1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上4.1 物料衡算4.1.1 產(chǎn)品組成分析工廠(chǎng)設(shè)計(jì)為年產(chǎn)精甲醇20萬(wàn)噸，開(kāi)工時(shí)間為每年330天，采用連續(xù)操作，則每小時(shí)精甲醇的產(chǎn)量為25.25（=200,000/330/24）噸，即25.25 t/h。精餾工段通過(guò)三塔高效精餾工藝，精甲醇的純度可達(dá)到99.9%，三塔精餾工藝中甲醇的收率達(dá)97%。則入預(yù)精餾塔的粗甲醇中甲醇量25.25/0.97=26.03t/h。由粗甲醇的組成通過(guò)計(jì)算可得下表：表2 粗甲醇組成組分百分比產(chǎn)量甲醇93.40% 813.50kmol/h 即 18222.40m3/h 二甲醚0.42%2.53 kmol/h 即 57.00 m3/h高級(jí)醇（以異

2、丁醇計(jì)）0.26%0.98kmol/h 即21.94 m3/h高級(jí)烷烴（以辛烷計(jì)）0.32%0.78kmol/h 即17.52m3/h水5.6%86.72kmol/h 即 1942.36m3/h粗甲醇100%27.87t/h注；設(shè)計(jì)中的體積都為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下計(jì)算方法:粗甲醇=26.03/0.9340=27.87t/h二甲醚=27.87×0.42%=117.05kg/h即2.53kmol/h，57.00m3/h高級(jí)醇（以異丁醇計(jì)）=27.87×0.26%=72.48kg/h即0.98kmol/h，21.94m3/h高級(jí)烷烴（以辛烷計(jì)）=27.87×0.32%=89.22

3、kg/h即0.78kmol/h，17.52m3/h水=27.87×5.6%=1561.28kg/h即86.72kmol/h，1942.36m3/h4.1.2 合成工段（1） 合成塔中發(fā)生的反應(yīng):主反應(yīng)CO+2H2=CH3OH （1） CO2+3H2=CH3OH+H2O （2） 副反應(yīng)2CO+4H2=（CH3O）2+H2O （3） CO+3H2=CH4+H2O （4） 4CO+8H2=C4H9OH+3H2O （5） 8CO+17H2=C18H18+8H2O （6） CO2+H2=CO+H2O （7） （2）粗甲醇的合成工業(yè)生產(chǎn)中測(cè)得低壓時(shí)，每生產(chǎn)一噸粗甲醇就會(huì)產(chǎn)生1.52m3（標(biāo)態(tài)）的

4、甲烷，即設(shè)計(jì)中每小時(shí)甲烷產(chǎn)量為1.90kmol/h，42.38m3/h。由于甲醇入塔氣中水含量很少，忽略入塔氣帶入的水。由反應(yīng)（3）、（4）、（5）、（6）得出反應(yīng)（2）、（7）生成的水分為；86.721.902.540.98×30.78×8=73.06kmol/h 由于合成反應(yīng)中甲醇主要由一氧化碳合成，二氧化碳主要發(fā)生逆變反應(yīng)生成一氧化碳，且入塔氣中二氧化碳的含量一般不超過(guò)5%，所以計(jì)算中忽略反應(yīng)（2）。則反應(yīng)（7）中二氧化碳生成了73.06kmol/h，即1636.54m3/h的水和一氧化碳。（計(jì)算水汽變換反應(yīng)）（3）粗甲醇中的溶解氣體量粗甲醇中氣體溶解量查表5Mpa、

5、40時(shí)，每一噸粗甲醇中溶解其他組成如下表：表3 噸粗甲醇中合成氣溶解情況（已知）氣體H2COCO2N2ArCH4溶解量（m3/t粗甲醇）4.3640.8157.7800.3650.2431.680則粗甲醇中的溶解氣體量為：H2=27.87×4.364=121.64 m3/h 即5.44kmol/hCO=27.87×0.815=22.72m3/h 即1.02kmol/hCO2=27.87×7.780=216.84m3/h 即9.68kmol/hN2=27.87×0.365=10.18m3/h 即0.46kmol/hAr=27.87×0.243=6

6、.78m3/h 即0.30kmol/hCH4=27.87×1.680=46.82m3/h 即2.10kmol/h（4）粗甲醇中甲醇擴(kuò)散損失40時(shí),液體甲醇中釋放的溶解氣中,每立方米含有37014g的甲醇, 假設(shè)減壓后液相中除二甲醚外,其他氣體全部釋放出，則甲醇擴(kuò)散損失：G=（121.64+22.72+216.84+10.18+6.78+46.82）×0.03714=15.80kg/h即0.50kmol/h，11.04m3/h（5）合成反應(yīng)中各氣體的消耗和生成情況表4 弛放氣組成（已知給定條件）氣體CH3OHH2COCO2N2ArCH4組成0.61%81.82%9.16%3.

