甲醇氧化法制甲醛生产车间设计(初步设计说明书)

重庆大学本科学生毕业设计（论文）甲醇氧化法制甲醛（300kt/a）生产车间设计学生：邱伟学号：********指导教师：***专业：化学工程与工艺重庆大学化学化工学院二O一四年六月Graduation Design(Thesis) of Chongqing UniversityDesign of Production Plant for Methanol Oxidation to Formaldehyde(300kt/a)Undergraduate: Qiu WeiSupervisor:Chen HongmeiMajor: Chemical Engineering and TechnologyCollege of Chemistry and Chemical EngineeringChongqing UniversityJune 2014摘要本设计为甲醇氧化法制甲醛（300kt/a）生产车间设计。

通过查阅相关文献资料，决定选用铁钼催化剂法设计工艺路线。

通过Aspen Plus软件对生产工艺流程进行模拟，完成了工艺的物料衡算、热量衡算、热量集成计算、反应器及吸收塔的设计计算。

运用AutoCAD绘出工艺物料流程图、带控制点的工艺流程图、车间布置图、车间管道轴测图、反应器及吸收塔装配图及主要零件图。

本设计还通过分析评价其经济状况，确定了设计项目在经济上的合理性及可行性。

提出了“三废”处理的方案，以使设计项目达到工业生产的环保要求。

关键词：甲醇，铁钼法，甲醛，经济评价，“三废”处理ABSTRACTThis design works for the methanol oxidation to formaldehyde (300 kt/a) production workshop design. Basing on the analysis of relevant literatures,technology catalytic by iron molybdenum is selected as the technique for production of formaldehyde. Through the simulation of the whole process by Aspen Plus software, the material balance is completed, as well as the heat balance, heat integration , calculation of the reactor and the absorption tower. The process flow diagram, process piping & instrument flow diagram and workshop layout, pipeline axonometric diagram, reactor and absorption tower assembly diagram and the tower’s main parts diagram are drew and completed by AutoCAD software.The rationality and feasibility of the design project in economy is determined on the bases of the analysis and evaluation of the economic matters."Three wastes" treatment scheme was proposed and employed in order to meet the environment standard.Key words:Methanol, Technology catalytic by iron molybdenum, Formaldehyde, Economic evaluation,"Three wastes”treatment目录摘要 (1)ABSTRACT (2)1 设计总论 (7)1.1 设计概述 (7)1.1.1 设计名称 (7)1.1.2 设计内容 (7)1.1.3设计要求 (7)1.2 设计背景 (7)1.3 设计方案选择 (8)1.3.1 铁钼催化剂法 (8)1.3.2 银催化剂法 (8)2 工艺流程模拟 (11)2.1 总工艺流程 (11)2.1.1 工艺流程描述 (11)2.1.2 流程工段描述 (11)2.2 流程模拟 (15)2.2.1 流程模拟概述 (15)2.2.2 甲醇汽化工段模拟 (16)2.2.3 氧化反应工段 (16)2.2.4 双塔吸收工段 (17)3 物料衡算和能量衡算 (19)3.1物料衡算 (19)3.1.1 物料衡算原理 (19)3.1.2 物料衡算任务 (19)3.1.3 系统物料衡算 (19)3.2 能量衡算 (21)3.2.1 基本原理 (21)3.2.2 能量衡算任务 (22)3.2.3 系统能量衡算 (22)4 主要设备设计及计算 (25)4.1 第一吸收塔 (25)4.1.1填料塔的基本构造 (25)4.1.2填料的类型 (25)4.1.3 填料的适用范围 (25)4.1.4 填料的选择 (26)4.1.5 填料的性能参数 (27)4.1.6 吸收塔计算 (27)4.1.7 塔径及空塔气速的计算 (32)4.1.8 填料层阻力计算 (33)4.1.9 填料层高度 (35)4.1.10 辅助设备的计算及选型 (36)4.1.11 吸收塔壁厚的计算(包括计算壁厚和最小壁厚) (41)4.1.12 吸收塔封头选择计算 (42)4.1.13 吸收塔裙式支座选择 (43)4.2反应器 (44)4.2.1反应方程 (44)4.2.2工艺条件的确定 (44)4.2.3 甲醇氧化反应器的设计计算 (45)4.2.4反应器的数学模型 (47)4.2.5反应管长度计算 (49)4.3反应器部件设计 (50)4.3.1 反应器壳体内径设计 (50)4.3.2折流板的设计 (51)4.3.3反应器壳体壁厚设计 (52)4.3.4压力试验及其强度校核 (52)4.4反应器接管设计 (53)4.4.1反应器进口 (53)4.4.2反应器出口 (53)4.4.3导热油（联苯醚）进出口 (54)4.5反应器封头设计 (55)4.6反应器支座设计 (56)4.7反应器拉杆设计 (57)4.8反应器接管法兰设计 (57)4.9反应器管板、管箱、反应列管的连接结构设计 (57)4.9.1壳体与管板的连接结构 (57)4.9.2管箱与管板的连接结构 (58)4.9.3反应管与管板的连接结构 (58)5 投资估算与资金筹措 (59)5.1工程概况 (59)5.2编制方法 (59)5.3项目总投资估算 (59)5.3.1固定资产投资 (59)5.3.2无形资产投资 (63)5.3.3 递延资产费用 (64)5.3.4 预备费用 (64)5.3.5 流动资金 (65)5.3.6 建设期利息 (65)5.3.7 固定资产投资方向调节税 (66)5.3.8 项目总投资汇总 (66)5.4 资金筹措 (67)5.4.1 资金来源与使用 (67)5.4.2 还款计划 (67)6 财务与经济评价 (68)6.1 产品成本估算说明 (68)6.2 产品成本估算 (68)6.2.1 生产成本 (68)6.2.2 管理费用 (71)6.2.3 财务费用 (71)6.2.4 销售费用 (71)6.3 总成本费用估算表 (71)6.4 销售收入与税金估算 (72)6.4.1 销售收入 (72)6.4.2 税金估算 (72)6.4.3 资本损益表 (73)6.5 财务评价 (75)6.5.1现金流量表 (75)6.5.2 静态指标 (77)6.5.3 动态指标 (78)6.6 敏感性分析 (79)7 “三废”处理与节能措施 (81)7.1 各工段污物 (81)7.2 污染物治理方法 (81)7.2.1 废气 (81)7.2.2 废水 (82)7.2.3 废渣 (83)7.2.4 噪声 (83)7.3 处理评述 (83)结语 (84)参考文献 (85)1 设计总论1.1 设计概述1.1.1 设计名称甲醇氧化法制甲醛（300kt/a）生产车间设计1.1.2 设计内容结合甲醇氧化法制甲醛技术发展实际，依据相关技术规范和标准，利用所学知识利用所学知识进行工艺设计和计算，甲醛的年产量为300kt。

