23,07 Кмоль/год. Або 738 кг/год.
Витрата метанолу за реакціями (1) і (4):
23,07:(0,27 + 0,60) =26,52 кмоль/год. або 3350 кг/год.,
де 0,27 і 0,60 - частка|доля| метанолу, перетвореного на формальдегід за реакціями| (1) і (2).
Подають метанол з врахуванням ступеня конверсії:
26,5:0,55 = 42,22 кмоль/год. або 1351 кг/год.
Кількість води в технічному метанолі:
1315∙0,1:99,9 = 1.35 кг/год. або 0,075 кмоль/год.
Залишається метанолу в контактному газі:
42,22 - 26,52 =15,7 кмоль/год. або 502 кг/год.
За реакцією (1) витрачається метанолу:
26,52 ∙ 0,27 = 7,2 кмоль/год або 241 кг/год.;
утворюється:
формальдегіду - 7,2 кмоль/год. або 225 кг/год.; водню - 7,2 кмоль/год. або 14 кг/год.
За реакцією (2) витрачається:
метанолу - 26,52 ∙ 0,60 = 15,9 кмоль/год. або 509 кг/год.; кисню: 15,9∙0,5 = 8 кмоль/ч або 33.24 кг/ч;
утворюється:
формальдегіду: 15.9,623 кмоль/ч або 253 кг/ч; водяної пари – 15.9 кмоль/год. або 286 кг/год.
За реакцією (3) витрачається:
метанолу - 26,52 ∙ 0,11 = 2,9 кмоль/год. або 93 кг/год.; кисню - 2,9 ∙ 1,5=4,35 кмоль/год. або 139 кг/год.;
утворюється:
Карбон(IV) оксиду - 2,9 кмоль/год. або 128 кг/год.;
водяної пари - 2,9 ∙ 2 = 5,8 кмоль/год. або 105 кг/год.
За реакцією (4) витрачається:
Метанолу – 26.52 ∙ 0,02 = 0,51 кмоль/год. або 16 кг/год.; утворюється:
Карбон(ІІ) оксиду - 0,51 кмоль/год. або 59 кг/год.; водню - 0,51 ∙ 2 = 1,02 кмоль/год. або 2.5 кг/год.
Всього утворюється:
Водню - 7,2 + 1,02 = 8,2 кмоль/год. або 17 кг/год.;
водяної пари - 15,9 + 5,8 = 21,7 кмоль/год. або 390 кг/год.
Загальна витрата кисню:
8 + 4,35 = 12,35 кмоль/год. або 395 кг/год.
Молярне співвідношення О2:СН3ОН дорівнює:
12,35:42,22 = 0,29.
Витрата сухого повітря:
12,35:0,21 = 58,8 кмоль/год.,
де 0,21 - об’ємна (молярна) частка|доля| кисню в сухому повітрі.
Кількість азоту в повітрі:
58,8 - 12,35 = 46,45 кмоль/год. або 1300 кг/год.
Об’ємна частка водяної пари в повітрі:
3230 ∙ 100:(0,17 ∙ 106) = 1,90%,
де 3230 - парціальний тиск водяної пари в повітрі при температурі 250 С, Па ; 0,17∙106 - загальний тиск повітря, Па.
Таблиця 5
Матеріальний баланс стадії контактування
|
Входить |
кмоль/год. |
кг/год. |
Виходить |
кмоль/год. |
кг/год. |
|
Спиртово- повітряна суміш СНзОН О2 N2 H2O |
192,798 49,308 185,492 4,881 |
6169 1578 5194 88 |
Контакт-ний газ СНзОН СН2О СО СО2 N2 Н2 H2O |
86,759 92,254 2,121 11, 664 185, 492 32, 873 91, 832 |
2776 2768 59 513 5194 66 1653 |
|
|
432,479 |
13029 |
|
502,995 |
13029 |
Кількість водяної парив повітрі:
58,8∙1,90/(100,00 - 1,90) = 1,14 кмоль/год. або 20.8 кг/год.
Сумарна кількість водяної пари:
у спиртовоповітряній| суміші: 0,333 + 1,14 = 1,47 кмоль/год. або 26,5 кг/год.;
у контактному газі: 1,47 + 21,7 = 23,17 кмоль/год. або 417 кг/год.
Складають матеріальний баланс стадії контакту (таблиця 5).
Об’ємна (молярна) частка метанолу в спиртовоповітряній суміші (44,6%) відповідає оптимальному технологічному режиму.
У вихлопні гази колони абсорбції переходять повністю СО і СО2, азот, водень, сумарна кількість яких складає 232,150 кмоль/год. Об’ємна частка водяної пари у вихлопних газах:
1740∙100:(0,13∙106) = 1,34%,
де 1740 - парціальний тиск водяної пари при: температурі 150 С, Па 0,13∙106 - загальний тиск вихлопних газів, Па.
Кількість водяної пари у вихлопних газах:
58,8 - 1,34:(100,00 - 1,34) = 0,8 кмоль/год. або 15 кг/год.
Кількість формаліну-сирцю:
502:0,29 = 1731 кг/год.,
де 0,29 - масова частка|доля| формальдегіду у формаліні-сирці.
Кількість води у формаліні-сирці:
1731 -502 - 504 = 725 кг/год. або 40,3 кмоль/год.
Отже, на зрошування колони абсорбції необхідніо подати води:
725 + 14 - 530 = 252 кг/год.
Склад формаліну-сирцю і вихлопних газів на виході з колони абсорбції:
|
|
nτ, кмоль/год. |
хі, % |
mτ , кг/год. |
wі, % |
|
Формалін-сирець: СН3ОН СН2О Н2О |
86,759 92,254 222,278 |
21,62 22,99 55,39 |
2776 2768 4001 |
29,08 29,00 41,92 |
|
Σ |
401,291 |
100,00 |
9545 |
100,00 |
|
Вихлопні гази: СО СО2 N2 H2 H2O |
2,121 11,664 135,492 32,873 3,153 |
0,90 4,96 78,83 13,97 1,34 |
59 513 5194 66 57 |
1,00 8,71 88,20 1,12 0,97 |
|
Σ |
235,303 |
100,00 |
5889 |
100,00 |
Отриманий склад вихлопних газів відповідає оптимальному технологічному режиму.
Ступінь конверсії метанолу в формальдегіді прийнята 87%. Для перевірки правильності проведенного розрахунку визначають ступінь конверсії метанолу за формулою:
,
що практично співпадає з прийнятою.