年产10万吨甲醛工艺设计.docVIP

PAGE III 化工过程与工艺 设计说明书 题 目: 年产10万吨甲醛工艺设计 院系名称： 化学化工学院 专业班级： 化工2003 学生姓名： 周昊奇 学 号： 202013010317 指导教师： 张艳丽 教师职称： 副教授 PAGE 2 目录 TOC \o 1-1 \h \u 20561 设计说明书 I 15273 1.产品介绍 1 21332 2. 生产方法的确定 3 13550 3. 工艺流程介绍 5 13632 4. 工艺参数 7 10269 5.工艺计算 8 2684 6.主要设备的设计计算与选型 18 12074 10162 7.结论 20 27792 8. 致谢 20 1.产品介绍 1.1 产品名称 甲醛（别名蚁醛） 化学分子式：HCHO 相对分子质量：30.03 1.2 产品性质 A.物理性质 纯甲醛在常温下是一种具有窒息作用的无色气体，略重于空气，有强烈刺激性气味，特别对眼睛和粘膜有刺激作用。甲醛易溶水，可成不同浓度的水溶液，其35%~40%的水溶液通称为福尔马林。甲醛气体可燃，与空气混合能形成爆炸混合物。甲醛气体挥发性有机化合物，是室内环境的主要污染物之一，污染源多，污染浓度也较高。甲醛的主要物理性质列于表1-1。 表1-1 甲醛的主要物理性质 性质 指标 气体相对密度（空气为1） 1.067 液体密度/(g/cm3) -20℃ 0.8153 -80℃ 0.915 沸点（101.3kPa）/℃ -19.0 熔点/℃ -118.0 临界温度/℃ 137.2~141.2 临界压力/MPa 6.81~6.66 临界密度/(g/cm3) 0.266 生成热(25℃)/（kJ/mol） -116 标准自由能(25℃)/（kJ/mol） -109.7 比热容/[J/（mol·K）] 35.2 熵/[J/（mol·K）] 218.6 燃烧热/（kJ/mol） 561~569 黏度（-20℃）/mPa·s 0.242 表面张力/（mN/m） 20.70 着火温度/℃ 430 B.化学性质 甲醛分子中含有醛基，具有典型的醛类的化学性质，同时又含有羰基氧原子和α-H，使甲醛的化学性质十分活泼，能参加与多种化学反应。 （1）加成反应 例：① 有机溶剂中甲醛与烯烃在酸催化下发生加成反应，生成二烯烃或相应的醇类。如在乙酸溶液中，甲醛与甲苯反应生成1-苯基-1,3二乙酸丙二醇，甲醛与丙烯加成反应生成1,3-二乙酸丁二醇。工业上，曾用甲醛与异丁烯加成反应生产异戊二烯。 ② 碱性溶液中，甲醛与氰化氢加成反应生成乙氰醇。工业上，用该反应制取氨基酸系列产品，俗称Mannich反应。 （2）缩合反应 例：① 在碱存在下，甲醛与正丁醛缩合生成三羟甲基丙烷，甲醛与异丁醛缩合生成季戊二醇。 ② 在NaOH溶液中，甲醛自身缩合生成羟基乙醛，它能进一步快速与甲醛缩合生成碳水化合物，俗称Formose反应。 （3）聚合反应 甲醛的特殊性质是自身容易聚合，但干燥的甲醛气体是相当稳定的，仅在温度低于100℃时才会缓慢聚合，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，形成聚氧亚甲基二醇的混合物，同时部分出现沉淀，，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。气体甲醛在室温下、甲醛水溶液在浓缩操作过程中均能自聚，生成白色粉状线性结构的聚合体。 （4）羰基化反应 ① 在钴或铑催化剂作用下，于110℃和13~15MPa条件下，甲醛与合成气能进行羰基化反应生成乙醇醛，进一步加氢可生成乙二醇。 ② 在过渡金属催化剂、液体或固体酸催化剂作用下，甲醛与一氧化碳进行羰化反应生成乙醇酸。 ③ 在Co或Rh过渡金属催化剂作用下，在醇类存在时，甲醛与一氧化碳进行羰化反应生成丙二酸或丙二酸酯。 ④ 羰基铑催化剂和卤化物促进剂的作用下，甲醛与合成气能进行同系化反应生成乙醛。进一步加氢生成乙醇。 ⑤ 分解反应 ⑥ 氧化还原反应 甲醛极易氧化成甲酸，进而氧化成CO2和H2O。许多金属以及金属氧化物都能使甲醛还原成甲醇、甲酸甲酯、甲烷。 2. 生产方法的确定 2.1合成方法 （1） 银法 （甲醇氧化脱氢） 银法生产工艺开始使用的时间较早，随着对催化剂和工艺条件的改进，至今仍然是最有竟争力的方法之一。 目前国内的银催化氧化法分传统工艺和尾气循环工艺。传统工艺中尾气全部至尾气处理器燃烧，回收热能，产生的蒸汽送至气包供生产使用；尾气循环工艺流程类似于传统工艺，其主要差异在于一部分尾气至尾气处