Изобразите и опишите аппаратурно-технологическую схему.

На рис. 2 показана схема получения формалина окислительным дегидрированием метилового спирта на серебряном катализаторе

1 - мерник; 2 – испаритель; 3 – фильтр; 4 – воздуходувка; 5 – подогреватель; 6 – контактный аппарат; 7 – холодильник; 8,10 – абсорберы; 9 – промежуточный холодильник.

Рис. 2. Схема производства формалина окислением метилового спирта:

Метиловый спирт через мерник 1 подают в испаритель 2, обогреваемый глухим паром или горячей водой. Одновременно через испаритель пропускают очищенный от пыли и других примесей воздух, нагнетаемый воздуходувкой 4. Барботируя через слой спирта, нагретого до 45-50ºС, воздух насыщается его парами до содержания примерно 0,5 г СН₃ОН в 1 л паро-воздушной смеси, что значительно превышает верхний придел взрываемости смеси паров метилового спирта с воздухом.

Весьма важно поддерживать постоянный состав паро-воздушной смеси, так как при повышенном содержании паров спирта побочные реакции протекают более интенсивно, а при пониженном содержании спирта может образоваться взрывоопасная смесь.

Даже при незначительных колебаниях состава паро-воздушной смеси нарушается нормальный ход процесса, потому систему снабжают автоматическими регуляторами уровня спирта в испарителе, температуры воздуха и спирта, давления в системе.

Во избежание конденсации паров спирта из паро-воздушной смеси ее подогревают в аппарате 5 глухим паром до 110ºС и при этой температуре подают в контактный аппарат 6. При установившемся процессе окисление протекает аутотермически. Температурный режим в контактном аппарате регулируют, изменяя температуру и количество подаваемой парогазовой смеси. В период пуска системы для инициирования реакции используют платино-асбестовый контактный запал (предложен Е.И. Орловым), устанавливаемый на входе газа в слой катализатора, либо электрозапал.

Продукты реакции, выходящие из контактного аппарата, охлаждают в холодильнике 7 до 100-130ºС. Охлаждение до более низкой температуры нежелательно, так как при этом возможны полимеризация формальдегида и забивание трубопровода полимерами.

Далее в абсорберах 8 и 10 из контактных газов поглощается формальдегид. Абсорбер 10 орошается водой, абсорбер 8 – разбавленным раствором формальдегида, поступающим из абсорбера 10. Для отвода тепла абсорбции устанавливают промежуточные холодильники (на схеме показан один). Из абсорбера 8 вытекает формалин – водный раствор формальдегида, содержащий 37,6% НСНО и около 10% СН₃ОН; последний стабилизирует формальдегид, предотвращая его полимеризацию. Выход формальдегида около 90%. [1]

№6

Рассчитайте и составьте материальный баланс процесса получения choh.

В условиях проведения процесса осуществляются реакции:

основные

CH₃OH+0,5O₂→HCOH+H₂O +Q; (1)

CH₃OH→HCOH+H₂-Q; (2)

побочные

CH₃OH+1,5O₂=CO₂+2H₂O+Q; (3)

CH₃OH+H₂=CH₄+H₂O+Q. (4)

Общие данные для расчета:

Производительность цеха по формальдегиду, т/год-15840.

Состав метанола, масс. %: CH₃OH-98%; H₂O-2%.

Индивидуальные данные для расчета

Таблица 1

Вариант	Общая конверсия Kобщ	Полезная конверсия Kпол	Расход CH3OH на реакцию (2) в %	Отношение (в молях) CO2/CH4 в продуктах реакции
4	92,51	89,71	35,12	6,7:1

Методика выполнения контрольной работы

1.База для составления материального расчета – часовая производительность CHOH.

2.Исходя из заданной производительности по HCOH, рассчитайте массу CH₃OH, расходуемую на реакции (1) и (2).

3.С учетом К_пол и К_общ определите массу CH₃OH, подаваемую в контактный аппарат.

4.Рассчитайте расход CH₃OH на побочные реакции (3) и (4) и «проскок» метанола.

5.Доля участия CH₃OH на реакции (3) и (4) определите из заданного соотношения CO₂/CH₄ (см.табл. 1).

6.Далее расчет ведите по уравнениям химических реакций.

РЕШЕНИЕ

1. Рассчитаем часовую производительность СНОН:

кг/час, – производительность по формальдегиду,

где 8000 – количество рабочих часов в год.

2. Рассчитаем массу СН₃ОН, расходуемую на получение целевого продукта, реакции (1,2):

,

где М(HCOH)-молярная масса формалина,

где М(CН₃OH)-молярная масса метанола.

На (1) реакцию расходуется 64,88% - 1370,3 кг/час,

На (2) реакцию расходуется 35,12% - 741,734 кг/час.

3. Рассчитаем массу СН₃ОН, подаваемую в контактный аппарат:

- количество метанола подаваемое в контактный аппарат, с учетом К_общ, идущего на реакции (1-4)

- количество метанола идущего на реакции (1,2), с учетом К_пол.

0,9251 – общая конверсия на загрузку метанола,

0,8971 – полезная конверсия на загрузку метанола.

4. Рассчитаем расход СН₃ОН на побочные реакции (3,4) и «проскок» метанола:

- количество метанола расходуемого на реакции (3,4).

- количество метанола которое не вступило в реакцию (1-4) – «проскок».

5. Доля участия СН₃ОН на реакции(3,4):

По соотношению СО₂:СН₄ как 6,6:1, рассчитаем количество метанола расходуемого на реакцию (3) и реакцию (4)

- расход СН₃ОН⁴ идущий на реакцию (4), тогда расход СН₃ОН³ идущий на реакцию (3) равен

6. Определим расход остальных компонентов исходя из уравнений реакций:

Расход технического воздуха на реакцию:

.

.

Количество образовавшейся воды:

.

Количество образовавшегося водорода:

Количество затраченного водорода:

Т.к. метанол подается в контактный аппарат в разбавленном состоянии Н₂О, то:

- количество воды в метаноле по условию.

7. Полученные расчеты сведем в таблицу материального баланса:

Приход			расход
вещество	% масс	кг/час	вещество	% масс	кг/час
СН3ОН	71,925	2112	HCOH	69,3	1980
H2O	1,555	52,617	СО 2	0,2	9,253
О2	26,5	778,146	СН4	1	61,997
H2	0,2	0,5783	H2	1,7	46,337
			H2O	27,8	845,75
ИТОГО:	100	2943,337		100	2943,337