甲醇空气氧化法制甲醛（年产4万吨）.doc

课程设计任务书设计题目： 甲醇空气氧化法制甲醛（年产4万吨） 学院： 专业： 班级： 学 指导教师： 系主任: （签名）一、设计要求：1、根据设计题目，进行生产实际调研或查阅有关技术资料，选定合理的流程方案和设备类型，并进行简要论述。（字数不小于8000字）2、设计说明书内容：封面、目录、设计题目、概述与设计方案简介、工艺方案的选择与论证、工艺流程说明、专题论述、参考资料等。3、图纸要求：工艺流程图1张（图幅2号）；设备平面或立面布置图1张（图幅3号）。二、进度安排：教学内容学时地点备注查资料、说明书提纲、流程论证、工艺流程图第一周设计室设备布置图、说明书整理、答辩。第二周设计室三、指定参考文献与资料过程装备成套技术设计指南（兼用本课程设计指导书）、过程装备成套技术、 化工单元过程及设备课程设计摘 要本设计简要介绍甲醛的物理性质和化学性质，简述了甲醛的生产方法及生产技术发展状况，着重介绍了介绍铁钼法甲醛生产原理及工艺流程设计，说明物料衡算和能量衡算的方法，并对铁钼法甲醛生产的典型机器设备选型也做适当的介绍。关键词：甲醛；铁钼法；生产；机器设备目 录摘要 第1章 概述 11.1甲醛1.1.1 甲醛的物理化学性质 11.1.2甲醛的毒理性质 11.2我国甲醛生产发展历史与现状21.2.1 我国甲醛生产发展历史21.2.2我国甲醛生产发展现状 3 第2章 甲醛生产工艺选择分析32.1甲醛的工艺技术分析 32.1.1甲醛生产工艺32.1.2银催化法42.1.3铁钼催化氧化法42.1.4甲醛工艺中银法和铁法优缺点比较52.2 工艺流程论证 62.2.1铁钼法甲醛生产原理 62.2.2工艺条件 72.3“铁钼法”甲醛生产工艺流程框图及工艺流程叙述 82.3.1“铁钼法”甲醛生产工艺流程 92.3.2工艺流程叙述9第3章 甲醛生产的主要设备113.1换热器113.1.1换热器概述113.1.2固定管板式换热器的结构和工作原理113.2风机 123.2.1罗茨鼓风机的结构123.2.2罗茨鼓风机的工作原理133.3吸收塔 143.3.1吸收塔的选型143.3.2填料塔的结构及工作原理15总结16参考文献 17致谢18前 言简大家看甲醛是一种重要的化工基础产品和基本的有机化工原料。甲醛化学性质极为活泼，能与众多化合物进行反应，生成许多重要的化工中间体和化工产品。甲醛这种既可作为常用的杀菌和防腐品，又可作为多种化工产品的原料和生成高附加值产品的特点，以及应用的广泛性，使甲醛合成和应用的研究开发越来越受到人们的重视。特别是我国甲醛工业经过50年的发展，已成为世界甲醛生产工业大国之一，迫切需要甲醛产品在广度和深度上向下游延伸，以促使我国甲醛工业的进一步发展。目前，国外和中国的工业甲醛生产均使用甲醇作原料。利用甲醇空气氧化法生产甲醛主要有两类不同的工艺，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”）。“银法”和“铁钼法”在竞相发展过程中都在不断改进催化剂和生产工艺。国外现有甲醛生产装置中约70%使用银法工艺，近几年新建甲醛装置大部分采用铁钼法。同时，相对于发达国家，我国甲醛生产技术还有待改进和提高，为此，我查阅了有关资料，总结设计了铁钼法甲醛生产技术，以求为我国甲醛生产工业做些贡献。本设计是对文献学习、分析的基础上结合设计者的思考进行设计的。由于甲醛化学与化工的多学科性和新的内容不断出现，以及设计者的水平有限，设计中纰漏在所难免，恳求读者和同行改正。 