小型甲醛技术培训资料

小型甲醛技术培训资料内容摘要：

蒸发器的传热效果，强化了蒸发。 但在这种结构的蒸发器中一般料液的循环速度总是较低的，故传热系数也总是不高的。 （ 2）蒸发温度 液体受热后将加速气化过程，因此提高温度有利于蒸发过程，但液体在低于沸点的温度下蒸发时，气化只是在表面进行，蒸发速率很慢、生产效率很低。 甲醇生产中常采用空气在甲醇液层中鼓泡的方法，用空气来带走气相中的甲醇。 为了建立新的气液平衡，液相中的甲醇必然加快蒸发。 这样，即使甲醇在低 于沸点温度下仍具有较高的蒸发速率来满足生产的需要。 生产中的蒸发温度应根据反应温度等因素来确定，而影响蒸发温度的因素主要是传热媒体（如热水、热甲醛液或蒸汽等）所携带热量的多少。 （ 3）蒸发液位 在正常情况下，蒸发液位的高低将影响着甲醇的受热面积和循环速度。 因此，根据蒸发传热速率方程，在最佳受热高度范围内，蒸发液位高，蒸发量就大；反之，蒸发量将减少。 （ 4）甲醇浓度与甲醇的平衡浓度 甲醇中一般含有少量的水，当甲醇浓度降低时，甲醇的蒸发量将会减少。 为保持蒸发量不变，就需要相应地提高蒸发温度。 在生产过程中，习惯将 蒸发器内液相甲醇浓度通称为“平衡浓度”，它与进料甲醇浓度、空气温度和湿度、空气流量和蒸发器的加热程度等因素有关。 （ 5）蒸发压力 蒸发压力是指蒸发器的气相压力，这个压力等于组成混合气的甲醇、空气和水的分压力之和。 所谓分压力（简称分压），就是各组份气体在温度不变时，单独占据混合气的全部体积时对器壁施加的压力。 甲醇的蒸发量（相当于甲醇在混合气中的摩尔数）将随着蒸发压力、甲醇的分压和混合气的总摩尔数的变化而变化。 （ 6）空气流量 由于甲醛生产中是采用空气在甲醇液中鼓泡加速甲醇蒸发的方式，因此甲醇的蒸发量将随空气流 量的增大而显著增加。 三、原料混合气的配制 配制目的 由甲醇 — 空气 — 水所组成的原料混合气需按工艺的要求进行配制。 配制的目的是为了确保甲醇、空气和水的组成比，以满足反应过程和安全生产的要求。 银法生产甲醛时，甲醇生成甲醛的氧化反应放出的热量除满足脱氢反应所需要的热量和原料气升温及热损失外，尚有多余，这部分多余的热量就需要带走，以维持反应的正常进行，否则反应温度将持续上升使反应失控而不能正常进行下去。 这部分多余的热量就靠水（水蒸汽）或其它不凝性的惰性气体来带走。 因此，配料中加入的水（水蒸汽）就起调节、稳定反应温度的作用，此外水还能抑止结炭反应的进行和水解反应后可能产生的缩醛物，从而延长催化剂的使用寿命和改善转化率及提高收率。 但进入系统的水量必须适度，所以生产中必须按要求进行配制。 又由于甲醇和空气能形成爆炸混合物，因此空气和甲醇的比例也必须按要求进行配制，在安全许可的前提下，选定恰当的空气与甲醇的比例来满足甲醇氧化和脱氢反应的要求。 配制过程 甲醇和空气的配制过程已在蒸发过程中完成，由此制备的甲醇 — 空气二元混合气（其中还含有少量水份）在配料工序中再和水蒸汽混和制成甲醇 — 空气 — 水（水蒸汽）三元混合气，它们之间 的比例关系称为三元配比。 在开车时，一般采用空气 — 甲醇二元混合气点火。 这时，要根据空气与甲醇的二元混合气的爆炸范围来考虑两者的比例关系。 当点火和催化剂全红后，为促进反应的顺利进行，开始加入配料水蒸汽。 随着水蒸汽的加入，混合气的爆炸范围就发生了变化：其爆炸下限随着水蒸汽量的增加而缓慢增大，其上限则随着水蒸汽量的增加而明显变小，因此缩小了甲醇在空气中的范围，使生产的安全性得到提高。 