1_8万吨_年甲醛生产装置工艺设计_王哲勤

工产品 , 是醛类中最简 单的 化合物 。 正常条 件下 是无 色而有 刺激性气味的气体 , 只要有很少量的杂质存 在就会发生 聚合 。 甲醛易溶于水 , 形 成各 种浓 度的 水溶 液 , 含 37 .6%的甲 醛水 溶液(质量分数)称为福 尔马林(即商品 甲醛)。 甲 醛有毒 , 甲 醛蒸汽与空气能形成爆炸 性混合 物 , 甲醛除 了独 立作 为产品 使用外 , 更多的是用作原料以制取其他重要化 工产品 。
王哲勤 朱铁男 王艳华
(吉林市广播电视大学 , 吉林 吉林 132000 ;吉林石化公司炼油厂 , 吉林 吉林 132022;吉林省电力建设总公司 , 吉林 长春 130033)
摘 要 :本文结合工厂生产实际 , 对工业甲醛生产工艺进行了设计 , 对生产与反应过程 进行了物 料衡算和热 量 热量衡算 。
酯 羟基化合物
合计
kg/ h 44 .16 513 .89
28 .23 887 .23 73 .08
5 .83
654 .37 14 .12 0 .202 0 .101
4 .04 0 .034 2225 .38
进料
%
kmol/ h
30 .279
21 .06
12 .101 39 .863
8 .42 31 .69
关键词 :甲醛生产 ;物料衡算 ;热量衡算 中图分类号 :F426 文献标识码 :A 文章编号 :1008-7508(2012)11 -0053 -05
甲醛(formaldehyde ;methanol)是 一种 比较 重要 的有 机化
工业生产中 , 原料 、辅 助剂 、产 品的主 要技 术特性 参数 及
29 .405 0 .634 0 .009 0 .005
36 .35 7 .06 0 .00439 0 .00316
0 .184 0 .002
100
0 .0673 0 .00113
96 .45
% 25 .384
10 .148 38 .197
26 .181
0 .005 0 .004 0 .080 0 .001
物。 (3)水 不含酸酐 、机械杂质和悬浮物 。 产品规格 :
本设计对产品的规格要求如表 3 所示 。 表 3 参考数据表
指标名称
单位
一级品 二级品 企业标准
甲醛含量
g/ 100g 37 ±0 .5 37 ±0 .5
40 ±1
甲醇含量 g/ 100ml 6 -12
≤12
≤1
甲酸含量 g/ 100ml ≤0 .04
甲醛收率 甲醇转化率
原料配比
83 %(质量分数) 93 .3 %(质量分数) 甲醇(g):水(g):空气(g)=1 :0 .58 :1 .33 8
反应温度 生产时间
87 3K 9 13 K 300 天(连续生产)
原料入口温度 393K 原料出口温度 473K
冷却水入口温度 298K 冷却水出口温度 338K
汽化热 kJ/ Kg
临 温度 ℃
界 点
压强 K pa
1 10 1 ——— ———
导热系数 w/ (m ℃)
0 .212
自燃点 ℃
40 0
体积爆炸极限
6 %-36 %
生成热 kJ/ mol
-20 1 .3
燃烧热 kJ/ mol
72 7 .03
空气 ——— 29
1 .293
1 .009 1 .73 -1 95 19 7 -14 0 .7 3 76 8 .4 0 .0244 ——— ——— ——— ———
甲醛广泛用于工 业生 产中 , 是 制造合 成树 脂 、油漆 、塑料 以及人造纤维的原料 , 是人造板工业制造脲 醛树脂胶 、三聚氰 胺树脂胶和酚醛树脂胶的 重要原 料 ;甲醛还 是一 种极 强的杀 菌剂 , 在医院和科研部门广泛用于标本的防腐 保存 。
甲醛工 业化生产方法分 为二 种 :即甲醇 电解 氧化 银法和 铁钼法 。 其中 , 电解银催化 剂活性 高 , 甲 醇转化 率可达 90 %, 选择性可达 91 %以 上 。 所 以工 业上 由甲 醇制 取甲 醛多 用电 解银法 。
CO
O2
H2
N2
H2O(g)
0.5 0 .2 17 76 .3
2
生产量(t) 10000
原料气流速 m/ s 0.76
换热面积 m2 80
