，導(dǎo)致按照壓差調(diào)節(jié)時(shí)精度降低，控制過(guò)程容易產(chǎn)生偏差，導(dǎo)致過(guò)氯現(xiàn)象。針對(duì)現(xiàn)有工況對(duì)孔板流量計(jì)的孔徑重新計(jì)算選型，通過(guò)計(jì)算，將孔板內(nèi)徑由原來(lái)的Φ50mm調(diào)整到Φ45mm，再根據(jù)壓力、溫度等條件計(jì)算孔板流量計(jì)出對(duì)應(yīng)刻度的摩爾數(shù)，并對(duì)三班員工進(jìn)行培訓(xùn)，嚴(yán)格控制進(jìn)氣比在技控點(diǎn)要求范圍內(nèi)；

2、對(duì)水流泵的抽力進(jìn)行重新計(jì)算確定，更換水流泵由原來(lái)的配套金屬水流泵更換為四氟水流泵，對(duì)于看開(kāi)車(chē)點(diǎn)火前水流泵的運(yùn)行操作進(jìn)行規(guī)范，針對(duì)此合成爐的特點(diǎn)，調(diào)整爐壓技控點(diǎn)指標(biāo)，保證爐內(nèi)壓力在合理的技控點(diǎn)指標(biāo)內(nèi)；

3、對(duì)爐頭觀察爐火的視鏡進(jìn)行緊固，對(duì)爐內(nèi)防爆壓力進(jìn)行核算，選定適宜規(guī)格的防爆膜并更換，制定定期工作，增加防爆膜處的巡回點(diǎn)；

4、對(duì)液封前的管路進(jìn)行調(diào)整，將原來(lái)的上揚(yáng)趨勢(shì)改為有一定的向下傾斜趨勢(shì)，利于將淌酸夾帶的氣體排回吸收塔，消除淌酸不暢以及爆鳴等安全隱患。

參考文獻(xiàn)

[1] 二合一石墨合成爐生產(chǎn)氯化氫運(yùn)行總結(jié)。氯堿工業(yè)，2004（7）：30-43。[2] 40t/d氯化氫合成爐設(shè)計(jì)。氯堿工業(yè)，1994（7）：24-27。[3] 化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)（第三版）。北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003。

[作者簡(jiǎn)介]王真貝（1989—），男，本科學(xué)歷，現(xiàn)于江蘇揚(yáng)農(nóng)化工集團(tuán)氯堿分廠從事工藝設(shè)計(jì)及管理工作。