目錄摘要…………………1Abstract…………………11.產(chǎn)物甲醛概述……21.1甲醛的性質(zhì)及用途…………………….……...21.1.1甲醛的理化性質(zhì)…………………..……...21.1.2甲醛的應(yīng)用及相關(guān)問題………………….31.2甲醛的生產(chǎn)………31.2.1我國的生產(chǎn)情況…………………..……..31.2.2世界的生產(chǎn)情況…………..……………..42.甲醛的生產(chǎn)工藝介紹……………42.1甲醛的生產(chǎn)方法……………..………………42.1.1甲醇過量法（銀催化法）………………52.1.2空氣過量法（鐵鉬催化法）……………..62.2生產(chǎn)工藝影響因素…………..62.3化學(xué)反應(yīng)器的分類…………..72.3.1按聚集狀態(tài)分類………..82.3.2按反應(yīng)器形狀分類……………………..82.3.3按操作方式分類………….…………….82.3.4按流動狀態(tài)分類……………….……….82.3.5按換熱方式分類………..93.工藝流程簡述………93.1工藝流程框圖………………….…93.2銀催化法對催化劑的選擇...……………..………………...93.3生產(chǎn)方法的選定……………..……………104.工藝計算………………………..104.1設(shè)計任務(wù)…………104.2物料衡算…………………104.2.1化學(xué)反應(yīng)………………104.2.2反應(yīng)器進出口物料衡算表……………114.3能量衡算……………..…………………114.3.1反應(yīng)熱…………..…114.3.2冷凝熱…………..…..124.3.3轉(zhuǎn)化氣帶出的熱量……………..…..125.反應(yīng)器工藝尺寸計算……………………..……135.1催化劑床層高度及直徑計算……….……….…………..145.2反應(yīng)床層阻力降計算……….……….…..145.3反應(yīng)器冷卻段工藝計算…………..……..155.3.1混合氣體的性質(zhì)………..…………..165.3.2反應(yīng)器急冷段…………..…………..175.3.2.1計算管數(shù)及管長………..…………………175.3.2.2傳熱系數(shù)K的校核………………..………185.3.2.3計算管程壓力降………..…………………195.3.3反應(yīng)器殼體直徑的確定……………..……………..195.3.4反應(yīng)器封頭的選擇……..…………..205.3.5反應(yīng)器總高度的確定……………..………………..20結(jié)束語…………..…..22參考文獻………..…………………..23謝辭…………...24年產(chǎn)5萬噸甲醛工藝設(shè)計氧化反應(yīng)器的設(shè)計摘要：甲醛是重要的化工產(chǎn)品。這篇文章主要介紹了甲醛的性質(zhì)、用途、主要生產(chǎn)方法、市場前景及發(fā)展趨勢，設(shè)計了年產(chǎn)5萬噸甲醛的生產(chǎn)工藝。本文主要承擔(dān)反應(yīng)器的設(shè)計，根據(jù)物料衡算及能量衡算，確定了反應(yīng)器的工藝參數(shù)、類型及特征尺寸，從而能夠在適當(dāng)?shù)墓に嚄l件下實現(xiàn)甲醛的生產(chǎn)。關(guān)鍵詞：甲醛；工藝設(shè)計；反應(yīng)器

