50kta 40甲醛生产工艺初步设计毕业设计

学院毕业设计（论文） 1 分类号 单位代码 密 级 学 号 0606210203 学生毕业设计（论文） 题 目 50kt/a 40%甲醛生产工艺初步设计 作 者 院 (系 ) 专 业 指导教师 答辩日期 学院毕业设计（论文） 2 毕业设计（论文） 诚信责任书 本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文），是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。毕业设计（论文）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表或 撰写过的研究成果 。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本人毕业设计（论文）与资料若有不实，愿意承担一切相关的法律责任。 论文作者签名 : 2010 年 5 月 日 学院毕业设计（论文） 3 摘 要 甲醛是一种重要的有机原料，主要用于塑料工业、合成纤维、皮革工业、医药、染料等。工业上常用催化氧化法由 甲醇 制取甲醛。甲醛可与银氨溶液产生 银镜反应 ，使试管内壁上附着一薄层光亮如镜的金属银；与新制的氢氧化铜悬浊液反应生成红色沉淀氧化亚铜。 甲醇氧化法按所用催化剂的类型可分为两种。一种以铁、钼、钒等氧化物为催化剂，简称铁钼法。另一种以银为催化剂简称银法。本设计以银法为主，设计通过甲醇生产甲醛。 通过 对甲醛生产过程的设计，并对其进行热量衡算和物料衡算 ，得出了 用99.96%的甲醇溶液用银法氧化为 40%甲醛 的结果和重要的结论。 本篇论文的设计同时也是我们四年以来知识的一个总结，通过这次设计我们可以更好的锻炼我们的逻辑能力和表达能力等。 关键词 ： 甲醇 ， 甲醛 ， 银法 学院毕业设计（论文） 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 学院毕业设计（论文） 5 目 录 摘 要 .3 ABSTRACT .4 1 甲醇 .6 1.1甲醇理化性质 .6 1.2 甲醇应用 .6 2 甲醛 .7 2.1 物理性质 .7 2.2 化学性质 .8 2.3 甲醛应用 .8 3 甲醇氧化制取甲醛 .9 3.1 制取方法介绍 .9 3.2 物料衡算 .9 3.3 热量衡算 .18 3.3.1蒸发器的热量衡算 . 18 3.3.2过热热阻的热量衡算 . 19 3.3.3 氧化炉的热量衡算 . 20 3.4 装置的蒸发器及其他设备 .24 4 工艺流程 .26 4.1流程图 .26 4.2工艺流程介绍 .27 学院毕业设计（论文） 6 1 甲醇 甲醇易燃，其蒸气与空气能形成爆炸混合物，甲醇完全燃烧生成二氧化碳和水蒸气，同时放出热量。方程式： 2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O 工业制法和储备工业上用 一氧化碳 和氢气的混合气（合成气）在一定的条件下制备甲醇。 甲醇可用做溶剂和燃料，也是一种化工原料，主要用于生产甲醛 。 1.1 甲醇理化性质 甲醇是 一种无色、透明、易燃、易挥发的有毒液体，常温下对金属无腐蚀性（铅、铝除外），略有酒精气味。分子量 32.04， 相对密度 0.792(20/4 )，熔点 -97.8 ，沸点 64.5 ，燃烧热 725.76KJ/mol，闪点 12.22 ，自燃点 463.89 ，蒸气密度 1.11，蒸气压13.33KPa(100mmHg 21.2 )，蒸气与空气混合物 爆炸极限 6 36.5 %（体积比），能与水、乙醇 、 乙醚 、 苯 、 酮 、 卤代烃 和许多其他 有机溶剂 相混溶，遇热、明火或氧化剂易燃烧。燃烧反应式为： CH3OH + O2 CO2 + H2O。 1.2 甲醇 应用 甲醇用途广泛，是基础的有机化工原料和优质燃料。主要应用于精细化工， 塑料 等领域，用来制造 甲醛 、 醋酸 、氯甲烷、甲氨、 硫酸二甲酯 等多种有机产品，也是 农药 、医药的重要原料之一。甲醇在深加工后可作为一种新型清洁燃料，也加入汽油掺烧。甲醇和氨反应可以制造 一甲胺 学院毕业设计（论文） 7 2 甲醛 甲醛是一种无色，有强烈刺激型气味的气体，易溶于水、醇和醚。甲醛在常温下是气态，通常以水溶液形式出现。易溶于水和 乙醇 ， 35 40的甲醛水溶液叫做福尔马林。甲醛分子中有醛基生 缩聚反应 ，得到 酚醛树脂 (电木 )。