學院畢業設計（論文） 1 分類號 單位代碼 密 級 學 號 0606210203 學生畢業設計（論文） 題 目 50kt/a 40%甲醛生產工藝初步設計 作 者 院 (系 ) 專 業 指導教師 答辯日期 學院畢業設計（論文） 2 畢業設計（論文） 誠信責任書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業設計（論文），是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的成果。畢業設計（論文）中凡引用他人已經發表或未發表的成果、數據、觀點等，均已明確注明出處。盡我所知，除文中已經注明引用的內容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經公開發表或 撰寫過的研究成果 。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。 本人畢業設計（論文）與資料若有不實，愿意承擔一切相關的法律責任。 論文作者簽名 : 2010 年 5 月 日 學院畢業設計（論文） 3 摘 要 甲醛是一種重要的有機原料，主要用于塑料工業、合成纖維、皮革工業、醫藥、染料等。工業上常用催化氧化法由 甲醇 制取甲醛。甲醛可與銀氨溶液產生 銀鏡反應 ，使試管內壁上附著一薄層光亮如鏡的金屬銀；與新制的氫氧化銅懸濁液反應生成紅色沉淀氧化亞銅。 甲醇氧化法按所用催化劑的類型可分為兩種。一種以鐵、鉬、釩等氧化物為催化劑，簡稱鐵鉬法。另一種以銀為催化劑簡稱銀法。本設計以銀法為主，設計通過甲醇生產甲醛。 通過 對甲醛生產過程的設計，并對其進行熱量衡算和物料衡算 ，得出了 用99.96%的甲醇溶液用銀法氧化為 40%甲醛 的結果和重要的結論。 本篇論文的設計同時也是我們四年以來知識的一個總結，通過這次設計我們可以更好的鍛煉我們的邏輯能力和表達能力等。 關鍵詞 ： 甲醇 ， 甲醛 ， 銀法 學院畢業設計（論文） 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 學院畢業設計（論文） 5 目 錄 摘 要 .3 ABSTRACT .4 1 甲醇 .6 1.1甲醇理化性質 .6 1.2 甲醇應用 .6 2 甲醛 .7 2.1 物理性質 .7 2.2 化學性質 .8 2.3 甲醛應用 .8 3 甲醇氧化制取甲醛 .9 3.1 制取方法介紹 .9 3.2 物料衡算 .9 3.3 熱量衡算 .18 3.3.1蒸發器的熱量衡算 . 18 3.3.2過熱熱阻的熱量衡算 . 19 3.3.3 氧化爐的熱量衡算 . 20 3.4 裝置的蒸發器及其他設備 .24 4 工藝流程 .26 4.1流程圖 .26 4.2工藝流程介紹 .27 學院畢業設計（論文） 6 1 甲醇 甲醇易燃，其蒸氣與空氣能形成爆炸混合物，甲醇完全燃燒生成二氧化碳和水蒸氣，同時放出熱量。方程式： 2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O 工業制法和儲備工業上用 一氧化碳 和氫氣的混合氣（合成氣）在一定的條件下制備甲醇。 甲醇可用做溶劑和燃料，也是一種化工原料，主要用于生產甲醛 。 1.1 甲醇理化性質 甲醇是 一種無色、透明、易燃、易揮發的有毒液體，常溫下對金屬無腐蝕性（鉛、鋁除外），略有酒精氣味。分子量 32.04， 相對密度 0.792(20/4 )，熔點 -97.8 ，沸點 64.5 ，燃燒熱 725.76KJ/mol，閃點 12.22 ，自燃點 463.89 ，蒸氣密度 1.11，蒸氣壓13.33KPa(100mmHg 21.2 )，蒸氣與空氣混合物 爆炸極限 6 36.5 %（體積比），能與水、乙醇 、 乙醚 、 苯 、 酮 、 鹵代烴 和許多其他 有機溶劑 相混溶，遇熱、明火或氧化劑易燃燒。燃燒反應式為： CH3OH + O2 CO2 + H2O。 1.2 甲醇 應用 甲醇用途廣泛，是基礎的有機化工原料和優質燃料。主要應用于精細化工， 塑料 等領域，用來制造 甲醛 、 醋酸 、氯甲烷、甲氨、 硫酸二甲酯 等多種有機產品，也是 農藥 、醫藥的重要原料之一。甲醇在深加工后可作為一種新型清潔燃料，也加入汽油摻燒。甲醇和氨反應可以制造 一甲胺 學院畢業設計（論文） 7 2 甲醛 甲醛是一種無色，有強烈刺激型氣味的氣體，易溶于水、醇和醚。甲醛在常溫下是氣態，通常以水溶液形式出現。易溶于水和 乙醇 ， 35 40的甲醛水溶液叫做福爾馬林。