年产50000ta合成甲醛工业设计.doc

终极一组

化工设计

年产50000t/a合成甲醛工业设计

学 院 化学与化工学院
专 业
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第 15 页 共 54 页
前言

主要分工一览：
第一章 产品方案选择与生产规模---------------------------------赵雅茹
第二章 物料衡算-----------------------------------------------郑旭凯
第三章 能量衡算-----------------------------------------------刘嘉琦
第四章 设备工艺计算----------------------------郑旭凯，刘嘉琦，姚泽鸿
第五章 能量利用方案和节能方面的技术改进-----------------------刘嘉琦
总图及其说明书-------------------------------------------------赵雅茹
带控制点的工艺流程图，氧化器设计图---------------谭孔文，王位，王建福
资料搜集----------------------------------郑旭凯，王建福，谭孔文，王位
PPt制作------------------------------------------王位，刘嘉琦，姚泽鸿
课堂演讲-------------------------------------------------------刘嘉琦
（所有资料统一由刘嘉琦、郑旭凯整理，所有组员审理定稿）

由于本组水平有限，经验尚浅，错误再所难免，敬请提出宝贵意见。

终极一组 二零零九年三月

目 录

第一章 产品方案选择与生产规模…………………………………………… （4）
1.1 概述……………………………………………………………………（4）
1.2 本项目对甲醛生产技术的要求………………………………………（4）
1.3 中国甲醛工业现状……………………………………………………（4）
1.4 银法和铁钼法比较——国外甲醛技术概况…………………………（5）
1.5 技术选择………………………………………………………………（6）
第二章 物料衡算…………………………………………………………………（8）
2.1 设计条件…………………………………………………………………（8）
2.2 物料流程简图………………………………………………………… （8）
2.3 甲醛、甲醇物料衡算（均按每小时计）……………………………… (10)
第三章 能量衡算……………………………………………………………… (17)
3.1 甲醇蒸发器………………………………………………………… (17)
3.2 过热器………………………………………………………………… (18)
3.3 氧化器（包括急冷段）…………………………………………………(18)
3.4 吸收塔（包括一吸塔和二吸塔）…………………………………… (20)
第四章 设备工艺计算………………………………………………………… (22)
4.1 蒸发工段……………………………………………………………… (22)
4.2 氧化工段……………………………………………………………… (29)
4.3 吸收工段……………………………………………………………… (36)
4.4 吸收工段换热器、循环泵设计选型………………………………… (49)
4.5 主要设备一览表……………………………………………………… （51）
第五章 能量利用方案和节能方面的技术改进……………………………… （52）
第六章 工艺设计图纸………………………………………………见附图1、2、3

第一章 产品方案选择与生产规模

1.1 概述
目前甲醛90%以上是从甲醇氧化而得，也有从烃类直接氧化和二甲醚氧化来制取。八十年代日本旭化成开发成功以稀甲醛和醇为原料的甲缩醛法（甲醛缩二甲醇法），可以生产高浓度无醇甲醛溶液，和自己开发的聚甲醛装置相配套，目前还在不断发展完善之中。目前正在研究开发“甲醇脱氢法”和甲烷直接氧化法新工艺。
以甲醇为原料生产甲醛的方法，按其所利用催化剂和生产工艺不同，可分为两种不同的工艺路线。其一是在过量甲醇（甲醇蒸汽浓度控制在爆炸上限，37%以上）条件下，甲醇气、蒸汽和水汽混合物在金属型催化剂上进行脱氢氧化反应，通常采用结晶Ag催化剂，故称为“银法”，也称“甲醇过量法”其二是过量空气（甲醇蒸汽浓度控制在爆炸区下限，7%以下）条件下，甲醇气直接与空气混合在金属氧化物型催化剂上进行氧化反应，催化剂以Fe2O3-MoO3系最为常见，故称“铁钼法”，也称“空气过量法”。银法和铁钼法均在不断地发展中。