设计者第1章 概述甲醛是重要的基本化工原料，由于它的化学性质很活泼，所以它能与许多物质进行反应，生成众多的有用的化学，如合成树脂、合成农药及缓效肥料、合成农药、合成医药、合成香料、合成炸药、合成螫合剂、合成助剂、以及合成重要的有机中间体等。此外，工业甲醛在工农业生产中也有较广泛的用途。1.1甲醛1.1.1甲醛的物理化学性质物理性质：甲醛（formaldehyde）是无色、具有强烈气味的刺激气体，略重于空气,易溶于水，其35%40%的水溶液通称福尔马林，40%的福尔马林溶液沸点为19。故在室温时极易挥发，随着温度的上升挥发速度加快。化学性质：甲醛的化学分子式HCHO，分子量：30.03,是一种无色,有强烈刺激性气味的气体。易溶于水、醇醚。甲醛在常温下是气态，通常以水溶液形式出现。1.1.2甲醛的毒理性质 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、胃纳差、心悸、失眠、体重减轻以及植物神经紊乱等。其浓度在每立方米空气中达到0.06 0.07 mg/ m3时，儿童就会发生轻微气喘。当室内空气中甲醛含量为0.1 mg/m3时，就有异味和不适感；达到0.5 mg/m3时，可刺激眼睛，引起流泪；达到0.6 mg/m3，可引起咽喉不适或疼痛。浓度更高时，可引起恶心呕吐，咳嗽胸闷，气喘甚至肺水肿；达到30 mg/m3时，会立即致人死亡。长期接触低剂量甲醛可引起慢性呼吸道疾病，引起鼻咽癌、结肠癌、脑瘤、月经紊乱、细胞核的基因突变，DNA单链内交连和DNA与蛋白质交连及抑制DNA损伤的修复、妊娠综合症、引起新生儿染色体异常、白血病，引起青少年记忆力和智力下降。 1.2我国甲醛生产发展历史与现状1.2.1我国甲醛生产发展历史我国甲醛生产发展历史我国甲醛工业始于20世纪50年代。1956年，由前苏联专家设计的第一套3000t/年的甲醛生产装置在上海溶剂厂建成。1958年后，吉林化肥厂、北京化工三厂、天津有机合成厂相继建成了甲醛生产装置，上海溶剂厂也建成了万吨级的甲醛生产装置。到20世纪50年代末，我国甲醛总生产能力不足4万吨/年。20世纪60年代，由于合成纤维(维尼纶)与木材加工业的发展，甲醛需求量增加，陆续投产一批甲醛生产装置，如北京维尼纶厂等多个维尼纶厂以及苏州助剂厂、青岛合成纤维厂、济南有机化工厂分别相继建成(0.51)万吨/年的甲醛生产装置。生产工艺由负压改为正压操作，由稀甲醇蒸发改为浓甲醇蒸发，原料气采用水蒸气配料。1966年开始，由于研究开发聚甲醛树脂和烯醛法合成橡胶新工艺对浓甲醛的需要，吉林石井沟联合化工厂、天津第二石油化工厂、河南安阳塑料厂等先后兴建了采用铁钼催化剂的甲醛生产装置。但是由于工艺技术落后，科研投入不足，发展缓慢，后来逐步停产淘汰。20世纪70年代，上海复旦大学与上海溶剂厂、苏州助剂厂、北京维尼纶厂合作，开发使用了电解银催化剂。该催化剂活性高、选择性好、甲醇单耗低、制作方便、无污染，所以该工艺在我国甲醛生产装置上得到普遍推广应用。我国的甲醛工业生产技术也随之开始日趋成熟，并有所发展与独创。20世纪90年代至今是我国甲醛工业快速增长的阶段。在这一时期，我国甲醛工业在规模、技术上都取得了重大突破，跨入了世界甲醛工业大国行列，自2004年起，我国甲醛的产能和产量就已超过美国，均居世界第一位。我国甲醛工业生产能力和产量的发展情况如图1-l所示。图1-1我国甲醛工业发展情况1.2.2我国甲醛生产发展现状 2006年，我国甲醛生产能力为1468万吨/年，约占世界甲醛总生产能力的345。