甲醛的課程工藝設(shè)計

PAGEPAGE14前言甲醛是重要的有機(jī)化工基礎(chǔ)原料，是甲醇最重要的衍生物產(chǎn)品之一，甲醛的用途十分廣泛，主要用于生產(chǎn)脲醛、酚醛、聚甲醛和三聚氰胺等，也用于生產(chǎn)醫(yī)藥產(chǎn)品、農(nóng)藥和染料以及消毒劑、殺菌劑、防腐劑等。目前甲酴的生產(chǎn)均采用甲醇為原料，銀催化劑，經(jīng)空氣氧化得到，其濃度為37%左右，其余為水，含甲醛40%、甲醛80%的水溶液叫做福爾馬林，是常用的殺菌劑和防腐劑。甲醛是脂肪族中的最簡單的醛，化學(xué)性質(zhì)十分活潑。甲醛最早由俄國化學(xué)家A.M.Butlerov于1895年通過亞甲基二乙酯水解制得。1868年，A.M.Hoffmann使用鉑催化劑，用空氣氧化甲醇合成了甲醛，并且確定了它的化學(xué)特性。1886年Loews使用銅催化劑和1910年Blank使用銀催化劑使甲醛實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。1910年，由于酚醛樹脂的開發(fā)成功，使甲醛工業(yè)得到了迅猛的發(fā)展。隨著甲醛工業(yè)生產(chǎn)的不斷擴(kuò)大和甲醛產(chǎn)品的深入研究，其生產(chǎn)工藝的日漸完善，對甲醛生產(chǎn)設(shè)備的要求也在不斷提高。工業(yè)甲醛生產(chǎn)典型的有機(jī)合成工藝，在我國已有近五十年的歷史。我國的甲醛生產(chǎn)技術(shù)無論在裝置技術(shù)、催化劑的改進(jìn)、還是余熱利用方面都已有了長足的進(jìn)步，其主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)已過到國際上同類生產(chǎn)工藝先進(jìn)水平。從我國甲醛的生產(chǎn)現(xiàn)狀看，結(jié)合畢業(yè)實習(xí)的相關(guān)內(nèi)容，此設(shè)計采用的是銀催化劑氧化生產(chǎn)甲醛的生產(chǎn)工藝流程。在整個設(shè)計過程中，按照設(shè)計任務(wù)書的要求，對年產(chǎn)3萬噸甲醛裝置進(jìn)行了完整的物料衡算與熱量衡算，對工藝過程中的主要設(shè)備進(jìn)行了較為詳細(xì)的工藝計算，同時也對裝置的技術(shù)經(jīng)濟(jì)狀況進(jìn)行了初步估計。由于本人能力有限，加上時間較為倉促，在整個設(shè)計中難免有錯誤和不足之處，敬請老師和同行批評指正。設(shè)計依據(jù)及原則（2.1）設(shè)計依據(jù)CH2O＋CO＋H2→HOCH2CHO（2.2）設(shè)計指導(dǎo)思想和設(shè)計原則主要從能耗、投資、環(huán)境等因素考慮。產(chǎn)品方案（3.1）產(chǎn)品名稱和性質(zhì)產(chǎn)品名稱：甲醛化學(xué)分子式：HCHO分子量：30.03產(chǎn)品性質(zhì)A.物理性質(zhì)甲醛又稱蟻醛，是無色有強烈刺激性氣味的氣體，對空氣的比重為1.06，略重于空氣，易溶于水、醇和醚，甲醛在常溫下是氣態(tài)，通常以水溶液形式出現(xiàn)。其30%~40%的水溶液為福爾馬林液，此溶液沸點為19℃。故在室溫時極易揮發(fā)，隨著溫度的上升揮發(fā)速度加快。甲醛易聚合成多聚甲醛，其受熱易發(fā)生解聚作用，并在室溫下可緩慢釋放甲醛。表1-2甲醛的物理性質(zhì)計量單位:見表項目數(shù)值密度(g/cm3)-80℃0.9151-20℃0.8153沸點(101.3kPa)/℃-19熔點℃-118汽化熱(19℃)/(kj/mol)23生成熱(25℃)/(kj/mol)-116標(biāo)準(zhǔn)自由能(25℃)/(kj/mol)-109.7比熱容J/(mol.k)35.2熵J/(mol.k)218.6燃燒熱(kj/mol)561～569臨界溫度℃137.2～141.2臨界壓力Mpa6.81～6.66空氣中爆炸極限%7.0～73著火點℃430B.