1.2 本项目对甲醛生产技术的要求
本项目的甲醛装置规模为5万吨/年(以37%溶液计)，产品主要作为外销并为甲醛的下游产品提供原料。本项目对甲醛生产技术的要求为：
1.2.1 技术可靠、消耗指标低
应选择在相似规模下良好应用业绩的可靠技术。目前甲醇价格不断上涨；由于煤价的上涨，蒸汽价格也在不断上升，因此希望所选的工艺技术能做到甲醇消耗低，蒸汽量能平衡。
1.2.2 能生产较高浓度的甲醛溶液
为了减少后加工（甲醛原料脱水）的能耗（特别是蒸汽消耗）及降低投资和运输费，减轻环境污染，希望能生产37~50%（wt%）的浓度溶液。
1.2.3 产品甲醛中醇的酸的含量低
在甲醛的下游产品生产要求脱除甲醛中的残余甲醇，为保证后加工产品质量减少后加工装置中甲醛净化的能耗及投资，也为了减少后加工装置中含醇废水的处理，要求产品甲醛溶液中甲醇含量小于1.0wt%（最大不超过1.5wt%），同时也要求甲醛产品中甲醛的含量低于200PPm。
1.2.4 安全性
由于甲醛可以和空气形成爆炸性混合物，故在设计、操作顺序及人员培训中需始终注意安全问题。

1.3 中国甲醛工业现状
截止2000年，我国大约230套甲醛生产装置，生产能力最大为5万吨/年，最小为0.3万吨。绝大多数厂家采用电解银催化剂，十几家采用浮石银为催化剂，而采用铁—钼氧化物催化剂有仅有云天化等四家。
从装置总能力和年产量上看，我国甲醛工业已跨入世界前列（仅次于美国、苏联、日本和德国）；从技术上讲，我国电解银法甲醛工艺的物耗已接近先进水平。见表1.1。
表1.1 国内外电解银甲醛工艺的比较

改良BASF法
上海溶剂厂
（1993年）
广州溶剂厂
（1993年）
装置能力（1万吨/年，37%HCO）
7.0
2.5
1.5
催化工艺
电解银
电解银
电解银
催化剂寿命（月）
2~3
2
2
吨37%HCHO消耗

甲醇（100%，公斤）
450
453
487
冷却水（m3）
40.7
50
-
电（KWh）
37
34
49
催化剂耗量（公斤）
0.027
不详
不详
副产蒸汽（公斤）
0.315
0.4
-
需外供蒸汽（公斤）
-
-415
自给
尾气循环
有
无
无
质量：

甲醛含量（wt%）
40~55
37.1
37.13
甲醇含量（wt%）
1~1.3
1.2~1.7
4.6
酸度（wt%）
0.01
0.01
0.027

1.4 银法和铁钼法比较——国外甲醛技术概况
银法是经典的生产方法，德国于1888年首先工业化，接着美国在1901年，日本在1912年相继投入生产。
铁钼法甲醛生产工艺，在三十年代初期开始发展，1952年工业化，随着1959年聚甲醛工程塑料的兴起而飞快地发展起来，其原因在于铁钼法可直接生产低醇高浓度甲醛作为聚甲醛的原料。因此，当时世界上新建的甲醛工厂，大都采用铁钼法工艺。在铁钼法得到迅速发展的同时，银法也在不断加以改进和提高。电解银分子筛载银催化剂的相继出现而所谓WGR尾气循环工艺的诞生，都使得银法工艺有了新的发展。最近所采用的银法工艺，同铁钼法一样，也可以直接生产低醇甲醛，且甲醛浓度也可达50%左右。
虽然各主要工业发达国家都同时兼有银法和铁钼法两种生产工艺，但侧重面不尽相同。总的说来，美国等欧美西方国家，由于聚甲醛工程塑料发达，采用铁钼法生产的厂家较多。据报道，美国铁钼法生产的甲醛曾一度占总产量的80%以上。在近十年中，美国新建的甲醛装置全部用铁钼法，共有20多套。杜邦公司为了配合聚甲醛生产，关闭了银法甲醛装置改建铁钼法装置。前苏联等东欧国家银法和铁钼法并重。日本和东南亚各国银法占支配地位，仍然只有三个铁钼法甲醛生产厂，不过，八十年代日本已有不少甲醛厂转向铁钼法；东南亚各国也开始重视铁钼法，比如，印度尼西亚等最近均建成几座大型的铁钼法生产厂。
目前世界各工业发达国家都同时采用银法和铁钼法两种工艺路线。而且两种方法都在不断地加以改进和提高，在竞争中共存。两种方法各有优缺点，一般来讲，银法投资略低，操作较安全、简单，但消耗略高，且催化剂寿命短（国外催化剂寿命约3~8个月）；铁钼法不需要银法要求的高温反应，从而使副反应减少，选择性高，甲醛单耗低，甲醛产品分解少，甲醛浓度高，催化剂效率高，寿命长（国外催化剂寿命长，约1.5~2.5年），但投资略高，操作安全措施要求略高，但两种方法的车间成本相当接近。1980年以后，国外工业甲醛总建厂能力中铁钼法已超过银法。
以此两种工艺为基准进行比较见表1.2。
表1.2 银法和铁钼法比较（以37%甲醛浓度为基准）