2006年，我国甲醛产量为1110万吨，约占世界甲醛总产量的34.3。2007年我国甲醛生产能力和产量约有8的增长，预计2008年我国甲醛生产能力和产量还将有所增长。我国除西藏和青海外，其他省市均建有甲醛生产装置，目前，我国甲醛生产能力按地区划分主要分布在华北、华东地区，约占全国甲醛生产能力的50。按省市划分主要集中在山东、河北、江苏、浙江和广东等省。2007年我国地区甲醛生产能力分布如图1-2所示。图1-2 2007年我国地区甲醛生产能力分布图目前，我国甲醛行业发展的主要特点是：生产工艺以银催化法为主，铁钼氧化物催化法工艺逐步增加；生产装置趋于大型化；原料消耗进一步降低且呈多元化趋势；更加注重节能减排和保护环境。其中，节能减排和环境保护主要体现在甲醛装置尾气锅炉配置率已经达到80以上，节约了煤炭，减少了二氧化碳的排放；60以上的甲醛装置选用了专业化生产的银催化剂，减少了因一家一户生产电解所用催化剂带来的废水污染；采用“变频技术”、“反渗透技术”等新技术降低了电耗和原材料消耗，提高了产品质量。我国甲醛工业的快速发展源于我国经济的快速增长，木材加工业、建筑建材业、塑料工业、化学工业、电子电器工业、轻工业等方面对脲醛树脂、酚醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、乌洛托品、多元醇、多聚甲醛、聚甲醛、吡啶、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)等甲醛下游产品的需求量大幅度增加。预计到2012年，我国甲醛生产能力将超过1700万吨/年，甲醛产量将超过1500万吨。23第2章 甲醛生产工艺选择分析2.1甲醛的工艺技术分析2.1.1甲醛生产工艺目前，国外和中国的工业甲醛生产均使用甲醇作原料。利用甲醇空气氧化法生产甲醛主要有两类不同的工艺，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”）。“银法”和“铁钼法”在竞相发展过程中都在不断改进催化剂和生产工艺。国外现有甲醛生产装置中约70%使用银法工艺，近几年新建甲醛装置大部分采用铁钼法。 采用铁钼催化剂工艺的甲醛装置一般生产能力较大，甲醇转化率可达95%99%，甲醇消耗低，不需要蒸馏装置，可以生产高浓度甲醛，甲醛成品中醇含量低、催化剂使用寿命长、一次性投资大、电耗高。 银法工艺简单，投资省、调节能力强、产品中甲酸含量少，但是甲醇转化率低、单耗高、催化剂寿命短、对甲醇纯度要求高，甲醛成品中甲醇含量高，只能生产低浓度甲醛。 2.1.2银催化法我国甲醛生产装置几乎全部采用“银催化法”，其生产工艺经过不断的改进，在能量综合利用和控制甲醛产品质量上已居领先水平。生产工艺的主要特点如下： (1)由负压生产改为正压操作。 (2)甲醇原料用水配料改成蒸汽配料。 (3)改进催化剂，普遍使用了性能较好的电解银催化剂。 (4)生产装置由耗蒸汽型向供汽型转变，反应热和尾气的燃烧热用于发生蒸汽，吸收热用于蒸发甲醇。(5)采用新型高效设备，强化单元操作。银法工艺流程简述：原料甲醇经过滤后进入蒸发器，控制一定的液位和蒸发温度，空气鼓泡通过甲醇并与其蒸汽混合配制成二元混合气体，再同水蒸汽混合配制成甲醇-空气-水(蒸汽)三元混合气。该三元混合气体经过热器加热，经过滤除去硫、氧、羰基铁等有害杂质，然后进入装有电解银催化剂的氧化反应器。