物料衡算部分模板物料衡算部分模板物料衡算部分模板資料僅供參考文件編號(hào)：2022年4月物料衡算部分模板版本號(hào)：A修改號(hào)：1頁(yè)次：1.0審核：批準(zhǔn):發(fā)布日期：物料衡算產(chǎn)品組成分析工廠設(shè)計(jì)為年產(chǎn)精甲醇20萬(wàn)噸，開(kāi)工時(shí)間為每年330天，采用連續(xù)操作，則每小時(shí)精甲醇的產(chǎn)量為（=200,000/330/24）噸，即t/h。精餾工段通過(guò)三塔高效精餾工藝，精甲醇的純度可達(dá)到%，三塔精餾工藝中甲醇的收率達(dá)97%。則入預(yù)精餾塔的粗甲醇中甲醇量=h。由粗甲醇的組成通過(guò)計(jì)算可得下表：表2粗甲醇組成組分百分比產(chǎn)量甲醇%h即h二甲醚%kmol/h即m3/h高級(jí)醇（以異丁醇計(jì)）%h即m3/h高級(jí)烷烴（以辛烷計(jì)）%h即h水%h即h粗甲醇100%h注；設(shè)計(jì)中的體積都為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下計(jì)算方法:粗甲醇==h二甲醚=×%=h即h，h高級(jí)醇（以異丁醇計(jì)）=×%=h即h，h高級(jí)烷烴（以辛烷計(jì)）=×%=h即h，h水=×%=h即h，h合成工段（1）合成塔中發(fā)生的反應(yīng):主反應(yīng)CO+2H2=CH3OH（1）CO2+3H2=CH3OH+H2O（2）副反應(yīng)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）粗甲醇的合成工業(yè)生產(chǎn)中測(cè)得低壓時(shí)，每生產(chǎn)一噸粗甲醇就會(huì)產(chǎn)生（標(biāo)態(tài)）的甲烷，即設(shè)計(jì)中每小時(shí)甲烷產(chǎn)量為h，h。由于甲醇入塔氣中水含量很少，忽略入塔氣帶入的水。由反應(yīng)（3）、（4）、（5）、（6）得出反應(yīng)（2）、（7）生成的水分為；－－－×3－×8=h由于合成反應(yīng)中甲醇主要由一氧化碳合成，二氧化碳主要發(fā)生逆變反應(yīng)生成一氧化碳，且入塔氣中二氧化碳的含量一般不超過(guò)5%，所以計(jì)算中忽略反應(yīng)（2）。則反應(yīng)（7）中二氧化碳生成了h，即h的水和一氧化碳。（計(jì)算水汽變換反應(yīng)）（3）粗甲醇中的溶解氣體量粗甲醇中氣體溶解量查表5Mpa、40℃時(shí)，每一噸粗甲醇中溶解其他組成如下表：表3噸粗甲醇中合成氣溶解情況（已知）氣體H2COCO2N2ArCH4溶解量（m3/t粗甲醇）則粗甲醇中的溶解氣體量為：H2=×=m3/h即hCO=×=h即hCO2=×=h即hN2=×=h即hAr=×=h即hCH4=×=h即h（4）粗甲醇中甲醇擴(kuò)散損失40℃時(shí),液體甲醇中釋放的溶解氣中,每立方米含有37014g的甲醇,假設(shè)減壓后液相中除二甲醚外,其他氣體全部釋放出，則甲醇擴(kuò)散損失：G=（+++++）×=h即h，h（5）合成反應(yīng)中各氣體的消耗和生成情況表4弛放氣組成（已知給定條件）氣體CH3OHH2COCO2N2ArCH4組成%%%%%%%表5合成反應(yīng)中消耗原料情況（生成甲醇、異丁醇、二甲醚等所消耗）消耗項(xiàng)單位消耗原料氣組分COCO2H2N2Ar反應(yīng)（1）m3/h反應(yīng)（3）m3/h反應(yīng)（4）m3/h反應(yīng)（5）m3/h反應(yīng)（6）m3/h反應(yīng)（7）m3/h（）注：括號(hào)內(nèi)的為生成量；反應(yīng)（1）項(xiàng)不包括擴(kuò)散甲醇和弛放氣中甲醇消耗的原料氣量表6合成反應(yīng)中生成物情況（根據(jù)上述兩個(gè)表計(jì)算出）生成項(xiàng)單位生成物組分CH4CH3OH（CH3O）2C4H9OHC18H18H2O反應(yīng)（1）m3/h反應(yīng)（3）m3/h反應(yīng)（4）m3/h反應(yīng)（5）m3/h反應(yīng)（6）m3/h反應(yīng)（7）m3/h表7其他情況原料氣消耗（包括甲醇中溶解、擴(kuò)散的甲醇、馳放氣體、馳放氣中的甲醇）消耗項(xiàng)單位消耗原料氣組分COCO2H2N2ArCH4粗甲醇中溶解m3/h擴(kuò)散的甲醇m3/h弛放氣m3/h%×G%×G%×G%×G%×G%×G馳放氣中甲醇m3/h%×G%×G注：G為馳放氣的量，m3/h。