目录5.0×104t/y甲醛生产用固定床反应器设计 (1)Fixed-bed Reactor Design of 5.0×104t/y Formaldehyde (1)1. 概述 (2)1.1银法制甲醛生产工艺 (2)1.2铁钼催化氧化法 (2)2. 原料、辅助原料、产品的主要技术规格 (4)2.1银法和铁钼法生产甲醛的技术经济指标 (4)2.2原辅料规格及消耗配比 (4)2.3产品质量标准 (5)3. 反应工段工艺简介 (6)4. 反应工段工艺计算 (7)4.1催化反应过程的物料衡算 (7)4.1.1 计算用原始数据 (7)4.1.2 化学反应 (7)4.2合成甲醛过程的热量衡算 (9)4.2.1 各物质比热容的计算 (9)4.2.2 各物质焓值的计算 (10)5．反应器工艺尺寸计算 (12)5.1反应器型式的确定 (12)5.2合成甲醛反应器几何尺寸的确定 (12)5.2.1 设计依据 (12)5.2.3 列管根数的确定 (15)5.2.4 列管式固定床反应器壳体内径的确定 (15)6. 设计体会 (18)参考文献 (19)3.6×104t/y甲醛生产用固定床反应器设计根据自己的产量确定题目摘要：本文选用铁钼法，以甲醇、空气和水蒸气为原料，经预热、反应、换热后得甲醛产品。
设计规模为3.6万吨/年的工业级甲醛。
根据反应特征，采用等温固定床列管式反应器，通过物料衡算，确定了反应器的工艺参数、类型及特征尺寸，容器内径1500 mm、列管根数为1805根、三角形排列、管长6000mm。
关键词：甲醛；甲醇；设计；固定床反应器（根据自己的设计选用的路线确定关键词）Fixed-bed Reactor Design of 5.0×104t/y FormaldehydeAbstract:Industrial grade formaldehyde of 50, 000 ton per year was designed via iron molybdenum process, methanol, air, and water vapor as raw material by preheating, the reaction, and heat transfer. According to the reaction characteristics, isothermal packed-bed reactor tube was chose, and at same time according to material balance, process parameters, type and feature size determine. The reactor diameter is 1, 500 mm, the number of tubes is 1805, equilateral triangle arranged and the length of tube is 6000mm.Key words: Formaldehyde; Methanol; Design; Fixed-bed reactor请根据自己的设计进行润色修改完善！1. 概述甲醛是最简单的醛，结构简式为HCHO，通常把它归为饱和一元醛，但它又相当于二元醛。
甲醛是一种无色、具有刺激性且易溶于水的气体。
易溶于水、醇和醚。
甲醛在常温下是气态，通常以水溶液形式出现。
它有凝固蛋白质的作用，其35%～40%的水溶液通称为福尔马林，常作为浸渍标本的溶液。
甲醛是一种重要的有机原料，为较高毒性的物质，在我国有毒化学品优先控制名单上甲醛高居第二位。
甲醛属用途广泛、生产工艺简单、原料供应充足的大众化工产品，是甲醇下游产品种中的主干。
甲醛除可直接用作消毒、杀菌、防腐剂外，合成树脂、表面活性剂、塑料、橡胶、皮革、造纸、染料、制药、农药、照相胶片、炸药、建筑材料以及消毒、熏蒸和防腐过程中均要用到甲醛。
人造板工业发达，对甲醛的需求量甚大。
甲醛的用途非常广泛，可以说甲醛是化学工业中的多面手。
甲醛的生产方法有多种，目前工艺比较成熟的有甲醇空气氧化法(其中包括甲醇过量法和空气过量法) 、甲缩醛氧化法。
其中利用甲醇空气氧化法生产甲醛主要有两类不同的工艺[1]，其一是采用银催化剂的“甲醇过量法”，也称“银催化法”（简称“银法”）；其二是采用铁钼氧化物催化剂的“空气过量法”，也称“铁钼催化法”（简称“铁钼法”）。
1.1 银法制甲醛生产工艺银法制甲醛是早期生产甲醛的主要方法，是在过量甲醇(甲醇蒸汽浓度控制在爆炸区上限，37％以上)条件下，甲醇汽、空气和水汽混合物在金属型催化剂上进行脱氢-氧化反应，通常采用Ag催化剂，故称为“Ag该方法是用银作催化剂（最好使用电解银催化剂，甲醛的收率可达87%），甲醇与空气的混合物为原料，在固定床反应器中进行催化氧化反应生成甲醛，反应温度在550～700℃之间。
甲醇、空气在蒸发器汽化后再加入一定量的水蒸汽形成三元混合气，经过过热和过滤后在电解银催化剂作用下生成甲醛。
甲醛反应气经过急冷段和冷却段，回收部分热量后用脱盐水吸收，得到37%～40%的甲醛产品。
1.2 铁钼催化氧化法我国采用铁钼法生产甲醛，虽在60年代已经开始使用，但技术进展缓慢，由于催化剂性能和工艺控制问题，生产水平较低，直到90年代引进国外成套设备技术后，才改变了我国“铁钼法”甲醛生产水平不如“银法”的状况。