化學(xué)性質(zhì)甲醛分子中含有醛基，具有典型的醛類的化學(xué)性質(zhì)，同時又含有羰基碳原子鍵合的較為活潑的α-H，使甲醛的化學(xué)性質(zhì)十分活潑，能參加與多種化學(xué)反應(yīng)。在此只介紹幾種重要的化學(xué)反應(yīng)。（1）加成反應(yīng)1）在有機(jī)溶劑中，甲醛與烯烴在酸催化下發(fā)生加成反應(yīng)，通過這種反應(yīng)，可由單制備雙烯烴，并增加一個碳原子，例如甲醛與異丁烯反應(yīng)得到異戊二烯。2）在乙炔酮、乙炔銀和乙炔汞催化劑存在下，單取代乙炔化合物與甲醛加成生成炔屬醇（Reppe反應(yīng)）。對乙炔來說，加上2mol甲醛，生成2-丁炔-1，4-二醇，2-丁炔-1，4-二醇進(jìn)一步加氫生成重要的化學(xué)1，4-丁二醇。3）在堿性溶液中，甲醛和氰化氫反應(yīng)生成氰基甲醇。（2）縮合反應(yīng)甲醇除自身外，能各多種醛、醇、酚、胺等化合物發(fā)生縮合反應(yīng)?？s合反應(yīng)是甲醛最重要的化學(xué)反應(yīng)。1）甲醛能發(fā)生自縮合反應(yīng)，生成三聚甲醛或多聚甲醛。60%濃甲醛溶液在室溫下長期放置就能自動聚合成三分子的環(huán)狀聚合物。2）在NaOH溶液中，甲醛自身縮合生成羥基乙醛。HOCH3CHO它能進(jìn)一步快速與甲醛縮合生成碳水化合物，俗稱Formose反應(yīng)。3）甲醛聚糖反應(yīng)是已知的唯一一步合成碳水化合物的方法，它在生成物多元醇和甲醛生物工程利用中具有潛在的重要意義。在RhCl(Ph3P)和叔胺催化體系的作用下，在120℃3~12Mpa的條件下甲醛與合成氣反應(yīng)生成販丙糖、戊糖和己糖。4）在堿性催化劑作用下，甲醛和酚首先發(fā)生加成反應(yīng)。生成多羥基苯酚，生成多羥基苯酚受熱后，可進(jìn)一步縮合脫水，生成酚醛樹脂。5）甲醛很容易和氨及胺發(fā)生縮合反應(yīng)，生成鏈狀或環(huán)狀化合物。甲醛和氨在20~30℃條件下縮合生成六亞甲基四胺，俗稱烏洛托品。（3）分解反應(yīng)純的、干燥的甲醛氣體能在80~100℃的條件下穩(wěn)定存在，在300℃以下時，中醛發(fā)生緩慢分解為CO和H2，400℃時分解速度加快，達(dá)到每分鐘0.44%的分解速度。300℃HCHO→CO＋H2（4）氧化還原反應(yīng)甲醛極易氧化成甲酸、進(jìn)而氧化為CO2和H2OO2O2HCHO→HCOOH→CO2＋H2O（5）羰基化反應(yīng)在鈷或銠催劑作用下，于110℃和13-15Mpa條件下，甲醛與合成氣（H2/CO=1-3）能進(jìn)行羥基化反應(yīng)生成乙醇醛，進(jìn)一步加氫可以生成乙二醇，該反應(yīng)也稱甲醛氫甲酰化反應(yīng)。CH2O＋CO＋H2→HOCH2CHO在羰基銠催化劑和鹵化物促進(jìn)劑的作用下，甲醛與合成氣能進(jìn)行同系化反應(yīng)生成乙醛，進(jìn)一步加氫生成乙醇。（3.2）產(chǎn)品質(zhì)量規(guī)格多年來，我國生產(chǎn)的工業(yè)甲醛都是單一的37%（wt）濃度的水溶液，使用中存在濃度低、運輸費用高和影響某些下游產(chǎn)品的加工性能及廢水處理等問題。