TheProcessDesignofaProducing50,000tonsperyearmethanolTheDesignofOxidationreactorAbstract:Themethanolisanimportantproductofchemicalindustry.Itsnatures,theuses,themainproductionmethods,themarketprospectandthetrendofdevelopmentweremainlyintroducedinthispaper.A50000tonsperyearofmethanolproductiontechnologyisdesigned.Itismainlyresponsibleforthedesignofreactorinthisarticle.Accordingtothematerialbalanceandenergybalance,todeterminetheprocessparameters,typeandcharacteristicsofthereactorsize,whichcouldintheappropriatetechnologyconditionrealizemethanolproduction.Keywords:methanol;processdesign;reactor

1.產(chǎn)物甲醛概述甲醛的性質(zhì)及用途甲醛的理化性質(zhì)物理性質(zhì)：甲醛（Formaldehyde），又名蟻醛，是最簡單的脂肪醛，分子式HCHO，相對分子質(zhì)量30.03。常溫下，甲醛是一種具有窒息作用的無色氣體，有強烈刺激性氣味，有毒，其毒性主要表現(xiàn)在對人的眼睛、鼻腔、皮膚和呼吸系統(tǒng)的粘膜等的刺激作用上。甲醛水溶液為無色液體，有強烈刺激氣味，最高濃度可達55%，俗稱的“福爾馬林”即為40%的甲醛水溶液?；瘜W(xué)性質(zhì):甲醛分子結(jié)構(gòu)中存在羰基氧原子和α-氫原子，化學(xué)性質(zhì)很活潑，它能與許多化合物進行反應(yīng)，生成許多重要的工業(yè)化學(xué)品和化工中間體。聚合反應(yīng)甲醛的特殊性質(zhì)是自身容易聚合，剛生產(chǎn)出來的甲醛水溶液靜置時會自動生成低分子聚合物。甲醛水溶液在密閉的容器里置于室溫下會迅速聚合并放出熱量（63kJ/mol）。甲醛水溶液是處于平衡狀態(tài)下的不同種類可溶甲醛低聚物的混合溶液，其基本分子式為HO(CH2O)nH。H2O+nCH2OHO(CH2O)nH式（1-1）分解反應(yīng)甲醛具有意想不到的穩(wěn)定性，在低于300℃時無催化劑作用其分解速度非常緩慢。在400℃時甲醛的分解速度約為0.44％/分，分解的主要產(chǎn)物是CO和H2。CH2O△△Cat氧化反應(yīng)CH2O＋O2HCOOH式（1-3）CH2O+O2CO2+H2O式（1-4）銀鏡反應(yīng)HCHO＋AgNO3＋NH4OHAg＋HCOOH＋NH3＋H2O式（1-5）甲醛的應(yīng)用及相關(guān)問題甲醛是重要的基本化工原料，由于它的化學(xué)性質(zhì)活潑可以和許多物質(zhì)進行反應(yīng)，生成眾多的有用的化學(xué)品，如合成樹脂、合成農(nóng)藥及緩效肥料、合成醫(yī)藥、合成香料、合成炸藥等。在我國，甲醛主要用于生產(chǎn)脲醛樹脂，大約可以占甲醛消費總量的50%以上，但甲醛衍生物多達上百種，包括酚醛樹脂、三聚氰胺甲醛樹脂、烏洛托品（六亞甲基四氨）、三羥甲基丙烷、新戊二醇、二苯基甲烷二異氰酸酯（MDI）、吡啶、肥料、農(nóng)藥、醫(yī)藥等多個化工行業(yè)和領(lǐng)域。然而目前甲醛行業(yè)存在的問題亦不在少數(shù)。一方面，脲醛樹脂、酚醛樹脂、三聚氰胺甲醛樹脂作為最重要的甲醛衍生產(chǎn)品，大部分用于板材行業(yè)。由于其游離甲醛含量超標從而造成的環(huán)保問題一度成為世人關(guān)注的焦點。目前來看，只要生產(chǎn)廠家采用先進配方規(guī)范生產(chǎn)，就可以使脲醛樹脂膠的質(zhì)量滿足無害化的需求。