【導(dǎo)讀】本設(shè)計的任務(wù)為年產(chǎn)2萬噸37%甲醛水溶液裝置的工藝設(shè)計。其中說明書包括：、性質(zhì)及用途；生產(chǎn)方法的論證及選擇、生產(chǎn)原理、流程選擇及控制標(biāo)準(zhǔn)；；生產(chǎn)及三廢治理；9.技術(shù)經(jīng)濟初步核算?？刂屏鞒虉D；、立面圖。

　　

【正文】 業(yè)設(shè)計說明書 —— 年產(chǎn) 2 萬噸甲醛裝置工藝設(shè)計 20 過熱器 ℃ 110～ 120 氧化器觸媒層 ℃ 620～ 660 水洗塔空氣出口 ℃ 25 氣體出一塔 ℃ ≤ 55 吸收一塔底 ℃ ≤ 60 吸收二塔頂 ℃ ≤ 35 吸收二塔底 ℃ ≤ 35 蒸發(fā)器加熱熱水進(jìn)口 ℃ 72 蒸發(fā)器加熱熱水出口 ℃ 62 氧化器廢熱鍋爐出口 ℃ 160 氧化器水冷段氣體出口 ℃ 80～ 120 成品液 ℃ 40 尾氣 ℃ 25 液位 一塔 % 25～ 35 二塔 % 25～ 35 蒸發(fā)器 % 60～ 80 氣包 % 45 含量 成品液甲醛 Wt% 37 成品液甲醇 Wt% 尾氣中甲醛含量 Vol% 尾氣中水汽含量 Vol% 尾氣中 CO2 含量 Vol% ≤ 尾氣中 CO 含量 Vol% ≤ 尾氣中 O2 含量 Vol% ≤ 尾氣中 H2 含量 Vol% 16～ 23 尾氣中 N2 含量 Vol% 其他 蒸汽配料濃度 % 60 氧醇比 ～ 甲醇單耗 ≤ 490kg 接觸時間 s ～ 氧化器廢熱鍋爐停留時間 s ～ 觸煤 Ag≥ % Fe≤ 粒度： 8－ 32 目 湘潭工學(xué)院化學(xué)工程系 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 —— 年產(chǎn) 2 萬噸甲醛裝置工藝設(shè)計 21 第三章 工藝計算 第一節(jié) 物料衡算的計算依據(jù) 生產(chǎn)能力 以生產(chǎn) 37%甲醛水溶液 20200t/y 計算 工作日 以 300 天計 日產(chǎn)量： 20200247。 300=小時產(chǎn)量： 247。 24=計算時取 按 300 天計，全年產(chǎn)量 20200t 原料消耗定額 （ 1） 取國內(nèi)同類型裝置先進(jìn)水平、先進(jìn)工藝， 465kg 甲醇 /t37%甲醛。 （ 2）取氧化溫度為 650℃的蒸汽配料濃度為 60%。 氧醇比： 尾氣組成：（體積百分比） 組分： CO2 CO O2 N2 H2 H2O 含量： 18 化學(xué)反應(yīng) ： 主反應(yīng) : (1) CH3OH＋ 1/2O2 HCHO＋ H2O ＋ (2) CH3OH HCHO＋ H2 － kcal/mol 副反應(yīng) : (3) CH3OH＋ 3/2 O2→ CO2＋ 2H2O ＋ kcal/mol (4) CH3OH＋ O2→ CO＋ 2H2O ＋ kcal/mol 產(chǎn)品采用兩填料塔串聯(lián)吸收，其中 1塔吸收率為總吸收率的 90%。 原料：工業(yè)甲醇 [含 CH3 OH 98%（ Wt%） ]。 第二節(jié) 物料衡算過程 計算過程以每小時（ h）為時間基準(zhǔn)，千摩爾（ kmol）為質(zhì)量基 準(zhǔn) 。 一、 蒸發(fā)器 CH3OH、 N O H2O 工業(yè)甲醇 濕空氣 （ CH3OH、 H2O） （ O N H2O） 蒸發(fā)器 湘潭工學(xué)院化學(xué)工程系 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 —— 年產(chǎn) 2 萬噸甲醛裝置工藝設(shè)計 22 進(jìn)料 （ 1）工業(yè)甲醇： 465=1302 kg 折純 CH3 OH： 1302 = kg= kmol 甲醇帶水： 1302－ = kg= kmol （ 2）空氣量： 氧醇比 = = 空氣標(biāo)準(zhǔn)流量 =甲醇重量 247。