50kta 40甲醛生產(chǎn)工藝初步設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 分類號(hào) 單位代碼 密 級(jí) 學(xué) 號(hào) 0606210203 學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目 50kt/a 40%甲醛生產(chǎn)工藝初步設(shè)計(jì) 作 者 院 (系 ) 專 業(yè) 指導(dǎo)教師 答辯日期 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 誠信責(zé)任書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中凡引用他人已經(jīng)發(fā)表或未發(fā)表的成果、數(shù)據(jù)、觀點(diǎn)等，均已明確注明出處。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)公開發(fā)表或 撰寫過的研究成果 。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。 本人畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）與資料若有不實(shí)，愿意承擔(dān)一切相關(guān)的法律責(zé)任。 論文作者簽名 : 2010 年 5 月 日 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 摘 要 甲醛是一種重要的有機(jī)原料，主要用于塑料工業(yè)、合成纖維、皮革工業(yè)、醫(yī)藥、染料等。工業(yè)上常用催化氧化法由 甲醇 制取甲醛。甲醛可與銀氨溶液產(chǎn)生 銀鏡反應(yīng) ，使試管內(nèi)壁上附著一薄層光亮如鏡的金屬銀；與新制的氫氧化銅懸濁液反應(yīng)生成紅色沉淀氧化亞銅。 甲醇氧化法按所用催化劑的類型可分為兩種。一種以鐵、鉬、釩等氧化物為催化劑，簡(jiǎn)稱鐵鉬法。另一種以銀為催化劑簡(jiǎn)稱銀法。本設(shè)計(jì)以銀法為主，設(shè)計(jì)通過甲醇生產(chǎn)甲醛。 通過 對(duì)甲醛生產(chǎn)過程的設(shè)計(jì)，并對(duì)其進(jìn)行熱量衡算和物料衡算 ，得出了 用99.96%的甲醇溶液用銀法氧化為 40%甲醛 的結(jié)果和重要的結(jié)論。 本篇論文的設(shè)計(jì)同時(shí)也是我們四年以來知識(shí)的一個(gè)總結(jié)，通過這次設(shè)計(jì)我們可以更好的鍛煉我們的邏輯能力和表達(dá)能力等。 關(guān)鍵詞 ： 甲醇 ， 甲醛 ， 銀法 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 ABSTRACT Formaldehyde is an important organic raw material mainly used in the plastics industry, synthetic fiber, leather industry, medicine and dye. Commonly used in industry by the catalytic oxidation of methanol to formaldehyde obtained.Formaldehyde can be produced with the ammonia solution of silver mirror reaction, inner tube attached to a thin layer of bright as a mirror of metallic silver; with freshly precipitated copper hydroxide suspension reaction of red cuprous oxide. Methanol oxidation catalyst according to the type used can be divided into two types. A kind of iron, molybdenum, vanadium oxide as a catalyst, referred to as iron molybdenum method. Another short silver with silver as the catalyst method. The Bank of France-based design, design production of formaldehyde by methanol. Formaldehyde production