【正文】 3OH = HCHO + H2 (2)CH3OH + 2/3O2 = CO2 + 2H2O (3)CH3OH + O2 = CO + 2H2O (4)CH3OH + H2 = CH4 + H2 (5)CH3OH + O2 = HCOOH + H2O (6)（按每小時(shí)算）可知年開(kāi)工為330天，需要生產(chǎn)甲醛40000t，則每小時(shí)生產(chǎn)40000/（24330）=5051（kg）由工藝參數(shù)表可知，其中： HCHO: 505137%=（kg）=（kmol） CH3OH: 5051%=（kg）=（kmol） HCOOH:5051%=(kg)=（kmol） H2O: 5051%=(kg)=（kmol） 總摩爾數(shù)=+++=（kmol）：5051=（kg）=（kmol）： 根據(jù)氧醇比求得：其中：O2=21%=（kmol）=（kg） N2=%=(kmol)=（kg） H2O=%=(kmol)=(kg)(%為空氣在相對(duì)濕度為80%的含水量)：%/%=（kmol）其中：CO2=%=(kmol)=（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)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%=5129(kg)產(chǎn)品產(chǎn)量與設(shè)計(jì)要求基本一致。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）：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：（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。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。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：=(kg)=(kmol) HCOOH：被完全吸收，（kmol） H2O：171,。第 27 頁(yè) 共 61 頁(yè)第四章 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。設(shè)進(jìn)入蒸發(fā)器的空氣溫度為60℃，甲醇進(jìn)料溫度為15℃，蒸發(fā)溫度為47℃。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)。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。塔頂：塔頂為未被吸收的甲醛蒸汽，進(jìn)入第二吸收塔。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。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）=（kg）空氣帶入的水：（kmol）=（kg）原料甲醇帶入的水：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：－（汽包Mpa蒸發(fā)室Mpa12月21日溫度蒸發(fā)器℃4250過(guò)熱器℃100120氧化器觸媒層℃610660氣體出一塔℃≤55吸收一塔底℃≤60續(xù)表2—1指標(biāo)名稱單位指標(biāo)吸收二塔頂℃≤35吸收二塔底℃≤35蒸發(fā)器加熱熱水進(jìn)口℃85蒸發(fā)器加熱熱水出口℃55氧化器廢熱鍋爐出口℃150氧化器水冷段氣體出口℃100成品液℃42尾氣℃32液位一塔%2535二塔%2535蒸發(fā)器%6080汽包%45含量成品液甲醛質(zhì)量%成品液甲醇質(zhì)量%尾氣中甲醛含量體積%尾氣中水含量體積%尾氣中二氧化碳含量體積%尾氣中一氧化碳含量體積%尾氣中氧氣含量體積%尾氣中氫氣含量體積%15尾氣中氮?dú)夂矿w積%尾氣中甲烷含量體積%尾氣中甲醇含量體積%蒸汽配料濃度%氧醇比甲醇單耗Kg工業(yè)甲醇濃度%98濕空氣含水量%第三章 物料衡算 設(shè)計(jì)條件按照選定的工藝流程，確定設(shè)計(jì)參數(shù)和條件。但在實(shí)際生產(chǎn)中由于減壓將增加設(shè)備投資和能耗，并帶來(lái)上些其它不穩(wěn)定的因素，故現(xiàn)在甲醛的生產(chǎn)已由早期的負(fù)壓操作改為常壓操作。