【正文】 （ 33） 4CO+8H2?C4H9OH+3H2O+ KJ/mol （ 34） CO2+H2?CO+ KJ/mol （ 35） （ 2）根據(jù)粗甲醇組分 ， 算得各組分的生成量 如下表所示 ： 表 各組分流量 組分 質(zhì)量流量 摩爾流量 體積流量 甲醇 二甲醚 異丁醇 水 （ 3)生產(chǎn)中 ， 測得每生產(chǎn) 1 噸粗甲醇生成甲烷 Nm3， 即 醇。故 CH4 每小時生成量為： ?即 ， Kg/h。 （ 4）忽略原料氣帶入的水份 ， 根據(jù) （ 32）（ 33）（ 34）得反應(yīng)（ 35）生成的水的量為： ?=即在 CO 逆變換中生成的 H2O 為 ， 即 。 （ 5） 由《化工設(shè)計習(xí)題集》附錄查表 ]22[ ， 壓力為 ， 溫度為 40℃ 時 ， 各組分在甲醇中的溶解度如表 所示 表 氣 體在甲醇中的溶解量 組分 H2 CO CO2 N2 Ar CH4 溶解量 Nm3/t 甲醇 Nm3/h 0 0 （ 6）據(jù)測定： 40℃ 時液態(tài)甲醇中釋放的 CO、 CO H2 等混合氣中每 m3 含 g 甲醇 ，假定溶解氣全部釋放 ， 則甲醇擴散損失為： (++++)? =即 ， 。 16 根據(jù)以上計算 ， 則粗甲醇生產(chǎn)消耗量及生產(chǎn)量及組成列表 。 表 甲醇生產(chǎn)消耗和生成物量及組成 消耗 方式 單位 消耗物料量 生成物料量 合計 CO H2 CO2 N2 CH4 CH3OH C4H9OH (CH3)2O H2O 消耗 量 生成 量 （ 31）式 kmol/h Nm3/h （ 32）式 kmol/h Nm3 （ 33）式 kmol Nm3 （ 34）式 kmol Nm3 （ 35）式 kmol () Nm3 () 氣體溶解 Nm3 擴散損失 Nm3 () 合計 Nm3 消耗組成 %(v) 100 生成物 量 kg 生成組成 %(wt) 100 (7)為避免惰性氣體的積累 ， 必須將部分循環(huán)氣從反應(yīng)系統(tǒng)排出作為弛放氣 ， 以使反應(yīng)系統(tǒng)中惰性氣體含量保持在一定濃度范圍。設(shè)新鮮氣量為 G 新鮮氣 ， 馳放氣為新鮮氣的 9% ]23[ ，馳放氣組成與循環(huán)氣相同。見表 。 表 馳放氣組成 組分 H2 CO CO2 CH4 N2 Ar CH3OH H2O mol% G 新鮮氣 ＝ G 消耗氣 +G 馳放氣 所以： G 新鮮氣 ＝ G 消耗氣 + G 新鮮氣 =+ G 新鮮氣 G 新鮮氣 = 17 G 馳放氣 ＝ Nm3/h 新鮮氣組成見表 表 甲醇合成新鮮氣量及組成 組分 H2 CO CO2 CH4 N2 Ar 總計 流量 Nm3 組成 mol% 100 (8)甲醇合成塔循環(huán)氣量的計算 測得甲醇合成塔出塔氣中含甲醇 %。根椐表 4， 設(shè)出塔氣量為 G 出塔 。又知醇后氣中含醇 %。 所以有：出塔G G 醇后% 1 3 7 8 ? =% G 醇后 = G 出塔 (G 醇 ＋ G 副 ＋ G 擴 )+GCH4 = G 出塔 （ ++） + = G 出塔 Nm3/h 所以： G 出塔 ＝ G 循環(huán)氣 = G 出塔 (G 醇 ＋ G 副 ＋ G 擴 )+GCH4G 馳放氣 =（ ++） + =表 甲醇生產(chǎn)循環(huán)氣量及組成 組分 CO CO2 H2 N2 CH4 Ar CH3OH H2O 合計 流量 Nm3/h 組成 %(V) 100 (9)甲醇合成塔入塔氣量的計算 根據(jù) G 入塔 = G 循環(huán)氣 +G 新鮮氣 所以 G 入塔 =+ = Nm3/h 18 由表 及表 得到表 。 表 甲醇合成塔入塔氣流量及組成 組分 CO CO2 H2 N2 CH4 Ar CH3OH H2O 合計 流量 Nm3/h 組成 (V)% 100 （ 10）甲醇合成塔出塔氣量的計算 由 G 出塔 = G 入塔氣 G 消耗 ＋ G 生成 根據(jù)表 及 ， 得表 。 