毕业论文-年产6万吨甲醛装置设计.doc

年产6万吨甲醛装置设计说明书设计单位 ：邵阳学院雪峰队二零一零年八月二十六日目 录1 前言11.1 甲醛的简介 31.2 甲醛的发展史61.3甲醛生产的发展动向71.4 工艺选择81.4.1甲醛工艺路线比较81.4.2 甲醛的工艺选择91.5 该装置设计特点92 工艺设计112.1 甲醛生产原理2.1.1 热力学分析2.1.2 动力学分析2.2 物料衡算2.2.1 设计依据2.2.2 设计条件2.2.3 蒸发器物料衡算2.2.4 过热器物料衡算2.2.5 氧化器物料衡算2.2.6 吸收一塔物料衡算2.2.7 吸收二塔物料衡算2.2.8 尾气锅炉物料衡算2.3 热量衡算2.3.1 蒸发器热量衡算2.3.2 过热器热量衡算2.3.3 氧化器热量衡算2.3.4 吸收一塔热量衡算2.3.5 软水加热器热量衡算2.3.6 一塔冷却器热量衡算2.3.7 吸收二塔热量衡算2.3.8 二塔冷却器热量衡算2.3.9 尾气锅炉热量衡算2.3.10 省煤器热量衡算3 设备设计与选型113.1 空气过滤器的设计113.2 罗茨鼓风机的选型113.3 空气缓冲罐设计123.4 蒸发器设计143.5 过热器设计223.6 三元过滤器的设计273.7 氧化器设计283.8 吸收一塔的设计363.9 一塔软水加热器设计403.10 一塔冷却器选型473.11 吸收二塔的设计503.12 二塔冷却器设计计算573.13 尾气锅炉设备设计603.14 尾气锅炉汽包的设计713.15省煤器的设计733.16甲醇中间槽743.17甲醛中间槽设计763.18 热水槽的设计773.19氧化器汽包的设计783.20 蒸气缓冲罐设计793.21 甲醛贮槽设计803.22 甲醇贮槽设计813.23 软水高位槽设计823.24甲醇高位槽设计3.25 软水储槽设计823.26 锅炉引风机选型3.27 泵的选型3.27.1 热水槽泵选型3.27.2 一塔循环泵选型3.27.3 二塔循环泵选型3.27.4 甲醇泵选型3.27.5 甲醛中间槽泵选型3.27.6 软水泵1选型3.27.7 软水泵2选型3.27.8 甲醇进料泵选型4 参考文献835 总结836 致谢837 附工程图纸831321 前言甲醛作为一种重要的基本工业原料，其化学性质十分活泼，能与多种物质进行反应，生成众多的化学用品。如合成树脂，合成农药及缓效肥料，合成医药，合成香料，合成炸药，合成螯合剂，合成助剂，以及合成重要的有机中间体等。工业甲醛是含甲醛3755(重量)的水溶液，主要用于生产脲醛、酚醛、季戊四醇、三聚氰胺等热固性树脂，以及丁二醇、MDI(甲苯二异氰酸酯)和聚甲醛POM(聚缩醛)工程塑料和PBI（对苯二甲酸丁二醇脂）等有机化工产品。医学上甲醛可用于生产医药产品，作消毒剂、杀菌剂、防腐剂等。除此，甲醛还广泛应用于轻工、纺织、机电、建材以及油田开发、木材加工等部门。由此可知，甲醛的市场需求量非常大。甲醛产品在经济建设中发挥着至关重要的作用。目前世界上开发出的甲醛下游产品已达上百种1。20世纪70年代，上海复旦大学与上海溶剂厂、苏州助剂厂、北京维尼纶厂合作，开发使用了电解银催化剂。该催化剂活性高、选择性好、甲醇单耗低、制作方便、无污染，所以该工艺在我国甲醛生产装置得到推广应用。我国的甲醛工业生产技术也随之开始日趋成熟，并有所发展与独创。自2004年开始，我国甲醛生产能力和产量已居世界第一位。2008年，我国甲醛生产能力已超过2000万吨，产量约为1200万吨，均已占到世界甲醛总生产能力和总产量的40%。1.1 甲醛的简介1.1.1 甲醛的性质化学分子式HCHO，分子量为30.03，无色，有强烈刺激性气味的气体，略重于空气，易溶于水、醇醚，在常温下是气态，易溶于水和醇和其他极性溶剂，常以水溶液形式出现。