煤制甲醇生產(chǎn)工藝的物料衡算和熱量衡算計算案例目錄TOC\o"1-3"\h\u10836煤制甲醇生產(chǎn)工藝的物料衡算和熱量衡算計算案例 1115611甲醇概述 135501.1甲醇的概述 1121101.2甲醇的性質(zhì) 2170911.2.1物理性質(zhì) 265931.2.2化學(xué)性質(zhì) 2139852.甲醇設(shè)計任務(wù) 3145023.物料衡算及熱量衡算 4118073.1甲醇合成工段物料衡算 427633.1.1粗甲醇中各組分的生成量 4282723.1.2合成氣體的消耗和生成量 59503.1.3新鮮氣(合成氣)和弛放氣氣量的計算 7152893.1.4循環(huán)氣氣量的計算 8171183.1.5入塔氣和出塔氣的組成 971243.1.6分離器出口氣體的組成 1045933.1.7貯罐氣的組成 1220603.2甲醇合成工段熱量衡算 12189713.2.1合成塔熱量衡算相關(guān)計算式 12198993.2.2合成塔熱量計算 131643.2.3入塔氣換熱器的熱量衡算 1674213.2.4水冷器的熱量衡算 1775233.2.5甲醇分離器的熱量衡算 181甲醇概述1.1甲醇的概述，一種運用廣泛的有機化學(xué)品，是相對分子量最小的飽和一元醇。它最早由木材加工所得到的，俗稱木醇、木精。用60~80kg的木材分解反應(yīng)制得的甲醇產(chǎn)量極低。緊接著到了1923年，德國的兩位科學(xué)家用一氧化碳和氫氣在高壓條件下，用鋅和鉻這兩種金屬作為反應(yīng)所需的催化劑來合成甲醇，與此同時，甲醇的工業(yè)化生產(chǎn)逐漸實現(xiàn)。1.2甲醇的性質(zhì)1.2.1物理性質(zhì)匯總?cè)缦卤恚罕?.1物理性質(zhì)1.2.2化學(xué)性質(zhì)甲醇不具有酸的特性，分子式為，它含有一個堿性極其微弱的，并且此沒有堿性的特點，對一些檢驗酸堿性的試劑都顯示中性。(1)堿金屬鈉能夠取代甲醇分子中的氫原子，從而生成甲醇鈉；(2)在催化劑金屬銀的催化條件下甲醇能夠發(fā)生氧化反應(yīng)得到甲醛，俗稱福爾馬林；(3)甲醇在高溫下脫水制得二甲醚；(4)在壓力較高、溫度較高、催化劑催化的條件下，甲醇和氨氣反應(yīng)生成甲胺；(5)甲醇與酸性物質(zhì)作用時，分子中含有的會被取而代之，當(dāng)酸性較強的無機酸和甲醇作用時，反應(yīng)會更加的迅速；舉例如下：(6)鹵族元素形成的氫鹵酸和甲醇作用，甲醇分子中的被取代，得到甲基鹵化物；(7)在金屬銠催化劑催化的條件下，氣體與反應(yīng)生成；(8)在某一特定的溫度和壓力條件下，甲醇分解得到一氧化碳和氫。2.甲醇設(shè)計任務(wù)(1)設(shè)計的項目名稱：煤制甲醇的合成工藝設(shè)計；(2)生產(chǎn)能力：年產(chǎn)68萬噸煤制甲醇合成工藝設(shè)計；(3)產(chǎn)品要求：精甲醇中甲醇的含量（wt）為99.95%；(4)粗甲醇組成（wt）：甲醇：93.89%輕組分[以二甲醚計]：0.188%重組分[以異丁醇計]：0.026%水：5.896%(5)生產(chǎn)制度：年開工時按300天計算，實行每天三班8小時連續(xù)生產(chǎn)工作制。3.