Материальный баланс. 
Получение формальдегида окисленным дегидрированием метилового спирта

• 1. Рассчитаем сумму масс метанола по всем 4 реакциям:
  • ? m(CH3OH) = m1(CH3OH) + m2(CH3OH) + m3(CH3OH) + m4(CH3OH)
  • ? m(CH3OH) = 65,7 кг + 41 кг + 13,7 кг + 3,2кг
  • ? m(CH3OH) = 123,6 кг
• 2. Рассчитаем сумму масс кислорода, (по реакциям 1,3) исходя из количества метанола, затраченного реакцию и стехиометрических коэффициентов:

n1 (O2) = 0,5 • 2051 моль = 1025,5 моль.

m (O2) = 1025,5 моль •(2•16г/моль)= 32 816 г.

n3 (O2) = 1,5 • 428,1 моль = 642,15 моль.

m (O2) = 642,15 моль • (2•16 г/моль) = 20 548,8 г.

• ? m(O2) = n1 (O2) + n3 (O2)
• ? m(O2) = 32 816 + 20 548,8 = 53 364,8 г => 53,4 кг
• 3. Рассчитаем сумму масс воды, (по реакциям 1,3,4) исходя из количества метанола, затраченного реакцию и стехиометрических коэффициентов:

n1(Н2O) = n1(CH3OH)

n1(Н2O) = 2051 моль.

m(Н2O) = 2051 моль • 18 г/моль = 36 918 г.

n3(Н2O) = 2•428,1 моль = 856,2 моль.

m(Н2O) = 856,2 моль • 18 г/моль = 15 411,6 г.

n4(Н2O) = n4(CH3OH)

n4(Н2O) = 99,8 моль.

m(Н2O) = 99,8 моль • 18 г/моль = 1796,4 г.

• ? m(Н2О) = n1 (Н2О) + n3 (Н2О) + n4 (Н2О)
• ? m(Н2О) = 36 918 + 15 411,6 + 1796,4 = 54 126 г => 54,1 кг
• 4. Рассчитаем сумму масс водорода, (по реакциям 2,4) исходя из количества метанола, затраченного реакцию и стехиометрических коэффициентов:
• 5.

n2(Н2) = n2(CH3OH)

n2(Н2) = 1282 моль.

m(Н2) = 1282 моль • 2 г/моль => 2564 г.

n4(Н2) = n4(CH3OH)

n4(Н2) = 99,8 моль.

m(Н2) = 99,8 моль • 2 г/моль = 199,6 г По реакции 4 водород расходуется.

m(Н2) = n2 (Н2) — n4 (Н2)

m(Н2) = 2564 — 199,6 = 2364,4 => 2,4 кг.

6. Рассчитаем массу углекислого газа, (по реакции 3) исходя из количества метанола, затраченного на реакцию и стехиометрических коэффициентов:

n3(CO2) =n3(CH3OH)

n3(CO2) = 428,1 моль.

m(CO2) = 428,1 моль • 44г/моль = 18 836,4 г.

m(CO2) = 18 836,4 г => 18,8 кг.

7. Рассчитаем массу метана, (по реакции 4) исходя из количества метанола, затраченного на реакцию и стехиометрических коэффициентов:

n4(CН4) =n4(CH3OH)

n4(CН4) = 99,8 моль.

m(CН4) = 99,8 моль • 16 г/моль = 1596,8 г => 1,6 кг.

8. Учтем непрореагировавший метанол, и запишем в «расход»:

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

9. Рассчитаем массу воды, пришедшей с метанолом:

m(H2O) = • 2 = • 2 = 2,65 кг.

Прибавим массу воды пришедшей с метанолов к воде в таблицу «расход»:

m(H2O) = 54,1 кг + 2,65 кг = 56,75 кг.

10. Рассчитаем избыток кислорода:

m(O2)(общ.) = m(O2) • 1,2 = 53,4 • 1,2 = 64 кг Разница между массами кислорода — это неизрасходованный кислород, вписываем в таблицу «расход»:

m(O2)(неизрасх.) = m(O2) (общ.) — m(O2) = 64,08 — 53,4 = 10,7 кг Таблица 2.2.1. Материальный баланс процесса получения формальдегида на серебряном катализаторе из метилового спирта.

11. Необходимо определить перерасчетный коэффициент на заданный базис:

Производительность цеха — 16 000 т/год формалина следующего состава:

Формальдегид — 40% масс Вода — 52% масс Метанол — 8% масс.

Поскольку состав получаемой смеси отличается от состава требуемого продукта, необходимо добавить в «приход» необходимое количество воды и метанола.

Рассчитаем соотношение СHOH: CH3OH в «расходе» и сравним с соотношением 40:8 :

• 100/6,5 = 15,38
• 40/8 = 5

Поскольку соотношение формальдегида и метанола в расходе должно соответствовать условию и составлять 40/8 = 5, составим уравнение, где х — количество метанола в «расходе», кг:

100/х = 5.

х = 20.

Поскольку в продуктах уже содержится некоторое количество метанола, рассчитаем количество метанола, которое необходимо добавить в «расход» и в «приход»:

20 — 6,5 = 13,5.

СН3ОН = 13,5 кг.

Добавим указанное количество метанола в «приход» и в «расход» (см. таблицу 2.2.2.).

Рассчитаем соотношение СHOH: Н2О в «расходе» и сравним с соотношением 40:52 :

• 100/56,75 = 1,76
• 40/52 = 0,77

Поскольку соотношение формальдегида и воды в «расходе» должно соответствовать условию и составлять 40/52 = 0,77, составим уравнение, где х — количество воды в расходе, кг:

100/х = 0,77.

х = 129,87.

Поскольку в продуктах уже содержится некоторое количество воды, рассчитаем количество воды, которое необходимо добавить в «расход» и в «приход»:

129,87 — 56,75 = 73,12.

Н2О = 73,12 кг.

Добавим указанное количество воды в «приход» и в «расход» (см. таблицу 2.2.2.).

Найдем пересчетный коэффициент. Для этого сначала рассчитаем количество формальдегида в формалине согласно заданному базису:

.

Теперь рассчитаем пересчетный коэффициент:

.

Таблица 2.2.2. Материальный баланс процесса получения формальдегида на серебряном катализаторе из метилового спирта. С учетом заданного соотношения.