Расчетная часть. 
Получение формальдегида окисленным дегидрированием метилового спирта

Исходные данные для расчета

• 1. СН3ОН + ½О2 > НСНО + Н2О
• 2. СН3ОН > НСНО + Н2
• 3. СН3ОН + 3/2 О2 > СО2 +2Н2О
• 4. СН3ОН + Н2 > СН4 + Н2О

Данные для расчета:

• 1) Соотношение расхода метанола на 1 и 2 реакции: 1,6: 1
• 2) Содержание продуктов реакции в отходящих газах,%:

Н2 = 18,6%;

СО2 = 4,5%;

СН4 = 1,05%.

• 3) Полезная степень превращения метанола: 0,82;
• 4) Общая степень превращения метанола: 0,95.
• 5) Производительность цеха — 16 000 т/год формалина следующего состава % масс:

Формальдегид — 40% масс.

Вода — 52%.

Метанол — 8%.

6) В контактный аппарат подается метанол следующего состава % масс:

Метанол — 98.

Вода — 2.

• 7) Избыток воздуха, подаваемого в контактный аппарат по сравнению к стехиометрической норме 1,2:1
• 8) Рассчитаем молярную массу метанола:

М (СН3ОН) = 12 + 3 + 16 +1 = 32 г/моль Рассчитаем молярную массу формальдегида:

М (НСНО) = 1+12+1+16= 30 г/моль.

Расчёт данных для составления материального баланса

1) Рассчитываем по уравнению 1 массу СН3ОН, расходуемую на получение 100 кг формальдегида:

Найдем количество в-ва для формальдегида:

n(CHOH) = = 3333 моль.

Найдем массу метанола. Из уравнений реакций 1 и 2 видно, что количество вещества образующегося формальдегида равно количеству вещества метанола, израсходованного в реакциях 1 и 2, то-есть:

n (CH3OH) (1,2) = n (CHOH)= 3333 моль тогда,.

m(CH3OH) (1,2) = n(CH3OH) • M(CH3OH) = 3333 моль • 32 г/моль = 106 656 г => 106,7 г.

2) Зная, что полезная степень превращения метанола составляет 0,82, рассчитаем массу метанола, подаваемого в реактор:

m(CH3OH)(под.) = = = 130,1 кг.

3) Рассчитаем массу метанола, реагирующего по всем направлениям и массу непрореагировавшего метанола. Зная, что общая степень превращения составляет 0,95:

m(CH3OH)(реаг.) = 130,1 • 0,95 = 123,6 кг Тогда масса непрореагировавшего метанола:

m(CH3OH)(непрореаг.) = m(CH3OH)(под.) — m(CH3OH)(реаг.) = 130,1 — 123,6 = 6,5 кг.

4) Рассчитаем массу метанола, реагирующего по реакциям 3 и 4 (суммарно):

m(CH3OH)(3,4) = m(CH3OH)(реаг.) — m(CH3OH)(1,2) = 123,6 — 106,7 = 16,9 кг.

5) Распределим прореагировавший метанол по каждой из реакций в отдельности.

Для этого количество вещества метанола, затраченного на каждую из 4 реакций 1,2,3,4 примем за переменные n1, n2, n3, n4.

Известно, что n(CH3OH)(1,2)=3333 моль, по условию соотношение расхода метанола на 1 и 2 реакции составляет 1,6:1 (данные таблицы 5.1) :

n1: n2=1,6:1.

n1=1,6n2;

n1+n2=3333 (смотри ур-ние 2);

• 1,6n2+n2=3333;
• 2,6n2 = 3333;

n2=3333/2,6=1282 моль.

n1=1,6•n2=2051 моль Объем каждого из газов, образовавшихся в результате протекания реакций 2, 3 и 4, пропорционален количеству вещества каждого из этих газов. В свою очередь, из уравнений реакций 2, 3 и 4 видно, что количество вещества метанола, затраченного на каждую реакцию, равно количеству вещества образовавшихся H2, CO2 и CH4 соответственно. Следовательно, количества вещества метанола, затраченные на каждую из реакций n2, n3 и n4, соотносятся между собой так же, как объемы H2, CO2 и CH4 в отходящих газах.

Найдем количество вещества метанола для реакции (3,4) (смотри ур-ние 7) :

n (3,4) = = 0,528 => 528 моль.

n3(CH3OH) = n(CO2)

n4(CH3OH) = n (CH4)

= =.

n3/n4 =4,5/1,05 = 4,29;

n3 = 4,29n4;

n3 + n4 = 528;

• 4,29n4 + n4 = 528;
• 5,29n4 = 528;

n4 = 99,8 моль.

n3 = 4,29n4; n3 = 428,1 моль Метанол прореагировавший по всем реакциям:

n1 =2051моль • 32г/моль = 6564 г.

n2 = 1282 моль • 32г/моль = 41 024 г.

n3 = 428,1 моль• 32г/моль = 13 700,48 г.

n4 =99,8 моль• 32г/моль = 3193,6 г.

m CH3OH (в 1 реакции) = 65,7 кг.

m CH3OH (в 2 реакции) = 41 кг.

m CH3OH (в 3 реакции) = 13,7 кг.

m CH3OH (в 4 реакции) = 3,2 кг.