低温下，液态甲醛可溶于非极性溶剂中，温度升高溶解度下降。甲醛是可燃性气体，着火温度为430，与空气混合可形成爆炸混合物，爆炸极限为7.073.0（vol.）。甲醛分子结构中存在羰基氧原子和a-氢原子，化学性质很活泼，它能与多种化合物反应，生成许多重要的工业化学品和化工中间体。纯净干燥的甲醛蒸气在在353373K时相当稳定，但在较低的温度下则缓慢聚合。微量极性杂质如酸、碱和水的存在能大大加速其聚合作用。甲醛在许多金属和金属氧化物催化剂作用下易被还原成甲醇，氧化生成甲酸或二氧化碳和水，能发生自身聚合反应，生成较低级的羟基醛、羟基酮和其他羟基化合物，此类反应为自催化过程，碱性条件利于反应。在气相 中甲醛与含有a-氢化合物可形成亚甲基衍生物。工业甲醛水溶液的闪点随其甲醛和甲醇浓度的增加而下降。表1.1 甲醛溶液的闪点1甲醛，%（质量）甲醇，%（质量）闪点，K37.20.535837.18.034037.210.133737.111.9329表1.2 纯甲醛主要物性数据2性质数据气体相对密度（空气为1）1.083液体密度（-20）kg/m3815.3沸点（101.3kpa）/-19.0熔点/-118.0临界温度/137.2141.2临界压力/ MPa6.7846.637临界密度/ kg/m3266蒸发热（-19）/ kJ/mol23.3生成热（25）/kJ/mol-115.9溶解热（在水中）/ kJ/mol63.0 l标准自由能（25）kJ/mol-109.9比热容/ J/molK35.4熵/ J/molK218.8燃烧热/ kJ/mol561571粘度（-20）mPas0.242表面张力/ mN/m20.701.1.2 毒性甲醛是原浆毒物，能与蛋白质结合，吸入高浓度甲醛后，会出现呼吸道的严重刺激和水肿、眼刺痛、头痛，也可发生支气管哮喘。皮肤直接接触甲醛，可引起皮炎、色斑、坏死2。经常吸入少量甲醛，能引起慢性中毒，出现粘膜充血、皮肤刺激症、过敏性皮炎、指甲角化和脆弱、甲床指端疼痛，孕妇长期吸入可能导致新生婴儿畸形，甚至死亡，男子长期吸入可导致男子精子畸形、死亡，性功能下降，严重的可导致生殖能力缺失，全身症状有头痛、乏力、胃纳差、心悸、失眠、体重减轻以及植物神经紊乱等。环境空气中甲醛浓度低于0.05ppm时对人体无影响；在0.8ppm时，甲醛的气味可以感知；在0.050.5ppm时会对眼睛产生刺激。而在50100ppm浓度内暴露510分钟，则可造成严重的伤害。吞服30ml以上甲醛水溶液（福尔马林）即会导致死亡。对于口服中毒者应立即以3%的NaCO3溶液洗胃，并静脉注射此液及高渗葡萄糖和大量维生素C。1.1.3 产品的质量标准以工业甲醛国家质量标准为准：表1.3 产品质量标准2指标名称产品级别优等品一等品合格品色度（铂-钴），号 10甲醛含量，% 37.037.436.737.436.537.4甲醇含量，% 121212酸度（以甲酸计）,% 0.020.040.05铁含量，PPm 1（槽装）3（槽装）5（槽装）5（桶装）10（桶装）10（桶装）灰分，% 0.0050.0050.0051.1.4 贮运技术发展高浓度甲醛生产是我国甲醛工业发展的必由之路，也是加深甲醛下游产品开发的前提，但是生产浓甲醛必须具备稳定的贮运技术，国内外这方面研究很多，基本方法是添加多元醇类稳定剂。在实际生产贮存过程中，为避免甲醛水溶液缩聚成多聚甲醛，可根据需要采取控制温度，适当搅拌，添加阻聚剂和加强容器保温的的措施开实现。贮存最理想是选用304、316、347型不锈钢或内衬树脂的碳钢。西德Degussa公司公布一项技术，50.2%甲醛加0.01%稳定剂可在36下稳定贮存30天以上。表1.4 工业甲醛溶液最低贮放温度（1-3个月）2甲醛浓度，%（wt.）甲醇含量，%（wt.）贮放温度，307371353723537331.53742845155501651.2 甲醛发展史甲醛是由A.M.