表 甲醇合成塔出塔氣流量及組成 （單位： Nm3/h ） 組分 CO CO2 H2 N2 CH4 Ar CH3OH H2O C4H9OH (CH3)2O 合計 入塔 消耗 生成 出塔 組成(V)% 100 (11)根據(jù)上述結(jié)果，可得甲醇合成塔物料平衡數(shù)據(jù)如下表 表 甲醇合成塔物料平衡數(shù)據(jù)表 組成 進料 出料 Kg/h % Kmol/h % Kg/h % Kmol/h % CO CO2 H2 N2 19 CH4 Ar CH3OH C4H9OH (CH3)2O H2O 合計 100 100 100 100 (12)粗甲醇在中間儲槽減壓放出的馳放氣量與組成如下表 表 甲醇儲罐氣流量及組成 組成 CO CO2 H2 CH4 Ar CH3OH N2 合計 流量Nm3/h 0 組成(V)% 100 （ 13）由上述計算可得，甲醇分離器出口氣體和液體產(chǎn)品的流量、組成見表 。 表 甲醇分離器出口氣體和液體組成、流量 （ 單位： Nm3/h） 組分 CO CO2 H2 N2 CH4 Ar CH3OH C4H9OH (CH3)2O H2O 合計 損失 出氣 組成(V)% 100 出液 組成mol% 100 重量kg 組成(wt)% 100 （ 14） 匯總物料平衡各過程 ， 得平衡匯總表 如下 20 表 甲醇生產(chǎn)物料平衡匯總表 組分 新鮮氣 入塔氣 循環(huán)氣 出塔氣 儲罐氣 流量 組成 流量 組成 流量 組成 流量 組成 流量 組成 Nm3 (v)% Nm3 (v)% Nm3 (v)% Nm3 (v)% Nm3 (v)% CO CO2 H2 0 0 N2 Ar CH4 CH3OH C4H9OH 微 (CH3)2O H2O 微 / 合計 100 100 100 100 100 熱量衡算 合成塔的熱平衡計算 已知條件：（ 1）合成塔入塔氣溫度為 225℃ ， 出塔氣溫度為 255℃ ， 殼層走 4MPa 的沸水。 （ 2）冷卻上水溫度為 20℃ ， 冷卻回水溫度為 35℃ 。 （ 3）甲醇合成工段系統(tǒng)熱損失為 4% ]24[ 。 全塔熱平衡方程式為： ∑Q1 + ∑Qr = ∑Q2 + ∑Q3+ Q （ 36） 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。 21 又有 ∑Q1=∑（ G1Cm1Tm1） （ 37） 式中： G1——入塔氣各組分流量 ， m3/h； Cm1 ——入塔各組分的比熱容 ， kJ/（ ）； Tm1——入塔氣體溫度 ， k； ∑Q2=∑（ G2Cm2Tm2） （ 38） 式中： G2——出塔氣各組分流量 m3/h； Cm2 ——出塔各組分的熱容 ， kJ/（ ）； Tm2—— 出塔氣體溫度 ， k； 又 ∑Qr= Qr1 +Qr2 +Qr3+ Qr4+ Qr5 （ 39） 式中： Qr Qr2 、 Qr Qr ——分別為甲醇、二甲醚、異丁醇、甲烷的生成熱 ，kJ/h； Qr5——二氧化碳逆變反應(yīng)的反應(yīng)熱 ， kJ/h Qr=Gr△ Hr （ 310） 式中： Gr——各組分生成量 ， kmol/h； △ Hr ——生成反應(yīng)的熱量變化 ， kJ/mol 查手冊 ]21[ ， 通過計算可以得到 ， 225℃ 時各入塔氣氣體的熱容 ， 根據(jù)表 所得 的入塔氣各氣體組分量 ， 算得甲醇合成塔入塔熱量如下 表： 表 甲醇合成塔入塔熱量 氣體 CH3OH H 2 CO CO2 N2 Ar CH4 合計 熱容 kJ/（ ） 氣量 kmol /h 入塔熱量 kJ/（ ） 根據(jù)計算條件 ， 入塔溫度為 225℃ ， 所以總熱量 ∑Q1== 在甲醇合成塔中 ， CO、 CO H2 按 反應(yīng) (1) (2)(3) (4) (5) 生成甲醇、二甲醚、異丁醇、甲烷 ， 二氧化碳還原成一氧化碳和水 ， 產(chǎn)生的熱量如下表 : 22 表 甲醇合成塔內(nèi)反應(yīng)熱 氣體 CH3OH ( CH3 )2O C4H9OH CH4 CO 合計 生成熱 kJ/mol － 流量 kmol /h 反應(yīng)熱 kJ/h － 即反應(yīng)熱 ∑Qr = 塔 氣體總熱量計算 查手冊 ]24[ ， 通過計算得甲醇合成塔出口狀態(tài)下各組分的熱容 ， 根據(jù)表 中出塔氣的各組分量 ， 算得甲醇合成塔出塔熱量如下表 表 甲醇合成塔出塔氣體組分熱容和熱量 氣體 H 2 CO CO2 N2 Ar CH3OH 熱容 kJ/（ ）