對甲醛氧化工藝設(shè)計分析

賈朝策 靳慧軒

(河北宏達綠洲工程設(shè)計有限公司，石家莊 050000)

對甲醛氧化工藝設(shè)計分析

賈朝策 靳慧軒

(河北宏達綠洲工程設(shè)計有限公司，石家莊 050000)

甲醛在我們的生活中有著廣泛的用途，其中約65%的消費量是用于生產(chǎn)甲醛樹脂，其次是用于聚甲醇樹脂，聚甲醇工程塑料等等，有16個大類近幾百個品種，同時甲醛在農(nóng)藥、醫(yī)藥、炸藥和染料工業(yè)，還可以做殺蟲劑、消毒劑、溶劑和還原劑，在農(nóng)業(yè)上可做尿素——甲醛型緩效肥料。我們生活中的甲醛，基本上都是采用甲醇空氣氧化法制得，按所用催化劑的不同類型，可分為鐵鉬催化劑法和銀催化劑法。我國甲醛工業(yè)發(fā)展至今，在生產(chǎn)規(guī)模、產(chǎn)量、質(zhì)量、技術(shù)等方面已經(jīng)有了很大的進步，在不少方面也已達到和接近國際先進水平，但是從總體上來看，我國甲醛工藝還有待進一步的提高和發(fā)展。本文將圍繞對甲醛的工藝設(shè)計分析來進行論述。

甲醛;氧化;工藝設(shè)計

甲醛又叫福爾馬林，氣體的相對密度為1.067（空氣的密度為1），在-20。C的情況下，甲醛液體的相對密度為0.815，熔點為-92。C，沸點為-19.5。C。易溶于水和乙醇，水溶液的濃度最高可達55%，通常在濃度達到40%時，被稱作甲醛水，俗稱福爾馬林，這是一種有刺激性氣味的無色液體，有著很強的還原性，可以作為很多化學(xué)反應(yīng)的還原劑。甲醇氧化生產(chǎn)甲醛工藝的過程包括去除硫、氯等有害雜質(zhì)。由于甲醛具有很強的還原性，可以和許多化學(xué)物質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)。接下來，本文將列舉以下四種化學(xué)反應(yīng)來對甲醛的氧化工藝進行分析。

一、甲醛直接氣相氧化生成甲酸

含有甲醛的原料混合氣，可以直接取自于甲醇氧化，即鐵鉬法制甲醛的生成氣，這種氣態(tài)甲醛氣流可以直接被送入已經(jīng)連接好的甲酸裝置。接下來，通過對甲醇氧化器的特定設(shè)計，所產(chǎn)生的反應(yīng)混合氣可以直接被引入獨立的甲酸裝置，或者也可以從現(xiàn)有的甲醇氧化反應(yīng)器和吸收塔之間，從現(xiàn)有的甲酸樹脂裝置取出部分氣體送入甲酸裝置，如果進入甲酸裝置的氣體中含有游離的甲酸的濃度小于2.5%時，則不需對進口氣體進行任何處理，但是，如果有出現(xiàn)進口氣中甲醇含量很高的情況，則需要設(shè)置一個小型的氧化反應(yīng)床使得甲醇進一步轉(zhuǎn)化成甲醛，使得甲醛可以直接氣相氧化成甲酸。

二、二步法催化氧化苯甲醛合成苯甲酸

采用二步法催化氧化苯甲醛合成苯甲酸是工業(yè)生產(chǎn)中比較常用的方法之一，該反應(yīng)需要催化劑和氧化劑才能誘導(dǎo)該反應(yīng)的順利進行，該反應(yīng)中的氧化劑應(yīng)該選擇過氧化氫，催化劑應(yīng)該選擇鎢酸鈉，在反應(yīng)中應(yīng)該特別注意的是，過氧化氫不能一次性加入，要分兩次加入，第一次只需要加入40%的過氧化氫，第二次就可以將剩余的過氧化氫全部加入。通過實驗，我們可以得出，利用二步法加入過氧化氫得到的苯甲酸的收率為56.22%，這個結(jié)果遠高于通過一步法制得的苯甲酸的收率，同時在實驗中也發(fā)現(xiàn)了二步法反應(yīng)的回流時間對收率的影響，結(jié)果表明第一步的反應(yīng)時間為3個小時，第二部的反應(yīng)時間為5個小時的反應(yīng)條件，會使本次實驗的效果達到最優(yōu)，可以大大的提高本次試驗的反應(yīng)速率，提高苯甲酸的產(chǎn)量。

