甲醛工艺设计

2011届本科生毕业设计（论文）

续表4—5

物料 名称 H2O O2 N2

合计

244.786

6420.776

kmol 76.137 23.710 87.05

输入

kg 1370.465 758.728 2437.418

物料 名称 CH3OH HCOOH H2O CO2 CO CH4 H2 O2 N2

kmol 1.5694 0.009 118.874 3.838 0.349 0.233 17.445 0.489 87.051 281.745

输出

kg 50.268 0.417 2139.732 168.872 9.772 3.728 34.890 15.648 2437.418 6417.445

（4）吸收一塔物料衡算

进料的转化气量已在表4—4求得，来自二塔液相各组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。塔顶气相各组分量=对应进料量－对应一塔吸收量。

表4—6 吸收一塔物料衡算 计量单位：见表

物料 名称 CH2O CH3OH HCOOH H2O CO2 CO CH4 H2 O2 N2 来自二塔液 CH2O CH3OH H2O

合计

342.073

7595.418

kmol 51.890 1.5694 0.009 118.874 3.838 0.349 0.233 17.445 0.489 87.051 60.137 5.869 1.561 52.707

输入

kg 1556.7 50.268 0.417 2139.732 168.872 9.772 3.728 34.890 16.648 2437.418 1174.973 176.246 49.999 948.728

物料 名称 成品 CH2O CH3OH HCOOH H2O 塔顶气体 CH2O CH3OH H2O CO2 CO CH4 H2 O2 N2

kmol 194.852 51.619 1.5694 0.009 141.655 153.865 6.102 1.5694 29.927 3.838 0.349 0.233 17.445 0.489 87.051 349.170

输出

kg 4167 1550.124 50.268 0.417 2549.787 3428.344 183.06 50.221 538.677 168.872 9.772 3.728 34.890 15.648 2437.418 7595.344

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（5） 吸收二塔物料衡算：

进料的进塔气相量在表4—5中求得，塔顶加水量已在物料衡算中求得。 出料的尾气在物料衡算中已求出，二塔液相采出量与表4—5中相同

表4—7 吸收二塔物料衡算 计量单位：见表

物料 名称 进料气相 CH2O CH3OH H2O CO2 CO CH4 H2 O2 N2 塔顶加水

合计

183.463

3958.408

kmol 153.865 6.102 1.5694 36.789 3.838 0.349 0.233 17.445 0.489 87.051 29.448

输入

kg 3428.344 183.243 50.268 662.202 168.872 9.772 3.728 34.890 15.648 2437.418 530.064

物料 名称 尾气 CH2O CH3OH H2O CO2 CO CH4 H2 O2 N2 二塔液采出 CH2O CH3OH H2O

kmol 116.303 0.233 0.0084 6.667 3.838 0.349 0.233 17.445 0.489 87.051 60.137 5.869 1.561 52.707 176.451

输出

kg 2783.417 6.997 0.261 120.01 168.872 9.772 3.728 34.890 15.648 2437.418 1174.973 176.246 49.999 948.728 3958.39

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表4—8 物料平衡总

进料

摩尔流量

组分

kmol/h

CH3OH O2 N2 甲醇带水 空气带水 配料蒸汽 工艺补水

57.888 23.710 87.051 2.102 2.145 71.890 29.488

小计 S

274.234 6950.488

6950.488

100

kg/h 1854.165 758.728 2437.428 37.840 38.614 1294.019 530.064

wt% 27.08 10.82 35.61 0.54 1.02 18.06 6.87

HCHO CH3OH(HCOOH)

H2O CO2 CO N2 O2 H2 CH4 小计 S

194.844 6950.417

质量流量

质量含量

组分

kmol/h 51.619 1.57 141.655

kg/h 1550.124 50.421 2549.787 4167

100 wt% 37.2 1.2 61.6

kg/h 6.99 0.261 120.013 168.872 9.772 2437.153 15.684 34.89 3.782 2783.417

kmol/h 0.233 0.0084 6.667 3.838 0.349 87.051 0.489 17.445 0.233 116.303

mol% 0.20 0.0072 5.7328 3.30 0.33 74.84 0.42 15 0.20 100

出料 成品

尾气

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4.3 热量衡算

4.3.1 物性参数及计算公式 （1）物性数据的选择见下表：

表4—9 物性数据 计量单位：见表

物质 (气态) N2 O2 H2 CO CO2 H2O CH4 CH3OH CH2O

32℃ 29.271 29.121 29.914 29.587 39.483 33.635 36.953 44.529 35.223

42℃ 29.290 29.312 29.927 29.639 40.132 33.681 37.356 44.743 35.838

Cp/[kJ/(kmol·K)] 46.5℃ 29.312 29.527 29.946 29.820 41.213 33.728 38.021 44.935 35.985

68℃ 29.783 29.704 29.953 29.997 42.430 34.439 38.986 45.023 36.024

100℃ 30.012 29.981 30.101 30.395 43.312 35.114 40.017 45.538 36.248

115℃ 30.113 30.021 30.157 30.165 43.876 35.213 41.138 47.458 36.831

上表物性数据查阅《化工工艺设计手册》上册P2-693—P2-744及《化学工程师技术全书》下册 P1184-1189

液态组分在22℃下的Cp值为：

甲醇Cp=79.237kJ/(kmol·℃)；水Cp=75.338kJ/(kmol·℃)

(2) 计算公式：在恒压下，气态物质过程的焓变采用△H=nCp△T计算，恒压绝热过

程热Qp=△H

4.3.2 主要设备热量衡算： （1）蒸发器的热量衡算：

已知：甲醇在蒸发器无化学变化，取蒸发器温度：46.5℃；甲醇进料温度：22℃；蒸发器空气温度68℃；蒸发器内加热水进口温度：85℃；出口温度：55℃

甲醇在蒸发器内无化学变化，只有相变热和显热。 原料甲醇和空气带入的热量见下表：

表4—10 原料甲醇和空气带入的热量 计量单位：见表

物料 名称 CH3OH H2O 空气 N2 O2 H2O 合计

57.888 2.102 87.051 23.710 2.145

68 68 68

29.783 29.704 34.439

n/(kmol·h-1)

T/℃ 22 22

输入

Cp/[kJ/kmol·℃]

79.237 75.338

17.630 4.789 0.523 33.381

22

Q×104/kJ 10.091 0.348