process through the design, and gain heat balance and mass balance, obtained 99.96% of the methanol solution with silver oxide and 40% formaldehyde results and important conclusions. This thesis is also four years since our knowledge of a summary, by this design, we can better exercise our logic and presentation capabilities. Keyword:Methyl alcohol, formaldehyde, silver method 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 目 錄 摘 要 .3 ABSTRACT .4 1 甲醇 .6 1.1甲醇理化性質(zhì) .6 1.2 甲醇應(yīng)用 .6 2 甲醛 .7 2.1 物理性質(zhì) .7 2.2 化學(xué)性質(zhì) .8 2.3 甲醛應(yīng)用 .8 3 甲醇氧化制取甲醛 .9 3.1 制取方法介紹 .9 3.2 物料衡算 .9 3.3 熱量衡算 .18 3.3.1蒸發(fā)器的熱量衡算 . 18 3.3.2過熱熱阻的熱量衡算 . 19 3.3.3 氧化爐的熱量衡算 . 20 3.4 裝置的蒸發(fā)器及其他設(shè)備 .24 4 工藝流程 .26 4.1流程圖 .26 4.2工藝流程介紹 .27 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 1 甲醇 甲醇易燃，其蒸氣與空氣能形成爆炸混合物，甲醇完全燃燒生成二氧化碳和水蒸氣，同時(shí)放出熱量。方程式： 2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O 工業(yè)制法和儲(chǔ)備工業(yè)上用 一氧化碳 和氫氣的混合氣（合成氣）在一定的條件下制備甲醇。 甲醇可用做溶劑和燃料，也是一種化工原料，主要用于生產(chǎn)甲醛 。 1.1 甲醇理化性質(zhì) 甲醇是 一種無色、透明、易燃、易揮發(fā)的有毒液體，常溫下對(duì)金屬無腐蝕性（鉛、鋁除外），略有酒精氣味。分子量 32.04， 相對(duì)密度 0.792(20/4 )，熔點(diǎn) -97.8 ，沸點(diǎn) 64.5 ，燃燒熱 725.76KJ/mol，閃點(diǎn) 12.22 ，自燃點(diǎn) 463.89 ，蒸氣密度 1.11，蒸氣壓13.33KPa(100mmHg 21.2 )，蒸氣與空氣混合物 爆炸極限 6 36.5 %（體積比），能與水、乙醇 、 乙醚 、 苯 、 酮 、 鹵代烴 和許多其他 有機(jī)溶劑 相混溶，遇熱、明火或氧化劑易燃燒。燃燒反應(yīng)式為： CH3OH + O2 CO2 + H2O。 1.2 甲醇 應(yīng)用 甲醇用途廣泛，是基礎(chǔ)的有機(jī)化工原料和優(yōu)質(zhì)燃料。主要應(yīng)用于精細(xì)化工， 塑料 等領(lǐng)域，用來制造 甲醛 、 醋酸 、氯甲烷、甲氨、 硫酸二甲酯 等多種有機(jī)產(chǎn)品，也是 農(nóng)藥 、醫(yī)藥的重要原料之一。甲醇在深加工后可作為一種新型清潔燃料，也加入汽油摻燒。甲醇和氨反應(yīng)可以制造 一甲胺 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 2 甲醛 甲醛是一種無色，有強(qiáng)烈刺激型氣味的氣體，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)。易溶于水和 乙醇 ， 35 40的甲醛水溶液叫做福爾馬林。甲醛分子中有醛基生 縮聚反應(yīng) ，得到 酚醛樹脂 (電木 )。甲醛是一種重要的有機(jī)原料，主要用于塑料工業(yè) (如制酚醛樹脂、 脲醛塑料 電玉 )、合成纖維 (如合成維尼綸 聚乙烯醇縮甲醛 )、皮革工業(yè)、醫(yī)藥、 染料 等。 2.1 物理 性質(zhì) 一種無色，有強(qiáng)烈刺激性氣味的氣體。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)。 易溶于水和乙醇， 35 40的甲醛水溶液叫做福爾馬林。甲醛分子中有醛基生縮聚反應(yīng)，得到酚醛樹脂 (電木 )。 甲醛是一種重要的有機(jī)原料，主要用于塑料工業(yè) (如制酚醛樹脂、脲醛塑料 電玉 )、合成纖維 (如合成維尼綸 聚乙烯醇縮甲醛 )、皮革工業(yè)、醫(yī)藥、染料等。