化学工程与工艺毕业设计（论文）年产5万吨草酸初步设计

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1、分类号_ 密级_ UDC _ 学号_毕业设计（论文）论文题目年产5万吨草酸初步设计thesis TopicAnnual 5,000 tons of oxalic acid preliminary design学生姓名学 号所 在 院 系现代科技学院专 业 班 级化学工程与工艺0701导师姓名职称完成日期2011年6月10日2011年6月10日 编号： _ 毕业设计（论文）答辩许可证现代科技学院化工系化学工程与工艺专业 0701学生李文飞所编写的毕业设计(论文) 页，字数 ，符合毕业设计(论文)大纲的要求。经审查：该生已学完教学计划规定的全部课程，成绩合格，毕业设计电子文档最后一稿已交，准予参加

2、毕业设计（论文）答辩。相 关 材 料材 料 名 称数量毕业设计（论文）1册答辩汇报稿1份毕业设计（论文）电子版（最后一稿磁盘文件） 1套流程图1份主体设备图1份指 导 教 师： （签名）院长(系主任)： （签名） 2010 年 6 月 10日毕业设计（论文）任务书年产5万吨草酸初步设计一、设计任务：年产5万吨草酸初步工艺设计年工作日300天,其余数据查相关文献二、设计说明书内容：1、说明书 包括前言综述，工艺原理，工艺条件及工艺流程确定，以及主要设备的选择说明，对本设计的评述。 2、计算部分 包括物料衡算，热量衡算，有效能利用率计算，主要设备计算。 3、图纸 带控制点的工艺流程图。三、参考资料

3、及说明：1.所学专业、技术基础课及专业课程书籍；2.国内外杂志。校园网学术期刊数据库（中文及外文）；3.工具书及手册（化工工艺设计手册，化学工程手册）。四、提交的内容：1. 设计说明书一份2. 工艺流程简图3. 主要设备图4. 要求翻译一篇与本设计题目相关的外文资料（中英文对照）。5. 本设计的开题报告五、翻译与本课题紧密相关的英文文献一篇+中文翻译。专业班级:化学工程与工艺0701学生姓名：李文飞要求设计（论文）工作起止日期：2010.03.162010.06.6指导教师签字：日 期：教研室主任审查签字：日 期：系主任批准签字：日 期：- 37 - 年产5万吨草酸初步设计摘 要草酸不仅是基本

4、无机化工的重要产品之一，同时也是无机化工的基本原料之一。钙化法制草酸是工业上生产草酸的传统工艺，该方法操作简单，工艺基本成熟。本设计采用钙化法制草酸初步设计了一个年生产50000吨的草酸生产车间。对草酸的生产工艺及技术进展做了详细的介绍，从工艺原理、工艺流程、工艺过程、反应机理、副反应及设备、岗位定员、成本估算、技术特点、产品质量标准等许多方面进行了深入探讨，设计过程中，主要对物料、热量、典型设备等内容进行了工艺计算。首先对草酸的生产方法、物理化学性质、用途以及工艺流程做了总体的概述；其次系统的对主体设备进行了物料和热量衡算；然后根据以上的物料和热量横算对主体设备进行了选择和计算；最后对工艺流

5、程图做了具体的叙述以及绘制工艺流程图和主体设备图。本设计通过参考大量专利文献对草酸的工艺技术进展做了系统介绍，可以供国内草酸技术开发参考。关键词：草酸，钙化法，工艺流程，物料横算，热量横算，主体设备Annual 5,000 tons of oxalic acid preliminary designabstractOxalic acid is not only the important basic inorganic chemical products, but also one of the basic raw material of inorganic chemical. Calcifi

6、cation legal oxalic acid is industry production of traditional craft, the oxaliplatin operation is simple, craft basic method of maturity. This design USES the calcification legal oxalic acid preliminary design an annual production 50,000 tons of oxalic acid production workshop. The production proce

7、ss of oxalic acid and technological advances made detailed introduction, from its principle, process flow, reaction process, mechanism, side effects and equipment, post over-staff, cost estimation, technical features, product quality standards and many other aspects discussed deeply, design process,

8、 mainly to material, heat, typical equipment content process calculation. First the production methods of oxalic acid and physical and chemical properties, applications and the process did overall outline; Secondly system made of main equipment, material and heat calculation; Then according to above

9、 material and heat of the main equipment is the selection and calculation; Finally the process flowcharts made specific narrative and rendering process flow diagram and main equipment figure. The design of the patent document by reference of oxalic acid technology developments system for domestic ox