（6）新鮮氣和弛放氣氣量的確定CO的各項(xiàng)消耗總和=新鮮氣中CO的量，即++++－+++%G+%G=+%G同理，原料氣中其他各氣體的量=該氣體的各項(xiàng)消耗總和，由此可得新鮮氣體中各氣體流量，如下表：表8新鮮氣組成（新鮮氣量等于馳放氣量與產(chǎn)物及其他消耗量）組分單位COCO2H2N2ArCH4氣量m3/h+%G+%G+%G+%G+%G+%G新鮮氣m3/h+新鮮氣中惰性氣體（N2+Ar）百分比保持在%，反應(yīng)過(guò)程中惰性氣體的量保持不變，（N2+Ar）=+%G，則：（+）×%=+%G（新鮮氣中的惰性氣體N2+Ar等于馳放氣和溶解在甲醇中的氣體的量，據(jù)此求出馳放氣體積）解得G=h，即弛放氣的量為h，由G可得到新鮮氣的量h由弛放氣的組成可得出下表表9弛放氣組成（計(jì)算各組分的氣量）氣體CH3OHH2COCO2N2ArCH4組成%%%%%%%氣量m3/h表10新鮮氣組成（根據(jù)馳放氣與其他消耗算出）氣體CH4H2COCO2N2Ar組成%%%%%%氣量m3/h（7）循環(huán)氣氣量的確定G1=G3+G4+G5+G6－G7－G8式中：G1為出塔氣氣量；G3新鮮氣氣量；G4循環(huán)氣氣量；G5主反應(yīng)生成氣量；G6副反應(yīng)生成氣量；G7主反應(yīng)消耗氣量；G8副反應(yīng)消耗氣量；G5=（產(chǎn)品中甲醇）+（擴(kuò)散甲醇）+%×（馳放氣中甲醇）=hG6=（二甲醚）+（二甲醚副產(chǎn)水）+（甲烷）+（甲烷副產(chǎn)水）+（異丁醇）+（異丁醇副產(chǎn)水）+（辛烷）+（辛烷副產(chǎn)水）+（二氧化碳轉(zhuǎn)化為一氧化碳）+（副產(chǎn)水）=hG7=（（產(chǎn)物中甲醇消耗一氧化碳）+（產(chǎn)物中甲醇消耗氫氣））+（（擴(kuò)散甲醇消耗CO）+（擴(kuò)散甲醇消耗H2））+%××3（馳放氣中甲醇消耗CO和H2）=hG8=+++++++++=h已知出塔氣中甲醇含量為%（已知條件），則（G4×%+×%++）/G1=解得G4=h表11循環(huán)氣組成（循環(huán)氣組成與馳放氣相同）氣體CH3OHH2COCO2N2ArCH4組成%%%%%%%氣量m3/h（8）循環(huán)比，CO及CO2單程轉(zhuǎn)化率的確定循環(huán)比R=G4/G3==（循環(huán)比通常為）CO單程轉(zhuǎn)化率：+/+=（主、副反應(yīng)消耗CO除以入塔氣CO）即%（通常為10-15%，給定條件不合理）CO2單程轉(zhuǎn)化率：+=即%（9）入塔氣和出塔氣組成G1=G3+G4+G5+G6－G7－G8=h=hG2=G3+G4=h=hG2為入塔氣氣量表12入塔氣組成（新鮮氣加循環(huán)氣）氣體CH3OHH2COCO2N2ArCH4組成%%%%%%%氣m3/h量kmol/h表13出塔氣組成（甲醇給定，其余計(jì)算）氣體組成氣m3/h量kmol/hH2%CO%CO2%N2%CH3OH%CH4%Ar%H2O%計(jì)算過(guò)程：（a）入塔氣CO=循環(huán)氣中CO+新鮮氣中CO即：+=h。同理可得其他氣體氣量;（b）出塔氣中CO=入塔氣中CO－反應(yīng)消耗的CO+反應(yīng)中生成的CO即－－－－－－－×%+=h同理可得其它氣體量。（10）甲醇分離器出口氣體組成的確定分離器出口氣體組分=循環(huán)氣氣體組分+弛放氣氣體組分則分離器出口氣體中CO氣量=循環(huán)氣中CO+弛放氣中CO=+=h即h；同理可算的其他氣體的氣量