Проект производства формалина (стр. 16 из 23)
Товарный формалин:
содержание воды: 56% т.к. формальдегида 37% и метанола 7%.
Материальный баланс стадии ректификации в таблице 16.1.
Таблица 16.1 – Материальный баланс стадии ректификации
| Приход | Расход | ||||
| Состав | кг/ч | Массовая доля, % | Состав | кг/ч | Массовая доля,% |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| [G7]1. Формалин «сырец» в т.ч.:формальдегидметанолвода | 204255880,365563,778980,87 | 10028,7927,2443,97 | [G8]1. Формалин – товарный в т.ч.:формальдегидметанолвода[G9]2. метанол – ректификат в т.ч.:метанолформальдегидвода | 15833,335858,331108,338866,664591,674453,9222,96114,79 | 10037756100970,52,5 |
| Итого: | 20425 | 100 | Итого: | 20425 | 100 |
15.2 Материальный баланс стадии абсорбции
Объемная доля водяных паров в выхлопных газах:
где, 1740 – парциальное давление водяных паров, Па;
– общее давление выхлопных газов, Па.Материальный баланс:
(16.5)Решим систему уравнений:
(16.6) 
Количество формальдегида и метанола в контактных газах соответственно 5880,36 кг/ч и 5563,77 кг/ч.
Материальный баланс абсорбционной колонны в таблице 16.2.
Таблица 16.2 – Материальный баланс абсорбционной колонны
| Приход | Расход | ||||
| Состав | кг/ч | Массовая доля, % | Состав | кг/ч | Массовая доля, % |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| [G4]1. Контактные газы, в т.ч.:формальдегид метанолводауглекислый газводородокись углеродаазот [G5]2. Вода на орошение | 25302,745880,365566,603228,63807,16146,7683,509589,747234,81 | 10023,242212,763,190,580,3337,9100 | [G7]1. Формалин – «сырец» в т.ч.:формальдегидметанолвода[G6]2. Выхлопные газы, в т.ч.:азотводородуглекислый газокись углеродавода | 204255880,365563,778980,8712112,558461,831480,15591,0996,901482,58 | 10028,7927,2443,9710069,8612,224,880,812,24 |
| Итого: | 32537,55 | 100 | Итого: | 32537,55 | 100 |
15.3 Материальный баланс стадии контактирования и спиртоиспарения
На 1 моль формальдегида расходуется 1 моль метанола, т.е.
кг/ч.Расход метанола с учетом побочных реакций находим: 196,012/0,86 = 227,92 кмоль/ч или 7293,47 кг/ч;
где 0,86 – доля метанола, превращенного в формальдегид по 1ой и 2ой реакциям.
Подают метанол с учетом степени конверсии равной 0,567.
227,92/0,567 = 401,96 кмоль/ч или 12862,72 кг/ч;
401,96 – 227,92 = 174,04 кмоль/ч или 5569,28 кг/ч.
По реакции первой расходуется метанола:
кмоль/ч или 189632 кг/ч.Образуется:
формальдегида: 59,26 кмоль/ч или 1777,8 кг/ч;
водорода: 59,26 кмоль/ч или 118,52 кг/ч.
По реакции второй расходуется метанола:
кмоль/ч или 3882,56 кг/ч;кислорода:
кмоль/ч или 2188,16 кг/ч.Образуется:
формальдегида: 136,75 кмоль/ч или 4102,56 кг/ч;
воды: 136,752 кмоль/ч или 2461,54 кг/ч.
По реакции третьей расходуется метанола: 227,92
= 27,35 кмоль/ч или 875,21 кг/ч;кислорода: 27,35
= 41,03 кмоль/ч или 1316,16 кг/ч.Образуется:
диоксида углерода: 27,35 кмоль/ч или 1203,4 кг/ч;
воды: 27,35
= 54,7 кмоль/ч или 984,6 кг/ч.По реакции четвертой расходуется метанола: 227,92
= 4,56 кмоль/ч или 145,92 кг/ч.Образуется:
оксида углерода: 4,56 кмоль/ч или 127,68 кг/ч;
водорода:
кмоль/ч или 18,24 кг/ч.Всего образуется:
водорода: 9,12 + 59,26 = 68,38 кмоль/ч или 136,76 кг/ч;
воды: 136,752 + 54,7 = 191,452 кмоль/ч или 3446,14 кг/ч.
Общий расход кислорода: 68,38 + 41,03 = 109,41 кмоль/ч или 3501,12 кг/ч.