改良银法(BASF法)
铁钼法(PSP法)
催化剂
电解银催化剂
铁钼法氧化催化剂
物料
甲醇过量
空气过量
甲醇，吨
0.452
0.42
电，KWH
37
88
冷却水，m3
40.7
40
工艺水，m3
0.2
-
锅炉给水，吨
0.32
0.44
催化剂损失，克
0.027
0.006
副产蒸汽：压力 Pa
3
20
数量 吨
0.315
0.69
反应温度，℃
600-700
250~350
压力，MPa
0.1
0.1~0.5
反应器型式
绝热式固定床
列管式固定床
催化剂寿命
3~8个月
1.5年~2.5年
甲醛浓度（wt%）
40~55
55~60
甲醇浓度（wt%）
1.0~1.3
0.5~1.0
投资
1
1~1.10
催化剂敏感度
敏感
不敏感
催化剂价格
波动大
波动小
从冷态开车时间 小时
20~24
8
停车后开车时间 小时
数小时
≤1
尾气处理
大部分循环,小部分燃烧产生蒸汽
大部分循环,小部分催化转化
在竞相发展过程中，银法和铁钼法都在不断改进催化剂和生产工艺。具有代表性的银法工艺有BASF法，HS法，Dcgussa法；铁钼法有PSP法，DBW法，SDP法和Lummus法等。其中德国的BASF公司的银法和瑞典PSP公司的钼法发展历史悠久，技术先进。

1.5 技术选择
我国在六十至七十年代曾建有多套甲烷氧化法的生产甲醛的小型装置，由于转化率和收率及产品浓度低等问题而相继停止生产。现我国工业甲醛都使用甲醇作原料。以甲醇为原料生产甲醛目前主要有：“银催化法”和“铁钼催化法”两类方法。由于银法和铁钼法各有所长，也各有局限性，且这两类方法都有改进和提高，综合各种因素对生产成本进行比较，这两类方法差别很小。所以同世界范围内“银法”和“铁钼法”的比例几乎相当，但我国目前采用“银法”的仍占绝大多数，因为铁钼法虽然单耗低一些，但设备庞大，耗能大，其关键设备还需进口，投资大。因此我们拟采用银法，因该法工艺已相当成熟，其主要设备是目前国内最先进的，如新型氧化器，该氧化器带余热炉，合二为一的甲醇过滤阻火器等，同时该法我们已生产二十几年，有一批生产技术骨干。相对投资少，工期短，见效快。

第二章 物料衡算

2.1 设计条件
按照选定的工艺流程，确定设计参数和条件。
已知：空气为氧化剂，电解银为催化剂，固定气相氧化法，年开工8000h，相关数据见下表。
组 份
工业甲醇组成（质量分数），%
反应尾气组成（体积分数），%
甲醛溶液组成（质量分数），%
其他参数
CH3OH
98.0

H2O
2.0

空气
O221%,N277.6%,H2O1.84%

O2

0.2

CO2

3.6

CO

0.4

CH4

0.2

H2O

2

H2

19.0

HCHO

0.05

CH3OH

0.15

N2

74.4

HCHO

37.0

CH3OH

1.6

H2O

61.36

HCOOH

0.004

氧醇比

0.38
配料浓度

60%
单耗CH3OH/37%HCHO

0.448t/1t
第一吸收塔吸收率

90%
第二吸收塔循环液中甲醇浓度

15%

2.2 物料流程简图
甲醇氧化制甲醛的物料流程图如下所示:

