甲醇铁钼催化法制甲醛的工艺设计(19)
4) 空气进口管
选取空气流速为u＝25m/s，质量流量Ws＝5186.35 kg/h，则体积流量为
空气的进口管选用Φ273×17mm不锈钢无缝钢管。
5) 二次蒸汽出口管
选取空气流速为u＝20m/s，质量流量Ws＝45750＋5186.35 = 50936.35 kg/h，则体积流量为：
空气（质量％）＝5186.35 / 50936.35 = 0.10
甲醇蒸汽（质量％）= 1 – 0.10 = 0.90
二次蒸汽密度ρ＝0. 01 × 1.054＋0.90 × 1.178 = 1.16 kg/m3
二次蒸汽的出口管选用2根Φ480×14mm不锈钢无缝钢管。
4.2 氧化反应器设备工艺设计
氧化反应器设计的基本方程包括反应动力学或速率方程、物料衡算式、能量衡算式和动量衡算式。反应动力学是化学反应器设计的主要基础。本设计中分别对氧化反应器的氧化反应段和水冷段作了工艺计算。
4.2.1 氧化反应器选择
(1) 甲醇氧化反应特征
甲醇氧化成甲醛的反应在高温下进行，其反应温度需到达350℃。改反应为放热反应，会放出大量的热量，需及时移走，不然会影响反应的进行。移走的热量可以作为蒸发器及过热器中的加热源，形成能源的循环利用。
(2) 甲醇氧化反应器结构特征
本设计中采用的氧化反应器为二段式，即氧化反应段和水冷段。反应生成的气体在氧化器中被及时冷却到100℃以下经吸收塔吸收。反应器中采用的催化剂为铁钼催化剂，重量分配相应为总装填量的40％～60％，这样可使反应气一进入催化剂层就强烈发生氧化反应，使温度迅速达到350℃ ，进行脱氢反应，以提高甲醇总转化率。
4.2.2 设计依据
(1) 设计条件
反应温度：350℃ 水冷段：350～85℃
冷却水温度：60～80℃ 进气压力：5.9×103kPa
三元气进料流量
氧气：1215.62kg/h 氮气：3910.76kg/h
水蒸气：44532.68kg/h 甲醇蒸汽：3202.5kg/h
催化剂床层高度：30mm
气体空速：2.0×105h-1
停留时间：0.03s
(2) 物性数据
120℃时甲醇饱和蒸气压：p＝641.9kPa 《化学化工物性数据手册》（有机卷）590页。
混合气体的黏度、导热系数、平均摩尔质量由以下公式计算得到：
1) 进料气体组成性质
表4.2 氧化器进料三元气体组成
物料名称 质量流率kg/h 摩尔流率
kmol/h 摩尔分数
％ 组分黏度
μi，cP
CH3OH 3202.5 99.95 3.63 0.0197
H2O 44532.68 2472.66 89.91 0.0709
O2 1215.62 38.00 1.38 0.0350
N2 3910.76 139.62 5.08 0.0296
三元气 52861.56 2750.23 100.00 —
2) 转化气物性数据（均来源于《化学化工物性数据手册》的有机卷和无机卷）
表4.3 转化气物性数据
组分 摩尔分数
yi 水冷段（平均125℃以下）
纯组分μ
cP 纯组分λ
W/(m2•K) 纯组分cpm
kJ/(kmol•K)
CH3OH 0.0083 0.013 0.017 55.83
O2 0.0008 0.025 0.034 29.60
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