10、alic acid, can introduce technology development reference.Keywords: oxalic acid，Calcification law，Process， Material horizontal calculate， Heat horizontal calculate，Main equipment目 录摘要abstract年生产5万吨草酸初步设计11 引言21.1我国草酸行业现况21.2草酸的物理化学性质及技术指标21.3草酸的主要用途31.4草酸工艺较为成熟的方法及其优缺点41.5草酸的危害和使用时注意事项51.6生产过程中的主要反应

11、51.7钙化法制草酸工艺流程图及简述62 总物料衡算72.1原材料、动力消耗定额72.2车间组成及生产制度82.2.1车间的组成及涉及范围82.2.2生产制度82.3各物料的物料衡算82.4副产物生产量的计算113 主体设备的物料与热量衡算113.1 煤气发生炉物料衡算与热量衡算11 3.2 废热炉的热量衡算133.3 水洗塔进一步冷却除尘的衡算143.4 原料气体预热器的衡算153.5 碱液预热器的衡算153.6 HCOONa合成器物料衡算与热量衡算163.7 洗气箱的热量衡算173.8 HCOONa蒸发器的物料衡算与热量衡算183.9 脱氢反应器物料衡算如热量衡算193.10 钙化反应器物

12、料衡算213.11 酸化反应器物料衡算与热量衡算213.12 结晶过程计算223.13 吸附罐的热量衡算223.14 回转干燥器的热量衡算234 主要设备的选择及计算244.1 甲酸钠蒸发器（采用单效蒸发器）244.1.1 设计依据244.1.2 热量衡算求蒸发器的热负荷244.1.3 蒸发器传热面积244.1.4 蒸发器的主要工艺尺寸254.2 氢氧化钠溶液蒸发器（采用单效蒸发器254.2.1 计算依据254.2.2 热量衡算求蒸发器的热负荷254.2.3 蒸发器的传热面积264.3 废热锅炉264.3.1 计算依据264.3.2 计算换热面积，确定换热管及管长274.4 合成造气工序274

13、.4.1 煤气发生炉274.4.2 煤气压缩机284.5 脱氢工序284.5.1 脱氢锅284.5.2 离心机284.5.3 转鼓真空过滤机284.6 双化及成品工序294.6.1 双化反应器294.6.2 吸附罐294.6.3 结晶罐294.6.4 滚筒干燥器295.工艺设备一览表296 工艺流程叙述316.1 造气工段工艺流程叙述316.2合成工段的工艺流程叙述316.3 双化工段工艺流程叙述316.4 成品工段工艺流程叙述326.5 原料工段工艺流程叙述326.6 设备结构图叙述32参考文献33附表34致谢36年生产5万吨草酸初步设计1引言1.1我国草酸行业现况近几年，草酸行业的竞争已经

14、有了明显的结果，这就是国产草酸进一步退缩，进口草酸节节阔步前行。 我国整个草酸行业的发展机遇好、速度快，但草酸行业表现的突出问题是：其发展与草酸制造业的发展不同步；进口草酸的市场份额超过国产草酸制造业，国产草酸利润小；国内的品牌草酸制造业依然大量使用进口草酸。造成目前的这种局面，有内外的因素。中国草酸当务之急应该是首先从企业内部找出这些因素，并得到明显改善，这样国产草酸才能逐步改变现状。 我国草酸技术水平与世界先进国家相比，还有一定差距，其技术含量低、品种和功能少、参数精度低、生产工艺落后、企业规模小、产品未形成系列化，普及应用程度地、(3%），在我国加入WTO，全国经济一体化的今天，面临国外

15、先进产品的长驱直入，我国草酸技术尚不具备与之抗衡，竞争市场的能力。因此，尽快提高我国草酸科技水平已刻不容缓。1.2草酸的物理化学性质及技术指标【化学名】乙二酸(Oxalic acid dehydrate) 【分子式】【结构式】HOOCCOOH【分子量】126.06 【CASNO】 6153-56-61.2.1 草酸的物理性质性状：无色透明结晶或粉末。其晶体结构有两种形态，即型（菱形）和型（单斜晶形）。无嗅，味酸。熔点：型：189.5，型：182沸点：分子立体模型沸点150(升华)。相对密度：1.653（二水物），1.9（无水物）。型：1.900，型：1.895折射率：1.540稳定性：189.

