甲醛工艺设计毕业答辩
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10万吨生产装置
设计方法论述
工艺比较
铁钼法 用Fe2O3、 MOO3做催化剂 ，还经常参加铬 和钴的氧化物做 助催化剂，甲醇 与过量的空气混 合，经净化，预 热，在320380℃温度下反 响生成甲醛
银法
用银铺成薄层的 银粒为催化剂， 控制甲醇过量， 反响温度在600700℃之间 生产
甲醛
工艺比较
4
回收能力，在经济上是可行的。
XXXX大学
2021届本科生毕业设计 辩论
XXXX大学 2021届本科生毕业设计辩论
年产11万吨甲醛的工艺设计
指导老师： 学 生： 学 号： 专业班级：
2021届本科生毕业设计辩论
1
文献综述
2
设计方案论述
3
工艺计算
4 环保及经济技术评估
设计背景
国内市场分析～
消费结构～ 需求量
设计可行性～
设计背景
国内生产能力在不断加强
甲醛工业
五 万 吨 甲 醛 生 产 装 置
φ57×3.5mm φ89×5mm
DN15mm φ76×3.5mm φ63.5×3.0mm
管道材质 1Cr18Ni9Ti 1Cr18Ni9Ti 1Cr18Ni9Ti 1Cr18Ni9Ti 1Cr18Ni9Ti 1Cr18Ni9Ti 1Cr18Ni9Ti 1Cr18Ni9Ti 1Cr18Ni9Ti 1Cr18Ni9Ti
产品泵
型号 65F—16 4-72-11-6C
GDL 50F—16 25F—26 65F—16
台数 两台 一台 两台 两台 六台 两台
主要工艺管道
管道名称 空气吸入管 空气压出管 二元气体管 三元气体管 产品气管 一塔顶出气管
尾气管 配料蒸汽管
甲醇管 甲醛管 工艺管道 一塔循环管 二塔循环管
管道规格 φ630×6mm φ630×6mm φ630×6mm φ820×6mm φ720×6mm φ273×8mm φ325×12.0mm φ420×10.0mm
废锅蒸汽吸 2544.209 热 冷水段不升 326.228 温吸热 换热器吸热 2320.202
尾气带走热 372.574
成品带走热 95.357
总计热损失 5216.788
主要非定型设备
编 设备名称 号
1 蒸发器
数
主要尺寸
量
材料
1台 D2600H3900mm 1Cr18Ni9Ti
备注 列管φ38×2.5×3000mm631根
169.236 1.2
0.0311
8653.604 61.37
19.307
14103
100
12.057 1.167 294.985 1.556 58.352 0.778 389.013
尾气
Kg/h
mol%
23.364 0.20
0.996
0.008
347.521 4.963
530.596 3.10 32.677 0.030 8259.57 75.83 49.794 0.040 116.704 15 12.448 0.20 9373.67 100
2 过热器
1台 D700H3000mm 1Cr18Ni9Ti 列管φ38×2.5×3000mm469根
3 氧化器触媒层 1台 D1800mm
1Cr18Ni9Ti 触媒层厚度50mm
4 氧化器废锅段 1台 D1800H3000mm 1Cr18Ni9Ti 列管φ38×2.5×3000mm817根
5 氧化器急冷段 1台 D1800H3000mm 1Cr18Ni9Ti 列管φ38×2.5×3000mm817根
项目 反应温度℃
反应器 催化剂寿命 收率（%） 甲醇单耗(Kg/t) 甲醛浓度（%） 产品中甲醇含量（%） 产品中甲酸量（104） 甲醛中混合气体中浓度（%） 投资 催化剂失活原因 对毒物敏感程度
银催化剂法 600～700
铁钼催化剂法 320～380
绝热式 3～6 89～91 470～480 37～55 4～8 100～200 ＞37 相对低 原料中铁、硫引起中毒 敏感
小计
928.618
8259.580 35.06
9.497
0.04
126.621 0.54
6082.637 25.82
226.098 0.80
23557.95 100
H2O
CO2 CO N2 O2 H2 CH4 小计
480.756 661.823
出料
成品
Kg/h 5278.75
Wt% 37.43