另一方面，雖然甲醛衍生物極多且不乏高附加值產(chǎn)品，但目前國內(nèi)實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的為數(shù)不多，不少富有經(jīng)濟效益的產(chǎn)品尚有待開發(fā)和推廣。甲醛溶液是不穩(wěn)定的，儲運中容易發(fā)生化學(xué)變化，為了防止其發(fā)生，需要重視甲醛溶液的儲運。通常需根據(jù)不同的甲醛溶液濃度確定儲存溫度、時間以及添加穩(wěn)定劑的用量。應(yīng)盡量縮短甲醛水溶液的儲存時間；提高甲醛產(chǎn)品質(zhì)量，盡可能降低酸值；采用較好的防腐儲槽或鐵桶儲運甲醛成品，以免鐵離子污染成品促進酸值增高。儲槽可用鋁制，也可用碳鋼制作，若用鋼制儲槽，須在內(nèi)壁進行防腐處理，涂有防腐層，一般采用過氯乙烯漆，環(huán)氧樹脂漆作防腐涂料。甲醛的生產(chǎn)我國的生產(chǎn)情況我國甲醛生產(chǎn)始于1956年，由蘇聯(lián)專家設(shè)計指導(dǎo)第一套3.0kt/a（37%）甲醛生產(chǎn)裝置在上海建成，我國的甲醛生產(chǎn)已經(jīng)走過了50多年的發(fā)展歷程。20世紀50年代末時，我國甲醛生產(chǎn)總能力尚不足40kt/a（37%，下同）。從1975年開始我國開始推廣和應(yīng)用電解銀催化劑，同時不斷改進和發(fā)展，使甲醇單耗從540kg/t降低至450kg/t，從而大幅降低生產(chǎn)成本。從上世紀90年代開始又引進鐵鉬法成套裝置，提高了鐵鉬法生產(chǎn)水平。發(fā)展至2006年，我國甲醛生產(chǎn)能力約為1468萬噸/a，約占世界總生產(chǎn)能力的34.5%；產(chǎn)量約為1110.6萬噸，約占世界總產(chǎn)量的34.3%，居世界之首。預(yù)計到2010年，我國甲醛生產(chǎn)能力有望達到1600萬噸/a，甲醛產(chǎn)量將超過1200萬噸。我國甲醛生產(chǎn)能力和產(chǎn)量的發(fā)展情況如表1-1：表STYLEREF1\s錯誤！文檔中沒有指定樣式的文字。1我國工業(yè)甲醛生產(chǎn)能力及產(chǎn)量的發(fā)展情況年份生產(chǎn)能力/（萬噸/a）產(chǎn)量/萬噸年份生產(chǎn)能力/（萬噸/a）產(chǎn)量/萬噸19604.03.52000548.0232.0197011.18.220041035.1625.0198040.030.020051231.6791.0199088.052.020061468.31110.6世界的生產(chǎn)情況世界上甲醛的生產(chǎn)和應(yīng)用從1888年Loews開始甲醛工業(yè)生產(chǎn)的開發(fā)到今天，已經(jīng)走過了一百多年的歷程。目前，世界上甲醛生產(chǎn)普遍采用以甲醇為原料，普遍采用高效率的銀催化劑和鐵鉬催化劑，設(shè)備越來越集約，流程越來越合理，生產(chǎn)規(guī)模越來越大型，產(chǎn)品品種也從單一的37%擴大到55%以及更高濃度的不同規(guī)格的產(chǎn)品。簡言之，甲醛的合成技術(shù)已經(jīng)在原料路線、催化劑、生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)規(guī)模、產(chǎn)品品種、產(chǎn)品質(zhì)量、控制技術(shù)等方面取得了非凡的進步和發(fā)展。2006年，世界甲醛的生產(chǎn)能力約為4253萬噸/a，產(chǎn)量為3240萬噸。預(yù)計，2013年全球甲醛生產(chǎn)能力將會達到4600萬噸/a，產(chǎn)量將超過3500萬噸。甲醛的生產(chǎn)工藝介紹2.1甲醛的生產(chǎn)方法目前工業(yè)甲醛生產(chǎn)均使用甲醇做原料，甲醇空氣氧化法生產(chǎn)甲醛主要有兩類不同的工藝，其一是采用銀催化劑的“甲醇過量法”，也稱“銀催化法”，其二是采用鐵鉬氧化物催化劑的“空氣過量法”，也稱“鐵鉬催化劑法”。