7、11%3.21%0.82%1.89%表5 合成反應(yīng)中消耗原料情況（生成甲醇、異丁醇、二甲醚等所消耗）消耗項(xiàng)單位消耗原料氣組分CO16585.86CO2H233171.72N2Ar反應(yīng)（1）m3/h反應(yīng)（3）m3/h114.00228.00反應(yīng)（4）m3/h42.38127.14反應(yīng)（5）m3/h87.74175.52反應(yīng)（6）m3/h140.20297.50反應(yīng)（7）m3/h（1636.54）1636.541636.54注：括號(hào)內(nèi)的為生成量；反應(yīng)（1）項(xiàng)不包括擴(kuò)散甲醇和弛放氣中甲醇消耗的原料氣量表6 合成反應(yīng)中生成物情況（根據(jù)上述兩個(gè)表計(jì)算出）生成項(xiàng)單位生成物組分CH4CH3OH（CH3O）2

8、C4H9OHC18H18H2O反應(yīng)（1）m3/h16585.86反應(yīng)（3）m3/h57.0057.00反應(yīng)（4）m3/h42.3842.38反應(yīng)（5）m3/h21.9465.80反應(yīng)（6）m3/h17.52140.20反應(yīng)（7）m3/h1636.54表7 其他情況原料氣消耗（包括甲醇中溶解、擴(kuò)散的甲醇、馳放氣體、馳放氣中的甲醇）消耗項(xiàng)單位消耗原料氣組分COCO2H2N2ArCH4粗甲醇中溶解m3/h22.72216.84121.6410.186.7846.82擴(kuò)散的甲醇m3/h11.0422.10弛放氣m3/h9.16%×G3.11%×G81.20%×G3.21%

9、×G0.82%×G1.89%×G馳放氣中甲醇m3/h0.61%×G1.22%×G注：G為馳放氣的量，m3/h。（6）新鮮氣和弛放氣氣量的確定CO的各項(xiàng)消耗總和=新鮮氣中CO的量，即16585.86+114.00+42.38+87.74+140.201636.54+22.72+11.04+0.61%G+9.16%G=15367.40+9.77%G同理，原料氣中其他各氣體的量=該氣體的各項(xiàng)消耗總和，由此可得新鮮氣體中各氣體流量，如下表：表8 新鮮氣組成（新鮮氣量等于馳放氣量與產(chǎn)物及其他消耗量）組分單位COCO2H2N2ArCH4氣量m3/h1536

10、7.40+9.77%G1853.38+3.11%G35780.54+82.42%G10.18+3.21%G6.78+0.82%G4.44+1.89%G新鮮氣m3/h53022.72+1.0183G新鮮氣中惰性氣體（N2 +Ar）百分比保持在0.42%，反應(yīng)過(guò)程中惰性氣體的量保持不變，（N2 +Ar）=16.96+4.03%G，則：（53022.72+1.0183G）×0.42%=16.96+4.03%G（新鮮氣中的惰性氣體N2 +Ar等于馳放氣和溶解在甲醇中的氣體的量，據(jù)此求出馳放氣體積）解得G=5711.20m3/h，即弛放氣的量為5711.20m3/h，由G可得到新鮮氣的量588

11、38.44m3/h由弛放氣的組成可得出下表表9 弛放氣組成（計(jì)算各組分的氣量）氣體CH3OHH2COCO2N2ArCH4組成0.61%81.82%9.16%3.11%3.21%0.82%1.89%氣量m3/h34.844637.48523.14177.64183.3246.86107.92表10 新鮮氣組成（根據(jù)馳放氣與其他消耗算出）氣體CH4H2COCO2N2Ar組成0.19%68.81%27.07%3.45%0.33%0.09%氣量m3/h112.3640487.7215925.382031.02193.5053.62（7）循環(huán)氣氣量的確定G1=G3+G4+G5+G6G7G8式中：G1為出