（ 32 ） = = Nm3 /h 其中氧氣重量 = 247。 = kmol = kg 氮氣重量 = 247。 = kmol = kg 絕干空氣重量 =WO2＋ WN2 =＋ = kg = kmol （ 3）空氣帶水： 假設(shè)水洗塔空氣出口溫度為 25℃，濕空氣呈飽和狀態(tài)，查濕空氣 H～ I 圖（《化工工藝設(shè)計手冊》下冊），得每千克 絕干空氣含水蒸氣 kg。則空氣帶水為： = kg = kmol 濕空氣總重量 =干空氣＋水蒸氣 =＋ = kg = kmol 出料 組成與進(jìn)料完全一樣。 物料衡算表 表３－１：蒸發(fā)器物料平衡表 進(jìn)料 出料 組分 kg kmol wt% kg kmol mol% CH3OH 甲醇帶水 N2 O2 空氣帶水 ∑ 湘潭工學(xué)院化學(xué)工程系 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 —— 年產(chǎn) 2 萬噸甲醛裝置工藝設(shè)計 23 二、 過熱器 二元氣 三元氣 CH3OH、空氣 CH3OH、空氣、 H2O（ g） 蒸汽 進(jìn)料 （ 1）蒸發(fā)器來的甲醇、空氣二元氣體，其組成見表 3— 1 出料。 （ 2）配料蒸汽 配料濃度 =WCH3OH247。（ WCH3OH＋ WH2O） 100%=60% 水汽重量 WH2O= WCH3OH 247。 =2/3 WCH3OH = 2/3== 出料 組成與進(jìn)料一樣 物料衡算表 表３－２：過熱器物料平衡表 進(jìn)料 出料 組分 kg kmol wt% kg kmol mol% CH3OH 甲醇帶水 N2 O2 空氣帶水 配料蒸汽 ∑ 三、 氧化器 CHOH、 Air、 H2O（ g） 三元氣體 HCHO、 CH3OH、 H2O、 CO CO、 O H N2 進(jìn)料 進(jìn)料組成同過熱器出料，見表 3— 2 出料。 過熱器 氧化器 湘潭工學(xué)院化學(xué)工程系 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 —— 年產(chǎn) 2 萬噸甲醛裝置工藝設(shè)計 24 出料 （ 1） 甲醛生成量： 設(shè)計能力為 2800kg37%甲醛水溶液 /小時，另尾氣含醛，設(shè)這部分損失量按 1%計。則甲醛生成總量為 2800 37% 101%== （ 2） 尾氣 量： 因 N2 在生產(chǎn)全過程中不參加任何反應(yīng)，故 N2 量不變，以 N2 的量為計算基準(zhǔn)，可得尾氣量。 已知尾氣中 N2 含量為 %（ V%），則尾氣量為 V=??= 3 根據(jù)尾氣的體積百分比數(shù)計算尾氣各組分的重量： CO2 247。 == CO 247。 == O2 247。 == N2 247。 == H2 247。 == H2O 247。 == 合計 干尾氣 － = － = （ 3） 甲醇平衡： 進(jìn)料 CH3OH 脫氫反應(yīng)耗甲醇 CH3OH→ HCHO+H2 耗甲醇數(shù)與尾氣中 H2 數(shù)相等（ ， ） 氧化反應(yīng)耗甲醇 =甲醛生成總量－脫氫反應(yīng)產(chǎn)生甲醛 =－ == 副反應(yīng)耗甲醛 =（ CO2＋ CO）總量 =＋ == 未反應(yīng)的甲醇 =進(jìn)料－反應(yīng)消耗 =－ － － == （ 4）氧平衡 進(jìn)料氧氣： 湘潭工學(xué)院化學(xué)工程系 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 —— 年產(chǎn) 2 萬噸甲醛裝置工藝設(shè)計 25 反應(yīng)耗氧氣： 1/2 ＋ 3/2 ＋ == 未反應(yīng)氧氣： － == （ 5）氧化器生成水量 進(jìn)料水： 反應(yīng)生成水： ＋ 2 ＋ 2 == 合計 14170716kg 物料衡算表 表３－３：氧化器物料平衡表 進(jìn)料 出料 組分 kmol kg mol% 組分 kmol kg mol% CH3OH HCHO O2 CH3OH N2 H2O H2O CO2 CO O2 H2 N2 ∑ ∑ 四、 吸收一塔 出塔氣 二塔來氣 氧化器來氣 成品液 已知：進(jìn)料組成與氧化器出料同。 