近年來，隨著甲醛下游產(chǎn)品的發(fā)展和“鐵鉬法”生產(chǎn)甲醛技術(shù)的引進(jìn)，甲醛產(chǎn)品的規(guī)格品種已開始向多種化工方向發(fā)展，現(xiàn)根據(jù)需要，可生產(chǎn)除37%（wt）濃度以外的37%-55%（wt）濃度的多種甲醛產(chǎn)品供應(yīng)市場。由于歷史的原因，目前我國工業(yè)甲醛執(zhí)行的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)仍是以37%（wt）濃度的產(chǎn)品，我國工業(yè)甲醛（37%）的質(zhì)量大部分都達(dá)到優(yōu)極品標(biāo)準(zhǔn)，有的還根據(jù)用戶和自身的要求，嚴(yán)格控制酸度和甲醇含量等標(biāo)準(zhǔn)。但企業(yè)間仍存在一定的差異，少數(shù)企業(yè)優(yōu)極品率低，質(zhì)量波動較大。我國甲醛生產(chǎn)廠家現(xiàn)主要集中地單位：萬噸地區(qū)名企業(yè)數(shù)生產(chǎn)能力產(chǎn)量(2003年)200120022003全國276722.5287.6426.6308.97山東4911762.78139.49吉林1020.57.81016.09黑龍江1018.5572.54遼寧22217.68.83.62內(nèi)蒙古50.50.51.10.58河南26368.810.53.75河北3472.532.430.321.14北京153.61.40天津4123.232.77山西4171.850.82陜西241.41.42.46新疆110.30.60.54江蘇198831.83346.55浙江10331824.527.44安徽8301112.413.52上海533.523.522.515.29重慶28455.55四川8235.75.26.19廣西372.93.74.27寧夏110.21.11.14甘肅11.51.20.40.84云南612.567.313.84貴州23.51.51.82.85江西27.53.54.15.5廣東128621.623.836.46福建13258.713.913.25湖南5168.19.115.3湖北917.53.46.716.3海南24.51.410.88（3.3）產(chǎn)品用途甲醛屬于用途廣泛、生產(chǎn)工藝簡單、原料供應(yīng)充足的大眾化工產(chǎn)品，是甲醇下游產(chǎn)品中的主干，世界年產(chǎn)量在2500萬噸左右，30%左右的甲醇都用來生產(chǎn)甲醛。但甲醛是一種濃度較低的水溶液，從經(jīng)濟(jì)角度考慮不便于長距離運輸，所以一般都在主消費市場附近設(shè)廠，進(jìn)出口貿(mào)易也極少。甲醛除可直接用作消毒、殺菌、防腐劑外，主要用于有機(jī)合成、合成材料、涂料、橡膠、農(nóng)藥等行業(yè)，其衍生產(chǎn)品主要有多聚甲醛、聚甲醛、酚醛樹酯、脲醛樹酯、氨基樹酯及烏洛托產(chǎn)品。（3.4）原材料說明原材料名稱：甲醇A.物理性質(zhì)甲醇是最簡單的飽和脂肪酸，分子式CH3OH，相對分子質(zhì)量32.04，常溫常壓下，純甲醇是無色透明、易揮發(fā)、可燃、略帶醇香味的有毒液體。甲醇可以和水以及乙醇、乙醚等許多有機(jī)液體無限互溶，但不能與脂肪烴類化合物相互溶，甲醇蒸氣和空氣能形成爆炸性混合物，爆炸極限為6.0%~36.5%（體積）。B.化學(xué)性質(zhì)甲醇是最簡單的飽和脂肪醇，具有脂肪醇的化學(xué)性質(zhì)，即可進(jìn)行氧化，酯化、羰基化、胺化、脫水等反應(yīng)；甲醇裂解生CO和H2，是制備CO和H2的重要化學(xué)方法。在此只介紹幾種重要的化學(xué)反應(yīng)。