為了制取高濃度甲醛，提高能量綜合利用率，又開發(fā)了“尾氣循環(huán)法”和“甲縮醛氧化法”，現(xiàn)在正研究開發(fā)“甲醇脫氫法”新工藝。2.1.1甲醇過量法（銀催化法）現(xiàn)在銀催化法又分為傳統(tǒng)銀法工藝和尾氣循環(huán)工藝。(1)傳統(tǒng)銀法工藝，是原料氣（一定比例的甲醇、空氣、水蒸氣混合）經(jīng)反應(yīng)器中的催化劑（浮石銀或電解銀），控制溫度在600-700℃，發(fā)生氧化和脫氫反應(yīng)（式1-6、1-7）后生成甲醛，再用水吸收、蒸餾后得產(chǎn)品。工藝流程見圖1-1：反應(yīng)式為：CH3OH+O2HCHO+H2O式（1-6）CH3OHHCHO+H2式（1-7）圖STYLEREF1\s錯誤！文檔中沒有指定樣式的文字。1典型傳統(tǒng)銀法流程1—蒸發(fā)器；2—氧化反應(yīng)器；3—急驟冷段；4—吸收塔；5—蒸餾塔；S—水蒸氣；CW—冷卻水。(2)尾氣循環(huán)工藝流程上類似于銀催化法，其中主要的差異在于吸收后的尾氣部分循環(huán)至反應(yīng)器做熱穩(wěn)定劑，以達到必要的熱力學(xué)平衡和安全生產(chǎn)的目的，故稱“尾氣循環(huán)法”（即BASF尾氣循環(huán)法和WGR法）。該法的特點在于在在沒有蒸餾的情況下生產(chǎn)37%-55%（質(zhì)量分數(shù)）的高濃度甲醛，甲醇含量小于1.2%。甲酸含量比鐵鉬法還低，約50ppm以下，因此不必用離子交換法除去甲酸，可免除對環(huán)境的污染。與傳統(tǒng)銀法相比，甲醇轉(zhuǎn)化率和甲醛產(chǎn)率提高，甲醇單耗下降，但是電耗和設(shè)備投資較高。2.1.2空氣過量法（鐵鉬催化法）鐵鉬催化法顯著特點是在空氣過量而甲醇不足的情況下進行反應(yīng)，即控制甲醇濃度小于三元混合氣的爆炸極限下限進行操作，故稱“空氣過量法”。該反應(yīng)是在常壓和300-400℃下進行，不需要銀法要求的高溫反應(yīng)，從而使副反應(yīng)少、甲醛產(chǎn)品分解小、選擇性高、甲醛濃度高。與傳統(tǒng)銀法相比，鐵鉬法甲醛全部由甲醇的氧化放熱反應(yīng)制的，反應(yīng)式：CH3OH+O2HCHO+H2O。工藝流程見圖2-1：圖2-1鐵鉬法甲醛工藝流程1—廢熱鍋爐；2—反應(yīng)器；3—甲醇蒸發(fā)器；4—循環(huán)風(fēng)機；5—冷卻；6—循環(huán)泵；7—冷卻器循環(huán)泵；8—吸收塔Ⅰ；9—吸收塔Ⅱ；10—冷卻器；11—產(chǎn)品泵。此法沒有甲醇回收蒸餾設(shè)備是明顯的優(yōu)點，但設(shè)備尺寸偏大。使用列管式固定床反應(yīng)器，管內(nèi)填充催化劑，管間填充導(dǎo)熱油做冷卻劑。反應(yīng)時，甲醇與過量空氣混合，經(jīng)過濾、預(yù)熱，進入反應(yīng)器，在320-380℃反應(yīng)，之后立即進入列管冷卻器冷卻以防止甲醛過氧化，在溫度降至120-160℃時進入吸收系統(tǒng)。吸收段流程類似銀法。2.2生產(chǎn)工藝影響因素影響甲醇轉(zhuǎn)化為甲醛反應(yīng)過程的主要因素有：反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)與狀態(tài)、催化劑的性能狀態(tài)、反應(yīng)溫度、氧醇比、停留時間和空間速度、反應(yīng)壓力及原料混合氣的純度，分析如下：反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)與狀態(tài)：設(shè)計反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)時應(yīng)考慮能否氣固兩相間很好接觸，橫否保持良好的催化層狀態(tài)，反應(yīng)物在反應(yīng)器中的流動是否有死角，反應(yīng)氣的速度分布和反應(yīng)在床層中的阻力是否均勻，以及反應(yīng)后的氣體能否迅速離開高溫區(qū)以快速冷卻等問題。