甲醇在银催化剂的作用下经过氧化、脱氢反应生成甲醛，产物立即骤冷(反应热用于发生蒸汽)，再进一步间接冷却进入吸收系统，制成37%的甲醛溶液成品。 甲醇蒸发器过热器过滤器氧化器1#吸收塔2、3#吸收塔 但是由于银催化法生产甲醛，甲醇转化率低、单耗高、催化剂寿命短、对甲醇纯度要求高，甲醛成品中甲醇含量高，只能生产低浓度甲醛，产量销。现大部分生产甲醛的建厂都已不使用银法催化法。2.1.3铁钼催化氧化法 铁钼氧化物催化剂法(简称铁钼法)，1966年开始转让甲醛生产技术，1992年开始转让甲醛成套设备技术。迄今，全世界大约有80多套不同生产规模的甲醛生产装置采用Perstorp工艺技术，甲醛年生产能力400多万吨(以37甲醛计)，占世界甲醛产量的20 以上。丹麦Topsde公司于1973年在日本建成了第套甲醛生产装置。目前世界上已有20多套甲醛装置采用Topsde如工艺技术。2.1.4甲醛工艺中银法和铁法优缺点银法工艺的优点： (1)流程比较简单， 氧化一脱氧反应设备的生产能力大，调节能力强， 设备少(一般不设置蒸馏塔)，投资省。 (2)银催化剂消耗少，就地制备和再生容易。 (3)产品中甲酸含量低(0.03% )。 (4)通过工艺条件调节， 可生产不同甲醇含量的产品。 (5)环境污染小，尾气可直接排放或送往尾气锅炉。 银法工艺的缺点： (1)甲醇转化率低， 甲醇单耗较铁法高1015% 。 (2)甲醛的浓度局限于370.5% ，提浓时需另添置设备， 从而增加工程投资和物料消耗。 (3)银催化剂在使用过程中易中毒，故对输入的空气和甲醇气纯度有较高的要求，需设置净化过滤装置。铁法工艺的优点 (1)甲醇的转化率高(9899% )，甲醇消耗低，一般为0.430.44吨甲醇/吨甲醛。 (2)银法采用蒸汽带出反应热，而铁法采用导热剂移走反应热。催化剂床层温度均匀。副产的中压蒸汽(23MPa)产量大(1吨/吨产品)。 (3)产品甲醛的浓度除37外，可提浓至50 以上。对塑料和化工产品就地直接生产(如尿醛树脂、乌洛托品、季戊四醇等)特别有利。 (4)铁一钼催化剞耐毒性较银催化剂好。 铁法工艺的缺点。 (1)流程较复杂， 操作水平要求高，设备多、庞大。工程投资费用较银法高40%。 (2)产品甲醛中的甲酸含量高，对某些甲醛下游加工产品不适宜。需增添离子交换法的脱酸装置。排出物污染环境，需要治理。 (3)电耗较银法高1/3。 (4)尾气的热值低，不宜燃烧利用，直接排放又污染大气，需设置特殊处理装置，增加了工程投资和生产维持费用。 综合以上描述，结合本设计要求，从工艺选择上来看，应该选择铁钼催化氧化法，所以银催化法工艺不作具体介绍，本设计重点介绍铁钼催化氧化法工艺。2.2工艺流程论证2.2.1铁钼法甲醛生产原理 铁钼氧化物催化剂氧化法甲醛生产是在甲醇一空气的爆炸下限以外操作，即在空气过量的条件下操作，故也称之为“空气过量法”。 该反应是在常压和250400下进行，从而能做到使副反应减少、甲醛产品分解量小、选择性高。在铁钼氧化物催化剂氧化生产甲醛的过程中，在反应器催化剂层只发生氧化反应一个主反应，甲醛全部由氧化反应生成，氧化反应是放热反应，反应热通过列管式固定床反应器管外的高沸点导热油移出，以保持反应温度的稳定。 铁钼法甲醛生产有几个副反应，副反应的产物除少量的二氧化碳和甲醇外，主要是一氧化碳和二甲醚。 铁钼法甲醛生产的甲醛产率为92.293.1。 