布特列洛夫1859年发现的。1868年A.W.霍夫曼在亦热的铂坩锅上使甲醇和空气接触制出甲醛，该法便成为当今制取甲醛的工业方法开端3。1888年，德国Merklin和LoseKann两家公司最早实现生产工业甲醛。1901年美国开始生产工业甲醛，1912年日本开始生产工业甲醛。当时使用的原料甲醇是取之木材干馏产物，制得的福尔马林溶液主要用于消毒。1910年，O.伯兰克发明了银法催化剂，1909年L.H.巴也克兰德由苯酚与甲醛反应制得了最早的合成树脂（酚醛树脂），刺激了甲醛的消费。1923年西德BASF公司实现了由合成气原料大规模地生产工业甲醇，从而为工业甲醛的大规模发展提供了原料基础。二次大战后又开始了脲醛树脂和三聚氰胺甲醛树脂，60年代开发成功聚甲醛这一重要的新型工程塑料。80年代炔醛法化学品及精细化学品的发展，尤其是由1,4-丁二醇合成聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）合成树脂及其衍生产品四氢呋喃、r-丁内酯等的高速发展，促使工业甲醛的市场需求量急剧增长，从而促进了工业甲醛生产的发展4。中国甲醛工业始建于20世纪50年代的上海溶剂厂，当时采用苏联技术， 用浮石银作为催化剂，系统压力低于常压，氧化温度650-700 ，甲醇通过用水稀释后进入蒸发器进行蒸发，不加配料蒸气的生产工艺。20世纪60年代中期甲醛生产开始使用铁钼氧化物催化剂，最早在吉林石井沟联合化工厂、天津第二石油化工厂、河南安阳塑料厂等厂家率先使用。1977年，我国复旦大学化学系与上海溶剂厂共同开发，试制成功新一代甲醛催化剂电解银。该催化剂具有活性高、选择性好、单耗低、制作方便、无污染的特点，其制备工艺一直沿用至今。进入21世纪以后，各甲醛生产厂家纷纷提高了氧化反应器的生产能力，突破了传统的设计产能，对催化剂的寿命、活性、抗毒化等性能提出了更高的要求3。 全球来看，甲醛最大消费（占到总需求的50%60%）是用来制取胶合板和颗粒板的树脂与粘合剂；约40%的甲醛用作化学合成的中间体；甲醛也用来制取聚甲醛树脂，MDI和多羟基醇类，如新戊二醇，三羟甲基丙烷和季戊四醇，它们可用于不饱和树脂、热固性树脂和涂料中。少量甲醛用于制造染料、鞣革剂、分散剂、维生素、调味料和药物。约有2%的甲醛被直接用作金属加工中的阻蚀剂。 脲醛树脂和酚醛树脂分别用于做木屑板和胶合板，这两种热固性树脂的消费占甲醛消费的三分之一多。近几年来北美地区经济低迷，房地产市场不景气，削弱了甲醛的需求势头。在欧洲和亚洲的日本也有类似的情况。目前，我国用甲醛生产的下游产品主要有：脲醛树脂胶黏剂和压塑粉、酚醛树脂胶黏剂和各种塑料制品、三聚氰胺甲醛树脂及其塑料制品、新戊二醇、季戊四醇，1,4-丁二醇、三羟甲基丙烷、乌洛托品、多聚甲醛、聚甲醛树脂、甲缩醛、吡啶类化合物、混凝土高效减水剂等。1.3 甲醛生产的发展动向1.3.1 生产装置向大型化方向发展甲醛有着广泛的市场需求量和已经成熟的生产工艺，装置只有大型化，才有可能提高自动化程度，综合考虑热能利用，有利于环境治理，原料消耗和管理费用也将下降，扩大装置能力是提高经济效益和社会效益的重要发展手段4。1.3.2 与下游产品联合生产乌洛托品(六亚甲基四胺)是甲醛的重要下游产品之一，它的用途十分广泛，国内外需求量大幅度增加。近几年来，由甲醛气和氨反应制乌洛托品的技术已经成熟，使甲醛联产乌洛托品的工艺进一步简化，这不仅降低了乌洛托品的生产成本，提高了产品质量，而且减少了对环境的污染。在氨醇联产的生产厂，发展甲醇一甲醛一乌洛托品产品链，是有较大优势，氨醇联产，不仅为甲醛生产提供了原料，又可为乌洛托品生产提供所需液氨。联合生产可根据市场的需求，灵活调整各产品的生产比例，使其发挥最大的经济效益和社会效益。