【文章內(nèi)容簡介】 術(shù)方案。4 物料衡算 合成過程的反應(yīng)方程主反應(yīng)：CO+2H2CH3OH （1） CO2+3H2=CH3OH +H2O （2）副反應(yīng)：2CO+4H2(CH3)2O+H2O （3）CO+3H2CH4+H2O （4）4CO+8H2C4H9OH+3H2O （5）CO2+H2CO+ H2O （6） 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5%，所以計(jì)算中忽略反應(yīng)（2）。 合成塔物料衡算已知年產(chǎn)精甲醇58萬噸，每年以330個(gè)工作日計(jì)算,采用連續(xù)操作。由于通過三塔精餾工藝，%，三塔精餾工藝中甲醇的收率達(dá)到97%，則入精餾塔的粗甲醇中甲醇量： 粗甲醇組分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)組成CH3OH(CH3)2OC4H9OHH2O含量/%每小時(shí)各組分產(chǎn)量： 工業(yè)生產(chǎn)中測得低壓時(shí)， m3 （標(biāo)況）， kmol的甲烷。故CH4每小時(shí)產(chǎn)量為： 查《甲醇生產(chǎn)技術(shù)及進(jìn)展》，40℃時(shí)各組分在甲醇中的溶解度如下 每噸粗甲醇中合成氣溶解情況組分H2COCO2N2ArCH4溶解量（Nm3/t粗甲醇） 粗甲醇中溶解的氣體量： 根據(jù)測定，40℃時(shí)液態(tài)甲醇中釋放CO、COH2等混合氣中每立方米含37. 14 g甲醇，假定溶解氣全部釋放，則甲醇擴(kuò)散損失為： 合成反應(yīng)中各氣體消耗和生產(chǎn)量查《甲醇工藝學(xué)》，馳放氣組成如下： 馳放氣組成氣體CH3OHH2COCO2N2ArCH4Mol% 合成反應(yīng)中消耗原料情況消耗項(xiàng)消耗原料氣組分/kmol/hCOCO2H2反應(yīng)（1）反應(yīng)（3）反應(yīng)（4）反應(yīng)（5）反應(yīng)（6）()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 合成反應(yīng)中生成物情況生成項(xiàng)生成物組分/kmol/hCH4CH3OH(CH3)2OC4H9OHH2O反應(yīng)（1）反應(yīng)（3）反應(yīng)（4）反應(yīng)（5）反應(yīng)（6） 其他原料氣消耗消耗項(xiàng)消耗原料氣組分/kmol/hCOCO2H2N2ArCH4粗甲醇中溶解擴(kuò)散的甲醇馳放氣馳放氣中甲醇注：G為馳放氣的量 新鮮氣和馳放氣量的確定由工藝流程可知，各組分的消耗總量與新鮮氣的進(jìn)料量相等。：CO的消耗總量： H2的消耗總量： CO2的消耗總量：N2的消耗總量：Ar的消耗總量：CH4的消耗總量： 新鮮氣組成組分單位COCO2H2N2ArCH4含量kmol/h++++++總計(jì)+新鮮氣（合成氣）中惰性氣體（N2 + Ar+CH4）%，反應(yīng)過程中惰性氣體的量保持不變，（N2 + Ar+CH4）=+， 則解得， ，由此可得到新鮮氣的量為G新鮮= 馳放氣組成氣體CH3OHH2COCO2N2ArCH4組成%含量kmol/h 新鮮氣 (合成氣) 組成氣體CH4H2COCO2N2Ar組成%含量kmol/h 循環(huán)氣氣量的確定即：整理的：%，由甲醇的物料守恒得：解得： 循環(huán)氣組成氣體CH3OHH2COCO2N2ArCH4組成%含量kmol/h 循環(huán)比 入塔氣和出塔氣組成 由：入塔氣量=新鮮氣量+循環(huán)氣量 得：入塔氣各組分組成：H2的含量： CO的含量：CO2的含量：N2的含量：Ar的含量：CH4的含量：CH3OH的含量：，組成如下： 入塔氣組成氣體CH3OHH 2COCO2N2ArCH4組成%含量kmol/h由：出塔氣量=入塔氣量—反應(yīng)中消耗量+反應(yīng)中生成量出塔氣各組分含量： 出塔氣組成氣體CH3OHH 2COCO2N2ArCH4(CH3)2OC4H9OHH2O組成%含量kmol/h306 甲醇分離器出口氣體組成分離器出口組分=馳放氣氣體組分+循環(huán)氣氣體組分分離器出口氣體各組分組成：H2的含量： CO的含量：CO2的含量：N2的含量：Ar的含量：CH4的含量：CH3OH的含量： 分離器出口氣體組成氣體CH3OHH 2COCO2N2ArCH4組成%含量kmol/h分離器出口液體組分=出塔氣組分分離器出口氣體組分，則各液體組分含量： 分離器出口液體組成氣體CH3OH(CH3)2OC4H9OHH2Omol組成%含量kmol/h306 貯罐氣組成 由粗甲醇中溶解氣體量可以計(jì)算貯罐氣組成。