Ректификация формалина-сырца (стр. 9 из 18)

(2.6)

где,

a, - концентрации исходной смеси, дистиллята и кубового остатка в массовых долях (a – низкокипящего компонента, b – высококипящего компонента); Ма, Мb – молярные массы низкокипящего и высококипящего компонентов (Мметанол = 32 кг/моль, Мформ-да = 30 кг/моль).

Метанол - низкокипящий компонент (температура кипения 64,5°С);

Формальдегид - высококипящий компонент (температура кипения 98,9°С).

,

,

.

Материальный баланс процесса абсорбции

Из заводских данных:

Количество формалина-«сырца» - 19353,15 кг/ч;

Итого процесса абсорбции – 29515,65 кг/ч;

29515,65 – 100%

19353,15 – x

x=65,59% (формалин-«сырец»)

Тогда всего в процессе абсорбции будет:

20427,41 – 65,59%

x – 100%

x=31144,09 кг/ч.

Количество выхлопных газов в расходе (31144,09-20427,41)=10716,68 кг/ч.

Тогда рассчитываем количество азота, водорода, углекислого газа, окиси углерода и воды в выхлопных газах:

10716,68 – 100%

x – 77,27%

x=8280,78 кг/ч (азот);

10716,68 – 100%

x – 16,62%

x=1781,11 кг/ч (водород);

10716,68 – 100%

x – 4,14%

x=443,67 кг/ч (углекислый газ);

10716,68 – 100%

x – 0,68%

x=72,87 кг/ч (окись углерода);

10716,68 – 100%

x – 1,29%

x=138,25 кг/ч (вода).

Производительность формалина-«сырца» берется из процесса ректификации.

Вода на орошение

Из заводских данных:

Количество воды в выхлопных газах – 97,50 кг/ч;

Количество воды в формалине-«сырце» - 8508,90 кг/ч;

Вода на орошение заводская в приходе – 5548,35 кг/ч;

97,50+8508,90=8606,4 кг/ч;

8606,4 – 100%

5548,35 – x

x=64,47% .

Количество воды на орошение в расходе:

138,25+8981,63=9119,88 кг/ч;

9119,88 – 100%

x – 64,47%

x=5879,58 кг/ч;

Контактные газы: (31144,09-5879,58)=25264,51 кг/ч.

Количество формальдегида, метанола, углекислого газа, окиси углерода, водорода и азота в контактном газе рассчитывается:

25264,51 – 100%

x – 23,24%

x=5880,86 кг/ч (формальдегид);

25264,51 – 100%

x – 22%

x=5560,91 кг/ч (метанол);

25264,51 – 100%

x – 12,76%

x = 3223,75 кг/ч (вода);

25264,51 – 100%

x – 3,19%

x=805,94 кг/ч (углекислый газ);

25264,51 – 100%

x – 0,58%

x=146,53 кг/ч (водород);

25264,51 – 100%

x – 0,33%

x=83,37 кг/ч (окись углерода);

25264,51 – 100%

x – 37,9%

x=9575,25 кг/ч (азот).

Материальный баланс абсорбционной колонны в таблице 10.

Таблица 10 – Материальный баланс абсорбционной колонны

Приход			Расход
Состав	кг/ч	Массовая доля, %	Состав	кг/ч	Массовая доля, %
1	2	3	4	5	6
1. Контактные газы, в т.ч.: -формальдегид метанол -вода -углекислый газ -водород -окись углерода -азот 2. Вода на орошение	25264,51 5880,86 5560,91 3223,75 805,94 146,53 83,37 9575,25 5879,58	100 23,24 22 12,76 3,19 0,58 0,33 37,9 100	1. Формалин – «сырец» в т.ч.: -формальдегид -метанол -вода 2. Выхлопные газы, в т.ч.: -азот -водород -углекислый газ -окись углерода -вода	20427,41 5881,8 5563,92 8981,63 10716,68 8280,78 1781,11 443,67 72,87 138,25	100 28,79 27,24 43,97 100 77,27 16,62 4,14 0,68 1,29
Итого:	31144,09	100	Итого:	31144,09	100

Материальный баланс стадии контактирования и приготовления спирто-воздушной смеси

Контактирование

Количество контактных газов в расходе равно количеству контактных газов в приходе процесса абсорбции – 25264,51 кг/ч.