主要化学反应式： CH3OH+1/2O2HCHO+H2O 主要副反应： CH3OH+O2CH3OH+O2 (甲醇) CH3OH+O2CO+2H2O （一氧化碳） CH3OH+O2HCOOH+H2O （甲酸） 2CH3OHCH3OCH3+H2O (二乙醚) 铁钼法甲醛生产的吸收工序生产原理与银法甲醛生产相同，也是利用甲醛溶解于水的性质，通过冷却、冷凝、吸收过程将甲醛气体转变为溶液，控制吸收加水量得到一定甲醛含量的工业甲醛产品。 2.2.2工艺条件1、反应温度铁钼催化剂导热性能差，不耐高温，必须严格控制反应温度。工艺上要求操作温度比催化剂允许的最高使用温度(即制备时的焙烧温度)低2040K，即在653K以下操作。温度超过753K时，催化剂活性被破坏。甲醇进料浓度对氧化温度的影响很敏感。甲醇浓度绝对值增加01，反应热点温度大约升高5K，因此要保持原料气中甲醇浓度恒定。反应温度对氧化反应的影响如图2-1所示。图2-1不同温度下甲醇氧化产物的分布由图可知，在573633K之间甲醛单程收率可达90左右，温度愈高，一氧化碳生成量愈多。温度达703K时，单程收率下降为75，一氧化碳收率已高达23。因此认为一氧化碳主要是从甲醛热分解生成的。二氧化碳量在一定温度范围内几乎不变，保持在2左右。提高反应温度，甲酸生成量反而减少，这是由于高温下促进了甲酸的分解。为了保证甲醛收率较高，同时使甲酸生成量尽量降低，选择反应温度623K左右为宜。2原料配比甲醇于空气混合气中的配比在一定浓度范围内(38)，对甲醛和一氧化碳收率无显著影响，但甲醇操作浓度太低，生产能力受限制。工业上通常采用在甲醇和空气混合物爆炸区下限浓度的最高值下进行安全生产，即原料中甲醇的操作浓度(体积分数)一般控制在6左右。氧化反应具有高空速、放热量大的特点，若采用流化床反应器，可提高甲醇操作浓度，使生产能力增加。3援触时间(或空间速度)甲醇在铁钼催化剂上用过量空气氧化适宜于在高空速条件下进行，常用的接触时间为0.20.5 s。接触时间与反应温度有密切关系。催化剂层的温度具有鲜明的最大值，即所谓反应热点温度。空间速度的变化，引起催化剂层沿气流方向的温度分布也发生变化。空间速度减小，反应热点温度就往催化剂层的前部移动：图2-2表示了不同空速下催化剂层沿气流方向氧化温度的分布及热点位移的情况。接触时间对氧化反应结果的影响如图2-3所示。 图2-2 铁、钼催化法生产甲醛 图2-3 铁、钼催化法生产甲醛接触时间 不同空速是催化剂层的 对反应物分布的影响 热位移和温度分布2.3“铁钼法”甲醛生产工艺流程框图及工艺流程叙述2.3.1“铁钼法”甲醛生产工艺流程“铁钼法”甲醛生产工艺流程,见图2-4。图2-4“铁钼法”尾气循环工艺流程2.3.2工艺流程叙述 工艺流程叙述如下： 铁钼法甲醛生产由空气压缩工序、反应工序、甲醛吸收工序和蒸汽发生工序组成。 压缩工序 新鲜空气通过消音器和空气过滤器进入增压风机升压，风机出口气与吸收二塔顶部环尾气混合进入1#循环风机，再进入2#循环风机连续加压到一定的操作压力后送到反应工序。 反应工序 从罐区来的原料甲醇先送到甲醇储罐，再通过甲醇泵进入甲醇预蒸发器，在此与甲醛循环泵送来的吸收二塔的甲醛循环溶液进行热交换，甲醇吸热而气化，同时与风机来的气体相混合形成原料气体。原料气体再经过甲醇蒸发器过热后，进入主反应器。原料气在这个固定床反应器的铁钼催化剂上发生反应后，生成甲醛反应气。该气体首先经过甲醇蒸发器管间，通过与原料混合气换热而自身冷却，然后进入吸收工序。 蒸汽发生工序 甲醇氧化制甲醛本身是个放热反应，但反应需要一定的温度才能启动，因此反应器的开车有一个导热油加热系统。