甲醛分子中有醛基生 縮聚反應 ，得到 酚醛樹脂 (電木 )。甲醛是一種重要的有機原料，主要用于塑料工業 (如制酚醛樹脂、 脲醛塑料 電玉 )、合成纖維 (如合成維尼綸 聚乙烯醇縮甲醛 )、皮革工業、醫藥、 染料 等。 2.1 物理 性質 一種無色，有強烈刺激性氣味的氣體。易溶于水、醇和醚。甲醛在常溫下是氣態，通常以水溶液形式出現。 易溶于水和乙醇， 35 40的甲醛水溶液叫做福爾馬林。甲醛分子中有醛基生縮聚反應，得到酚醛樹脂 (電木 )。 甲醛是一種重要的有機原料，主要用于塑料工業 (如制酚醛樹脂、脲醛塑料 電玉 )、合成纖維 (如合成維尼綸 聚乙烯醇縮甲醛 )、皮革工業、醫藥、染料等。福爾馬林具有殺菌和防腐能力，可浸制生物標本，其稀溶液(0.10.5 )農業上可用來浸種，給種子消毒。工業上常用催化氧化法由 甲醇 制取甲醛。甲醛可與銀氨溶液產生 銀鏡反應 ，使試管內壁上附著一薄層光亮如鏡的金屬銀（化合態銀被還原，甲醛被氧化）；與新制的氫氧化銅懸濁液反應生成紅色沉淀氧化亞銅。 甲醛是最簡單的醛，通常把它歸為飽和一元醛，但它又相當于二元醛。在與弱 氧化劑 的反應中，每摩爾 HCHO 最多可還原出 4mol 的 Ag 或 2mol的氧化亞銅，這都是 乙醛 還原能力的兩倍，故甲醛又像二元醛。 學院畢業設計（論文） 8 2.2 化學性質 甲醛的化學反應： 1.與 Ag(NH3)2OH 反應： HCHO + 2Ag(NH3)2+2OH-(加熱 )-HCOO +NH4+ +2Ag+ 3NH3 +H2O 或 HCHO+4Ag(NH3)2OH=水浴 =4Ag+8NH3+CO2+3H2O 2.與 Cu(OH)2 反應： HCHO+4Cu(OH)2 -(加熱 )- CO2+2Cu2O+5H2O 3.加聚反應： nHCHO- -CH2O-n- 說明 ： -CH2O-n-是人造象牙的主要成分。 分子結構 ： C 原子以 sp2 雜化軌道成鍵。分子為平面形極性分子。 2.3 甲醛應用 甲醛屬用途廣泛、生產工藝簡單、原料供應充足的大眾化工產品，是甲醇下游產品 種中的主干，世界年產量在 2500 萬噸左右， 30%左右的甲醇都用來生產甲醛。但甲醛是一種濃度較低的水溶液，從經濟角度考慮不便于長距離運輸，所以一般都在主消費市場附近設廠，進出口貿易也極少。甲醛除可直接用作消毒、殺菌、防腐劑外，主要用于有機合成、合成材料、涂料、橡膠、農藥等行業，其衍生產品主要有多聚甲醛、聚甲醛、酚醛樹酯、脲醛樹酯、氨基樹酯、烏洛托產品及多元醇類等。人造板工業發達，對甲醛的需求量甚大。 甲醛的用途非常廣泛， 合成樹脂 、表面活性劑、塑料、橡膠、皮革、造紙、染料、制藥、農藥、照相膠片、炸藥、建筑材料以及消毒、熏蒸和防腐過程中均要用到甲醛，可以說甲醛是化學工業中的多面手，但任何東西的使用都必須有個限量，有一個標準，一旦使用超越了標準和限量，就會帶來不利的一面。 據知情人士介紹， 1 噸甲醛價格在 1600 元上下，甲醛濫用的主要原因在于其低廉的價格。幾年以來我國的甲醛產量成逐年遞增的趨勢，這與我國紡織工業和建材工業的發展是一致的，這說明在今后的很長一段時間內甲醛還是我國化工行業的 寵兒。據有關專家介紹，近年來 我國已研制成功了無甲醛的免燙整理劑，以及不含甲醛的環保型 脲醛樹脂 ，然而時至今日也沒有被大量投產，主要原因就是價錢昂貴，可見，便宜的價格阻礙了甲醛的替代進程。 學院畢業設計（論文） 9 3 甲醇氧化制取甲醛 3.1 制取方法介紹 甲醇氧化法按所用催化劑的類型可分為兩種。一種以鐵、鉬、釩等氧化物為催化劑，簡稱鐵鉬法。該法采用空氣過量、甲醇濃度低于爆炸極限下限（ 6.7%），由于甲醇濃度低，必然使設備效率降低，設備龐大，動力消耗大，產物被惰性氣體稀釋，分離困難。但由于該法是強放熱反應，且反應溫度低，對所產生的蒸汽余熱的利用率高，所以該法成本與銀法相比并不高。同時鐵鉬法轉化率高，主產率高。 另一種以銀為催化劑簡稱銀法。該法采用在爆炸上限操作，原料氣中甲醇濃度較高，設備效率提高，所以基建投資較低。但是由于銀法在 600以上的高溫下操作，銀粒易熔結增大，加之對毒物很敏感，所以催化劑易失活。同時反應溫度高，副反應增加，導致甲醇單耗比鐵鉬法高。另外，由于甲醇過量，反應時間短，轉化率低 ，這樣產品中未反應的甲醇含量高，這對甲醛下游產品的合成極為不利，必須分離精制。 本設計主要采用銀法制取甲醛。 