【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)（按每小時算）可知年開工為330天，需要生產(chǎn)甲醛40000t，則每小時生產(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，計算出按反應（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)合反應式（5），計算按反應式（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)量與設計要求基本一致。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)器物料衡算進料：由上述計算可知進料中含甲醇：（kg）=（kmol） 含水量：+=（kmol）同時空氣中含：N2=(kmol)（由于N2整個過程沒發(fā)生任何變化，所以后面皆不考慮） O2=（kmol）出料：經(jīng)過甲醇蒸發(fā)器只是將甲醇轉(zhuǎn)化為氣體，其他組分沒發(fā)生變化，所以為進料中各組分的含量。由上述計算可知，含有： 生成HCHO：（kg）=（kmol）生成HCOOH：(kg)=（kmol）含水量=進料量+反應生成量=+=（kmol）O2經(jīng)過反應器后與甲醇反應生成甲醛，（kmol）生成H2：（kg）=（kmol）④第一吸收塔物料衡算進料：經(jīng)過反應器反應生成的氣體直接進入第一吸收塔，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 共 61 頁第四章 能量衡算由甲醇氧化或脫氫制備甲醛，其副反應都有吸熱和放熱。設進入蒸發(fā)器的空氣溫度為60℃，甲醇進料溫度為15℃，蒸發(fā)溫度為47℃。本設計數(shù)據(jù)來源于化學工業(yè)出版社2003年出版，中國石化集團上海工程有限公司編寫的《化工工藝手冊》；物性數(shù)據(jù)來自于劉光啟主編由化學工業(yè)出版社2002年出版的《化學化工物性數(shù)據(jù)手冊》，時間以為1h基準。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，上面已計算。塔頂：塔頂為未被吸收的甲醛蒸汽，進入第二吸收塔。因此由上計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氧化器物料衡算進料： 進料氣體即為過熱器中的出料氣體。③水量衡算（按每小時計）：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）反應生成的水：+2（+）++=（kmol）=（kg）按配料濃度60%計，應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指標名稱單位指標吸收二塔頂℃≤35吸收二塔底℃≤35蒸發(fā)器加熱熱水進口℃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尾氣中氮氣含量體積%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 設計條件按照選定的工藝流程，確定設計參數(shù)和條件。但在實際生產(chǎn)中由于減壓將增加設備投資和能耗，并帶來上些其它不穩(wěn)定的因素，故現(xiàn)在甲醛的生產(chǎn)已由早期的負壓操作改為常壓操作。停留時間過長，原料氣會被劇烈氧化，降低轉(zhuǎn)化率：停留時間過短，會有很多原料氣未被氧化。因此，水醇比必須控制得當。氧醇比是一個非常重要的參數(shù)，它關(guān)系到甲醛生產(chǎn)反應過程中的轉(zhuǎn)化率，選擇性和安全性等問題，其數(shù)學表達式為：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)器溫度會使氧醇比降低）；（3）蒸發(fā)器中甲醇濃度（甲醇濃度降低會使氧醇比降低）。醇脫氫反應的平衡常數(shù)隨溫度的升高而增大。要想有效的發(fā)揮催化劑的性能，設計中必須考慮催化劑的鋪裝方法，考慮床層的嚴密、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)生局部反應過熱，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)化為甲醛反應過程的主要因素有：反應器的結(jié)構(gòu)與狀態(tài)、催化劑的性能狀態(tài)、反應溫度、氧醇比、停留時間和空間速度、反應壓力及原料混合氣的純度，先分析如下： 反應器的結(jié)構(gòu)與狀態(tài)反應器的結(jié)構(gòu)與狀態(tài)將直接關(guān)系到甲醇轉(zhuǎn)化成甲醛的主反應能否順利進行和減少與防止副反應的發(fā)生等問題。未補吸收的氣體由塔頂引出，進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，三元反應氣在電解銀觸媒的作用下發(fā)生氧化和脫氫反應生成甲醛，反應溫度控制在650℃絕大部分甲醇轉(zhuǎn)化成甲醛，同時會有一些副反應發(fā)生。因為甲醇液滴進入反應區(qū)，會劇烈蒸發(fā)，使催化劑床層翻動，造成床層厚度不均，發(fā)生短路，而且甲醇蒸發(fā)吸熱，會降低反應溫度，甚至發(fā)生熄火不反應。按照配料要求補加水蒸氣。 銀催化劑法和鐵鉬催化劑法的特點的比較：表2—1 電解銀催化劑法和鐵鉬催化劑法的特點 計量單位：見表項目銀催化劑法鐵鉬催化劑法反應溫度（℃）600～720320～380反應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投資相對低相對高催化劑失活原因原料中鐵、硫引起中毒M升華對毒物敏感程度敏感不敏感 國內(nèi)外甲醛裝置能耗比較表1—2 國內(nèi)外甲醛裝置能耗比較 單位：m3/t、t/t、kwh/t項目國外　國內(nèi)　　銀法鐵鉬法銀法鐵鉬法先進一般先進一般先進一般先進一般冷卻水20303050202842