（1）氧化反應(yīng)甲醇在電解銀催化劑下可被空氣氧化成甲醛，是重要的工業(yè)制備甲醛的方法；（2）酯化反應(yīng)甲醇可與多種無機(jī)酸和有機(jī)酸發(fā)生酯化反應(yīng)。甲醇和硫酸發(fā)生酯化反應(yīng)生成硫酸氫甲酯，硫酸氫甲酯經(jīng)加熱減壓蒸餾生成重要的甲基化試劑硫酸二甲酯；（3）羰基化反應(yīng)甲醇和光氣發(fā)生羰基化反應(yīng)生成氯甲酸甲酯，進(jìn)一步反應(yīng)生成碳酸二甲酯；（4）裂解反應(yīng)在銅催化劑上，甲醇可裂解成CO和H2。四、合成方法及生產(chǎn)技術(shù)比較（4.1）甲醛的各種生產(chǎn)工藝比較目前，國內(nèi)外由甲甲醇生產(chǎn)甲醛主要有以下幾種方法：4.1.1銀催化劑法：用銀鋪成薄層的銀粒為催化劑，控制甲醇過量，反應(yīng)溫度在600-700℃之間。銀法工藝路線心德國BASF公司為代表。4.1.2鐵鉬催化劑法：用FeO、MO做催化劑，還經(jīng)常加入鉻和鈷的氧化物做助催化劑，甲醇與過量的空氣混合，經(jīng)凈化，預(yù)熱，在320-380℃溫度下反應(yīng)生成甲醛。鐵鉬催化劑法工藝路線以瑞典PERSTORP公司為典型。4.1.3甲縮醛氧化法：甲縮醛氧化法制取高濃度甲醛由三步進(jìn)程完成：甲縮醛的合成、甲縮醛氧化和過濃度甲醛吸收與處理。甲縮醛氧化法是制備高濃度甲醛溶液的另一種方法。日本旭化成公司于20世紀(jì)80年代開發(fā)成功的這一生產(chǎn)方法，是將甲醛和甲醇在陽離子交換樹脂的催化作用下，采用反應(yīng)精餾的方法先合成甲縮醛，然后將甲縮醛在鐵鉬氧化催化劑的作用下，用空氣氧化生產(chǎn)甲醛。4.1.4二甲醚氧化法：將二甲醚氣體與空氣混合，預(yù)熱后通過多管式固定床反應(yīng)器，管內(nèi)裝有金屬氧化物催化劑，管外用液體導(dǎo)熱法移走反應(yīng)熱量。反應(yīng)器結(jié)構(gòu)與鐵鉬法相同。反應(yīng)壓力為常壓，溫度450-500℃，空速為1000-4000m/h，催化劑為金屬氧化鎢，也有氧化鉍-氧化鉬催化劑的專利發(fā)表。反應(yīng)氣體速冷后進(jìn)入二段吸收系統(tǒng)，用離子交換法脫去甲酸，制得37-44%（wt%）的甲醛水溶液。4.1.5低碳烷烴直接氧化法：用低碳烴，例如天然氣或瓦斯氣體中甲烷及丙烷，丁烷等在No催化劑作用下，直接用空氣氧化而得到甲醛。其反應(yīng)式如下：CH4＋O2=HCHO＋H2（4.2）生產(chǎn)工藝比較目前，工業(yè)上幾乎所有的甲醛生產(chǎn)方法都是用銀催化劑法、鐵鉬催化劑法。4.2.1工藝技術(shù)比較銀法是以甲醇為原料以一定配比的甲醇和空氣、水蒸氣經(jīng)過過熱器，過濾器進(jìn)入氧化器，在催化床層使甲醇脫氫成甲醛。甲醛氣體和水蒸氣經(jīng)冷卻，冷凝由吸收塔吸收，制成37%的甲醛溶液成品。在銀法過程中也能做到適當(dāng)?shù)臐舛?。鐵鉬法用二元氣生產(chǎn)，銀法用三元氣生產(chǎn)，兩法所用催化劑不同。鐵鉬法所進(jìn)行的反應(yīng)為完全氧化反應(yīng)，而銀法是氧化脫氫反應(yīng)。故銀法選擇是甲醇與空氣混合的爆炸上限操作（混合比37%以上，醇過量），為保持脫氫反應(yīng)進(jìn)行，反應(yīng)溫度為650℃左右。反應(yīng)熱量靠加入水蒸氣等帶走。鐵鉬法選擇的是下限操作（混合比7%以下，氧過量），即與過量的空氣中的氧氣反應(yīng)。反應(yīng)溫度控制在430℃左右，而反應(yīng)的熱量靠惰性氣體帶走，所以在反應(yīng)過程中需引入尾氣塔，由于吸收系統(tǒng)中加水少，從而能制取高濃度甲醛。但由于采用了尾氣循環(huán)和足夠量的空氣，增加了動力的消耗，且由于氣體量的加大而使裝置能力相對減小了約25%。