甲醛氧化制甲醇物料衡算

甲醛氧化制甲醇物料衡算第一頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日概述1計算中用的基本量物理過程的物料衡算化學反應的物料衡算234目錄第二頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日概述

物料衡算是化工工藝設計中最基本的設計內容，是工藝設計的基礎。主副產品的產量原材料消耗定額生產過程中的損耗三廢產生量物料的浪費生產過程的反常現象物料衡算第三頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日物料衡算的理論依據“質量守衡定律”在化工過程中，物料平衡是指：進入一個裝置（或設備）的全部物料的量，必定等于離開這個裝置（或設備）的全部物料的量（包括損失量）和系統(tǒng)內累積起來的物料的量。輸入=輸出+累積∑F=∑D+W第四頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日（1）基本式：輸入+生成=輸出+消耗+累積“生成”、“消耗”是指由于化學反應而生成、消耗的質量（2）對穩(wěn)態(tài)過程：累積項=0

輸入+生成=輸出+消耗*穩(wěn)態(tài)（定態(tài)）過程：系統(tǒng)內任一部分的參數，不隨時間而變，只隨空間位置而改變，是存在于連續(xù)操作的一個過程，其特征為：累積項=0有化學反應時的物料衡算無化學反應的穩(wěn)態(tài)過程：輸入=輸出第五頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日數據收集1.生產規(guī)模和生產時間（年生產時數）生產規(guī)模在設計任務書中已有，若是中間車間應根據消耗定額來確定生產規(guī)模，要考慮物料在車間回流的情況。

大型化工廠一般8000小時/年

對要經常維修或試驗性車間一般7200小時/年

很少的廠可達8400小時/年2.有關的定額，收率，轉化率的數據收集

要注意可靠性準確性，并了解其單位與基準3.原料，輔助材料，產品，中間產品的規(guī)格4.與計算有關的物理化學常數

如密度，蒸汽壓，相平衡常數第六頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日5.選擇計算基準6.建立物料平衡方程，進行物料衡算7.整理并校核計算結果8.繪制物料流程圖，填寫物料平衡表。列出的數學關聯式的數目應與所求未知項的數目相同，若數學式不夠，用試差法求解。時間基準質量基準體積基準干濕基準第七頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日對連續(xù)生產過程可用單位時間的物料量或單位時間的產品量作計算基準如三十萬噸NH3廠，可以每小時產NH3量作物料衡算基準，年生產時間8000h（7200h），30×104/8000=37.5T/h

對間歇生產過程可以一套或一批料的生產周期作基準。

如一個反應釜，每次投料800kg，完成一個操作周期為4h，則每小時處理物料200kg/h作計算基準。時間基準第八頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日質量基準當進行衡算的系統(tǒng)其物料緣于固相或液相時，可選擇一定質量的原料或產品作為計算基準，如以煤，礦石，石油為原料的化工過程可選用1kg原料為計算基準。特別是原料或產品是單一化合物，或其組成是已知的，選此作計算基準更為方便。第九頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日體積基準當物料是氣體時，可選用體積為基準，通常都換算成STP（標準狀態(tài)）下的體積，這樣可排除T，P變化帶來的影響，而且容易把體積換算成mol數（除以22.4）。不論是固態(tài)，液態(tài)或氣態(tài)物質往往都含有一定的水分，因此就出現干基，濕基的問題。

若進行衡算時，把水分去掉則稱干基，把水分一起算入稱為濕基，二者可互算。干濕基準*選作基準的物料，必須是已知條件最多，并與其它物料關系明確之物。第十頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日物料平衡表

組分工業(yè)甲醇組成（質量分數），%反應尾氣組成（體積分數），%CH2OH98.0

H2O2.0

空氣O2：21%,N2：77.16%;H2O:1.84%

O2

0.2CO2

3.6CO

0.4CH3

0.2H2O

2H2

19.0HCHO

0.05CH2OH

0.15N2

74.4第十一頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日物料平衡表

組分甲醛溶液組成（質量分數），%

其他參數HCHO37.0

CH3OH1.6

H2O61.36

HCOOH0.004

氧醇度

0.38配料濃度

60單耗CH3OH/37%CH3CHO

0.448第十二頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日甲醇氧化制甲醛的物料流程圖第十三頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日主反應：CH30H+1/2O2=HCHO+H2OCH3OH=HCHO+H2H2+1/2O2=H2O副反應：CH3OH+O2=CO+2H2OCH3OH+3/2O2=CO2+2H2OHCHO+1/2O2=HCOOHHCOOH=CO+H2OHCHO=CO+H2HCHO+O2=CO2+H2OCH3OH=C+H2O+H2CH3OH+H2=CH4+H2O2HCHO+H2O=CH3OH+HCOOH第十四頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日產品產量及組成50000/8000=6.25t=6250kg其中：HCHO6250*37%=2312.5kg=77.08kmolCH3OH6250*1.6%=100kg=3.125kmolHCOOH6250*0.04%=2.5kg=0.0543kmolH2O6250-（2312.5+100+2.5）=3835kg=213.05kmol總摩爾數=77.08+3.125+0.0543+213.06=293.32kmol（3）甲醇投入量：6250*0.448=2800kg=87.50kmol（4）空氣消耗量根據氧醇比得：0.38*87.50*22.4÷21%=3546.67m2=158.33kmol其中：O2=158.33*21%=33.25Kmol=1064kgN2=158.33*77.16%=122.17kmol=3420.7kgH2O=158.33*1.84%=2.91kmol=52.44kg(1.84%為空氣在相對濕度為80%的水含量（5)吸收尾氣排放量：158.33*77.16%/74.4%=164.2kmol