银法生产甲醛时，由于应用不同的催化剂就有不同的三元配比。 以电解银作催化剂时，其三元配比一般为： 甲醇：空气：水 =1： ～ ： ～ （摩尔比） 影响配制的因素 影响配制的因素分别见影响空气、水蒸汽输送和甲醇蒸发的因素。 四、原料混合气的过热 过热的目的 过热的目的是为了提高三元混合气的温度，防止它在输送过程中冷凝，以稳定气相三元配比，确保反应的顺利进行。 过热过程 过热过程在过热器中完成，一般采用列管式换热器，在管外通以传热媒体（如蒸汽），混合气则从管程通过。 影响过热的因素 影响过热的因素主要有过热器的结构与状态和传热媒体的温度。 （ 1）过热器的结构与状态 过热器的结构与状态决定着过热效果，以蒸汽为传热 媒体的过热器中不凝气的存在和冷凝水的积聚将会影响其效能的发挥。 因此，使用中应排除壳程中的空气和防止疏水器失灵。 （ 2）传热媒体的温度 传热媒体的温度高则过热效果好。 以蒸汽为热源时，其温度的高低取决于蒸汽压力的大小。 生产中应保持一定的蒸汽压力。 五、原料混合气的净化 净化的目的 原料混合气的净化是反应物准备的最后一个环节。 反应物的清净度在很大程度上影响并决定着反应过程的效率。 如果原料气中含有挥发性硫化物或氯化物的话，则会与银催化剂生成硫化银和氯化银而使催化剂中毒；又如原料气中含有挥发性铁化物（五羰基铁等） ，遇高温的催化剂就会分解成氧化铁细粒，覆盖在银催化剂表面而破坏其活性；再如原料气中若含有尘埃等矿物质时，也将会使银催化剂失活。 因此，原料混合气的净化是确保生产顺利进行的先决条件之一。 净化过程 原料混合气经过热后先通过阻火器，再进行净化。 阻火器的作用是阻止火焰的传播。 这是甲醛生产过程中的一道工序，严格地讲则是一项安全措施。 因为，正常生产时甲醇在反应器的催化床层中发生氧化反应并放出大量的热，形成一个稳定的燃烧层。 此时，三元气的流速大于甲醇火焰的传播速度（燃烧速度）．但当发生故障或不正常状况时，有可能使三元 气体的流速（在开车点火阶段则为二元气体的流速）低于甲醇的燃烧速度，这样将会使火焰朝相反的方向移动，造成回火。 一旦发生回火将十分危险，因为 在正常生产中（不包括开车点火阶段）蒸发器气相中甲醇已处于甲醇 — 空气的爆炸范围内，当火源进入蒸发器时后果将很严重。 为此，装置中通过阻火器的器壁效应和传热作用达到阻火的目的。 原料混合气的净化包括甲醇、空气和水蒸汽的净化。 （ 1）甲醇的净化 甲醇的清净度由于供应和运输渠道不一而有一定的差异。 因此，甲醇需要净化。 甲醇先在贮槽中通过一定时间的存放，以除去大部分固体颗粒和悬浮物。 投入 生产的甲醇，首先在过滤器中过滤，然后进入系统。 也有采用精馏的方式来净化甲醇。 （ 2）空气的净化 由于环境的差异，各生产装置所取用的空气的清净度也有所不同，一般采用单一的过滤过程或采用过滤与洗涤相结合的净化过程，而洗涤又有单纯的水洗和水洗加碱洗的净化过程等。 一般水蒸汽不单独进行净化，但应保证蒸汽的质量和保持管路的清洁。 （ 3）原料混合气的净化 最后，经过热后的原料混合气进入过滤器中以除去夹带的固体杂质。 影响净化的因素 （ 1）设备的性能 设备的性能是影响净化的主要因素，对过滤器来说，主要是过滤介质的性能。 在选定适宜的滤材后，要注意滤材的铺装，防止因短路而影响过滤效果。 影响洗涤塔净化能力的因素则有洗涤液的喷淋密度、喷淋量和碱液的浓度等。 （ 2）装置的状态 装置（主要是蒸发器、过热器、阻火器、过滤器和反应器及管道）的清洁状态对原料气的纯度有着重要影响。 