福爾馬林具有殺菌和防腐能力，可浸制生物標(biāo)本，其稀溶液(0.10.5 )農(nóng)業(yè)上可用來浸種，給種子消毒。工業(yè)上常用催化氧化法由 甲醇 制取甲醛。甲醛可與銀氨溶液產(chǎn)生 銀鏡反應(yīng) ，使試管內(nèi)壁上附著一薄層光亮如鏡的金屬銀（化合態(tài)銀被還原，甲醛被氧化）；與新制的氫氧化銅懸濁液反應(yīng)生成紅色沉淀氧化亞銅。 甲醛是最簡(jiǎn)單的醛，通常把它歸為飽和一元醛，但它又相當(dāng)于二元醛。在與弱 氧化劑 的反應(yīng)中，每摩爾 HCHO 最多可還原出 4mol 的 Ag 或 2mol的氧化亞銅，這都是 乙醛 還原能力的兩倍，故甲醛又像二元醛。 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 2.2 化學(xué)性質(zhì) 甲醛的化學(xué)反應(yīng)： 1.與 Ag(NH3)2OH 反應(yīng)： HCHO + 2Ag(NH3)2+2OH-(加熱 )-HCOO +NH4+ +2Ag+ 3NH3 +H2O 或 HCHO+4Ag(NH3)2OH=水浴 =4Ag+8NH3+CO2+3H2O 2.與 Cu(OH)2 反應(yīng)： HCHO+4Cu(OH)2 -(加熱 )- CO2+2Cu2O+5H2O 3.加聚反應(yīng)： nHCHO- -CH2O-n- 說明 ： -CH2O-n-是人造象牙的主要成分。 分子結(jié)構(gòu) ： C 原子以 sp2 雜化軌道成鍵。分子為平面形極性分子。 2.3 甲醛應(yīng)用 甲醛屬用途廣泛、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、原料供應(yīng)充足的大眾化工產(chǎn)品，是甲醇下游產(chǎn)品 種中的主干，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(zhǎng)距離運(yùn)輸，所以一般都在主消費(fèi)市場(chǎng)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、烏洛托產(chǎn)品及多元醇類等。人造板工業(yè)發(fā)達(dá)，對(duì)甲醛的需求量甚大。 甲醛的用途非常廣泛， 合成樹脂 、表面活性劑、塑料、橡膠、皮革、造紙、染料、制藥、農(nóng)藥、照相膠片、炸藥、建筑材料以及消毒、熏蒸和防腐過程中均要用到甲醛，可以說甲醛是化學(xué)工業(yè)中的多面手，但任何東西的使用都必須有個(gè)限量，有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，一旦使用超越了標(biāo)準(zhǔn)和限量，就會(huì)帶來不利的一面。 據(jù)知情人士介紹， 1 噸甲醛價(jià)格在 1600 元上下，甲醛濫用的主要原因在于其低廉的價(jià)格。幾年以來我國(guó)的甲醛產(chǎn)量成逐年遞增的趨勢(shì)，這與我國(guó)紡織工業(yè)和建材工業(yè)的發(fā)展是一致的，這說明在今后的很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)甲醛還是我國(guó)化工行業(yè)的 寵兒。據(jù)有關(guān)專家介紹，近年來 我國(guó)已研制成功了無甲醛的免燙整理劑，以及不含甲醛的環(huán)保型 脲醛樹脂 ，然而時(shí)至今日也沒有被大量投產(chǎn)，主要原因就是價(jià)錢昂貴，可見，便宜的價(jià)格阻礙了甲醛的替代進(jìn)程。 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 3 甲醇氧化制取甲醛 3.1 制取方法介紹 甲醇氧化法按所用催化劑的類型可分為兩種。一種以鐵、鉬、釩等氧化物為催化劑，簡(jiǎn)稱鐵鉬法。該法采用空氣過量、甲醇濃度低于爆炸極限下限（ 6.7%），由于甲醇濃度低，必然使設(shè)備效率降低，設(shè)備龐大，動(dòng)力消耗大，產(chǎn)物被惰性氣體稀釋，分離困難。但由于該法是強(qiáng)放熱反應(yīng)，且反應(yīng)溫度低，對(duì)所產(chǎn)生的蒸汽余熱的利用率高，所以該法成本與銀法相比并不高。同時(shí)鐵鉬法轉(zhuǎn)化率高，主產(chǎn)率高。 另一種以銀為催化劑簡(jiǎn)稱銀法。該法采用在爆炸上限操作，原料氣中甲醇濃度較高，設(shè)備效率提高，所以基建投資較低。但是由于銀法在 600以上的高溫下操作，銀粒易熔結(jié)增大，加之對(duì)毒物很敏感，所以催化劑易失活。同時(shí)反應(yīng)溫度高，副反應(yīng)增加，導(dǎo)致甲醇單耗比鐵鉬法高。