Kmol/h 0.778
6 吸收一塔 7 吸收二塔 8 汽包
2台 D1400mm 3台 D1000mm 2台 D2000mm
1Cr18Ni9Ti 填料高度8mm，Dg瓷质鞍矩
1Cr18Ni9Ti 填料高度4mm，Dg瓷质鞍矩
——
——
吸收一塔的计算
：进塔气量： G入=1041.552kmol/h=23315.895kg/h 进塔温度：100℃ 塔底压力：795mmHg 出塔气量：G出=661.853 kmol/h=14103kg/h 出塔温度：42℃ 塔顶压力：785 mmHg
管式绝热流化床 12～18 91～94 420～470 37～55 0.5～1.5 200～300 ＜7 相对高 Mo升华 不敏感
工艺流程
选用银催化法生产工艺流程进行生产设计
工艺计算
主要设备计算 非定型设备计算 热量衡算 物料衡算
计算依据一
生产能力 年工作时间
产品浓度
原料浓度
氧醇比 技术单耗
11万吨 7800h 37% 甲醇99.85% 水0.15% 0.405 0.450
1
的生产工艺，有投资小、能耗低、能生产高浓度甲醛。
催化剂消耗量为3159.072㎏，实际消耗甲醇量为
2
197.364(kmol/h)，甲醇总转化率为97.38%，甲醛选择性为
90.20%，甲醛收率为87.84%。
设计中确定了一台蒸发器，一台氧化器，两个吸收一塔，三
3
个吸收二塔。
投资6000万元人民币，投资回收期为2.17年，有较强的投资
物性数据的计算： 〔1〕气体重度r气 〔2〕液相重度： r液=[1.119＋0.003(F－45) －0.0027M][1000＋0.55(55－T)]
其中：F——CH2O的质量浓度(%) M——CH3OH的质量浓度(%) T——温度〔℃〕 〔3〕 液相粘度〔单位Mpa或Cp〕 u=1.28＋0.039F＋0.05M－0.024T
热量衡算
项目
CH3OH带入热
入方（104kJ/h）
31.662
Air（干）带入热 54.816
H2O带入热 加热热水 配料蒸汽 加热蒸汽 工艺补水 反应放热 吸收塔放热
1.265 636.489 139.931 126.148 1.585 2264.272 2376.853
项目 出方（104kJ/h）
吸收一塔的计算
〔9〕 高度：计算根据国内同行业 标准生产经验，一般填料不超 过10m，取填料高度为8m
〔10〕 填料层阻力计算 液相重度校正系数φ=r水/rL u顶2φφrguL0.2/rLg (L/G)(rg/rL)0.5
查?常用化工单元设备的设计?通用 关联图得到压降△P
主要定型设备
泵名 甲醇进料泵 罗茨鼓风泵 锅炉给水泵 一塔循环泵 二塔循环泵
物料衡算
组分
CH3OH O2
进料
摩尔流量 Kmol/h 197.364 80.284
质量流量 质量含量
Kg/h
Wt%
组分
Kmol/h
6321.553 26.83
HCHO 175.783
2965.088 10.91
CH3OH 5.284
N2
294.985
甲醇带水 空气带水 配料蒸汽 工艺补水
0.528 7.034 337.924 12.561
1Cr18Ni9Ti 1Cr18Ni9Ti
管道走向 空气过滤器→风机口
风机口→蒸发器 蒸发器→过热器 过热器→氧化器 氧化器→一塔底 一塔底→二塔底 二塔顶→尾气处理车间 蒸汽分配缸→过热器前
原料泵→蒸发器 一塔循环管→成品槽
软水管→二塔顶 一塔底→一塔顶 二塔底→二塔顶
管道流速 12.979 9.973 11.015 12.504 10.755 11.665 11.867 14.116
计算依据二
空气的相对 湿度80%
加热配料蒸汽压 4kg/cm3
每生产36.543kg甲醛, 尾气排放量为1kmol
蒸发器操作条件
O2：21%； N2：77.16%； H2O：1.84%
二塔进入一塔的 釜液组成
HCHO：7.3% CH3OH：5.2% H2O：87.5%
蒸发器蒸发温度：46.2℃ 蒸发器压力：18.8kPa(表压) 甲醇入口温度：20℃ 空气入口温度：50℃
1.135 0.739 0.836 1.17 1.057
平安及环保
平安生产 废气处理 废水处理
平安环保
经济评估
1
总投资 6000万元 人民币
2
总成本 估算为 17003.8万 元
3