催化劑的性能和狀態(tài)：催化劑在化工生產(chǎn)中被廣泛使用，其活性的高低，直接決定著轉(zhuǎn)化的效果的好壞。一般對催化劑的性能要求是要有較高的催化活性，良好的選擇性，較強的機械強度，較好的熱穩(wěn)定性和具有一定的抗毒能力。反應(yīng)溫度：反應(yīng)溫度的高低會影響物料的反應(yīng)程度。溫度過高，物料會劇烈氧化，生成一些副產(chǎn)品，降低甲醛含量；溫度過低，甲醛不能被氧化，達不到生產(chǎn)目的。該反應(yīng)控制反應(yīng)溫度在。氧醇比：氧醇比是甲醛生產(chǎn)中氧氣和甲醇的摩爾比值。氧醇比過高，氧氣過量，甲醇會被深度氧化而降低甲醇的轉(zhuǎn)化率；氧醇比過低，甲醇過量，浪費原料。此反應(yīng)氧醇比為0.38。水醇比：增加反應(yīng)器的水醇比，既有利于控制反應(yīng)的溫度，又能使反應(yīng)在較低的溫度下進行，還可以提高進料中氧的濃度而不發(fā)生過熱，從而能改善轉(zhuǎn)化率和提高收率。停留時間和空間速度：停留時間也稱接觸時間，是指原料混合氣通過催化床層所需要的時間，其單位用秒表示。一般銀法的時間取0.02-0.05s,即空速3600-7200h。時間越長則副反應(yīng)越強烈。反應(yīng)壓力：由于甲醇氧化和甲醇脫氫這兩個反應(yīng)都是體積增加的反應(yīng)，因此，降低壓力將使反應(yīng)向著生產(chǎn)甲醛的方向移動，所以減壓對主反應(yīng)有利。原料混合氣的純度：原料混合氣的純度將影響催化劑的活性與壽命。在催化劑的表面如覆蓋了氧化鐵，還會加快甲醇燃燒等副反應(yīng)。故生產(chǎn)中應(yīng)盡可能使原料氣得以凈化。2.3化學(xué)反應(yīng)器的分類工業(yè)生產(chǎn)上使用的反應(yīng)器型式多種多樣，分類也有很多種?？梢园捶磻?yīng)器的形狀分，也可以按操作方式分類；可以按反應(yīng)器傳熱方式分，也可按其反應(yīng)物相態(tài)分類等等。2.3.1按聚集狀態(tài)分類按聚集狀態(tài)可分為均相和非均相反應(yīng)。均相反應(yīng)又可分為氣相反應(yīng)和液相反應(yīng)。非均相反應(yīng)可分為氣固相反應(yīng)，氣液相反應(yīng)和液液相反應(yīng)及氣液固三相反應(yīng)。2.3.2按反應(yīng)器的形狀分類化學(xué)反應(yīng)器按其結(jié)構(gòu)型式可分釜式、管式和塔式，它們分別如圖2-2中所示。圖2-2反應(yīng)器的分類釜式反應(yīng)器b.管式固定床反應(yīng)器c.塔式反應(yīng)器2.3.3按操作方式分類反應(yīng)器按操作方式可分為：①間歇釜式反應(yīng)器，或稱間歇釜。操作靈活，適用于小批量、多品種、反應(yīng)時間較長的產(chǎn)品生產(chǎn)。系將原料按一定配比一次加入反應(yīng)器，待反應(yīng)達到一定要求后，一次卸出物料。②連續(xù)釜式反應(yīng)器,或稱連續(xù)釜。大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)盡可能采用連續(xù)反應(yīng)器。產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，易于操作控制，但存在程度不同的返混，應(yīng)加以抑制。③半連續(xù)釜式反應(yīng)器。指一種原料一次加入，另一種原料連續(xù)加入的反應(yīng)器，其特性介于間歇釜和連續(xù)釜之間。