1.4 工艺选择1.4.1 甲醛工艺路线比较“铁钼法”工艺生产具有甲醇消耗低、反应温度低，催化剂效率高，催化剂使用周期长、产品中醇含量低等优点，但有投资较大、操作不太安全、能耗相对较高、催化剂昂贵且不能循环使用等不足之处4。“银法”生产工艺具有投资少，操作安全简便，能耗低、产品中甲酸含量少，尾气中含氢，可以燃烧，催化剂能再生循环使用等特点，但催化剂寿命短，一般为6-8个月，对甲醇纯度要求高，甲醛成品中甲醇含量高，只能生产低浓度甲醛5。表1.5 银法与铁、钼法特点2（以生产37%CH2O计）项目铁钼法工艺银法工艺甲醇在混合气体中浓度/%737反应温度/320380600660反应器管式绝热流化床绝热式催化剂寿命/月121836收率/%95988991甲醇单耗/kg/t420437440480甲醛浓度/%37553750产品中甲醇含量/%0.51.518投资铁钼法较银法高15%20%产品中甲酸含量/10-6200300100200催化剂失活原因Mo升华Ag粒烧成块，原料气中Fe，S引起中毒对毒物敏感程度不敏感敏感比较可以看出，银法在爆炸上限操作， 原料混合气中甲醇浓度较高，设备负荷大，故建厂投资较低。但由于银法在600以上高温反应，催化剂银晶粒容易长大，加上银催化剂对毒物(Fe、S)极为敏感，故催化剂寿命短。铁、钼催化剂活性高、寿命长，对毒物不敏感，单耗低，产品甲醛浓度高，含醇低，特别适用于作树脂、聚甲醛、脲醛及医药的原料5。1.4.2 甲醛工艺选择此次设计采用银法工艺。银法基本工艺为：甲醇用空气鼓泡的方式在蒸发器中与甲醇形成二元混合气体，再与水蒸汽混合成甲醇空气水(蒸汽)三元混合气。三元混合气经过热器加热至110120，进入过滤器，除去羰基铁等杂质，然后进入氧化反应器。甲醇经氧化、脱氢反应生成甲醛，产物在一个带有蒸汽发生装置的急冷段被迅速冷却到220左右，之后经过冷却段进一步冷却到8090，再进入吸收塔底部，甲醇蒸汽和甲醛在塔底被冷凝和吸收。吸收塔顶排出的尾气经尾气锅炉燃烧产生蒸汽，吸收塔一塔采出甲醛产品，浓度为37%。甲醇高位槽过热器过滤器热水槽氧化炉2#吸收塔1#冷却塔1#吸收塔2#冷却塔尾气燃烧炉甲醛中间槽甲醛储槽过滤器甲醇蒸发器空气配料蒸汽图1.1 银法的甲醛生产工艺基本方块图1.5 装置设计特点1.5.1 空气以鼓泡形式进入蒸发器与甲醇混合首先有利于传热，甲醇在空气的鼓吹下能达到湍流的状态，有利于达到最佳的传热效果；其次，降低了甲醇的沸点。在操作总压一定的情况下，由于空气占了一部分的压力，则使得甲醇的分压降低，因此甲醇的沸点也随之降低，这便减小了蒸发器的负荷，使甲醇更容易蒸发。1.5.2 采用了双塔串联吸收流程第一吸收塔主要用来保证吸收大部分甲醛，形成合格的产品；第二吸收塔的下段充分吸收余气中甲醛，但因吸收平衡浓度影响，吸收不彻底，因而上段板式结构采用软水吸收尾气中剩余的甲醛，减少排放损失，降低原料消耗。和单塔吸收流程比较，两塔分工明确，液体循环量少，既保证了吸收效果，又方便于操作。据测算，甲醛损失可减少1%1.5%。1.5.3 采取节能措施、充分回收利用能量本装置除保证蒸汽自用外，并能外供蒸汽。氧化器分为氧化室、急冷段、冷却段三部分。急冷段所产的蒸汽主要供三元气的过热用，冷凝段所产的热水用于供甲醇的加热蒸发。尾气锅炉所产蒸汽除补给三元气的过热外，其余的进人蒸汽管网供其他生产用。罗茨风机采用变频调节，消除不必要的放散或循环，以节约能量。1.5.4 设备更新采用新式高效过滤器对三元气进行过滤，代替原有的玻璃棉与玻璃丝，有效滤去杂质，使催化剂寿命延长，同时减轻了工作强度，改善了生产环境；对蒸发器进行了除沫改造，液体夹带更少，操作更稳定；氧化器急冷段采用双管板结构，可以延长使用；一、二塔均采用丝网填料，改善了液体分布及吸收效果，同时系统阻力大为减小；采用甲醛专用尾气锅炉，燃烧更充分，使用寿命延长。