3.2 物料衡算 甲醇氧化為甲醛主反應 CH3OH+1/2O2HCHO+H2O +156.557KJ/Mol （ 1） CH3OHHCHO+H2 85.0 KJ/Mol （ 2） 副反應 CH3OH+3/2OCO2+2H2O +675.983KJ/Mol （ 3） CH3OH+O2CO+2H2O +393.00KJ/Mol (4) 學院畢業設計（論文） 10 CH3OH+H2CH4+H2O +115.505KJ/Mol (5) CH3OH+O2HCOOH+H2O +246.73KJ/Mol (6) 產物組成 CH3OH 5% HCOOH 0.03% H2O 54.7% HCHO 4 0% 尾氣組成 CO2 4% CO 1.5% CH4 0.06% O2 0.4% H2 17% N2 77.04% 空氣組成 O2 21% N2 78.1% H2O 0.9% 假 定每年工作 330 天 ， 則每天產品質量 : 50106/330=6313.13kg/h 每小時產品量 : 6313.13/24=2525.25kg/h 產物中各物質的質量和物質的量 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 設甲醇投入量為 X kg/h，尾氣量為 Zmol/h 氧醇比為 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 解以上兩式得 X=0.534， Z=0.0322 甲醇理論投入量 : 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 甲醇水溶液物質的量 : 3.371103 /(99.96%32+0.04%18)=105.37kmol/h 則甲醇實際投入量 : 3.371103/99.96%=3372.35kg/h 空氣投入總體積和物質的量 V=40%NCH3OH22.4/21%=4.495106 L/h N=40%NCH3OH/21%=200.667kmol/h VN2=V78.1%=3.464106 L/h 生產過程中尾氣得體積 3.464106 /78.1%=4.496106 L/h 尾氣中各組分得體積和物質的量 學院畢業設計（論文） 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 過程驗證 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 尾氣中的 H2 含量： NH2=34.12kmol/h 故 NCH2O=227.05+34.24=88.338kmol/h MCH2O=88.33830=2650.15kg/h 與設計要求的甲醛純產量 2525.25kg/h 基本一致 甲醇量： 反應式（ 1）消耗甲醇 54.089 kmol/h 反應式（ 2）消耗甲醇 34.244 kmol/h 反應式（ 3）消耗甲醇 8.029 kmol/h 反應式（ 4）消耗甲醇 3.011 kmol/h 反應式（ 5）消耗甲醇 0.120 kmol/h 反應式（ 6）消耗甲醇 0.0412 kmol/h 吸收衡算 甲醇水蒸氣質量 M=M3/70%=3371.3/70%=4816.143kg/h 甲醇水溶液中水的質量 M1=M3/99.96%0.04%=1.349kg/h 需加入的水蒸氣量 M2=4816.143 3371.30 32.508 1.349=1410.986kg/h 水衡算 產品帶出水 M3=M 產品 （ 1 40% 0.03% 5%） =3470.328kg/h 學院畢業設計（論文） 12 反應生成水質量 M 反 =(NCH2O+NCO2+NCO+NCH4+NHCOOH NH2)18=1873.352kg/h M 軟 +M2+M 反 =M3 M 軟 =185.99kg/h 吸收塔衡算 一塔甲醛吸收量為 90%,一塔甲醛吸收量 88.33890%=79.504kmol/h 一塔氣體甲醛量 88.33810%=8.834kmol/h 再設二塔甲醛吸收量為 95%，循環液中甲醛濃度為 15%，并設為轉化的甲醇均在二塔內被吸收，生成的甲酸全部在一塔 內被吸收并有產品帶出，二塔循環液量為： 251.76/15%=1678.4kg/h 二塔甲醛吸收量 ： 8.83495%=8.392kmol/h=251.76kg/h 二塔氣體甲醛量 : 8.8345%=0.442kmol/h=13.26kg/h 三塔循環液量 : 13.26/2%=663.0kg/h 二塔循環液組成 : 9.864kmol/h=315.66kg/h