年產(chǎn)5萬噸甲醇氧化制甲醛工藝生產(chǎn)過程設(shè)計(jì)

1、年產(chǎn)5萬噸甲醇氧化制甲醛工藝生產(chǎn)過程設(shè)計(jì)The Design of Production Process of Formaldehyde by Methanol Oxidation(50kt/a) 目 錄摘要IAbstractII引言1第一章 甲醇氧化制甲醛工藝進(jìn)展21.1甲醛簡介21.2制甲醛的意義21.3甲醛生產(chǎn)現(xiàn)狀及發(fā)展前景21.4工業(yè)上制備甲醛的方法31.4.1 銀催化氧化甲醇制甲醛31.4.2鐵鉬法氧化甲醇制甲醛31.4.3 甲醇脫氫制甲醛41.5 Aspen Plus的簡介51.5.1Aspen Plus的介紹51.5.2Aspen Plus的應(yīng)用51.6 本課題研究的主要內(nèi)容6第

2、二章 甲醇氧化制甲醛生產(chǎn)工藝流程72.1工業(yè)生產(chǎn)甲醛制備方法對(duì)比72.2甲醛工藝流程72.2.1工藝條件的確定72.2.2反應(yīng)原理72.2.3反應(yīng)工藝過程描述8第三章 流程模擬103.1流程模擬概述103.1.1氧化反應(yīng)工段113.1.2氣液分離模塊153.1.3吸收模塊173.1.4精餾模塊19結(jié)論22致謝23參考文獻(xiàn)24年產(chǎn)5萬噸甲醇氧化制甲醛工藝生產(chǎn)過程設(shè)計(jì)摘要：甲醛是有機(jī)化工重要的基本原料，應(yīng)用非常廣泛。甲醇氧化制甲醛是工業(yè)生產(chǎn)甲醛的主要途徑。本設(shè)計(jì)采用Aspen plus軟件，對(duì)鐵鉬法甲醇氧化制甲醛生產(chǎn)工藝進(jìn)行了模擬與優(yōu)化。通過Aspen plus軟件，對(duì)甲醛生產(chǎn)工藝模擬與優(yōu)化，得出

3、的工藝條件為：反應(yīng)器的反應(yīng)溫度285，壓力1bar，精制塔主要條件為：進(jìn)料甲醛的流量168.315kmol/h，理論板數(shù)為36塊，進(jìn)料位置為第16塊，壓力3bar，回流比 3.6。產(chǎn)物甲醛的含量為36.9%。關(guān)鍵字：甲醇 鐵鉬法 氧化 甲醛 AspenPlus 模擬The Design of Production Process of Formaldehyde by Methanol Oxidation(50kt/a)Abstract:Formaldehyde is an important basic organic chemical raw materials, application i

4、s very broad.Methanol oxidation of formaldehyde is the main way for industrial production of formaldehyde.This design adopts the Aspen plus software, the iron molybdenum methanol oxidation formaldehyde production technology has carried on the simulation and optimization system.By Aspen plus software

5、, the formaldehyde production process simulation and optimization, it is concluded that the technology conditions as follows:Reactor, reaction temperature 285 , pressure 1 bar, main conditions for refining tower: the flow of feed formaldehyde 168.315 kmol/h, theoretical plate number is 36 pieces, fe

6、eding position for 16 pieces, 3 bar pressure, reflux ratio of 3.6.Formaldehyde content of product was 36.9%.Key words: methanol;Iron molybdenum method;oxidation;formaldehyde;Aspen plus; simulation引言甲醛有刺激性氣味無色氣體，易溶于水（福爾馬林），用于合成材料,還可用于生物標(biāo)本制作，破壞生物的蛋白質(zhì)組織，能防腐。甲醛是有機(jī)化工重要的基本原料,對(duì)未來能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和化學(xué)工業(yè)的發(fā)展起著非常重要的作用。甲醛

