【正文】 4 K g h = 粗甲醇和新鮮原料氣的組成含量及摩爾質(zhì) 量見 表 21 到表 23： 表 21 粗甲醇 組成 組 分 CH3OH (CH3)2O C4H9OH H2O 含量（ Wt %） 表 22 新鮮氣組成 組 分 CO CO2 H2 CH4 N2 含量（ V %） 表 23 各物質(zhì)的摩爾質(zhì)量 組分 CO CO2 H2 CH4 N2 CH3OH (CH3)2O C4H9OH H2O 摩爾質(zhì)量（ g/mol） 28 44 2 16 28 32 46 74 18 根據(jù)粗甲醇各組分及含量，算得各組分的量為： 甲醇： 5 0 5 0 .5 1 9 3 .1 2 % 4 7 0 3 .0 4 /k g h?? 即 4 7 0 3 .0 4 3 2 1 4 6 .9 7 /L km o l h? ? ? 二甲醚： 5 0 5 0 .5 1 0 .5 2 % 2 6 .2 2 /k g h?? 2 6 .2 2 4 6 0 .5 7 /A km ol h? ? ? 異丁醇： 5 0 5 0 .5 1 0 .5 4 % 2 7 .3 8 /k g h?? 2 7 .3 8 7 4 0 .3 7 /I km ol h? ? ? 水： 5 0 5 0 .5 1 5 .8 2 % 2 9 3 .3 8 /k g h?? 2 9 3 .3 8 1 8 1 6 .3 3 /W km o l h? ? ? 上述計算結(jié)果見表 24 表 24 粗甲醇物料表 組 分 CH3OH (CH3)2O C4H9OH H2O 合計 kg/h wt% kmol/h mol% MPa， 40℃時各組分在甲醇中的溶解度 列 于表 25 表 25各物質(zhì)在甲醇中溶解度 組 分 CO CO2 H2 CH4 N2 溶解度（ Nm3/t 粗甲醇 ） 以 一小時為基準則一氧化碳在甲醇中的摩爾溶解量為： /pC kmol h? 同理二氧化碳、氫氣、甲烷、氮氣在甲醇中的摩爾溶解度依次為： /pK kmol h? 0. 98 /pH kmol h? /pM kmol h? /pN kmol h? 現(xiàn)將其列為表格形式，見 表 26： 表 26各物質(zhì)在甲醇中溶解量 組 分 CO CO2 H2 CH4 N2 合計 溶解量（ /kmol h ） 溶解量（ kg/h） 合成工段物料衡算 合成甲醇主反應方程式為： 232 H CO CH OH?? 可能的副反應主要有： 2 2 2H C O C O H O? ? ? ? ?2 3 2 242H C O C H O H O? ? ? 2 4 23C O H C H H O? ? ? 2 4 9 24 8 3C O H C H O H H O? ? ? 上述個反應均為可逆反應。利用惰性氣體在循環(huán)氣中的含量 i來建立兩個方程式： nK + mK = i （ 27） CK + hK + KK = 1— i （ 28） 聯(lián)立上述八個方程，得到兩個輔助變量 D、 B： F F FP P P PF( C + H ) + 4mD = C + H + 3 L + 6A + 12 I + 4M N n— F FP P P FKMB = M + A + 3 I + N K Wn — — — 上例各式中的符號意義： V—— 生成一噸粗甲醇的氣體總體積， kmol/h； N—— 氮量， kmol/h； n—— 氮氣含量， V% Ku—— 參加反應的 CO2的量， kmol/h； K—— CO2量， kmol/h； k—— CO2含量， V%； M—— 甲烷的生成量， kmol/h； m—— 甲烷含量， V%； H—— 氫氣量， kmol/h； h—— 氫氣含量， V%； C—— CO 的量， kmol/h； c—— CO 含量， V%； L—— 甲醇量， kmol/h； A—— 二甲醚量， kmol/h； I—— 異丁醇的量， kmol/h； W—— 生成的水量， kmol/h ； i—— 循環(huán)氣中氮氣的百分數(shù)， V%； 符號腳注表示： P—— 產(chǎn)物 ； K—— 循環(huán)氣； F—— 新鮮氣； i的經(jīng)驗范圍值為 15% ～ 25%，取 i = 20%，則 FF FP P P P F( c + h ) + 4 mD = C + H + 3 L + 6 A + 1 2 I + 4 M Nn 24. 25% + 66 .5% + 4 %= 6 + 0. 98 + 3 146 .97 + 6 7 + 12 7 + 4 8 0. 