停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，原料氣會(huì)被劇烈氧化，降低轉(zhuǎn)化率：停留時(shí)間過(guò)短，會(huì)有很多原料氣未被氧化。因此，水醇比必須控制得當(dāng)。氧醇比是一個(gè)非常重要的參數(shù)，它關(guān)系到甲醛生產(chǎn)反應(yīng)過(guò)程中的轉(zhuǎn)化率，選擇性和安全性等問(wèn)題，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：V氧氣：V甲醇=（P空氣）/P甲醇式中：V氧氣——三元混合氣中氧氣的濃度，%；V甲醇——三元混合氣中甲醇的濃度，%；P空氣——三元混合氣中空氣的分壓，%；P甲醇——三元混合氣中甲醇的分壓，%；影響氧醇比的重要因素有三：（1）甲醇 蒸發(fā)器上部空間的總壓力（若甲醇蒸發(fā)器液層上面的總壓力升高，則氧醇比增大）；（2）蒸發(fā)器溫度（升高蒸發(fā)器溫度會(huì)使氧醇比降低）；（3）蒸發(fā)器中甲醇濃度（甲醇濃度降低會(huì)使氧醇比降低）。醇脫氫反應(yīng)的平衡常數(shù)隨溫度的升高而增大。要想有效的發(fā)揮催化劑的性能，設(shè)計(jì)中必須考慮催化劑的鋪裝方法，考慮床層的嚴(yán)密、平整和均勻性，以使氣體能均勻的流經(jīng)催化劑床層，特別在床層的邊緣，熱電偶插入等部位要避免和防止溝道旁路，否則這些部位易發(fā)生局部反應(yīng)過(guò)熱，引起床層燒結(jié)和破裂。 生產(chǎn)工藝影響因素影響甲醇轉(zhuǎn)化為甲醛反應(yīng)過(guò)程的主要因素有：反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)與狀態(tài)、催化劑的性能狀態(tài)、反應(yīng)溫度、氧醇比、停留時(shí)間和空間速度、反應(yīng)壓力及原料混合氣的純度，先分析如下： 反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)與狀態(tài)反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)與狀態(tài)將直接關(guān)系到甲醇轉(zhuǎn)化成甲醛的主反應(yīng)能否順利進(jìn)行和減少與防止副反應(yīng)的發(fā)生等問(wèn)題。未補(bǔ)吸收的氣體由塔頂引出，進(jìn)入第二吸收塔的底部，由塔頂引出尾氣鍋爐或支真空系統(tǒng)。原料所轉(zhuǎn)化為甲醛：在氧化器的的氧化室中，三元反應(yīng)氣在電解銀觸媒的作用下發(fā)生氧化和脫氫反應(yīng)生成甲醛，反應(yīng)溫度控制在650℃絕大部分甲醇轉(zhuǎn)化成甲醛，同時(shí)會(huì)有一些副反應(yīng)發(fā)生。因?yàn)榧状家旱芜M(jìn)入反應(yīng)區(qū)，會(huì)劇烈蒸發(fā)，使催化劑床層翻動(dòng)，造成床層厚度不均，發(fā)生短路，而且甲醇蒸發(fā)吸熱，會(huì)降低反應(yīng)溫度，甚至發(fā)生熄火不反應(yīng)。按照配料要求補(bǔ)加水蒸氣。 銀催化劑法和鐵鉬催化劑法的特點(diǎn)的比較：表2—1 電解銀催化劑法和鐵鉬催化劑法的特點(diǎn) 計(jì)量單位：見(jiàn)表項(xiàng)目銀催化劑法鐵鉬催化劑法反應(yīng)溫度（℃）600～720320～380反應(yīng)器絕熱式管式絕熱流化床催化劑壽命3～612～18 收率（%）89～9191～94甲醇單耗(Kg/t)470～480420～470甲醛濃度（%）37～5537～55產(chǎn)品中甲醇含量（%）4～8～產(chǎn)品中甲酸量（104）100～200200～300甲醛中混合氣體中濃度（%）＞37＜7投資相對(duì)低相對(duì)高催化劑失活原因原料中鐵、硫引起中毒M升華對(duì)毒物敏感程度敏感不敏感 國(guó)內(nèi)外甲醛裝置能耗比較表1—2 國(guó)內(nèi)外甲醛裝置能耗比較 單位：m3/t、t/t、kwh/t項(xiàng)目國(guó)外　國(guó)內(nèi)　　銀法鐵鉬法銀法鐵鉬法先進(jìn)一般先進(jìn)一般先進(jìn)一般先進(jìn)一般冷卻水20303050202842