另外，由于甲醇過量，反應(yīng)時(shí)間短，轉(zhuǎn)化率低 ，這樣產(chǎn)品中未反應(yīng)的甲醇含量高，這對(duì)甲醛下游產(chǎn)品的合成極為不利，必須分離精制。 本設(shè)計(jì)主要采用銀法制取甲醛。 3.2 物料衡算 甲醇氧化為甲醛主反應(yīng) CH3OH+1/2O2HCHO+H2O +156.557KJ/Mol （ 1） CH3OHHCHO+H2 85.0 KJ/Mol （ 2） 副反應(yīng) CH3OH+3/2OCO2+2H2O +675.983KJ/Mol （ 3） CH3OH+O2CO+2H2O +393.00KJ/Mol (4) 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 CH3OH+H2CH4+H2O +115.505KJ/Mol (5) CH3OH+O2HCOOH+H2O +246.73KJ/Mol (6) 產(chǎn)物組成 CH3OH 5% HCOOH 0.03% H2O 54.7% HCHO 4 0% 尾氣組成 CO2 4% CO 1.5% CH4 0.06% O2 0.4% H2 17% N2 77.04% 空氣組成 O2 21% N2 78.1% H2O 0.9% 假 定每年工作 330 天 ， 則每天產(chǎn)品質(zhì)量 : 50106/330=6313.13kg/h 每小時(shí)產(chǎn)品量 : 6313.13/24=2525.25kg/h 產(chǎn)物中各物質(zhì)的質(zhì)量和物質(zhì)的量 MCH2O =40%M1=2525.25kg/h NCH2O = MCH2O /28=84.175kmol/h MCH3OH=5%M1=315.66 kg/h NCH3OH = MCH3OH /30=9.864 kmol/h MHCOOH=0.03%M1=1.894 kg/h NHCOOH = MHCOOH /46=0.0412kmol/h 設(shè)甲醇投入量為 X kg/h，尾氣量為 Zmol/h 氧醇比為 0.4 由碳守恒得 : 1X/32=140%/30+1WCH3OH/MCH3OH+1wHCOOH/MHCOOH +ZYCO+ZYCO2+ZYCH4 由氮守恒得： 78%40%X/320.21=0.7704Z 解以上兩式得 X=0.534， Z=0.0322 甲醇理論投入量 : 6313.30.534=3.371103 kg/h 3.371105/32=105.35kmol/h 甲醇水溶液投入量 : M4 =M3/99.96%=2.670107 kg/h 甲醇水溶液物質(zhì)的量 : 3.371103 /(99.96%32+0.04%18)=105.37kmol/h 則甲醇實(shí)際投入量 : 3.371103/99.96%=3372.35kg/h 空氣投入總體積和物質(zhì)的量 V=40%NCH3OH22.4/21%=4.495106 L/h N=40%NCH3OH/21%=200.667kmol/h VN2=V78.1%=3.464106 L/h 生產(chǎn)過程中尾氣得體積 3.464106 /78.1%=4.496106 L/h 尾氣中各組分得體積和物質(zhì)的量 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 VH2 =17%4.496106 =764.325kl/h NH2=VH2 /2=3.412104 mol/h VCO2=4%4.496106 =179.84kl/h NCO2=VCO2/44=8.029103mol/h VCO=1.5%4.496106=67.44kl/h NCO=VCO/28=3.011103mol/h VCH4=0.06%4.496106=2.698 kl/h NCH4=VCH4/16=120.4mol/h VO2=0.4%4.496106=17.984 kl/h NO2=VO2/32=802.9mol/h VN2=77%4.496106=3.464 kl/h NH2=VN2/28=1.546105mol/h 過程驗(yàn)證 N4=NO2 N1 N2 N3 N 尾 NO2=42.14kmol/h N1=3/2NCO2=3/28.029103kmol/h=12.04kmol/h N2=NCO=3.01kmol/h N 尾 =0.803hmol/h N4=42.14 12.04 3.01 0.0412=27.05kmol/h NCH2O=2N4+NH2 消耗的 H2 NH2=NCH4=0.1204kmol/h 排除中 尾氣中的 H2 含量： NH2=34.12kmol/h 故 NCH2O=227.05+34.24=88.338kmol/h MCH2O=88.33830=2650.15kg/h 與設(shè)計(jì)要求的甲醛純產(chǎn)量 2525.25kg/h 基本一致 甲醇量： 反應(yīng)式（ 1）消耗甲醇 54.089 