蒸
发器
尾气去锅炉
水蒸气

二吸塔

一吸塔

反应器

补充水

甲醇

空气

图1 甲醇氧化制甲醛的物料流程图
2.3 甲醛、甲醇物料衡算（均按每小时计）
主反应：
（1）甲醇氧化制甲醛的化学反应方程式：
CH3OH +1/2O2 = HCHO +H2O (1)
CH3OH = HCHO + H2 (2)
H2 +1/2O2 = H2O (3)
副反应：
CH3OH + O2 = CO + 2H2O (4)
CH3OH + 2/3O2 = CO2 + 2H2O (5)
HCHO +1/2O2 = HCOOH (6)
HCOOH = CO + H2O (7)
HCHO = CO + H2 (8)
HCHO + O2 = CO2 + H2O (9)
CH3OH = C + H2O + H2 (10)
CH3OH + H2 = CH4 + H2O (11)
2HCHO + H2O = CH3OH + HCOOH (12)
该反应系统的物质数有10种，它们是CH3OH、HCHO、HCOOH、CO、CO2、CH4、H2、O2、H2O、N2，构成这些物质的元素有4种，因此该系统的独立反应数为10－4＝6，可选用反应以下反应作为该系统的独立反应，它们是：
CH3OH +1/2O2 = HCHO +H2O (1)
CH3OH = HCHO + H2 (2)
CH3OH + 2/3O2 = CO2 + 2H2O (3)
CH3OH + O2 = CO + 2H2O (4)
CH3OH + H2 = CH4 + H2 (5)
CH3OH + O2 = HCOOH + H2O (6)

（2）产品产量用其组成（按每小时算）
可知年开工为8000h，需要生产甲醛50000t，则每小时生产50000/8000=6.25（kg）
由工艺参数表可知，其中：
HCHO: 6250×37%=2312.5（kg）=77.08（kmol）
CH3OH: 6250×1.6%=100（kg）=3.125（kmol）
HCOOH: 6250×0.04%=2.5(kg)=0.0543（kmol）
H2O: 6250×61.36%=3855(kg)=213.06（kmol）
总摩尔数=77.08+3.125+0.0543+213.06=293.32（kmol）

（3）甲醇投入量：6250×0.448=2800（kg）=87.50（kmol）

（4）空气消耗量：
根据氧醇比求得：

其中：O2=158.33×21%=33.25（kmol）=1064（kg）
N2=158.33×77.16%=122.17(kmol)=3420.7（kg）
H2O=158.33×1.84%=2.91(kmol)=51.44(kg)(1.84%为空气在相对湿度为80%的含水量)

（5）吸收尾气排放量：158.33×77.16%/74.4%=164.2（kmol）
其中：CO2=164.2×3.6%=5.91(kmol)=260（kg）
CO=164.2×0.4%=0.657（kmol）=18.4（kg）
CH4=164.2×0.2%=0.3284（kmol）=5.25（kg）
O2=164.2×0.2%=0.3284（kmol）=10.5（kg）
H2=164.2×19%=31.20（kmol）=62.4（kg）
H2O=164.2×2%=3.284(kmol)=59.1(kg)
HCHO=164.2×0.05%=0.082(kmol)=2.46(kg)
CH3OH=164.2×0.15%=0.2463(kmol)=7.88(kg)
N2=164.2×74.4%=122.17(kmol)=3420.7(kg)

