年产3万吨甲醛工艺设计样本.doc
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1、年产3万吨甲醛生产工艺设计专业:化学工程和工艺 设计人:谢强 指导老师:罗道成摘要:本设计为年产3万吨37.2%甲醛水溶液生产工艺初步设计,本设计采取银催化法工艺,依据设计要求对工艺步骤进行了选择和论证,对整个装置进行了物料和能量衡算,对关键设备和管道进行了设计及选型,同时对本装置安全生产和“三废”治理作了相关讨论并进行经济初步核实。本设计配有设计说明书一本,附图4张。说明书包含1:总论;2:工艺步骤选择及论证;3:年产3万吨37.2%甲醛水溶液工艺计算;4:非标准设备计算及定性设备选型;5:工艺管道计算;6:安全和“三废”治理;7:技术经济初步核实。图纸包含:1 带控制点工艺管道及工艺步骤图
2、;2 氧化器装配图;3 装置平面图;4 装置立面图。关键词:甲醛;甲醇;氧化;工艺;电解银The manufacturing process of Formaldehyde 30000 tons per yearSpeciality:chemical engineering and technology designer:Xie Qiang director:Luo Dao ChengAbstract:The design is primary for the manufacturing process of formaldehyde 30000 tons per year,and adopt
3、s 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
4、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.3.30000 tons per year 37.2% formaldehyde crafts for production were designde.4.It is not a selecting type of the equipment
5、 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 o
6、xidator.3.Plane figure of the device.4.The blueprints of factory.Key words:formaldehyde;Methanol;Oxidation;Technology;Electrolysis Silver目录序言11 绪论11.1 中国甲醛工业发展过程11.1.1 起步阶段11.1.2 发展阶段11.1.3 快速增加阶段11.2 中国甲醛工业现实状况21.2.1 生产工艺21.2.2 生产能力和产量21.2.3 技术指标21. 3 影响中国甲醛价格关键原因31.3.1 生产成本31.3.2 下游需求情况41.3.3 地域差异
7、41.4 产品说明41.4.1 产品名称41.4.2 产品性质41.5 产品用途61.6 原材料说明61.7 甲醛工业发展趋势61.7.1 改善催化剂性能61.7.2 高浓度甲醛工艺发展趋势61.7.3 设备集约化71.7.4 规模大型化71.7.5 产品介绍71.8 甲醛关键技术指标72 合成方法及生产技术比较82.1 甲醛合成方法82.1 .1 银催化剂法82.1 .2 铁钼催化剂法82.1 .3 甲缩醛氧化法82.1 .4 二甲醚氧化法82.1 .5 低碳烷烃直接氧化法82.2 生产工艺比较82.2 .1 工艺技术比较82.2.2 银催化剂法和铁钼催化剂法特点比较92.3 中国外甲醛装置
8、能耗比较103 工艺步骤介绍103.1 步骤说明103.2 生产工艺影响原因113.2.1 反应器结构和状态113.2.2 催化剂性能和状态113.2.3 反应温度123.2.4 氧醇比123.2.5 水醇比123.2.6 停留时间和空间速度123.2.7反应压力133.2.8 原料混合气纯度133.3 关键工艺指标134 年产3万吨37.2%甲醛工艺计算144.1 计算依据154.2 物料衡算154.2.1产品:154.2.2 原料甲醇投入量154.2.3 空气投入量(依据氧醇比求)154.2.4 尾气中各组分含量计算164.2.5 查对164.2.6 关键设备物料衡算(以小时计)174.3