16、5分解溶解情况：易溶于乙醇，溶于水，微溶于乙醚，不溶于苯和氯仿其他性质：草酸在100开始升华，125时迅速升华，157时大量升华，并开始分解。1.2.2 草酸的化学性质可与碱反应，可以发生酯化、酰卤化、酰胺化反应。也可以发生还原反应，受热发生脱羧反应，无水草酸有吸湿性。草酸能与许多金属形成溶于水的络合物。（1）酸性草酸的酸性比醋酸（乙酸）强10000 倍，是有机酸中的强酸。其一级电离常数Ka1=5.910-2 ，二级电离常数Ka2=6.410-5。具有酸的通性。能于碱发生中和，能使指示剂变色，能与碳酸根作用放出二氧化碳。（2）还原性草酸根具有很强的还原性，与氧化剂作用易被氧化成二氧化碳和水1。

17、可以使高锰酸钾（KMnO4）溶液褪色，并被还原成2价锰。这一反应在定量分析中被用作测定高锰酸钾浓度的方法。草酸还可以洗去溅在布条上的墨水迹。（3）不稳定性草酸在189.5或遇浓硫酸会分解生成二氧化碳、一氧化碳和水。HOOCCOOH=CO2+CO+H2O实验室可以利用此反应来制取一氧化碳气体。（4）毒性草酸有毒。对皮肤、粘膜有刺激及腐蚀作用，极易经表皮、粘膜吸收引起中毒。空气中最高容许浓度为1mg/m3。1.3 草酸的主要用途草酸在医药、冶金、化学工程等部门有广泛应用，目前草酸的主要用于纺织，皮革工业，冶金工业及药物合成等，约占世界草酸消耗量的85%90%。在美国日本和法国草酸主要用于金属的清洗

18、，鞣革，医药及抽提稀有金属。其在各行业的主要用途见下表：行业用途化学工业酯草酸酰，草酸酯，草酸盐，对苯二酚，漆片，点玉粉医药部门金霉素，土霉素，四环素，链霉素，麻黄素纺织工业纤维的清洗，漂白剂，染料媒染剂，增稠剂，固定剂皮革工业鞣革剂，脱色剂，熟皮剂，漂白剂冶金工业金属表面处理剂，稀土金属沉淀剂机械工业净化机，除垢剂等油脂工业松油醇，甘油剂硬脂酸的精制剂等 表1-1草酸的用途1.4 草酸工艺较为成熟的方法及其优缺点草酸遍布于自然界，常以草酸盐形式存在于植物如伏牛花、羊蹄草、酢浆草和酸模草的细胞膜，几乎所有的植物都含有草酸钙。草酸是植物特别是草本植物常具有的成分，多以钾盐或钙盐的形式存在。秋海棠

19、、芭蕉中以游离酸的形式存在。1.4.1 甲酸钠法一氧化碳净化后在加压情况下与氢氧化钠反应，生成甲酸钠，然后经高温脱氢生成草酸钠，草酸钠再经铅化（或钙化）、酸化、结晶和脱水干燥等工序，得到成品草酸。一氧化碳与氢氧化钠合成压力一般为1.8-2.0MPa。脱氢温度为400。铅化法的优点：工艺成熟，产品质量稳定，生产周期短；缺点：铅污染，且反应得到的硫酸钠能返回流程。钙化法的优点：消除铅盐及硫酸钠对地下水的污染所得副产品产物可以作为建筑材料，无污染；缺点：原料消耗高，而且固体处理难以连续化。1.4.2一氧化碳氧化偶联法羰基合成法一氧化碳经提纯到90%以上，在钯催化剂存在下与丁醇发生羰基化应，生成草酸二

20、丁酯然后通过水解得到草酸，此法分为液相法和气相法两种，气相法反应条件较低，反应压力为300-400kPa。而液相法反应压力为13.0-15.0MPa。液相法的优点：活性高，选择性好，易回收，产品纯度高，生产污染少；缺点：对一氧化碳纯度要求高，消耗的催化剂价格昂贵，投资高。气相法优点：与液相法相比，该方法选择性高，工艺简单，产品纯度高成本低。1.4.3碳水化合物氧化法氧化法以淀粉或葡萄糖母液为原料，在矾触媒存在下，与硝酸-硫酸进行氧化反应得草酸。废气中的氧化氮送吸收塔回收生成稀硝酸。优点：原料易得，工艺简单，操作条件温和和投资少。缺点：收率低，粮食消耗量大，生产成本高，并且尾气中含有大量氮氧化合

21、物，毒性大。1.5 草酸的危害和使用时注意事项草酸在人体内不容易被氧化分解掉，经代谢作用后形成的产物，属于酸性物质，可导致人体内酸碱度失去平衡，吃得过多还会中毒。而且草酸在人体内如果遇上钙和锌便生成草酸钙和草酸锌，不易吸收而排出体外，影响钙与锌的吸收。儿童生长发育需要大量的钙和锌。如果体内缺乏钙和锌，不仅可导致骨骼、牙齿发育不良，而且还会影响智力发育。草酸可以除锈，但有一定毒性，使用时，不要吃或喝就行了， 皮肤接触草酸后， 应及时用水清洗。1.6 生产过程中的主要反应甲酸钠合成：甲酸钠脱氢：甲酸钠钙化：草酸钙酸化：1.7钙化法制草酸工艺流程图及简述 图1-1钙化法制草酸工艺流程图 （1）鼓风机