该系统主要由导热油储槽、导热油泵、导热油电加热器等组成。开车正常达温后，反应器需由导热油气化撤热，同时发生蒸汽。此部分由冷凝器和锅炉给水槽、锅炉给水除氧器、锅炉给水泵组成。 外购的导热油注入导热油槽中，该槽可容纳系统全部导热油。在向反应器投入原料气之前，先启动导热油泵，用泵将导热油经导热油电加热器、反应器和导热油冷凝器进行循环，借助导热油电加热器将导热油升温，并经上述循环过程，将反应器及其催化剂床层升温到达反应启动所需温度。此时可以向反应器投入原料气，并开始反应，反应一旦开始，就将释放出反应产生的热量，因此该系统就由供热向撤热转换。即保证在反应状况下，系统有必需的导热油后，切除导热油泵、导热油电加热器和导热油储槽。此时导热油在反应器管间吸热而气化，气态的导热油进入导热油冷凝器，与锅炉给水换热而产生水蒸气，它自身冷凝而流回反应器管间。控制气态导热油的压力，可以方便地改变导热油温度，从而改变反应热的撤出条件，藉此可有效控制反应温度。 锅炉给水水质为脱盐水；由装置外送来，经除氧器进入锅炉给水槽，经锅炉给水泵送出，一股入导热油冷凝器的管间，供发生蒸汽之需，另一股去ECS蒸汽发生器，供ECS系统发生蒸汽之用。两处所产生的蒸汽合并后作为副产蒸汽送出本装置界区。 甲醛吸收工序 来自甲醛蒸发器被冷凝的气进入吸收一塔，吸收一塔顶部出来的未被吸收气体进入吸收二塔。工艺水由管网供入，从吸收二塔顶部进入，与气相逆流接触进行甲醛吸收。吸收二塔底部出来的液体由甲醛循环泵经甲醛预热器和甲醛循环冷却器冷却后进入吸收一塔上段及中段，该甲醛液与甲醇蒸发器换热冷却后的甲醛反应气逆流接触得到甲醛溶液，并用甲醛循环泵在该塔下段循环，同时从甲醛循环泵采出一股甲醛溶液经冷却后作为产品送至甲醛装置的中间罐区甲醛溶液储槽。 吸收二塔顶出来的尾气，一股返回风机入口，另一股进入ECS系统。ECS系统是一个催化焚烧系统，该系统由ECS预热器、ECS开工加热器、ECS反应器、ECS蒸汽发生器组成。 ECS开工加热器在装置启动时用来加热尾气，使其升温后进入ECS反应器时能够进行催化焚烧反应。一旦启动后，尾气进入ECS预热器时，就能与ECS蒸汽发生器来的烟气进行交换而预热，然后进入ECS蒸汽发生器反应，此时切断ECS开工加热器。反应后的高温气体在ECS蒸汽发生器中与锅炉给水进行热交换，将其转变为水蒸气，并与导热油冷凝器中产生的蒸汽一同送往界外。经过ECS系统处理过的尾气，完全能达到环境保护的要求，由烟囱在高处排放。四川理工学院课程设计第3章 甲醛生产的主要设备 甲醛生产的核心设备是氧化反应器，其主要设备有蒸发器、过热器、阻火过滤器、罗茨风机、吸收塔等。3.1换热器3.1.1换热器概述换热器是化工、石油、动力、食品级其他许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。在化工生产中，换热器可被用作加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等。换热器的形式繁多，根据传热面的结构形状可分为管式和板式两大类。管式中又有列管式、套管式、蛇管式以及翅片管式等多种形式。板式中又有波纹单板式、螺旋板式、板壳式、板翅式等多种形式。3.1.2固定管板式换热器的结构和工作原理在甲醛行业中比较常见的是列管式换热器、螺旋板式换热器和板式换热器(或称波纹板式换热器)。本设计选用固定管板式换热器。 