9、 热量衡算224.3.1 物性参数及计算公式224.3.2 关键设备热量衡算225 关键非定型设备计算及选型275.1 蒸发器275.1.1 蒸发室体积V和高度H计算275.1.2 蒸发器换热器计算275.2 过热器285.2.1 传热面积估算285.2.2 径计算285.3 氧化器295.3.1 氧化器直径295.3.2 热锅炉关键尺寸295.3.3 氧化器下部急冷段305.3.4 废锅辅助设备汽包315.4 吸收一塔315.4.1气体重度r气315.4.2液相重度325.4.3 液相粘度(单位Mpa或Cp)325.4.4 填料325.4.5 喷淋密度335.4.6 液相流量335.4.7
10、泛点气速计算335.4.8 塔径及空塔气速计算345.4.9 高度345.4.10 填料层阻力计算345.5 吸收二塔355.5.1气体重度355.5.2液相重度365.5.3 液相粘度(单位Mpa或Cp)365.5.4 填料365.5.5 喷淋密度365.5.6 液相流量365.5.7 泛点气速计算375.5.8 塔径及空塔气速计算385.5.9 高度385.5.10 填料层阻力计算385.6 关键非定型设备一览表385.7 关键定型设备选型395.7.1 上料泵(两台)395.7.2 鼓风机(两台)395.7.3 炉给水泵(两台)395.7.4 塔循环泵(两台)395.7.5 塔循环泵(两
11、台)395.7.6 品泵(两台)396 关键工艺管道计算及选型406.1 关键工艺管道计算及选型406.1.1 空气吸入管(空气过滤器风机口)406.1.2 空气压出管(风机口蒸发器)406.1.3 二元气体管(蒸发器过热器)406.1.4三元气体管(过热器氧化器)406.1.5 产品气管(氧化器塔底)416.1.6 一塔顶出气管(一塔底二塔底)416.1.7 尾气管(二塔顶尾气处理车间)416.1.8 配料蒸汽管(蒸汽分配缸过热器前)416.1.9 甲醇管(原料泵蒸发器)426.1.10 甲醛管(一塔循环管成品槽)426.1.11 工艺管道(软水管二塔顶)426.1.12 一塔循环管(一塔底
12、一塔顶)436.1.13 二塔循环管(二塔底二塔顶)436.2 关键工艺管道汇总表437 安全和“三废”处理437.1工艺物料特征及防护方法447.2 三废处理447.2.1 废气处理447.2.2 废水处理447.2.3噪声防治458 技术经济初步评定甲醛及市场458.1 产品甲醛及原料市场分析458.1.1 甲醛及原料市场价格分析458.1.2 甲醛市场供求分析458.1.3 甲醛市场未来分析468.2 经济效益初步梳算468.2.1 投资估算468.2.2 生产成本和销售收益估算468.2.3 销售收益估算478.2.4 经济效率评定47结束语49关键参考文件50序言甲醛是关键有机化工基
13、础原料,是甲醇最关键衍生物产品之一,甲醛用途十分广泛,关键用于生产脲醛、酚醛、聚甲醛和三聚氰胺等,也用于生产医药产品、农药和染料和消毒剂、杀菌剂、防腐剂等。现在甲酴生产均采取甲醇为原料,银催化剂,经空气氧化得到,其浓度为37%左右,其它为水,含甲醛40%、甲醛80%水溶液叫做福尔马林,是常见杀菌剂和防腐剂。甲醛是脂肪族中最简单醛,化学性质十分活泼。甲醛最早由俄国化学家A.M.Butlerov于1895年经过亚甲基二乙酯水解制得。1868年,A.M.Hoffmann使用铂催化剂,用空气氧化甲醇合成了甲醛,而且确定了它化学特征。1886年Loews使用铜催化剂和19Blank使用银催化剂使甲醛实现
14、了工业化生产。19,因为酚醛树脂开发成功,使甲醛工业得到了迅猛发展。伴随甲醛工业生产不停扩大和甲醛产品深入研究,其生产工艺日渐完善,对甲醛生产设备要求也在不停提升。工业甲醛生产经典有机合成工艺,在中国已经有近五十年历史。中国甲醛生产技术不管在装置技术、催化剂改善、还是余热利用方面全部已经有了长足进步,其关键技术经济指标已过到国际上同类生产工艺优异水平。从中国甲醛生产现实状况看,结合毕业实习相关内容,此设计采取是银催化剂氧化生产甲醛生产工艺步骤。在整个设计过程中,根据设计任务书要求,对年产3万吨甲醛装置进行了完整物料衡算和热量衡算,对工艺过程中关键设备进行了较为具体工艺计算,同时也对装置技术经济
15、情况进行了初步估量。因为本人能力有限,加上时间较为仓促,在整个设计中难免有错误和不足之处,敬请老师和同行批评指正。1 绪论1.1 中国甲醛工业发展过程中国甲醛工业发展大致可分为三个阶段。1.1.1 起步阶段20世纪50-60年代,以浮石银作催化剂银法生产甲醛是中国甲醛工业起步阶段。 中国第一套甲醛生产装置是1956年9月由前苏联教授设计指导在上海溶剂厂兴建,设计能力仅为0.3万吨/年,采取浮石银作催化剂。1957年-1959年吉林化肥厂等三家企业相继建立了甲醛生产装置,上海溶液剂厂也将0.3万吨/年装置扩大到1万吨/年。但到50年代末,中国工业甲醛生产量仍然还不足4万吨(37%CH2O),产品
