【正文】 及組成見表 表 甲醇生產(chǎn)循環(huán)氣量及組成 組分 CO CO2 H2 N2 CH4 CH3OH H2O 合計 流量：Nm3/h 組成 %(V) 100 G 入塔 = G 循環(huán)氣 +G 新鮮氣 =+ = Nm3/h 14 由表 及表 得到表 。 表 甲醇生產(chǎn)入塔氣流量及組成 單位： Nm3/h 組分 CO CO2 H2 N2 CH4 CH3OH H2O 流量：Nm3/h Kmol/h 組成(V)% 又由 G 出塔 = G 循環(huán)氣 G 消耗 ＋ G 生成 據(jù)表 、 、得表 。 表 甲醇生產(chǎn)出塔氣流量及組成 單位： Nm3/h 組分 CO CO2 H2 N2 CH4 CH3OH H2O C4H9OH (CH3)2O 入塔 消耗 生成 出塔 分離器物料衡算 甲醇分離器出口氣體和液體產(chǎn)品的流量、組成見表 。 15 甲醇合成塔 分離器 貯 罐 冷 凝 表 甲醇分離器出口氣體組成、流量：單位： Nm3/h 組分 CO CO2 H2 N2 CH4 CH3OH C4H9OH (CH3)2O H2O 損失 8 0 出氣 14102 89 16250 42 出液 56 組成mol% 重量kg 8 根椐計算結(jié)果，可畫出甲醇生產(chǎn)物流圖，如：圖 甲醇生產(chǎn) 流程 圖 甲醇生產(chǎn) 流程 圖 16 甲醇生產(chǎn)的能量平衡計算 合成塔熱量衡算 ① 計算公式 全塔熱平衡方程為： Q r ???? ???? 321 ( 31) 式中： 1Q — 入塔氣各氣體組分焓， kJ/h rQ — 合成反應(yīng)和副反應(yīng)的反應(yīng)熱， kJ/h 2Q — 出塔氣各氣體組分焓， kJ/h 3Q — 合成塔熱損失， kJ/h Q — 沸騰水吸收熱量， kJ/h ?? ??? )( 1111 mm TCGQ (32) 式中： 1G — 入塔氣各組分流量， hm/3 1mC — 入塔氣各組分的比熱容， kJ/( km?3 ) 1mT — 入塔氣體溫度， K ?? ??? )( 2222 mm TCGQ (33) 式中： 2G — 出塔氣各組分流量， hm/3 2mC — 出塔氣各組分的比熱容， kJ/( km?3 ) 2mT — 出塔氣體溫度， K 7654321 rrrrrrrr ???????? (34) 式中： 1rQ 、 2rQ 、 3rQ 、 4rQ 、 5rQ 、 6rQ — 分別為甲醇、二甲醚、異丁醇、甲烷、辛烷的生成熱， kJ/h 7rQ — 二氧化碳逆變反應(yīng)的反應(yīng)熱， kJ/h HGQ rr ??? (35) 17 式中： rG — 各組分生成量， kmol/h H? — 生成反應(yīng)的熱量變化， kJ/mol ② 入塔熱量計算 通過計算可以得到 5MPa， C?225 時各入塔氣氣體的熱容，根據(jù)入塔氣各氣體組分量，算得甲醇合成塔入塔熱量如下表： 設(shè)入塔平均氣溫 T 入 =225℃ ，以 CO2為例計算 入塔熱 =入塔量 熱容 ==k = k 表 甲醇合成塔入塔熱量 氣體 熱容 kJ/(kmol k? ) 氣量 (kmol/h) 入塔熱量 kJ/( kh? ) 甲醇 氫氣 一氧化碳 二氧化碳 氮氣 甲烷 入塔熱量合計為 kJ/( kh? )， 所以 ?1Q =?