铁钼氧化物催化剂属甲醇单纯氧化制甲醛工艺，在空气过量的情况下进行，以体积计为94%左右，甲醛几乎全部被氧化，其触媒是一种铁和钼氧化物的混合物，以片状、球型或者颗粒形式装入管式氧化器列管中，开车时由管间的导热油循环加热到260℃，氧化反应发生后由导热油拆热;装置运行相当稳定，性能重现性非常好，抗氧化性优良，能在较低的温度下(300～380℃)进行反应，从而减少副反应的产生，具有较高的选择性，可不通过精馏直接获得低醇的55%左右的高浓度甲醛，由于催化剂装填在列管内，能够很好地把握床层的均匀度，不会出现裂缝、翻身等现象，固催化剂的寿命长达一年以上。
2. 原料、辅助原料、产品的主要技术规格2.1 银法和铁钼法生产甲醛的技术经济指标表1 银法和铁钼法生产甲醛的技术经济指标对比项目银法铁钼法投资比 1.00 1.15～1.30 甲醇单耗，kg/t 445～470 4.20～4.37 项目银法铁钼法能耗节余，美元/t 6.2 11.9生产成本比 1.0 1.0反应温度>37 <7甲醇质量分数600～700 280～350 催化剂寿命，月3～6 12～18 甲醛质量分数/% 37～40 55～60 产品醇含量/% 4～8 0.5～1.5 产品酸含量/% 100～200 200～300 收率/% 86～90 95～98 组分电解银或载体银Fe-Mo 对毒物敏感大小失活原因烧结或中毒Mo升华综上可知，我组选择铁钼催化法生产甲醛。
2.2 原辅料规格及消耗配比表2 原辅料规格及消耗配比2.3 产品质量标准表3 铁钼法生产甲醛的产品组成3. 反应工段工艺简介本设计所采用的生产工艺流程[3]如下：将含量约为8.4％的甲醇在甲醇预热器中预热到沸点，然后再通过蒸发器在其沸点下将甲醇从液态变为气态，然后和经空气预热气预热的空气混合，其中空气中所含氧气的含量约为10％，再经过一个预热器将混合气体升温到℃165，进入反应器进行反应，最终获得纯度为37%的产品甲醛。
其工艺流程图如图1所示。
Array图1 反应工段工艺流程图4. 反应工段工艺计算本工艺[4]是在压力为1个大气压，温度为350 ℃下，在铁钼催化剂上进行的等温气固相催化反应。
4.1 催化反应过程的物料衡算 4.1.1 计算用原始数据此处所选的原始数据均为年产3.6万吨甲醛的中间试验数据。
进入反应器时，甲醇含量约为8.4%，氧气含量约为10%（体积分数），进料空气和甲醇的摩尔比为3.6。
表4 原料气的组成(摩尔比%)CH 3OH O 2 H 2ON 2 10852294.1.2 化学反应主反应[5]： O H HCHO O OH CH 223222+→+ 平行反应：23H HCHO OH CH +→O H CO O OH CH 22234232+→+ O H CO O OH CH 2232+→+O H CH H OH CH 2423+→+ O H H C O O H O OH CH 223+→+表5 反应中涉及到的物质的相对分子质量 CH 3OHO 2 HCHO N 2 H 2CO H 2O323230.0328228184.1.3 物料衡算过程催化合成甲醛过程是一个连续流动反应，在定态下，其物料衡算基本公式：某组分反应消耗量某组分流出量某组分流入量+=。
本工艺计算[6]以生产3.6万吨甲醛，按330天计，工业级别的甲醛质量分数为37%。
则每小时生产工业级别的甲醛的量为hkg /5.454542433010106.334=⨯⨯⨯ 其物质的量为h kmol h kg /56/8.1681%375.4545==⨯，并以其为基准。
4.1.4.1 反应器进口物料的计算根据表3，表5中各组分的数据计算可得：空气的物质的量：h kmol /22.32406.906.3=⨯ 氧气的物质的量：h kmol /09.6821.022.324=⨯ 氮气的物质的量：h kmol /90.25278.022.324=⨯ 水蒸气的物质的量： h kmol / 01.446084.0416.006.90=⨯表6原料气的组成及含量物质摩尔分数(%) 物质的量（kmol/h ）OH CH 31090.062O868.09O H 252446.012N29252.90 4.1.4.2 反应器出口物料的计算未反应的甲醇的物质的量[7]： h kmol /6.396.0106.90=-⨯）（ 生成甲醛的物质的量： h k m o l /56.85 水蒸气的物质的量：h kmol /29.5320002.00018.02003.02005.094.006.9001.446=++⨯+⨯+⨯+）（未反应的氧气的物质的量：h kmol /79.24)0002.0003.0005.05.194.05.0(06.9021.022.324=++⨯+⨯⨯-⨯氮气的物质的量： h k m o l /90.252 二氧化碳的物质的量：h kmol /45.0 一氧化碳的物质的量：h koml /27.0 甲烷的物质的量： h k m o l /16.0 氢气的物质的量： h k m o l /01.9 甲酸的物质的量： h k m o l /02.0表7 反应器出口主要气体的组成及含量物质摩尔分数(%) 物质的量（kmol/h ） OHCH 30.004 3.6HCHO0.09 85.56 O H 20.59 532.29 2O 0.03 24.79 2N0.28 252.902H 0.019.014.2 合成甲醛过程的热量衡算热量衡算[8]过程以℃350，常压下的气体为计算基准。