1.5.5 自动化程度高操作由中心控制室集中控制，主要控制部位均可自调，主要参数均能自动记录，并设自动安全报警。主要控制部位有:（1） 甲醇蒸发器液位的控制；（2） 氧化反应器反应温度控制；（3） 一、二塔液位的控制；（4） 废热锅炉液位的控制。2 工艺计算2.1 甲醛生产原理银催化氧化反应在600640下进行，发生氧化和脱氢两个主反应，约有50%60%的甲醛是由氧化反应生成的，其余的甲醛则由脱氢反应生成。总反应是一个放热反应，副反应较多，其产物有CO、CO2、H2、HCOOH等等。在产品甲醛中一般含有少量未反应的甲醇2。主反应式如下： (1) (2)2.1.1 热力学分析转化的压力平衡常数和热效应2(1) ， (2) ， -CH2O的平衡分压，Pa- CH3OH的平衡分压，Pa- O2的平衡分压，Pa- H2的平衡分压，Pa- H2O(g)的平衡分压，PaKp值仅随温度变化，其关系由范特荷夫方程式来决定： 式中：Qp- 反应热，CH3OH，即在等温条件下，反应体系的负焓变值R- 气体常数，等于8.314 J/(molK )T- 温度，K焓变值随温度变化，根据盖斯定律： 式中：ri-i物质化学计量系数Cp,i-i物质的摩尔热容，J/(molK )-25标准焓变，J/(molK )又CH2O(g)、CH3OH(g)、O2、H2、H2O(g)的摩尔热容分别为： 由此可得反应温度600下各反应的反应热方程式：反应(1) CH3OH+1/2 O2HCHO+H2O -155.93kJ/mol反应(2) CH3OH HCHO+H2 + 90.61 kJ/mol反应(3) CH3OH+3/2 O2CO2+2H2O-672.90kJ/mol反应(4) CH3OH+ O2CO+2H2O-389.8kJ/mol反应(5) CH3OH+ H2CH4+H2O -120.08kJ/mol反应(6) CH3OH+ O2HCOOH+ H2O -398.57kJ/mol2.1.1 动力学分析银法生产甲醛的反应过程，是净化后的原料混合气自反应器的引入部件进入催化剂室，经支撑在花板上的银催化剂作用发生氧化、脱氢等反应。催化剂不仅能改变化学反应速度，还可以改变反应机理。它能有选择地加速某一反应，而不加速（或少加速）另一些反应，即催化剂具有高度灵敏度的反应选择性，可以使反应按我们所需要的方式进行。这对于节约原料、提高产品质量和简化后处理工序都具有重大的意义。在甲醛生产中，由于采用了电解银等选择性高的物质作催化剂，所以能大大减少副反应的发生和副产物的生产，使反应基本按生产甲醛的方向进行，从而提高了转化率和产率2。甲醛反应过程是一个气固相催化反应过程。气固相催化反应过程的基本步骤是：（1）反应物从气相主体扩散到固体催化剂颗粒的外表面。（2）反应物经颗粒内微孔扩散到固体催化剂颗粒的内表面。（3）反应物被催化剂表面活性中心吸附。（4）在表面活性中心进行反应。（5）反应物从表面活性中心脱附。（6）反应产物经颗粒内微孔扩散到催化剂颗粒外表面。（7）反应物产物由催化剂颗粒外表面扩散到气相主体。2.2 物料衡算2.2.1 设计依据年产6万吨甲醛水溶液工业装置设计任务书2.2.2 设计条件（1） 年产量：6万吨37%甲醛水溶液（2） 空气成分：表2.1 空气成分表21%77.16%1.84%（3） 尾气组成： 表2.2 尾气组成表3.2%0.2%0.2%1.9%19%2%0.2%0.2%73.1%（4）成品组成： 表2.3 成品组成表37%0.6%0.01%62.39%（5） 氧醇比：0.4（6） 单耗：0.445t(98%)/t(37%水溶液)（7） 原料甲醇组成：98%，2%（8） 年工作日：300天，则小时产量为：其中： （9） 配料比：0.6（10） 吸收流程：采用两塔吸收，一塔吸收甲醛总量的90%。