08 %?? ? ? ? ? = FFF P P P kmB = M + A + 3 I + N K Wn 3. 05 % 2. 10 %0. 38 0. 57 3 0. 37 0. 08 1. 75 16 .3 %??? ? ? ? ? ? ? ????? = 根據(jù)經(jīng)驗，設循環(huán)氣中二氧化碳的含量 kK =%，由此知循環(huán)氣中氮氣含量為： kFF F F F F F Fk K ( 1 + 3i K ) B ( i K ) Dn = n ( c + h + 4m + 4n ) B ( n + m k ) D ( 1 3 0 . 2 0 3 . 0 5 % ) ( 1 5 . 5 6 ) ( 0 . 2 3 . 0 % ) 4 5 0 . 3 8 4 . 1 0 % ( 2 4 . 2 5 % 6 6 . 5 0 % 4 2 . 1 0 % 4 4 . 1 0 % ) ( 1 5 . 5 6 ) ( 4 . 1 0 % 2 . 1 0 % 3 . 0 5 % ) 4 5 0 . 3 8? ? ? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? % 由 （ 27）式知， mk =ikn=% =% 馳放氣的量 : KF F F FKF kDV = c + h + 4 m + 4 nn 1 + 3 i kn? ( ) 4 5 0 .3 8= ( 2 4 .2 5 % + 6 6 .5 0 % + 4 2 .1 0 % + 4 4 .1 0 % )1 2 .8 7 % 1 + 3 0 .1 7 5 3 .2 0 %4 .1 0 %?? ? ( )= 新鮮氣加入量 : kPFKFF nNV = V nn? 12 .8 7% 0. 08= 2 18 .9 4 4. 10 % 4. 10 %?? = kmol/h Lurgi 工藝新鮮氣與循 環(huán)氣之比為 1: 5，故循環(huán)氣的量為： 5 VF = 5? = ； 甲烷的生成量： K K P F F M = V M + M V M? ? ? = 2 1 8 . 9 4 7 . 1 3 + 0 . 3 8 6 8 9 . 2 5 2 . 1 0 %? ? ? = 進行逆變換反應消耗的 CO2的量： uK = W ( A + M + 3 I )? = 1 6 . 3 3 ( 0 . 5 7 + 1 . 5 2 + 3 0 . 4 1 )?? = kmol/h 新鮮原料氣中一氧化碳的量 K K u PF FC V ( K C L 2 A M 4 I ) C = V? ? ? ? ? ? ? K C 21 8. 94 ( 1 3. 02 0 .1 6 14 6. 97 2 0. 57 1. 52 4 0. 41 ) 2 4. 25 % = ? ? ? ? ? ? ? ? ? 解得循環(huán)氣中一氧化碳的含量： CK =% 由（ 29）式 CK + Kh + kK = 1? i 帶入數(shù)據(jù)知循環(huán)氣中氫氣的含量： Kh= % 由于此物料衡算方法選用試差法，故需要核算。因此，試差成功，上述計算有效。 由生產(chǎn)經(jīng)驗 ② 知， 5MPa、 40℃下，年產(chǎn) 4 萬噸粗甲醇在氣液分離設備中，粗甲醇中各組分的揮發(fā)量依次為：甲醇 、甲醚 、水 ,異丁醇在該條件下幾乎不揮發(fā)，故其揮發(fā)量取 ： + + + 0 = 粗甲醇中各物質(zhì)揮發(fā)量見 表 28 表 28 液相粗甲醇中各組分的揮發(fā)量 組 分 CH3OH (CH3)2O C4H9OH H2O 合計 揮發(fā)量（ kmol/h） 0 計算表明弛放氣與循環(huán)氣的比值不到 7%，因此弛放氣中揮發(fā)組分的量可以忽略，故不考慮揮發(fā)相時弛放氣與循環(huán)氣之比近似為： 2 1 8 .9 4 6 .4 1 %3 4 4 6 .2 5 2 8 .0 4?? ????? 因此考慮揮發(fā)相時弛放氣與循環(huán)氣之比近似為： 21 4 + 28 .04 1% 1%34 46 .25 ??? ????? 由此得弛放氣中甲醇的量為 6 .4 12 3 .7 9 1 .4 3 /1 0 6 .4 1 km o l h?? 同理，弛放氣中甲醚和水的量依次為 /kmol h 、 /kmol h 不考慮揮發(fā)量馳放氣中各氣體的摩爾流量為： 馳放氣的總量 VK = /kmol h