年产5万吨甲醇氧化制甲醛工艺生产过程设计本科毕业设计.docx

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年产5万吨甲醇氧化制甲醛工艺生产过程设计本科毕业设计

年产5万吨甲醇氧化制甲醛工艺生产过程设计

TheDesignofProductionProcessofFormaldehydebyMethanolOxidation（50kt/a）

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

　　　　　日　期：

指导教师签名：

　　　　　日　　期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

　　　　　日　期：

学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：

日期：

年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：

日期：

年月日

导师签名：

日期：

年月日

注意事项

1.设计（论文）的内容包括：

1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）

2）原创性声明

3）中文摘要（300字左右）、关键词

4）外文摘要、关键词

5）目次页（附件不统一编入）

6）论文主体部分：

引言（或绪论）、正文、结论

7）参考文献

8）致谢

9）附录（对论文支持必要时）

2.论文字数要求：

理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：

任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

4.文字、图表要求：

1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写

2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。

图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画

3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印

4）图表应绘制于无格子的页面上

5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档

5.装订顺序

1）设计（论文）

2）附件：

按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

年产5万吨甲醇氧化制甲醛工艺生产过程设计

摘要：

甲醛是有机化工重要的基本原料，应用非常广泛。

甲醇氧化制甲醛是工业生产甲醛的主要途径。

本设计采用Aspenplus软件，对铁钼法甲醇氧化制甲醛生产工艺进行了模拟与优化。

通过Aspenplus软件，对甲醛生产工艺模拟与优化，得出的工艺条件为：

反应器的反应温度285℃，压力1bar，精制塔主要条件为：

进料甲醛的流量168.315kmol/h，理论板数为36块，进料位置为第16块，压力3bar，回流比3.6。

产物甲醛的含量为36.9%。

关键字：

甲醇铁钼法氧化甲醛AspenPlus模拟

TheDesignofProductionProcessofFormaldehydebyMethanolOxidation（50kt/a）

Abstract:

Formaldehydeisanimportantbasicorganicchemicalrawmaterials,applicationisverybroad.Methanoloxidationofformaldehydeisthemainwayforindustrialproductionofformaldehyde.ThisdesignadoptstheAspenplussoftware,theironmolybdenummethanoloxidationformaldehydeproductiontechnologyhascarriedonthesimulationandoptimizationsystem.ByAspenplussoftware,theformaldehydeproductionprocesssimulationandoptimization,itisconcludedthatthetechnologyconditionsasfollows:

Reactor,reactiontemperature285℃,pressure1bar,mainconditionsforrefiningtower:

theflowoffeedformaldehyde168.315kmol/h,theoreticalplatenumberis36pieces,feedingpositionfor16pieces,3barpressure,refluxratioof3.6.Formaldehydecontentofproductwas36.9%.

Keywords:

methanol;Ironmolybdenummethod;oxidation;formaldehyde;Aspenplus;simulation

引言

甲醛有刺激性气味无色气体，易溶于水（福尔马林），用于合成材料,还可用于生物标本制作，破坏生物的蛋白质组织，能防腐。

甲醛是有机化工重要的基本原料,对未来能源结构的优化和化学工业的发展起着非常重要的作用。

甲醛除可直接用作消毒、杀菌、防腐剂外主要用于有机合成、合成材料、涂料、橡胶、农药等行业，其衍生产品主要有多聚甲醛、聚甲醛、酚醛树酯、脲醛树酯、氨基树酯、乌洛托品及多元醇类等。

人造板工业发达，对甲醛的需求量甚大。

本设计采用负载在合适载体上的铁钼作为催化剂，甲醇为原料氧化生产甲醛的工艺流程模拟，并使用AspenPlus对工艺流程进行模拟计算。

第一章甲醇氧化制甲醛工艺进展

1.1甲醛简介

甲醛，英文名Formaldehyde，又称蚁醛，是无色、具有强烈气味的刺激气体，略重于空气,易溶于水。

甲醛是一种挥发性有机化合物，是室内环境的主要污染物之一，污染源多。

甲醛是一种原浆毒物，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，也可发生支气管哮喘。

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，能引起慢性中毒，出现粘膜充血、皮肤刺激症、过敏性皮炎、指甲角化和脆弱、甲床指端疼痛等。