物料衡算及熱量衡算3.1甲醇合成工段物料衡算每小時產(chǎn)得精甲醇量：每小時產(chǎn)得粗甲醇量：合成甲醇的化學(xué)反應(yīng)：主反應(yīng)：（1）副反應(yīng)：（2）（3）（4）（5）3.1.1粗甲醇中各組分的生成量甲醇：二甲醚：異丁醇：水：在實際工業(yè)生產(chǎn)壓力較低條件下，生產(chǎn)粗甲醇的同時也會生成(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)，也就是的。所以每小時生成的量為：。合成原料氣中帶入的水忽略不計，由反應(yīng)（2）（3）（4）得到反應(yīng)（5）的生成水量為：因此，在CO逆變換中生成的水為290.12kmol/h，即6498.688m3/h。在，的條件下：表3.1每噸粗甲醇中合成氣溶解情況粗甲醇中溶解的氣體量：根據(jù)一系列的測定所得，時液態(tài)甲醇放出的、、等混合氣體中每立方米含有，溶解的氣體全部釋放后，則的擴散損失為：3.1.2合成氣體的消耗和生成量弛放氣組成如下：表3.2弛放氣組成由合成過程的反應(yīng)方程式和以上的計算得到合成反應(yīng)中原料消耗情況如下表：表3.3合成反應(yīng)中原料消耗情況注明：括號內(nèi)是生成量合成反應(yīng)中生成物的情況如下表：表3.4合成反應(yīng)中生成物情況其他原料氣消耗如下表：表3.5其他原料氣消耗注明：是弛放氣的量，m3/h3.1.3新鮮氣(合成氣)和弛放氣氣量的計算各個組分的消耗總量和新鮮原料氣的進料量相等，等量關(guān)系如下：CO消耗量：H2消耗量：CO2消耗量：N2消耗量：Ar消耗量：CH4消耗量：合成氣中的惰性氣體的百分比保持在，隨著反應(yīng)的進行，惰性氣體的量保持不變，因此：解得：，所以弛放氣的量為：,由此可得：，弛放氣組成如下表所示：表3.6弛放氣的含量合成氣組成如下：表3.7合成氣組成及含量3.1.4循環(huán)氣氣量的計算出塔氣量=新鮮氣量+循環(huán)氣量+主反應(yīng)消耗氣量+副反應(yīng)消耗氣量-主反應(yīng)消耗氣量-副反應(yīng)消耗氣量整理得到：合成塔中出塔甲醇的含量是，根據(jù)物料守恒有：解得：表3.8循環(huán)氣的組成循環(huán)比：3.1.5入塔氣和出塔氣的組成入塔氣各個組分組成含量：H2的組成含量：CO的組成含量：CO2的組成含量：N2的組成含量：Ar的組成含量：CH4的組成含量：CH3OH的組成含量：入塔氣總量為：62474.782kmol/h，入塔氣組成如下：表3.9入塔氣組成出塔氣的量=入塔氣的量-反應(yīng)消耗量+反應(yīng)生成量出塔氣中各個組分含量：CH3OH的含量：H2的含量：CO的含量：CO2的含量：N2的含量：Ar的含量：CH4的含量：H2O的含量：(CH3)2O的含量：C4H9OH的含量：出塔氣總量為：。表3.10出塔氣組成3.1.6分離器出口氣體的組成分離器出口組分=弛放氣組分+循環(huán)氣組分分離器出口各氣體組分組成：H2的組成含量：CO的組成含量：CO2的組成含量：N2的組成含量：Ar的組成含量：CH4的組成含量：CH3OH的組成含量：分離器出口氣體總量為：表3.11分離器出口氣體組成各個液體組分含量為：分離器液體總量為：表3.12分離器出口液體的組成實際生產(chǎn)中甲醇的年產(chǎn)量為：滿足設(shè)計要求的68萬噸年產(chǎn)量。