物料衡算

已知：年产100000吨精甲醇，每年以8000个小时计。

精甲醇中甲醇含量(wt)：99.98%

则精馏塔需出甲醇量为：10104103800032.04390.137 kmol/h 设精馏塔损失3%，设计裕度：4.5%，则进入精馏系统的粗甲醇中甲醇含量为：390.137(14.5%）=408.521 kmol/h 粗甲醇组成(wt)：

甲醇：67.416%

轻组分[以二甲醚(CH3)2O计]：0.188% 重组分[以异丁醇C4H9OH计]：0.026% 水：32.37%

所以：时产精甲醇：408.521 kmol/h

时产粗甲醇： 408.52199.98%67.416%605.849 kmol/h 根据粗甲醇组分，算得各组分的生成量为： 甲醇(32)： 408.521kmol/h

二甲醚(46)：605.8490.188%=1.139 kmol/h 异丁醇(74)：605.8490.026%=0.157kmol/h 水(18)： 605.84932.37%=196.114 kmol/h

合成甲醇的化学反应为：

主反应：CO+2H2CH3OH+102.37 KJ/mol …… ① 副反应：2CO+4H2(CH3)2O+H2O+200.39 KJ/mol …… ② 4CO+8C4H9OH+3H2O+49.62 KJ/mol …… ③

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设CO，CO2转化成甲醇的转化率为94.5%，则须新鲜气量为：

408.52194.5%(0.140.13)=1601.101 kmol/h

则新鲜气中CO含量为：1601.1010.14=224.1 kmol/h 同理： CO2 含量为：208.143 kmol/h H2 含量为：1104.75 kmol/h CH4含量为：48.033 kmol/h N2 含量为：16.011 kmol/h

甲醇生产入塔气流量及组成

组分 组成kmol/h 组成Nm3/h 摩尔分率%

设在反应器内未参加反应的CO，CO2，H2分别为X，Y，Z，根据元素守恒：

C：408.521+1.1392+0.1574+X+Y=224.1+208.143 H：1104.752=408.5214+1.1396+0.15710+196.1142+2Z O：224.1+208.1432=408.521+1.139+0.157+196.114+X+2Y 综上解得：X=

CO 224.1 CO2 208.143 H2 1104.75 24746.4 0.69 N2 16.011 CH4 48.033 5021.050 4662.403 0.14 0.13 358.6 1075.939 0.01 0.03 Y=13.639 Z=87.392

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甲醇生产出塔气流量及组成

组分 组成7.231 13.639 87.392 16.011 48.033 196.114 408.521 kmol/h 组成161.9305.511957.5358.61075.94392.99150.87 25.514 Nm3/h 74 摩尔0.93 分率%

设驰放气为反应后剩余气体的8%

CO: 7.2318%0.578 kmol/h 同理： CO2含量为： 1.091 kmol/h

H2 含量为：6.991kmol/h CH4含量为：3.843 kmol/h N2 含量为：1.281 kmol/h

驰放气组成

组分 kmol/h

CO CO2 H2 N2 CH4 H2O CH3OH (CH3)2O C4H9OH 1.139 0.157 3.517 4 1.75 81 11.23 46 2.06 39 6.17 25.2 52.49 0.15 0.02 H2 6.991 CO 0.578 3

CO2 1.091 CH4 3.843 N2 1.281 Nm3/h 摩尔分156.598 0.5072 12.947 0.0419 24.438 0.0792 86.083 0.2788 28.694 0.0929 率% 由以上可知反应塔物料平衡，列表得：

物流号 物料 摩 尔 组分 流 量 Kmol/h H2 E0401 进入塔热交换器气 体 摩 积 尔 流 分 量 率 Nm3/h Kmol/h Kmol/h 1957.51104.75 24746.4 0.69 1104.75 24746.4 0.69 87.392 8 161.97CO 224.1 5021.05 0.14 224.1 5021.05 0.14 7.231 4 305.51CO2 208.143 4662.40 0.13 208.143 4662.40 0.13 13.639 4 1075.9CH4 N2 CH3OH 48.033 16.011 ----- 1075.93 0.03 358.65 ----- 0.01 ----- 48.033 16.011 ----- 1075.93 0.03 48.033 3 358.65 0.01 16.011 ----- ----- 408.521 7

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R0401 入塔气 摩 尔 流 量 体积流量 Nm3/h 摩 尔 分 率 摩 R0401 出塔气 摩 尔 流 量体积流尔 量 分 Nm3/h 率 0.1123 0.0093 0.0175 0.0617 358.65 9150.80.5249 0.0206 4392.9H2O C4H9OH (CH3)2O ----- ----- ----- 1601.101 ----- ----- ----- 358.4----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- 1601.101 ----- ----- ----- 358.4----- 196.114 ----- ----- 0.157 1.139 3.517 25.514 17432.----- 778.237 0.252 0.0002 0.0015 ----- 51 250 5.04 流量总计 温度℃ 压力3 240 5.04 3 220 5.04 MPa 平均摩尔质量g/mol

进出精馏塔的物料:

精甲醇中甲醇含量为99.98% 水分含量为0.02%

6.632 6.632 24.2 5

(CH3)2O:1.139kmol/h CH3OH: 408.521 kmol/h (CH3)2O: 1.139 kmol/h C4H9OH: 0.157 kmol/h H2O: 196.114 kmol/h 精馏塔 CH3OH:390.137 kmol/h H2O: 0.13 kmol/h

物流号 物料 摩 尔 组分 流 量 Kmol/h CH3OH H2O C4H9OH

CH3OH: 18.384 kmol/h C4H9OH: 0.157 kmol/h H2O: 195.975 kmol/h T0401A 入塔组分 体 摩 积 尔 流 分 量 率 Nm3/h 9150.87 4392.9 3.517 0.674 0.324 0.00026 6

甲醇精馏塔物料平衡汇总如下图： T0401C 出塔组分 摩 尔 流 量 Kmol/h 390.137 体 积 流 量 Nm3/h 8739.069 43.84 3.517 摩 尔 分 率 0.6 0.334 0.00027 408.521 196.114 0.157 195.975 0.157 (CH3)2O 1.139 25.514 0.0019 ----- 1.139 587.408 25.514 13157.939 0.0019 ----- 流量总605.931 13572.8 计

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