22、加压的空气由下部鼓入煤气发生炉，焦炭有煤气发生炉顶部加入，空气与燃烧状态的焦炭相互反应生成含有30%一氧化碳的空气煤气，煤气由顶出口排出，经洗气后进入第一水洗塔，水洗后的煤气进入真空泵加压，加压后的煤气进入第二水洗塔进一步除去细小微量灰尘，通过企业分离器进入压缩机煤气经压缩机压缩到1.8-2.0兆帕经油分离器分去掉其中油污，进入高压水洗塔出去二氧化碳和微量的硫化氢，然后在预热器中和稀碱液混合升温到150-170摄氏度再进入合成管合成甲酸钠混合气，经减压的甲酸钠混合气在尾气分离器中分离掉未反应的气体和水蒸气同时把合成的稀甲酸钠液体送到甲酸钠储罐，待用。 （2）由甲酸钠储罐打入蒸发室经管间水蒸气加

23、热，在真空蒸发浓缩到1000Be后放入浓甲酸储罐，再由泵打入离心机，分离的到固体甲酸钠，母液返回蒸发室，将固体甲酸钠投入脱氢反应器有过热蒸汽升温到410-430摄氏度脱氢生成草酸钠，迅速加入新鲜冷却溶解，通过真空吸料罐放入草酸钠槽，然后经过滤机得到的滤饼放入悬浮液配料槽中加水配成草酸钠含量160-180g/L的悬浮液，待用。 （3）由脱氢来的草酸钠悬浮液由离心泵打入钙化灌，与氢氧化钠在搅拌下反应，反应后用带式过滤机过滤，滤液打到稀碱液槽，一部分送到御配碱池与外购的浓碱液加入新鲜水配制成185g/L的溶液送达合成车间，另一部分送三效蒸发器浓缩后送合成车间，草酸钙悬浮液送入酸化罐，然后将配酸罐中浓

24、度为35%的硫酸用泵打入酸化罐与草酸钙悬浊液混合反应，然后将反应后的液体送去带式过滤机过滤，滤液进入吸收罐，用蒸汽加热至85摄氏度送入带有搅拌的结晶罐晶体。滤液经5次洗涤，前两次结晶后的母液、洗水送到石墨蒸发器浓缩，其余三次用新鲜水洗涤，洗水和浓缩后的母液一起送去配酸罐稀释92.2%的浓硫酸使其达到反应所需浓度。待用。 （4）吸附罐出来的草酸溶液结晶浓缩后进入离心机，离心后的固体草酸加入新鲜水溶解，经过过滤除杂后重新结晶，离心分离后的草酸固体用真空吸入滚筒干燥器与经过加热的热空气逆流干燥，在滚筒的尾部计量包装即成成品草酸。2.总物料横算2.1原材料、动力消耗定额（以每吨草酸计算）序号名称规格及

25、标准单位消耗定额一原材料1焦炭80%t2烧碱42.0%t3硫酸92.5%t二辅助材料1氧化钙含量90%t三燃料动力1电380VkWh2新鲜水18t3蒸汽1.3MPat表2-1原材料、动力消耗定额生产能力的计算：草酸每小时生产能力：（500001000）（30024）= 6944.44kg/h 相对分子量126.06kg/h 则摩尔流量为6944.44/126.06=55.09kmol/h2.2 车间组成及生产制度 2.2.1 工段组成及设计范围的要求： （1）造气合成车间（造气工段、合成工段）、（2）脱氢车间（脱氢工段）、（3）钙化、酸化车间（钙化工段、酸化工段）、4结晶、干燥车间（结晶工段、

26、干燥工段）本项目为年产（5）吨草酸产品的项目，本设计说明书对厂区围墙内的年产5吨的草酸产品装置，辅助生产装置，供排水系统，供热系统等进行了比较详细的说明。 2.2.2 生产制度: 年工作日（300天/年），班组制（5班3运转）、8小时/班。2.3 各物料的物料衡算各步反应的收率物质甲酸钠草酸钠草酸钙草酸收率0.950.830.950.90 表2-2 各物料的收率各部分反应所需的物料流量(1)CaC2O4+H2SO4CaSO4+H2C2O455.09/0.92=59.88kmol/h每小时消耗的H2SO4 59.90*98=5868.28kg/h原料中H2SO4的含量为92.5%每小时消耗的硫酸

