【正文】 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。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。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。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,。塔頂：塔頂為未被吸收的甲醛蒸汽，進入第二吸收塔。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。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。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：經過甲醇蒸發(fā)器只是將甲醇轉化為氣體，其他組分沒發(fā)生變化，所以為進料中各組分的含量。③水量衡算（按每小時計）：尾氣中帶出的水：（kmol）=（kg）產品中帶出的水：（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：－（組 份工業(yè)甲醇組成（質量分數(shù)），%反應尾氣組成（體積分數(shù)），%甲醛溶液組成（質量分數(shù)），%其他參數(shù)CH3OHH2O空氣O221%,%,%O2CO2COCH4H2O2H2HCHOCH3OHN2HCHOCH3OHH2OHCOOH氧醇比配料濃度60%單耗CH3OH/37%HCHO第一吸收塔吸收率90%第二吸收塔循環(huán)液中甲醇濃度15% 物料流程簡圖甲醇氧化制甲醛的物料流程圖如下所示:蒸發(fā)器 尾氣去鍋爐 水蒸氣 二吸塔一吸塔反應器 補充水 甲醇 空氣 圖1 甲醇氧化制甲醛的物料流程圖 甲醛、甲醇物料衡算（均按每小時計）主反應：：CH3OH +1/2O2 = HCHO +H2O (1)CH3OH = HCHO + H2 (2)H2 +1/2O2 = H2O (3)副反應：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)該反應系統(tǒng)的物質數(shù)有10種，它們是CH3OH、HCHO、HCOOH、CO、COCHHOH2O、N2，構成這些物質的元素有4種，因此該系統(tǒng)的獨立反應數(shù)為10－4＝6，可選用反應以下反應作為該系統(tǒng)的獨立反應，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)（按每小時算）可知年開工為330天，需要生產甲醛40000t，則每小時生產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：實際甲醛產量：－=（kmol）折算成37%CH2O水溶液：30/37%=5129(kg)產品產量與設計要求基本一致。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含量成品液甲醛質量%成品液甲醇質量%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。因此，原料混合氣的純度也是影響反應的重要因素，生產中應盡可能使原料氣得以凈化。但在實際生產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)在甲醛的生產已由早期的負壓操作改為常壓操作。時間越長則副反應越強烈。停留時間過長，原料氣會被劇烈氧化，降低轉化率：停留時間過短，會有很多原料氣未被氧化。停留時間和空