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物料衡算

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（=200,000/330/24）吨，即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%，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=h。由粗甲醇的组成通过计算可得下表：

表2 粗甲醇组成

组分百分比产量

甲醇% h 即h

二甲醚%kmol/h 即m3/h

高级醇（以异丁醇计）%h 即m3/h

高级烷烃（以辛烷计）%h 即h

水%h 即h

粗甲醇100%h

注；设计中的体积都为标准状态下

计算方法:

粗甲醇==h

二甲醚=×%=h即h，h

高级醇（以异丁醇计）=×%=h即h，h

高级烷烃（以辛烷计）=×%=h即h，h

水=×%=h即h，h

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（标态）的甲烷，即设

计中每小时甲烷产量为h，h。

由于甲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；

－－－×3－×8=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h，即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H2CO CO2N2Ar CH4

溶解量（m3/t粗甲醇）

则粗甲醇中的溶解气体量为：

H2=×=m3/h 即h

CO=×=h 即h

CO2=×=h 即h

N2=×=h 即h

Ar=×=h 即h

CH4=×=h 即h

（4）粗甲醇中甲醇扩散损失

40℃时,液体甲醇中释放的溶解气中,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=（+++++）×=h

即h，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CH3OH H2CO CO2N2Ar CH4

组成%%%%%%%

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）

消耗项单位消耗原料气组分

CO CO2H2N2Ar 反应（1）m3/h

反应（3）m3/h

反应（4）m3/h

反应（5）m3/h

反应（6）m3/h

反应（7）m3/h（）

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）

生成项单位生成物组分

CH4CH3OH（CH3O）2C4H9OH C18H18H2O 反应（1）m3/h

反应（3）m3/h

反应（4）m3/h

反应（5）m3/h

反应（6）m3/h

反应（7）m3/h

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）消耗项单位消耗原料气组分

CO CO2H2N2Ar CH4

粗甲醇中溶解m3/h

扩散的甲醇m3/h

弛放气m3/h%

×G %×G%×G%

×G

%

×G

%

×G

驰放气中甲醇m3/h%

×G %×G

注：G为驰放气的量，m3/h。

（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

++++－+++%G+%G

=+%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）组分单位CO CO2H2N2Ar CH4

气量m3/h

+%G +%G+

%G

+

%G

+

%G

+

%G

新鲜气m3/h+

新鲜气中惰性气体（N2 +Ar）百分比保持在%，反应过程中惰性气体的量保持不变，（N2 +Ar）=+%G，则：

（+）×%=+%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=h，即弛放气的量为h，由G可得到新鲜气的量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CH3OH H2CO CO2N2Ar CH4

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CH4H2CO CO2N2Ar

组成%%%%%%气量m3/h

（7）循环气气量的确定

G1=G3+G4+G5+G6－G7－G8

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=（产品中甲醇）+（扩散甲醇）+%×（驰放气中甲醇）=h

G6=（二甲醚）+（二甲醚副产水）+ （甲烷）+ （甲烷副产水）+ （异丁醇）+ （异丁醇副产水）+ （辛烷）+ （辛烷副产水）+ （二氧化碳转化为一氧化碳）+ （副产水）=h

G7=（（产物中甲醇消耗一氧化碳）+（产物中甲醇消耗氢气））+（（扩散甲醇消耗CO）+（扩散甲醇消耗H2））+%××3（驰放气中甲醇消耗CO和H2）=h

G8=+++++++++

=h

已知出塔气中甲醇含量为%（已知条件），则

（G4×%+×%++）/G1=

解得G4=h

表11 循环气组成（循环气组成与驰放气相同）

气体CH3OH H2 CO CO2 N2 Ar CH4

组成% % % % % % %