kmol/h 反應(yīng)式（ 2）消耗甲醇 34.244 kmol/h 反應(yīng)式（ 3）消耗甲醇 8.029 kmol/h 反應(yīng)式（ 4）消耗甲醇 3.011 kmol/h 反應(yīng)式（ 5）消耗甲醇 0.120 kmol/h 反應(yīng)式（ 6）消耗甲醇 0.0412 kmol/h 吸收衡算 甲醇水蒸氣質(zhì)量 M=M3/70%=3371.3/70%=4816.143kg/h 甲醇水溶液中水的質(zhì)量 M1=M3/99.96%0.04%=1.349kg/h 需加入的水蒸氣量 M2=4816.143 3371.30 32.508 1.349=1410.986kg/h 水衡算 產(chǎn)品帶出水 M3=M 產(chǎn)品 （ 1 40% 0.03% 5%） =3470.328kg/h 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 反應(yīng)生成水質(zhì)量 M 反 =(NCH2O+NCO2+NCO+NCH4+NHCOOH NH2)18=1873.352kg/h M 軟 +M2+M 反 =M3 M 軟 =185.99kg/h 吸收塔衡算 一塔甲醛吸收量為 90%,一塔甲醛吸收量 88.33890%=79.504kmol/h 一塔氣體甲醛量 88.33810%=8.834kmol/h 再設(shè)二塔甲醛吸收量為 95%，循環(huán)液中甲醛濃度為 15%，并設(shè)為轉(zhuǎn)化的甲醇均在二塔內(nèi)被吸收，生成的甲酸全部在一塔 內(nèi)被吸收并有產(chǎn)品帶出，二塔循環(huán)液量為： 251.76/15%=1678.4kg/h 二塔甲醛吸收量 ： 8.83495%=8.392kmol/h=251.76kg/h 二塔氣體甲醛量 : 8.8345%=0.442kmol/h=13.26kg/h 三塔循環(huán)液量 : 13.26/2%=663.0kg/h 二塔循環(huán)液組成 : 9.864kmol/h=315.66kg/h MH2O=1678.4 315.66 1378.415%=1110.98kg/h=61.721kmol/h 設(shè)一塔回流比為 1.3(回流比為回流 到一塔的液體流量與產(chǎn)品流量比 ) 一塔回流液量 : 6313.131.3=8207.069kg/h 一塔出口液體總量 : 6313.13+8207.069=14520.20kg/h 一塔流出液組成 : MCH2O=6313.1340%=2525.25kg/h MHCOOH=6313.130.03%=1.894kg/h MCH3OH=6313.135%=315.65kg/h MH2O=6313.1354.97%=3470.328kg/h 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 表 3-1蒸發(fā)器 的物料衡算 進(jìn)料 物料 Kmol Mol% Kg w% 甲醇 CH3OH 105.353 99.93 3371.3 99.96 H2O 0.0749 0.07 1.349 0.04 空氣 O2 42.140 21.0 1348.48 0.234 N2 156.721 78.1 4388.188 0.761 H2O 1.806 0.90 32.508 0.006 合計(jì) 306.095 9141.825 出料 物料 Kmol Mol% Kg w% CH3OH 105.353 34.418 3371.30 36.878 N2 156.721 51.200 4388.19 48.001 H2O 1.8809 0.614 33.857 0.370 合計(jì) 306.095 9141.83 表 3-2過熱阻火器 的物料衡算 進(jìn)料 物料 Kmol Mol% Kg w% 蒸發(fā)器 出料 CH3OH 105.353 34.418 3371.30 36.878 N2 156.721 51.200 4388.19 48.001 H2O 1.8809 0.614 33.857 0.370 蒸汽 H2O 78.388 1410.986 合計(jì) 384.483 10552.1 出料 物料 Kmol Mol% Kg w% 三元?dú)?CH3OH 105.353 27.401 3371.3 31.949 H2O 80.269 20.877 1444.8 13.692 O2 42.140 10.960 1348.5 12.779 N2 156.72 40.761 4388.2 41.586 合計(jì) 384.483 10552. 