MH2O=1678.4 315.66 1378.415%=1110.98kg/h=61.721kmol/h 設一塔回流比為 1.3(回流比為回流 到一塔的液體流量與產品流量比 ) 一塔回流液量 : 6313.131.3=8207.069kg/h 一塔出口液體總量 : 6313.13+8207.069=14520.20kg/h 一塔流出液組成 : 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 學院畢業設計（論文） 13 表 3-1蒸發器 的物料衡算 進料 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 空氣 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 合計 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 合計 306.095 9141.83 表 3-2過熱阻火器 的物料衡算 進料 物料 Kmol Mol% Kg w% 蒸發器 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 合計 384.483 10552.1 出料 物料 Kmol Mol% Kg w% 三元氣 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 合計 384.483 10552. 學院畢業設計（論文） 14 表 3-3氧化爐 的物料衡 算 進料 三元氣 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 合計 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 合計 453.597 10618.13 學院畢業設計（論文） 15 表 3-4吸收塔 I的物料衡算 進料 物料 Kmol Mol% Kg w% II 塔循環液 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 轉化氣 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 合計 533.574 12296.73 出料 物料 Kmol Mol% Kg w% 產品 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 尾氣 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 合計 530.74 12309 學院畢業設計（論文） 16 表 3-5吸收塔 II 的物料衡算 進料 物料 Kmol Mol% Kg w% III 塔循環液 CH2O 0.442 1.186 13.26 1.961 H2O 36.833 98.814 663.0 98.039 氣體 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 合計 280.46 6547.94 出料 物料 Kmol Mol% Kg w% II 他循環液 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 塔尾氣 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 合計 281.14 6554.8 學院畢業設計（論文） 17 表 3-6吸收塔 III 的物料衡算 進料 物料 Kmol Mol% Kg w% 氣體 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 軟水 36.833 663.0 合計 237.993 5539.428 出料 物料 Kmol Mol% Kg w% 尾氣 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 循環液 CH2O 0.442 1.186 13.26 1.961 H2O 36.833 98.814 663.0 98.039 237.993 5539.428 學院畢業設計（論文） 18 3.3 熱量衡算 3.3.1 蒸發器的熱量衡算 0.3MPa 飽和蒸汽 60 空氣， O2， N2， H2O 47 CH3OH， H2O 15 CH3OH, H2O O2， N2 100 進入蒸發器的空氣溫度為 60 ，甲醇進料溫度為 15 ，蒸發溫度為 47 ，該過程沒有化學變化，只有顯熱和相變熱。 