【《甲醇合成的生产工艺计算过程案例》2400字】

PAGE35甲醇合成的生产工艺计算过程案例目录TOC\o"1-3"\h\u13165甲醇合成的生产工艺计算过程案例 170781.1甲醇生产的物料平衡计算 1177071.2甲醇生产得能量平衡计算 121.1甲醇生产的物料平衡计算1.1.1合成工段物料衡算图1.1合成工段示意图条件：年产 400000 吨粗甲醇，以每年工作330天进行计算，原料气组成如表：表1.1原料气组成组分H2COCO2CH4N2Ar未知物总计组成（mol/%）68.9227.061.520.1300.3030.2671.0100图1.2合成物料流程图工厂设计为年产粗甲醇40万吨，去掉适当的调整检修时间后，工作时间按330天/每年来计算，采用连续操作，则每小时粗甲醇的产量为：吨即50.51t/h，1578.28kmol/h。Lurgi低压合成工艺[14]，甲醇的纯度可达91.89%。粗甲醇的组成如下表1.2表1.2粗甲醇组成组成CH3OH(CH3)2OC4H9OHH2O含量/%91.890.1880.0265.896各物质的摩尔质量如下表1.3表1.3合成工段各物质的摩尔质量组分COCO2H2CH4N2CH3OH(CH3)2OC4H9OHH2O摩尔质量284421628324674181.1.2精馏塔的物料衡算图1.3精馏工段示意图选取衡算基准为1h[21]各组分的生成量：甲醇：二甲醚：异丁醇：水：主反应：(2-1)副反应：(2-2)(2-3)(2-4)(2-5)在实际生产中，查数据得产生1t的粗甲醇，会有0.34kmol的甲烷同时产生，所以每小时产生的水的计算公式为则由副反应公式，反应(2-5)生成水的量为表1.45.06MPa、40℃是气体在甲醇中的溶解据测定：在此假定溶解气全部释放出来，35℃时液态甲醇中释放的混合气中有甲醇37.14g/m3，算出甲醇扩散损失为[15]：即，（1)反应的物料衡算选取衡算基准为1h对反应（2-1）物料衡算：由生成纯甲醇为1482kmol/h知CO的消耗量为1482kmol/hH2的消耗量为1482kmol/h×2=2964kmol/h对反应（2-2）物料衡算：由生成二甲醚的速度为2.06kmol/h知CO的消耗量为2.06kmol/h×2=4.12kmol/hH2的消耗量为2.06kmol/h×4=8.24kmol/hH2O的生成量为2.06kmol/h对反应（2-3）物料衡算：由甲烷的生成速度为17.17kmol/h知CO的消耗量为17.17kmol/hH2的消耗量为17.17kmol/h×3=51.51kmol/hH2O的生成量为17.17kmol/h对反应（2-4）物料衡算：由异丁醇的生成速度为0.18kmol/h知CO的消耗量为0.18kmol/h×4=0.72kmol/hH2的消耗量为0.18kmol/h×8=1.44kmol/hH2O的生成量为0.18kmol/h×3=0.54kmol/h对反应（2-5）物料衡算：由水的生成速度为149.53kmol/h知CO2的消耗量为149.53kmol/hH2的消耗量为149.53kmol/hH2O的生成量为149.53kmol/hCO的生成量为149.53kmol/h甲醇中溶解消耗气体量选取衡算基准为1h故总消耗气体的量总生成气体的量根据以上计算，得到粗甲醇在各个阶段的情况列于附表1中。设新鲜气量为，，驰放气和循环气的成分组成是一样的。见下表：表1.5弛放气组成因为，所以：则：由前面新鲜气各组分的百分数得：同理可得其他组分流量，列于下表：表1.6新鲜气的组成组分H2COCO2CH4N2Ar其他总计kmol/h3630.731425.5380.076.851614.0794.825268测得出塔气中的甲醇含量为7.12%，设出塔气量为。又知醇后气中含醇0.61%。故由上面两式得因甲醇的循环气量与新鲜气的组成相同，则同理可得其他组分的流量，列于下表：表1.7甲醇的循环气量及组成组分流量/（kmol/h）组成/%H216261.279.31CO1289.76.29CO2625.41.05CH4982.14.79N2654.11.19Ar471.572.30CH3OH125.10.61H2O2.10.01合计20501.3100根据由表1.6、表1.7得到同理可得其他入塔气组分的流量及组成，列于下表表1.8甲醇入塔气流量及组成组分流量/（kmol/h）组成/%H219891.977.19CO2715.210.54CO2705.52.74CH49891.84N2670.12.60Ar485.61.88CH3OH125.10.49H2O2.10.00081合计25771.3100又由，根据以上数据得同理可求得其他出塔气组分流量，再由同理求得各出塔气组分组成，列于下表表1.9出入塔各组分汇总组分入塔量消耗量生成量出塔量组成%H219891.93174.716717.271.76136CO2715.21504.1149.81360.96.004704CO2705.5149.8555.72.451917CH49890.05149.531138.485.023319N2670.10.023670.0772.956583Ar485.60485.62.142614CH3OH125.10.009414821607.0917.090971H2O2.10169.3171.40.756269C4H9OH0.180.180.000794(CH3)2O2.062.060.009089总计25771.34828.71781.322661.9100根据表1.4，1.9计算可得：同理可得其他组分流量及组成，列于下表。