7、除可直接用作消毒、殺菌、防腐劑外主要用于有機(jī)合成、合成材料、涂料、橡膠、農(nóng)藥等行業(yè)，其衍生產(chǎn)品主要有多聚甲醛、聚甲醛、酚醛樹酯、脲醛樹酯、氨基樹酯、烏洛托品及多元醇類等。人造板工業(yè)發(fā)達(dá)，對(duì)甲醛的需求量甚大。本設(shè)計(jì)采用負(fù)載在合適載體上的鐵鉬作為催化劑，甲醇為原料氧化生產(chǎn)甲醛的工藝流程模擬，并使用Aspen Plus對(duì)工藝流程進(jìn)行模擬計(jì)算。第一章 甲醇氧化制甲醛工藝進(jìn)展1.1甲醛簡介甲醛，英文名Formaldehyde，又稱蟻醛，是無色、具有強(qiáng)烈氣味的刺激氣體，略重于空氣,易溶于水。甲醛是一種揮發(fā)性有機(jī)化合物，是室內(nèi)環(huán)境的主要污染物之一，污染源多。 甲醛是一種原漿毒物，能與蛋白質(zhì)結(jié)合。人吸入高濃度

8、甲醛后，會(huì)出現(xiàn)呼吸道嚴(yán)重刺激、水腫、眼睛痛、頭痛，也可發(fā)生支氣管哮喘。皮膚直接接觸甲醛，可引起皮炎、色斑、壞死。經(jīng)常吸入少量的甲醛，能引起慢性中毒，出現(xiàn)粘膜充血、皮膚刺激癥、過敏性皮炎、指甲角化和脆弱、甲床指端疼痛等。全身癥狀有頭痛、乏力、心悸、失眠、體重減輕以及植物神經(jīng)紊亂等。甲醛的主要物理性質(zhì)為：甲醛的化學(xué)分子式HCHO，分子量：30.03，氣體相對(duì)密度1.067（空氣=1），液體密度0.815g/cm3（-20）。熔點(diǎn)-92，沸點(diǎn)-19.5。易溶于水和乙醇水溶液的濃度最高可達(dá)55%，通常是37%，稱做甲醛水，俗稱福爾馬林。甲醛有強(qiáng)還原作用，特別是在堿性溶液中，能燃燒，蒸氣與空氣形成爆炸性

9、混合物，爆炸極限7%-73%（體積）。著火溫度約300。甲醛可由甲醇在銀，鐵等金屬催化下氧化或脫氫制得，也可由烴類氧化產(chǎn)物分出。用作農(nóng)藥和消毒劑，制酚醛樹脂、脲醛樹脂、維綸、烏洛托品、季戊四醇和染料等的原料。工業(yè)品甲醛溶液一般含37%甲醛，作阻聚劑，沸點(diǎn)101。1.2制甲醛的意義甲醛是一種重要的有機(jī)化工原料，性質(zhì)活潑，能與大部分的有機(jī)或者無機(jī)化合物反應(yīng)，甲醛一般由甲醇經(jīng)空氣氧化制得。目前世界各國用于生產(chǎn)甲醛的甲醇占甲醇總產(chǎn)量的30%左右，已開發(fā)出的甲醛下游產(chǎn)品有上百種，其中主要有熱固性樹脂( 如脲醛樹脂，酚醛樹脂和三聚氰胺甲醛樹脂等) 及聚甲醛，季戊四醇，烏洛托品，1,4丁二醇，吡啶，乙二醇，

10、三羥基甲烷等化工產(chǎn)品，同時(shí)甲醛在農(nóng)業(yè)，醫(yī)藥，染料工業(yè)中可以作為殺蟲劑和還原劑等甲醛也是合成染料、農(nóng)藥、精細(xì)與專用化學(xué)品的重要原料。1.3甲醛生產(chǎn)現(xiàn)狀及發(fā)展前景我國甲醛工業(yè)發(fā)展至今，在規(guī)模、產(chǎn)量、質(zhì)量、技術(shù)等方面已達(dá)到或接近國際先進(jìn)水平。2002年我國工業(yè)甲醛的年生產(chǎn)能力約700萬噸，至2004年增長到1035萬噸，2004年世界工業(yè)甲醛的總生產(chǎn)能力約為3855萬噸(37%CH2O，下同)年。其中，中國工業(yè)甲醛的生產(chǎn)能力最大，約為1035萬噸年；其次為美國，達(dá)544噸年；西歐工業(yè)甲醛的生產(chǎn)能力為903萬噸年；日本為180萬噸年。我國甲醛基本自給自足，不依賴進(jìn)口。1.4工業(yè)上制備甲醛的方法目前，對(duì)