（6）数据校核
①甲醛量：
根据氧的衡算，计算出按反应（1）生成的甲醛量（氧气与甲醛为2比1）：
[33.25－（5.91×3/2+0.657+0.3284+0.0543）] ×2=46.69（kmol）
根据尾气中H2量并结合反应式（5），计算按反应式（2）生成的甲醛量：
31.20+0.3284=31.53（kmol）
甲醛总生成量为：46.69+31.53=78.22（kmol）
尾气带出的甲醛量：0.082kmol
实际甲醛产量：78.22－0.082=78.14（kmol）
折算成37%CH2O水溶液：78.14×30/37%=6336(kg)
产品产量与设计要求基本一致。
②甲醇量：
根据氧的衡算：
反应式（1）消耗甲醇 46.69kmol
反应式（2）消耗甲醇 31.53kmol
反应式（3）消耗甲醇 5.91kmol
反应式（4）消耗甲醇 0.657kmol
反应式（5）消耗甲醇 0.3284kmol
反应式（6）消耗甲醇 0.0543kmol
尾气中带走甲醇：0.2463kmol
产品中带走甲醇：3.125kmol
甲醇总消耗量：
46.69+31.53+5.91+0.657+0.3284+0.0543+0.2463+3.125=88354（kmol）
=2833（kg）
技术单耗：2833/6250=0.453t/t
实物单耗：2823/（98%×6250）=0.462t/t
此数据亦与上面给定条件基本一致。
③水量衡算（按每小时计）：
尾气中带出的水：3.284（kmol）=59.11（kg）
产品中带出的水：213.06（kmol）=3835（kg）
空气带入的水：2.91（kmol）=52.44（kg）
原料甲醇带入的水：2833/98%×2%=3.21（kmol）=57.82（kg）
反应生成的水：46.69+2×（5.91+0.657）+0.3284+0.0543=60.21（kmol）=1083.8（kg）
按配料浓度60%计，应加入的配料水的蒸汽量：
2833/60%－（2833 +57.82+52.44）=1788.4(kg)=98.80（kmol）
吸收塔加水量：（3.284+213.06）－（2.91+3.21+60.21+98.80）=51.21（kmol）=921.85（kg）
④吸收系统计算
由工艺参数表可知一吸收塔甲醛吸收率为90%，则一吸收塔吸收甲醛量为：
78.22×90%=70.4（kmol）=2112（kg）
二吸收塔吸收甲醛量为
78.22－70.4－0.082=7.738（kmol）=232.14（kg）
二吸收塔循环液中甲醛浓度为15%，并设转化甲醇除尾气带出外，均在二吸收塔被吸收。则二吸收塔循环液入一吸收塔量为：232.14/14％=1547.6（kg）
其中：甲醇量=3.125（kmol）=100.16（kg）
水量=1547.6－232.14－100.16=1215.3（kg）=67.52（kmol）

（7）各主要单元物料衡算进出料计算情况如下：
①蒸发器物料衡算
进料：
由上述计算可知进料中含甲醇：2833（kg）=88.53（kmol）
含水量：3.21+2.91=6.12（kmol）
同时空气中含：N2=122.17(kmol)
（由于N2整个过程没发生任何变化，所以后面皆不考虑） O2=33.25（kmol）
出料：经过甲醇蒸发器只是将甲醇转化为气体，其他组分没发生变化，所以为进料中各组分的含量。
②过热器物料衡算
进料：
甲醇蒸发器的气体进入过热器后温度上升，此时应加入配料蒸汽，移走反应热。因此由上计算可知配料蒸汽水蒸气量为：1778.40（kg）=98.80（kmol）
出料：
出料气体中由于加入了配料蒸汽，水的含量增加，为：98.80+6.126=104.93（kmol）
③氧化器物料衡算
进料：
进料气体即为过热器中的出料气体。
出料：
气体经过反应器后，发生了（1）~（12）反应，生成了HCHO、HCOOH、CO、H2O、CO、CO2、CO、CH4、H2等气体，各物料组分发生了很大变化。
由上述计算可知，含有：
生成HCHO：2346.6（kg）=78.22（kmol）
生成HCOOH：2.4978(kg)=0.0543（kmol）
含水量=进料量+反应生成量=104.93+60.21=165.4（kmol）
O2经过反应器后与甲醇反应生成甲醛，只剩下0.33（kmol）
生成H2：62.4（kg）=31.2（kmol）
④第一吸收塔物料衡算
进料：
经过反应器反应生成的气体直接进入第一吸收塔，由工艺参数表可知其甲醛吸收率为90%，而且第一吸收塔上部有第二吸收塔打回的循环液，其量为10%，最后一起回收成品甲醛。所以进料应该分为两部分，一部分是氧化器出料气体，一部分为第二吸收塔甲醛吸收液，其量为：
HCHO=232.14(kg)=7.738（kmol）
CH3OH=100.16(kg)=3.125（kmol）
水量为：67354（kmol）
出料：
出料量分为塔顶和塔釜。
塔顶：塔顶为未被吸收的甲醛蒸汽，进入第二吸收塔。其中各含量应为其第二吸收塔进料量加上尾气量。
其中含HCHO：3.125+0.463=3.3713（kmol）
含水量（由于第二吸收塔塔顶加入一定量的水，所以水量增加）为：67.54－51.21+3.284=19.601（kmol）
CO2：260.0（kg）=5.91（kmol）
CO：18.4（kg）=0.657（kmol）
O2：10.5（kg）=0.33（kmol）
H2：62.4（kg）=31.2（kmol）
塔釜：塔釜回收成品甲醛（浓度为37%），由尾气中各含量，成品中有：
HCHO：78.22－0.082=78.14(kmol)
CH3OH：107.88-7.88=100(kg)=3.125(kmol)
HCOOH：被完全吸收，为2.5（kmol）
H2O：213.06（kmol）
⑤第二吸收塔物料衡算
进料：
第二吸收塔的进料气相为第一吸收塔顶中未反应气体，据工艺参数表，第二吸收塔中甲醇循环液的浓度为15%，则塔顶应该加水量为：67.54－19.6011=51.21(kmol)
其他进料为第一吸收塔塔顶进料气体。
出料：
出料由塔釜出，由工艺参数表可得尾气具体含量，并且第二吸收塔可采出一部分的成品甲醛，其中含：
HCHO：232.14（kg）=7.74（kmol）
CH3OH：100.16（kg）=3.13（kmol）
H2O：1215.3（kg）=67.54（kmol）
其他组分为尾气，上面已计算。