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 表 3-3氧化爐 的物料衡 算 進(jìn)料 三元?dú)?Kmol Mol% Kg w% CH3OH 105.353 27.401 3371.3 31.949 H2O 80.269 20.877 1444.8 13.692 O2 42.140 10.960 1348.5 12.779 N2 156.72 40.761 4388.2 41.586 合計(jì) 384.483 10552.1 出料 Kmol Mol% Kg w% CH3OH 9.864 2.175 315.657 2.973 H2O 154.845 34.137 2787.46 26.251 CH2O 88.338 19.475 2650.15 24.958 CO2 8.029 1.7701 353.276 3.327 CO 3.011 0.664 84.308 0.794 HCOOH 0.0412 0.00001 1.895 0.0178 CH4 0.120 0.0265 1.92 0.0181 O2 0.803 0.177 25.696 0.242 H2 34.122 7.523 68.244 0.643 N2 154.424 34.044 4329.724 40.776 合計(jì) 453.597 10618.13 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 表 3-4吸收塔 I的物料衡算 進(jìn)料 物料 Kmol Mol% Kg w% II 塔循環(huán)液 CH2O 8.392 10.493 251.76 15.0 CH3OH 9.864 12.334 315.66 18.807 H2O 61.721 77.173 1110.98 66.193 轉(zhuǎn)化氣 CH3OH 9.864 2.175 315.657 2.175 H2O 154.845 34.137 2787.46 34.137 CH2O 88.338 19.475 2650.15 19.475 CO2 8.029 1.7701 353.276 1.77 CO 3.011 0.664 84.308 0.664 HCOOH 0.0412 0.00001 1.895 0.0001 CH4 0.120 0.0265 1.92 0.0265 O2 0.803 0.177 25.696 0.177 H2 34.122 7.523 68.244 7.523 N2 154.424 34.044 4329.724 34.044 合計(jì) 533.574 12296.73 出料 物料 Kmol Mol% Kg w% 產(chǎn)品 CH2O 84.175 29.342 2650.2 40.0 CH3OH 9.864 3.438 315.66 5.0 HCOOH 0.0412 0.0144 1.894 0.03 H2O 192.80 67.205 3470.3 55.0 尾氣 CH2O 8.834 3.633 265.02 4.51 CO2 8.029 3.302 353.28 6.01 CO 3.011 1.238 84.31 1.43 CH4 0.120 0.0493 1.92 0.04 O2 0.803 0.330 25.696 0.44 H2 34.122 14.031 68.244 1.16 N2 154.63 63.586 4329.7 73.7 CH3OH 9.864 4.056 315.65 5.38 H2O 23.77 9.775 427.86 7.29 合計(jì) 530.74 12309 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 表 3-5吸收塔 II 的物料衡算 進(jìn)料 物料 Kmol Mol% Kg w% III 塔循環(huán)液 CH2O 0.442 1.186 13.26 1.961 H2O 36.833 98.814 663.0 98.039 氣體 CH2O 8.834 3.632 265.02 4.51 CO2 8.029 3.302 353.28 6.01 CO 3.011 1.238 84.31 1.43 CH4 0.120 0.0493 1.92 0.04 O2 0.803 0.330 25.696 0.44 H2 34.122 14.031 68.244 1.16 N2 154.63 63.586 4329.7 73.7 CH3OH 9.864 4.056 315.65 5.38 H2O 23.77 9.775 427.86 7.29 合計(jì) 280.46 6547.94 出料 物料 Kmol Mol% Kg w% II 他循環(huán)液 CH2O 8.392 10.490 251.76 15.0 CH3OH 9.864 12.330 315.66 18.807 H2O 61.721 77.154 1110.98 66.193 II 塔尾氣 CH2O 0.442 0.220 13.26 0.272 CO2 8.029 3.991 353.276 