三、甲醛的光催化氧化

甲醛的光催化氧化相對于其他的方法來說，該反應(yīng)需要的設(shè)備和原料太多，而且很多條件在如今的情況下很少有企業(yè)能夠達到，但是該反應(yīng)的收率和反應(yīng)速率都比較高，所以這種方法值得我們?nèi)ソ梃b。甲醛的光催化氧化采用程序升溫脫附（TPD），電子自旋共振（ESR）和自旋捕獲-電子自旋共振（ST-ESR）等物理方法對甲醛光催化氧化，反應(yīng)物的吸附狀態(tài)，自由基中間物種及機理進行了詳細的闡述，在光催化氧化微量甲醛的反應(yīng)條件下，吸附在活化劑表面的空氣中的氧氣會被自然光生成電子，還原成兩種產(chǎn)物，這兩種生成的產(chǎn)物為甲醛的深度氧化提供了高活性的氧化劑，甲醛是通過中間產(chǎn)物甲酸而氧化為最終產(chǎn)物二氧化碳的。這個方法可以用于工業(yè)生產(chǎn)中的廢水的處理，通過光催化氧化的方法使得廢水中的甲醛全部反應(yīng)生成二氧化碳，排放到空氣中。

四、銀催化劑法

銀催化劑法是工藝流程中最常用的方法，由于甲醛具有很強的還原性，就利用這個特性，設(shè)計出了銀催化法，銀作為催化劑是最好的選擇，因為銀的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)一般都比較穩(wěn)定，在大多數(shù)的反應(yīng)中都不會與其他的化學(xué)反應(yīng)物產(chǎn)生反應(yīng)，但是銀是化學(xué)反應(yīng)中非常常用的催化劑。這種方法是通過甲醇通過過濾后進入蒸發(fā)器，控制好一定的溫度，然后與空氣混合，配成一定的蒸汽形成三元混合氣體，將其加熱至100-140。C，除去雜質(zhì)后進入氧化反應(yīng)器，反應(yīng)溫度為640。C，必須采用性能較好的電解銀催化劑，在反應(yīng)中甲醇脫氫生成甲醛，然后立即將反應(yīng)物驟冷至230。C，再進一步冷卻至80-90。C進入吸收系統(tǒng)，吸收后的產(chǎn)品由塔底排出，未排出的的甲醛及其它氣體進入第二吸收塔，進行再次吸收，部分甲醛液回流，尾氣進入尾氣鍋爐作燃料。這種反應(yīng)基本上不會產(chǎn)生廢棄物，在一定的程度上達到了節(jié)能環(huán)保的目標。

五、結(jié)束語

綜上所述，甲醛是一種強效的還原劑，可以和許多氧化劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，甲醛的氧化工藝在工業(yè)生產(chǎn)方面相當有用，工業(yè)生產(chǎn)中常常利用甲醛的強還原性制得很多其他的產(chǎn)物，甲醛作為工業(yè)生產(chǎn)上的必備原料，在經(jīng)濟發(fā)展中也起著重大的推動作用。但是，就目前來看，我國在甲醛的氧化工藝方面技術(shù)和設(shè)備還不夠完善，遠遠落后于西方發(fā)達國家，我國一定要投入大量的人力、財力和物力，將我國甲醛的氧化工藝的技術(shù)提到一個新的高度，企及世界先進的水平，打造一流的國際品牌。未來的世界只有憑借著自身的實力和技術(shù)，才能使自己經(jīng)受住世界浪潮的砥礪，永遠屹立于不敗之地。

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