【正文】 情況 消耗項 單位 消耗原料氣組分 CO CO2 H2 N2 Ar 反應(yīng) （ 21） m3/h 反應(yīng) （ 23） m3/h 反應(yīng) （ 24） m3/h 反應(yīng) （ 25） m3/h 反 應(yīng) （ 26） m3/h () 反應(yīng) （ 27） m3/h 表 合成反應(yīng)中生成物情況 生成項 單位 生成物組分 CH4 CH3OH （ CH3O） 2 C4H9OH C18H18 H2O 反應(yīng) （ 21） m3/h 反應(yīng) （ 23） m3/h 反應(yīng) （ 24） m3/h 反應(yīng) （ 25） m3/h 反應(yīng) （ 26） m3/h 反應(yīng) （ 27） m3/h 12 表 其他情況原料氣消耗 消耗項 單位 消耗原料氣組分 CO CO2 H2 N2 Ar CH4 粗甲醇中溶解 m3/h 擴散的甲醇 m3/h 弛放氣 m3/h %G %G %G %G %G %G 馳放氣中甲醇 m3/h %G %G 新鮮氣和弛放氣氣量的確定 CO 的各項消耗總和 =新鮮氣中 CO 的量，即 ++++++++%G+%G=+%G 同理，原料氣中其他各氣體的量 =該氣體的各項消耗總和，由此可得新鮮氣體中各氣體流量，如下表： 表 新鮮氣組成 組分 單位 CO CO2 H2 N2 Ar CH4 氣量 m3/h +%G + %G + %G + %G + %G + %G 新鮮氣 m3/h + 新鮮氣中惰性氣體 （ N2+Ar） 百分比保持在 %，反應(yīng)過程中惰性氣體的量保持不變，（ N2+Ar） =+%G， 則 +=（ +%G） /% 解得 G=，即弛放氣的量為 m3/h，由 G 可得到新鮮氣的量 13 表 弛放氣組成 氣體 CH3OH H2 CO CO2 N2 Ar CH4 組成 氣量 m3/h % % % % % % % 表 新鮮氣組成 (合成氣 ) 氣體 CH4 H2 CO CO2 N2 Ar 組成 % % % % % % 氣量 m3/h 循環(huán)氣氣量的確定 G1 =G 3+G4+G5+G6－ G7－ G8 式中： G1 為出塔氣氣量； 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。 表 分離器出口氣體組成 氣體 CH3OH H 2 CO CO2 N2 Ar CH4 組成 % % % % % % % 氣 量 m3/h 15 原料計算 合成氣總含 C 量 a=+++=每立方米天然氣中 C 含量： b= ?1001（ ???????） =則每小時天然氣用量 C=a/b≈104m3/h 合成工段 熱 量衡算 合成塔的熱平衡計算 計算公式 全塔熱平衡方程式為： ∑Q1 + ∑Qr = ∑ Q2 + ∑Q3+ Q （ 28） 式中： Q1—— 入塔氣各氣體組分焓， kJ/h； Qr—— 合成反 應(yīng)和副反應(yīng)的反應(yīng)熱， kJ/h； Q2—— 出塔氣各氣體組分焓， kJ/h； Q3—— 合成塔熱損失， kJ/h； Q—— 沸騰水吸收熱量， kJ/h。 出換熱 器的熱氣體熱量的確定 被加熱氣體吸收的熱量 =出換熱器的被加熱氣體顯熱 － 入換熱器的被加熱氣體顯熱=108－ 107=107kJ/h，所以出換熱器的加熱氣體顯熱量 =入換熱器的加熱氣體顯熱 － 被加熱氣體吸收的熱量 =108－ 107=107kJ/h。 水冷器出口氣體顯熱的確定 表 水冷器出口氣體各組分熱容和熱量 氣體 CH3OH H 2 CO CO2 N2 Ar CH4 熱容 kJ/（ kmol?k） 氣量 kmol /h 熱量 kJ/（ h?k） 合計：水冷器出口氣體顯熱 kJ/（ h?k） ；出口溫度 40?C，出口氣體顯熱=＝ 107 kJ/h。 流程中并用了兩個相同的水冷器，所以每個水冷器用水量為 ，吸收熱量為 106 kJ/h。99%1%=表 主精餾塔塔釜 出料流量及組成 組分 CH3OH H2O NaOH 高沸物 合計 流量： kg/h 組成： (wt)% 100 、塔底產(chǎn)品的摩爾分?jǐn)?shù) 甲醇的摩爾質(zhì)量 MA= kg kmol ， 水的摩爾質(zhì)量 MB= kmol 22 D 0 . 9 9 9 5 3 2 . 0 4 0 . 9 9 90 . 9 9 9 5 3 2 . 0 4 0 . 0 0 0 5 1 8 . 0 2x ??? W 0 . 0 1 3 2 . 0 4 0 . 0 0 60 . 0 1 3 2 . 0 4 0 . 9 9 1 8 . 0 2x ??? 0 . 7 8 9 7 3 2 . 0 4 0 . 6 7 90 . 7 8 9 7 3 2 . 0 4 0 . 2 1 0 3 1 8 . 0 2Fx ? 