甲醛是一种重要的有机原料，主要用于塑料工业 (如制酚醛树脂、 脲醛塑料 电玉 )、合成纤维 (如合成维尼纶 聚乙烯醇缩甲醛 )、皮革工业、医药、 染料 等。 2.1 物理 性质 一种无色，有强烈刺激性气味的气体。易溶于水、醇和醚。甲醛在常温下是气态，通常以水溶液形式出现。 易溶于水和乙醇， 35 40的甲醛水溶液叫做福尔马林。甲醛分子中有醛基生缩聚反应，得到酚醛树脂 (电木 )。 甲醛是一种重要的有机原料，主要用于塑料工业 (如制酚醛树脂、脲醛塑料 电玉 )、合成纤维 (如合成维尼纶 聚乙烯醇缩甲醛 )、皮革工业、医药、染料等。福尔马林具有杀菌和防腐能力，可浸制生物标本，其稀溶液(0.10.5 )农业上可用来浸种，给种子消毒。工业上常用催化氧化法由 甲醇 制取甲醛。甲醛可与银氨溶液产生 银镜反应 ，使试管内壁上附着一薄层光亮如镜的金属银（化合态银被还原，甲醛被氧化）；与新制的氢氧化铜悬浊液反应生成红色沉淀氧化亚铜。 甲醛是最简单的醛，通常把它归为饱和一元醛，但它又相当于二元醛。在与弱 氧化剂 的反应中，每摩尔 HCHO 最多可还原出 4mol 的 Ag 或 2mol的氧化亚铜，这都是 乙醛 还原能力的两倍，故甲醛又像二元醛。 学院毕业设计（论文） 8 2.2 化学性质 甲醛的化学反应： 1.与 Ag(NH3)2OH 反应： HCHO + 2Ag(NH3)2+2OH-(加热 )-HCOO +NH4+ +2Ag+ 3NH3 +H2O 或 HCHO+4Ag(NH3)2OH=水浴 =4Ag+8NH3+CO2+3H2O 2.与 Cu(OH)2 反应： HCHO+4Cu(OH)2 -(加热 )- CO2+2Cu2O+5H2O 3.加聚反应： nHCHO- -CH2O-n- 说明 ： -CH2O-n-是人造象牙的主要成分。 分子结构 ： C 原子以 sp2 杂化轨道成键。分子为平面形极性分子。 2.3 甲醛应用 甲醛属用途广泛、生产工艺简单、原料供应充足的大众化工产品，是甲醇下游产品 种中的主干，世界年产量在 2500 万吨左右， 30%左右的甲醇都用来生产甲醛。但甲醛是一种浓度较低的水溶液，从经济角度考虑不便于长距离运输，所以一般都在主消费市场附近设厂，进出口贸易也极少。甲醛除可直接用作消毒、杀菌、防腐剂外，主要用于有机合成、合成材料、涂料、橡胶、农药等行业，其衍生产品主要有多聚甲醛、聚甲醛、酚醛树酯、脲醛树酯、氨基树酯、乌洛托产品及多元醇类等。人造板工业发达，对甲醛的需求量甚大。 甲醛的用途非常广泛， 合成树脂 、表面活性剂、塑料、橡胶、皮革、造纸、染料、制药、农药、照相胶片、炸药、建筑材料以及消毒、熏蒸和防腐过程中均要用到甲醛，可以说甲醛是化学工业中的多面手，但任何东西的使用都必须有个限量，有一个标准，一旦使用超越了标准和限量，就会带来不利的一面。 据知情人士介绍， 1 吨甲醛价格在 1600 元上下，甲醛滥用的主要原因在于其低廉的价格。几年以来我国的甲醛产量成逐年递增的趋势，这与我国纺织工业和建材工业的发展是一致的，这说明在今后的很长一段时间内甲醛还是我国化工行业的 宠儿。据有关专家介绍，近年来 我国已研制成功了无甲醛的免烫整理剂，以及不含甲醛的环保型 脲醛树脂 ，然而时至今日也没有被大量投产，主要原因就是价钱昂贵，可见，便宜的价格阻碍了甲醛的替代进程。 学院毕业设计（论文） 9 3 甲醇氧化制取甲醛 3.1 制取方法介绍 甲醇氧化法按所用催化剂的类型可分为两种。一种以铁、钼、钒等氧化物为催化剂，简称铁钼法。该法采用空气过量、甲醇浓度低于爆炸极限下限（ 6.7%），由于甲醇浓度低，必然使设备效率降低，设备庞大，动力消耗大，产物被惰性气体稀释，分离困难。但由于该法是强放热反应，且反应温度低，对所产生的蒸汽余热的利用率高，所以该法成本与银法相比并不高。同时铁钼法转化率高，主产率高。 另一种以银为催化剂简称银法。该法采用在爆炸上限操作，原料气中甲醇浓度较高，设备效率提高，所以基建投资较低。但是由于银法在 600以上的高温下操作，银粒易熔结增大，加之对毒物很敏感，所以催化剂易失活。同时反应温度高，副反应增加，导致甲醇单耗比铁钼法高。另外，由于甲醇过量，反应时间短，转化率低 ，这样产品中未反应的甲醇含量高，这对甲醛下游产品的合成极为不利，必须分离精制。 本设计主要采用银法制取甲醛。 