甲醇铁钼催化法制甲醛的工艺设计(17)
本设计中主要涉及到的设备工艺有蒸发器、氧化器以及吸收塔。在之前的物料衡算及热量衡算的基础上，通过对设备工艺的计算，得到各个设备的工艺参数，并根据工艺参数对设备进行选型。
4.1蒸发器设备工艺计算
4.1.1蒸发器选择
(1) 甲醇的性质
无色透明易燃易挥发的极性液体。纯品略带乙醇气，粗品刺鼻难闻。 能与水、乙醇、乙醚、苯、酮类和大多数其他有机溶剂混溶。易燃，其蒸气与空气可形成爆炸性混合物。遇明火、高热能引起燃烧爆炸。与氧化剂接触发生化学反应或引起燃烧。
(2) 甲醇蒸发作用
本设计中采用蒸发器的目的是为了使甲醇水溶液变成蒸汽，能与空气充分混合后，进入氧化器中反应。蒸汽的接触面积大，并能在催化剂床层中流动，使反应更好的进行，提高甲醇的转化率。
(3) 蒸发器的选型
本设计中选用中央循环管式蒸发器。中央循环管式蒸发器的加热室由一垂直的加热管束构成，在管束中央有一根直径较大的管子，称为中央循环管，其截面积一般为加热管束总截面积的40％～100％。它适用于处理结垢不严重、腐蚀性较小的溶液，而工艺中所用的甲醇溶液正好符合这些条件，故在本设计中选用此类蒸发器。
4.1.2 设计依据
(1) 设计条件
蒸发器所需热量:
Q = 391.64 × 104 kJ
原料液:
甲醇：7％（质量％） 水：93％（质量％） 温度：30℃
加热蒸汽:
压力：0.4MPa 温度：120℃
蒸发温度：48℃
(2) 物性数据
甲醇水溶液、二次蒸汽、空气和水蒸气的各物性参数均来源于《化学化工物性数据手册》（无机卷）、（有机卷）。
30℃甲醇水溶液：
黏度：μ＝ 0.961 mPa•s
导热系数：λ＝ 0.2144 W/(m•K)
密度：ρ= 0.7942 g/cm3
表面张力：σ = 20.87 mN/m
比热容：cp甲醇水溶液 = 4.22 kJ/(kg•℃)
48℃二次蒸汽
密度：ρCH3OH = 1.178 kg/m3
ρ空气= 1.054 kg/m3
50℃空气
密度：ρ空气= 1.293 kg/m3
120℃水蒸气
密度：ρH2O= 1.1199 kg/m3
4.1.3 工艺计算
中央循环管式蒸发器的主要结构尺寸包括：加热室和分离室的直径和高度；加热管与中央循环管的规格、长度及在管板上的排列方式。这些尺寸的确定取决于工艺计算结果，主要是传热面积。
(1) 传热面积
由天津大学出版社2005年出版的《化工原理》（上）第310页表5.2[18]查得标准式自然循环蒸发器的总传热系数K值为600～3000 W/(m2•℃)，本设计中假设K为800 W/(m2•℃)，进行传热面积的计算。
Δtm = T – t = 120 – 48 = 72 ℃
= 391.66 × 104 / (800 × 72) = 67.99 m2
取20％安全系数，则：S = 67.99 × 1.2 = 81.59 m2
(2) 总传热系数K核算
传热管采用Φ25×2mm，流速 um = 0.5 m/s，管内对流传热系数为
(4.1)
= 1076.78 W/(m2•℃)
总传热系数K：
＝ 740.94 W/(m2•℃)
选用的K值较计算的小，故上述计算结果表明所求的甲醇蒸发器基本适合，不需重新计算。
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