11、于生產(chǎn)產(chǎn)醛的工業(yè)方法有較為成熟的研究，各研究機(jī)構(gòu)和公司都根據(jù)各自需求研究出了相應(yīng)的工藝流程。目前最常用的工業(yè)生產(chǎn)方法為銀催化氧化甲醇制甲醛、鐵鉬法氧化甲醇制甲醛 、甲醇脫氫制甲醛。1.4.1 銀催化氧化甲醇制甲醛郝吉鵬1在鐵鉬法甲醇氧化制甲醛工藝及過程控制分析研究中提到，銀作催化劑，壽命36個(gè)月，物料甲醇過量，反應(yīng)溫度600680，甲醇單耗(以37%甲醛計(jì)，440450kg/t)甲醇轉(zhuǎn)化率9296%，甲醛收率87.789.7%，該工藝通過調(diào)節(jié)吸收塔頂部脫鹽水的加入量，可以在吸收塔底部的高濃度甲醛洗滌器一側(cè)采出濃度超過55%的濃甲醛溶液。1.4.2鐵鉬法氧化甲醇制甲醛 王輝2在甲醇氧化制甲醛鐵鉬

12、催化劑研究開發(fā)的研究中，甲醇單耗(以37%甲醛計(jì)，420437kg/t)、甲醛產(chǎn)品濃度(可達(dá)55%以上)，在反應(yīng)溫度275 330，空速8000 16000h-1時(shí)，催化劑的Mo/Fe比為211218，最佳為215，使用鐵鉬催化劑催化氧化可使甲醇轉(zhuǎn)化率98%，甲醛收率91%。袁浩然3等在甲醇氧化制甲醛用鐵鉬氧化劑研究中，在反應(yīng)溫度300380，催化劑鐵鉬的壽命為1618個(gè)月，甲醇單耗(以37%甲醛計(jì)，420440kg/t)，產(chǎn)品中甲醛物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為3755%，甲醛收率為9195%。20世紀(jì)80年代以后，國外新建大型裝置大多都采用鐵鉬法生產(chǎn)工藝制取甲醛，國內(nèi)采用鐵鉬法生產(chǎn)廠家的有天津石油化工廠，

13、黑龍江佳木斯化工五廠等一些廠家。周光燦4在甲醇氧化制甲醛的生產(chǎn)條件研究中，在眾多催化劑中，包括單純的氧化物和配對(duì)的化合物中價(jià)鉬和價(jià)鐵的混合氧化物具有優(yōu)異的選擇性,是常選用的催化劑.并且通過研究從熱力學(xué)方面考察，在此催化劑的催化作用下甲醇的轉(zhuǎn)化率更好，甲醇接近完全反應(yīng)。大量實(shí)驗(yàn)證明氧化鉬適當(dāng)過量可以增大催化劑的穩(wěn)定性，抑制催化劑的分解變性。許永成5等在甲醇氧化制甲醛工藝技術(shù)探討中，采用鐵鉬氧化物做催化劑，空氣過量在反應(yīng)溫度為250350，壓力為1bar的反應(yīng)條件下，產(chǎn)物中甲醛的含量為5557%，甲醇含量為0.31%。催化劑的壽命為23年。趙敏杰6在沸騰床鐵鉬催化劑甲醇氧化制甲醛研究中，得出了最佳

14、反應(yīng)條件：甲醇/空氣(體積比)=13%，反應(yīng)溫度380395，空速1500020000h-1，使用鐵鉬法在沸騰床中催化氧化可使甲醇轉(zhuǎn)化率99.5%，甲醛收率86%。通過查閱的相關(guān)文獻(xiàn)可知，在工業(yè)上甲醇氧化制甲醛的化工生產(chǎn)中，鐵鉬法具有甲醇單耗低，甲醇轉(zhuǎn)化率高，甲醛收率高，生產(chǎn)成本低，持續(xù)運(yùn)行周期較長等優(yōu)點(diǎn)。鐵鉬法氧化甲醇制甲醛中有固定床法和沸騰床法，F(xiàn)e-Mo固定床法與銀法相比，雖然有一些顯著優(yōu)點(diǎn)，但是由于該法必須在原料氣甲醇混合物的爆炸下限(98%，甲醛收率91%，反應(yīng)器為沸騰床。2.2.2反應(yīng)原理鐵鉬法甲醇氧化制甲醛，空氣過量甲醇幾乎被完全反應(yīng)，總反應(yīng)是一個(gè)放熱反應(yīng)，在甲醇氧化制甲醛的過程

