【正文】 CH4 其中： CH2O O2 H2O H2 kg/h koml/h wt/% N2 液相 其中： CH2O H2O 合計(jì) 第二吸收塔物料衡算 （ 1） 塔頂尾氣計(jì)算 尾氣組成： 表 尾氣組成表 2CO CO 4CH 2O 2H OH2 OCH2 OHCH3 2N 22 % % % % 19% 2% % % % 由于在反應(yīng)前后的總量不變可得尾氣總量為： 2 1 6 .3 2 7 7 .1 6 % 2 2 8 .3 3 ( / )7 3 .1 % k m o l h? ? 其中： 2CO % ( / ) ( / )k m ol h k g h? ? ? CO % ( / ) ( / )k m ol h k g h? ? ? 4CH 22 8. 33 0. 2% 0. 46 ( / ) 7. 36 ( / )k m ol h k g h? ? ? 2O % ( / ) ( / )k m ol h k g h? ? ? 2H 19% ( / ) ( / )k m ol h k g h? ? ? OH2 22 8. 33 2% 4. 57 ( / ) 82 .2 6( / )k m ol h k g h? ? ? OCH2 % ( / ) ( / )k m ol h k g h? ? ? OHCH3 % ( / ) ( / )k m ol h k g h? ? ? （ 2） 二塔入一塔量計(jì)算 與 （ 4） 計(jì)算一致。假定剩余甲醇及生成的甲酸均在一塔吸收，則 除水外 剩余 總氣體量 為 ： =。 則 ： 111m 2 1 0 .0 818 0 .3 3 60 .35 3 8 .2 8 1 8 0 .7 3 0mm????? ? 得 m1 =（ kg/h） =， 其中溶解甲醛： 30%/70%=。 查 [6]得 78℃ 水的飽和蒸汽壓： 4。100％＝ ％ O2 100% %? ? ? N2 16 1 46 1 10 0% 36 .25 %? ? ? （ 3） 過(guò)熱器物料衡算表 表 過(guò)熱器物料衡算表 進(jìn)料 出料 物料名稱(chēng) kg/h koml/h mol/% 物料名稱(chēng) kg/h koml/h mol/% 原料氣 三元?dú)? 其中：CH3OH 其中：CH3OH H2O H2O O2 O2 N2 N2 配料蒸汽 合計(jì) 15 氧化器物料衡算 （ 1） 尾氣量計(jì)算 由 N2在反應(yīng)前后的總量不變可得尾氣總量為： 1 6 6 .9 1 2 2 8 .3 3 ( / )7 3 .1 % km ol h? 由尾氣組成： 表 尾氣組成表 2CO CO 4CH 2O 2H OH2 OCH2 OHCH3 2N % % % % 19% 2% % % % 可得尾氣中各組分量為： 2CO % ( / ) ( / )k m ol h k g h? ? ? CO % ( / ) ( / )k m ol h k g h? ? ? 4CH 22 8. 33 0. 2% 0. 46 ( / ) 7. 36 ( / )k m ol h k g h? ? ? 2O % ( / ) ( / )k m ol h k g h? ? ? 2H 19% ( / ) ( / )k m ol h k g h? ? ? OH2 22 8. 33 2% 4. 57 ( / ) 82 .2 6( / )k m ol h k g h? ? ? OCH2 % ( / ) ( / )k m ol h k g h? ? ? OHCH3 % ( / ) ( / )k m ol h k g h? ? ? （ 2） 反應(yīng)方程式 主反應(yīng)方程式 CH3OH+1/2 O2→HCHO+H 2O (1) CH3OH ? HCHO+H2 (2) 副反應(yīng)方程式： CH3OH +3/2 O2→CO 2+2H2O (3) CH3OH + O2→CO+2H 2O (4) CH3OH + H2→CH 4+H2O (5) CH3OH + O2→HCOOH+ H 2O (6) （ 3） 甲醇消耗量計(jì)算 反應(yīng) (2)消耗甲醇 ( / ) ( / )k m ol h k g h? ? ? 反應(yīng) (3)消耗甲醇 7. 31 ( / ) 23 3. 92 ( / )k m ol h k g h? 反應(yīng) (4)消耗甲醇 0. 