6万吨甲醛生产解析.docx
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6万吨甲醛生产解析
6万吨甲醛生产
化工工艺计算随着办公自动化的普及一般都采用计算机计算。
但
是甲醛生产由于选用条件和不确定因素的影响；特别是氧化、吸收的计算存在偏差。
因此甲醛生产相关计算一般都通过理论计算并结合实际生产情况套用”本文介绍的计算是一般常规的基本计算方法。
一、流体输送的一般计算
1.1在化工生产过程中气体或液体（统称为流体），从一台设备输送到另一台设备的过程称之为流体输送。
任何流体的输送与粘度有关，影响粘度的因素很多，它会给实际流体运动规律的数学描述及处理带来很大困难。
故为了简化，往往先将其视为理想流体，找出运动规律后再加以修正。
对于甲醛来说，液体甲醛的粘度Cp=0.5945mPaS很小，几乎不起主导作用，可视作理想流体处理。
理想流体在流动时，任意截面上的位能、动能和静压能的总和（或总压头）是相等的。
理想流体的机械守恒方程式称之为理想流体的伯努利方程，伯努利方程在化工生产中的应用很广。
流体在输送时应考虑外加动力（He）和在流动时摩擦阻力损失Hf能量。
伯努利方程式：
12gpgs2gpg1
1.2流体输送的计算
按年产60000吨甲醛装置计，甲醇进料量：
3.705t/h，折合成体
积：
1705t/h“
乔亍_r=4.678mr/h
假设将20C甲醇从贮槽送到高位槽：
贮槽至泵入口高度乙二0.5m,高位槽设在三楼，液位距泵入口高度Z2=12m。
流量按4.678m3h计，管道总长50m,有10只弯头，4只截止阀，1只止逆阀。
试计算管子直径d,阻力损失Hf,外加动力He,和选择合适的输送泵。
［解］:
1管径
设甲醇管在内流速取：
u二1.0m/s
I
I~v~］4.678/h
d==:
=0.041m
^'0.785u^3600xOJ85xlWs
选用：
？
57>3.5mm无缝钢管。
2系统的阻力
甲醇在20C时的粘度为0.5945CP,即尸0.0005945pa.s・
（kg/ms）。
密度p为792kg/m3在管内流动的雷诺数（Reynolds）准
数
=66610.6
此流体属于湍流（Re>4000）
查无缝钢管的绝对粗糙度£=0.2mm
则摩擦系数:
07543
X=0.01227+—^=0.02^5
阻力系数:
L50
r0.02335X^=23.35
u2”1J5
2j=2135X27181=U9m
3局部阻力
查管线和阀体的局部阻力系统E值分别是:
90°弯头
2二0.41
截止阀（全开）
訂6.4
止逆阀（摇板式）
沪2.0
出口突然扩大
2=1.0
嘔=cZ石_&十s+訂+匚十gJ云
阻力损失:
-Ef耳+＞｛「易一九19*1£7—286/r
4外加动力He
甲醇贮槽和高位槽均与大气连通，故Pl=P2=0,假设槽液面流
速均为零，即Ui二U2=0,则代入伯努利方程式
-0.5+He=12+2.86
He=12+2.86+0.5=15.36m
5离心泵选型IS50432-125
Q=7.5m3/h,H=22m,n=2900r/min,w
=2.2KW
二、流体传热的一般计算
化工生产是在一定条件下实现的，其中一个极其重要的外界条件就是温度控制，为了维持一定的反应温度，就需要加热或冷却，这种供热或取走热量的过程，也就是热量传递过程，通常称为传热过程”
化工厂用于实现热量传热的设备，称之为换热器。
甲醛生产中使用最普通的换热器有列管式换热器，板式换热器等，换热器主要计算传热面积。
2.1过热器换热面积的计算
按60000t/a甲醛装置物枓热量衡算，试计算空气、甲醇混合蒸发过热器的换热面积。
（1）过热器进料
根据物料衡算过热器进料量及热量如下：
表1蒸发器出料带出热量表
物料名称
kmol
kJ/kmol?
C
t（C）
热量（kJ）
甲醇
114.637
44.894
47
2.419E+05
水
6.056
33.890
47
9.646E+03
氮
167.636
29.290
47
2.308E+05
氧
45.624
29.460
47
6.317E+04
合计
333.953
5.455E+05
（2）过热器出料
表2过热器三元气带出热量表
物料名称
kmol
kJ/kmol?