15、中存在如下反應(yīng)：主反應(yīng)2：CH3OH + 1 /2O2CH2O+H2O+156.557kJ/mol (1)副反應(yīng)：CH3OH+O2CO+H2O+393.005 kJ/mol (2)CH3OH + 3 /2O2CO2+2H2O+675.998 kJ/mol (3)CH2O + 1 /2O2CO+2H2O+219.95kJ/mol (4)2.2.3反應(yīng)工藝過程描述圖2.1 鐵鉬法甲醇氧化制甲醛工藝流程圖（H1-換熱器；B1-反應(yīng)器；C1-換熱器；B2-氣液分離器；B3-吸收塔；B5-混合器；B4-精餾塔）將原料甲醇溶液濃度為（99.5%）經(jīng)離心泵抽入甲醇蒸發(fā)器進(jìn)行汽化。原料空氣經(jīng)預(yù)熱器預(yù)熱后與來自

16、蒸發(fā)器的氣態(tài)甲醇混合形成原料混合氣，混合氣的甲醛空氣體積比為0.13。混合后的原料混合氣與反應(yīng)后的高溫物質(zhì)經(jīng)換熱器升溫至285，進(jìn)入反應(yīng)器進(jìn)行氧化反應(yīng)，反應(yīng)在鐵鉬催化劑的表面進(jìn)行生成甲醛，反應(yīng)溫度為285，反應(yīng)壓力為1bar，因?yàn)榉磻?yīng)是一個(gè)放熱反應(yīng)，所以反應(yīng)過程中需用熱導(dǎo)油（聯(lián)醚苯）將熱量導(dǎo)出，產(chǎn)物中主要H2O、CH2O以及O2、N2、CO、CO2。為有利于吸收塔吸收甲醛，將產(chǎn)物進(jìn)行氣液分離，分離后氣體經(jīng)吸收塔吸收，形成甲醛水溶液，液體水作為吸收劑進(jìn)入吸收塔進(jìn)行吸收。吸收塔塔頂為氣體，氣體尾氣處理一部分排出，一部分作為原料氣重新循環(huán)。塔底為甲醛水溶液，塔底物料與氣液分離器塔底液體經(jīng)混合器混合后

17、，進(jìn)入精餾塔將甲醛水溶液進(jìn)行提純。2.2.3.1氧化反應(yīng)工段經(jīng)甲醇?xì)饣ざ涡纬傻脑匣旌蠚庠诜序v床反應(yīng)器鐵鉬催化劑表面進(jìn)行氧化反應(yīng)，反應(yīng)溫度為285，反應(yīng)溫度為1bar，在此反應(yīng)條件下甲醇反應(yīng)生成甲醛的轉(zhuǎn)化率為0.9。反應(yīng)生成大部分甲醛，水以及少量的CO,CO2,H2，反應(yīng)后的高溫物料與未反應(yīng)的原料氣進(jìn)行熱量交換。2.2.3.2氣液分離工段將反應(yīng)產(chǎn)物中的氣體與液體經(jīng)過氣液分離器進(jìn)行氣液分離器。塔頂為氣體，由甲醛，以及CO、CO2、H2等組成，氣體進(jìn)入吸收塔進(jìn)行吸收。塔底為甲醛水溶液，進(jìn)入混合器。2.2.3.3吸收工段產(chǎn)物氣體與未反應(yīng)的原料氣進(jìn)行熱量交換，冷卻后進(jìn)行氣液分離器，分離后液體水作為吸

