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1、设计论文题目：*学 院： 吉林工业职业技术学院 专 业： 过程装备与控制技术 学 生： * 指导教师： 赵继平 完成时间： 2012年12月20日 诚信声明本人声明：我所呈交的本科毕业设计论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。本人签名： 日期： 2012 年 12 月 20 日毕业设计（论文）任务书设计
2、（论文）题目： * 学院： 吉林化工学院 专业： 过程装备与控制技术 学生： * 指导教师： 赵继平 1设计（论文）的主要任务及目标(1) 设计一年产28000吨甲醛生产装置工艺与设备设计； (2) 原料为甲醇，其中工业甲醇含量为1.35%（量分数，下同），含水0.65，无其它杂质； (3) 工艺条件为：反应温度873-913K，年生产时间300天，甲醇转化率93.3%，甲醛收率83%，原料配比（质量比）甲醇：水：空气=1：0.58：1.338；(4) 副产物组成：CO2 4.0%、CO 0.5%、O2 0.2%、H2 17%、N2 76.3%、H2O 2%。2设计（论文）的基本要求和内容(1
3、) 工艺设计 生产方法的选择； 反应器的物料衡算和热量衡算； 反应器主要工艺尺寸计算。(2) 设备计算 反应器的机械强度及有关参数的确立； 辅助设备的选择或确立。 (3) 提交设计文件 设计说明书一份； 设计图纸：工艺流程图、反应器装配图、平面布置图各一份。 反应器主要工艺尺寸计3主要参考文献1 梁凤凯、舒均杰有机化工生产技术 2 陈炳和、许宁化学反应过程与设备 3 梁玉华、白守礼物理化学4 王振中化工原理5 蔡纪宁、张秋翔化工设备机械基础课程设计指导书社，20066 化学工业出版社组织编写化工生产流程图7 王绍良化工设备基础4进度安排设计（论文）各阶段名称起 止 日 期1题目确定2012年1
4、1月2125日2文献查阅及初步设计计算2012年11月2630日3设计计算2012年12月17日4图纸绘制2012年12月812日5设计计算及图纸完善2012年12月1316日6毕业设计答辩准备2012年11月1721日7毕业设计答辩2012年12月22日28000吨/年甲醛生产装置工艺与设备设计摘 要甲醛（formaldehyde;methanol）是一种比较重要的有机化工产品，是醛类中最简单的化合物。正常条件下是无色而有刺激性气味的气体，只要有很少量的杂质存在就会发生聚合。甲醛易溶于水，形成各种浓度的水溶液，含37.6%的甲醛水溶液（质量分数）称为福尔马林（即商品甲醛）。甲醛有毒，甲醛蒸汽
5、与空气能形成爆炸性混合物，甲醛除了独立作为产品使用外，更多的是用作原料以制取其他重要化工产品。本设计为年生产能力万吨甲醛生产装置工艺与设备设计，此设计参照了中国石油北方公司吉林市石井沟联合化工厂甲醛车间的经验数据，重点以甲醇为原料，电解银作为催化剂，甲醇经过氧化合成甲醛的反应进行了设计。其中包括生产方法的选择、反应的物料衡算，热量衡算，设备选型及尺寸的计算等工艺设计。本设计在绘图过程中运用Auto CAD等计算机程序辅助作图。最后完成了甲醛生产装置的工艺设计和设计图纸。关键词：甲醇；氧化；甲醛；目 录前 言1第1章 设计说明2第节 产品简介21.1.1 产品性质21.1.2 产品用途21甲醛的
6、安全措施21.1.4甲醛的安全措施2第节 生产方法与工艺条件的确定31.2.1 反应原理41.2.2 生产方法的确定41.2.3电解银法工艺条件的确定61.2.4反应器的选择81.2.5分析方法的选择8第节 工艺流程9工艺流程简图9流程叙述9第节 车间人员配置10第节 三废处理11第2章 设计计算12第节 基础数据及反应过程12 参考数据12 原料规格13 产品规格14主要反应过程14第节 物料衡算和热量衡算15物料衡算过程15热量衡算过程17第节 设备工艺尺寸计算和设备机械强度计算23确定床层高度与直径23确定换热气列管242.3.3 核算换热面积242.3.4 设备机械强度计算24结 论2
7、9参考文献30致 谢31前 言甲醛（formaldehyde;methanol）是一种比较重要的有机化工产品，是醛类中最简单的化合物。正常条件下是无色而有刺激性气味的气体，只要有很少量的杂质存在就会发生聚合。甲醛易溶于水，形成各种浓度的水溶液，含37.6%的甲醛水溶液（质量分数）称为福尔马林（即商品甲醛）。甲醛有毒，甲醛蒸汽与空气能形成爆炸性混合物，甲醛除了独立作为产品使用外，更多的是用作原料以制取其他重要化工产品，如酚醛树脂、脲醛树脂、新型塑料、合成橡胶和合成纤维、医药、杀虫剂等。工业上生产甲醛的传统原料主要是甲烷和甲醇。第二次世界大战以前，由于甲醇合成技术不先进，而且价高量少，甲烷直接氧化