Количество контактных газов равно количеству смеси воздух-метанол - 25264,51 кг/ч.

Рассчитываем количество формальдегида, метанола, воды, азота и кислорода в приходе:

25264,51 – 100%

x – 0,09%

x=22,74 кг/ч (формальдегид);

25264,51 – 100%

x – 46,5%

x=11748,00 кг/ч (метанол);

25264,51 – 100%

x – 1,76%

x=444,66 кг/ч (вода);

25264,51 – 100%

x – 40,76%

x= 10297,81 кг/ч (азот);

25264,51 – 100%

x – 10,89%

x=2751,31 кг/ч (кислород).

Спиртоиспарение

Количество смеси воздух-метанол в расходе равно количеству смеси воздух-метанол в приходе процесса контактирования – 25264,51 кг/ч.

Из заводских данных:

Итого процесса спиртоиспарения – 23967,30 кг/ч;

Количество воздуха в приходе – 11988,00 кг/ч;

Количество метанола-ректификата в приходе – 4353,15 кг/ч;

Количество метанола «свежего» в приходе – 7626,15 кг/ч;

23967,30 – 100%

11988,00 – x

x=50,02% (воздух);

23967,30 – 100%

4353,15 – x

x=18,16% (метанол-ректификат);

23967,30 – 100%

7626,15 – x

x=31,82% (метанол «свежий»).

Рассчитываем количество метанола «свежего» в приходе и входящего в него метанола и воды:

25264,51 – 100%

x – 31,82%

x=8039,17 кг/ч (метанол «свежий»);

8039,17 – 100%

x – 99,9%

x=8031,13 кг/ч (метанол);

8039,17 – 100%

x – 0,1%

x=8,04 кг/ч.

Рассчитываем количество метанола-ректификата в приходе и входящего метанола, формальдегида и вода:

25264,51 – 100%

x – 18,16%

x=4588,04 кг/ч (метанол-ректификат);

4588,04 – 100%

x – 97%

x=4450,39 кг/ч (метанол);

4588,04 – 100%

x – 0,5%

x=22,94 кг/ч (формальдегид);

4588,04 – 100%

x – 2,5%

x=114,70 кг/ч (вода).

Рассчитываем количество воздуха в приходе и входящего в него кислорода, азота и воды:

25264,51 – 100%

x – 50,02%

x=12637,31 кг/ч (воздух);

12637,31 – 100%

x – 20,7%

x=2615,92 кг/ч (кислород);

12637,31 – 100%

x – 77,5%

x=9793,91 кг/ч (азот)

12637,31 – 100%

x – 1,8%

x=227,47 кг/ч (вода).

Материальный баланс стадии контактирования и приготовления спирто – воздушной смеси в таблице 11.

Таблица 11 – Материальный баланс стадии контактирования и приготовления сприрто – воздушной смеси

Приход			Расход
Состав	кг/ч	Массовая доля, %	Состав	кг/ч	Массовая доля, %
Контактирование
1. Смесь воздух – метанол, в т.ч.: формальдегид -метанол -вода -азот -кислород	25264,51 22,74 11748,00 444,66 10297,81 2751,31	100 0,09 46,5 1,76 40,76 10,89	1 Контактные газы, в т.ч.: формальдегид -метанол -вода -углекислый газ -окись углерода -водород -азот	25264,51 5880,86 5560,91 3223,75 805,94 146,53 83,37 9575,25	100 23,24 22 12,76 3,19 0,33 0,58 37,9
Итого:	25264,51	100	Итого:	25264,51	100
Приход			Расход
Состав	кг/ч	Массовая доля, %	Состав	кг/ч	Массовая доля, %
Спиртоиспарение
Метанол «свежий» в т.ч.: -метанол -вода 2. Метанол – ректификат, в т.ч.: -метанол -формальдегид -вода 3. Воздух, в т.ч.: -кислород -азот -вода	8039,17 8031,13 8,04 4588,03 4450,39 22,94 114,70 12637,31 2615,92 9793,91 227,47	100 99,9 0,1 100 97 0,5 2,5 100 20,7 77,5 1,8	Смесь воздух – метанол, в т.ч.: -формальдегид -метанол -вода -азот -кислород	25264,51 22,74 11748,00 444,66 10297,81 2751,31	100 0,09 46,5 1,76 40,76 10,89
Итого:	25264,51	100	Итого:	25264,51	100