18、收劑進(jìn)入吸收塔，吸收氣體中的甲醛，溫度為30，壓力為5bar。2.2.3.4混合器在3bar，30條件下，將氣液分離器的塔底物料，含量較低的甲醛水溶液，與吸收塔的塔底物料，含量較高的甲醛水溶液，兩股物料混合為一股物料，這一股物料進(jìn)入精餾塔進(jìn)行精餾。2.2.3.5精餾工段經(jīng)吸收塔吸收產(chǎn)生的甲醛水溶液，溫度30，壓力為3bar進(jìn)行精餾后甲醛水溶液的中甲醛的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在40%左右，達(dá)到工業(yè)甲醛的含量。第三章 流程模擬3.1流程模擬概述本設(shè)計(jì)通過運(yùn)用Aspen Plus軟件對(duì)甲醇氧化制甲醛的工藝進(jìn)行模擬，以期達(dá)到以下目的：（1）對(duì)各候選工藝進(jìn)行模擬判斷是否可行；（2）選擇最佳的工藝方案；（3）對(duì)工藝方案

19、進(jìn)行優(yōu)化，確定最優(yōu)工藝條件。該工藝的物系是極性非電解質(zhì)物系，根據(jù)前面的研究結(jié)果，可以采用NRTL-RK模型。當(dāng)建立好流程圖后，點(diǎn)擊下一步開始進(jìn)入組分輸入窗口，該工藝過程包含的物料組分有H2O、O2、N2、CO2、CH4O、CH2O、CO。圖3.1 輸入組分 組分輸入完成后點(diǎn)擊下一步，進(jìn)入物性選擇窗口，物性方法17是指模擬計(jì)算中所需的物性方法和模型的集合。物性方法的選擇是決定模擬結(jié)果準(zhǔn)確性的關(guān)鍵步驟。Aspen Plus提供了多種可供選擇的物性方法和模型。物性方法與模型的選取不同，模擬結(jié)果大相徑庭。因此，進(jìn)行過程模擬必須選擇合適的物性方法。Aspen Plus中主要的物性模型分類為：理想模型、狀

20、態(tài)方程模型、活度系數(shù)模型和特殊模型。（1）理想模型中的理想物性方法(IDEAL、SYSOP0)；（2）狀態(tài)方程模型包括方法分別是基于Lee方程的物性方法（BWR-LS、LK-PLOCK）、基于PR方程的物性方法（PENG-ROB、PR-BM等）、RK方程的物性方法（PSRK、RKSWS、RKSMHV2等）和其他物性方法（SR-POLAR)；（3）活度系數(shù)模型包括的方法分別是基于Pitzer的物性方法（PITZER、PITZ-HG等）、基于NRTL的物性方法（ELECNRTL、ENRTL-HF、NRTL、NRTL-RK等）、基于UNIFAC的物性方法（UNIFAC、UNIF-DMD、UNIF-L

21、L等）、基于UNIQUAC的物性方法（UNIQUAC、UNIQ-RK等）、基于VANLAAR的物性方法（VANLAAR、VANL-NTH等）和基于WILSON的物性方法（WILSON、WILS-HF等）；(4)特殊模型包括的方法分別是AMINES、APISOUR、BK-10、SOLIDS、CHAO-SEA、GRAUSON、STEAM-TA和STEAMNBS。本流程中，物料為極性非電解質(zhì)，操作壓力小于10bar，有交互作用參數(shù)，選擇NRTL-RK作為模擬的物性方法。圖3.2 物性方法3.1.1氧化反應(yīng)工段Aspen Plus軟件反應(yīng)器模塊分為3類，分別是基于物料平衡的反應(yīng)器、基于化學(xué)平衡的反應(yīng)器