46 ( / ) 14 .7 2( / )k mol h k g h? 16 反應(yīng) (5)消耗甲醇 0. 46 ( / ) 14 .7 2( / )k mol h k g h? 反應(yīng) (6)消耗甲醇 h) 尾氣中帶走的甲醇 0. 46 ( / ) 14 .7 2( / )kmol h kg h? 產(chǎn)品中帶走的甲醇 1. 56 ( / ) 49 .9 2( / )k mol h k g h? 反應(yīng) (1)消耗甲醇 1 1 3 . 5 7 4 3 . 3 8 0 . 4 6 7 . 3 1 0 . 4 6 0 . 4 6 0 . 0 0 2 0 . 4 6 1 . 5 65 9 . 4 6 ( / ) 1 9 0 2 . 7 2 ( / )k m o l h k g h? ? ? ? ? ? ? ??? （ 4） 實(shí)際得到的甲醛量 氧化反應(yīng) (1)產(chǎn)生的甲醛量： ( / ) /k m ol h k g h? 脫氫反應(yīng) (2)得到的甲醛量為： 43 .8 4( / ) 13 15 .2 /km ol h kg h? 甲醛總產(chǎn)量： ( / ) /k m ol h k g h? ? ? 尾氣中帶走的甲醛量為 則產(chǎn)品中實(shí)際得到的 甲醛產(chǎn)量為： 10 3. 30 0. 46 10 2. 84 ( / ) 30 85 .2 0( / )k m ol h k g h? ? ? 折算成 37%甲醛水溶液為： 37% ( / )k g h?? 則實(shí)際年產(chǎn)量為： 83 38 .3 8 24 30 0 10 00 60 03 6( )t? ? ? ? 實(shí)際單耗為： ? （ 5） 氧氣量核算 反應(yīng) (1)消耗氧氣 ?? (koml/h) 反應(yīng) (3)消耗氧氣 kmol/h 反應(yīng) (4)消耗氧氣 kmol/h 反應(yīng) (6)消耗氧氣 kmol/h 則尾氣中帶走的氧氣 45 .4 3 29 .7 3 10 .9 7 0. 46 0. 02 4. 25 ( / )k m ol h? ? ? ? ? 尾氣中氧氣的含量 4 . 2 5 1 0 0 % 1 . 8 6 %2 2 8 . 3 3??，與前面給定值 %基本相符。 物料衡算 設(shè)計(jì) 依據(jù) 《年產(chǎn) 6 萬(wàn)噸甲醛水溶液工 業(yè)裝置 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)》 設(shè)計(jì)條件 （ 1） 年產(chǎn)量 ： 6 萬(wàn)噸 37%甲醛水溶液 （ 2） 空氣成分： 表 空氣成分表 2O 2N OH2 21% % % （ 3） 尾氣組成： 表 尾氣組成表 12 2CO CO 4CH 2O 2H OH2 OCH2 OHCH3 2N % % % % 19% 2% % % % （ 4） 成品組成： 表 成品組成表 OCH2 OHCH3 HCOOH OH2 37% % % % （ 5） 氧醇比： （ 6） 單耗： (98% OHCH3 )/t(37% OCH2 水溶液 ) （ 7） 原料甲醇組成： OHCH3 98%， OH2 2% （ 8） 年工作日： 300 天， 則 小時(shí)產(chǎn)量 為 ： )/( 106 7 hkg??? 其中： OCH2 )/()/(% hk m o lhkg ??? OHCH3 )/()/(% 3 3 3 hk mo lhkg ??? HCOOH )/()/(% 3 3 3 hk mo lhkg ??? OH2 )/( 1 9 9) 0 8 3( 3 3 3 hkg???? )/( hkmol? （ 9） 配料比： （ 10） 吸收流程：采用兩塔吸收，一塔吸收甲醛總量的 90%。 （ 6）反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)顆粒內(nèi)微孔擴(kuò)散到催化劑顆粒外表面。 （ 4）在表面活性中心進(jìn)行反 應(yīng)。 （ 2）反應(yīng)物經(jīng)顆粒內(nèi)微孔擴(kuò)散到固體催化劑顆粒的內(nèi)表面。 甲醛反應(yīng)過(guò)程是一個(gè)氣固相催化反應(yīng)過(guò)程。