27、原料量为5868.28/0.925=6344.09kg/h(2)NaC2O4+Ca(OH)2CaC2O4+2NaOH每小时消耗的Ca(OH)2的量为59.88/0.98=61.1kmol/h每小时消耗的NaC2O4的量为61.1 kmol/h (3)2HCOONa=NaC2O4+H2每小时消耗HCOONa 的量为2*61.1/0.83=147.23kmol/h(4)CO+Na=HCOONa每小时消耗CO的量和NaOH得量都是147.23/0.95=154.98kmol/h(5)2C+O2=2CO每小时消耗C的量为154.98kmol/h每小时消耗O2的量为77.49kmol/h(6)副反应的C

28、的消耗从汽化炉出来的各种气体的含量如下表物质COCO2O2N2含量0.300.0250.1420.533 表2-3 汽化炉出来的各种气体的含量煤气中CO2的含量为154.98*0.025/0.3=12.915kmol/h因为C+O2=CO2，所以生成需要消耗C的量和O2的量都是12.915kmol/h（7）综合（5）（6）C的消耗量（154.98+12.915）*12=2014.74kg/h因为焦炭中含碳85%，所以实际消耗C的量为：2014.74 /0.85=2370.28kg/h（8） 综合（5）（6） O2的消耗量为77.49+12.915=90.405kmol/h此外为其中含O2的量为

29、: 154.98*0.142/0.3=73.36kmol/h入炉空气中O2的含量为: 90.405+73.36=163.76kmol/h163.76*1000*22.4/1000=3668.22Nm3/h空气O2：N2=0.21:0.79空气中N2的含量为:163.76*0.79/0.21=616.06kmol/h616.06kmol/h*22.4*1000/1000=13799.74Nm3/h空气总量为167.76+616.06=779.82kmol/h779.82*22.4*1000/1000=17467Nm3/h(9) CaO+H2O=Ca(OH)2 有（2）中的投料比NaC2O4:Ca

30、(OH)2=1:1.15故Ca(OH)2的量为61.1*1.15=70.265kmol/h因为生石灰中CaO的含量为90%，所以消耗石灰的量为: 70.265*56/0.9=4372.04kg（10） NaOH消耗量为: 154.98*40=6199.2kg/h因为采购 NaOH为42%，所以NaOH的消耗量为: 6199.2/0.42=14670 kg/h又因为副产物消耗 CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O 消耗NaOH : 12.915 *2=25.83kmol/h所以消耗总量为: 154.98+25.83=180.81kmol/h*40=7232.4kg/h 表2-4 物料消耗统计

31、汇总表（每小时）序号名称规格单位消耗1焦炭含碳85%t2.3702硫酸92.5%t6.3443生石灰90%t43724空气Nm317.4675烧碱42%t7.2322.4 副产物生产量的计算（1）2HCOONa=NaC2O4+H2每小时H2生产量为61.1*1000/1000*22.4=1368.64Nm3/h(2) NaC2O4+Ca(OH)2= CaC2O4+2NaOH每小时NaOH的生成量为47.91*2=119.76kmol/h119.76*40=4790.4kg/h(3) CaC2O4+H2SO4=CaSO4+ H2C2O4 每小时CaSO4的生成量55.09*136=7492.24

32、kg/h3 主体设备的物料与热量衡算3.1 煤气发生炉物料与热量衡算3.1.1物料衡算（1）计算依据【A】H2C2O4.H2O产量为6944.44kg/h即55.09kmol/h【B】进煤气发生炉物质为煤气和空气其中空气组成问为O2:N2=0.21:0.79【C】产物空气组成如下表物质COCO2O2N2含量0.300.0250.1420.533 表3-1 产物空气组成（2）物料衡算a 炉出口气组分流量 CO 154.98kmol/h O2 77.49kmol/h CO2 12.915kmol/hN2 616.06kmol/hb 进口的分流量焦炭 2370.28kg/hO2 3668.22Nm3

33、/hN2 13799.74Nm3/h表3-2 物料衡算 物质反应器入口反应器出口CO-154.98kmol/hO23668.22Nm3/h77.49kmol/hCO2-12.915kmol/hN213799.74Nm3/h616.06kmol/h焦炭2370.28 kg/h-3.1.2热量衡算（1）计算依据a 进炉空气焦炭均为25b 出口混合气温度为800c 出口气体组成如下表（kmol/h）物质COCO2O2N2含量1549812.91577.49616.06 表3-3 出口气体组成 d 平均热熔（1073K，KJ/Kmolk）物质COCO2O2N2含量31.3648.2532.1630.8

34、5 表3-4 各物质平均热熔（2）热量衡算 C+O2=CO 查表得fHm(CO)=110.525KJ/mol H1=154.98*(-110.525)=-17.13*106KJ/hC+O2=CO2 查表得fHm(CO2)=-393.509kJ/mol H2=12.915*(-393.509)=-5.09*106KJ/h以下为个气体从25-800是的焓变 CO H3=154.98*31.16*775=3.74*106 KJ/hCO2 H4=12.915*48.25*775=048*106 KJ/hO2 H5=77.49*32.16*775=1.93*106 KJ/hN2 H6=61.06*30.