2.3.4按流動狀態(tài)分類按流動狀態(tài)可分為平推流、全混流和非理想流三種。流體流過細長的管道狀反應(yīng)器可視為平推流。流體流過攪拌釜反應(yīng)器時，可視為全混流。非理想流是指流體的流況既不是平推流，又不是全混流，而是流況介于二者之間。2.3.5按換熱方式分類按反應(yīng)過程中的換熱狀況，反應(yīng)器可分為：①等溫反應(yīng)器：反應(yīng)物系溫度處處相等的一種理想反應(yīng)器。②絕熱反應(yīng)器：反應(yīng)區(qū)與環(huán)境無熱量交換的一種理想反應(yīng)器。③非等溫非絕熱反應(yīng)器：與外界有熱量交換，反應(yīng)器內(nèi)也有熱反饋，但達不到等溫條件的反應(yīng)器，如列管式固定床反應(yīng)器。工藝流程簡述本工藝由甲醇氧化并以電解銀為催化劑制取甲醛。反應(yīng)段工藝過程為：甲醇從貯罐被打入蒸發(fā)器，在47℃加熱蒸發(fā)，同時混合羅茨風(fēng)機鼓入的空氣和來自汽包1的水蒸氣，在過熱器中被加熱至120℃使成氣態(tài)，在經(jīng)過濾器去除對催化劑有毒的物質(zhì)（主要是一些硫化物、氯化物）后進入反應(yīng)器反應(yīng)。3.1工藝流程框圖甲醇空氣蒸發(fā)過熱吸收甲醛產(chǎn)品水3.2銀催化法對催化劑的選擇銀催化劑是由活性組分銀、載體和助催化劑組成，具有活性好、選擇性強、一定程度上抑制副反應(yīng)等優(yōu)點。本設(shè)計采用電解銀作反應(yīng)催化劑。電解銀經(jīng)電解、高溫活化、干燥等過程制得，純度高（銀含量在99.9%以上），鐵含量小于3mg/kg，比表面積大，外觀有銀白色金屬光澤，呈疏松海綿狀，粒度為3mm-0.46mm。3.3生產(chǎn)方法的選定從反應(yīng)所需能耗、催化劑消耗費用以及副產(chǎn)蒸汽等方面考慮，銀法工藝簡單，投資省，調(diào)節(jié)能力強，產(chǎn)品中甲酸含量少，尾氣中含氫可以燃燒，故選擇銀催化法氧化生產(chǎn)甲醛。根據(jù)反應(yīng)特征，采用等溫固定床列管式反應(yīng)器。4.工藝計算4.1設(shè)計任務(wù)本文設(shè)計年產(chǎn)5萬噸甲醇氧化制甲醛工藝，采用電解銀催化劑，控制反應(yīng)溫度在640℃40℃，使甲醇發(fā)生氧化、脫氫反應(yīng)，生成甲醛，再用二吸收塔串聯(lián)吸收，得質(zhì)量濃度37%左右的甲醛水溶液。4.2物料平衡4.2.1化學(xué)反應(yīng)主反應(yīng)：CH3OH+O2HCHO+H2O(4-1)平行反應(yīng)：CH3OHHCHO+H2(4-2)CH3OH+O2CO2+2H2O(4-3)CH3OH+O2CO+2H2O(4-4)CH3OH+H2CH4+H2O(4-5)CH3OH+O2HCOOH+H2O(4-6)4.2.2反應(yīng)器進出口物料衡算表表4-1氧化反應(yīng)器的物料衡算表進料出料物料名稱質(zhì)量kg/h物質(zhì)的量kmol物料名稱質(zhì)量kg/h物質(zhì)的量kmol三元氣9206.36348.87轉(zhuǎn)化氣9206.75407.38CH3OH2833.088.52HCHO2346.678.22H2O1888.66104.93CH3OH107.883.3713O21064.033.25HCOOH2.49780.0543N23420.7122.17H2O2972.52165.14———CO2260.05.91———CO18.40.657———CH45.250.33———O210.50.33———H262.431.2———N23420.7122.17合計9206.36348.87合計9206.75407.384.3能量衡算已知：三元氣體帶入的熱量為：149.54×104kJ各主副反應(yīng)298K時的反應(yīng)熱（見計算表中）；基準：1h，298K氣態(tài)4.3.1反應(yīng)熱（反應(yīng)溫度為640℃）以物料衡算中的6個反應(yīng)方程式為基準，設(shè)所有反應(yīng)物和產(chǎn)物均為氣態(tài)，則它們的反應(yīng)熱見表4-2。