8、制甲醛曾经风行一时，该法在常压下一步合成甲醛，工艺简单，但单程收率低、能耗大和产品浓度低，在竞争中失利。1984年该法产量仅占世界甲醛总产量的10%左右，目前，甲醛产量的90%以上均采用甲醇为原料的工艺路线。本设计采用甲醇为原料，电解银作为催化剂，由空气氧化制甲醛，对生产装置工艺和设备进行设计。其中包括生产方法的选择、反应的物料衡算，热量衡算，设备选型及尺寸的计算等工艺设计。并在绘图过程中运用Auto CAD等计算机程序辅助作图。由于本人初次进行此类设计，水平有限，经验不足，难免有不足和错误之处，恳望老师和同学给予批评指正。第1章 设计说明第1.1节 产品简介1.1.1 产品性质甲醛（form
9、aldehyde;methanol）是一种比较重要的有机化工产品，是醛类中最简单的化合物。正常条件下是无色而有刺激性气味的气体，冰点-118，熔点-92，沸点-21，燃点430，只要有很少量的杂质存在就会发生聚合。因此，市场上没有单体甲醛出售。甲醛易溶于水，形成各种浓度的水溶液，含37.6%的甲醛水溶液（质量分数）称为福尔马林（即商品甲醛）。甲醛有毒，浓度很低时就能刺激眼、鼻的黏膜；浓度较高时，对呼吸道黏膜也有刺激作用；吸入浓度大的甲醛会引起肺部化脓性水肿；甲醛也能刺激皮肤造成灼伤。甲醛蒸汽与空气能形成爆炸性混合物，爆炸极限（体积积分）为7%73%。甲醛除了独立作为产品使用外，更多的是用作原料
10、以制取其他重要化工产品，其衍生物以达上百种。由于其分子中具有碳-氧双键，因此易进行聚合与加成反应。1.1.2 产品用途（1）木材工业 用于生产脲醛树脂及酚醛树脂，由甲醛与尿素按一定摩尔比混合进行反应生成。 （2）纺织业 服装在树酯整理的过程中都要涉及甲醛的使用。服装的面料生产，为了达到防皱、防缩、阻燃等作用，或为了保持印花、染色的耐久性，或为了改善手感，就需在助剂中添加甲醛。目前用甲醛印染助剂比较多的是纯棉纺织品，因为纯棉纺织品容易起皱，使用含甲醛的助剂能提高棉布的硬挺度。含有甲醛的纺织品，在人们穿着和使用过程中，会逐渐释出游离甲醛，通过人体呼吸道及皮肤接触引发呼吸道炎症和皮肤炎症，还会对眼睛
11、产生刺激。甲醛能引发过敏，还可诱发癌症。厂家使用含甲醛的染色助剂，特别是一些生产厂为降低成本，使用甲醛含量极高的廉价助剂，对人体十分有害。 （3）防腐溶液 甲醛是由(即甲醛亚硫酸氢钠)在60以上分解释放出的一种物质，它无色，有刺激气味、易溶于水。35%40%的甲醛水溶液俗称福尔马林，具有防腐杀菌性能，可用来浸制生物标本，给种子消毒等。 甲醛具有防腐杀菌性能的原因主要是构成生物体(包括细菌)本身的蛋白质上的氨基能跟甲醛发生反应。 （4）食品行业 利用甲醛的防腐性能，加入水产品等不易储存的食品中。甲醛的危险特性甲醛蒸气与空气混合能成为爆炸性气体。本品与氧化剂、火种接触有燃烧危险。在甲醇制甲醛氧化反
12、应的工艺流程，氧化反应需要加热，反应过程又会放热，特别是催化气相氧化一般都会在250600的高温下进行。由于被氧化物质大都易燃易爆，生产过程又往往采用空气或氧气氧化，所以反应系统随时可能形成爆炸性混合物。 甲醇在蒸气或空气中氧化其物料配比接近于爆炸下限，倘若比例失调或控制不当都可能引起系统爆炸。甲醛的安全措施采用灭火剂：水、泡沫、二氧化碳。储运注意事项：储存于阴凉通风库房内，远离火种、热源。应与氧化剂、遇水燃烧物资隔离堆放。防止阳光爆晒引起鼓桶。冷天易储于较温暖处。包装要完整。搬运时轻拿轻放，防止破漏。流失在地上的甲醛可用水冲洗后再用纯碱中和，冲洗干净。触及皮肤可用水洗后，再用酒精擦洗，最后涂
13、甘油。甲醛既有爆炸性危险又有较高的毒性，因此，贮存、运输和使用过程要特别注意安全 生产方法与工艺条件的确定反应原理以甲醛为原料，电解银触媒为催化剂，反应温度在620-730高温下发生氧化脱氢反应，生在甲醛气体，主要反应式如下：主反应： CH3OH+1/2O2 CH2O+H2O CH3OH=CH2O+H2 H2+1/2O2 H2O 反应在200左右开始进行，反应在600左右进行，反应的进行可使反应不断向右进行，多余的热量利用水蒸汽的升温带热作用从反应系统中移走，使反应正常进行。1.2.2 生产方法的确定甲醇氧化制甲醛生产方法分为二种：即银法和铁钼法。银法亦称“甲醇过量法”或“氧化脱氢法”，于19
14、25年实现工业化。银法在爆炸上限操作，原料气中甲醇浓度较高，设备生产效率高，所以，其建设投资较低，但是，由于银法在873K以上的高温操作下，银粒易熔结增大，加之对毒物（Fe、S）很敏感，因而催化剂易失活，寿命仅为铁钼法催化剂的1/21/3。铁钼法是在空气过量条件下操作，进入反应器的混合气中甲醇浓度低，必然使设备效率降低，动力消耗增大。但由于该法是强烈放热反应，加之反应温度低，对所产生蒸汽余热的利用率高，以致其成本与银法类似，甚至更低。而银法又分电解银法和浮石银法。浮石银法其制造方法是将4mm左右的浮石颗粒用硝酸处理，除去铁杂质后，浸于硝酸银溶液中煮沸、蒸发。再将载有硝酸银的浮石在高温下煅烧、分解：2AgNO3Ag2O+ NO2