根據(jù)最新統(tǒng)計，美國鐵鉬法、銀法生產(chǎn)裝置各占50%，而國內(nèi)銀法占95%以上。甲醇→蒸發(fā)器→過熱器→三元過濾器→氧化器→吸收一塔→吸收二塔空氣電解銀法制甲醛工藝流程圖說明（1）用兩種方法生產(chǎn)的甲醛作為商品，鐵鉬法也有它的局限性，因為濃甲醛在常溫下容易聚合，高濃甲醛在貯存和運輸上很難處理。在制膠工業(yè)中客戶一般不喜歡用鐵鉬法制取的低醇含量的甲醛。如作為有些需要脫水的下游產(chǎn)品的原料，則有它的可取之處。（2）鐵鉬法一次性投資費用大，投資回收期長。與銀法相比其投資風(fēng)險大，而隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，近幾年銀法甲醛工藝也已有了很大的進(jìn)步（如單耗、能耗等），單耗已接近鐵鉬法水平。（3）銀法工藝上用的電解銀催化劑，其制法簡單，成本較低，并可重復(fù)使用。鐵鉬法由供應(yīng)商提供，價格昂貴且受到一定的制約。（4）用兩種工藝路線生產(chǎn)甲醛，銀法的運行成本在設(shè)備折舊費、能耗、催化劑消耗費用以及副產(chǎn)蒸汽等方面都優(yōu)于鐵鉬法；鐵鉬法在單耗，甲醛濃度上也有它的明顯優(yōu)點。2.2.2銀催化劑法和鐵鉬催化劑法的特點的比較：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(yīng)溫度（℃）600～720320～380反應(yīng)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（%）4～80.5～1.5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附：國內(nèi)外甲醛裝置能耗比較國內(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(jìn)一般先進(jìn)一般先進(jìn)一般先進(jìn)一般冷卻水20-3030-502028-4215-2035-452030-40蒸汽－0.2-0.5－0.3-0.1－0.6－0.3-0.5－0.3-0.5－0.3-0－0.6－0.3-0.5電2025-307085-9018-2030-408085-98注：以生產(chǎn)1噸37%的甲醛消耗量統(tǒng)計通過以上分析，我認(rèn)為銀法甲醛生產(chǎn)線具有投資小，能耗低，能生產(chǎn)高濃度甲醛，物耗又接近鐵鉬法水平等優(yōu)點，因此，將它推廣為首選的甲醛生產(chǎn)路線，應(yīng)比較適合中國的國情。（4.3）工藝流程介紹4.3.1流程說明熱水蒸汽工藝補水尾氣甲醇→蒸發(fā)器→過熱器→三元過濾器→氧化器→吸收一塔→吸收二塔空氣冷卻水甲醛產(chǎn)品圖3—1電解銀法制甲醛工藝流程圖原料氣的供給：原料甲醇用泵連續(xù)從甲醇貯槽送至高位槽，一部分甲醇流回甲醇貯槽，另一部分自高位槽能過甲醇過濾器過濾羰基鐵等到雜質(zhì)后，控制一定的流量進(jìn)入蒸發(fā)器；同時，空氣經(jīng)空氣過濾器過濾灰塵等到雜質(zhì)后由羅茨鼓風(fēng)機(jī)在蒸發(fā)器底部送入，并通過空氣放空來控制一定的量?？諝饨?jīng)過濾器由鼓風(fēng)機(jī)鼓入蒸發(fā)器?？諝夤呐萁?jīng)過0.8~1m的45℃甲醇液，被甲醇蒸發(fā)所飽和，蒸發(fā)器頂部裝有阻霧設(shè)施，分離夾帶的甲醇液滴。按照配料要求補加水蒸氣。用熱水或蒸氣調(diào)節(jié)蒸發(fā)器溫度后，控制在45~52℃（依據(jù)氧醇比和平衡濃度來定）。