這對(duì)于節(jié)約原料、提高產(chǎn)品質(zhì)量和簡(jiǎn)化后處理工序都具有重大的意義。催化劑不僅能改變化 學(xué)反應(yīng)速度，還可以改變反應(yīng)機(jī)理。K ) 298()RH? 25℃ 標(biāo)準(zhǔn)焓變， J/(mol主反應(yīng)式如下： OHH CH OOOHCH 223 21 ??? (1) OHCH3 2HHCHO? (2) 熱力學(xué)分析 轉(zhuǎn)化的壓力平衡常數(shù)和熱效應(yīng) [2] (1) OHH CH OOOHCH223 21 ??? 212322][][][][OOHCHOHOCHKC ??? ， 212322OOHCHOHOCHPPPPPK??? (2) OHCH3 2HHCHO? ][ ][][ 3 22 OHCH HOCHK C ?? ， OHCH HOCHP P PPK 3 22 ?? OCHP2 CH2O的平衡分壓， Pa OHCHp 3 CH3OH的平衡分壓， Pa 2OP O2的平衡分壓， Pa 2HP H2的平衡分壓， Pa OHP2 H2O(g)的平衡分壓， Pa Kp值僅隨溫度變化，其關(guān)系由范特荷夫方程式來(lái)決定： 10 ln 2d Kp QpdT RT?? 式中： Qp 反應(yīng)熱， Jmol CH3OH，即在等溫條件下，反應(yīng)體系的負(fù)焓變值 ()RTH?? R 氣體常數(shù)，等于 J/(mol總反應(yīng)是一個(gè)放熱反應(yīng)，副反應(yīng)較多，其產(chǎn)物有 CO、 CO H HCOOH等等。主要控制部位有 : （ 1） 甲醇蒸發(fā) 器液位 的控制 ； （ 2） 氧化反應(yīng)器 反應(yīng) 溫度控制 ； 9 （ 3） 一、二塔液位 的控制 ； （ 4） 廢熱鍋爐液位的控制。 設(shè)備更新 采用新式高效過(guò)濾器對(duì)三元?dú)膺M(jìn)行過(guò) 濾，代替原有的玻璃棉與玻璃絲，有效濾去雜質(zhì)，使催化劑壽命延長(zhǎng)，同時(shí)減輕了工作強(qiáng)度，改善了生產(chǎn)環(huán)境 ；對(duì)蒸發(fā)器進(jìn)行了除沫改造，液體夾帶更少，操作更穩(wěn)定；氧化器急冷段采用雙管板結(jié)構(gòu)，可以延長(zhǎng)使用；一、二塔均采用絲網(wǎng)填料，改善了液體分布及吸收效果，同時(shí)系統(tǒng)阻力大為減??；采用甲醛專(zhuān)用尾氣鍋爐，燃燒更充分，使用壽命延長(zhǎng)。尾氣鍋爐所產(chǎn)蒸汽 除補(bǔ)給三元?dú)獾倪^(guò)熱外，其余的 進(jìn)人蒸汽管網(wǎng)供其他生產(chǎn)用。氧化器分為氧化室、急冷段、冷卻段三部分 。據(jù)測(cè)算，甲醛損失可減少 1%~%。 采用了雙塔串聯(lián)吸收流程 第一吸收塔主要用來(lái)保證 吸收大部分 甲醛 ，形成合格 的 產(chǎn)品 ； 第二吸收塔的下段充分吸收余氣 中 甲醛 ， 但因吸收平衡濃度影響，吸收不徹底，因而 上段 板式結(jié)構(gòu)采用軟水 吸收尾氣中 剩余 的 甲醛 ， 減少排放損失 ， 降低 原料消耗。 圖 銀法的甲醛生產(chǎn)工藝基本方塊圖 裝置 設(shè)計(jì)特 點(diǎn) 空氣以鼓泡形式進(jìn)入蒸發(fā)器與甲醇混合 甲醇高位槽 過(guò)熱器 過(guò)濾器 熱水槽 氧化爐 2吸收塔 1冷卻塔 1吸收塔 2冷卻塔 尾氣燃燒爐 甲醛中間槽 甲醛儲(chǔ)槽 過(guò)濾器 甲醇蒸發(fā) 器 空 氣 配料蒸汽 8 首先有利于傳熱，甲醇在空氣的鼓吹下能達(dá)到湍流的狀態(tài)，有利于達(dá)到最佳的傳熱效果；其次，降低了甲醇的沸點(diǎn)。甲醇經(jīng)氧化、脫氫反應(yīng)生成甲醛，產(chǎn)物在一個(gè)帶有蒸汽發(fā)生裝置的急冷段被迅速冷卻到 220℃ 左右，之后經(jīng)過(guò) 冷卻段 進(jìn)一步冷卻到 80～ 90℃ ，再進(jìn)入吸收塔底部，甲醇蒸汽和甲醛在塔底被冷凝和吸收。銀法基本工藝為：甲醇用空氣鼓泡的方式在蒸發(fā)器中 與甲醇 形 成二元混合氣體，再 與 水蒸汽混合成甲醇－空氣－水 (蒸汽 )三元混合氣。鐵、鉬催化劑活性高、壽命長(zhǎng)，對(duì)毒物不敏感，單耗低，