表1.10分离器出口的流量、组成（单位kmol/h）组分损失出气组成出液组成重量/kg组成H2016717.20.794495CO0.0451359.8920.06463CO20.225491550.6490.02617CH40.0451137.4720.054059N20.0225669.5730.031822Ar0.023616485.0710.023053CH3OH0.0094121.40.005771607.0910.90248951451.10.941564H2O171.40.0962533085.20.056458C4H9OH0.180.00010111.30.000243(CH3)2O2.060.00115794.80.001735总计0.37121041.311780.73110054646.4100甲醇驰放气流量及组成则得到，弛放气中H2的流量同理可得其他各组分的流量，列于下表：表1.11甲醇驰放气量及组成组分流量/（kmol/h）组成/%H237679.31CO29.826.29CO214.461.05CH422.714.79N215.121.19Ar10.92.30CH3OH2.890.61H2O4.740.01合计474.1100粗甲醇贮罐气流量及组成见下表。表1.12储罐气组成、流量组合表1.4到表1.12、可得表1.13。表1.13甲烷生产物料平衡汇总表组分新鲜气流量kmol/h组成入塔气流量组成出塔气流量组成%循环气流量组成H23630.730.7164029219891.90.77756191816717.271.7613616261.20.793101598CO1425.530.2812805842715.20.1061354681360.96.0047041289.70.062902069CO280.070.015799132705.50.027577553555.72.451917625.40.030502407CH46.850.0013516189890.0386593911138.485.023319982.10.047899606N2160.003157064670.10.026193789670.0772.956583654.10.031902182Ar14.070.002776243485.60.0189818485.62.142614471.570.022999712CH3OH0125.10.0048900811607.0917.090971125.10.006101457H2O02.18.20877E-05171.40.7562692.10.000102423C4H9OH00.180.000794(CH3)2O02.060.009089总计5068125582.411.2甲醇生产得能量平衡计算1.2.1合成工段能量衡算图1.4热量衡算示意图条件：进入合成塔气体的温度为220℃，出合成塔气体的温度为250℃，假设损失5%的热量，壳程中通入的是4MPa的沸水。查《化工工艺设计手册》得4MPa下水的温度为250℃，密度为799.0kg/m3，水蒸气密度为19.18kg/m3，汽化潜热为1714.99kJ/kg。选取1h燃料流量为衡算基准求得入塔气各组分所含的热量同理可得其他入塔气各组分的热量，列于下表。表1.145MPa，220℃下入塔气（除甲醇）热容组分流量kmol/h比热kJ/(kmol·℃)热量kJ/℃CO2715.230.1581861.28CO2705.545.9532417.725H219891.929.34583628.346N2670.130.3520337.535Ar485.621.4110396.696CH498947.0547422.55H2O2.181.49175.329合计25771.3776241.461查相关数据得甲醇在220℃时的焓值为42248.4kJ/kmol，根据表1.9流量为125.1kmol/h。所以：选取1h燃料流量为衡算基准求得出塔气各组分所含的热量同理可得其他出塔气各组分的热量，列于下表。表1.155MPa，250℃下出塔气（除甲醇）热容组分流量kmol/h比热kJ/(kmol·℃)热量kJ/℃CO1360.930.1341001.917CO2555.746.5825884.506H216717.229.39491318.508N2670.07730.4120377.04157Ar485.621.3610372.416CH41138.4848.3955091.0472C4H9OH0.18170.9730.7746(CH3)2O2.0695.85197.451H2O171.481.4914310.186合计22661.9658585.8474查相关数据得甲醇在250℃时的焓值为46881.2kJ/kmol, 根据表1.9流量为1607.091kmol/h。所以：由反应式得：所以，壳程热水带走热量又：所以：即时蒸汽：1.2.2冷凝器能量计算查手册得，粗甲醇中各组分的物理常数如表1.16表1.16粗甲醇中各组分的物理常数假设，能够发生相变的物质在温度低于沸点时，就能够全部冷凝。（1）气体冷凝放热式中：；。根据1.9数据计算得：列于下表：表1.17出塔气在冷凝器冷凝放热量（2）进冷凝气体总热量式中；；。（3）冷凝器出口气体显热冷凝器出口气体显热式