第十五頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日CO=164.2*0.4%=0.657kmol=18.4kgCH4=164.2*0.2%=0.3284kmol=5.25kgO2=164.2*0.2%=0.3284kmol=5.25kgH2=164.2*19%=31.20kmol=62.4kgH2O=164.2*2%=3.284kmol=59.1kgHCHO=164.2*0.05%=0.082kmol=2.46kgCH3OH=164.2*0.15%=0.2463kmol=7.88kgN2=164.2*74.4%=122.17kmol=3420.7kg(6)數據校核①甲醛量：根據氧的衡算，計算出按反應式（12-1）生成的甲醛量[33.25-(5.91*3/2+0.657+0.3284+0.0543)]*2=46.49kmol根據尾氣中的H2量并結合反應式（12-5），計算按反應式（12-2）生成的甲醛量甲醛總生成量：46.69+31.53=78.22kmol折算成37%CH2O水溶液：78.14%*30/37%=6336kg產品產量與設計要求一致第十六頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日②甲醛量根據氧的衡算反應式(12-1)消耗甲醇46.69kmol反應式（12-2）消耗甲醇31.53kmol反應式(12-3)消耗甲醇5.91kmol反應式（12-4）消耗甲醇0.657kmol反應式(12-5)消耗甲醇0.328kmol反應式（12-6）消耗甲醇0.0543kmol尾氣中的帶走甲醇0.2463kmol產品中帶走甲醇3.125kmol甲醇總消耗量46.99+31.53+5.91+0.657+0.3284+0.0543+0.2463+3.125=88.54kmol=2833kg技術消耗2833/6250=0.458t/t實物單耗：2833/（98%*6250）=0.462t/t此數據亦與上面給定條件基本一致第十七頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日③水量衡算（按每小時計）尾氣帶出的水3.284kmol=59.11kg產品帶出的水218.06kmol=3835kg空氣帶入的水2.91kmol=52.44kg原料中甲醇帶入的水2833/98%-2833=57.82kg=3.21kmol反應生成的水：46.69+2*（5.91+0.657）+0.3284+0.0543=60.21kmol=1083.8kg按配料濃度60%計，應加入的配料水蒸汽量2833/60%-（2833+57.82+52.44）=1778kg=98.80kmol吸收塔加水量（3.284+213.06）-（2.+60.21+98.80)=51.21kmol=921.85kg第十八頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日④吸收系統(tǒng)計算設一吸甲醛吸收率為90%，則一吸收塔吸收甲醛量為78.22*90%=70.4kmol=2112kg二吸塔吸收吸收甲醛量為78.22-70.4=0.0827.738kmol=232.14kg又設二吸收塔循環(huán)液中甲醛濃度15%，并設轉化甲醇除尾氣帶出外，均在二吸收塔被吸收，則二吸收塔循環(huán)液入一吸收塔量為：232.14/15%=1547.6kg其中，甲醇量=3.125kmol=100.16kg水量=1547.6-232.14-100.16=1215.3kg=67.52kmol（7）各主要單元設備的物料衡算表（按小時計）見表12.5~表12.9第十九頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日表12.5：蒸發(fā)器物料衡算表

進料出料物料名稱質量，kg物質的量kmol物料名稱質量，kg物質的量kmol1，甲醇2890.8291.74原料氣7427.96250.07CH3OH2833.088.53CH3OH2833.088.53H2O57.823.21H2O110.256.122，空氣4537.14158.33O21064.032.25O2106433.25N23420.7122.17N23420.7122.17—__H2O52.442.91—__合計7427.96250.07合計7427.96250.07第二十頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日表12.6：過熱器的物料衡算進料出料物料名稱質量，kg物質的量kmol物料名稱質量kg物質的量kmol原料氣7427.95250.07三元氣9206.36348.87CH3OH2633.088.53CH3OH2833.088.53H2O110.266.12H2O1888.66104.93O21064.033.25O21064.032.25N23420.7122.17N23420.7122.172，配料蒸汽1778.4098.80—__合計9206.36348.83合計9209.36348.87第二十一頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日表12.7氧化器物料衡算表：進料出料物料名稱質量，kg物質的量kmol物料名稱質量，kg物質的量，kmol三元氣9206.36348.87轉化氣9206.75407.38CH3OH2833.088.52CH2O2346.678.22H2O1888.66104.93CH2OH107.883.2713O21064.033.25HCOOH2.49780.0543N23420.7122.17H2O2972.5