年产12万吨甲醛的工艺计算
1. 计算依据
（1） 产量：120000t/a
（2） 年工作日：以300天计（7200h ） （3） 甲醛分子量：30.03
（4） 尾气组成及产品质量见下表：
尾气组成及产品质量
（5） 装置所用蒸汽压力为：0.4Mpa(表压) （6） 氧醇比：以0.400计，技术单耗按0.430
（7） 原料甲醇浓度：98%（质量比）；配料后甲醇浓度：58% （8） 空气相对湿度为80%：其中含O 2：21%；N 2：77%；H 2O ：2%
2. 物料衡算 原料及产物的衡算 （1） 产量：
67.1624
300120000
=⨯ (t/h)＝16670 (kg/h)
其中：
HCHO ：16670×37.3%=6217.91（kg/h)=207.06（kmol/h ） CH 3OH ：16670×1.2%=200.04（kg/h ）=6.24（kmol/h ） HCOOH ：16670×0.01%=1.67（kg/h ）=0.04（kmol/h ） H 2O ：16670×61.49%=10250.38（kg/h ）=569.47（kmol/h ） 总物质的量：207.06＋6.24＋0.04＋569.47＝782.81（kmol/h ） 产品组成
（2） 原料甲醇投入量
设投入量为Y ，尾气中含有甲醇量为X ，则Y ＝
X +⨯32
43
.016670
根据氧醇比和空气中氧气百分含量得：0.4Y/21%＝N 空气
77%N 空气/78.856%＝N 尾气 0.0072%N 尾气＝X 解得：X ＝0.03（kmol ）；Y ＝224.03（kmol ）； N 尾气＝416.67（kmol ）；N 空气＝426.72（kmol ）
（3） 空气投入量
空气投入量＝426.72（kmol ）
其中：O 2：426.72×21%＝89.61（kmol ）＝2867.52（kg ） N 2：426.72×77%＝328.58（kmol ）＝9199.96（kg ） H 2O ：426.72×2%＝8.53（kmol ）＝153.54（kg ）
（4） 尾气量＝416.67（kmol ）
其中：CO2：416.67×2.6%＝10.83（kmol ）＝476.52（kg ） CO ：416.67×0.2%＝0.83（kmol ）＝26.324（kg ） H2：416.67×15%＝62.50（kmol ）＝125.00（kg ） HCHO ：416.67×0.2%＝0.83（kmol ）＝24.90（kg ） CH4：416.67×0.4%＝1.67（kmol ）＝26.72（kg ） CH3OH ：416.67×0.0072%＝0.03（kmol ）＝0.96（kg ） H2O ：416.67×2.5368%＝10.57（kmol ）＝190.26（kg ） N2：416.67×78.856%＝328.57（kmol ）＝9199.96（kg ） O2：416.67×0.2%＝0.83（kmol ）＝26.56（kg ）
（5） 甲醛量：
CH 3OH ＋1/2O 2→HCHO ＋H 2O (1) CH 3OH ＋3/2O 2→CO 2＋2H 2O (2) CH 3OH ＋O 2→CO ＋2H 2O (3)
CH
3OH＋O
2
→HCOOH＋H
2
O (4)
CH
3OH＋H
2
→CH
4
＋H
2
O (5)
CH
3OH→HCHO＋H
2
(6)
根据氧的衡算，由（1）式和上列有关反应式得甲醛量为：
［89.61－(10.83×3/2＋0.83＋0.04＋0.83)］×2=143.33(kmol)
由反应式（2）、（5）（因为（5）式消耗了（2）式的H
2）根据尾气中H
2
和CH
4
量
得脱氢反应生成的甲醛量为：62.50+1.67=64.17(kmol/h)
甲醛总产量为：143.33+64.17=207.50(kmol/h)=6225.00(kg/h)
而尾气带走的甲醛量为：0.83（kmol/h）
则实际甲醛产量为：207.50-0.83=206.67(kmol/h)=6200.10(kg/h)
折算成37.0%甲醛水溶液：6200.10/37.0%=16622.25(kg/h)
产量与设计要求基本一致。

(6)甲醇量：甲醇消耗量/kmol·h－1
据甲醛量计算：反应式（1）消耗甲醇 143.33(kmol/h)