35、85*775=14.73*106 KJ/h总焓变H=-20.9*106 KJ/h冷却介质用100锅炉给水 出口为190的饱和蒸汽，100水的焓值为419.04KJ/kg，需水产气量为：20.9*106/（2786.4-419.04）=8824.4kg/h 3.2 废热锅炉的能量衡算 （1）计算依据 a 入口气与出口气组成相同，结尾煤气发生炉的出口气组成 b 入口气温度为800 c 出口气温度为300 d 锅炉侧产生200的饱和蒸汽，进水100 （2）热量衡算 物质COCO2O2N2含量154.98kmol/h12.915kmol/h77.49kmol/h616.06kmol/h查表得各组分平均

36、热熔Cp(KJ/mol)TCOCO2O2N2298K29.1837.1729.3929.13400K29.3239.2329.7529.23500K29.4540.0730.1829.35600K29.6742.7230.6529.531000K30.9347.5632.3730.641100K31.2448.5032.7030.93现行内插举例： 298K-1073K间CO平均热熔 Cp=30.93+(31.24-30.93)/(1100-1000)*(1073-1000)=31.16KJ/k内插法结果如下表所示TCOCO2O2N2323K29.2137.6729.4829.18573K29

37、.6142.0030.5229.481073K31.1648.2532.6130.85O2 800-300H1=Q1=58.68*32.16*(1073-298)-58.68*30.52*(573-298)=9.7*105KJ/hN2 800-300H2=Q2=466.37*30.85*(1073-298)-466.37*29.48*(573-298)=7.37*106 KJ/hCO 800-300H3=Q3=123.98*31.16*(1073-298)-123.98*29.61*(573-298)=1.98*106 KJ/hCO2 800-300H4=Q4=10.33*48.25*(107

38、3-298)-10.33*42.00*（573-298）=2.67*105KJ/h 所以煤气总焓变H=1.059*107KJ/h蓄水量为1.059*107/（2786.4-419.04）=4470kg3.3 水洗塔进一步冷却除尘的衡算气体50-25 新鲜水18-25TCOCO2O2N2298K29.1837.1723.3929.13323K29.2137.6729.4829.18CO H1=123.98*29.21*(323-298)=9.05*104KJ/hCO2 H2=10.33*37.67*(323-298)=9.7*103 KJ/hO2 H3=58.68*29.48*(323-298)

39、=4.3*104KJ/hN2 H4=466.37*29.18*(323-298)=3.4*105 KJ/h总焓值H=4.87*105 KJ/h18水的焓值为75.57KJ/kg25水的焓值为104.89KJ/kg需水量为4.87*105/（104.89-75.57）=16633.7 kg/h 3.4 原料气体预热器的衡算由高压水洗塔出来的气体温度为25，经预热器预热至160，高压水洗塔出去CO2物质COCO2N2含量123.98kmol/h10.33kmol/h466.37kmol/h物质COCO2N2平均热容Cp29.36KJ/kmolk29.89 KJ/kmolk29.27 KJ/kmol

40、kCO H1=123.98*29.36*(433-298)=4.9*105 KJ/hO2 H2=58.68*29.89*(433-298)=2.4*105 KJ/hN2 H3=466.37*29.27*(433-298)=1.8*106KJ/h总焓值H=2.57*106KJ/h需190的蒸汽量为2.57*106/1978.3=1299kg/h3.5碱液预热器的衡算有物料衡算得 碱液4339.8kg/hCp近似取值为4.2 KJ/kgk用190的蒸汽预热需蒸汽量为4339.8*4.2*（160-25）/1978.8=1243.5kg/h 3.6 HCOONa合成器物料衡算与热量衡算 3.6.1

41、物料衡算（1）计算依据a HCOONa的产量为117.8kmol/hb CO+NaOH=HCOONa 收率为95%c 原料气组成CO:O2:CO2:N2=300:142:25:533d 碱液中含NaOH为42%（质量），即0.246（摩尔）3.6.2 物料衡算a 合成反应器进口原料气给组成流量 物质COCO2O2N2NaOH含量123.98kmol/h10.33kmol/h58.68kmol/h466.37kmol/h144.64 kmol/hb 合成反应出口物料物质HCOONaNa2CO3O2N2H2O含量117.8kmol/h10.33kmol/h58.68kmol/h466.37kmol

