【《煤制甲醇生产工艺的物料衡算和热量衡算计算案例》3400字】

煤制甲醇生产工艺的物料衡算和热量衡算计算案例目录TOC\o"1-3"\h\u10836煤制甲醇生产工艺的物料衡算和热量衡算计算案例 1115611甲醇概述 135501.1甲醇的概述 1121101.2甲醇的性质 2170911.2.1物理性质 265931.2.2化学性质 2139852.甲醇设计任务 3145023.物料衡算及热量衡算 4118073.1甲醇合成工段物料衡算 427633.1.1粗甲醇中各组分的生成量 4282723.1.2合成气体的消耗和生成量 59503.1.3新鲜气(合成气)和弛放气气量的计算 7152893.1.4循环气气量的计算 8171183.1.5入塔气和出塔气的组成 971243.1.6分离器出口气体的组成 1045933.1.7贮罐气的组成 1220603.2甲醇合成工段热量衡算 12189713.2.1合成塔热量衡算相关计算式 12198993.2.2合成塔热量计算 131643.2.3入塔气换热器的热量衡算 1674213.2.4水冷器的热量衡算 1775233.2.5甲醇分离器的热量衡算 181甲醇概述1.1甲醇的概述，一种运用广泛的有机化学品，是相对分子量最小的饱和一元醇。它最早由木材加工所得到的，俗称木醇、木精。用60~80kg的木材分解反应制得的甲醇产量极低。紧接着到了1923年，德国的两位科学家用一氧化碳和氢气在高压条件下，用锌和铬这两种金属作为反应所需的催化剂来合成甲醇，与此同时，甲醇的工业化生产逐渐实现。1.2甲醇的性质1.2.1物理性质汇总如下表：表1.1物理性质1.2.2化学性质甲醇不具有酸的特性，分子式为，它含有一个碱性极其微弱的，并且此没有碱性的特点，对一些检验酸碱性的试剂都显示中性。(1)碱金属钠能够取代甲醇分子中的氢原子，从而生成甲醇钠；(2)在催化剂金属银的催化条件下甲醇能够发生氧化反应得到甲醛，俗称福尔马林；(3)甲醇在高温下脱水制得二甲醚；(4)在压力较高、温度较高、催化剂催化的条件下，甲醇和氨气反应生成甲胺；(5)甲醇与酸性物质作用时，分子中含有的会被取而代之，当酸性较强的无机酸和甲醇作用时，反应会更加的迅速；举例如下：(6)卤族元素形成的氢卤酸和甲醇作用，甲醇分子中的被取代，得到甲基卤化物；(7)在金属铑催化剂催化的条件下，气体与反应生成；(8)在某一特定的温度和压力条件下，甲醇分解得到一氧化碳和氢。2.甲醇设计任务(1)设计的项目名称：煤制甲醇的合成工艺设计；(2)生产能力：年产68万吨煤制甲醇合成工艺设计；(3)产品要求：精甲醇中甲醇的含量（wt）为99.95%；(4)粗甲醇组成（wt）：甲醇：93.89%轻组分[以二甲醚计]：0.188%重组分[以异丁醇计]：0.026%水：5.896%(5)生产制度：年开工时按300天计算，实行每天三班8小时连续生产工作制。3.物料衡算及热量衡算3.1甲醇合成工段物料衡算每小时产得精甲醇量：每小时产得粗甲醇量：合成甲醇的化学反应：主反应：（1）副反应：（2）（3）（4）（5）3.1.1粗甲醇中各组分的生成量甲醇：二甲醚：异丁醇：水：在实际工业生产压力较低条件下，生产粗甲醇的同时也会生成(标准状况下)，也就是的。所以每小时生成的量为：。合成原料气中带入的水忽略不计，由反应（2）（3）（4）得到反应（5）的生成水量为：因此，在CO逆变换中生成的水为290.12kmol/h，即6498.688m3/h。在，的条件下：表3.1每吨粗甲醇中合成气溶解情况粗甲醇中溶解的气体量：根据一系列的测定所得，时液态甲醇放出的、、等混合气体中每立方米含有，溶解的气体全部释放后，则的扩散损失为：3.1.2合成气体的消耗和生成量弛放气组成如下：表3.2弛放气组成由合成过程的反应方程式和以上的计算得到合成反应中原料消耗情况如下表：表3.3合成反应中原料消耗情况注明：括号内是生成量合成反应中生成物的情况如下表：表3.4合成反应中生成物情况其他原料气消耗如下表：表3.5其他原料气消耗注明：是弛放气的量，m3/h3.1.3新鲜气(合成气)和弛放气气量的计算各个组分的消耗总量和新鲜原料气的进料量相等，等量关系如下：CO消耗量：H2消耗量：CO2消耗量：N2消耗量：Ar消耗量：CH4消耗量：合成气中的惰性气体的百分比保持在，随着反应的进行，惰性气体的量保持不变，因此：解得：，所以弛放气的量为：,由此可得：，弛放气组成如下表所示：表3.6弛放气的含量合成气组成如下：表3.7合成气组成及含量3.1.4循环气气量的计算出塔气量=新鲜气量+循环气量+主反应消耗气量+副反