此设计主要工作内容包括：①查阅国内外关于甲醇氧化法制甲醛的文献资料，综合对比分析各种方法的优缺点，确定拟采用的工艺流程方案；②收集相关的数据进行相应的设计计算，主要包括：用Aspen plus完成物料衡算、热量衡算、热量集成计算、反应器的工艺及机械设计计算、辅助设备选型计算；③用AutoCAD完成物料流程图、带控制点工艺流程图、车间布置图、车间管路轴测图、反应器的装配图及主要零件图。

④完成车间经济动态评价计算，并进行安全和技术经济分析，提出三废处理方案；⑤编制设计说明书，整理形成毕业论文。

1.1.3设计要求①工艺流程具有创新性；②计算正确；③核心设备设计结构合理；④车间与管路布置合理；⑤经济、技术可行；⑥图纸规范。

1.2 设计背景甲醛是一种基本化工原料，一般由甲醇经空气氧化制得。

世界各国用于生产甲醛的甲醇占甲醇产量的1/3 左右。

在甲醇的下游衍生品当中，甲醛的消费量是最多的，在有机化学工业中需求量巨大。

目前，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。

自2004年起，我国甲醛生产与消耗量已超过美国，跃居世界第一位。

2007年，设计总论我国甲醛生产力为1340万t，占世界生产能力的37%，并且以每年4.9%的速度增长。

然而我国甲醛生产工艺在世界范围来看还是相对落后，远未达到国外先进水平。

新建的企业大多为中小型企业，高耗能，低产出，效率低成为制约我国甲醛行业发展的重要因素。

怎样提高我国甲醛生产的工艺水平，开发出具有我国自主知识产权的工艺方案，是我们工艺研发工作者急切需要努力解决的问题。

1.3 设计方案选择通过查阅相关文献[1]，可知国际上生产甲醛的工艺主要有2种：甲缩醛法和甲醇直接氧化法。

前者主要通过二甲氧基甲烷氧化制取，后者为甲醇在催化剂下作用下直接氧化制取。

其中我国甲醛生产的工艺绝大多数采用第二种，占比约为90%。