表4-2反應(yīng)放出的熱量反應(yīng)式物質(zhì)的量反應(yīng)熱熱量kmolkJ/kmolkJCH3OH＋1/2O2→HCHO＋H2O46.69－1.575－73.02CH3OH＋3/2O2→CO2＋2H2O5.91－6.746－40.07CH3OH＋O2→CO＋2H2O0.657－3.927－2.58CH3OH＋O2→HCOOH＋H2O0.054－4.008－0.216CH3OH＋H2→CH4＋H2O0.33－1.209－0.399CH3OH→HCHO＋H231.53+0.9012+28.41合計85.171－16.56－87.88即反應(yīng)放出的總熱量為4.3.2冷凝熱轉(zhuǎn)換氣經(jīng)急冷段后降溫至160℃，由于轉(zhuǎn)換氣的非理想性，因此可設(shè)其冷凝量占產(chǎn)品量的12%，則6336×12%=760.32kg.其中：甲醛占30%，為760.32×30%=228.1kg=7.6kmol水占70%，為760.32－228.1=532.22kg=29.57kmol.從而冷凝熱見下表4-3。表4-3冷凝熱量物料名稱物質(zhì)的量相變熱熱量kmolkJ/kmolkJHCHO7.66.19647.09H2O29.574.135122.27合計37.1710.331169.36即冷凝放出的總熱量為.4.3.3轉(zhuǎn)化氣帶出的熱量(溫度160℃)氣體的摩爾定壓熱容由Cpm=a+bT+cT2計算得出：表4-4轉(zhuǎn)化氣帶出的熱量物料名稱物質(zhì)的量/kmol輸出T/℃Cpm/kJ/kmol·℃Q×104kJHCHO78.2216041.1751.53CH3OH（含HCOOH）3.425616056.993.12H2O165.116034.2590.47CO25.9116042.384.01CO0.65716029.640.31O20.3316036.380.192H231.216029.3914.67CH40.3316043.460.229N2122.1716029.8458.33合計407.34——222.09氧化工段多余的熱量為：（149.54+878.8+169.36－222.09）×104=975.61×104kJ設(shè)熱損失為10%，則有：的剩余熱可供利用。這部分剩余熱量一部分產(chǎn)生熱水（大約35%作蒸發(fā)器加熱熱源），其余則用于產(chǎn)生壓力為0.4MPa的飽和蒸汽。設(shè)進入系統(tǒng)的軟水溫度為20℃，查《化工計算》附表得其熱焓為83.85kJ/kg，表壓為0.4MPa的水蒸氣溫度為160℃，熱焓為2746kJ/kg。由得出：所產(chǎn)生的蒸汽量為所產(chǎn)生的蒸汽可供過熱器加熱和配料，這兩方面共需蒸汽量：（98.76+17.48）×18=2092.32kg，余下2379.8－2092.32=287.45kg的蒸汽，即該甲醛裝置蒸汽自給自足534.18/1.4=205.32kg/t(37%HCHO)(表壓為0.4MPa的水蒸氣)，這些多余的水蒸氣可外輸或并入蒸汽總網(wǎng)。5．反應(yīng)器工藝尺寸計算根據(jù)物料衡算得到反應(yīng)器進、出料氣體數(shù)量，用空間速度或接觸時間數(shù)據(jù)來計算催化劑用量?？臻g速度（簡稱空速）定義為單位時間內(nèi)通過單位體積催化劑的進料量，即：。式中____空速，，根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)取；____催化劑體積，即所求催化劑用量，；____氣體體積流量，。