物料衡算部分模板

物料衡算部分模板物料衡算部分模板物料衡算部分模板资料仅供参考文件编号：2022年4月物料衡算部分模板版本号：A修改号：1页次：1.0审核：批准:发布日期：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H2COCO2N2ArCH4溶解量（m3/t粗甲醇）则粗甲醇中的溶解气体量为：H2=×=m3/h即hCO=×=h即hCO2=×=h即hN2=×=h即hAr=×=h即hCH4=×=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CH3OHH2COCO2N2ArCH4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COCO2H2N2Ar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）2C4H9OHC18H18H2O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COCO2H2N2ArCH4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COCO2H2N2ArCH4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CH3OHH2COCO2N2ArCH4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CH4H2COCO2N2Ar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）=hG6=（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）=hG7=（（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）=hG8=+++++++++=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CH3OHH2COCO2N2ArCH4组成%%%%%%%气量m3/h（8）循环比，CO及CO2单程转化率的确定循环比R=G4/G3==（循环比通常为）CO单程转化率：+/+=（主、副反应消耗CO除以入塔气CO）即%（通常为10-15%，给定条件不合理）CO2单程转化率：+=即%（9）入塔气和出塔气组成G1=G3+G4+G5+G6－G7－G8=h=hG2=G3+G4=h=hG2为入塔气气量表12入塔气组成（新鲜气加循环气）气体CH3OHH2COCO2N2ArCH4组成%%%%%%%气m3/h量kmol/h表13出塔气组成（甲醇给定，其余计算）气体组成气m3/h量kmol/hH2%CO%CO2%N2%CH3OH%CH4%Ar%H2O%计算过程：（a）入塔气CO=循环气中CO+新鲜气中CO即：+=h。同理可得其他气体气量;（b）出塔气中CO=入塔气中CO－反应消耗的CO+反应中生成的CO即－－－－－－－×%+=h同理可得其它气体量。（10）甲醇分离器出口气体组成的确定分离器出口气体组分=循环气气体组分+弛放气气体组分则分离器出口气体中CO气量=循环气中CO+弛放气中CO=+=h即h；同理可算的其他气体的气量