氣體入塔溫度 80℃，出塔溫度 34℃ 吸收一塔吸收率為總吸收率的 90% 塔底壓力為 795mmHg，塔頂壓力為 785mmHg 計算： 吸收甲醛： 2800 37% 90%= kg kmol 吸收甲醇： 90%= kg kmol 出塔氣含甲醛： － = kg kmol 吸收一塔 湘潭工學(xué)院化學(xué)工程系 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 —— 年產(chǎn) 2 萬噸甲醛裝置工藝設(shè)計 26 出塔氣含甲醇： － = kg kmol 出塔氣總重量（干基）： WHCHO+WCH3OH+W 尾氣（干） =++－ = kg kmol 34℃水的飽和蒸汽壓為 ，查《有機化學(xué)實驗》 P3 82。計算出塔氣中水汽量。 由道爾頓定律，摩爾比即分壓比 247。（ 785－ ） = kmol= kg 一塔冷凝水量： － = kg kmol 二塔來液量的計算： 甲醛平衡： 二塔來液甲醛量 =成品甲醛量＋出塔氣甲醛量－入一塔氣甲醛量 成品甲醛 =2800 37%=1036 kg= kmol 二塔來液甲醛量 =1036+－ = kg= kmol 甲醇平衡： 二塔液甲醇量 =出一塔氣中甲醇量 = kg= kmol 水平衡： 二塔液水量 =成品中水量 +出塔氣水量－入塔氣水量 成品中甲醇 = kg 成品中水量 =成品量－成品中甲醛－成品中甲醇 =2800－ 1036－ = kg kmol 二塔液水量 =＋ － = kg kmol 二塔來液量及組成 一塔成品液及組成 kg wt% kg w t% HCHO 1036 37 CH3OH H2O ∑ 100 2800 100 吸收一塔物料衡算表：（見表 3－ 4） 湘潭工學(xué)院化學(xué)工程系 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 —— 年產(chǎn) 2 萬噸甲醛裝置工藝設(shè)計 27 五、 吸收二塔 尾氣 工 藝補水 一塔氣 至一塔 進(jìn)料 (1)吸收一塔來氣體，組成見表 3— 4“出塔氣體”； (2)工藝補水 由水平衡 工藝補水 =至一塔液水量＋尾氣含水－一塔氣含水 =＋ － = = 出料 (1) 去一塔頂部液體，其組成見表 3— 4“二塔來液” (2) 出塔尾氣，其組成如下： HCHO 為 － 1036== CH3OH 被全部吸收，出塔尾氣含量為 0。 吸收二塔物料 衡算表：（見表 3－ 5） 六、 甲醛裝置總物料平衡圖 進(jìn)料 出料 工業(yè) CH3OH 1302 kg/h 尾氣 kg/h 空氣 kg/h 工業(yè)損耗 配料蒸汽 kg/h 工藝補水 kg/h 成品甲醛 2800 kg/h 七、 甲醛裝置總物料衡算 （ 見表 3－ 6） 2萬噸甲醛裝置 吸收二塔 湘潭工學(xué)院化學(xué)工程系 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 —— 年產(chǎn) 2 萬噸甲醛裝置工 藝設(shè)計 28 表 3－ 4：吸收一塔物料平衡表 進(jìn)料 出料 組分 進(jìn)塔氣體 二塔來液 出塔氣體 成品液 kmol kg mol% kmol kg wt% kmol kg mol% kmol kg wt% HCHO