C
t（C）
热量（kJ）
甲醇
114.637
47.739
110
6.020E+05
水
178.139
34.640
110
6.788E+05
氮
167.636
29.870
110
5.508E+05
氧
45.624
30.120
110
1.512E+05
合计
506.036
1.983E+06
2.2过热器需要补充热量
配料蒸汽带入热量：
6.557X05kJ（Cp=34.64kJ/kmolC）•
则需要补充热量为:
55
Q=（19.83-5.455—6.557）X10=7.818WKJ/h
平均温差m
用4kg/cm温度151.8C
加热蒸汽151.8C
47.0110.0
1018-418
Atm=.tV=68,553壬
因为管外为蒸汽管内为混合气，总传热系数推荐K值200kJ/m2•-C
7.818x10skJ/h“
L_try200M/m-h-lCX68.5531C一
.1（系数）=62.72.7.-
选用e100QL=3250,F=67m2卧式列管换热器一台。
三、物料衡算和热量衡算
化工生产的物料衡算是热量衡算、化工工艺计算及设备计算的基
础，因此进行工艺设计时，首先要进行物料衡算。
物料衡算的理论依
60000
据是质量守恒定律。
热量衡算的理论是能量守恒定律。
本节以
t/a甲醛装置的物料衡算和热量衡算进行计算
年产60000吨37%甲醛计算
3.1计算依据
（1）
年产量
60000吨
（2）
工作天数
300
天
（3）
甲醇单耗为：
444.651
kg/t37%甲醛
（4）
尾气组成：
表3
尾气组成
名称
体积分数％
名称
体积分数％
名称
体积分数％
H2
18.00
CO2
3.80
CO
0.60
02
0.20
CH4
0.20
H2O
2.00
CH2O
0.02
CH3OH
0.10
N2
75.08
（5）成品组成：
甲醛：
37%；甲醇：
0.5%；甲酸：
0.01%；水：
62.49%
（6）原料甲醇：
甲醇：
99%水：
1%
（7）空气量：
4866.575Nm3/h
其中02:
21%；N2：
77.16%；出0:
1.84%
（8）反应式
CH3OH+1/202=CH20+出0-.576E+05
kJ/kmol1
CH3OH=CH2O+出+9.018
E+05kJ/kmol3
-6.751
-.011
-.210
CH3OH+3/2O2=CO2+2H2O
E+05kJ/kmol4
CH2O+02二CHOOH+出0
E+05kJ/kmol5
CH3OH+H2=CH4+出0
E+05kJ/kmol6
（9）甲醇蒸发器
甲醇进料温度：
20C
空气进料温度：
60C
蒸发温度：
47C
（10）过热器
进料温度：
47C
出料温度：
110C
加热蒸汽压力：
4kgf/cm2（表压）
（11）氧化器：
反应室进料温度：
110C;反应温度：
640
急冷段进料温度：
640C;出料温度：
160
（12）第一吸收塔：
塔底温度：
80C
塔顶温度：
50C
循环液浓度：
37%
（13）第二吸收塔:
塔底温度：
50°C
塔顶温度：
40C
循环液浓度：
15%
（14）第三吸收塔:
塔底温度：
40C
塔顶温度：
30C
循环液浓度：
2%
3.2物料衡算
（1）计算:
①37%甲醛
60000t/a7200hX000kg/t=8333.333kg/h
其中醛
8333.333>37.0%=3083.333kg/h=102.778kmol/h
醇
8333.3330.50%=41.667kg/h=1.302kmol/h
酸8333.3330.01%=0.833kg/h=0.018kmol/h
水8333.33362.49%=5207.500kg/h=289.306kmol/h
艺：
8333.333kg/h=393.404kmol/h
②空气流量：
4866.575Nm3/h（标准状态）
其中氧4866.575021%=1021.981m3/h=1459.972kg/h=
45.624kmol/h
水4866.5751.84%=89.545m3/h=71.956kg/h=3.998
kmol/h
氮4866.575>77.16%=3755.049m3/h=4693.811kg/h
=167.636kmol/h
艺：
4866.575m3/h=6225.740kg/h=217.258kmol/h
③尾气流量：
4866.575>7.16%75.08%=5001.397m^/h
其中二氧化碳
5001.397>.80%=
190.053m3/h=
:
373.319kg/h
8.485kmol/h
一氧化碳
5001.397>.60%
=30.008m3/h:
=37.510kg/h
1.340kmol/h
甲烷
5001.397>.20%
=10.003m3/h
=7.145kg/h
0.447kmol/h
氧气
5001.397>20%
=10.003m3/h:
=14.290kg/h
0.447kmol/h
氢气
5001.397>18.0%=
=900.252m3/h
=80.380kg/h
40.190kmol/h
水
5001.397>2.00%=
=100.028m3/h
=80.380kg/h
4.466mol/h
甲醛5001.397>.02%=1.000m3/h=1.340kg/h=0.045kmol/h
甲醇5001.397>.10%=5.001m3/h=7.145kg/h=0.223kmol/h
氮气5001.397>5.08%=3755.049m3/h=4693.811kg/h
=167.
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