在標準狀態(tài)時三元氣體的體積流量為：所以有5.1催化劑床層高度及直徑計算催化劑厚度為10-50mm，設(shè)計取30mm。催化劑層截面積：床層直徑：取D=1.6m，即床層直徑為1600mm。則有：5.2反應(yīng)床層阻力降計算進氣壓力為0.101，反應(yīng)溫度為640℃，由物料衡算結(jié)果有：進氣氣體體積流速質(zhì)量流量進料氣體組成性質(zhì)見表5-1：表5-1氧化器進料三元氣體組成物料名稱質(zhì)量流率kg/h摩爾流率kmol/h摩爾分數(shù)，%組分粘度，cPCH3OH28322832/32=88.5348.8/88.5=25.40.030H2O1888104.8830.10.045O2106433.259.50.040N23420.7122.1735.00.033合計9204.7348.8100—壓力降計算公式：=0.0356cP，式中ΔP——氣體通過床層的阻力降，Pa；G——質(zhì)量流速，kg/s；代入數(shù)據(jù)計算得：所以有5.3反應(yīng)器冷卻段工藝計算主要物料的物性數(shù)據(jù)見表5-2：表5-2主要物料的物性數(shù)據(jù)組分摩爾分數(shù)急冷段（160-640℃）平均溫度400℃下（cP）CH3OH0.00830.0220.04672.51O20.0370.07132.09N20.2990.0220.04732.1HCHO0.1920.0210.05651.22H20.0760.0150.22629.18CO20.0150.0400.04646.21CO0.0390.04830.94H2O0.410.0450.05737.05HCOOH0.0220.05171.12CH40.0210.01156.745.3.1混合氣體的性質(zhì)混合氣體的粘度：代入表5-2中數(shù)據(jù)得出：T=673K時，混合氣體的導(dǎo)熱系數(shù)：代入表5-2中數(shù)據(jù)得出：T=673K時，?；旌蠚怏w的平均摩爾定壓熱容：T=673K時，5.3.2反應(yīng)器急冷段5.3.2.1計算管數(shù)及管長熱流體可產(chǎn)生的熱量（以小時計算）：假設(shè)選用單殼程、多管程的固定管板式換熱器，按逆流過程其溫度為：熱流體640℃→160℃冷流體160℃←90℃平均傳熱溫差：根據(jù)冷流體和熱流體的具體情況，參考換熱器的傳熱系數(shù)的大致范圍（12-280），假設(shè)總傳熱系數(shù)K為：100W/（m2?K）設(shè)計選用的不銹鋼管作傳熱管，材質(zhì)為0Cr18Ni10Ti。管殼式換熱器中管程氣體流速為5-30m/s,殼程氣體流速為3-15m/s，則取管內(nèi)流速為u=22m/s，單程管數(shù)為：取換熱管的外徑計算換熱面積，則需傳熱管長度為：傳熱管排列采用正三角形，管子排列的面積是一個正六邊形，排在正六邊形內(nèi)的管數(shù)為：N=3a（a+1）+1，其中，N為管子數(shù)目，a為正六邊形個數(shù)，計算出17個正六邊形設(shè)計可排管數(shù)則為931根。5.3.2.2傳熱系數(shù)K的校核管內(nèi)混合氣體對流傳熱系數(shù)。管內(nèi)氣體的平均相對分子質(zhì)量：氣體對流給熱系數(shù)（流體被冷卻則n=0.3）：由《化工原理》附表查得：不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)；沸騰水側(cè)取傳熱系數(shù)總對流傳熱系數(shù)按下式求得：其中：所以有按核算所得值求所需傳熱面積為：設(shè)計列管有效長1.6m，則實際傳熱面積為：核算結(jié)果則傳熱面積有的裕量，能夠滿足換熱需要。5.3.2.3計算管程壓力降式中：——殼程數(shù)；——為一殼程的管程數(shù)，本設(shè)計中均為1；由Blasius公式計算摩擦因子所以有5.3.3反應(yīng)