物料衡算部分模板（精编版）.docx

4.1 物料衡算4.1.1 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 25.25（=200,000/330/24）吨，即 25.25 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 99.9%，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 25.25/0.97=26.03t/h由粗甲醇的组成通过计算可得下表：组分表 2百分比粗甲醇组成产量甲醇93.40%813.50kmol/h即 18222.40m3/h二甲醚0.42%2.53 kmol/h即 57.00 m3/h高级醇（以异丁醇计）0.26%0.98kmol/h即 21.94 m3/h高级烷烃（以辛烷计）0.32%0.78kmol/h即 17.52m3 /h水5.6%86.72kmol/h即 1942.36m3/h粗甲醇100% 27.87t/h注；设计中的体积都为标准状态下计算方法 :粗甲醇=26.03/0.9340=27.87t/h二甲醚=27.870.42%=117.05kg/h即 2.53kmol/h，57.00m3/h高级醇（以异丁醇计） =27.870.26%=72.48kg/h 即 0.98kmol/h， 21.94m3/h高级烷烃（以辛烷计） =27.870.32%=89.22kg/h 即 0.78kmol/h， 17.52m3/h水=27.875.6%=1561.28kg/h 即 86.72kmol/h，1942.36m3/h4.1.2 合成工段（1） 合成塔中发生的反应 :主反应 CO+2H2=CH3OH （1）CO2+3H2=CH3 OH+H2 O （2） 副反应 2CO+4H2=（CH3O） 2+H2O （ 3）—CO+3H2=CH 4+H2O （ 4）4CO+8H2=C4H9 OH+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 1.52m3（标态）的甲烷， 即设计中每小时甲烷产量为 1.90kmol/h，42.38m3/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；86.72－ 1.90－2.54－0.98 3－0.78 8=73.06kmol/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 73.06kmol/h，即 1636.54m3/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 H2 CO CO 2 N 2 Ar CH 4溶解量（ m3/t 粗甲醇） 4.364 0.815 7.780 0.365 0.243 1.680则粗甲醇中的溶解气体量为：3H2=27.87 4.364=121.64m /h 即 5.44kmol/h3CO=27.870.815=22.72m3/h 即 1.02kmol/h CO2=27.87 7.780=216.84m /h 即 9.68kmol/h N2=27.87 0.365=10.18m3/h 即 0.46kmol/hAr=27.87 0.243=6.78m3/h 即 0.30kmol/h3CH4=27.87 1.680=46.82m /h 即 2.10kmol/h（4） 粗甲醇中甲醇扩散损失7欢迎下载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=（121.64+22.72+216.84+10.18+6.78+46.82） 0.03714=15.80kg/h即 0.50kmol/h， 11.04m3/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CH 3OHH 2CO CO 2 N2ArCH 4组成0.61%81.82%9.16% 3.11% 3.21%0.82%1.89%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COCO 2H2N2Ar反应（ 1）m3/h16585.8633171.72反应（ 3）m3/h114.00228.00反应（ 4）m3/h42.38127.14反应（ 5）m3/h87.74175.52反应（ 6）m3/h140.20297.50反应（ 7）m3/h（ 1636.54）1636.541636.54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CH 4CH 3OH（ CH 3O） 2C4H9OHC18H 18H 2O反应（ 1）反应（ 3）m3/hm3/h16585.8657.0057.00反应（ 4）m3/h42.3842.38反应（ 5）m3/h21.9465.80反应（ 6）m3/h17.52140.20反应（ 7）m3/h1636.54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 CO 2 H 2 N 2 Ar CH 4粗甲醇中溶解m3/h22.72216.84121.6410.186.7846.82扩散的甲醇m3/h11.0422.10弛放气m3/h9.16%3.11% 81.20% 3.21%0.82%1.89%驰放气中甲醇m3/hG0.61%GG1.22%GGGGG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16585.86+114.00+42.38+87.74+140.20－1636.54+22.72+11.04+0.61%G+9.16%G=15367.40+9.77%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COCO 2H 2N2ArCH 4气量m3/h15367.401853.38+35780.54+10.18+6.78+4.44++9.77%G3.11%G82.42%G3.21%G0.82%G1.89%G新鲜气 m3/h 53022.72+1.0183G新鲜气中惰性气体 （N2 +Ar ）百分比保持在 0.42%，反应过程中惰性气体的量保持不变，（N2 +Ar）=16.96+4.03%G，则：（ 53022.72+1.0183G） 0.42%=16.96+4.03%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=5711.20m3/h，即弛放气的量为 5711.20m3/h，由 G 可得到新鲜气的量58838.44m3/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CH 3 OHH 2COCO2N 2ArCH 4组成0.61%81.82%9.16%3.11%3.21%0.82%1.89%气量 m3/h34.844637.48523.14177.64183.3246.86107.92表 10 新鲜气组成（根据驰放气与其他消耗算出）气体CH 4H2COCO 2N2Ar组成0.19%68.81%27.07%3.45%0.33%0.09%气量 m3/h112.3640487.7215925.382031.02193.5053.62（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=16585.86（产品中甲醇） +11.04（扩散甲醇） +0.61%5711.20（驰放气中甲醇）=16631.74m3/hG6=57.00（二甲醚） +57.00（二甲醚副产水） + 42.38（甲烷） + 42.38（甲烷副产水） + 21.94（异丁醇） + 65.80（异丁醇副产水） + 17.52（辛烷） + 140.20（辛烷副产水）+ 1636.54（二氧化碳转化为一氧化碳） + 1636.54（ 副 产 水 ） =3717.30m3/h G7=（16585.86（产物中甲醇消耗一氧化碳） +3317.72（产物中甲醇消耗氢气） ）+（ 11.04（扩散甲醇消耗 CO）+22.08（扩散甲醇消耗 H2） +0.61%5711.20 3（驰放气中甲醇消 耗 CO 和 H2）=49895.22m3/h G8=114.00+228.00+42.38+127.14+87.74+175.48+140.20+297.94+1636.54+1636.54=4485.96m3/h已知出塔气中甲醇含量为 5.84%（已知条件？），则（G40.61%+5711.20 0.61%+16585.86+11.04）/G1=0.0584解得 G4=289947.38m3/h表 11 循环气组成（ 循环气组成与驰放气相同 ）气体 CH 3OH H2 CO CO2 N 2 Ar CH 4组成 0.61% 81.82% 9.16% 3.11% 3.21% 0.82% 1.89%气量 m3/h 1768.68 235437.28 26559.18 9017.36 9037.32 2377.58。