、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量 FM? ＋ ? kg kmol DM? ＋ ? kg kmol WM? ＋ ? kg kmol 粗甲醇溶液 的處理量為 ,則原料液的處理量為 n,F 1 4 4 9 8 . 9 0q = = 5 2 7 . 2 3 k m o l h2 7 . 5 總物料衡算： n,D n,=q +q (213) 甲醇物料衡算： n , D n , W0 . 6 7 9 0 . 9 9 9 q 0 . 0 0 6 q? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? （ 214） 聯(lián)立方程 （ 213） 、 （ 214） 解得 ： n , Dn , Wq 3 5 7 .3 3 k m o l hq 1 6 9 .9 0 k m o l h??? ?? 主精餾塔熱量衡算 23 精餾塔 75?C 甲醇蒸汽 40?C 水 40?C 回流甲醇 30?C 水 ?C 進料 40?C 精甲醇 ?C 殘液 圖 主精餾塔物流圖 表 主精餾塔入熱 物料 進料 回流液 加熱蒸汽 組分 甲醇 水 +堿 +高沸物 甲醇 流量： kg/h 11450 3050 29000 溫度： ?C 40 比熱： kJ/kg??C 熱量： KJ/h 3108800 Q 加熱 Q = Q + Q + Q = 6 1 5 3 2 2 6 . 3 + Q入 進 料 回 流 液 加 熱 加 熱 表 主精餾塔物料帶出熱量 物料 精甲醇 回流液 殘液 熱損失 組分 甲醇 甲醇 甲醇 水 +堿 +高沸物 流量： kg/h 11110 29000 3050 溫度： ?C 比熱： kJ/kg??C 潛熱： kJ/kg 熱量： kJ/h 5%Q 入 24 所以： Q 出 =+5%Q 入 因為： Q 出 =Q 入 所以 ： Q 出 =Q 入 =， 所以： Q 加熱 =已知水蒸氣的汽化熱為 2260kJ/kg，所以：需蒸汽 量 = 46711743. 12 = 2 0 6 6 8 .9 1 k g /h2260 對熱流體： Q = Q + Q = 1 7 0 8 7 1 1 1 . 5 7入 回 流 液產(chǎn) 品 精 甲 醇 kJ/h Q = Q + Q = 2 6 3 4 6 9 7 . 5 5 k J / h出 回 流 液 （ 液 ）精 甲 醇 （ 液 ）Q = 1 7 0 8 7 1 1 1 . 5 7 % =?傳 （ 15 ） 所以：冷卻水用量 32 4. 77 t/ h( 40 30 ) 4. 18 7 10 00??? ? ? 理論塔板數(shù)的確定 求最小回流比及操作回流比 由手冊查得甲醇 — 水物系的汽液平衡數(shù)據(jù) 表 甲醇 — 水物系的氣液平衡數(shù)據(jù) 溫度 t?C 液相中的甲醇的摩爾分?jǐn)?shù) 汽相中的甲醇的摩爾分?jǐn)?shù) 溫度 t?C 液相中的甲醇的摩爾分?jǐn)?shù) 汽相中的甲醇的摩爾分?jǐn)?shù) 100 查 甲醇 — 水物系的氣液平衡數(shù)據(jù)，繪出 xy? 圖 25 圖 甲醇 水氣液平衡相圖 由于泡點進料 q=1， 作直線 x= 交平衡線 與 q 點， 過 q 點作橫軸的平行線交縱軸與一點，讀得 y=。 21 軟水：查資料知，軟水加入量為精甲醇的 20%計，則需補加軟水： 114502%（ 18%）=。 20 表 粗甲醇中各組分液體顯熱 組分 （ CH3O） 2 C4H9OH C18H18 H2O CH3OH 液體比熱容 kJ/(kg??C) 熱量 kJ/（ h??C） 合計：粗甲醇中各組分液體顯熱 = kJ/（ h??C） ，粗甲醇溫度 40?C， 即 ，＝ 107kJ/h。 水冷器熱平衡方程 Q1+Q2=Q3+Q4+Q5 式中： Q1—— 入換熱器氣體顯熱， kJ/h； Q2—— 氣體冷凝放熱， kJ/h； Q3—— 出水冷器氣體顯熱， kJ/h； 19 Q4—— 粗甲醇液體顯熱， kJ/h； Q5—— 冷卻水吸熱， kJ/h。 出換熱器的被加熱氣體熱量的確定 出換熱器的被加熱氣體顯熱 =入合成塔氣體的顯熱，即 108kJ/h。 表 入塔氣組成 氣體 CH3OH H 2 CO CO2 N2 Ar CH4 組成 % % % % % % % 氣量 m3/h 表 出塔氣組成 氣體 H 2 CO CO2 N2 Ar CH3OH 組成 % % % % % % 氣 量 m3/h 氣體 CH4 （ CH3O） 2 C4H9OH C18H18 H2O 組成 % % % % % 氣 量 m3/h 計算過程：入塔氣 CO=循環(huán)氣中 CO+新鮮氣中 CO， 同理可得其他氣體氣量 ； 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， 同理得其他氣體氣量 。由反應(yīng)（ 23）、（ 24）、（ 25）、（ 27） 得出反應(yīng) （ 22）、（ 26） 生成的水分為： － － － 3 － 8 = 由于合成反應(yīng)中甲醇主要由一氧