④空间速率
气体与催化剂接触时间的长短，通常以空间速率来表示，即单位时间内，每单位体积催化剂所通过的气体量。其单位是m3（标）/（m3催化剂?h）时，简写为h-1
在甲醇生产中，气体一次通过合成塔仅能得到3%～6%的甲醇，新鲜气的甲醇合成率不高，因此新鲜气必须循环使用。此时，合成塔空速常由循环机动力、合成系统阻力等因素决定。如果采用较低的空速，反应过程中气体混合物的组成与平衡组成较接近，催化剂的生产强度较低，但是单位甲醇产品所需循环气量较小，气体循环的动力消耗较少，预热未反应气体到催化剂进口温度所需换热面积较小，并且离开反应器气体的温度较高，其热能利用价值较高。
如果采用较高的空速，催化剂的生产强度虽可以提高，但是增大了预热所需传热面积，出塔气热能利用价值降低，增大了循环气体通过设备的压力降及动力消耗，并且由于气体中反应产物的浓度降低，增大了分离反应产物的费用。
另外，空速增大到一定程度后，催化剂温度将不能维持。在甲醇合成生产中，空速一般控制在10000～20000h?1。
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第三章 合成工艺设计计算
工艺计算作为化工工艺设计，工艺管道，设备的选择及生产管理，工艺条件选择的主要依据，对平衡原料，产品质量，选择最佳工艺条件，确定操作控制指标，合理利用生产的废料，废气，废热都有重要作用。
3.1物料衡算
3.1.1合成塔物料衡算
已知：年产150000吨精甲醇，每年以300个工作日计。
精甲醇中甲醇含量(wt)：99.95% 粗甲醇组成(wt)：[Lurgi低压合成工艺]
甲醇：93.89%
轻组分[以二甲醚(CH3)2O计]：0.188% 重组分[以异丁醇C4H9OH计]：0.026% 水：5.896%
150000?1000=20833.33Kg/h
300?2420833.33?0.9995 时产粗甲醇：=22178.00 Kg/h
0.9389所以：时产精甲醇：
根据粗甲醇组分，算得各组分的生成量为：
甲醇(32)： 20833.33 Kg/h 651.05kmol/h 14583.33 Nm3/h 二甲醚(46)：41.695 Kg/h 0.906kmol/h 20.304 Nm3/h 异丁醇(74)：5.766Kg/h 0.078kmol/h 1.746 Nm3/h 水(18)： 1307.61 Kg/h 72.65 kmol/h 1573.26 Nm3/h 根据第一章的反应原理计算
生产中，测得每生产1吨粗甲醇生成甲烷7.56 Nm3,即0.34 kmol，故CH4每小时生成量为：7.56?14.78533=111.71 Nm3，即4.987 kmol/h，79.794 Kg/h。
忽略原料气带入份，根据②、③、④得反应⑤生成的水的量为：72.65-0.906-0.078?3-4.983=66.527 kmol/h，即在CO逆变换中生成的H2O为66.527 kmol/h，即1490.20Nm3/h。
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5.00 MPa，40℃时各组分在甲醇中的溶解度列表于表3.1
表3.1 5.00Mpa，40℃时气体在甲醇中的溶解度
组分
溶解度
Nm3/t甲醇 Nm3/h
H2 0 0
CO 0.682 1.008
CO2 3.416 5.501
N2 0.341 0.504
Ar 0.358 0.529
CH4 0.682 1.008
据测定：35 ℃时液态甲醇中释放CO、CO2、H2等混合气中每立方米含37.14
g甲醇，假定溶解气全部释放，则甲醇扩散损失为：
(1.008+5.501+0.504+0.529+1.008)?即0.0099kmol/h，0.223 Nm3/h。
根据以上计算，则粗甲醇生产消耗量及生产量及组成列表3.2。
表3.2 甲醇生产消耗和生成物量及组成
方式
单 位
CO
消耗物料量 H2
CO2
N2
CH4
CH3OH
①
kmol/h
651.05
1302.1
651.05 14583.52
②
kmol/h
1.812 40.59 4.987 111.71 0.312 6.99 -66.527 -1490,20
3.624 81.18 14.961 335.13 0.624 13.98 66.527 1490.20
66.527 1490.20
4.987 111.71 110.702
1458.12
0.078 1.746 1.746
0.906 20.304 20.304
0.906 20.304 4.987 111.71 0.234 5.242 66.527 1490.20 1627.456
生成物料量 C4H9OH
(CH3)2
O
H2O
37.14= 0.318 kg/h 1000式 Nm3/h
14583.52 29167.04
式 Nm3/h ③
kmol/h
式 Nm3/h ④
kmol/h
式 Nm3/h ⑤
kmol/h
式 Nm3/h 合计
Nm3/h
13251.37 31087.53 1484.73 0.504
设新鲜气量为G新鲜气,驰放气为新鲜气的9%[1]。
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表3.3 驰放气组成
组分 Mol%
H2 79.31
CO 6.29
CO2 3.50
CH4 4.79
N2 3.19
CH3OH 0.61
H2O 0.01
G新鲜气＝G消耗气+G驰放气=G消耗气+0.09 G新鲜气=45934.836+0.09 G新鲜气
所以：G新鲜气＝50477.84 Nm3/h 新鲜气组成见表3.4
表3.4 甲醇合成新鲜气组成
组分 Nm3/h 组成mol%
H2 34169.46 67.692
CO 14718.83 29.159
CO2 1587.02 3.144
N2 2.52 0.005
总计 50477.84 100
测得：甲醇合成塔出塔气中含甲醇7.12%。根椐表3.2、表3.4，设出塔气量为G
出塔
。又知醇后气中含醇0.61%。
所以：
1458.12?0.61%G醇后 =7.12%
G出塔 G醇后=G新鲜-(G醇＋G副＋G扩)+GCH4= 50477.84 - 45934.836+110.702
=4653.706 Nm3/h
所以：G出塔＝208779.16Nm3/h
G循环气= G出塔-G醇后-G生成+GCH4-G溶解=208776.16-4653.706-3218.328+110.702-7.571 =201007.257Nm3/h
甲醇生产循环气量及组成见表3.5
表3.5 甲醇生产循环气量及组成
组分 流量：Nm/h 组
6.29
成%(V)
3.50
79.31
3.19
4.79
0.61
0.01
100
3
CO 12643.36
CO2 7035.25
H2 159418.86
N2 6412.13
CH4 9628.25
CH3OH 1226.14
H2O 20.10
合计 201007.257
G入塔= G循环气+G新鲜气=201007.257+50477.84
=251485.097 Nm3/h
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