因此，生产前必须做好装置的清洁工作。 第四章 甲醛生产反应过程 原料混合气经净化后，输送到反应器中进行反应。 反应过程也就是实现其化学转化的过程， 在这里甲醇转化为甲醛。 反应过程是甲醛生产的中心 环节，是最主要的生产过程，在这个过程中，除发生化学反应外，还包含着诸如流体流动（动量传递）、热量交换（热量传递）和物质的迁移（质量传递）等多种物理现象和涉及反应热力学与动力学的问题。 第一节 反应过程中的化学反应 银法生产甲醛反应过程中的化学反应，除前面提到的甲醇氧化和甲醇脱氢等主反应外，还有甲醇燃烧和甲醛氧化等副反应，这些反应主要有（式中反应热均为 25℃时的热量）。 主反应： CH30H + 02 = CH20 +H20 +CH30H = CH20 +H2 – H2 + 02 = H20 +副反应 ： CH30H + 02 = C0 + 2H20 +CH30H + 02 = C02 + 2H20 +CH20 + 02 = HCOOH +21212321HCOOH = CO + H20 – kJ/mol 此外，由于反应条件的变化，还可能发生下述反应中 的一个或几个副反应： CH20 = CO + H2 – CH20 + 02 = C02 + H20 +CH30H = C + H20 +H2 +CH30H + H2 = CH4 + H20 +2CH20 + H20  CH30H + HCOOH +副反应的存在将会降低反应产 率，因此生产上通过采用选择性高的催化剂和控制好反应条件，尽可能地减少或防止上述副反应的发生。 第三节 反应过程中的化学动力学 在甲醛生产等化工过程中，反应速度是一个重要问题。 如果反应速度太慢，反应就缺乏现实意义。 要使反应实现工业化应用就必须研究反应的速度。 这种研究化学反应速度和外界条件对反应速度的影响以及反应进行的具体途径的学科就叫做化学动力学。 第四节 影响反应的因素 影响甲醇转化为甲醛反应过程的主要因素有：反应器的结构与状态、催化剂的性能、反应温度、氧醇比、水醇比、空间速度、反应气纯度和反应压力 等。 一、反应器的结构与状态 反应在反应器中进行，因此反应器的结果与状态将直接关系到甲醇转化为加强的主反应能否顺利进行同时减少与防止副反应的发生等问题。 在设计和改进反应器的结构时，应考虑和注意诸如能否保证气、固两相间的良好接触、能否保持良好的催化床层状态、反应物在反应器中的流动是否有死角、反应气的速度分布和反应在床层中的阻力是否能均匀以及反应后的气体能否迅速离开高温区而得以快速冷却等问题。 在反应器的结构已经确定的情况下，反应器的状态就成为影响反应的可变因素，如花板、支架的平整性，热电偶安装的牢固性，点火器 的性能和急冷设备的效果等都将影响反应的进行与结果。 二、催化剂的性能与状态 催化剂的性能是影响反应的重要因素之一，其性能的优劣将直接关系到主反应进行的程度。 一般对催化剂的性能要求是：具有较高的催化剂活性、良好的选择性、较强的机械强度、较好的热稳定性和具有一定的抗毒能力。 为得到高性能的催化剂，除正确地选择其化学组成外，还必须提高催化剂的制备技术，以保证它能形成活泼而均匀的表面和较好的相关特性。 要想有效地发挥催化剂的性能，还必须仔细设计催化剂的铺装方法，注意床层的严密、平整和均匀性，以使气体能均匀地流经催化剂 床层，特别在床层的边缘、热电偶插入点等部位要避免和防止沟道旁路。 否则，这些部位易发生局部反应过热，引起床层烧结或破裂。 烧结会增大床层的阻力降，破裂则会产生旁路。 两者都会影响催化剂的性能和。