3.1.7貯罐氣的組成粗甲醇中溶解的氣體量為：表3.13貯罐氣組成3.2甲醇合成工段熱量衡算3.2.1合成塔熱量衡算相關(guān)計算式全塔熱平衡方程式：其中：是入塔氣中氣體組分的熱量，kJ/h是合成反應(yīng)和副反應(yīng)的反應(yīng)熱，kJ/h是出塔氣中氣體組分熱量，kJ/h是合成塔的熱損失，kJ/h是蒸汽吸收的熱量，kJ/h其中：是入塔氣各組分流量，kmol/h是入塔氣各組分的比熱容，kJ/(m3.k)是入塔氣氣體的溫度，k其中：是出塔氣中組分流量，kmol/h是出塔氣中組分的比熱容，kJ/(m3.k)是出塔氣中氣體的溫度，k其中：Qr1、Qr2、Qr3、Qr4、Qr5、Qr6分別是甲醇、甲烷、二甲醚、異丁醇、水的生成熱，kJ/h其中：:各個組分的生成量，kmol/h:生成反應(yīng)的熱量變化，kJ/mol3.2.2合成塔熱量計算已知入塔合成氣為，出塔氣為，熱損失按照計算(1)合成塔入塔熱量衡算在、下：表3.14各氣體組分定壓熱容根據(jù)求得入塔氣中各個組分的熱量如下表：表3.15各氣體組分帶進合成塔的熱量因此每小時入塔熱量為：所以總熱量為：(2)合成塔的反應(yīng)熱根據(jù)得到，各個氣體組分生成的熱量如下：表3.16甲醇合成塔內(nèi)的反應(yīng)熱因此合成塔每個小時生成的反應(yīng)熱為：(3)合成塔出塔熱量計算在，下，查《化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊》得到各氣體組分的定壓熱容如下：表3.17各氣體組分定壓熱容根據(jù)得到出塔氣中各氣體組分的熱量：表3.18各氣體組分帶出合成塔的熱量則每小時的出塔熱量為：總出塔熱量：(4)合成塔熱量損失假定合成塔的熱量損失是，則損失的這部分能量值是：(5)蒸汽所吸收的熱量全塔熱平衡方程式為：蒸汽吸收的熱量為：表3.19合成塔的熱量平衡表3.2.3入塔氣換熱器的熱量衡算(1)入塔換熱器的合成氣熱量計算入塔換熱器的合成氣溫度為表3.20合成氣帶進的熱量合成氣帶進換熱器的總熱量為：(2)出塔換熱器的合成氣熱量計算根據(jù)工藝流程可知，出塔換熱器中合成氣的熱量與進入合成塔的熱量是相等的，因此出塔換熱器中合成氣的熱量為：(3)入塔換熱器的出合成塔氣體的熱量計算根據(jù)工藝流程可知，在忽略管路熱損失的情況下，入換熱器的出合成塔氣的熱量與合成塔出塔氣的熱量相等，即入換熱器的出合成塔氣的熱量為：(4)出塔換熱器的出合成塔氣體的熱量計算根據(jù)換熱器的熱量衡算得到，出合成塔氣進入換熱器之后能量降低，降低的這部分能量用于入換熱器的合成氣加熱，即合成氣熱量的增值等于出合成塔氣熱量的減少值。根據(jù)以上計算得：合成氣經(jīng)過換熱器后熱量的增加量為：因此，出換熱器的出合成塔的氣體熱量為：出換熱器的熱氣體的溫度為：假設(shè)出換熱器的出合成塔個氣體組分的熱容與出合成塔時的相同，則：出口溫度為：溫度為3.2.4水冷器的熱量衡算(1)入水冷器的熱量根據(jù)工藝流程可得，出換熱器的出合成塔氣與入水冷器的熱量相等，即：(2)出水冷器的熱量出換熱器的出合成塔氣經(jīng)過水冷器進一步冷卻之后，溫度由降低至，因此甲醇是以氣液兩種狀態(tài)存在的，而二甲醚，異丁醇，水以液態(tài)的形式存在，一氧化碳，二氧化碳，氫氣，氮氣，氬氣，以及甲烷是以氣態(tài)的形式存在的。在40℃，4MPa的條件下，查《化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊》得到各個氣體組分的比熱容，計算得到帶出的熱量如下表所示：表3.21各個氣體組分帶出水冷器的熱量氣態(tài)帶出的熱量：氣態(tài)總熱量：液態(tài)帶出的熱量：液態(tài)總熱量：因此出水冷器總熱量：(3)冷卻水的用量假定冷卻水進口溫度是，出口溫度是，根據(jù)以上的計算得到：