应消耗气量-主反应消耗气量-副反应消耗气量整理得到：合成塔中出塔甲醇的含量是，根据物料守恒有：解得：表3.8循环气的组成循环比：3.1.5入塔气和出塔气的组成入塔气各个组分组成含量：H2的组成含量：CO的组成含量：CO2的组成含量：N2的组成含量：Ar的组成含量：CH4的组成含量：CH3OH的组成含量：入塔气总量为：62474.782kmol/h，入塔气组成如下：表3.9入塔气组成出塔气的量=入塔气的量-反应消耗量+反应生成量出塔气中各个组分含量：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：C4H9OH的含量：出塔气总量为：。表3.10出塔气组成3.1.6分离器出口气体的组成分离器出口组分=弛放气组分+循环气组分分离器出口各气体组分组成：H2的组成含量：CO的组成含量：CO2的组成含量：N2的组成含量：Ar的组成含量：CH4的组成含量：CH3OH的组成含量：分离器出口气体总量为：表3.11分离器出口气体组成各个液体组分含量为：分离器液体总量为：表3.12分离器出口液体的组成实际生产中甲醇的年产量为：满足设计要求的68万吨年产量。3.1.7贮罐气的组成粗甲醇中溶解的气体量为：表3.13贮罐气组成3.2甲醇合成工段热量衡算3.2.1合成塔热量衡算相关计算式全塔热平衡方程式：其中：是入塔气中气体组分的热量，kJ/h是合成反应和副反应的反应热，kJ/h是出塔气中气体组分热量，kJ/h是合成塔的热损失，kJ/h是蒸汽吸收的热量，kJ/h其中：是入塔气各组分流量，kmol/h是入塔气各组分的比热容，kJ/(m3.k)是入塔气气体的温度，k其中：是出塔气中组分流量，kmol/h是出塔气中组分的比热容，kJ/(m3.k)是出塔气中气体的温度，k其中：Qr1、Qr2、Qr3、Qr4、Qr5、Qr6分别是甲醇、甲烷、二甲醚、异丁醇、水的生成热，kJ/h其中：:各个组分的生成量，kmol/h:生成反应的热量变化，kJ/mol3.2.2合成塔热量计算已知入塔合成气为，出塔气为，热损失按照计算(1)合成塔入塔热量衡算在、下：表3.14各气体组分定压热容根据求得入塔气中各个组分的热量如下表：表3.15各气体组分带进合成塔的热量因此每小时入塔热量为：所以总热量为：(2)合成塔的反应热根据得到，各个气体组分生成的热量如下：表3.16甲醇合成塔内的反应热因此合成塔每个小时生成的反应热为：(3)合成塔出塔热量计算在，下，查《化学化工物性数据手册》得到各气体组分的定压热容如下：表3.17各气体组分定压热容根据得到出塔气中各气体组分的热量：表3.18各气体组分带出合成塔的热量则每小时的出塔热量为：总出塔热量：(4)合成塔热量损失假定合成塔的热量损失是，则损失的这部分能量值是：(5)蒸汽所吸收的热量全塔热平衡方程式为：蒸汽吸收的热量为：表3.19合成塔的热量平衡表3.2.3入塔气换热器的热量衡算(1)入塔换热器的合成气热量计算入塔换热器的合成气温度为表3.20合成气带进的热量合成气带进换热器的总热量为：(2)出塔换热器的合成气热量计算根据工艺流程可知，出塔换热器中合成气的热量与进入合成塔的热量是相等的，因此出塔换热器中合成气的热量为：(3)入塔换热器的出合成塔气体的热量计算根据工艺流程可知，在忽略管路热损失的情况下，入换热器的出合成塔气的热量与合成塔出塔气的热量相等，即入换热器的出合成塔气的热量为：(4)出塔换热器的出合成塔气体的热量计算根据换热器的热量衡算得到，出合成塔气进入换热器之后能量降低，降低的这部分能量用于入换热器的合成气加热，即合成气热量的增值等于出合成塔气热量的减少值。根据以上计算得：合成气经过换热器后热量的增加量为：因此，出换热器的出合成塔的气体热量为：出换热器的热气体的温度为：假设出换热器的出合成塔个气体组分的热容与出合成塔时的相同，则：出口温度为：温度为3.2.4水冷器的热量衡算(1)入水冷器的热量根据工艺流程可得，出换热器的出合成塔气与入水冷器的热量相等，即：(2)出水冷器的热量出换热器的出合成塔气经过水冷器进一步冷却之后，温度由降低至，因此甲醇是以气液两种状态存在的，而二甲醚，异丁醇，水以液态的形式存在，一氧化碳，二氧化碳，氢气，氮气，氩气，以及甲烷是以气态的形式存在的。在40℃，4MPa的条件下，查《化学化工物性数据手册》得到各个气体组分的比热容，计算得到带出的热量如下表所示：表3.21各个气体组分带出水冷器的热量气态带出的热量：气态总热量：液态带出的热量：液态总热量：因此出水冷器总热量：(3)冷却水的用量假定冷却水进口温度是，出口温度是，根据以上的计算得到：