PAGE35甲醇合成的生產(chǎn)工藝計算過程案例目錄TOC\o"1-3"\h\u13165甲醇合成的生產(chǎn)工藝計算過程案例 170781.1甲醇生產(chǎn)的物料平衡計算 1177071.2甲醇生產(chǎn)得能量平衡計算 121.1甲醇生產(chǎn)的物料平衡計算1.1.1合成工段物料衡算圖1.1合成工段示意圖條件：年產(chǎn) 400000 噸粗甲醇，以每年工作330天進(jìn)行計算，原料氣組成如表：表1.1原料氣組成組分H2COCO2CH4N2Ar未知物總計組成（mol/%）68.9227.061.520.1300.3030.2671.0100圖1.2合成物料流程圖工廠設(shè)計為年產(chǎn)粗甲醇40萬噸，去掉適當(dāng)?shù)恼{(diào)整檢修時間后，工作時間按330天/每年來計算，采用連續(xù)操作，則每小時粗甲醇的產(chǎn)量為：噸即50.51t/h，1578.28kmol/h。Lurgi低壓合成工藝[14]，甲醇的純度可達(dá)91.89%。粗甲醇的組成如下表1.2表1.2粗甲醇組成組成CH3OH(CH3)2OC4H9OHH2O含量/%91.890.1880.0265.896各物質(zhì)的摩爾質(zhì)量如下表1.3表1.3合成工段各物質(zhì)的摩爾質(zhì)量組分COCO2H2CH4N2CH3OH(CH3)2OC4H9OHH2O摩爾質(zhì)量284421628324674181.1.2精餾塔的物料衡算圖1.3精餾工段示意圖選取衡算基準(zhǔn)為1h[21]各組分的生成量：甲醇：二甲醚：異丁醇：水：主反應(yīng)：(2-1)副反應(yīng)：(2-2)(2-3)(2-4)(2-5)在實際生產(chǎn)中，查數(shù)據(jù)得產(chǎn)生1t的粗甲醇，會有0.34kmol的甲烷同時產(chǎn)生，所以每小時產(chǎn)生的水的計算公式為則由副反應(yīng)公式，反應(yīng)(2-5)生成水的量為表1.45.06MPa、40℃是氣體在甲醇中的溶解據(jù)測定：在此假定溶解氣全部釋放出來，35℃時液態(tài)甲醇中釋放的混合氣中有甲醇37.14g/m3，算出甲醇擴(kuò)散損失為[15]：即，（1)反應(yīng)的物料衡算選取衡算基準(zhǔn)為1h對反應(yīng)（2-1）物料衡算：由生成純甲醇為1482kmol/h知CO的消耗量為1482kmol/hH2的消耗量為1482kmol/h×2=2964kmol/h對反應(yīng)（2-2）物料衡算：由生成二甲醚的速度為2.06kmol/h知CO的消耗量為2.06kmol/h×2=4.12kmol/hH2的消耗量為2.06kmol/h×4=8.24kmol/hH2O的生成量為2.06kmol/h對反應(yīng)（2-3）物料衡算：由甲烷的生成速度為17.17kmol/h知CO的消耗量為17.17kmol/hH2的消耗量為17.17kmol/h×3=51.51kmol/hH2O的生成量為17.17kmol/h對反應(yīng)（2-4）物料衡算：由異丁醇的生成速度為0.18kmol/h知CO的消耗量為0.18kmol/h×4=0.72kmol/hH2的消耗量為0.18kmol/h×8=1.44kmol/hH2O的生成量為0.18kmol/h×3=0.54kmol/h對反應(yīng)（2-5）物料衡算：由水的生成速度為149.53kmol/h知CO2的消耗量為149.53kmol/hH2的消耗量為149.53kmol/hH2O的生成量為149.53kmol/hCO的生成量為149.53kmol/h甲醇中溶解消耗氣體量選取衡算基準(zhǔn)為1h故總消耗氣體的量總生成氣體的量根據(jù)以上計算，得到粗甲醇在各個階段的情況列于附表1中。設(shè)新鮮氣量為，，馳放氣和循環(huán)氣的成分組成是一樣的。見下表：表1.5弛放氣組成因為，所以：則：由前面新鮮氣各組分的百分?jǐn)?shù)得：同理可得其他組分流量，列于下表：表1.6新鮮氣的組成組分H2COCO2CH4N2Ar其他總計kmol/h3630.731425.5380.076.851614.0794.825268測得出塔氣中的甲醇含量為7.12%，設(shè)出塔氣量為。又知醇后氣中含醇0.61%。故由上面兩式得因甲醇的循環(huán)氣量與新鮮氣的組成相同，則同理可得其他組分的流量，列于下表：表1.7甲醇的循環(huán)氣量及組成組分流量/（kmol/h）組成/%H216261.279.31CO1289.76.29CO2625.41.05CH4982.14.79N2654.11.19Ar471.572.30CH3OH125.10.61H2O2.10.01合計20501.3100根據(jù)由表1.6、表1.7得到同理可得其他入塔氣組分的流量及組成，列于下表表1.8甲醇入塔氣流量及組成組分流量/（kmol/h）組成/%H219891.977.19CO2715.210.54CO2705.52.74CH49891.84N2670.12.60Ar485.61.88CH3OH125.10.49H2O2.10.00081合計25771.3100又由，根據(jù)以上數(shù)據(jù)得同理可求得其他出塔氣組分流量，再由同理求得各出塔氣組分組成，列于下表表1.9出入塔各組分匯總組分入塔量消耗量生成量出塔量組成%H219891.93174.716717.271.76136CO2715.21504.1149.81360.96.004704CO2705.5149.8555.72.451917CH49890.05149.531138.485.023319N2670.10.023670.0772.956583Ar485.60485.62.142614CH3OH125.10.009414821607.0917.090971H2O2.10169.3171.40.756269C4H9OH0.180.180.000794(CH3)2O2.062.060.009089總計25771.34828.71781.322661.9100根據(jù)表1.4，1.9計算可得：同理可得其他組分流量及組成，列于下表。