【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 甲醛在高溫下發(fā)生深度氧化等副反應(yīng)；但也不能冷卻到過(guò)低的溫度，以免甲醛聚合，造成聚合物堵塞管道。由于鐵能促進(jìn)甲醇深度氧化分解，因此反應(yīng)部分和冷卻管采用紫銅或不銹銅。 在 640℃銀催化作用下，甲醇發(fā)生脫氫、氧化反應(yīng)。出氧化器的反應(yīng)氣體進(jìn)入第一吸收塔（ 10），將大部分甲醛吸收；未被吸收的氣體再進(jìn)入第二吸收塔（ 11）底部，從塔頂加入一定量的冷水進(jìn)行吸收。由第二吸收塔塔底采出的稀甲醛溶液經(jīng)循環(huán)泵（ 18）打入第一、第二吸收塔，作為吸收劑的一部分。自第一吸收塔塔底引出的吸收液經(jīng)冷卻器（ 14）冷卻后，由泵（ 17）抽出，一部分返回塔（ 11），另一部分送入冷卻器（ 15）冷卻后得到產(chǎn)品，即為含 10%甲醇的甲醛水溶液。甲醇的存在可防止甲醛聚合。甲醛產(chǎn)率約 86%。由第二吸收塔排出的尾氣可送燃燒或排空。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)銀川學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 第二章 物料衡算 主要工藝指標(biāo) 表 2— 1 主要工藝指標(biāo) 計(jì)量單位：見(jiàn)表 指標(biāo)名稱 單位 指標(biāo) 流量 濕空氣 Kg/h 配料蒸汽 Kg/h 工藝補(bǔ)水 Kg/h 工藝甲醇 Kg/h 甲醛成品液 Kg/h 溫度 蒸發(fā)器 ℃ 2247 過(guò)熱器 ℃ 47120 氧化器觸媒層 ℃ 610640 吸收一塔底 ℃ 42 吸收二塔頂 ℃ 25 成品液 ℃ 42 尾氣 ℃ 25 蒸汽配料濃度 % 氧醇比 甲醇單耗 t/t 工業(yè)甲醇濃度 % 濕空氣含水量 % 甲醛、甲醇物料衡算 甲醇氧化制甲醛主反應(yīng)方程式： 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)銀川學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 CH3OH +1/2O2 = HCHO +H2O （式 2－ 1） CH3OH = HCHO + H2 （式 2－ 2） H2 +1/2O2 = H2O （式 2－ 3） 甲醇氧化制甲醛副反應(yīng)方程式： CH3OH + O2 = CO + 2H2O （式 2－ 4） CH3OH + 2/3O2 = CO2 + 2H2O （式 2－ 5） HCHO +1/2O2 = HCOOH （式 2－ 6） HCOOH = CO + H2O （式 2－ 7） HCHO = CO + H2 （式 2－ 8） HCHO + O2 = CO2 + H2O （式 2－ 9） CH3OH = C + H2O + H2 （式 2－ 10） CH3OH + H2 = CH4 + H2O （式 2－ 11） 2HCHO + H2O = CH3OH + HCOOH （式 2－ 12） 該反應(yīng)系統(tǒng)的物質(zhì)數(shù)有 10 種，它們是 CH3OH、 HCHO、 HCOOH、 CO、 CO CH H OH2O、 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 （式 2－ 13） CH3OH＋ 3/2O2→ CO2＋ 2H2O （式 2－ 14） CH3OH＋ O2→ CO＋ 2H2O （式 2－ 15） CH3OH＋ O2→ HCOOH＋ H2O （式 2－ 16） CH3OH＋ H2→ CH4＋ H2O （式 2－ 17） CH3OH→ HCHO＋ H2 （式 2－ 18） 產(chǎn)品產(chǎn)量及其組成按每小時(shí)算，則年產(chǎn) 萬(wàn)噸 37%的甲醛溶液物料衡算如下： 已知年工作時(shí)間： 1年以 300 天計(jì)（約 7200 小時(shí)）；年生產(chǎn)能力： 萬(wàn)噸 /年；水醇比： ；裝置所有蒸汽壓力 250KPa(表壓 )；空氣相對(duì)濕度為 48%：其中含 O2： 21%； N2：%； H2O： %；甲醛分子量： 30 尾氣組成及產(chǎn)品質(zhì)量見(jiàn)下表： 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)銀川學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 表 2— 2 尾氣組成及產(chǎn)品質(zhì)量 尾氣及產(chǎn)品組成 Wt% 組分 CO2 CO O2 H2 CH4 N2 H2O HCHO CH3OH HCOOH ∑ 二塔尾氣 100 產(chǎn) 品 37 100 產(chǎn)品產(chǎn)量及其組成 25000247。（ 300 24） =（ t） = 其中： HCHO： 37%== CH3OH： %== HCOOH： %== H2O： － (＋ ＋ )== 表 2— 3 產(chǎn)品組成 計(jì)量單位：見(jiàn)表 組分 HCHO CH3OH H2O HCOOH ∑ 含量 /kmolh － 1 含量 /kgh － 1 原料投入量 甲醇投入量： （ ++）247。（ 1－ 247。 247。 ）＝ kmol 空 氣投入量（根據(jù)氧醇比求）： 247。 21%== O2： 21%== N2： %== H2O： %＝ = 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)銀川學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 尾氣中各組分含量的計(jì)算 尾氣總量： %247。 %= 其中： CO2： %== CO： %== CH4： %== O2： %== H2： %== N2： %== 由以上數(shù)據(jù)及下列反應(yīng)式可求的甲醇消耗量： 式 2－ 13 甲醇消耗量 h－ 1 式 2－ 14 甲醇消耗量 h－ 1 式 2－ 15 甲醇消耗量 h－ 1 式 2－ 16 甲醇消耗量 h－ 1 式 2－ 17 甲醇消耗量 h－ 1 式 2－ 18 甲醇消耗量 h－ 1 根據(jù)氧的衡算，由式 2－ 13 和上列有關(guān)反應(yīng)式得甲醛量為： 由式 2－ 17與式 2－ 18 得甲醛量為： ＋ = 總甲醛量為： ＋ = 所以實(shí)際甲醛產(chǎn)量為： kmol= 預(yù)計(jì)產(chǎn)品總量（含 37%的甲醛水溶液）： 247。 37%= 預(yù)計(jì)計(jì)劃生產(chǎn)量為： 2500 900247。 7200= 預(yù)計(jì)產(chǎn)品與設(shè)計(jì)計(jì)劃量要求基本一一致。 校核 甲醇耗量（由上列反應(yīng)得）： 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)銀川學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ = 產(chǎn)品帶走甲醇： 總消耗甲醇量： ＋ == 技術(shù)單耗： 247。 =實(shí)際單耗： 247。 247。 %=水量衡算（由上計(jì)算知）： 原料中甲醇帶入的水： 247。 %－ == 空氣帶入的水： = 產(chǎn)品帶出的水： = 反應(yīng)生成的水： ＋ 2 ＋ 2 ＋ ＋ == 水醇比 ，應(yīng)加入的配料水蒸氣為： － (+)== 吸收塔加水量＝總產(chǎn)品中帶出水－（原料中帶入水＋過(guò)程中帶入水） － (＋ ＋ ＋ )== 轉(zhuǎn)化率、選擇性、收率及吸收系統(tǒng)的計(jì)算： 甲醇總轉(zhuǎn)化率 =1－產(chǎn)品帶走甲醇 /總甲醇消耗量 = 1－ 247。 =% 甲醛選擇性 =(生成甲醛總量247。甲醇總耗量） 100% = (247。 ） 100%=% 甲醛收率 =（甲醇總轉(zhuǎn) 化率甲醛選擇性） 100% = 100%=% 設(shè) 一塔吸收甲醛率為： 86% 則 一塔吸收甲醛量為： 86%== 二塔吸收甲醛量為： － =6kmol= 該二塔循環(huán)液中機(jī)器權(quán)濃度為 14%，在二塔全部被吸收。 則二塔循環(huán)液入一塔量為： 247。 14%= 甲醇量： = 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)銀川學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 水量： － － == 主要設(shè)備物料衡算 蒸發(fā)器物料衡算： 其中進(jìn)料量在物料衡算中求得，出料水為工業(yè)甲醇水和濕空氣中水相加： ＋ =。其中出料量與進(jìn)料量相同。 表 2— 4 蒸發(fā)器物料衡算 計(jì)量單位：見(jiàn)表 物料 輸入 物料 輸出 名稱 kmol kg 名稱 kmol kg 原料甲醇 原料氣 CH3OH CH3OH H2O H2O 空氣 O2 O2 N2 N2 H2O 合計(jì) 過(guò)熱器物料衡算 出料中 H2O 量為配料蒸氣與原料氣水量相加。 表 2— 5 過(guò)熱器物料衡 算 計(jì)量單位：見(jiàn)表 物料 輸入 物料 輸出 名稱 kmol kg 名稱 kmol kg 原料氣 三元?dú)? CH3OH CH3OH H2O H2O O2 O2 N2 N2 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)銀川學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 配料蒸汽 合計(jì) 氧化器物料衡算： 進(jìn)料量如表 2— 5，出量料計(jì)算：甲醛量 =產(chǎn)品中甲醛量＋尾氣中甲醛量 甲醇量 =產(chǎn)品中甲醇量＋尾氣中甲醇量 水量 =進(jìn)料中水量＋反應(yīng)生成的水量 表 2— 6 氧化器物料衡算 計(jì)量單位：見(jiàn)表 物料 輸入 物料 輸出 名稱 kmol kg 名稱 kmol kg 三元?dú)? CH3OH CH2O H2O CH3OH O2 HCOOH N2 H2O CO2 CO CH4 H2 O2 N2 合計(jì) 吸收一塔物料衡算 進(jìn)料的轉(zhuǎn)化氣量已在表 2— 5 求得，來(lái)自二塔液相各組分量已在物料衡算中求得，出料中的成品量已在物料衡算中求出。 塔頂氣相各組分量 =對(duì)應(yīng)進(jìn)料量－對(duì)應(yīng)一塔吸收量。 表 2— 7 吸收一塔物料衡算 計(jì)量單位：見(jiàn)表 物料 輸入 物料 輸出 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)銀川學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 名稱 kmol kg 名稱 kmol kg CH2O 成品 CH3OH CH2O HCOOH CH3OH H2O HCOOH CO2 H2O CO 塔頂氣體 CH4 CH2O H2 CH3OH O2 H2O N2 CO2 來(lái)自二塔液 CO CH2O 6 CH4 CH3OH H2 H2O O2 N2 合計(jì) 吸收二塔物料衡算： 進(jìn)料的進(jìn)塔氣相量在表 2— 6 中求得，塔頂加水量已在物料衡算中求得。 出料的尾氣在物料衡算中已求出，二塔液相采出量與表 2— 6中相同 表 2— 8 吸收二塔物料衡算 計(jì)量單位：見(jiàn)表 物料 輸入 物料 輸出 名稱 kmol kg 名稱 kmol kg 進(jìn)料氣相 尾氣