（8）各主要单元设备的物料衡算表（按每小时计）见表2.1~2.5

表2.1 　蒸发器物料衡算表
进 料
出 料
物料名称
质量，kg
物质的量，kmol
物料名称
质量，kg
物质的量，kmol
1.甲醇
2890.82
91.74
原料气
7427.96
250.07
其中：CH3OH
2833.0
88.53
其中：CH3OH
2833.0
88.53
H2O
57.82
3.21
H2O
110.26
6.12
2.空气
4537.14
158.33
O2
1064.0
33.25
其中：O2
1064
33.25
N2
3420.7
122.17
N2
3420.7
122.17
－
－
－
H2O
52.44
2.91
－
－
－
合 计
7427.96
250.07
合 计
7427.96
250.07

表2.2　过热器物料衡算表
进 料
出 料
物料名称
质量，kg
物质的量，kmol
物料名称
质量，kg
物质的量，kmol
1.原料气
7427.96
250.07
三元气
9206.36
348.87
其中含：CH3OH
2833.0
88.53
其中：CH3OH
2833.0
88.52
H2O
110.26
6.12
H2O
1888.66
104.93
O2
1064.0
33.25
O2
1064.0
33.25
N2
3420.7
122.17
N2
3420.7
122.17
2.配料蒸气
1778.40
98.80
－
－
－
合计
9206.36
348.87
合计
9206.36
348.87

表2.3 氧化器物料衡算表
进 料
出 料
物料名称
质量，kg
物质的量，kmol
物料名称
质量，kg
物质的量，kmol
三元气
9206.36
348.87
转化气
9206.75
407.38
其中：CH3OH
2833.0
88.52
其中：HCHO
2346.6
78.22
H2O
1888.66
104.93
CH3OH
107.88
3.3713
O2
1064.0
33.25
HCOOH
2.4978
0.0543
N2
3420.7
122.17
H2O
2972.52
165.14
－
－
－
CO2
260.0
5.91
－
－
－
CO
18.4
0.657
－
－
－
CH4
5.25
0.33
－
－
－
O2
10.5
0.33
－
－
－
H2
62.4
31.2
－
－
－
N2
3420.7
122.17
合计
9206.36
348.87
合计
9206.75
407.38