3.2 物料衡算 甲醇氧化为甲醛主反应 CH3OH+1/2O2HCHO+H2O +156.557KJ/Mol （ 1） CH3OHHCHO+H2 85.0 KJ/Mol （ 2） 副反应 CH3OH+3/2OCO2+2H2O +675.983KJ/Mol （ 3） CH3OH+O2CO+2H2O +393.00KJ/Mol (4) 学院毕业设计（论文） 10 CH3OH+H2CH4+H2O +115.505KJ/Mol (5) CH3OH+O2HCOOH+H2O +246.73KJ/Mol (6) 产物组成 CH3OH 5% HCOOH 0.03% H2O 54.7% HCHO 4 0% 尾气组成 CO2 4% CO 1.5% CH4 0.06% O2 0.4% H2 17% N2 77.04% 空气组成 O2 21% N2 78.1% H2O 0.9% 假 定每年工作 330 天 ， 则每天产品质量 : 50106/330=6313.13kg/h 每小时产品量 : 6313.13/24=2525.25kg/h 产物中各物质的质量和物质的量 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 设甲醇投入量为 X kg/h，尾气量为 Zmol/h 氧醇比为 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 解以上两式得 X=0.534， Z=0.0322 甲醇理论投入量 : 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 甲醇水溶液物质的量 : 3.371103 /(99.96%32+0.04%18)=105.37kmol/h 则甲醇实际投入量 : 3.371103/99.96%=3372.35kg/h 空气投入总体积和物质的量 V=40%NCH3OH22.4/21%=4.495106 L/h N=40%NCH3OH/21%=200.667kmol/h VN2=V78.1%=3.464106 L/h 生产过程中尾气得体积 3.464106 /78.1%=4.496106 L/h 尾气中各组分得体积和物质的量 学院毕业设计（论文） 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 过程验证 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 尾气中的 H2 含量： NH2=34.12kmol/h 故 NCH2O=227.05+34.24=88.338kmol/h MCH2O=88.33830=2650.15kg/h 与设计要求的甲醛纯产量 2525.25kg/h 基本一致 甲醇量： 反应式（ 1）消耗甲醇 54.089 kmol/h 反应式（ 2）消耗甲醇 34.244 kmol/h 反应式（ 3）消耗甲醇 8.029 kmol/h 反应式（ 4）消耗甲醇 3.011 kmol/h 反应式（ 5）消耗甲醇 0.120 kmol/h 反应式（ 6）消耗甲醇 0.0412 kmol/h 吸收衡算 甲醇水蒸气质量 M=M3/70%=3371.3/70%=4816.143kg/h 甲醇水溶液中水的质量 M1=M3/99.96%0.04%=1.349kg/h 需加入的水蒸气量 M2=4816.143 3371.30 32.508 1.349=1410.986kg/h 水衡算 产品带出水 M3=M 产品 （ 1 40% 0.03% 5%） =3470.328kg/h 学院毕业设计（论文） 12 反应生成水质量 M 反 =(NCH2O+NCO2+NCO+NCH4+NHCOOH NH2)18=1873.352kg/h M 软 +M2+M 反 =M3 M 软 =185.99kg/h 吸收塔衡算 一塔甲醛吸收量为 90%,一塔甲醛吸收量 88.33890%=79.504kmol/h 一塔气体甲醛量 88.33810%=8.834kmol/h 再设二塔甲醛吸收量为 95%，循环液中甲醛浓度为 15%，并设为转化的甲醇均在二塔内被吸收，生成的甲酸全部在一塔 内被吸收并有产品带出，二塔循环液量为： 251.76/15%=1678.4kg/h 二塔甲醛吸收量 ： 8.83495%=8.392kmol/h=251.76kg/h 二塔气体甲醛量 : 8.8345%=0.442kmol/h=13.26kg/h 三塔循环液量 : 13.26/2%=663.0kg/h 二塔循环液组成 : 9.864kmol/h=315.66kg/h MH2O=1678.4 315.66 