Рассчитать ХТС производства формальдегида

Схема превращения метанола:

(1) + (2) (4) (6)

CH₃OH CH₂O CO₂ CO

(3) (5)

CH₄ CH₂O₂

Производительность: 2,0 тыс. т./год = 2.000.000 кг/год.

Перевод: 2.000.000 / 330 * 24 = 252,5 кг/час

М (СH₂O) = 30 кг/Кмоль

252,5 / 30 = 8,417 Кмоль/час

Составим материальный баланс для каждого вещества:

Тогда R = dR1 + dR2 - dR4 - dR5;

R = dA1 + dA2 - dR4 - dR5;

dA1 + dA2 = 0,383A0 + 0,407A0 = 0,79A0;

0,1dA0 =M 0,79A0 = 7,9 M;

dR4 = C +S;

dR5 = K;

Получаем:

R = 7,9M – C – S –K ;

R = 7,9*4,8X – 1,7X – 0,3X – 0,7X ;

X = R / 35,22 ;

X = 8,417 / 35,22 = 0,239 (кмоль/ч);

Значит:

К = НСООН = 0,7 * 0,239 = 0,1673;

S = CO = 0,3 * 0,239 = 0,0717;

C = CO2 = 1,7 *0,239 = 0,4063;

M = CH4 = 4,8 * 0,239 = 1,1472;

Найдем количество CH3OH:

N(CH3OH) = A0;

0,1A0 = M = 1,1472;

N(CH3OH) = 1,1472 / 0,1 =11,472 кмоль / ч;

Найдем количество Н2О в спиртовом растворе:

G(CH3OH) = 11,472 * 32 = 367,104 кг / ч;

367,104 кг / ч 90,3 масс. %

G(сп.раст.) 100 масс.%

G(сп.раст.) = 100 * 367,104 / 90,3 =406,54 кг / ч;

G(Н2Осп.раст.) = 406,54 – 367,104 = 39,434 кг / ч;

Найдем количество влажного воздуха:

N(CH3OH) = 11,472 кмоль / ч 42 об.%

N(сп.возд.см) Х 100 об.%

Х = 100 * 11,472 / 42 = 27,314 кмоль / ч;

N(Н2Осп.раст.) = 39,434 / 18 = 2,19 кмоль/ ч;

N(вл.возд.) = 27,314 – 2,19 – 11,472 = 13,652 кмоль /ч;

Найдем все компоненты влажного воздуха:

% Н2О = Р(вод.пар.) / Р(общ.) = 3,8 / 101,3 = 0,0375 = 3.75%

N(вл.возд.) = 13,652 кмоль / ч 100 об.%

N(Н2О возд.) = Х 3,75%

Х = 3,75 * 13,652 /100 = 0,512 кмоль/ ч;

N (сух.возд.) = 13,652 – 0,512 = 13,14 кмоль / ч;

Получаем:

N (сух.возд.) = 13,14 кмоль / ч 100 об.%

N(N2) = X 79 об.%

N(02) = Y 21об.%

Х = 79 * 13,14 / 100 = 10,28 кмоль / ч;

Y = 21 * 13,14 / 100 = 2,86 кмоль / ч;

По итогам прихода получаем:

N(CH3OH) = 11,472 кмоль / ч G = 367,104 кг / ч

N(N2) = 10,28 кмоль / ч G = 290,3 кг / ч

N(O2) = 2,76 кмоль / ч G = 88,32 кг / ч

N(H2O) = 0,512 + 2,19 = 2,702 кмоль / ч G = 48,636 кг / ч

Рассчитываем компоненты в расходе:

Кислород расходуется на 2 , 4 , 5 и 7 реакции

2. N(O2) = 0,5 * 0,407A0 = 0,5 * 0,407 * 11,472 = 2,285 кмоль / ч;

4. N(O2) = N(CHOH) = C + S = 0,0717 + 0,4063 = 0,478 кмоль / ч;

5. N(O2) = 0,5 * N(HCOOH) = 0,5 * 0,1673 = 0,0837 кмоль / ч;

7. N(O2) = N (O2 прих.) - (2) - (4) - (5) = 2,86 – 2,285 – 0,478 – 0,0837 =0,0133 кмоль / ч;

Водород образуется и расходуется в 1 , 3 , 6 и 7 реакциях:

1 . N(H2) = N(CH3OH) = 0,383A0 = 0,383 * 11,472 = 4,394 кмоль / ч;

3. N(H2) = N(CH4) = 1,1472 кмоль / ч;

6. N(CO) = N(CO) = 0,0717 кмоль / ч;

7. N(H2) = 2 * N(O2) = 2 * 0,0133 = 0, 0266 кмоль / ч;

Остается непрореагированным:

N(H2) = 4,394 – 1,1472 – 0,0717 – 0,0266 = 3,1484 кмоль / ч;

Спирт непрореагировавший:

N(CH3OH) = (1 – X(общ.)) * А0 = (1 – 0,89) * 11,472 = 1,262 кмоль / ч;

Найдем количество воды:

Н2О образуется в 2 , 3 , 4 , 6 и 7 реакциях:

2. N(H2O) = 0,407A0 = 0,407 * 11,472 = 4,67 кмоль / ч;

3. N(H2O) = N(CH4) = 1,1472 кмоль / ч;

4. N(H2O) = N(O2) = 0,478 кмоль / ч;

6. N(H2O) = N(CO) = 0,0717 кмоль / ч;

7. N(H2O) = N(H2) = 0,0266 кмоль / ч;

Добавляем воду из прихода, так как она не участвовала в реакциях:

N(H2O) = 2,702 + 4,67 + 1,1472 + 0,478 + 0,0717 + 0,0266 = 9,0955 кмоль / ч;

По итогам расхода получаем:

N(HCOH) = 8,417 кмоль / ч G = 252,5 кг / ч

N(HCOOH) = 0,1673 кмоль / ч G = 7,7 кг / ч

N(CO) = 0,0717 кмоль / ч G = 2 кг / ч

N(CO2) = 0,4063 кмоль / ч G = 17,877 кг / ч

N(H2) = 3,1484 кмоль / ч G = 6,297 кг / ч

N(H2O) = 9,0955 кмоль /ч G = 163,72 кг / ч

N(N2) = 10,28 кмоль / ч G = 290,64 кг /ч

N(CH3OH) = 1,262 кмоль / ч G = 35,5 кг / ч

Составляем таблицу материального баланса процесса получения формальдегида

Невязка: 0,4%