催化剂负荷 22K g/ (Kg·h )
热损失量 10%
一 、原料种类及其规格 (1)甲醇 外观无色透明 , 没有机械杂质 , d240 = 0.793 馏程范围 :64-67℃ 含量 :98% 酸值 ≤0.03 %(以甲酸计) 硫值 ≤0.015 % 酯值 ≤0.6% 羰基化合物(以 HCHO 计)≤0 .005% 水 :1 .35 % (2)空气 不含灰尘 、机械杂质和可能使催化剂中 毒的硫化物 、氰化
甲醛 HCHO
30
3 .0Fra Baidu bibliotek 9
-21
——— ———
4 30 7 %-7 3 % -11 5 .97
563 .84
水 H2O 18
9 98
4 .18 3 1 .00 5 1 00 2 25 8 ——— ——— 0 .59 9 ——— ———
0 0
反应过程的各项指标参数如表 2 所示 。 表 2 参考数据表
302.09/ 32 ×18 =217.542kg/ h 剩余 O2 量为 : 269.44-19.73 -3.33 -161.12=25.69kg/ h
生成水总量为 :
59.79 +7.4+181.26=248.54kg/ h 系统中用水量为 :
248.54+390.87=639.41kg/ h 7)物料衡算一览表 由物料衡算过程得到物料衡算一览表如表 4 所示 。
甲醇电解银法制取甲醛工艺流程如图 1 所示 。
规格如表 1 所示 。 表 1 技术特性参数表
名称
甲醇
分子式 分子量
CH3OH 32
密 度 (20 ℃, 101.33Kpa)
Kg/ m3 比热容 KJ/(Kg ℃)
79 1 2 .48
粘度 u×105pa .s
0 .6
沸点(101.33Kpa) ℃
6 4 .7
Journal of Jili n Radi o and TV Universit y N o .11 , 2012(Tot al N o.131) 《 吉林广播电视大学学报》 2012 年第 11 期(总第 131 期)
学术论坛
1 .8 万吨/年甲醛生产装置工艺设计
表 4 物料衡算一览表
CH3OH HCO H
O2 N2 CO2
CO H2O H2 HCO O H
硫 酯 羟基化合物 合计
kg/ h 673 .91
269 .44 887 .32
390 .87
0 .202 0 .101 4 .04 0 .034 2225 .92
CH3OH HCO H
O2 N2 CO2 CO H2O H2 HCO O H 硫
图 1 甲醇电解银法制甲醛的工艺流程图
收稿日期 :2012 -08 -21 作者简介 :王哲勤(1961 ～ ), 女 , 吉林市人, 吉林市广播电视大学副教授 , 主要从事化学与化工技术研 究 。 朱铁男(1970 ～ ), 吉林市人 , 吉林 石
化公司炼油厂工程师 , 主要从事化工设备与工艺技术研究 。 王艳华(1975 ～ ), 女 , 吉林市人 , 吉林省电力建设总公司工程师 , 主要从 事继电保护与自动装置 。
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学术论坛
王哲勤 朱铁男 王艳华 1.8 万吨/ 年甲醛生产装 置工艺设计
原 料
成分
C H 3OH 酸值 硫
酯 水 羰基化合物
规 格
质量分数 %
98
0 .03 0.015 0 .6 1.35
0 .005
尾 气
成分
组 成
质量分数 %
CO 2 4 .0
17 .557
21 .72
0 .009
0 .00439
0 .005 0 .184 0 .002
100
0 .00316 0 .0673 0 .00113 82 .96
出料
% 1 .983 23 .092
kmol/ h 1 .38 17 .13
1 .273 39 .868 3 .284 0 .261
0 .89 31 .69 1 .66 0 .21
王哲勤 朱铁男 王艳 华 1.8 万吨/ 年甲醛生产装置工艺设计
学术论 坛
根据生产指标得应生成的甲醛量为 :
7.06×30=211.80kg/ h 则:
主反应中的甲醛量为 :
513.89-211.80=302.09kg/ h
则副反应中的耗 O2 量为 : 302.09/ 32 ×1/ 2×32=161.12kg/ h 水生成量为 :
100
% 1 .431 17 .760 0 .923 32 .86 1 .721 0 .218 37 .688 7 .320 0 .005 0 .004 0 .069 0 .001
100
四 、热量衡算过程
热量衡算的目的是通过整个系统的热量平衡计 算出反应
过程中传递至载体的热量 , 从 而确定 蒸汽的 消耗 量和 传热器 的冷却水的消耗量 。
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VG =1112.992 ×0.58=645.536kg/ h VF =309.87/ 18=21.72kmol/ h 空气 : VF =(1112.9992 ×1.338×1.29)/ 29 =66.243kmol/ h 则: O2 : VF =66.243×0.21 =13.911kmol/ h VG =13.911 ×32 =445.152kg/ h N2 : VF =66.243×0.79 =52.332kmol/ h VG =52.332 ×28 =146.296kg/ h 4)原料带入水量 VG =1112.992 ×1.35% =15.025kg/ h 5)尾气量 VF =31.06/ 0.763=41.53kmol/ h 其中 : N2 : VF =41.53 ×0.763 =31.69kmol/ h VG =887.23kg/ h O2 : VF =41.53 ×0.002 =0.08kmol/ h VG =2.65kg/ h H2 : VF =41.53 ×0.17 =7.06kmol/ h VG =14.12kg/ h CO : VF =41.53 ×0.005 =0.21kmol/ h VG =5.83kg/ h CO 2 : VF =41.53 ×0.04 =1.66kmol/ h VG =73.08kg/ h H2 O : VF =41.53 ×0.02 =0.83kmol/ h VG =14.12kg/ h CH3OH : VF =21.06 ×0.98 ×(1-0.933)=1.38kmol/ h VG =44.16kg/ h 6)剩余氧气量 由于系统中反应(3)中 有 CO2 生成 , 根据尾气组成 , 耗 O2 量为 : 1.66 ×3/ 2×32=79.23kg/ h 水生成量为 : 1.66 ×2×18=53.12kg/ h 同理 , 系统中 反应(4)中有 CO 生成 , 根据尾气组成 , 耗 O2 量为 : 0.21 ×1/ 2×32=3.33kg/ h 水生成量为 : 0.21 ×2×18=7.49kg/ h
≤0 .05
≤0 .05
灼烧残液 g/ 100ml ≤0 .01
≤0 .01
≤0 .01
二 、主要反应过程
主反应 : CH3OH +1/ 2O 2 ※HCHO +2H2O(1) 副反应 :
CH3OH ※HCHO +H2(2) CH3OH +3/ 2O 2 ※CO 2 +2 H2O(3) CH3OH +1/ 2O ※CO +2 H2 O(4) 三 、物料衡算过程 1)年(300 天)产 1 .8 万吨 37%的甲 醛水溶液的 每小时的 生产量 VG =(18000×103 ×0.37)/(24 ×300)=925kg/ h VF =925/ 30 =30.833kmol/ h 2)通入的甲醇量 VF =30.833/(0.98 ×0.83)=37.906kmol/ h VG =37.906×32=1112.992kg/ h 3)原料各组分量 H2O :
物料带来的热量 =物料带走的热量 -反应产生 的热量 + 传递至热载体的热量 +热损失 +积累的热量
1)物料带来的热量
■H =nx ∫TT21Cp , mdT ■H ——— 某物料状态发生变化时焓的改变量 , kJ/ h ; T 1 、T 2 ——— 反应物 料的温度 , K ;