1378.415%=1110.98kg/h=61.721kmol/h 设一塔回流比为 1.3(回流比为回流 到一塔的液体流量与产品流量比 ) 一塔回流液量 : 6313.131.3=8207.069kg/h 一塔出口液体总量 : 6313.13+8207.069=14520.20kg/h 一塔流出液组成 : 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 学院毕业设计（论文） 13 表 3-1蒸发器 的物料衡算 进料 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 空气 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 合计 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 合计 306.095 9141.83 表 3-2过热阻火器 的物料衡算 进料 物料 Kmol Mol% Kg w% 蒸发器 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 合计 384.483 10552.1 出料 物料 Kmol Mol% Kg w% 三元气 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 合计 384.483 10552. 学院毕业设计（论文） 14 表 3-3氧化炉 的物料衡 算 进料 三元气 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 合计 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 合计 453.597 10618.13 学院毕业设计（论文） 15 表 3-4吸收塔 I的物料衡算 进料 物料 Kmol Mol% Kg w% II 塔循环液 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 转化气 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 合计 533.574 12296.73 出料 物料 Kmol Mol% Kg w% 产品 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 尾气 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 合计 530.74 12309 学院毕业设计（论文） 16 表 3-5吸收塔 II 的物料衡算 进料 物料 Kmol Mol% Kg w% III 塔循环液 CH2O 0.442 1.186 13.26 1.961 H2O 36.833 98.814 663.0 98.039 气体 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 合计 280.46 6547.94 出料 物料 Kmol Mol% Kg w% II 他循环液 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 塔尾气 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 合计 281.14 6554.8 学院毕业设计（论文） 17 表 3-6吸收塔 III 的物料衡算 进料 物料 Kmol Mol% Kg w% 气体 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 软水 36.833 663.0 合计 237.993 5539.428 出料 物料 Kmol Mol% Kg w% 尾气 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 循环液 CH2O 0.442 1.186 13.26 1.961 H2O 36.833 98.814 663.0 98.039 237.993 5539.428 学院毕业设计（论文） 18 3.3 热量衡算 3.3.1 蒸发器的热量衡算 0.3MPa 饱和蒸汽 60 空气， O2， N2， H2O 47 CH3OH， H2O 15 CH3OH, H2O O2， N2 100 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 ，该过程没有化学变化，只有显热和相变热。 