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1、 第四章 精甲醇生产工艺计算工艺计算作为化工工艺设计，工艺管道，设备的选择及生产管理，工艺条件选择的主要依据，对平衡原料，产品质量，选择最佳工艺条件，确定操作控制指标，合理利用生产的废料，废气，废热都有重要作用。4.1 甲醇合成塔的物料能量衡算4.1.1 合成塔物料平衡计算已知：年产50000吨精甲醇，每年以300个工作日计算，损耗按0.3%计算。则年实际生产精甲醇50150吨。精甲醇中甲醇含量(wt)：99.95%粗甲醇组成(wt)：Lurgi低压合成工艺甲醇：93.89%轻组分以二甲醚(CH3)2O计：0.188%重组分以异丁醇C4H9OH计：0.026%水：5.896%所以：时产精甲醇：
2、Kg/h 时产粗甲醇：Kg/h根据粗甲醇组分，算得各组分的生成量为：甲醇： 6944.44 Kg/h 216.74kmol/h 4855.0 Nm3/h二甲醚：13.90 Kg/h 0.302kmol/h 6.77 Nm3/h异丁醇：1.92 Kg/h 0.026kmol/h 0.58 Nm3/h水： 432.4 Kg/h 24.02kmol/h 538.1 Nm3/h合成甲醇的化学反应为：、主反应：CO+2H2 CH3OH+102.37 KJ/mol 副反应：2CO+4H2 (CH3)2O+H2O+200.39 KJ/mol CO+3H2 CH4+H2O+115.69 KJ/mol 4CO+
3、8H2 C4H9OH+3H2O+49.62 KJ/mol CO2+H2 CO+ H2O-42.92 KJ/mol 生产中，测得每生产1吨粗甲醇生成甲烷7.56 Nm3,即0.34kmol，故CH4每小时生成量为：7.567.39266=55.889 Nm3，即2.495kmol/h，39.920 Kg/h。忽略原料气带入份，根据、得反应生成的水的量为：24.02-0.302-0.00783-2.495=21.145kmol/h，即在CO逆变换中生成的H2O为21.145kmol/h，即473.648 Nm3/h。5.06Mpa，40时各组分在甲醇中的溶解度列表于表4-1表4-1 5.06Mpa
4、，40时气体在甲醇中的溶解度组分 H2 CO CO2 N2 CH4溶解度 Nm3/t甲醇 0 0.682 3.416 0.341 0.682 Nm3/h 0 1.008 5.501 0.504 1.008 甲醇生产技术及进展华东工学院出版社.1990据测定：35时液态甲醇中释放CO、CO2、H2等混合气中每m3含37.14 g甲醇，假定溶解气全部释放，则甲醇扩散损失为：(1.008+5.501+0.504+1.008)=0.298kg/h即0.0093kmol/h，0.208Nm3/h。根据以上计算，则粗甲醇生产消耗物料列表4-2及生成物料列表4-3。 表4-2 甲醇生产消耗物料和生成物量及组
5、成消耗方式 单位反应生 Kmol/h成甲醇 Nm3/h反应生 Kmol/h成二甲醚 Nm3/h反应生 Kmol/h成甲烷 Nm3/h反应生 Kmol/h成异丁醇 Nm3/h反应CO2 Kmol/h逆变换 Nm3/h气体溶解 Nm3/h扩散损失 Nm3/h合计 Nm3/h消耗组成 %(v) 消耗物料 合计 CO H2 CO2 N2 消耗216.74 433.48 4855.0 9710 145650.604 1.208 13.54 27.08 40.62 2.495 4.9955.889 111.778 167.668 0.104 0.208 2.33 4.66 6.99（21.145） 21.
6、145 21.145 （473.648） 473.648 473.648 473.6481.008 0 5.051 0.504 6.563 0.208 0 0.416 0.6245401.6 10327.2 479.115 0.504 16208.4 33.3 63.71 2.96 0.031 消耗方式 单位反应生 Kmol/h成甲醇 Nm3/h反应生 Kmol/h成二甲醚 Nm3/h 反应生 Kmol/h成甲烷 Nm3/h反应生 Kmol/h成异丁醇 Nm3/h反应CO2 Kmol/h逆变换 Nm3/h气体溶解 Nm3/h扩散损失 Nm3/h合计 Nm3/h生成质量 Kg/h生成组成 %(w
7、t) 生成物料 合计CH4 CH3OH C4H9OH (CH3)2O H2O 生成216.744855.04855.0 0.302 0.302 6.77 6.77 13.542.495 2.495 55.88955.889 111.7780.0780.581.7472.329 21.145473.648 473.6481.008 （0.208）0.20854.881 4855.208 0.58 6.77 538.1 5455.56944.71.92 13.90 432.4 7393 93.89 0.026 0.188 5.896 100设新鲜气量为G新鲜气,驰放气为新鲜气的9%1，驰放气组成与
8、循环气相同。见表4-3。 表4-3驰放气组成组分 H2 CO CO2 CH4 N2 CH3OH H2OMol % 79.31 6.29 3.50 4.79 5.49 0.61 0.01 甲醇生产技术及进展华东工学院出版社.1990G新鲜气G消耗气+G驰放气所以：G新鲜气G消耗气+0.09 G新鲜气= 15261.11+0.09 G新鲜气 则 G新鲜气=16770.5 Nm3/h新鲜气组成见表4-4 表4-4甲醇合成新鲜气组成组分 H2 CO CO2 CH4 N2总计Nm3/h11558.235560.38556.7821.8050.9817748.17组成mol%65.1231.333.120
9、.120.29100测得：甲醇合成塔出塔气中含甲醇7.12%。根椐表4-2、表4-4，设出塔气量为G出塔。又知醇后气中含醇0.61%。所以有： =7.12% G醇后=G出塔-(G醇G副G扩)+GCH4 = G出塔-5400.61所以：G出塔74071.6Nm3/hG循环气= G出塔-(G醇G副G扩)+GCH4-G驰放气 =74071.6-5456.5+55.89-16770.50.09 =67161.6 Nm3/h甲醇生产循环气量及组成见表4-5 表4-5 甲醇生产循环气量及组成组分COCO2H2N2CH4CH3OHH2O合计流量：Nm3/h4224.52350.753265.73687.23
10、217388.616.7167140.4组 成%(V) 6.293.5079.315.494.790.610.01100G入塔= G循环气+G新鲜气= 67161.6+16770.5=83932.1 Nm3/h由表4-4及表4-5得到表4-6。 表4-6 甲醇生产入塔气流量及组成单位：Nm3/h组分COCO2H2N2CH4CH3OHH2O合计流量：Nm3/h9794.882904.1644683738.23238.8388.615.8883932.1组成(V)%11.673.4676.814.1173.860.4630.007100又由G出塔= G循环气-G消耗G生成据表4-2、4-6、得表4-7。组分COCO2H2N2CH4入塔9794.882904.164468.253738.23238.8消耗5401.6478.710327.20.5041.008生成