Расход сухого воздуха:
объемная доля кислорода в воздухе, %, 20,7;
кмоль/ч.объемная доля водяных паров в воздухе:
%;где, 3230 – парциальное давление водяных паров в воздухе, Па;
– общее давление воздуха, Па.Количество водяных паров в воздухе: 528,55
/100 = 9,51 кмоль/ч или 171,18 кг/ч.Количество воды в техническом («свежем») метаноле:
а) с учетом разбавления метанолом ректификатом
12862,72 – 4453,92 = 8408,8 кг/ч – количество метанола;
б) количество воды 8408,8
/99,9 = 8,42 кг/ч;где, 0,1 – массовая доля воды «свежем» метаноле, %.
Суммарное количество водяных паров в спирто - воздушной смеси:
171,18 + 114,79 + 8,42 = 294,39 кг/ч.
Расход воздуха:
25302,74 – 4591,67 – 8417,22 = 12293,85 кг/ч;
где, 25302,74 кг/ч, 4591,67 кг/ч и 8417,22 кг/ч расход спирто-воздушной смеси, метанола - ректификата и «свежего» метанола, соответственно.
Количество азота в воздухе:
12293,85 – 3501,12 – 171,18 = 8621,55 кг/ч;
где, 3501,12 кг/ч и 171,18 кг/ч количество кислорода и воды в воздухе.
Содержание метанола в спирто- воздушной смеси:
25302,74 кг/ч или 840,71 кмоль/ч-1;
840,71 – 100%
401,96 – х%
х = 47,81%, что соответствует оптимальному технологическому режиму.
Материальный баланс стадии контактирования и спиртоиспарения в таблице 16.3.
Таблица 16.3 – Материальный баланс стадии контактирования и спиртоиспарения
| Приход | Расход | ||||||
| Состав | кг/ч | кмоль/ч | Массовая доля, % | Состав | кг/ч | кмоль/ч | Массовая доля, % |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| Контактирование | |||||||
| [G3]1. Смесь воздух – метанол, в т.ч.:формальдегидметанолводаазоткислород | 25302,7422,9612862,72294,398621,553501,12 | 836,390,77401,9616,34307,91109,41 | 1000,0950,841,1634,0713,84 | [G4]1 Контактные газы, в т.ч.:формальдегидметанолводауглекислый газокись углеродаводородазот | 25302,745880,365566,603228,63807,1683,50146,769589,74 | 986,76196,2173,97179,3718,342,9873,4342,5 | 10023,242212,763,190,330,5837,9 |
| Итого: | 25302,74 | 836,39 | 100 | Итого: | 25302,74 | 986,76 | 100 |
| Спиртоиспарение | |||||||
| [G2]1. Метанол «свежий» в т.ч.:метанолвода2. Метанол – ректиф., в т.ч.:метанолформальдегидвода [G1]3. Воздух, в т.ч.:кислородазотвода | 8417,228408,808,424591,674453,9222,96114,7912293,852544,839527,73221,29 | 263,27262,80,47146,34139,190,776,38432,179,53340,2812,29 | 10099,90,1100970,52,510020,777,51,8 | [G3]1. Смесь воздух – метанол, в т.ч.:формальдегидметанол водаазоткислород | 25302,7422,9612862,72294,398621,553501,12 | 836,390,77401,9616,34307,91109,41 | 1000,0950,841,1634,0713,84 |
| Итого: | 25302,74 | 100 | Итого: | 25302,74 | 100 | ||
Сводная таблица материального баланса в таблице 16.4.
Таблица 16.4 – Сводная таблица материального баланса
| Потоки | Приход | Расход | ||||
| G1 | G2 | G5 | G6 | G8 | G9 | |
| Компоненты | кг/ч | кг/ч | кг/ч | кг/ч | кг/ч | кг/ч |
| CH2O | 22,96 | 5858,33 | 22,96 | |||
| CH3OH | 12862,72 | 1108,33 | 4453,92 | |||
| H2O | 221,29 | 123,21 | 7234,81 | 1482,58 | 8866,66 | 114,79 |
| N2 | 9527,73 | 8461,83 | ||||
| O2 | 2544,83 | |||||
| CO2 | 591,09 | |||||
| CO | 96,90 | |||||
| H2 | 1480,15 | |||||
| ∑(комп.) | 12293,85 | 13008,89 | 7234,81 | 12112,55 | 15833,32 | 4591,67 |
| Итого: | 32537,55 | Итого: | 32537,55 | |||
Рассчитаем состав выхлопных газов в объемных долях и определим степень конверсии метанола в формальдегид по составу, пользуясь формулой:
(16.7)СO – 2,98 кмоль/ч 0,48 %;
CO2 – 18,34 кмоль/ч 2,97 %;
N2 – 342,5 кмоль/ч 55,55 %;
H2 – 73,4 кмоль/ч 11,9 %;
H2O – 179,37 кмоль/ч 29,1 %.
Расчет основных расходных коэффициентов
1. Расходный коэффициент по метанолу:
2. Расходный коэффициент по воде:
3. Расходный коэффициент по воздуху:
16.ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