7.245 CO 3.011 1.497 84.308 1.729 CH4 0.120 0.0597 1.920 0.0394 O2 0.803 0.399 25.696 0.527 H2 34.122 16.963 68.244 1.399 N2 154.633 76.871 4329.7 88.789 合計(jì) 281.14 6554.8 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 表 3-6吸收塔 III 的物料衡算 進(jìn)料 物料 Kmol Mol% Kg w% 氣體 CH2O 0.442 0.220 13.26 0.272 CO2 8.029 3.991 353.276 7.245 CO 3.011 1.497 84.308 1.729 CH4 0.120 0.0597 1.920 0.0394 O2 0.803 0.399 25.696 0.527 H2 34.122 16.963 68.244 1.399 N2 154.633 76.871 4329.7 88.789 軟水 36.833 663.0 合計(jì) 237.993 5539.428 出料 物料 Kmol Mol% Kg w% 尾氣 H2 34.122 17.00 68.24 1.403 CO2 8.029 4.00 353.28 7.264 CO 3.011 1.50 84.308 1.734 CH4 0.12 0.06 1.92 0.0395 O2 0.803 0.40 25.696 0.528 N2 154.633 77.04 4329.724 89.031 循環(huán)液 CH2O 0.442 1.186 13.26 1.961 H2O 36.833 98.814 663.0 98.039 237.993 5539.428 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 3.3 熱量衡算 3.3.1 蒸發(fā)器的熱量衡算 0.3MPa 飽和蒸汽 60 空氣， O2， N2， H2O 47 CH3OH， H2O 15 CH3OH, H2O O2， N2 100 進(jìn)入蒸發(fā)器的空氣溫度為 60 ，甲醇進(jìn)料溫度為 15 ，蒸發(fā)溫度為 47 ，該過程沒有化學(xué)變化，只有顯熱和相變熱。 表 4-1 原料甲醇和空氣帶入的熱量 物料名稱 Kmol CP, kJ/kmol T, 熱量， 104kJ 1.CH3OH 105.353 78.592 15 12.42 2 H2O 0.0749 75.078 15 0.008 3.空氣 N2 156.721 29.4 60 27.65 O2 42.14 29.6 60 8.123 H2O 1.806 34.05 60 0.37 合 計(jì) 306.09 47.93 相變熱： 甲醇的相變熱： 3.749104 kJ/kmol 水的相變熱： 4.41710 4 kJ/kmol 則原料甲醇的相變熱為： 105.3533.749104 0.07494.41710 4 395.30104 kJ 蒸 發(fā) 器 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 表 4-9 原料氣帶出的熱量 物料名稱 kmol CP, kJ/kmol T, 熱量， 104kJ CH3OH 105.353 44.894 47 22.23 H2O 1.881 33.89 47 0.300 N2 156.721 29.29 47 21.575 O2 42.14 29.46 47 5.835 合 計(jì) 306.09 49.939 則需補(bǔ)充熱量為：相變熱 + 原料氣帶出熱 原料氣帶入熱 = 395.30104 +49.939104 47.93104 =397.309 kJ 水蒸氣的 CP = 3.074 kJ/kg 需水蒸氣的量為 G = Q / CP t r = 397.309104 / 3.074(60-47)2168.1 = 45.86 kg/h = 2.548 kmol/h 3.3.2 過熱熱阻 的熱量衡算 0.3MPa 0.3MPa 133.3 133.3 配料蒸汽 加熱蒸氣 47 CH3OH， H2O 120 三元?dú)?O2， N2 100 H2O 為了防止液體析出，把原料氣升溫至 120 ，同時(shí)配入飽和水蒸汽。 （ 1） 原料氣帶入的熱量為： 49.939104 kJ，見表 4-9。 （ 2） 配料蒸汽帶入的熱量： 設(shè)加入的配料水蒸氣為 133.3 的飽和蒸汽，其摩爾定壓熱容： CP = 3.074 過 熱 熱 阻 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 kJ/kg = 55.332 kJ/kmol ,則配料蒸汽帶入的熱量： 76.50755.332133.356.43104 kJ （ 3） 三元?dú)鈳С龅臒崃恳姳?4-10。 