根据尾气中H
2
计算：反应式（2）消耗甲醇 62.5(kmol/h)
根据尾气中CO
2
计算：反应式（3）消耗甲醇 10.83(kmol/h) 根据尾气中CO计算：反应式（4）消耗甲醇 0.83(kmol/h)
根据尾气中CH
4
计算：反应式（5）消耗甲醇 1.67(kmol/h) 根据产品中HCOOH计算：反应式（6）消耗甲醇 0.04 (kmol/h) 尾气带走甲醇 0.03 (kmol/h)
产品带走甲醇 6.24(kmol/h)
甲醇总消耗量为：143.33+62.50+10.38+0.83+1.67+0.04+0.03+6.24
=225.47（kmol/h）=7215.04(kg/h)
技术单耗：7215.04/16670=4.33(t/t)
实物单耗：7215.04/16670/98%=4.42(t/t)
（7）水量
尾气带出的水：10.57(kmol)=190.26(kg/h)
产品带出的水：569.47(kmol)=10250.38(kg/h)
空气中带入的水：8.53(kmol)=153.62(kg/h)
原料中甲醇带入的水：7215.04×2%/98%=147.25(kg/h)=8.18(kmol/h)
反应生成的水：143.33+2×(10.83+0.83)+0.04+1.67=168.36(kmol/h)
按配料浓度58%计，应加入的配料水蒸汽是：
7215.04/58%-(7215.04+153.54+147.25)=4923.89(kg/h)=273.55(kmol/h)
吸收塔水量：10.57+569.47－(8.53+8.18+168.36+273.55)=218.556(kg/h)
=121.42(kmol/h)
（8）转化率、选择性及收率
甲醇总转化率=甲醇总耗量/（甲醇总耗量+产品中甲醇量+尾气中甲醇量）×100% =7215.04/（7215.04＋0.96＋200.04）×100%
= 97.39%
甲醛选择性=（生成甲醛总量/甲醇总耗量）×100%
=（207.50/225.47）×100%
= 92.03%
甲醛收率=甲醇总转化率×甲醛选择性=97.39%×92.03%=89.63%
（9）吸收系统的计算
一塔吸收甲醛量为：207.50×89.63% = 186.00（kmol/h）=5580.00（kg/h）
二塔吸收甲醛量为：207.50－186.0－0.83 = 20.67（kmol/h）=620.1（kg/h）设二塔循环液中甲醛浓度为15%，并设未转化甲醇除尾气外，均在二塔被吸收，则二塔循环液入一塔量为：620.1/15% = 4134.00（kg/h）；
其中，甲醇量：6.24（kmol）=200.04（kg/h）
水量：4134.00－200.04－620.1 = 3313.86（kg）=184.10（kmol）
3.各主要单元设备的物料衡算（按小时计）
（1）蒸发器物料衡算
工业甲醇浓度为98%，则工业甲醇量为：7215.04/98%=7362.29（kg）=230.07（kmol）
H 2O 量为：7362.29×2%=147.25（kg ）=8.18（kmol ）
出料H 2O 量为工业甲醇中水与湿空气中水相加：147.25+153.54=300.79（kg ） = 16.71（kmol ）
蒸发器物料衡算表格
（2）过热器物料衡算
出料中H 2O 量为配料蒸汽与原料气水量相加：300.79+4923.89=5224.68（kg ） =290.26(kmol)
（3）氧化器物料衡算 出料量计算：
甲醛量=产品中甲醛量+尾气中甲醛量=0.83+207.06=207.89（kmol）=6236.7(kg) 甲醇量=产品中甲醇量+尾气中甲醇量=6.24+0.03=6.27（kmol）=20.064(kg)
甲酸量=产品中甲酸量（已在物料衡算中求得）
水量=进料中水量+反应生成的水量 = 168.36+8.18+153.62 = 330.16（kmol）
氧化器物料衡算表格
（4）吸收一塔物料衡算
进料的转化气量已求得，来自二塔液相的各组分量已在物料衡算中求得，出料中的成品量已在物料衡算中求出。

塔顶气相各组分量=对应进料组分量－对应成品组分量（具体数据见下表）
（5）吸收二塔物料衡算
进料的进塔气相量在上表中已求得，塔顶加水量已在物料衡算的水量中求得，出料的尾气在物料衡算中已求出。