精选优质文档-倾情为你奉上目 录专心-专注-专业年产12万吨甲醛生产工艺设计 学生：吴芳（指导老师：周晶晶）（淮南师范学院化学与化工系）摘要：本设计为年产12万吨37 %（wt）甲醛水溶液的生产工艺初步设计。并且绘制了带控制点的工艺管道及工艺流程图、氧化器装配图、装置平面图及装置立面图。本设计采用银催化法，根据设计要求对工艺流程进行了计算、选择与论证。本次设计主要分三个部分：物料衡算、热量衡算和设备计算。在物料衡算和热量衡算的基础上对主要设备和管道进行了设计及选型，同时对本装置的安全生产与“三废”治理作相关讨论，并进行了初步的甲醛市场前景分析与经济效益核算。 关键词： 甲醛；甲醇；氧化；工艺；电解银The manufacturing process of Formaldehyde tons per yearStudent: Wu Fang (Faculty Adviser：Zhou Jing Jing)(Chemical Engineering and Technology, Huainan Normal University)Abstract: This design is the primary design for the annual output of tons of 37 % (wt) aqueous formaldehyde production. And the designed diagrams include: the pipeline of the device and process flow sheet with controlled point, the assemblage chart of the oxidizer, the plane figure of the device and the bluepoints of the factory.The formaldehyde is produces by sliver catalysis method in this design. According to the design mainly requirements of technological process, calculation, selection and demonstration were conducted. The design mainly consists of three parts: material balance, heat balance calculation and equipment calculation. The design and selection of the main equipment and pipeline were carried out on the basis of the material balance calculation and the heat balance calculation. At the same time, the safely producing plan and the plan to deal with the “three waste” were argued, at last the preliminary analysis and evaluation of the market prospect and economic benefits of the market had also been carried out.Keywords: Formaldehyde; Methanol; Oxidation; Technology；Electrolysis Silver第一章 概论1.1 甲醛的性质1.1.1物理性质甲醛（formaldehyde）是无色、具有强烈气味的刺激气体，略重于空气，易溶于水，其35 % 40 %的水溶液通称。甲醛是一种挥发性，是室内环境的主要之一，多，也较高。 甲醛是一种毒物，能与蛋白质结合。人吸入高浓度甲醛后，会出现呼吸道严重刺激、水肿、眼睛痛、头痛，也可发生。皮肤直接接触甲醛，可引起皮炎、色斑、坏死。经常吸入少量的甲醛，能引起，出现粘膜充血、皮肤刺激症、指甲角化和脆弱、甲床指端疼痛等。全身症状有头痛、乏力、以及等。其物理性质部分数值如下表：表1-1 甲醛的物理性质 计量单位:见表项目数值密度(g/cm3)-800.9151-200.8153沸点(101.3kPa)/-19熔点-118汽化热(19)/(kJ/mol)23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)561569临界温度137.2141.2临界压力Mpa6.816.66空气中爆炸极限%7.073着火点4301.1.2化学性质甲醛化学分子式：HCHO，分子量30.03，甲醛分子中含有醛基，具有典型的醛类的化学性质，同时又含有羰基碳原子和较为活泼的-H原子，使甲醛的化学性质十分活泼，能参加与多种化学反应。在此只介绍几种重要的化学反应。（1）加成反应 1）在有机溶剂中，甲醛与烯烃在酸催化下发生加成反应，通过这种反应，可由单制备双烯烃，并增加一个碳原子，例如甲醛与异丁烯反应得到异戊二烯。2）在乙炔酮、乙炔银和乙炔汞催化剂存在下，单取代乙炔化合物与甲醛加成生成炔属醇（Reppe反应）。对乙炔来说，加上2 mol甲醛，生成2-丁炔-1，4-二醇，2-丁炔-1，4-二醇进一步加氢生成重要的化学1，4-丁二醇。