42、/h378.28kmol/h 各物质热容如下表：物质COCO2O2NaOHN2H2OCp29.142KJ/kmolk37.11KJ/kmolk29.355 KJ/kmolk59.54KJ/kmolk29.125KJ/kmolk75.29KJ/kmolkCO+NaOH=HCOONa fHm(CO)=-110.525KJ/molfHm(NaOH)=-525.60KJ/molfHm(HCOONa)=-665.57KJ/molfHm=fHm(HCOONa)- fHm(NaOH)=-129.536 KJ/mol故反应热为117.8*103*（-129.536）=-15.7*106KJ用100循环水升温到

43、汽化热为2257KJ/kg需水量为15.7*106/2257=6956kg3.7洗气箱的热量衡算（1）计算依据a入口气组成与出口气组成基本相同b 入口气温度为300出口气温度为50c 进洗气箱循环温度为25d 出气箱循环水温度是40（2）热力学参数物质COCO2O2N2Cp29.18KJ/kmolk37.17KJ/kmolk29.39 KJ/kmolk29.13KJ/kmolk取基准温度为298K 查表298K-400K间各组分平均热容如下表物质COO2CO2N2平均热容Cp29.32KJ/kmolk29.75 KJ/kmolk39.23 KJ/kmolk29.23 KJ/kmolk查表298

44、K-600K间各组分平均热容如下表物质COO2CO2N2平均热容Cp29.67KJ/kmolk30.65 KJ/kmolk42.72 KJ/kmolk29.53 KJ/kmolk利用线性内插法求得298K-323K间各组分平均热容如下表物质COO2CO2N2平均热容Cp36.67KJ/kmolk29.21 KJ/kmolk29.48KJ/kmolk29.18 KJ/kmolk298K-573K间各组分平均热容如下表物质COO2CO2N2平均热容Cp42.25KJ/kmolk29.62 KJ/kmolk30.53KJ/kmolk29.49KJ/kmolk故得CO H1=154.98*29.62*

45、（573-298）-154.98*29.21*（323-298）=1.15*106KJ/molO2 H2=77.49*30.53*(573-298)- 77.49*29.48*(323-298)= 5.9*105KJ/molN2 H3=616.06*29.49*(573-298)- 616.06*29.18*(323-298)=4.74*106KJ/molCO2 H4=12.915*42.25*(573-298)- 12.915*37.67*(323-298)=1.4*105KJ/mol总焓 H=6.62*106KJ/mol40水的焓值为167.57KJ/kg25水的焓值为104.89 KJ/

46、kg故需水量为6.62*106/（167.57-104.89）=1.06*105KJ/mol3.8 HCOONa蒸发器的物料衡算与热量衡算3.8.1 物料衡算 （1）计算依据a 每小时需浓缩出147.23kmol/hHCOONa即8010kg/hb 进料浓度为400g/l 出料浓度为900g/lc 加热蒸汽温度为200d 进料液温度为100（2）热参数100水的汽化潜热为2257KJ/kg200水的汽化潜热为1940.7 KJ/kg(3) 物料衡算a 入口物流 稀HCOONa溶液为147.23 *68/400=25.03m3/hb 出口物流 浓HCOONa溶液为147.23*68/900=11

47、.12m3/h H2O为（25.03-11.12）*1000=13910kg/h3.8.2 热量衡算a 稀HCOONa溶液蒸发水吸热 Q=13910*2257=3.14*107 KJ/hb 需加蒸汽量为3.14*107/1940.7=16177 kg/h3.9 脱氢反应器物料衡算如热量衡算3.9.1 物料计算（1）计算依据 2HCOONa=Na2C2O4+H2a 每小时脱氢生成61.64molNa2C2O4b 脱氢反应收率83%c 进料为HCOONa固体d 副产物为2HCOONa=Na2CO3+CO+H2 (2) 物料衡算 a 出口物料组成流量 草酸钠 假设碳酸钠的转化率为90%，已知收率为8

48、3% 生成碳酸钠的量（147.23*0.9-61.1*2）/2=10.307kmol/h 甲酸钠147.23*0.1=14.723kmol/h CO 10.307kmol/h H2 10.077+61.1=71.407kmol/hb 进口物料组分流量 HCOONa 61.1*2/0.83=147.23c 物料衡算表物质进口物料（kmol/h）出口物料（kmol/h）Na2C2O4-61.1H2-71.407Na2CO3-10.307HCOONa73.6 -CO-10.3073.9.2 热量衡算计算依据: 脱氢反应在380-420发生，在280-300有副反应 2HCOONa=Na2CO3+CO

