内蒙古工业大学本科毕业设计说明书
表2-6 出塔气体组成表
组分 二氧化碳 一氧化碳 氢气 甲烷 氮气 甲醇 二甲醚 水 异丁醇 总计
含量（%） 2.288 4.800 73.65 4.509 9.951 3.938 0.04642 0.4239 0 100
摩尔流量（kmol/h） 质量流量（kg/h） 147.8 312.8 4898 293.8 648.4 256.6 3.025 27.62 0.5938 6616
6503 8758 9796 4701 18155 8211 139 497.2 43.94 56804
2.4 弛放气的量及组成的计算
循环气中的甲烷和氮气等惰性气体增多会降低一氧化碳、二氧化碳、氢气的有效分压，对甲醇的合成不利，而且会增加动力消耗，但在系统中不能排放太多，因会引起过多的有效气体的损失。排放的那部分气体称为驰放气。
454.4/5803=7.830%
(454.4+42.06×7.830%)/5845=7.830% 弛放气中液相各组分量
甲醇 35.68/42.06×3.054=2.591kmol/h 二甲醚2.07/42.06×3.054=0.1503kmol/h 水4.308/42.06×3.054=0.3128kmol/h 二氧化碳 454.4×2.3%=10.45kmol/h 一氧化碳 454.4×4.952%=22.5 kmol/h 氢气 544.4×77.75%=353.3 kmol/h 甲烷 454.2×4.71%=21.40 kmol/h 氮气 454.2×10.29%=46.76 kmol/h
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表2-7 弛放气中各组分组成表
组分 二氧化碳 一氧化碳 氢气 甲烷 氮气 甲醇 二甲醚 水 总计
含量（%） 2.284 4.918 77.22 4.678 10.22 0.5663 0.03285 0.06837 100
摩尔流量（kmol/h） 质量流量（kg/h） 10.25 22.5 353.3 21.4 46.76 2.591 0.1503 0.3128 457.5
459.8 630 706.6 342.4 1309 82.91 6.914 5.631 3543
2.5 甲醇水冷器的物料衡算
进入水冷器的物料为合成塔物料气体，在水冷器中将甲醇，二甲醚，异丁醇，水，全部冷凝并且溶有部分二氧化碳，一氧化碳，氢气，甲烷，氮气。
表2-8 出水冷气的液相组成
组分 甲醇 二甲醚 异丁醇 水 总计
含量（%） 81.43 9.60 0.1884 8.765 100
摩尔流量（kmol/h） 质量流量（kg/h） 256.6 30.25 0.5938 27.62 315.1
8211 1392 43.94 497.2 10144
2.6 甲醇合成过程中的热量衡算
合成塔中填充CuO-ZnO-Al2O3催化剂，于5MPa压力下操作。由于强烈的放热反应，必须迅速移出热量，流程中采用在催化剂层中直接加入冷原料的冷激法，保持温度在240 ~ 270℃之间。
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表2-9 合成塔的反应热计算表
组分
甲醇
二甲醚 49.62 0.9552 4.740×104
异丁醇 200.39 0.5938 1.190×105
表2-10 甲醇合成塔入塔各组分的比热容和热量表
组分
一氧化碳
比热容kJ/kmol·℃ 入塔量kmol/h 每升温1℃需要的热量kJ/h·℃
30.13 530 1.597×104
二氧化碳 45.93 162 7.441×103
29.36 5382 1.580×105
30.35 47.08 648.4 287.4 1.968×104
1.353×104
55.69 35.68 2011 1.987×103
2.169×105
氢气
氮气 甲烷
甲醇 合计
甲烷 115.69 6.418 7.425×105
一氧化碳 42.92 14.16 -6.077×105
生成热kJ/mol 790.8 生成量kmol/h 220.9 反应热量kJ/h 2.006×107
表2-11 甲醇合成塔出塔各组分的比热容和热量表
组分
一氧化碳
比热容kJ/kmol·℃ 出塔量kmol/h 每降温1℃放出的热量kJ/h·℃
30.11 312.8 9.418×103
二氧化碳 45.89 147.8 6.783×103
29.42 4898 1.441×105
30.30 648.4 1.965×104
47.12 293.8 1.384×104
55.69 256.6 1.429×104
2.091×105
氢气
氮气
甲烷
甲醇
合计
甲醇合成过程中反应放热为Q反
Q反=2.006×107+4.740×104+1.190×105+7.425×105-6.077×105=2.036×107kJ/h 入塔气温度为40℃，入塔热量为Q入。 Q入=2.169×105×40=8.676×106kJ/h 全塔热损为Q损。
Q损=（Q入+Q反）×5%=（8.676×106+2.036×107）5%=1.452×106kJ/h
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反应在260℃下进行反应，加热用电炉加热，耗热为Q耗，在合成过程中用电炉和激冷气来控制合成塔温度在260℃。
Q耗=2.169×105（260-40）-2.036×107=2.736×107kJ/h
合成塔出塔温度为260℃，出塔合成气的热量通过废热锅炉来回收，产生的蒸汽为0.35Mpa的饱和蒸汽。产生蒸汽量为W蒸。
W蒸=2.091×105（260-140）/2118.6=11.84t/h 甲醇水冷器的计算
从水冷器出来的合成气用水冷却到40℃。 热平衡方程式
Q入口气+Q冷凝=Q出口气+Q液体+Q冷却水 （2-19）
Q入口气、Q出口气为冷凝器进口与出口气体显热kJ/h Q冷凝为出口温度下气体冷凝放的热kJ/h Q液体为出冷凝器液体带热kJ/h Q冷却水为冷却水带走的热量kJ/h Q入口气=2.169×105×140=3.037×107kJ/h
表2-12 粗甲醇带出的热量
组分 比热kJ/kg·℃ 流量kg/h 温度℃ 热量kJ/h
甲醇 2.72 7067 40 7.689×105
二甲醚 2.637 43.94 40 4.635×103
异丁醇 2.531 43.94 40 4.448×103
水 4.187 419.7 40 7.029×104
合计 7575 8.483×105
气体冷凝放热Q冷凝=8.895×106kJ/h
表2-13 在出口温度下气体冷凝放热
组分
甲醇
二甲醚 53.07 43.94 2.332×104
异丁醇 576.8 43.94 2.534×104
水 2253.2 419.7 9.457×105
合计 7575 8.895×106
气化热kJ/kg 1118 流量kg/h 热量kJ/h
7067 7.901×106
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