图3-1列管式换热器1封头 2设备法兰 3壳体 4定距管拉杆 5折流板或支承板 6换热管 7支座 8管接口 9管板固定管板式换热器是最常用的列管式换热器，又是最古老的换热器。它的结构如图3-1所示，主要由壳体、管板、管束和封头等部件构成。管束安装在壳体内，两端固定在管板上，封头用螺栓与壳体两端的法兰相连，便于拆卸和清洗。这种换热器的特点是结构简单、易清洗、制造成本低。这种列管式换热器的工作过程是：一种流体由壳体的一端封头进入，通过管板进入管程，再从另一端封头接管流出；另一种流体则由壳程的侧面接管进入管束间的空隙处，经几次折流后从另一侧管壳的接管流出。两种流体通过管程各根管子的管壁进行热交换，温度高的流体通过管壁将热量传递给温度低的流体，使温度低的流体的温度升高，温度高的流体温度降低。具体地说，甲醛溶液通过管程，将热量传递给从管壳侧面进入壳程的冷却水，使冷却水温度升高，而甲醛溶液的温度下降。这样，便完成了甲醛的冷却过程。图3-1为单程管壳式列管换热器。为了提高管内液体的流速，提高换热效果，可将全部管子分隔成若干组，使流体在管程内(通过封头隔板)往复流经多次后流出。这种结构的换热器称为多程管壳式换热器。此外，也可将壳程内的流体通过折流板往复折流几次，使流体速度加快，从而提高了壳程内流体的传热效果。从一种流体与另一种流体在换热器中的流动方向来分，两种流体之间的传热可分为逆流传热和顺流传热两种传热形式。两种流体流动方向相反时称为逆流传热。反之，则称为顺流传热。逆流传热可以使两种流体在传热时的温度差达到最大，也就是说，传热速度快，传热效果好，即可以使温度高的流体的温度降到最低，使温度低的流体受热后温度上升到最高。一般来说，化工生产中均采用逆流传热方式。当我们采用冷却水作为冷却介质时，通过换热器后甲醛被冷却，冷却水的温度则升高。冷却水中含有被溶解的钙、镁盐类时，当水温升高后，它们在水中的溶解度会降低，一部分钙、镁盐类便从水中沉淀析出，粘附在管壁上形成水垢，水垢的传热系数大大低于钢管，因而降低了换热器的传热效果。所以，要定期清洗换热器中的水垢(或其它污垢)。清洗的办法可以采用拆卸后人工机械清除，也可以用化学清洗剂清洗，使水垢溶解在清洗剂中。清洗剂有专用水垢清洗剂，也可用普通的稀盐酸或稀硝酸、稀醋酸水溶液作清洗剂。盐酸对不锈钢有腐蚀作用；对不锈钢管束，一般可采用硝酸或醋酸的稀水溶液(补加乌洛托品作缓蚀剂)进行清洗。清洗污垢后，应立即用清水将残余清洗剂冲洗干净。在这种换热器中，当管程温度较高的流体与壳程温度较低的流体进行换热时，由于管的壁温与壳体的壁温不同，使管束的热膨胀量必大于壳体的热膨胀量。但因二者在管板处是刚性连接的，彼此制约，使二者的自由伸长都受到限制，即壳体限制了管束的热膨胀。结果使管束受压、壳体受拉，在管壁截面和壳壁截面上产生应力。因为这个应力是由于管壁与壳壁的温度不同而引起的，所以称之为温差应力。管壁与壳壁的温度差越大，温差应力也就越大。温差应力能使管子弯曲变形，或造成管子与管板连接处接头泄漏，在情况严重时，使管子从管板上松脱，甚至破坏整个换热器。为了克服温差应力，对于固定管板式换热器，一般在管壁与壳壁温度差大于50时，应在换热器上加设温度补偿装置。3.2风机3.2.1罗茨鼓风机的结构风机选用罗茨鼓风机。罗茨鼓风机属于回转式风机，是化工生产中经常使用的一种风机，通常用在压力不高而流量较大的场合，如原料气的输送等。罗茨鼓风机的结构见图3-2。图3-2罗茨鼓风机的结构1油箱 2齿轮部 3主墙板轴承座 4主墙板 5叶轮轴 6机壳 7叶轮 9密封部组件 10副墙板轴承座 11联轴器组合结构简介如下：(1)序号“6”机壳，采用灰口铸铁，经时效处理与左右墙板组成机体，用圆锥定位销定位形成气室。