全身症状有头痛、乏力、心悸、失眠、体重减轻以及植物神经紊乱等。

甲醛的主要物理性质为：

甲醛的化学分子式HCHO，分子量：

30.03，气体相对密度1.067（空气=1），液体密度0.815g/cm3（-20℃）。

熔点-92℃，沸点-19.5℃。

易溶于水和乙醇水溶液的浓度最高可达55%，通常是37%，称做甲醛水，俗称福尔马林。

甲醛有强还原作用，特别是在碱性溶液中，能燃烧，蒸气与空气形成爆炸性混合物，爆炸极限7%-73%（体积）。

着火温度约300℃。

甲醛可由甲醇在银，铁等金属催化下氧化或脱氢制得，也可由烃类氧化产物分出。

用作农药和消毒剂，制酚醛树脂、脲醛树脂、维纶、乌洛托品、季戊四醇和染料等的原料。

工业品甲醛溶液一般含37%甲醛，作阻聚剂，沸点101℃。

1.2制甲醛的意义

甲醛是一种重要的有机化工原料，性质活泼，能与大部分的有机或者无机化合物反应，甲醛一般由甲醇经空气氧化制得。

目前世界各国用于生产甲醛的甲醇占甲醇总产量的30%左右，已开发出的甲醛下游产品有上百种，其中主要有热固性树脂（如脲醛树脂，酚醛树脂和三聚氰胺甲醛树脂等）及聚甲醛，季戊四醇，乌洛托品，1,4—丁二醇，吡啶，乙二醇，三羟基甲烷等化工产品，同时甲醛在农业，医药，染料工业中可以作为杀虫剂和还原剂等"甲醛也是合成染料、农药、精细与专用化学品的重要原料。

1.3甲醛生产现状及发展前景

我国甲醛工业发展至今，在规模、产量、质量、技术等方面已达到或接近国际先进水平。

2002年我国工业甲醛的年生产能力约700万吨，至2004年增长到1035万吨，2004年世界工业甲醛的总生产能力约为3855万吨（37%CH2O，下同）／年。

其中，中国工业甲醛的生产能力最大，约为1035万吨／年；其次为美国，达544吨／年；西欧工业甲醛的生产能力为903万吨／年；日本为180万吨／年。

我国甲醛基本自给自足，不依赖进口。

1.4工业上制备甲醛的方法

目前，对于生产产醛的工业方法有较为成熟的研究，各研究机构和公司都根据各自需求研究出了相应的工艺流程。

目前最常用的工业生产方法为银催化氧化甲醇制甲醛、铁钼法氧化甲醇制甲醛、甲醇脱氢制甲醛。

1.4.1银催化氧化甲醇制甲醛

郝吉鹏[1]在铁钼法甲醇氧化制甲醛工艺及过程控制分析研究中提到，银作催化剂，寿命3~6个月，物料甲醇过量，反应温度600~680℃，甲醇单耗（以37%甲醛计，440~450kg/t）甲醇转化率92~96%，甲醛收率87.7~89.7%，该工艺通过调节吸收塔顶部脱盐水的加入量，可以在吸收塔底部的高浓度甲醛洗涤器一侧采出浓度超过55%的浓甲醛溶液。

1.4.2铁钼法氧化甲醇制甲醛

王辉[2]在甲醇氧化制甲醛铁钼催化剂研究开发的研究中，甲醇单耗（以37%甲醛计，420~437kg/t）、甲醛产品浓度（可达55%以上），在反应温度275~330℃，空速8000~16000h-1时，催化剂的Mo/Fe比为211~218，最佳为215，使用铁钼催化剂催化氧化可使甲醇转化率>98%，甲醛收率>91%。

袁浩然[3]等在甲醇氧化制甲醛用铁钼氧化剂研究中，在反应温度300~380℃，催化剂铁钼的寿命为16~18个月，甲醇单耗（以37%甲醛计，420~440kg/t），产品中甲醛物质的量分数为37~55%，甲醛收率为91~95%。

20世纪80年代以后，国外新建大型装置大多都采用铁钼法生产工艺制取甲醛，国内采用铁钼法生产厂家的有天津石油化工厂，黑龙江佳木斯化工五厂等一些厂家。

周光灿[4]在甲醇氧化制甲醛的生产条件研究中，在众多催化剂中，包括单纯的氧化物和配对的化合物中Ⅳ价钼和Ⅲ价铁的混合氧化物具有优异的选择性,是常选用的催化剂.并且通过研究从热力学方面考察，在此催化剂的催化作用下甲醇的转化率更好，甲醇接近完全反应。

大量实验证明氧化钼适当过量可以增大催化剂的稳定性，抑制催化剂的分解变性。

许永成[5]等在甲醇氧化制甲醛工艺技术探讨中，采用铁钼氧化物做催化剂，空气过量在反应温度为250~350℃，压力为1bar的反应条件下，产物中甲醛的含量为55~57%，甲醇含量为0.3~1%。

催