1. 研究目的与意义
甲醛脂肪族醛系列中最简单的醛，化学性质十分活泼。甲醛最早由俄国化学家A.M.Butlerov于1859年通过甲基二乙酯水解制得。1868年，A.W.hoffmannn使用铂催化剂，用空气氧化甲醇合成了甲醛，并且确定了它的化学特性。1886年Loews使用铜催化剂和1910年Blank使用银催化剂使甲醛实现了工业化生产。1910年，由于酚醛树脂的开发成功，使甲醛工业得到了迅猛发展。1925年，J.C.Walker开发了天然气和低级烷烃氧化制甲醛的方法。甲醛分子中含有醛基，具有典型醛的化学性质，同时又含有和羰基碳原子结合较为活泼的a-H，使甲醛的化学性质十分活泼，能参与多种化学反应。
甲醛是无色、具有强烈气味的刺激性气体，其35%~40%的水溶液通称福尔马林。甲醛是原浆毒物，能与蛋白质结合，吸入高浓度甲醛后，会出现呼吸道的严重刺激和水肿、眼刺痛、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。各种人造板材(刨花板、纤维板、胶合板等)中由于使用了粘合剂，因而可含有甲醛。新式家具的制作，墙面、地面的装饰铺设，都要使用粘合剂。凡是大量使用粘合剂的地方，总会有甲醛释放。此外，某些化纤地毯、油漆涂料也含有一定量的甲醛。甲醛还可来自化妆品、清洁剂、杀虫剂、消毒剂、防腐剂、印刷油墨、纸张、纺织纤维等多种化工轻工产品。
甲醛的用途非常广泛：1.纺织业：服装在树酯整理的过程里都要涉及甲醛的使用。服装的面料生产，为了达到防缩、防皱、阻燃等功效，或者为了保持印花、染色的耐久性，或者为了改善手感，就需在助剂里添加甲醛。当前用甲醛印染助剂比大量的是纯棉纺织品，因纯棉纺织品容易起皱，使用含甲醛的助剂能提高棉布的硬挺度。包含甲醛的纺织品，在人们穿着与使用过程里，会渐渐释出游离甲醛，通过人体呼吸道及肌肤接触引发呼吸道炎症与肌肤炎症，还会对眼睛产生刺激。甲醛能引发过敏，还可以诱发癌症。厂家使用含甲醛的染色助剂，尤其是某些生产厂为降低成本，使用甲醛含量非常高的廉价助剂，对人体危害很大。2.食品行业：利用甲醛的防腐性能，加入水产品等不容易储存的食品里。3.木材工业：用于生产脲醛树脂及酚醛树脂，由甲醛与尿素按定摩尔比混合进行反应生成。4.防腐溶液：甲醛是由(即甲醛亚硫酸氢钠)在6O℃以上分解释放出的种物质，它无色，有刺激气味、易溶于水。35%～4O%的甲醛水溶液俗称福尔马林，有防腐杀菌性能，可以用来浸制生物标本，给种子消毒等。甲醛有防腐杀菌性能的原因主要是构成生物体(包括细菌)自身的蛋白质上的氨基能跟甲醛发生反应。2. 国内外研究现状分析
甲醇催化为甲醛主要有3种途径，即甲醇氧化脱氢、甲醇单纯氧化和甲醇单纯脱氢。前两种是目前工业上采用的主要合成甲醛的方法，后一种是正在研究的用于生产高浓度甲醛的新方法。
甲醇氧化脱氢：甲醇氧化脱氢制甲醛在甲醇过量的情况下，即甲醇，空气和水蒸气组成的混合反应中，甲醇的浓度处于爆炸区的上限，在银催化剂的作用下，甲醇转化为甲醛，其主要反应是氧化和脱氢反应。甲醇的氧化反应是在200℃左右开始，是一个强放热反应。放出的热量使催化床层的温度升高，反过来又使氧化反应不断加快。甲醇脱氢反应在低温时几乎不能进行，当催化反应器的床层温度达到600℃左右时，反应进行比较快，成为生成醛的主要反应。脱氢反应是一个可逆反应，甲醇脱氢生成甲醛的同时，也可以向生成甲醇的方向移动。当甲醇脱氢生成甲醛是放出的氢和氧进一步结合成水后，脱氢反应不在可逆。由于混合反应器中氢和氧结合成水，使氢气的分压大大降低，从而使甲醇脱氢反应向生成甲醛的方向移动。甲醇的完全燃烧和不完全燃烧反应是主要的副反应。不仅消耗甲醇，而且放出大量的热，是造成甲醛收率降低的主要原因。另外甲醛的反应条件也可进一步使之氧化为甲酸，而甲酸进一步分解生成co和h2o。由于混合反应中含有水蒸气，因而甲酸的生成对设备造成很大的腐蚀。工业上一般通过选择合适的反应条件，尽可能避免副反应的发生，提高甲醛的收率。
甲醇单纯氧化：甲醇单纯氧化制备甲醛，一般使用铁钼催化剂，在空气过量的情况下进行，甲醇几乎全部氧化。和甲醇氧化脱氢银法相比，该法具体反应温度低，甲醇单耗小，副反应少，产率高，催化剂寿命长，而且甲醛成品的浓度可以达到55%以上。其主要缺点是设备庞大，动力消耗大。甲醇单纯脱氢：目前工业上几乎所有的甲醛由甲醇氧化脱氢法和甲醇单纯氧化法生产。这两种方法生产的产品中含水量在50%以上。由于甲醛水溶液的蒸汽压很低，甲醛和水还能形成共沸物，因而分离和提纯污水甲醛十分困难。一般生产需要首先把甲醛从水溶液中分离出来，然后用甲醇进行吸收。从甲醇氧化脱氢制甲醛的反应方程式中可知，甲醇在银催化剂上脱氢生成甲醛的反应可逆，引入氧气后可和脱掉氢生成水，从而使脱氢反应向生成甲醛的方向移动。通过选用合适的催化剂加速脱氢反应速度，抑制副反应的发生，或采用其他方法把脱掉的氢气移走，则也可以使脱氢反应向生成甲醛的方向移动，这样就可以通过脱氢反应直接制备无水甲醛。
3. 研究的基本内容与计划
本项目拟采用英国ici公司的工艺路线：将甲醇溶液送入蒸发器中，并向蒸发器内股入经过滤并压缩得到的1.4kg/cm2的空气。在蒸发器内，甲醇溶液被蒸发，同时与空气混合。将气体混合加热到露点以上，再加入蒸汽，生成的混合物通过阻火器进入转化器。转化器由两部分组成，上部为转化器，混合气体在置于薄层银粒构成的催化剂上反应，反应温度600~650℃；下部为列管式废热锅炉，热的反应气体在此迅速冷却，以抑制任何不需要的副反应。然后反应气体进入吸收塔，用冷凝水将甲醛吸收，从吸收塔底得到产品甲醛，尾气放空。
以甲醇为原料，经历甲醇蒸发，加入空气，然后加入蒸汽，形成甲醇-空气-水蒸汽的三元混合器，然后进入氧化塔形成甲醛气体，甲醛气体经两个水吸收塔得到37%工业甲醛，后经精馏得到高浓度甲醛。以此银法流程为基础，进行物料及能量衡算，确定甲醛消耗定额，编制设计说明书。
给出工艺流程图及合理车间布置图，并对工艺中的典型设备：吸收塔及精馏塔进行设备设计。
4. 研究创新点
通过计算寻找降低原材料消耗，降低能源浪费，提高甲醛得率等的方法。