49、+H2发生物质HCOONa(COONa)2H2Na2CO3CO平均Cp（KJ/kmolk）76.53133.929.126125.01529.342平均Hf(KJ.mol)-664.67-1305.340-1135.717-110.1292HCOONa=(COONa)2+ H2Hf=-1305.34+2*664.67=24KJ/molHof=-1135.717-110.129+2*664.67=83.494 KJ/mola 未反应的甲酸钠所吸收的热量G1 G1=14.723*76.53*(420-25)=445066KJ/hb 发生副反应的甲酸钠吸收的热量G2 甲酸钠的反应热Q2=10.307

50、*83.494*103=8.81*105 KJ/h 甲酸钠升温热Q1=10.307*2*（300-25）*76.53=4.3*105 KJ/h G2= Q2 +Q1=17.61*105 KJ/hc 甲酸钠生成草酸所需的热量G3 甲酸钠升温热Q1=61.1*2*76.53*（400-25）=3.1*106 KJ/h 甲酸钠的反应热Q2=61.1*6*103=3.7*105 KJ/h G3=Q1+Q2=3.47*106 KJ/hd 总热量 G= G1+G2+G3=5.68*106 KJ/h 3.10 钙化反应器物料衡算 (1) 计算依据a 每小时生成CaC2O4 59.88kmolb 钙化反应收率

51、 0.98c 进口草酸钠（悬浮液）浓度为400g/l,Ca(OH)2浓度为900g/ld 投料比 NaC2O4：Ca(OH)2=1：1.15e 产物碱液浓度为80g/l (2) 物料衡算a 出口物料 CaC2O4 59.88kmol/h 碱液 59.88kmol/h Ca(OH)2 59.88*1.15*0.02/0.98=1.41kmol/hb 进口物料 Ca(OH)2液59.88*1.15/0.98=70.27kmol/h 70.27*74/900=5.78m3/h3.11 酸化反应器物料衡算与热量衡算（1）计算依据a 出口H2C2O4密度为320g/lb 每小时需处理CaSO4浓度为59

52、.88kmolc H2SO4进口浓度为92.5% 出口为400g/ld 进料CaSO4浓度为400g/le 物料比H2SO4：CaSO4=1：1.1f CaC2O4+H2SO4=Ca+ H2C2O4 g 反应温度 85h 操作压力 0.1Mpa 进料 CaSO4 9.88kmol/h H2SO4 59.88*1.1*98/0.925=6978.45kg/h 出料 H2SO4溶液 59.88*1.1*98/0.4=16137.7kg/h H2C2O4溶液 55.39*90/320=15.58m3/h CaSO4 55.39kmol/h=7533.04h3.12 结晶过程计算草酸溶解度温度0102

53、03040608090溶解度3.546.089.5214.2321.5244.3284.5120 酸的溶解度随温度变化很大适用于冷却结晶，将此溶液冷却到20，草酸浓度350kg/m3,c产量6944.44kg/h罐夹套水温为20，结晶出的盐为H2C2O42H2O，近似认为10000Kg水中有350kg H2C2O4,假设有2%的水蒸发 R=126/90=1.4 C1=350/1000=0.35kg C2=9.52/100=0.0952kg C3=2/106=0.02kg 3.13吸附罐热量衡算（1）计算依据a 吸附罐内草酸溶液入口温度25，出口温度85b 用1.3MPa蒸汽加热c 草酸钠溶液浓

54、度350 kg/m3,产量6944.44kg/h (2)热量衡算草酸的平均热容Cp=101.156KJ/molk水平均热熔Cp=75.28 KJ/molk草酸升温所需要的热量Q1=55.001.156*（85-25）=3.34*105/h水吸收的热量Q2=6944.44/350*1000*75.28/18*（85-25）=5.0*105 KJ/h总热量Q= Q1+Q2=5.33*106 KJ/h 则所需1.3MPa蒸汽为G=Q/Hf=2075.6 kg/h3.14 回转干燥器的热量衡算（1）计算依据a 干燥水分为30%，H2C2O42H2O的量6944.44kg/hb 物料入口温度20，出口温

55、度45，含水5%c 气体入口温度165，出口温度80d 桶内物料存留率5%（2）热量衡算 干物料的平均热容Cp=1.124KJ/kg 入口热风 H1=0.03 KJ/kg 干空气a 所需风量，入口处热焓 H1=1.036*165*(2500+1.98*165)*0.03=256.1 KJ/kg 物料带入热量为： Q1=（6944.44*1.124+0.3*6028.9*4.168）*10=1.3*105 KJ/hb 设排风湿度为H2 出口处热风焓为 1.005*80+（2500+1.956*80）=2736.88 KJ/kgc 产品带出热量5555.56*（1.124+4.18*0.05）*45=3.33*10 KJ/h根据热量衡算，G0为必须的干空气量G0=53564kg/h4 设备的选择及计算4.1甲酸钠蒸发器（采用单效蒸发器） 4.1.1设计依据a 进口甲酸钠溶液