利润 22.17年
结论
设计中通过工艺技术比较，得出银催化氧化法是比较适合
设计方法论述
工艺比较
铁钼法 用Fe2O3、 MOO3做催化剂 ，还经常参加铬 和钴的氧化物做 助催化剂，甲醇 与过量的空气混 合，经净化，预 热，在320380℃温度下反 响生成甲醛
银法
用银铺成薄层的 银粒为催化剂， 控制甲醇过量， 反响温度在600700℃之间 生产
甲醛
工艺比较
4
回收能力，在经济上是可行的。
XXXX大学
2021届本科生毕业设计 辩论
XXXX大学 2021届本科生毕业设计辩论
年产11万吨甲醛的工艺设计
指导老师： 学 生： 学 号： 专业班级：
2021届本科生毕业设计辩论
1
文献综述
2
设计方案论述
3
工艺计算
4 环保及经济技术评估
设计背景
国内市场分析～
消费结构～ 需求量
设计可行性～
设计背景
国内生产能力在不断加强
甲醛工业
五 万 吨 甲 醛 生 产 装 置
φ57×3.5mm φ89×5mm
DN15mm φ76×3.5mm φ63.5×3.0mm
管道材质 1Cr18Ni9Ti 1Cr18Ni9Ti 1Cr18Ni9Ti 1Cr18Ni9Ti 1Cr18Ni9Ti 1Cr18Ni9Ti 1Cr18Ni9Ti 1Cr18Ni9Ti 1Cr18Ni9Ti 1Cr18Ni9Ti
产品泵
型号 65F—16 4-72-11-6C
GDL 50F—16 25F—26 65F—16
台数 两台 一台 两台 两台 六台 两台
主要工艺管道
管道名称 空气吸入管 空气压出管 二元气体管 三元气体管 产品气管 一塔顶出气管
尾气管 配料蒸汽管
甲醇管 甲醛管 工艺管道 一塔循环管 二塔循环管
管道规格 φ630×6mm φ630×6mm φ630×6mm φ820×6mm φ720×6mm φ273×8mm φ325×12.0mm φ420×10.0mm
废锅蒸汽吸 2544.209 热 冷水段不升 326.228 温吸热 换热器吸热 2320.202
尾气带走热 372.574
成品带走热 95.357
总计热损失 5216.788
主要非定型设备
编 设备名称 号
1 蒸发器
数
主要尺寸
量
材料
1台 D2600H3900mm 1Cr18Ni9Ti
备注 列管φ38×2.5×3000mm631根
169.236 1.2
0.0311
8653.604 61.37
19.307
14103
100
12.057 1.167 294.985 1.556 58.352 0.778 389.013
尾气
Kg/h
mol%
23.364 0.20
0.996
0.008
347.521 4.963
530.596 3.10 32.677 0.030 8259.57 75.83 49.794 0.040 116.704 15 12.448 0.20 9373.67 100
2 过热器
1台 D700H3000mm 1Cr18Ni9Ti 列管φ38×2.5×3000mm469根
3 氧化器触媒层 1台 D1800mm
1Cr18Ni9Ti 触媒层厚度50mm
4 氧化器废锅段 1台 D1800H3000mm 1Cr18Ni9Ti 列管φ38×2.5×3000mm817根
5 氧化器急冷段 1台 D1800H3000mm 1Cr18Ni9Ti 列管φ38×2.5×3000mm817根
项目 反应温度℃
反应器 催化剂寿命 收率（%） 甲醇单耗(Kg/t) 甲醛浓度（%） 产品中甲醇含量（%） 产品中甲酸量（104） 甲醛中混合气体中浓度（%） 投资 催化剂失活原因 对毒物敏感程度
银催化剂法 600～700
铁钼催化剂法 320～380
绝热式 3～6 89～91 470～480 37～55 4～8 100～200 ＞37 相对低 原料中铁、硫引起中毒 敏感
小计
928.618
8259.580 35.06
9.497
0.04
126.621 0.54
6082.637 25.82
226.098 0.80
23557.95 100
H2O
CO2 CO N2 O2 H2 CH4 小计
480.756 661.823
出料
成品
Kg/h 5278.75
Wt% 37.43
Kmol/h 0.778
6 吸收一塔 7 吸收二塔 8 汽包
