物料衡算部分模板

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1、.4.1物料衡算4.1.1产品组成分析工厂设计为年产精甲醇 20 万吨，开工时间为每年330 天，采用连续操作，则每小时精甲醇的产量为 25.25（=200,000/330/24）吨，即 25.25 t/h。精馏工段通过三塔高效精馏工艺，精甲醇的纯度可达到 99.9%，三塔精馏工艺中甲醇的收率达 97%。则入预精馏塔的粗甲醇中甲醇量25.25/0.97=26.03t/h。由粗甲醇的组成通过计算可得下表：表 2粗甲醇组成组分甲醇二甲醚高级醇（以异丁醇计）高级烷烃（以辛烷计）水粗甲醇百分比产量93.40%813.50kmol/h即 18222.40m3/h0.42%0.26%0.32%5.6%10

2、0%2.53 kmol/h即 57.00 m3/h0.98kmol/h即 21.94 m3/h0.78kmol/h即 17.52m3/h86.72kmol/h即 1942.36m3/h27.87t/h注；设计中的体积都为标准状态下计算方法:粗甲醇=26.03/0.9340=27.87t/h二甲醚=27.870.42%=117.05kg/h 即 2.53kmol/h，57.00m3/h高级醇（以异丁醇计）=27.870.26%=72.48kg/h 即 0.98kmol/h，21.94m3/h高级烷烃（以辛烷计）=27.870.32%=89.22kg/h 即 0.78kmol/h，17.52m3/

3、h水=27.875.6%=1561.28kg/h 即 86.72kmol/h，1942.36m3/h4.1.2合成工段（1）合成塔中发生的反应:主反应 CO+2H2=CH3OH（1）CO2+3H2=CH3OH+H2O（2）副反应 2CO+4H2=（CH3O）2+H2O（3）.CO+3H2=CH4+H2O（4）4CO+8H2=C4H9OH+3H2O（5）8CO+17H2=C18H18+8H2O（6）CO2+H2=CO+H2O（7）（2）粗甲醇的合成工业生产中测得低压时，每生产一吨粗甲醇就会产生 1.52m3（标态）的甲烷，即设计中每小时甲烷产量为 1.90kmol/h，42.38m3/h。由于甲

4、醇入塔气中水含量很少，忽略入塔气带入的水。由反应（3）、（4）、（5）、（6）得出反应（2）、（7）生成的水分为；86.721.902.540.9830.788=73.06kmol/h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）。则反应（7）中二氧化碳生成了 73.06kmol/h，即 1636.54m3/h 的水和一氧化碳。（计算水汽变换反应）（3）粗甲醇中的溶解气体量粗甲醇中气体溶解量查表 5Mpa、40时，每一吨粗甲醇中溶解其他组成如下表：表 3吨粗甲醇中合成气溶解情况（已知）气体溶解量（m

5、3/t 粗甲醇）H24.364CO0.815CO27.780N20.365Ar0.243CH41.680则粗甲醇中的溶解气体量为：H2=27.874.364=121.64m3/h即 5.44kmol/hCO=27.870.815=22.72m3/h即 1.02kmol/hCO2=27.877.780=216.84m3/h即 9.68kmol/hN2=27.870.365=10.18m3/h即 0.46kmol/hAr=27.870.243=6.78m3/h即 0.30kmol/hCH4=27.871.680=46.82m3/h即 2.10kmol/h（4）粗甲醇中甲醇扩散损失.40时,液体甲醇

6、中释放的溶解气中,每立方米含有 37014g 的甲醇,假设减压后液相中除二甲醚外,其他气体全部释放出，则甲醇扩散损失：G=（121.64+22.72+216.84+10.18+6.78+46.82）0.03714=15.80kg/h即 0.50kmol/h，11.04m3/h（5）合成反应中各气体的消耗和生成情况表 4弛放气组成（已知给定条件）气体组成CH3OH0.61%H281.82%CO9.16%CO23.11%表 5合成反应中消耗原料情况（生成甲醇、异丁醇、二甲醚等所消耗）消耗项单位CO反应（1）反应（3）反应（4）反应（5）反应（6）反应（7）m3/hm3/hm3/hm3/hm3/hm

7、3/h16585.86114.0042.3887.74140.20（1636.54）1636.54CO2消耗原料气组分H233171.72228.00127.14175.52297.501636.54N2ArN23.21%Ar0.82%CH41.89%注：括号内的为生成量；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 6合成反应中生成物情况（根据上述两个表计算出）生成项单位CH4反应（1）反应（3）反应（4）反应（5）反应（6）反应（7）.生成物组分CH3OH16585.86（CH3O）257.00C4H9OH21.94C18H1817.52H2O57.0042.3865.8014

8、0.201636.54m3/hm3/hm3/hm3/hm3/hm3/h42.38.表 7其他情况原料气消耗（包括甲醇中溶解、扩散的甲醇、驰放气体、驰放气中的甲醇）消耗项单位CO粗甲醇中溶解扩散的甲醇弛放气m3/hm3/hm3/h22.7211.049.16%G驰放气中甲醇m3/h0.61%G注：G 为驰放气的量，m3/h。CO2216.843.11%G消耗原料气组分H2121.6422.1081.20%G1.22%GN210.183.21%GAr6.780.82%GCH446.821.89%G（6）新鲜气和弛放气气量的确定CO 的各项消耗总和=新鲜气中 CO 的量，即16585.86+114.