甲醇在蒸發(fā)器中經(jīng)空氣鼓泡蒸發(fā)后，形成均勻混合的二元氣體，再通過噴嘴加入不定期定量的水蒸氣（即配料蒸氣）以調(diào)節(jié)水醇比，形成配比的二元反應(yīng)氣。甲醇-水蒸氣-空氣經(jīng)過過熱器加熱到120℃，以保證反應(yīng)混合氣中甲醇全部氣化。因為甲醇液滴進(jìn)入反應(yīng)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(yīng)溫度，甚至發(fā)生熄火不反應(yīng)。過熱的反應(yīng)混合氣進(jìn)入阻火器，阻火器起安全隔離作用，當(dāng)反應(yīng)器中發(fā)生燃燒反應(yīng)時，不會涉及到前部的蒸發(fā)器。再進(jìn)入過濾器以除去五羰基鐵等含鐵雜質(zhì)。最后于120℃左右進(jìn)入氧化反應(yīng)器。原料所轉(zhuǎn)化為甲醛：在氧化器的的氧化室中，三元反應(yīng)氣在電解銀觸媒的作用下發(fā)生氧化和脫氫反應(yīng)生成甲醛，反應(yīng)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(yīng)發(fā)生。為控制副反應(yīng)的發(fā)生并防止甲醇的分解，轉(zhuǎn)化后的氣體經(jīng)廢熱鍋爐被聚冷到230℃以下，再經(jīng)冷卻段冷卻到80~100℃，然后進(jìn)入第一吸收塔。反應(yīng)氣體的吸收：吸收采用雙塔循環(huán)，二塔用軟水作吸收劑，一塔用二塔來的甲醛溶液的稀溶液（二補一）作吸收劑。具體流程：自氧化器出來的甲醛從一塔底進(jìn)入，向塔頂流動；二塔來的稀甲醛溶液（二補一）從塔頂加入，一塔循環(huán)液從塔頂和塔中部加入，向下流動，氣流逆向流動；在此運行過程中大部分甲醛被吸收，并放出大量的熱；為控制一定的一塔循環(huán)溫度以保證吸收效果，一塔出來的循環(huán)液經(jīng)泵送入塔頂和塔中部前，必須經(jīng)一塔第一冷卻器和一塔第二冷卻器冷卻后，才能送入形成自塔循環(huán)。未補吸收的氣體由塔頂引出，進(jìn)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)。吸收用水由泵經(jīng)冷卻器打到第二吸收塔頂，在二塔內(nèi)吸收甲醛后，用泵經(jīng)第二冷卻口頭冷卻后，打到第一吸收塔頂，在一塔內(nèi)進(jìn)一步吸收甲醛后，由一塔底引出冷卻器流入甲醛貯槽。產(chǎn)品含甲醛36.7%~37.4%，甲醇6%左右，密度1.1Kg/L。鐵會促使甲醛分解，為了避免鐵接觸，反應(yīng)器以后的設(shè)備、管路采用鋁或不銹鋼制成。五、年產(chǎn)3萬噸37.2%甲醛的工藝計算5.1計算依據(jù)：（1）主副反應(yīng)（見計算過程）（2）基準(zhǔn)年工作時間：1年以300天計（約7200小時）年生產(chǎn)能力：3萬噸/年（3）配料濃度：57.5%（4）氧醇比：以0.405計，技術(shù)單耗按0.450（5）尾氣組成及產(chǎn)品質(zhì)量見下表：尾氣組成及產(chǎn)品質(zhì)量尾氣及產(chǎn)品組成Wt%組分CO2COO2H2HCHOCH3OHCH4H2ON2HCOOH∑二塔尾氣3.30.30.42150.20.00720.25.732874.840100（6）裝置所有蒸汽壓力392.5KPa(表壓)（7）空氣相對濕度為80%：其中含O2：21%；N2：77.1%；H2O：1.9%（8）甲醛分子量：30.035.2物料衡算5.2.1產(chǎn)品：30000÷（300×24）=4.167（t）=4167（kg）其中：HCHO：4167×37.2%=1550.124(kg）=51.619(kmol)CH