【正文】 算（均按每小時(shí)計(jì)）主反應(yīng)：（1）甲醇氧化制甲醛的化學(xué)反應(yīng)方程式：CH3OH +1/2O2 = HCHO +H2O (1)CH3OH = HCHO + H2 (2)H2 +1/2O2 = H2O (3)副反應(yīng)：CH3OH + O2 = CO + 2H2O (4)CH3OH + 2/3O2 = CO2 + 2H2O (5)HCHO +1/2O2 = HCOOH (6)HCOOH = CO + H2O (7)HCHO = CO + H2 (8)HCHO + O2 = CO2 + H2O (9)CH3OH = C + H2O + H2 (10)CH3OH + H2 = CH4 + H2O (11)2HCHO + H2O = CH3OH + HCOOH (12)該反應(yīng)系統(tǒng)的物質(zhì)數(shù)有10種，它們是CH3OH、HCHO、HCOOH、CO、COCHHOH2O、N2，構(gòu)成這些物質(zhì)的元素有4種，因此該系統(tǒng)的獨(dú)立反應(yīng)數(shù)為10－4＝6，可選用反應(yīng)以下反應(yīng)作為該系統(tǒng)的獨(dú)立反應(yīng)，它們是：CH3OH +1/2O2 = HCHO +H2O (1)CH3OH = HCHO + H2 (2)CH3OH + 2/3O2 = CO2 + 2H2O (3)CH3OH + O2 = CO + 2H2O (4)CH3OH + H2 = CH4 + H2 (5)CH3OH + O2 = HCOOH + H2O (6)（2）產(chǎn)品產(chǎn)量用其組成（按每小時(shí)算）可知年開工為8000h，需要生產(chǎn)甲醛50000t，則每小時(shí)生產(chǎn)50000/8000=（t）由工藝參數(shù)表可知，其中： HCHO: 625037%=（kg）=（kmol） CH3OH: 6250%=100（kg）=（kmol） HCOOH: 6250%=(kg)=（kmol） H2O: 6250%=3855(kg)=（kmol） 總摩爾數(shù)=+++=（kmol）（3）甲醇投入量：6250=2800（kg）=（kmol）（4）空氣消耗量： 根據(jù)氧醇比求得：其中：O2=21%=（kmol）=1064（kg） N2=%=(kmol)=（kg） H2O=%=(kmol)=(kg)(%為空氣在相對(duì)濕度為80%的含水量)（5）吸收尾氣排放量：%/%=（kmol）其中：CO2=%=(kmol)=260（kg） CO=%=（kmol）=（kg） CH4=%=（kmol）=（kg） O2=%=（kmol）=（kg） H2=19%=（kmol）=（kg） H2O=2%=(kmol)=(kg) HCHO=%=(kmol)=(kg) CH3OH=%=(kmol)=(kg) N2=%=(kmol)=(kg)（6）數(shù)據(jù)校核①甲醛量：根據(jù)氧的衡算，計(jì)算出按反應(yīng)（1）生成的甲醛量（氧氣與甲醛為2比1）： [－（3/2+++）] 2=（kmol）根據(jù)尾氣中H2量并結(jié)合反應(yīng)式（5），計(jì)算按反應(yīng)式（2）生成的甲醛量： +=（kmol）甲醛總生成量為：+=（kmol）尾氣帶出的甲醛量：實(shí)際甲醛產(chǎn)量：－=（kmol）折算成37%CH2O水溶液：30/37%=6336(kg)產(chǎn)品產(chǎn)量與設(shè)計(jì)要求基本一致。②甲醇量：根據(jù)氧的衡算：反應(yīng)式（1）消耗甲醇 反應(yīng)式（2）消耗甲醇 反應(yīng)式（3）消耗甲醇 反應(yīng)式（4）消耗甲醇 反應(yīng)式（5）消耗甲醇 反應(yīng)式（6）消耗甲醇 尾氣中帶走甲醇：產(chǎn)品中帶走甲醇：甲醇總消耗量：+++++++=88354（kmol） =2833（kg）技術(shù)單耗：2833/6250=實(shí)物單耗：2823/（98%6250）=此數(shù)據(jù)亦與上面給定條件基本一致。