Построение диаграмм

Для идеальных смесей диаграммы можно построить путем расчета, исходя из значений давлений паров чистых компонентов РН.К и РВ.К при различных температурах. Для этого можно воспользоваться уравнением:

(2.7)

Решив от относительно x, получим:

(2.8)

Таким образом, выбрав ряд температур (в пределах между температурами кипения чистых компонентов), можно вычислить состав жидкости, кипящей при данной температуре. Далее, определив парциальное давление НК по формуле:

(2.9)

находим состав паров:

(2.10)

где, Робщ = 427 мм рт. ст. Давление общее соответствует давлению верха колонны.

Давление верха равно 0,057 Мпа;

Переводим в мм рт. ст.: 0,057*106Па*760 мм рт. ст. /101325 Па = 427,5 мм рт. ст.

Данные расчета сводятся в табл.12 (расчет равновесного состава жидкости и пара смеси метанол – формальдегид).

Рассчитываем давление (Рн.к) для метанола.

Данные значений давлений низкокипящего компонента (метанол) при различных температурах берем из [1, стр.26 ].

Из данных [1, стр.26 ] рассчитываем давление при известных температурах.

Интервал температур от 64,7 до 98,9°С.

При температуре 60°С давление составляет 625 мм рт. ст., а при температуре 70°С давление равно 927 мм рт. ст.

1) Находим давление при температуре 64,7°С:

(927 – 625)/10 = 30,2 на 1°С;

(64,7 – 60)*30,2 = 142,4;

625 + 142,4 = 767,4 мм рт. ст..

2) Находим давление при температуре 68,12°С:

(68,12 – 60)*30,2 = 246,1;

625 + 246,1 = 871,1 мм рт. ст..

При температуре 70°С давление составляет 927 мм рт. ст., а при температуре 80°С давление равно 1341 мм рт. ст.

3) Находим давление при температуре 71,54°С:

(1341 – 927)/10 = 41,4 на 1°С;

(71,54 – 70)*41,4 = 64,2;

927 + 64,2 = 991,2 мм рт. ст..

4) Находим давление при температуре 74,96°С:

(74,96 – 70)*41,4 = 206,7;

927 + 206,7 = 1133,7 мм рт. ст..

5) Находим давление при температуре 78,38°С:

(78,38 – 70)*41,4 = 349,2;

927 + 349,2 = 1276,2 мм рт. ст..

При температуре 80°С давление составляет 1341 мм рт. ст., а при температуре 90°С давление равно 1897 мм рт. ст.

6) Находим давление при температуре 81,8°С:

(1847 – 1341)/10 = 55,6 на 1°С;

(81,8 – 80)*55,6 = 100;

1341 + 100 = 1441 мм рт. ст..

7) Находим давление при температуре 85,22°С:

(85,22 – 80)*55,6 = 290;

1341 + 290 = 1631 мм рт. ст..

8) Находим давление при температуре 88,64°С:

(88,64 – 80)*55,6 = 480;

1341 + 480 = 1821 мм рт. ст..

При температуре 90°С давление составляет 1897 мм рт. ст., а при температуре 100°С давление равно 2621 мм рт. ст.

9) Находим давление при температуре 92,06°С:

(2621 – 1897)/10 = 72,4 на 1°С;