2.2.3 蒸发器物料衡算（1） 甲醇投入量计算其中含甲醇 水 （2） 空气量计算由氧醇比0.4可得空气量：其中：O2 N2 H2O （3） 出料量及组成计算甲醇 水 O2 N2 出料总量为： 各组分含量为：甲醇 水 O2 N2 （4） 蒸发器物料衡算表表2.4 蒸发器物料衡算表进料出料物料名称kg/hkoml/hwt/%物料名称kg/hkoml/hmol/%1.甲醇3708.33117.69100.00原料气9907.20330.26100.00其中：CH3OH3634.16113.5798.00其中：CH3OH3634.16113.5734.00H2O74.174.122.00H2O145.808.102.43kg/hkoml/hmol/%O21453.7645.4313.602.空气6198.88216.32100.00N24673.48166.9149.97其中: H2O71.643.981.84O21453.7645.4321.00N24673.48166.9177.16合计9907.21334.019907.20334.012.2.4过热器物料衡算（1）配料水蒸汽根据配料比0.6，得出加入的水蒸汽量为（2） 出料量及组成计算甲醇 水 O2 N2 出料总量为：各组分含量为：甲醇 水 134.60460.5110029.23O2 N2 （3） 过热器物料衡算表表2.5 过热器物料衡算表进料出料物料名称kg/hkoml/hmol/%物料名称kg/hkoml/hmol/%原料气9907.20334.01100.00三元气12184.20460.51100.00其中：CH3OH3634.16113.5734.00其中：CH3OH3634.16113.5724.66H2O145.808.102.43H2O2422.80134.6029.23O21453.7645.4313.60O21453.7645.439.86N24673.48166.9149.97N24673.48166.9136.25配料蒸汽2276.96126.50合计12184.16460.5112184.20460.512.2.5 氧化器物料衡算（1） 尾气量计算由N2在反应前后的总量不变可得尾气总量为：由尾气组成： 表2.6 尾气组成表3.2%0.2%0.2%1.9%19%2%0.2%0.2%73.1%可得尾气中各组分量为： （2） 反应方程式主反应方程式CH3OH+1/2 O2HCHO+H2O (1)CH3OH HCHO+H2 (2)副反应方程式：CH3OH +3/2 O2CO2+2H2O (3)CH3OH + O2CO+2H2O (4)CH3OH + H2CH4+H2O (5)CH3OH + O2HCOOH+ H2O (6)（3） 甲醇消耗量计算反应(2)消耗甲醇 反应(3)消耗甲醇 反应(4)消耗甲醇 反应(5)消耗甲醇 反应(6)消耗甲醇 0.002(kmol/h)=0.64(kg/h)尾气中带走的甲醇 产品中带走的甲醇 反应(1)消耗甲醇（4） 实际得到的甲醛量氧化反应(1)产生的甲醛量：脱氢反应(2)得到的甲醛量为：甲醛总产量：尾气中带走的甲醛量为 0.46kmol/h则产品中实际得到的甲醛产量为：折算成37%甲醛水溶液为：则实际年产量为：实际单耗为：（5） 氧气量核算反应(1)消耗氧气 (koml/h)反应(3)消耗氧气 10.97 kmol/h反应(4)消耗氧气 0.46 kmol/h 反应(6)消耗氧气 0.02 kmol/h 则尾气中带走的氧气 尾气中氧气的含量 ，与前面给定值1.9%基本相符。（6） 冷凝液体量计算假定冷却段出口温度为78，压力为130kPa。查6得78水的饱和蒸汽压：43.665kPa。