16、关键用于生产乌洛托品等。1965年-1969年,因为合成纤维和木材加工工业发展,甲醛需求量增加,北京维尼纶厂、苏州助剂厂等一批采取浮石银作催化剂甲醛生产装置前后投产,到60年代末生产厂达成10家,总生产能力扩大到10万吨/年。60年代后期因为开发聚甲醛树脂等对浓甲醛需要,又自行开发了“铁钼氧化物”催化剂,吉林石井沟联合化工厂、安阳塑料厂前后采取“铁钼氧化物” 催化剂生产甲醛,但因为催化剂性能不佳和工艺落后和安全性差等原因未能长久生产。1.1.2 发展阶段上世界70-80年代以电解银催化剂为主体银法生产甲醛是中国甲醛工业日趋成熟发展阶段。20世纪70年代以后,中国甲醛工业不管在产能、生产技术还是
17、在设备、节能和自动控制等方面全部有了较大改善和提升。伴随反应热和尾气燃烧热利用,使甲醛生产装置由原来“耗汽型”变成为“不耗汽型”或“外供蒸汽型”装置,至70年代末中国甲醛工业产量靠近40万吨/年。20世纪80年代以后,因为木材加工业和甲醛下游产品发展需要,中国甲醛工业又有了较大发展,至80年代末生产甲醛厂家达51家,总生产能力超出80万吨/年。1.1.3 快速增加阶段20世纪90年代至今银法生产甲醛和铁钼法生产甲醛同时发展是中国甲醛工业快速增加阶段。20世纪90年代,尤其是90年代中后期,因为中国经济快速发展,木材加工业、建材业、塑料工业社会需求量大幅度增加和小氮肥厂转产等原因,中国甲醛工业进
18、入快速增加时期,1990年-1999年中,总生产能力翻了近3倍。在这一阶段中国多家企业从国外引进以铁钼氧化物作催化剂铁钼催化法甲醛生产装置,逐步使中国铁钼催化法甲醛装置达成了国际同类装置优异水平。和此同时,中国银催化法甲醛装置也有了快速发展。反应器等关键设备不停地得到改善,银催化剂制备和应用也有了新提升,原料甲醇单耗有了深入下降,生产控制技术也有了长足进步,原料甲醛单耗又有了深入下降,装置规模趋向大型化,中国最大、世界第二年产16万吨/年单套甲醛装置于在河北凯跃化工集团建成投产。进入二十一世纪,中国甲醛工业仍保持连续发展势头,总生产能力已超出700万吨。迄今,总生产能力已超出840万吨/年(以
19、37%HCHO计)。1.2 中国甲醛工业现实状况 1.2.1 生产工艺以甲醇为原料生产甲醛工艺按催化剂不一样,分为银法和铁钼法两种不一样生产工艺。银法甲醛生产工艺中又有生产37%甲醛传统银法和生产浓甲醛废气循环法、尾气循环法及以本征控制技术为关键大型甲醛生产新工艺等。在甲醇、水、空气所组成原料混合气配制工艺中又有浓甲醇蒸发后配制水蒸汽和甲醇、水配制后蒸发两种工艺;而吸收部分则有单塔吸收、双塔吸收和多塔吸收和并流吸收等多个步骤。另外,在装置余热利用上又有多个形式工艺步骤,使装置能量得到充足合理利用。1.2.2 生产能力和产量中国工业甲醛生产能力近十年内有很大增加,据不完全统计,中国现有甲醛生产装
20、置约380套,装置总能力超出720万吨,已居世界首位。现在中国银法装置生产能力仍占绝大部分。铁钼法装置仅有10套,累计生产能力仅占中国生产能力5%左右。从总体看,中国工业甲醛单套装置能力较为偏小,平均仅为2万吨/套,最小只有0.5万吨/套。其中,铁钼法中最大为8万吨/套,最小为1.5万吨/套;银法中最大为16万吨,最小为0.5万吨/套。因为中国甲醛工业总体发展较快,而下游衍生产品发展和市场容量扩大相对较慢,致使总体开工率却不高,现已从早期80%左右降到50%左右,有装置还常年处于停工状态。从表11中能够看出,中国甲醛生产厂家现关键集中在山东、广东、河北、江苏等地域。其中华北地域(包含山东、河北
21、、天津、北京、山西五省市)生产能力约占全国总生产能力1/3,而西北地域生产能力很小,还不到全国1%。现在山东省是全国最大甲醛生产地域,生产能力约117万吨/年;其次是河北地域(包含天津市和北京市),生产能力约89.5万吨/年;江苏省排名第三,生产能力约88万吨/年;第四位是广东省,生产能力约86万吨/年。1.2.3 技术指标(1)产品规格多年来,中国生产工业甲醛全部是单一37%(wt)浓度水溶液,使用中存在浓度低、运输费用高和影响一些下游产品加工性能及废水处理等问题。多年来,伴随甲醛下游产品发展和“铁钼法”生产甲醛技术引进,甲醛产品规格品种已开始向多个化工方向发展,现依据需要,可生产除37%(
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