表2.4 第一吸收塔物料衡算
进 料
出 料
物料名称
质量，kg
物质的量，kmol
物料名称
质量，kg
物质的量，kmol
1.转化气
9206.75
407.38
1.成品
6281.70
294.38
其中：HCHO
2346.6
78.22
其中：HCHO
2344.2
78.14
CH3OH
107.88
3.3713
CH3OH
100
3.125
HCOOH
2.4978
0.0543
HCOOH
2.5
0.0543
H2O
2972.52
165.14
H2O
3835
213.06
CO2
260.0
5.91
2.塔顶气相
4472.61
191.39
CO
18.4
0.657
其中：HCHO
234.66
7.822
CH4
5.25
0.33
CH3OH
107.88
3.3713
O2
10.5
0.33
H2O
352.82
19.601
H2
62.4
31.2
CO2
260.0
5.91
N2
3420.7
122.17
CO
18.4
0.657
2.来自二吸收塔液相
1547.60
78.41
CH4
5.25
0.33
其中:HCHO
232.14
7.74
O2
10.5
0.33
进 料
出 料
物料名称
质量，kg
物质的量，kmol
物料名称
质量，kg
物质的量，kmol
CH3OH
100.16
3.13
H2
62.4
31.2
H2O
1215.3
67.54
N2
3420.7
122.17
合计
10754.35
485.79
合计
10754.31
485.77

表2.5 第二吸收塔物料衡算表
进 料
出 料
物料名称
质量，kg
物质的量，kmol
物料名称
质量，kg
物质的量，kmol
1.塔顶气相
4472.61
191.39
1.尾气
3846.69
164.21
其中：HCHO
234.66
7.822
其中：HCHO
2.46
0.082
CH3OH
107.88
3.3713
CH3OH
7.88
0.2463
H2O
352.82
19.601
H2O
59.1
3.284
CO2
260.0
5.91
CO2
260
5.91
CO
18.4
0.657
CO
18.4
0.657
CH4
5.25
0.3284
CH4
5.25
0.3284
O2
10.5
0.3284
O2
10.5
0.3284
H2
62.4
31.2
H2
62.4
31.2
N2
3420.7
122.17
N2
3420.7
122.17
2.塔顶加水
921.85
51.21
2.二吸塔液相采出
1547.60
78.41
H2O
921.85
51.21
其中：HCHO
232.14
7.74
－
－
－
CH3OH
100.16
3.13
－
－
－
H2O
1215.3
67.54
合计
5394.46
24.60
合计
5394.29
242.62
注：表中误差极小，符合要求。

（9）全部过程物料衡算如下图：
甲醇蒸发器
过热器
氧化反应器
第一吸收塔
第二吸收塔
尾气锅炉
水洗
碱洗
空气
甲醇98
水 2%
二吸塔塔顶加水：921.85kg
51.21kmol

图2 50000t/a甲醛生产的物料平衡图

第三章 能量衡算

由甲醇氧化或脱氢制备甲醛，其副反应都有吸热和放热。如果选择适当的甲醇与空气用量比，使吸热反应和放热反应的比例适当，就可控制反应温度。本设计数据来源于化学工业出版社2003年出版，中国石化集团上海工程有限公司编写的《化工工艺手册》；物性数据来自于刘光启主编由化学工业出版社2002年出版的《化学化工物性数据手册》，时间以为1h基准。

3.1 甲醇蒸发器
在甲醇蒸发器中午化学变化，只有相变热和显热。设进入蒸发器的空气温度为60℃，甲醇进料温度为15℃，蒸发温度为47℃。

（1）原料甲醇和空气带入的热量衡算见下表：
表3.1 原料甲醇和空气带入的热量
物料名称
物质的量kmol
Cpm,kJ/(kmol﹒℃)
T, ℃
热量
1．甲醇
87.5
78.592
15
10.32
2．水
3.21
75.078
15
0.362
3．空气
158.33
/
/
0
其中：N2
122.17
29.40
60
21.55
O2
33.25
29.60
60
5.91
H2O
2.91
34.05
60
0.595
合计
294.04
/
/
38.74

（2）相变热。
甲醇的相变热：3.749×104kJ/kmol
水的相变热：4.224×104kJ/kmol
则原料甲醇的相变热为： 87.5×3.749×104+3.21×4.224×104=341.6×104(kJ)

（3）原料气带出的热量见下表
表 3.2 原料气带出的热量
物料名称
物质的量,kmol
Cpm,kJ/kmol﹒℃)
T, ℃
热量,104kJ