③水量衡算（按每小時(shí)計(jì)）：尾氣中帶出的水：（kmol）=（kg）產(chǎn)品中帶出的水：（kmol）=3835（kg）空氣帶入的水：（kmol）=（kg）原料甲醇帶入的水：2833/98%2%=（kmol）=（kg）反應(yīng)生成的水：+2（+）++=（kmol）=（kg）按配料濃度60%計(jì)，應(yīng)加入的配料水的蒸汽量：2833/60%－（2833++）=(kg)=（kmol）吸收塔加水量：（+）－（+++）=（kmol）=（kg）④吸收系統(tǒng)計(jì)算由工藝參數(shù)表可知一吸收塔甲醛吸收率為90%，則一吸收塔吸收甲醛量為： 90%=（kmol）=2112（kg）二吸收塔吸收甲醛量為 －－=（kmol）=（kg）二吸收塔循環(huán)液中甲醛濃度為15%，并設(shè)轉(zhuǎn)化甲醇除尾氣帶出外，均在二吸收塔被吸收。則二吸收塔循環(huán)液入一吸收塔量為：％=（kg）其中：甲醇量=（kmol）=（kg） 水量=－－=（kg）=（kmol）（7）各主要單元物料衡算進(jìn)出料計(jì)算情況如下：①蒸發(fā)器物料衡算進(jìn)料：由上述計(jì)算可知進(jìn)料中含甲醇：2833（kg）=（kmol） 含水量：+=（kmol）同時(shí)空氣中含：N2=(kmol)（由于N2整個(gè)過(guò)程沒(méi)發(fā)生任何變化，所以后面皆不考慮） O2=（kmol）出料：經(jīng)過(guò)甲醇蒸發(fā)器只是將甲醇轉(zhuǎn)化為氣體，其他組分沒(méi)發(fā)生變化，所以為進(jìn)料中各組分的含量。②過(guò)熱器物料衡算進(jìn)料：甲醇蒸發(fā)器的氣體進(jìn)入過(guò)熱器后溫度上升，此時(shí)應(yīng)加入配料蒸汽，移走反應(yīng)熱。因此由上計(jì)算可知配料蒸汽水蒸氣量為：（kg）=（kmol）出料： 出料氣體中由于加入了配料蒸汽，水的含量增加，為：+=（kmol）③氧化器物料衡算進(jìn)料： 進(jìn)料氣體即為過(guò)熱器中的出料氣體。出料：氣體經(jīng)過(guò)反應(yīng)器后，發(fā)生了（1）~（12）反應(yīng)，生成了HCHO、HCOOH、CO、H2O、CO、COCO、CHH2等氣體，各物料組分發(fā)生了很大變化。由上述計(jì)算可知，含有： 生成HCHO：（kg）=（kmol）生成HCOOH：(kg)=（kmol）含水量=進(jìn)料量+反應(yīng)生成量=+=（kmol）O2經(jīng)過(guò)反應(yīng)器后與甲醇反應(yīng)生成甲醛，（kmol）生成H2：（kg）=（kmol）④第一吸收塔物料衡算進(jìn)料：經(jīng)過(guò)反應(yīng)器反應(yīng)生成的氣體直接進(jìn)入第一吸收塔，由工藝參數(shù)表可知其甲醛吸收率為90%，而且第一吸收塔上部有第二吸收塔打回的循環(huán)液，其量為10%，最后一起回收成品甲醛。所以進(jìn)料應(yīng)該分為兩部分，一部分是氧化器出料氣體，一部分為第二吸收塔甲醛吸收液，其量為：HCHO=(kg)=（kmol）CH3OH=(kg)=（kmol）水量為：67354（kmol）出料：出料量分為塔頂和塔釜。塔頂：塔頂為未被吸收的甲醛蒸汽，進(jìn)入第二吸收塔。其中各含量應(yīng)為其第二吸收塔進(jìn)料量加上尾氣量。其中含HCHO：+=（kmol）含水量（由于第二吸收塔塔頂加入一定量的水，所以水量增加）為：－+=（kmol） CO2：（kg）=（kmol） CO：（kg）=（kmol） O2：（kg）=（kmol） H2：（kg）=（kmol）塔釜：塔釜回收成品甲醛（濃度為37%），由尾氣中各含量，成品中有： HCHO：－=(kmol) CH3OH：=100(kg)=(kmol) HCOOH：被完全吸收，（kmol） H2O：（kmol）⑤第二吸收塔物料衡算進(jìn)料：第二吸收塔的進(jìn)料氣相為第一吸收塔頂中未反應(yīng)氣體，據(jù)工藝參數(shù)表，第二吸收塔中甲醇循環(huán)液的濃度為15%，則塔頂應(yīng)該加水量為：－=(kmol)其他進(jìn)料為第一吸收塔塔頂進(jìn)料氣體。