22、和動(dòng)力學(xué)反應(yīng)器。（1）基于物料平衡的反應(yīng)器，包括化學(xué)計(jì)量反應(yīng)器（RStoic)，產(chǎn)率反應(yīng)器（RYield)（2）基于化學(xué)平衡的反應(yīng)器，包括平衡反應(yīng)器（REquil)，吉布斯反應(yīng)器（RGibbs)（3）動(dòng)力學(xué)反應(yīng)器，包括全混流反應(yīng)器（RCSTR）,平推流反應(yīng)器（RPlug），間歇流反應(yīng)器(RBatch)。通過查閱文獻(xiàn)，確定其反應(yīng)程度和化學(xué)計(jì)量系數(shù)，故本設(shè)計(jì)選用化學(xué)計(jì)量反應(yīng)器RStoic模塊對(duì)反應(yīng)器進(jìn)行模擬，原料氣甲醇與空氣的混合器經(jīng)換熱器，升溫至285，在壓力為1bar的操作壓力下進(jìn)行反應(yīng)。反應(yīng)方程式及相應(yīng)反應(yīng)率如表3.1所示：表3.1 反應(yīng)方程式及相應(yīng)反應(yīng)率反應(yīng)方程式甲醇轉(zhuǎn)化率CH3OH +

23、0.5O2 CH2O+H2O0.95CH3OH + O2 CO + 2H2O0.02CH3OH + 1.5O2CO2 +2 H2O0.02CH2O + 0.5O2 CO + H2O0.01氧化反應(yīng)工段的模擬如圖所示：圖3.3氧化工段模擬圖輸入進(jìn)料1的參數(shù)如圖：圖3.4 輸入物料1參數(shù)H1的參數(shù)設(shè)置為，圖3.5 H1的參數(shù)設(shè)置反應(yīng)器B1的參數(shù)設(shè)置為，圖3.6 B1的參數(shù)設(shè)置圖3.7 B1的參數(shù)設(shè)置表3.2反應(yīng)器進(jìn)料與出料的數(shù)據(jù)進(jìn)料2出料3Temperature 285285Pressure bar 11Mole Flow kmol/hr 1993.3872092.272Mass Flow kg/

24、hr 57994.52857994.528Mass Frac H2O 00.063 O2 0.1890.132 N2 0.7030.703 CO2 00.003 CH2O 00.096 CH3OH 0.1080.001 CO 00.002Mole Flow kmol/hr H2O 0201.686 O2 342.244239.443 N2 1455.3311455.331 CO2 03.916 CH2O 0186.021續(xù)表 進(jìn)料2出料3 CH3OH 195.8121.958 CO 03.916換熱器C1的參數(shù)設(shè)置為：圖3.8換熱器C1的參數(shù)設(shè)置3.1.2氣液分離模塊反應(yīng)后將產(chǎn)物氣體進(jìn)行氣液分

25、離，塔頂氣體進(jìn)入吸收塔用水作吸收劑進(jìn)行吸收生成甲醛水溶液，塔底的液體水進(jìn)入吸收塔作為吸收劑吸收甲醛氣體。氣液分離模塊的模擬圖如圖所示：圖3.9 氣液分離模塊模擬流程圖B2的參數(shù)設(shè)置為：圖3.10 B2的參數(shù)設(shè)置表3.3氣液分離器進(jìn)料與出料的數(shù)據(jù)進(jìn)料4塔頂6塔底7Temperature 303030Pressure bar 355Mole Flow kmol/hr 2092.2721877.705214.567Mass Flow kg/hr 57994.52853787.9644206.564Mass Frac H2O 0.0630.0050.799 O2 0.1320.1420.005 N2

26、0.7030.7570.01 CO2 0.0030.0030.002 CH2O 0.0960.0910.169 CH3OH 0.00100.015 CO 0.0020.0020Mole Flow kmol/hr H2O 201.68615.111186.575 O2 239.443238.7950.648 N2 1455.3311453.811.521 CO2 3.9163.7220.195 CH2O 186.021162.34723.674 CH3OH 1.9580.0091.949 CO 3.9163.9110.0053.1.3吸收模塊氣液分離后的液體水做吸收劑，塔頂進(jìn)料吸收分離后的氣體，

27、塔底為甲醛水溶液，將甲醛水溶液進(jìn)入精餾塔進(jìn)行提純。塔頂為吸收剩下的氣體，氣體經(jīng)尾氣處理后一部分焚燒一部分作為原料空氣重新循環(huán)。吸收模塊的模擬圖如圖所示：圖3.11 吸收模塊的模擬流程圖進(jìn)料5的輸入設(shè)置為：圖3.12 進(jìn)料5的輸入設(shè)置B3的參數(shù)設(shè)置為：圖3.13 B3的參數(shù)設(shè)置圖3.14 B3的輸入設(shè)置圖3.15 B3的輸入設(shè)置表3.4吸收塔進(jìn)料與出料的數(shù)據(jù)進(jìn)料5進(jìn)料6塔頂8塔底9Temperature 253032.140.8Pressure bar 5555Mole Flow kmol/hr 27501877.7051708.1542919.55Mass Flow kg/hr 49542.0