表 4-10 三元?dú)鈳С龅臒崃?物料名稱 kmol CP, kJ/kmol T, 熱量， 104kJ CH3OH 105.353 47.739 120 60.35 H2O 78.388 34.64 120 32.58 N2 156.721 29.87 120 56.18 O2 42.14 30.12 120 15.23 合 計(jì) 382.602 164.34 則需補(bǔ)充熱量：三元?dú)鈳С鰺?原料氣帶入熱 配 料氣帶入熱 = （ 164.34 47.93 56.43） 104 =59.98104 kJ 需表壓 0.3MPa 的加熱蒸汽量： G = Q/r = 59.98104 / 2168.1 = 276.65 kg/h = 15.37 kmol/h 3.3.3 氧化爐的熱量衡算 （ 1）三元?dú)鈳氲臒崃繛椋?164.34104 kJ，見表 4-10。 （ 2）反應(yīng)熱（設(shè)反應(yīng)溫度為 640 ） 反應(yīng)物和生成物的比熱： CP = CP dT/( T2-T1) = a + b/2(T1 + T2) + c/3(T12 + T1T2 + T22) 已知： T1 = 298.15 K T2 = 913.15 K T1+ T2 = 1211.3 K T12 + T1T2 + T22 = 1194992.018 K CP(CH3OH) = 18.4 + (101.5610 -3/ 2) 1211.3 (28.6810 -6/ 3 )1194992.018 = 68.486 kJ/kmolK CP(O2) = 28.17 +（ 6.29710 -3/2） 1211.3（ 0.749410 -6/ 3 )1194992.018 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 = 31.685 kJ/kmolK CP(CH2O) = 18.82 + (58.37910 -3/2 ） 1211.3 (15.6110 -6/ 3 )1194992.018 = 47.959 kJ/kmolK CP(H2O) = 29.16 +(14.94910 -3/2） 1211.3 (2.02210 -6/ 3 )1194992.018 = 37.131 kJ/kmolK CP(H2) = 26.88 +(4.34710 -3/2） 1211.3 (0.326510 -6/ 3 )1194992.018 = 29.383 kJ/kmolK CP(CO2) = 26.75 +(42.25810 -3/2） 1211.3 (4.2510 -6/ 3 )1194992.018 = 46.668 kJ/kmolK CP(CO) = 26.537 +(7.68310 -3/2） 1211.3 (1.17210 -6/ 3 )1194992.018 = 30.723 kJ/kmolK CP(CH4) = 14.15 +(75.49610 -3/2 ） 1211.3 (17.9910 -6/ 3 )1194992.018 = 52.708 kJ/kmolK CP(CHOOH) = 30.7 +(89.210 -3/2） 1211.3 (34.5410 -6/ 3 )1194992.018 = 61.755 kJ/kmolK 反應(yīng)熱： qrt 反應(yīng)物（ 640 ） 生成物（ 640 ） q1 q2 qr 反應(yīng)物（ 25 ） 生成物（ 25 ） qrt = q1 + qr + q2 q1 = n 反應(yīng)物 CP t qr = 反應(yīng)吸（放）熱 q2 = n 生成物 CP t t = 615 K 對(duì)于反應(yīng)方程式 （ 1） ： q1 = n 反應(yīng)物 CP t = 54.08968.486615 1/254.08931.685615 28.052105 kJ q2= n 生成物 CP t = 54.08947.959615 54.08937.131615 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 28.305105 kJ qr = 1.566105 kJ/kmol q 總 = （ 28.052 + 28.305 + 1.566） 105 =57.923105 kJ/kmol 對(duì)于反應(yīng)式（ 2）： q1 = n 反應(yīng)物 CP t = 34.24468.486615 14.423105 kJ q2= n 生成物 CP t = 34.24447.959615 34.24429.383615 16.289105 kJ qr = -0.85105 kJ/kmol q 總 = （ 15.862 + 17.914 - 0.85） 105