出料：出料由塔釜出，由工藝參數(shù)表可得尾氣具體含量，并且第二吸收塔可采出一部分的成品甲醛，其中含：HCHO：（kg）=（kmol）CH3OH：（kg）=（kmol）H2O：（kg）=（kmol）其他組分為尾氣，上面已計(jì)算。（8）各主要單元設(shè)備的物料衡算表（按每小時(shí)計(jì)）~ 　蒸發(fā)器物料衡算表 進(jìn) 料出 料物料名稱質(zhì)量，kg物質(zhì)的量，kmol物料名稱質(zhì)量，kg物質(zhì)的量，kmol原料氣其中：CH3OH其中：CH3OHH2OH2OO2其中：O21064N2N2－－－ H2O－－－合 計(jì)合 計(jì)　過(guò)熱器物料衡算表 進(jìn) 料 出 料物料名稱質(zhì)量，kg物質(zhì)的量，kmol物料名稱質(zhì)量，kg物質(zhì)的量，kmol三元?dú)馄渲泻篊H3OH其中：CH3OHH2OH2OO2O2N2N2－－－合計(jì)合計(jì) 氧化器物料衡算表 進(jìn) 料 出 料物料名稱質(zhì)量，kg物質(zhì)的量，kmol物料名稱質(zhì)量，kg物質(zhì)的量，kmol三元?dú)廪D(zhuǎn)化氣其中：CH3OH其中：HCHOH2OCH3OHO2HCOOHN2H2O－－－CO2－－－CO－－－CH4－－－O2－－－H2－－－N2合計(jì)合計(jì) 第一吸收塔物料衡算 進(jìn) 料 出 料物料名稱質(zhì)量，kg物質(zhì)的量，kmol物料名稱質(zhì)量，kg物質(zhì)的量，kmol其中：HCHO其中：HCHOCH3OHCH3OH100HCOOHHCOOHH2OH2O3835CO2CO其中：HCHOCH4CH3OHO2H2OH2CO2N2COCH4其中:HCHOO2 進(jìn) 料出 料物料名稱質(zhì)量，kg物質(zhì)的量，kmol物料名稱質(zhì)量，kg物質(zhì)的量，kmolCH3OHH2H2ON2合計(jì)合計(jì) 第二吸收塔物料衡算表 進(jìn) 料 出 料物料名稱質(zhì)量，kg物質(zhì)的量，kmol物料名稱質(zhì)量，kg物質(zhì)的量，kmol其中：HCHO其中：HCHOCH3OHCH3OHH2OH2OCO2CO2260COCOCH4CH4O2O2H2H2N2N2H2O其中：HCHO－－－CH3OH－－－H2O合計(jì)合計(jì)注：表中誤差極小，符合要求。（9）全部過(guò)程物料衡算如下圖：第 17 頁(yè) 共 55 頁(yè)甲醇蒸發(fā)器過(guò)熱器氧化反應(yīng)器第一吸收塔第二吸收塔尾氣鍋爐水洗堿洗空氣甲醇98水 2%二吸塔塔頂加水：圖2 50000t/a甲醛生產(chǎn)的物料平衡圖第三章 能量衡算由甲醇氧化或脫氫制備甲醛，其副反應(yīng)都有吸熱和放熱。如果選擇適當(dāng)?shù)募状寂c空氣用量比，使吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)的比例適當(dāng)，就可控制反應(yīng)溫度。本設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)源于化學(xué)工業(yè)出版社2003年出版，中國(guó)石化集團(tuán)上海工程有限公司編寫的《化工工藝手冊(cè)》；物性數(shù)據(jù)來(lái)自于劉光啟主編由化學(xué)工業(yè)出版社2002年出版的《化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊(cè)》，時(shí)間以為1h基準(zhǔn)。 甲醇蒸發(fā)器在甲醇蒸發(fā)器中午化學(xué)變化，只有相變熱和顯熱。設(shè)進(jìn)入蒸