3OH：4167×1.2%=50.004(kg）=1.561(kmol)HCOOH：4167×0.01%=0.417(kg）=0.009(kmol)H2O：4167－(1550.124＋50.004＋0.417)=2549.787(kg）=141.655(kmol)產(chǎn)品組成計量單位：見表組分HCHOCH3OHH2OHCOOH∑含量/kmol·h－151.6191.561142.1180.009195.307含量/kg·h－11550.12450.0042567.2890.4174167.8345.2.2原料甲醇投入量：設(shè)投入量為Y尾氣中含有X，則Y=（4167×0.450/32.015）＋X根據(jù)氧醇比和空氣中氧氣的含量得：0.405Y÷21%=n空77%n÷75.81%=n尾0.0072%n=X解四元一次方程得：X=0.0084(kmol)Y=58.544(kmol)n空=112.906(kmol)n尾=116.303(kmol)4167×0.450=1875.150(kg）=58.544(kmol)5.2.3空氣投入量（根據(jù)氧醇比求）：0.405×58.544×22.4/21%=2529.101(m3)=112.906(kmol)空氣相對濕度為80%；其中含O2：21%；N2：77.1%；H2O：1.9%所以：O2：112.906×21%=23.710(kmol)=758.728(kg）N2：112.906×77.1%=87.051(kmol)=2437.415(kg）H2O：112.906×1.9%2.145(kmol)=38.614(kg）5.2.4尾氣中各組分含量的計算：112.906×77.1%/74.87%=116.303(kmol)其中：CO2：116.303×3.3%=3.838(kmol)=168.872(kg）CO：116.303×0.3%=0.349(kmol)=9.772(kg）O2：116.303×0.42%=0.489(kmol)=15.684(kg）H2：116.303×15%=17.445(kmol)=34.89(kg）HCHO：116.303×0.2%=0.233(kmol)=6.997(kg）CH3OH：116.303×0.0072%=0.0084(kmol)=0.261(kg）CH4：116.303×0.2%=0.233(kmol)=3.782(kg）H2O：116.303×5.7328%=6.667(kmol)=120.013(kg）N2：116.303×74.84%=87.051(kmol)=2437.418(kg）由以上數(shù)據(jù)及下列反應(yīng)式可求的甲醇消耗量:甲醇消耗量/kmol·h－1CH3OH＋1/2O2→HCHO＋H2O(1)34.212CH3OH＋3/2O2→CO2＋2H2O(2)3.838CH3OH＋O2→CO＋2H2O(3)0.394CH3OH＋O2→HCOOH＋H2O(4)0.009CH3OH＋H2→CH4＋H2O(5)0.233CH3OH→HCHO＋H2(6)17.678根據(jù)氧的衡算，由（1）式和上列有關(guān)反應(yīng)式得甲醛量為：［23.710－(3.838×3/2＋0.394＋0.489＋0.009)］×2=34.212(kmol)由（5）式與（6）式得甲醛量為：17.445＋0.233=17.678(kmol)總甲醛量為：34.212＋17.678=51.890(kmol)而尾氣帶走甲醛量為：0.233(kmol)所以實際甲醛產(chǎn)量為：51.890－0.233=51.657(kmol)=1551.260(kg）預(yù)計產(chǎn)品總量（含37.2%的甲醛水溶液）：1551.260÷37.2%=4170.054(kg）預(yù)計計劃生產(chǎn)量為：(3000×1000)÷7200=4167(kg）預(yù)計產(chǎn)品與設(shè)計計劃量要求基本一一致。