: 貯罐氣組成氣體H 2COCO2N2ArCH4組成%含量kmol/h5 熱量衡算 合成塔熱量衡算相關(guān)計(jì)算式全塔熱平衡方程式為：∑Q1 +∑Qr = ∑ Q2 + ∑Q3 +Q4 （）式中： Q1——入塔氣各氣體組分熱量，kJ/h Qr ——合成反應(yīng)和副反應(yīng)的反應(yīng)熱，kJ/h Q2 —— 出塔氣各氣體組分熱量，kJ/h Q3 ——合成塔熱損失，kJ/h Q4——蒸汽吸收的熱量，kJ/h∑Q1=∑（G1Cp1T1） （）式中： G1——入塔氣各組分流量，kmol/h；Cp1 ——入塔各組分的比熱容，kJ/（）；T1——入塔氣體溫度，k；∑Q2=∑（G2Cp2T2） （）式中： G2——出塔氣各組分流量kmol/h；Cp2 ——出塔各組分的熱容，kJ/（）；T2—— 出塔氣體溫度，k；∑Qr= Qr1 +Qr2 +Qr3+ Qr4+ Qr5 +Qr6 （）式中： QrQr2 、Qr Qr Qr5 、Qr——分別為甲醇、甲烷、二甲醚、異丁醇、水的生成熱，kJ/h；式中： Gr——各組分生成量，kmol/h；△H——生成反應(yīng)的熱量變化，kJ/mol 合成塔入塔熱量計(jì)算查《化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊》[17]、 組分氣體定壓熱容氣體CH3OHH 2COCO2N2ArCH4熱容kJ/（kmolk） 由 得入塔氣中各組分的熱量： 各組分帶進(jìn)合成塔的熱量氣體CH3OHH 2COCO2N2ArCH4熱容kJ/（kmolk） 含量kmol/h入塔熱量kJ/（hk）104106105104104104104則每小時(shí)入塔熱量： 所以總熱量 合成塔的反應(yīng)熱由得：各組分生成的熱量如下 甲醇合成塔內(nèi)反應(yīng)熱氣體CH3OH( CH3 )2OC4H9OHCH4CO生成熱kJ/mol－生成量kmol/h反應(yīng)熱kJ/h108105104106107則合成塔每小時(shí)生成的反應(yīng)熱： 合成塔出塔熱量計(jì)算查《化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊》、。 組分氣體定壓熱容氣體CH3OHH 2COCO2N2ArCH4熱容kJ/（kmolk） 由 得出塔氣中各組分的熱量： 各組分帶出合成塔的熱量氣體熱容kJ/（kmolk）含量kmol/h出塔熱量kJ/（hk）CH3OH105H 2105CO104CO2104N2104Ar104CH4105( CH3 )2OC4H9OHH2O306則，每小時(shí)出塔熱量： 總出塔熱量 合成塔熱量損失假設(shè)合成塔的熱量損失為5%，則損失的這部分能量的值為： 蒸汽吸收的熱量全塔熱平衡方程式為：∑Q1 +∑Qr = ∑ Q2 + ∑Q3 +Q4 得：蒸汽吸收的熱量為： 水蒸氣入口溫度為200℃，出口溫度為224℃，查《化工工藝設(shè)計(jì)手冊》得：（kgK)，則由 得：水蒸氣的用量： 合成塔的熱量平衡表氣體氣體顯熱反應(yīng)熱熱損失蒸汽吸收合計(jì)入塔氣kj/h108108108出塔氣kj/h108107108108 合成氣換熱器的熱量衡算 合成氣入換熱器的熱量入換熱器的合成氣溫度為60℃，查《化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊》得各組分的比熱容，由，計(jì)算得各組分帶進(jìn)換熱器的熱量如下表所示： 合成氣帶進(jìn)的熱量氣體CH3OHH 2COCO2N2ArCH4熱容kJ/（kmolk）含量kmol/h帶進(jìn)熱量kJ/（hk）104106105105104104105則每小時(shí)的熱量： 合成氣帶進(jìn)換熱器的總熱量： 合成氣出換熱器的熱量由工藝流程可知，合成氣出換熱器的熱量與入合成塔的熱量相等，則合成氣出換熱器的熱量為： 換熱器的熱量衡算 入換熱器的出合成塔氣熱量由工藝流程可知，在忽略管路熱損失的條件下，入換熱器的出合成塔氣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熱量為： 出換熱器的出合成塔氣熱量由換熱器的熱量衡算得：出合成塔氣進(jìn)入換熱器后能量降低，降低的這部分能量用于入換熱器的合成氣的加熱，即合成氣熱量的增值等于出合成塔氣熱量的減少值。 由此可得：出換熱器的出合成塔氣體熱量為：，溫度為85℃。 水冷器的熱量衡算 入水冷器的熱量由工藝流程得：出換熱器的出合成塔氣體等于入水冷器的熱量即： 出水冷器的熱量出換熱器的出合成塔氣體經(jīng)水冷器進(jìn)一步冷卻后，溫度由85℃降至40℃。甲醇以氣、液兩種相態(tài)存在，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?dú)狻鍤狻⒓淄橐詺鈶B(tài)形式存在，查《化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊》的各組分在4MPa、40℃時(shí)的比熱容及帶出的熱量如下表所示： 各組分帶出水冷器的熱量組分熱容kJ/（kmolk）含量kmol/h出塔熱量kJ/（hk）CH3OH（氣相）104H 2105CO104CO2104N2104Ar104CH4104( CH3 )2O