=③ 塔內(nèi)反應(yīng)熱的計算 以甲醇反 應(yīng)為例： CO + 2H2 → CH 3OH + 反應(yīng)熱： Qr=生成熱 生成量 =103 =103KJ/h 18 表 甲醇合成塔內(nèi)反應(yīng)熱 氣體 生成熱 (kJ/mol) 生成量 (kmol/h) 反應(yīng)熱 (kJ/h) 甲醇 103 二甲醚 103 異丁醇 103 甲烷 103 一氧化碳 103 反應(yīng)熱合計 ?rQ =103kJ/h ④ 塔出口氣體總熱量計算 出塔熱 =出塔量 熱容 設(shè)出口溫度 T 出 =255℃ ，以 CO2為例計算： 出塔熱 = =k 表 甲醇合成塔出塔氣體組分熱容和熱量 氣體 熱容 KJ/（ Kmolk） 氣量 (kmol/h) 出塔熱量 KJ/(hk) 氫氣 一氧化碳 二氧化碳 氮氣 甲醇 甲烷 二甲醚 異丁醇 水 合計 1,54 出塔氣體溫度 255 C? ，即 則 2Q? = ?= 19 ⑤ 全塔熱量損失的確定 全塔熱損失為 4%，即3Q?=（r ?? ?1） ?4% =（ +64430190） ?4% =⑥ 沸騰水吸收熱量的確定 由公式（ 31）可得 Q= ???? ??? 321 r =表 全塔熱量衡算一覽表 氣體 入塔氣體（ kJ/h） 出塔氣體（ kJ/h） 氣體顯熱 反應(yīng)熱 64430190 損失熱 蒸汽吸收熱 合計 水冷器熱量衡算 ① 水冷器熱平衡方程： 54321 Q ???? 式中： 1Q — 入換熱器氣體顯熱， kJ/h 2Q — 氣體冷 放熱， kJ/h 3Q— 出水冷器氣體顯熱， kJ/h 4Q — 粗甲醇液體顯熱， kJ/h 5Q— 冷卻水吸熱， kJ/h 20 ② 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 熱容 kJ/(kmol k? ) 氣量 (kmol/h) 出塔熱量 kJ/( kh? ) 甲醇 氫氣 一氧化碳 二氧化碳 氮氣 甲烷 合計：水冷器出口氣體顯熱 ( kh? )；出口溫度 40 C? ,出口氣體顯熱 =?=③ 出水冷器的粗甲醇液體熱 量的確定 表 出塔氣在水冷器中冷凝放熱量 氣體 汽化熱 (kJ/kg) 冷凝量（ kg/h） 放熱量（ kJ/h） 二甲醚 異丁醇 水 甲醇 合計：水冷器中冷凝放熱量為 表 粗甲醇中各組分液體顯熱 氣體 液體比熱容 kJ/(kg C?? ) 流量 (kg/h) 熱量 kJ/(h C?? ) 二甲醚 異丁醇 水 甲醇 合計：粗甲醇中各組分液體顯熱 =(h C?? ),粗甲醇溫度 40 C? ，即， 3Q =?= 21 ④ 水冷器冷卻水吸收的確定 由水冷器熱平衡方程可得： 54321 Q ???? 即 5Q =+?? =⑤ 冷卻水用量的確定 入口冷卻水溫度 20 C? ,出口冷卻水溫度 35 C? ，平均比熱 (kg C?? )， 則)2035( ??=，即 52 ht/ 以上為年產(chǎn) 15 萬噸甲醇和成工藝中主要物料衡酸和熱量衡算。 22 第四章 .設(shè)備計算及選型 設(shè)備是化工工藝運作的載體，選擇合適的設(shè)備，對于提高生產(chǎn)率，降低原料，能是的消耗有著重要的作用。 甲醇合成塔設(shè)備工藝計算 （ 1）甲醇合成氣流量 據(jù)年產(chǎn) 24萬噸／年甲醇， 甲醇合成工段甲醇合成塔出塔氣中， 甲醇質(zhì)量流