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Material Balances Formalin Production

Nuestra compañía planea evaluar la economía de un proceso para la fabricación de formaldehído de metanol. Actualmente, compramos formaldehído para la fabricación de adhesivos y desean explorar o no estaríamos mejores fabricación para nuestro propio uso. La consultora de diseños nos ha recomendado un proceso que utiliza un catalizador de óxido de molibdeno. Las reacciones correspondientes son los siguientes.

CH3OH + ½ O2 → CH2O + H2O ..1

CH2O + ½ O2 → CO + H2O 2

CO + ½ O2 → CO2 …3

El grado de reacciones es determinado por las condiciones de procesamiento. Un diagrama de flujo de proceso simplificado se muestra en la figura 1.

Process DescriptionAire fresco (secuencia 1) de la alimentación se mezcla con una corriente de reciclar de forma corriente 2. Metanol fresco (secuencia 3) de la alimentación es vaporizado y mezclado con corriente 2. El reactor de alimentación (secuencia 4) se mantiene en una relación de metanol para oxígeno de 1/3. Esto mantiene la concentración de metanol por debajo de su límite explosivo inferior. El reactor de alimentación en corriente 4 es calentado a la temperatura del reactor y pasa a través de la cama del catalizador. El tiempo de alimentación de la residencia en el reactor se mantiene muy corto para limitar la conversión al principalmente formaldehído. Las condiciones del reactor se pueden variar para ajustar la conversión de una sola pasada. Los gases producto del reactor refrescados y envió a un amortiguador. Se bombea agua desionizada (corriente 7) en la parte superior del amortiguador. El agua disuelve esencialmente todo el formaldehído y algunos el metanol. La temperatura de amortiguador controla la cantidad de formaldehído y el metanol disuelto. El flujo de agua para el amortiguador se ajusta para que el producto contiene formaldehído de % wt 37 y algunos metanol. La impureza de metanol es normal y aceptable en el rango de 0.0 a 2.0% de peso. Corriente 8 contiene CH2O y CH3OH que no son absorbidos, así como O2, N2, CO, CO2 y H2O. La temperatura del absorbedor determina la fracción molar de vapor de agua en corriente de 8. Corriente 8 se divide en reciclaje (corriente 10) y purga (corriente 9). El destino de la secuencia de purga no se considerará en este problema. Sin embargo, será enviado a una cámara de combustión catalítica para que el proceso tendrá cero emisiones peligrosas.

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Reaction Selectivity

La consultora ha proporcionado datos sobre el rendimiento del catalizador típico como una función de conversión de metanol de una sola pasada. Estos datos se presentan en la tabla 1.

Tabla 1. Conversión de metanol y rendimiento del producto

CH3OH Conv. (%) 85.6 91.5 95.3 98.7% YieldCH2O 85.0 90.0 93.0 95.0CO 0.5 1.0 1.5 2.5CO2 0.1 0.5 0.8 1.2

Absorber Efficiency

La cantidad de CH2O y absorbido por el agua en el separador de CH3OH es determinada por la temperatura y presión de funcionamiento. Estas condiciones determinan también la fracción molar de agua en corriente de 8. Fracción de datos y mole de eficiencia amortiguador de vapor de agua en el gas apagado se proporciona en la tabla 2. El flujo de agua al absorbedor debe ajustarse para producir una solución acuosa de 37% de peso CH2O. Se trata de la concentración estándar para soluciones de formaldehído y lo que compramos actualmente para nuestros proceso de fabricación de adhesivos.

Tabla 2. Datos de rendimiento del amortiguador

Absorber Efficiencies % % % %CH2O 99.9 99.85 99.8 99.7CH3OH 80.0 60.0 40.0 20.0N2 0 0 0 0O2 0 0 0 0CO 0 0 0 0CO2 0 0 0 0

Mol % H2O in Stream 8 4.0 6.0 8.0 10.0

Changing Recycle-to-Purge Ratio

La proporción de reciclaje para purga afecta la cantidad de alimento que se pierde en la secuencia de purga. Para probar el efecto de cambios grandes en proporción de reciclaje y purgas, debe planear evaluar este proceso en las siguientes tres relaciones:

Recycle-to-purge ratio 4/1 9/1 20/1

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Operating Costs

En una nota posterior, se proporcionará información sobre costos de operación y el costo/valor de reactivos y productos.