表 4-1 原料甲醇和空氣帶入的熱量 物料名稱 Kmol CP, kJ/kmol T, 熱量， 104kJ 1.CH3OH 105.353 78.592 15 12.42 2 H2O 0.0749 75.078 15 0.008 3.空氣 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 計 306.09 47.93 相變熱： 甲醇的相變熱： 3.749104 kJ/kmol 水的相變熱： 4.41710 4 kJ/kmol 則原料甲醇的相變熱為： 105.3533.749104 0.07494.41710 4 395.30104 kJ 蒸 發 器 學院畢業設計（論文） 19 表 4-9 原料氣帶出的熱量 物料名稱 kmol CP, kJ/kmol T, 熱量， 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 計 306.09 49.939 則需補充熱量為：相變熱 + 原料氣帶出熱 原料氣帶入熱 = 395.30104 +49.939104 47.93104 =397.309 kJ 水蒸氣的 CP = 3.074 kJ/kg 需水蒸氣的量為 G = Q / CP t r = 397.309104 / 3.074(60-47)2168.1 = 45.86 kg/h = 2.548 kmol/h 3.3.2 過熱熱阻 的熱量衡算 0.3MPa 0.3MPa 133.3 133.3 配料蒸汽 加熱蒸氣 47 CH3OH， H2O 120 三元氣 O2， N2 100 H2O 為了防止液體析出，把原料氣升溫至 120 ，同時配入飽和水蒸汽。 （ 1） 原料氣帶入的熱量為： 49.939104 kJ，見表 4-9。 （ 2） 配料蒸汽帶入的熱量： 設加入的配料水蒸氣為 133.3 的飽和蒸汽，其摩爾定壓熱容： CP = 3.074 過 熱 熱 阻 學院畢業設計（論文） 20 kJ/kg = 55.332 kJ/kmol ,則配料蒸汽帶入的熱量： 76.50755.332133.356.43104 kJ （ 3） 三元氣帶出的熱量見表 4-10。 表 4-10 三元氣帶出的熱量 物料名稱 kmol CP, kJ/kmol T, 熱量， 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 計 382.602 164.34 則需補充熱量：三元氣帶出熱 原料氣帶入熱 配 料氣帶入熱 = （ 164.34 47.93 56.43） 104 =59.98104 kJ 需表壓 0.3MPa 的加熱蒸汽量： G = Q/r = 59.98104 / 2168.1 = 276.65 kg/h = 15.37 kmol/h 3.3.3 氧化爐的熱量衡算 （ 1）三元氣帶入的熱量為： 164.34104 kJ，見表 4-10。 （ 2）反應熱（設反應溫度為 640 ） 反應物和生成物的比熱： 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 學院畢業設計（論文） 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 反應熱： qrt 反應物（ 640 ） 生成物（ 640 ） q1 q2 qr 反應物（ 25 ） 生成物（ 25 ） qrt = q1 + qr + q2 q1 = n 反應物 CP t qr = 反應吸（放）熱 q2 = n 生成物 CP t t = 615 K 對于反應方程式 （ 1） ： q1 = n 反應物 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 學院畢業設計（論文） 22 28.305105 kJ qr = 1.566105 kJ/kmol q 總 = （ 28.052 + 28.305 + 1.566） 105 =57.923105 kJ/kmol 對于反應式（ 2）： q1 = n 反應物 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 總 = （ 15.862 + 17.914 - 0.85） 105