5.2主要設(shè)備物料衡算（以小時計）：（1）蒸發(fā)器物料衡算：其中進(jìn)料量在物料衡算中求得，出料H2O為工業(yè)甲醇水和濕空氣中水相加：37.840＋38.614=76.446kg。其中出料量與進(jìn)料量相同。蒸發(fā)器物料衡算計量單位：見表物料輸入物料輸出名稱kmolkg名稱kmolkg原料甲醇59.9901892.005原料氣172.8965126.765CH3OH57.8881854.165CH3OH57.8881854.165H2O2.10237.840H2O4.24776.446空氣112.9063234.76O223.710758.728O223.710758.728N287.0512437.418N287.0512437.418H2O2.14538.614合計172.8965126.765172.8965126.765（2）過熱器物料衡算出料中H2O量為配料蒸氣與原料氣水量相加。過熱器物料衡算計量單位：見表物料輸入物料輸出名稱kmolkg名稱kmolkg原料氣172.8965126.765三元氣244.7866420.784CH3OH57.8881854.165CH3OH57.8881854.165H2O4.24776.446H2O76.1371370.465O223.710758.728O223.710758.728N287.0512437.418N287.052437.418配料蒸汽71.8901294.019合計244.7866420.784244.7866420.776（3）氧化器物料衡算：進(jìn)料量已求，出量料計算：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)生成的水量其它組分與物料衡算中尾氣相氧化器物料衡算計量單位：見表物料輸入物料輸出名稱kmolkg名稱kmolkg三元氣244.7866420.784CH3OH57.8881854.165CH2O51.8901556.7物料輸入物料輸出名稱kmolkg名稱kmolkgH2O76.1371370.465CH3OH1.569450.268O223.710758.728HCOOH0.0090.417N287.052437.418H2O118.8742139.732CO23.838168.872CO0.3499.772CH40.2333.728H217.44534.890O20.48915.648N287.0512437.418合計244.7866420.776281.7456417.445（4）吸收一塔物料衡算進(jìn)料的轉(zhuǎn)化氣量已在求得，來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=對應(yīng)進(jìn)料量－對應(yīng)一塔吸收量。吸收一塔物料衡算計量單位：見表物料輸入物料輸出名稱kmolkg名稱kmolkgCH2O51.8901556.7成品194.8524167CH3OH1.569450.268CH2O51.6191550.124HCOOH0.0090.417CH3OH1.569450.268H2O118.8742139.732HCOOH0.0090.417CO23.838168.872H2O141.6552549.787CO0.3499.772塔頂氣體153.8653428.344CH40.2333.728CH2O6.102183.06H217.44534.890CH3OH1.569450.221O20.48916.648H2O29.927538.677N287.0512437.418CO2