反应后气相中水蒸汽的摩尔分率 y1=185.488/460.689=0.403部分冷凝后水蒸汽的摩尔分率 y2=43.665/130=0.336气态水总量：134.60+59.46+7.312+0.462+0.46+0.02=210.08kmol/h反应后气体总量：210.08+103.30+7.31+0.462+4.34+43.38+0.46+1.56+0.02+166.91=538.28kmol/h设冷凝水蒸气的量为m1，78下甲醛在水中溶解度为30%2。则： 得 m1 =910.53（kg/h）=50.59kmol/h ，其中溶解甲醛：910.5330%/70%=390.23kg/h=13.01kmol/h。 （7） 出料量及组成计算液体出料水 甲醛 各组分含量为：水 甲醛 气体出料总水量 210.08kmol/h冷凝水量 气体中水量 N2 气体出料总量为：气体中各组分含量为：水 N2 （8） 氧化器物料衡算表表2.7 氧化器物料衡算表进料出料物料名称kg/hkoml/hmol/%物料名称kg/hkoml/hmol/%三元气12184.00460.51100.001.转化气相10886.26474.68100.00其中：CH3OH3634.16113.5724.66其中CH2O2708.7090.2919.02H2O2422.60134.6029.33CH3OH64.642.020.43O21453.7645.43.9.86HCOOH0.830.020.004N24673.48166.9136.25H2O2870.82159.4933.60CO2321.647.311.54CO12.880.460.10CH47.360.460.10O2138.884.340.91H286.7643.389.14N24673.48166.9135.162.转化液相kg/hkoml/hwt/%1300.7963.60100.00其中：CH2O390.2613.0130.00H2O910.5350.5970.00合计12184.00460.5112187.05538.282.2.6 第一吸收塔物料衡算（1） 一塔吸收量吸收流程：采用两塔吸收，一塔吸收总量的90%，则一塔吸收甲醛量：（2） 一塔塔底采出量实际得到的甲醛水溶液为：成品组成：表2.8 成品组成表37%0.6%0.01%62.39%其中： （3） 冷凝水量计算给定一塔气体出口温度为50，压力120kPa。假定剩余甲醇及生成的甲酸均在一塔吸收，则除水外剩余总气体量为：538.28-92.97-210.08-1.56-0.02=233.65kmol/h。查得50水的饱和蒸汽压： 12.344KPa6则水蒸汽在出口气体中的摩尔分率： y=12.344/120=0.103设冷凝总水蒸汽量为n，则，得n =26.83kmol/h 。则一塔实际冷凝水量：210.08-50.59-26.83=132.66kmol/h=2387.88kg/h （4） 二塔入一塔量计算二塔吸收甲醛量：二塔冷凝水量：26.83-4.57=22.26kmol/h=400.68kg/h二塔加水量：二塔进入一塔总量：9.87+22.26+83.51=115.64kmol/h=2199.96kg/h各组分含量为： 水 （5） 一塔塔顶出气量及组成计算水 N2 出料总量为：各组分含量为：水 N2 （6） 第一吸收塔物料衡算表表2.9 第一吸收塔物料衡算表进料出料物料名称kg/hkoml/hmol/%物料名称kg/hkoml/hwt/%1.转化气相10886.26474.68100.001.成品8338.38393.44100.00其中CH2O2708.7090.2919.02其中：CH2O3085.20102.8437.00CH3OH64.642.020.43CH3OH50.031.560.60HCOOH0.830.020.004HCOOH0.830.020.01H2O2870.82159.4933.60H2O5202.32289.0262.39CO2321.647.311.54kg/hkoml/hmol/%CO12.880.460.102.