28、253787.96448682.64854647.336Mass Frac H2O 10.0050.0060.906 O2 00.1420.1520.004 N2 00.7570.8260.009 CO2 00.0030.0020.001 CH2O 00.0910.0110.079 CH3OH 0000 CO 00.0020.0020Mole Flow kmol/hr H2O 275015.11116.642748.471 O2 0238.795231.397.405 N2 01453.811436.07717.733 CO2 03.7222.4931.229 CH2O 0162.34717.

29、706144.641 CH3OH 00.00900.009 CO 03.9113.8490.0623.1.4精餾模塊氣液分離器和吸收塔塔底流出液為低濃度的甲醛水溶液，在精餾塔的作用下，塔頂流出液為高濃度的甲醛水溶液，塔底流出液為水。精餾模塊的模擬圖如圖所示：圖3.16精餾模塊的模擬流程圖B4的輸入設(shè)置為：圖3.17 B4的輸入設(shè)置表3.5精餾塔進(jìn)料與出料的數(shù)據(jù)進(jìn)料10塔底11塔頂12Temperature 39.4133.6-54.3Pressure bar 333Mole Flow kmol/hr 3134.1182507.294626.824Mass Frac H2O 0.89810.56

30、3 O2 0.00400.019 N2 0.00900.039 CO2 0.00100.005續(xù)表 進(jìn)料10塔底11塔頂12 CH2O 0.08600.369 CH3OH 0.00100.005 CO 000Mole Flow kmol/hr H2O 2935.0462507.294427.752 O2 8.05308.053 N2 19.254019.254 CO2 1.42301.423 CH2O 168.3150168.315 CH3OH 1.95801.958 CO 0.06800.068以上所有參數(shù)設(shè)定完后，進(jìn)行模擬，得出結(jié)果。在精餾塔塔頂?shù)漠a(chǎn)物中，甲醛含量為36.9%，達(dá)到工業(yè)甲醛

31、的含量標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)論通過查閱資料，我設(shè)計(jì)出甲醇氧化制甲醛的工藝流程，并確定了工藝條件。本次設(shè)計(jì)我采用鐵鉬催化劑氧化生產(chǎn)工藝：用甲醇，空氣為原料，在溫度285，壓力1bar下，在鐵鉬催化劑的表面發(fā)生氧化反應(yīng)生產(chǎn)甲醛，在了解國內(nèi)外文獻(xiàn)資料后，確認(rèn)整個(gè)工藝流程的完善可靠性，保證了甲醛的收率。本設(shè)計(jì)在確定了工藝流程和工藝條件后，使用Aspen Plus軟件對(duì)工藝流程進(jìn)行模擬計(jì)算。通過模擬計(jì)算，得出較為優(yōu)良的工藝，從模擬結(jié)果可得到含量合格的工業(yè)甲醛溶液。模擬過程中，根據(jù)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，考察了甲醛物系的熱力學(xué)性質(zhì)，采用NRTL-RK方程較為準(zhǔn)確地計(jì)算物系的相平衡數(shù)據(jù)和傳遞物性。運(yùn)用Aspen plus軟件對(duì)精餾塔進(jìn)行模擬，精餾塔理論板數(shù)為36，進(jìn)料位置為16，,塔頂流出液甲醛的質(zhì)量分?jǐn)?shù)含量為36.9%，達(dá)到了工業(yè)甲醛的含量，達(dá)到了本次設(shè)計(jì)目的。參考文獻(xiàn)1郝吉鵬.鐵鉬法甲醇氧化制甲醛工藝及過程控制分析J.化工技術(shù)與開發(fā)，2013,42（3）：592王輝.甲醇氧化制甲醛鐵鉬催化劑研究開發(fā)J.天然氣化工，2003，28（5）：3