表1.10分離器出口的流量、組成（單位kmol/h）組分損失出氣組成出液組成重量/kg組成H2016717.20.794495CO0.0451359.8920.06463CO20.225491550.6490.02617CH40.0451137.4720.054059N20.0225669.5730.031822Ar0.023616485.0710.023053CH3OH0.0094121.40.005771607.0910.90248951451.10.941564H2O171.40.0962533085.20.056458C4H9OH0.180.00010111.30.000243(CH3)2O2.060.00115794.80.001735總計0.37121041.311780.73110054646.4100甲醇馳放氣流量及組成則得到，弛放氣中H2的流量同理可得其他各組分的流量，列于下表：表1.11甲醇馳放氣量及組成組分流量/（kmol/h）組成/%H237679.31CO29.826.29CO214.461.05CH422.714.79N215.121.19Ar10.92.30CH3OH2.890.61H2O4.740.01合計474.1100粗甲醇貯罐氣流量及組成見下表。表1.12儲罐氣組成、流量組合表1.4到表1.12、可得表1.13。表1.13甲烷生產(chǎn)物料平衡匯總表組分新鮮氣流量kmol/h組成入塔氣流量組成出塔氣流量組成%循環(huán)氣流量組成H23630.730.7164029219891.90.77756191816717.271.7613616261.20.793101598CO1425.530.2812805842715.20.1061354681360.96.0047041289.70.062902069CO280.070.015799132705.50.027577553555.72.451917625.40.030502407CH46.850.0013516189890.0386593911138.485.023319982.10.047899606N2160.003157064670.10.026193789670.0772.956583654.10.031902182Ar14.070.002776243485.60.0189818485.62.142614471.570.022999712CH3OH0125.10.0048900811607.0917.090971125.10.006101457H2O02.18.20877E-05171.40.7562692.10.000102423C4H9OH00.180.000794(CH3)2O02.060.009089總計5068125582.411.2甲醇生產(chǎn)得能量平衡計算1.2.1合成工段能量衡算圖1.4熱量衡算示意圖條件：進(jìn)入合成塔氣體的溫度為220℃，出合成塔氣體的溫度為250℃，假設(shè)損失5%的熱量，殼程中通入的是4MPa的沸水。查《化工工藝設(shè)計手冊》得4MPa下水的溫度為250℃，密度為799.0kg/m3，水蒸氣密度為19.18kg/m3，汽化潛熱為1714.99kJ/kg。選取1h燃料流量為衡算基準(zhǔn)求得入塔氣各組分所含的熱量同理可得其他入塔氣各組分的熱量，列于下表。表1.145MPa，220℃下入塔氣（除甲醇）熱容組分流量kmol/h比熱kJ/(kmol·℃)熱量kJ/℃CO2715.230.1581861.28CO2705.545.9532417.725H219891.929.34583628.346N2670.130.3520337.535Ar485.621.4110396.696CH498947.0547422.55H2O2.181.49175.329合計25771.3776241.461查相關(guān)數(shù)據(jù)得甲醇在220℃時的焓值為42248.4kJ/kmol，根據(jù)表1.9流量為125.1kmol/h。所以：選取1h燃料流量為衡算基準(zhǔn)求得出塔氣各組分所含的熱量同理可得其他出塔氣各組分的熱量，列于下表。表1.155MPa，250℃下出塔氣（除甲醇）熱容組分流量kmol/h比熱kJ/(kmol·℃)熱量kJ/℃CO1360.930.1341001.917CO2555.746.5825884.506H216717.229.39491318.508N2670.07730.4120377.04157Ar485.621.3610372.416CH41138.4848.3955091.0472C4H9OH0.18170.9730.7746(CH3)2O2.0695.85197.451H2O171.481.4914310.186合計22661.9658585.8474查相關(guān)數(shù)據(jù)得甲醇在250℃時的焓值為46881.2kJ/kmol, 根據(jù)表1.9流量為1607.091kmol/h。所以：由反應(yīng)式得：所以，殼程熱水帶走熱量又：所以：即時蒸汽：1.2.2冷凝器能量計算查手冊得，粗甲醇中各組分的物理常數(shù)如表1.16表1.16粗甲醇中各組分的物理常數(shù)假設(shè)，能夠發(fā)生相變的物質(zhì)在溫度低于沸點時，就能夠全部冷凝。（1）氣體冷凝放熱式中：；。根據(jù)1.9數(shù)據(jù)計算得：列于下表：表1.17出塔氣在冷凝器冷凝放熱量（2）進(jìn)冷凝氣體總熱量式中；；。（3）冷凝器出口氣體顯熱冷凝器出口氣體顯熱式