表 4-1 原料甲醇和空气带入的热量 物料名称 Kmol CP, kJ/kmol T, 热量， 104kJ 1.CH3OH 105.353 78.592 15 12.42 2 H2O 0.0749 75.078 15 0.008 3.空气 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 计 306.09 47.93 相变热： 甲醇的相变热： 3.749104 kJ/kmol 水的相变热： 4.41710 4 kJ/kmol 则原料甲醇的相变热为： 105.3533.749104 0.07494.41710 4 395.30104 kJ 蒸 发 器 学院毕业设计（论文） 19 表 4-9 原料气带出的热量 物料名称 kmol CP, kJ/kmol T, 热量， 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 计 306.09 49.939 则需补充热量为：相变热 + 原料气带出热 原料气带入热 = 395.30104 +49.939104 47.93104 =397.309 kJ 水蒸气的 CP = 3.074 kJ/kg 需水蒸气的量为 G = Q / CP t r = 397.309104 / 3.074(60-47)2168.1 = 45.86 kg/h = 2.548 kmol/h 3.3.2 过热热阻 的热量衡算 0.3MPa 0.3MPa 133.3 133.3 配料蒸汽 加热蒸气 47 CH3OH， H2O 120 三元气 O2， N2 100 H2O 为了防止液体析出，把原料气升温至 120 ，同时配入饱和水蒸汽。 （ 1） 原料气带入的热量为： 49.939104 kJ，见表 4-9。 （ 2） 配料蒸汽带入的热量： 设加入的配料水蒸气为 133.3 的饱和蒸汽，其摩尔定压热容： CP = 3.074 过 热 热 阻 学院毕业设计（论文） 20 kJ/kg = 55.332 kJ/kmol ,则配料蒸汽带入的热量： 76.50755.332133.356.43104 kJ （ 3） 三元气带出的热量见表 4-10。 表 4-10 三元气带出的热量 物料名称 kmol CP, kJ/kmol T, 热量， 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 计 382.602 164.34 则需补充热量：三元气带出热 原料气带入热 配 料气带入热 = （ 164.34 47.93 56.43） 104 =59.98104 kJ 需表压 0.3MPa 的加热蒸汽量： G = Q/r = 59.98104 / 2168.1 = 276.65 kg/h = 15.37 kmol/h 3.3.3 氧化炉的热量衡算 （ 1）三元气带入的热量为： 164.34104 kJ，见表 4-10。 （ 2）反应热（设反应温度为 640 ） 反应物和生成物的比热： 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 学院毕业设计（论文） 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 反应热： qrt 反应物（ 640 ） 生成物（ 640 ） q1 q2 qr 反应物（ 25 ） 生成物（ 25 ） qrt = q1 + qr + q2 q1 = n 反应物 CP t qr = 反应吸（放）热 q2 = n 生成物 CP t t = 615 K 对于反应方程式 （ 1） ： q1 = n 反应物 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 学院毕业设计（论文） 22 28.305105 kJ qr = 1.566105 kJ/kmol q 总 = （ 28.052 + 28.305 + 1.566） 105 =57.923105 kJ/kmol 对于反应式（ 2）： q1 = n 反应物 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 总 = （ 15.862 + 17.914 - 0.85） 105