物料衡算教学文稿.doc
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1、物料衡算精品文档煤制甲醇物料衡算1 合成过程的反应方程主反应:CO+2H2CH3OH (式4.1) CO2+3H2=CH3OH +H2O (式4.2)副反应:2CO+4H2(CH3)2O+H2O (式4.3)CO+3H2CH4+H2O (式4.4)4CO+8H2C4H9OH+3H2O (式4.5)CO2+H2CO+ H2O (式4.6) 由于合成反应中甲醇主要由一氧化碳合成,二氧化碳主要发生逆变反应生成一氧化碳,且入塔气中二氧化碳的含量一般不超过5%,所以计算中忽略反应(2)。.2 合成塔物料衡算已知年产精甲醇50万吨,每年以330个工作日计算。考虑到粗甲醇精制过程中有一定的损耗,为保证设计的
2、生产任务,合成工段的物料衡算以粗甲醇最终重量55万吨计算。表4.1 粗甲醇组分质量百分数组成CH3OH(CH3)2OC4H9OHH2O含量/%92.990.1980.0286.784每小时各组分产量: 工业生产中测得低压时,每生产一吨粗甲醇就会产生1.52 m3 (标况),即0.34 kmol的甲烷。故CH4每小时产量为: 查甲醇生产技术及进展,在5.06MPa,40时各组分在甲醇中的溶解度如下表.2 每吨粗甲醇中合成气溶解情况组分H2COCO2N2ArCH4溶解量(Nm3/t粗甲醇)4.3640.8157.7800.3650.2431.680 粗甲醇中溶解的气体量: 根据测定,40时液态甲醇
3、中释放CO、CO2、H2等混合气中每立方米含37. 14 g甲醇,假定溶解气全部释放,则甲醇扩散损失为: 3 合成反应中各气体消耗和生产量查甲醇工艺学,驰放气组成如下:表4.3 驰放气组成气体CH3OHH2COCO2N2ArCH4Mol%0.6178.316.293.513.192.305.79表4.4 合成反应中消耗原料情况消耗项消耗原料气组分/kmol/hCOCO2H2反应(1)2018.012-4036.024反应(3)5.978-11.956反应(4)23.611-70.833反应(5)1.052-2.104反应(6)(234.339)234.339234.339注:括号内的为生成量;
4、反应(1)项不包括扩散甲醇和弛放气中甲醇消耗的原料气量表4.5 合成反应中生成物情况生成项生成物组分/kmol/hCH4CH3OH(CH3)2OC4H9OHH2O反应(1)-2018.012-反应(3)-2.989-2.989反应(4)23.611-23.611反应(5)-0.2630.789反应(6)-234.339表4.6 其他原料气消耗消耗项消耗原料气组分/kmol/hCOCO2H2N2ArCH4粗甲醇中溶解2.52724.12013.5291.1320.7535.208扩散的甲醇1.229-2.458-驰放气0.0629G0.0351G0.7831G0.0319G0.023G0.057
5、9G驰放气中甲醇0.0061G-0.0122G-注:G为驰放气的量.4 新鲜气和驰放气量的确定由工艺流程可知,各组分的消耗总量与新鲜气的进料量相等。各组分等量关系如下:CO的消耗总量: H2的消耗总量: CO2的消耗总量:N2的消耗总量:Ar的消耗总量:CH4的消耗总量: 由此可得新鲜气体中各气体流量,如下表:表4.7 新鲜气组成组分单位COCO2H2N2ArCH4含量kmol/h1818.07+0.069G258.459+0.0351G4371.243+0.7953G1.132+0.0319G0.753+0.023G5.208+0.0579G总计6454.865+1.0122G新鲜气(合成气
6、)中惰性气体(N2 + Ar+CH4)百分比保持在0.41%,反应过程中惰性气体的量保持不变,(N2 + Ar+CH4)=7.093+0.1128G, 则解得, 即驰放气的量为178.297kmol/h ,由此可得到新鲜气的量为G新鲜=6635.337kmol/h所以驰放气的组成如下表4.8 驰放气组成气体CH3OHH2COCO2N2ArCH4组成%0.6178.316.293.513.192.305.79含量kmol/h1.088139.62411.2156.2585.6884.10110.323新鲜气(合成气)组成如下表4.9 新鲜气 (合成气) 组成气体CH4H2COCO2N2Ar组成%
7、0.0567.9928.453.080.2510.179含量kmol/h3.3184511.3661887.753204.36816.65511.8775 循环气气量的确定即:整理的:合成塔出塔气甲醇含量为5.84%,由甲醇的物料守恒得:解得:表4.10 循环气组成气体CH3OHH2COCO2N2ArCH4组成%0.6178.316.203.513.192.305.80含量kmol/h219.98128240.4722268.3261225.7911150.391829.4352088.013 循环比6 入塔气和出塔气组成 由:入塔气量=新鲜气量+循环气量 得:入塔气各组分组成:H2的含量:C
8、O的含量:CO2的含量:N2的含量:Ar的含量:CH4的含量:CH3OH的含量:入塔气总量为42697.746kmol/h,组成如下:表4.11 入塔气组成气体CH3OHH 2COCO2N2ArCH4组成%0.51576.7069.7343.4432.7331.9704.898含量kmol/h219.98132751.8384156.0791470.1591167.046841.3122091.331由:出塔气量=入塔气量反应中消耗量+反应中生成量出塔气各组分含量:CH3OH的含量:H2的含量: CO的含量:CO2的含量:N2的含量:Ar的含量:CH4的含量:H2O的含量:(CH3)2O的含量
9、:C4H9OH的含量:出塔气总量为38562.65kmol/h表4.12 出塔气组成气体CH3OHH 2COCO2N2ArCH4(CH3)2OC4H9OHH2O组成%5.8173.606.013.203.032.185.480.00780.000680.68含量kmol/h2240.3128380.5952317.6451235.8201167.046841.3122114.9422.9890.263261.7287 甲醇分离器出口气体组成分离器出口组分=驰放气气体组分+循环气气体组分分离器出口气体各组分组成:H2的含量:CO的含量:CO2的含量:N2的含量:Ar的含量:CH4的含量:CH3O
10、H的含量:分离器出口气体总量为36200.706kmol/h,各组分含量如下:表4.13 分离器出口气体组成气体CH3OHH 2COCO2N2ArCH4组成%0.6178.406.303.403.192.305.80含量kmol/h221.06928380.0962279.5411272.0491156.079833.5362098.336分离器出口液体组分=出塔气组分-分离器出口气体组分,则各液体组分含量:分离器液体总量为2284.221kmol/h,各组分含量如下:表4.14 分离器出口液体组成气体CH3OH(CH3)2OC4H9OHH2Omol组成%88.400.130.01211.46
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