2台 D1400mm 3台 D1000mm 2台 D2000mm
1Cr18Ni9Ti 填料高度8mm，Dg瓷质鞍矩
1Cr18Ni9Ti 填料高度4mm，Dg瓷质鞍矩
——
——
吸收一塔的计算
：进塔气量： G入=1041.552kmol/h=23315.895kg/h 进塔温度：100℃ 塔底压力：795mmHg 出塔气量：G出=661.853 kmol/h=14103kg/h 出塔温度：42℃ 塔顶压力：785 mmHg
管式绝热流化床 12～18 91～94 420～470 37～55 0.5～1.5 200～300 ＜7 相对高 Mo升华 不敏感
工艺流程
选用银催化法生产工艺流程进行生产设计
工艺计算
主要设备计算 非定型设备计算 热量衡算 物料衡算
计算依据一
生产能力 年工作时间
产品浓度
原料浓度
氧醇比 技术单耗
11万吨 7800h 37% 甲醇99.85% 水0.15% 0.405 0.450
1
的生产工艺，有投资小、能耗低、能生产高浓度甲醛。
催化剂消耗量为3159.072㎏，实际消耗甲醇量为
2
197.364(kmol/h)，甲醇总转化率为97.38%，甲醛选择性为
90.20%，甲醛收率为87.84%。
设计中确定了一台蒸发器，一台氧化器，两个吸收一塔，三
3
个吸收二塔。
投资6000万元人民币，投资回收期为2.17年，有较强的投资
物性数据的计算： 〔1〕气体重度r气 〔2〕液相重度： r液=[1.119＋0.003(F－45) －0.0027M][1000＋0.55(55－T)]
其中：F——CH2O的质量浓度(%) M——CH3OH的质量浓度(%) T——温度〔℃〕 〔3〕 液相粘度〔单位Mpa或Cp〕 u=1.28＋0.039F＋0.05M－0.024T
热量衡算
项目
CH3OH带入热
入方（104kJ/h）
31.662
Air（干）带入热 54.816
H2O带入热 加热热水 配料蒸汽 加热蒸汽 工艺补水 反应放热 吸收塔放热
1.265 636.489 139.931 126.148 1.585 2264.272 2376.853
项目 出方（104kJ/h）
吸收一塔的计算
〔9〕 高度：计算根据国内同行业 标准生产经验，一般填料不超 过10m，取填料高度为8m
〔10〕 填料层阻力计算 液相重度校正系数φ=r水/rL u顶2φφrguL0.2/rLg (L/G)(rg/rL)0.5
查?常用化工单元设备的设计?通用 关联图得到压降△P
主要定型设备
泵名 甲醇进料泵 罗茨鼓风泵 锅炉给水泵 一塔循环泵 二塔循环泵
物料衡算
组分
CH3OH O2
进料
摩尔流量 Kmol/h 197.364 80.284
质量流量 质量含量
Kg/h
Wt%
组分
Kmol/h
6321.553 26.83
HCHO 175.783
2965.088 10.91
CH3OH 5.284
N2
294.985
甲醇带水 空气带水 配料蒸汽 工艺补水
0.528 7.034 337.924 12.561
1Cr18Ni9Ti 1Cr18Ni9Ti
管道走向 空气过滤器→风机口
风机口→蒸发器 蒸发器→过热器 过热器→氧化器 氧化器→一塔底 一塔底→二塔底 二塔顶→尾气处理车间 蒸汽分配缸→过热器前
原料泵→蒸发器 一塔循环管→成品槽
软水管→二塔顶 一塔底→一塔顶 二塔底→二塔顶
管道流速 12.979 9.973 11.015 12.504 10.755 11.665 11.867 14.116
计算依据二
空气的相对 湿度80%
加热配料蒸汽压 4kg/cm3
每生产36.543kg甲醛, 尾气排放量为1kmol
蒸发器操作条件
O2：21%； N2：77.16%； H2O：1.84%
二塔进入一塔的 釜液组成
HCHO：7.3% CH3OH：5.2% H2O：87.5%
蒸发器蒸发温度：46.2℃ 蒸发器压力：18.8kPa(表压) 甲醇入口温度：20℃ 空气入口温度：50℃
1.135 0.739 0.836 1.17 1.057
平安及环保
平安生产 废气处理 废水处理
平安环保
经济评估
1
总投资 6000万元 人民币
2
总成本 估算为 17003.8万 元
3
利润 22.17年
结论
设计中通过工艺技术比较，得出银催化氧化法是比较适合