9、00+42.38+87.74+140.201636.54+22.72+11.04+0.61%G+9.16%G=15367.40+9.77%G同理，原料气中其他各气体的量=该气体的各项消耗总和，由此可得新鲜气体中各气体流量，如下表：表 8新鲜气组成（新鲜气量等于驰放气量与产物及其他消耗量）组分气量单位m3/hCO15367.40+9.77%G新鲜气m3/hCO21853.38+3.11%GH235780.54+82.42%GN210.18+3.21%GAr6.78+0.82%GCH44.44+1.89%G53022.72+1.0183G新鲜气中惰性气体（N2+Ar）百分比保持在0.42%，反应过

10、程中惰性气体的量保持不变，（N2+Ar）=16.96+4.03%G，则：（53022.72+1.0183G）0.42%=16.96+4.03%G（新鲜气中的惰性气体N2+Ar 等于驰放气和溶解在甲醇中的气体的量，据此求出驰放气体积）解得 G=5711.20m3/h，即弛放气的量为5711.20m3/h，由 G 可得到新鲜气的量58838.44m3/h.由弛放气的组成可得出下表表 9弛放气组成（计算各组分的气量）气体组成气量 m3/h表 10新鲜气组成（根据驰放气与其他消耗算出）气体组成气量 m3/hCH40.19%112.36H268.81%40487.72CO27.07%15925.38CO

11、23.45%2031.02N20.33%193.50Ar0.09%53.62CH3OH0.61%34.84H281.82%4637.48CO9.16%523.14CO23.11%177.64N23.21%183.32Ar0.82%46.86CH41.89%107.92（7）循环气气量的确定G1=G3+G4+G5+G6G7G8式中：G1为出塔气气量；G3新鲜气气量；G4循环气气量；G5主反应生成气量；G6副反应生成气量；G7主反应消耗气量；G8副反应消耗气量；G5=16585.86（产品中甲醇）+11.04（扩散甲醇）+0.61%5711.20（驰放气中甲醇）=16631.74m3/hG6=57

12、.00（二甲醚）+57.00（二甲醚副产水）+42.38（甲烷）+42.38（甲烷副产水）+21.94（异丁醇）+65.80（异丁醇副产水）+17.52（辛烷）+140.20（辛烷副产水）+1636.54（二氧化碳转化为一氧化碳）+1636.54（副产水）=3717.30m3/hG7=（16585.86（产物中甲醇消耗一氧化碳）+3317.72（产物中甲醇消耗氢气）+（11.04（扩散甲醇消耗 CO）+22.08（扩散甲醇消耗 H2）+0.61%5711.203（驰放气中甲醇消耗 CO 和 H2）=49895.22m3/hG8=114.00+228.00+42.38+127.14+87.74+

13、175.48+140.20+297.94+1636.54+1636.54=4485.96m3/h已知出塔气中甲醇含量为 5.84%（已知条件？），则（G40.61%+5711.200.61%+16585.86+11.04）/G1=0.0584解得 G4=289947.38m3/h.表 11循环气组成（循环气组成与驰放气相同）气体CH3OHH2COCO2N2ArCH4组成0.61%81.82%9.16%3.11%3.21%0.82%1.89%气量 m3/h1768.68235437.2826559.189017.369037.322377.585480.00（8）循环比，CO 及 CO2单程转化

14、率的确定循环比 R=G4/G3=289947.38/58838.44=4.93（循环比通常为 3.5-6）CO 单程转化率：(15344.68+69.68)/(15925.38+26559.18)=0.3620（主、副反应消耗CO 除以入塔气 CO）即 36.2%（通常为 10-15%，给定条件不合理）CO2单程转化率：1636.54/(2031.02+9017.36)=0.1481即 14.81%（9）入塔气和出塔气组成G1=G3+G4+G5+G6G7G8=314845.88m3/h=14055.62kmol/hG2=G3+G4=348785.80m3/h=15570.80kmol/hG2为

15、入塔气气量表 12入塔气组成（新鲜气加循环气）气体CH3OHH2COCO2N2ArCH4组成0.06%79.11%12.18%3.17%2.72%0.70%1.60%气 m3/h1768.68275924.5642484.5611048.389500.822431.205592.36量 kmol/h8.8812318.081896.64493.24424.14108.54257.66表 13出塔气组成（甲醇给定，其余计算）气体H2COCO2N2CH3OHCH4Ar.组成76.29%8.61%2.93%3.02%5.84%1.79%0.77%气 m3/h240196.4227105.049234

16、.229500.8218400.425634.742431.20量 kmol/h10723.061210.04412.24424.14821.44251.52108.54.H2O0.62%1941.5286.68计算过程：（a）入塔气 CO=循环气中 CO+新鲜气中 CO即：15925.38+26559.18=42484.56m3/h。同理可得其他气体气量;（b）出塔气中 CO=入塔气中 CO反应消耗的 CO+反应中生成的 CO即42484.56 16585.86 114.00 42.38 87.74 140.20 11.04 5711.200.61%+1636.54=27105.04m3/h

17、同理可得其它气体量。（10）甲醇分离器出口气体组成的确定分离器出口气体组分=循环气气体组分+弛放气气体组分则分离器出口气体中 CO 气量=循环气中 CO+弛放气中 CO=26559.18+523.14=27082.32m3/h即 1209.04kmol/h；同理可算的其他气体的气量。表 14分离器出口气体组成气体CH3OHH2COCO2N2ArCH4组成0.61%81.82%9.16%3.11%3.21%0.82%1.89%气 m3/h1803.64240074.6827082.509195.209490.442424.585587.90量 kmol/h80.5210717.621209.04410.50423.68108.24249.46.