3）在碱性溶液中，甲醛和氰化氢反应生成氰基甲醇。（2）缩合反应甲醇除自身外，能各多种醛、醇、酚、胺等化合物发生缩合反应。缩合反应是甲醛最重要的化学反应。1）甲醛能发生自缩合反应，生成三聚甲醛或多聚甲醛。60 %浓甲醛溶液在室温下长期放置就能自动聚合成三分子的环状聚合物。2）在NaOH溶液中，甲醛自身缩合生成羟基乙醛。HOCH3CHO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）甲醛聚糖反应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潜在的重要意义。在RhCl（Ph3P）和叔胺催化体系的作用下，在120 132 Mpa的条件下甲醛与合成气反应生成贩丙糖、戊糖和己糖。4） 在碱性催化剂作用下，甲醛和酚首先发生加成反应。生成多羟基苯酚，生成多羟基苯酚受热后，可进一步缩合脱水，生成酚醛树脂。5）甲醛很容易和氨及胺发生缩合反应，生成链状或环状化合物。甲醛和氨在20 30 条件下缩合生成六亚甲基四胺，俗称乌洛托品。（3）分解反应纯的、干燥的甲醛气体能在80 100 的条件下稳定存在，在300 以下时，中醛发生缓慢分解为CO和H2，400 时分解速度加快，达到每分钟0.44 %的分解速度。 （4）氧化还原反应 甲醛极易氧化成甲酸、进而氧化为CO2和H2O（5）羰基化反应在钴或铑催剂作用下，于110 和13 - 15 Mpa条件下，甲醛与合成气（H2 / CO = 1 - 3）能进行羟基化反应生成乙醇醛，进一步加氢可以生成乙二醇，该反应也称甲醛氢甲酰化反应。CH2O CO H2 HOCH2CHO在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。1.1.3工业甲醛主要技术指标表1-2 甲醛的主要技术指标 计量单位：见表项目优等品一等品二等品色度(铂-钴),10甲醛含量，%37.0-37.436.7-37.436.5-37.4甲醇含量，%121212酸度，%0.020.040.05铁含量，10-61(槽装）3(槽装）5(槽装）5(槽装）10(槽装）10(槽装）灰分，%0.0050.0050.0051.2 甲醛的用途甲醛是重要的有机化工基础原料，是甲醇最重要的衍生物产品之一。甲醛的用途十分广泛，主要用于生产脲醛、酚醛、聚甲醛和三聚氰胺等，也用于生产医药产品、农药和染料以及消毒剂、杀菌剂、防腐剂等。甲醛是重要的基础化工原料，由于它的化学性质很活泼，所以它可以与许多物质进行反应，生成众多的有用的化学品，如合成树脂、合成农药及缓效肥料、合成医药、合成香料、合成炸药、合成螯合剂、合成助剂、以及合成重要的有机中间体等。在大宗用途方面，过去，工业甲醛绝大部份用于生产脲醛树脂和酚醛树脂，现在，甲醛用途消费构成已发生变化，用于生产聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、聚甲醛（POM）、工程塑料以及二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）的甲醛用量在不断增加，尤其是PBT和POM在电子工业和汽车工业中的用量增长较快。此外，工业甲醛在工农业生产中也有较广泛的直接用途。1.3 我国甲醛工业的现状1.3.1 生产工艺目前甲醛90%以上是从甲醇氧化而得，也有从烃类直接氧化和二甲醚氧化来制取。八十年代日本旭化成成功开发以稀甲醛和醇为原料的甲缩醛法，可以生产高浓度无醇甲醛溶液，配套自己开发的聚甲醛装置，目前该工艺还在不断发展完善之中。 以甲醇为原料生产甲醛的方法，按其所利用催化剂和生产工艺不同，可分为两种不同的工艺路线。一种是在过量甲醇条件下，甲醇气、蒸汽和水汽混合物在金属型催化剂上进行脱氢氧化反应，通常采用结晶Ag作催化剂，故称为“银法”，另一种是过量空气条件下，甲醇气直接与空气混合在金属氧化物型催化剂上进行氧化反应，催化剂以Fe2O3-MoO3系最为常见，故称“铁钼法”。银法和铁钼法均在不断地完善中。1.3.2 生产能力和产量近些年里，我国甲醛生产装置及重要下游衍生产品生产装置（如聚甲醛树脂、MDI、1,4-丁二醇、多聚甲醛等）发展较快，致使我国甲醛总生产能力大幅度增长。2004年，行业协作组（协会）曾对全国的甲醛生产装置做过调查统计，当年全国共有甲醛生产企业376家，总产能力1050万吨/年（37甲醛计），截止2007年9月调查统计，全国现有甲醛生产企业354家，总产能力1539.3万吨/年，在不到三年的时间里，我国甲醛总产能力净增近510万吨/年，平均年增长率为13.6。1.3.3 技术指标（1）产品规格多年来，我国生产的工业甲醛都是单一的37%（wt）浓度的水溶液，使用中存在浓度低、运输费用高和影响某些下游产品的加工性能及废水处理等诸多问题。近年来，随着甲醛下游产品的发展和“铁钼法”生产甲醛技术的引进，甲醛产品的规格品种已开始向多种化工方向发展，现根据需要，可生产除37%（wt）浓度以外的37% - 55%（wt）浓度的多种甲醛产品以供应市场。（2）产品质量由于历史的原因，目前我国工业甲醛执行的产品标准仍是以37%（wt）浓度的产品为主，我国工业甲醛（37%）的质量大部分都达到优极品标准，有的还根据用户和自身的要求，严格控制酸度和甲醇含量等标准。但企业间仍存在一定的差异，少数企业的优极品率低，质量