Problem

Pidió a su grupo de diseño para calcular el modo más rentable para operar la unidad de producción de formaldehído propuesto. La unidad debe evaluarse sobre la base de producción de 50.000 toneladas de CH2O por año (1 tonelada = 1000 kg). Estás determinar que qué nivel de conversión, qué eficacia de amortiguador y qué proporción de reciclaje y purgas son más rentables. Puesto que hay 4 niveles de conversión, 3 y 4 eficiencias de amortiguador reciclar las proporciones, un total de 48 casos deben evaluarse. Con tantos casos a considerar, usted se beneficiará al trabajar con un grupo y utilizar el ordenador para los cálculos.Group Formation

Un grupo de diseño es formado por dos miembros. Le animamos a hacer grupos de ustedes mismos. Cuando se han formado un grupo, por favor gire en los nombres de los miembros del grupo al Dr. Kugler. Combinará grupos para hacer equipos de diseño de 3 o 4 personas. Se proporcionará una lista de equipos de diseño el 15 de noviembre.

Computations

Se espera que utilice una hoja de cálculo de balance de materiales y cálculos de costos. El primer paso debe resolver el balance de materiales por cálculos manuales. Utilizar una base de M4 = 100 kmol y el primer conjunto de condiciones para la relación de reactor, el amortiguador y el reciclaje. Después de completar el cálculo de la mano, configurar la hoja de cálculo para hacer el balance de materiales al especificar condiciones de reactor, el amortiguador y el reciclaje. Copiar los resultados en una tabla de flujo. Estos primeros pasos, incluyendo lápiz-escrito, cálculos manuales, deben ser incluidos como un anexo a su informe para demostrar que los cálculos se realizaron correctamente.

Después de producir una tabla de flujo en la hoja de cálculo usando unidades kmol, convertir kmoles para en una segunda tabla de flujo de masa, entonces para que el formaldehído cumple meta de producción de la escala. Debería calcularse ganancia o pérdida de datos de la tabla de flujo de escala.

Reports

Cada equipo deberá preparar un informe escrito recomendando el mejor funcionamiento de los procedimientos para el proceso de formaldehído. Este informe es debido a las 15:00, el miércoles 6 de diciembre. El informe debe seguir las pautas de diseño del informe del Departamento. Resultados deben ser en forma de gráficos y tablas, ya que esto sirve para condensar los resultados tanto hacerlos fáciles de leer. El apéndice debe incluir la hoja de cálculo y un cálculo de la mano del primer caso.

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Report Authors

Aunque trabajo en un informe del grupo no puede nunca dividirse igualmente, sólo los miembros haciendo importantes contribuciones al cálculo, hojas de cálculo o un informe final debe figurar como autores.

Supplemental Information CHE 201 Project

Operating Costs

Diseños son nos ha contactado a varios fabricantes de formaldehído sobre su funcionamiento cuesta y proporciona la siguiente información.

Base operating cost: $0.020 per pound of methanol feed

Recycle cost: $0.008 per pound of recycle gas in Stream 10

Value of Feeds and Products

Methanol fresh feed $0.28 per pound

Deionized water $0.005 per pound

Air fresh feed $0.00 per pound

Formaldehyde $0.50 per pound

Purge gas $0.00 per pound

Profit (Loss) on Process

A un precio de venta de $ 0,50/lb, el valor de 50.000 toneladas de formaldehído es $55 millones. En la estimación de la ganancia o pérdida para diferentes condiciones de funcionamiento, la figura significativa para la ganancia o pérdida debe ser 0,1 millones.