塔顶气相6048.56260.48100.00CH47.360.460.10其中：CH2O309.910.334.00O2138.884.340.91CH3OH14.720.460.18H286.7643.389.14H2O482.9426.8310.30N24673.48166.9135.16CO2321.647.312.802.转化液相kg/hkoml/hwt/%CO12.880.460.181300.7963.59100.00CH47.360.460.18其中：CH2O390.2613.0130.00O2138.884.341.67H2O910.5350.5970.00H286.7643.3816.64kg/hkoml/hwt/%N24673.48166.9164.052.来自二塔液相2199.96115.64100.00其中：CH2O296.19.8713.46H2O1903.86105.7786.54合计14387.01653.9214386.94653.922.2.7 第二吸收塔物料衡算（1） 塔顶尾气计算尾气组成： 表2.10 尾气组成表3.2%0.2%0.2%1.9%19%2%0.2%0.2%73.1%由于在反应前后的总量不变可得尾气总量为：其中： （2） 二塔入一塔量计算与3.2.6（4）计算一致。（3） 第二吸收塔物料衡算表表2.11 第二吸收塔物料衡算表进料出料物料名称kg/hkoml/hmol/%物料名称kg/hkoml/hmol/%1.塔顶气相6048.56260.48100.001.尾气5351.78228.35100.00其中：CH2O309.9010.334.00其中：CH2O13.800.460.20CH3OH14.720.640.18CH3OH14.720.460.20H2O482.9426.8310.30H2O82.264.572.00CO2321.647.312.80CO2321.647.313.20CO12.880.460.18CO12.880.460.20CH47.360.460.18CH47.360.460.20O2138.884.341.67O2138.884.341.90H286.7643.3816.64H286.7643.3819.00N24673.48166.9164.05N24673.48166.9173.102.塔顶进水1503.1883.51kg/hkoml/hwt%2.入一塔量2199.96115.64100.00其中：CH2O296.109.8713.46H2O1903.86105.7786.54合计7551.74343.997551.74343.992.2.8 尾气锅炉的物料衡算（1） 进料尾气与二塔定相同。（2）空气量计算，空气过量10%。 主要的反应CH3OH+3/2 O2CO2+2H2O CH4+2 O2CO2+2H2O CH2O +O2CO2+H2O CO +1/2 O2CO2 H2 +1/2O2H2O 反应需要的氧气需要进入的氧气：需要的空气为：其中含： （3） 气体出料反应后的气体量级组成： 气体总量：气体的含量： （4）尾气锅炉物料衡算表表2.12 尾气锅炉物料衡算表进料出料物料名称kg/hkoml/hmol/%物料名称kg/hkoml/hmol/%1.尾气5351.78228.35100.00CO2402.609.152.96其中：CH2O13.800.460.20H2O938.5252.1416.84CH3OH14.720.460.20N26897.24246.3379.57H2O82.264.572.00O263.041.970.64C