12、塔氣氣量；G3新鮮氣氣量；G4循環(huán)氣氣量；G5主反應(yīng)生成氣量；G6副反應(yīng)生成氣量；G7主反應(yīng)消耗氣量；G8副反應(yīng)消耗氣量；G5=16585.86（產(chǎn)品中甲醇）+11.04（擴(kuò)散甲醇）+0.61%×5711.20（馳放氣中甲醇）=16631.74m3/hG6=57.00（二甲醚）+57.00（二甲醚副產(chǎn)水）+ 42.38（甲烷） + 42.38（甲烷副產(chǎn)水） + 21.94（異丁醇） + 65.80（異丁醇副產(chǎn)水） + 17.52（辛烷） + 140.20（辛烷副產(chǎn)水） + 1636.54（二氧化碳轉(zhuǎn)化為一氧化碳） + 1636.54（副產(chǎn)水）=3717.30m3/hG7=（16585

13、.86（產(chǎn)物中甲醇消耗一氧化碳）+3317.72（產(chǎn)物中甲醇消耗氫氣）+（11.04（擴(kuò)散甲醇消耗CO）+22.08（擴(kuò)散甲醇消耗H2）+0.61%×5711.20×3（馳放氣中甲醇消耗CO和H2）=49895.22m3/hG8=114.00+228.00+42.38+127.14+87.74+175.48+140.20+297.94+1636.54+1636.54=4485.96m3/h已知出塔氣中甲醇含量為5.84%（已知條件？），則（G4×0.61%+5711.20×0.61%+16585.86+11.04）/G1=0.0584解得G4=.38m3

14、/h表11 循環(huán)氣組成（循環(huán)氣組成與馳放氣相同）氣體 CH3OH H2 CO CO2 N2 Ar CH4組成 0.61% 81.82% 9.16% 3.11% 3.21% 0.82% 1.89%氣量m3/h 1768.68 .28 26559.18 9017.36 9037.32 2377.58 5480.00（8）循環(huán)比，CO及CO2單程轉(zhuǎn)化率的確定循環(huán)比R=G4/G3=.38/58838.44=4.93（循環(huán)比通常為3.5-6）CO單程轉(zhuǎn)化率：(15344.68+69.68)/(15925.38+26559.18)=0.3620（主、副反應(yīng)消耗CO除以入塔氣CO） 即36.2%（通常為10

15、-15%，給定條件不合理）CO2單程轉(zhuǎn)化率：1636.54/(2031.02+9017.36)=0.1481 即14.81%（9）入塔氣和出塔氣組成G1=G3+G4+G5+G6G7G8=.88m3/h=14055.62kmol/hG2=G3+G4=.80m3/h=15570.80kmol/hG2為入塔氣氣量表12 入塔氣組成（新鮮氣加循環(huán)氣）氣體 CH3OH H2 CO CO2 N2 Ar CH4組成 0.06% 79.11% 12.18% 3.17% 2.72% 0.70% 1.60%氣m3/h 1768.68 .56 42484.56 11048.38 9500.82 2431.20 55

16、92.36量kmol/h 8.88 12318.08 1896.64 493.24 424.14 108.54 257.66表13 出塔氣組成（甲醇給定，其余計(jì)算）氣體組成氣m3/h量kmol/hH276.29%.4210723.06CO8.61%27105.041210.04CO22.93%9234.22412.24N23.02%9500.82424.14CH3OH5.84%18400.42821.44CH41.79%5634.74251.52Ar0.77%2431.20108.54H2O0.62%1941.5286.68計(jì)算過(guò)程：（a）入塔氣CO=循環(huán)氣中CO+新鮮氣中CO即：15925.38+26559.18=42484.56m3/h。同理可得其他氣體氣量;（b）出塔氣中CO=入塔氣中CO反應(yīng)消耗的CO+反應(yīng)中生成的CO即42484.5616585.86114.0042.3887.74140.2011.045711.20×0.61%+1636.54=27105.04m3/h同理可得其它氣體量。（10）甲醇分離器出口氣體組成的確定分離器出口氣體組分=循環(huán)氣氣體組分+弛放氣氣體組分則分離器出口氣體中CO氣量=循環(huán)氣中CO+弛放氣中CO=265