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甲醇合成工序计算

第3章工艺计算及设备选型

3.1 物料衡算[7]

合成工段原则流程：

去精馏

原料气

本次设计中甲醇的生产能力为年产五万吨粗甲醇，精甲醇的成分见表3.1。

表3.1粗甲醇组成

自动杀菌净手器

物料名称	甲醇	二甲醚	正丁醇	水
组成(wt%)	90.00	0.01	1.45	8.55

甲醇合成的主副反应:

主反应： CO+2H2→CH3OH+102.37KJ/mol

副反应： 2CO+4H2→(CH3)2O+H2O+200.39KJ/mol

CO + 3H2→CH4+H2O+115.69KJ/mol

4CO+8H2→C4H9OH+ H2O + 49.62 KJ/mol

CO2 + H2 → CO + H2O －42.92 KJ/mol

合成塔出塔气中含 CH3OH：2.88%

进合成塔气体压力 30×106

贮罐气压力 1.6×10

温度T 25℃

本次设计中的工作制度为年工作日30 0天，三班制生产。

本次设计中粗甲醇每小时产量：5×107/300×24＝6944.44kg/h

1、一吨粗甲醇为例进行物料衡算

表3.2新鲜气体的组成见表

物料名称	CO2	CO	H2	CH4	N2
组成(V%)	2.83%	28.20%	65.8%	1.40%	1.77%

水冷器后循环气组成见表3.3

表3.3水冷器后循环气组成

物料名称	CO2	CO	H2	CH4	N2
组成(V%)	pid控制温度1.50%	8.93%	68.57%	10.80%	10.20%

以循环气组成为根据由《固氮工艺计算法》P295图X、XI、XII查得混合气在粗甲醇的溶解量见表3.4。

表3.4混合气在粗甲醇的溶解量

zigbee组网

组分	V	Nm3/T	Nm3/h	Kmol/t	Kmol/h	Kg/t	自愈混凝土Kg/h	wt
CO2	0.1471	5.82	40.42	0.26	1.81	11.43	79.38	0.4092
CO	0.1061	4.20	29.17	0.19	1.30	5.25	36.46	0.1879
H2	0.4915	19.45	135.07	0.87	6.05	1.74	12.09	0.0622
CH4	0.1466	5.80	40.28	0.26	1.80	4.14	28.75	0.1483
N2	0.1087	4.30	29.86	0.19	1.34	5.38	37.36	0.1924
总计	1.0000	39.57	274.80	1.77	12.30	27.94	194.04	1.0000

以H2求解过程为例：

循环气中H2的含量为68.56%，由《固氮工艺计算法》P295图XI查得每吨粗甲醇中溶解量H2量为19.50。

因此 V%=19.45/39.57×100%=49.15%

换算为质量： 19.45/22.4×2=1.74kg/t

所以 Wt%=1.74/27.94×100%=6.22%

每小时溶解气量

19.45×6.944=135.07Nm3/h

1.74×6.944=12.09kg/h

12.09/2=6.045kmol/h

一吨粗甲醇中各组分含量计算：

以甲醇含量计算为例：

1000×90.00%=900.00kg/t粗

（900.00÷32）×22.4=630.00Nm3/t粗

根据甲醇合成的主副反应：

CO + 2H2 → CH3OH (1-1)

2CO + 4H2 → (CH3)2O + H2O (1-2)

CO + 3H2 → CH4 + H指纹键盘2O (1-3)

2CO + 4H2 → C4H9OH + H2O (1-4)

CO2 + H2 → CO + H2O (1-5)

根据上述反应方程式可写出下列物料平衡方程式：

I VFKF = Vk格栅井Kk +Kp +Ku

II VFmF + m = VKmK + mp

III W = A + m + 3I + Ku

IV VFnF = VKnK + Np

V VFCF + Ku = VKCK + Cp + L + 2A + m + 4I

VI VFhF = VKhK + Hp + 2L + 4A + 3m + 8I + Ku

式中： VF—新鲜气容积，Nm3/T粗；

KF—新鲜气体中CO2的百分含量，V%；

Vk—放空气容积，Nm3/T粗；

Kk—放空气中CO2的百分含量，V%；

Kp—产物中CO2的量，Nm3/T粗；

Ku—CO2的量，Nm3/T粗；

VF—新鲜气中甲烷的百分含量，V%；

M—式（1-3）中生成的CH4量，Nm3/T粗；

mK—放空气中CH4的百分含量，V%；

mp—产物中CH4的量，Nm3/T粗；

W—生成水的量，Nm3/T粗；

A—(CH3)2O的量，Nm3/T·粗；

I—C4H9OH的量，Nm3/T·粗；

nF—新鲜气中N2的百分含量， V% ；

nK—循环气中N2的百分含量，V%；

Np—产物中N2的量，Nm3/T·粗；

CF—新鲜气中CO的百分含量， V%；

CK—循环气中CO的百分含量，V%；

Cp—产物中CO的量，Nm3/T·粗；

L—CH3OH的量，Nm3/T·粗；

hF— 新鲜气中H2的百分含量，V%；

hK—循环气中H2的百分含量，V%；

Hp—产物中H2的量，Nm3/T·粗。

根据惰性组分的组成平衡可设：

i = nK + mK

1－i = CK + hK + KK

由以上6个方程式引入辅助变量B、D，可解得：

1) nK=nF×{(1＋3i－KK)B－(I－KK)D}÷{(CF＋hF＋4mF＋4nF)B－(nF＋mF－KF)D}

2) mK=i－nK

3) VK=D÷{nK(CF＋hF＋4mF＋4nF)÷nF－(1＋3i－Ku)}

4) VF=VKnK/nF＋Np/nF

5) m=VKmK＋mp－VFmF

6) Ku=W－(A＋m＋3I)

7) CF=CKVK－(Ku－Cp－L－2A－m－4I)÷VF

其中：

D=Cp＋Hp＋3L＋6A＋12I＋4mP－Hp(CF＋hF＋4mF)÷nF

B=mP＋A＋3I＋NP(KF-mF)÷nF－Kp－W

将已知数据代入进行物料衡算得：

B=5.80＋0.097＋3×4.329＋4.30×(2.83－1.40)÷1.77－5.82－106.40=－89.862Nm3/t粗

D=4.20＋19.45＋3×630.00＋6×0.097＋12×4.329＋4×5.80－4.30×(28.20＋65.80＋4×1.40)÷1.57

=1716.59 Nm3/t粗

分离后气体中N2含量：

nk=1.77%×{[1＋3×(10.80%＋10.20%)－28.30%] ×(－89.862)－(21.00%－1.5×1716.59)÷[(28.20%＋65.80%＋4×1.77%)×(－89.862)－(1.77%＋1.40%－2.83%) ×1716.59

=8.345%

循环气中CH4的含量：

mK=i－nK=10.20%＋10.80%－8.345%=12.655%

放空气的量N9：

V6=VK

=1716.59÷[8.345%×(28.20%＋65.80%＋4×1.40%＋4×1.77%)÷1.77%－(1＋3×0.21－0.015)]

=502.716 Nm3/t粗

新鲜气体的量N1 ：

N1=VF=(502.716×8.345%＋4.30)÷1.77%

=2613.09 Nm3/t粗

反应生成CH4的量：

m=VKmK＋mp－VFmF

= 502.716×12.655%＋5.80－2613.09×1.40%

本文发布于:2024-09-25 18:21:28，感谢您对本站的认可！

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