(2)序号“4”、“8”为主副墙板，采用灰口铸铁，经时效处理，墙板内置有密封圈和轴承座。升压大于6000mmH2O（1mmH2O=9.80665Pa）时风机墙板内有冷却水装置，墙板下部为进水口，上部为出水口，冷却水用于冷却轴承。(3)序号“7”叶轮，采用高牌号灰口铸铁或球墨铸铁，经时效处理，采用多种曲线组合的形线。(4)序号“5”叶轮轴采用45#优质碳素钢或40Cr钢，经时效处理，与叶轮组装后校静、动平衡。(5)序号“2”同步齿轮，由齿醇和齿轮毂组合而成，用圆锥定位销定位，便于调整叶轮间隙，齿轮毂与轴采用圆锥配合，便于拆装维修，鉴于罗茨鼓风机的同步齿轮既作传动又起叶轮定位的双重作用，其精度和磨损状况直接影响叶轮的啮合，故而对同步齿轮的精度和耐磨性皆有较高的要求。齿圈采用45#优质碳素钢或40Cr钢经调质、精滚和高频淬火处理后再经磨齿而制成。(6)序号“10”定位端轴承座，内置双列调心滚子轴承，以解决轴向定位之用并可对叶轮与墙板之间的轴向间隙进行调节。(7)序号“3”自由端轴承座，装置有圆柱磙子轴承，以解决主、从动轴热膨胀自由延伸所需。(8)序号“9”密封部组件：鼓风机的密封形式一般有迷宫密封、涨圈密封和骨架密封等。3.2.2罗茨鼓风机的工作原理工作原理如图3-3所示，在一个长圆形机壳内，有两个铸铁或铸钢的“8”字形，位差90的转子，装在两平行轴上。在机壳外的两轴端装有相同的两个啮合齿轮，作方向相反的啮合转动，并带动两个“8”字形转子也作方向相反的旋转。当转子在(a)位置时，左面部分与进气口相通，气体压力等于进气压力，右面部分与排气口相通，气体压力等于排气压力，上转子与外壳所围的空间中，包含有与进气压力相同的气体。当转子旋转一个微小角度到达(b)位置时，上部空间与排气口相通，排气管内的高压气体突然由间隙倒流到空间中，使其中的气体压缩，由吸气压力升高到排气压力。当转子继续旋转时，上部开始排气，达到(c)位置时，与(a)的情况相同，只不过是上下转子互换位置而已。转子达到(d)位置时，下部空间的气体先被压缩，然后开始排气。(e)位置与(a)已完全相同。因此转子每旋转一周，排气量为上、下空间所围的体积之和。转子作顺时针方向旋转，下部转子作逆时针方向旋转，气体则从左边吸入，右边排出，若改变两转子的旋转方向，则气体从右边吸入，左边排出。如果风口是上下安置从工作原理看，罗茨鼓风机的旋转方向并无规定。如图3-3所示，上部的，最好使气体从上面进入，下面排出，这样可利用下面气体较高的压力抵消一部分转子和轴的重量，以减小轴承所受的压力。 罗茨鼓风机的特点是：(1)风量基本上不随风压而变，是容积型风机；(2)转子之间和转子与机壳之间有间隙(0.30.5mm)，无往复运动部件，故不需要润滑 (3)排气不含油分；(4)流量的调节采用旁路回流的方法；(5)噪音大。图3-3罗茨鼓风机的工作过程3.3吸收塔3.3.1吸收塔的选型 吸收塔的作用是使反应后的甲醛气体通过吸收塔的填料层、泡罩层等被吸收剂高效吸收为甲醛水溶液。甲醛的吸收过程是个放热过程，在甲醛吸收塔内存在大量的吸收热、蒸汽冷凝热和气体湿热等，这些热量都必须除去，使物料温度降低，才能使吸收完全。由于填料塔允许有较大的液相喷淋量，借助于喷淋液可以把上述热量带走，能够满足甲醛吸收工艺要求，因此，大多甲醛装置都采用填料吸收塔。此外，在较低的温度下，甲醛在水中的溶解度较大，是属于容易吸收的物质，填料塔完全可以