银川能源学院课程设计（煤化工工艺学）
G副反应?G甲烷?G二甲醚?G高级醇?G水 ?11.88?7.52?0.66?658.23?678.29kmol/hG副消耗?G?1-3?CO?G?1?3?H2?G?1?4?CO?G?1?4?H2?G?1?5?CO?G?1?5?H2?G?1?6?CO?G?1?6?H2?15.04?30.08?11.88?35.64?2.64?5.28?636.85?636.85?1374.26kmol/hG出塔?G新鲜?G循环?G主生成?G副生成?G主消耗?G副消耗故有：
G 出塔?G循环??16539.5?5081.0?678.29?15243?1374.26??G?5681.53 循环合成塔出塔气甲醇含量为5.84%，由甲醇的物料守恒得：
0.0061G循环?442.93?0.0061?5075.2?3.1?0.0584G循环?5681.53G出塔?90806.9kmol/h
表3-10 循环气组成
气体 组成（%） 含量kmo/h
CH3OH 0.61 553.9
H2 78.31 71110.9
CO 6.20 5630
CO2 3.51 3187.3
N2 3.19 2896.7
Ar 2.30 2088.6
CH4 5.79 5266.8
故循环地R?
G循环90806.9??5.49G新鲜16539.56、入塔气和出塔气组成
G入出塔 G出塔气?G循环?G新鲜?16539.5?90806.9?107346.4kmol/h?G新鲜?G循环?G主生成?G副生成?G主消耗?G副消耗
?16539.5?90806.9?5081?678.29?15243?1374.26?96488.4kmol/h表3-11 入塔气组成（kmol/h）
气体
CH4 5266.8 8.27 5275.09
H2 71110.9 11245.21 82356.11
CO 5630 4705.49 10335.49
CO2 3187.2 509.42 3696.62
N2 2896.7 41.51 2938.21
Ar 2088.6 29.61 2118.21
CH3OH 553.9 0 553.9
循环气 新鲜气 入塔气
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出塔气的组成
出塔气的量=入塔气的量-反应中消耗的量+反应中生成量
GH出?82356.11??10150.4?30.08?11.88?3?5.28?636.85???6.2?0.0122?442.923? ?71486.3kmol/h
GCO出?10335.49??5075.2?15.04?11.88?2.64???636.85?3.1?0.0061?442.923??5873.38kmol/hGN2?2938.21?0?0?2938.21kmol/hGCO出?3696.62?636.85?3059.77kmol/h
G?CH3?2O1?15.04??7.52kmol/h2
GAr?2118.21?0?0?2118.21kmol/hGCH4?5275.07?0?11.88?5286.95kmol/hGC4H9OH?2.64?
1?0.66kmol/h4GH2O?0?0?11.88?15.04?
13?2.64??636.85?658.23kmol/h24
表3-12 出塔气组成
气体 循环气
CH4 5266.8
H2 71110.9
CO 5630
CO2 3187.2
N2 2896.7
Ar 2088.6
CH3OH 553.9
CH4 5266.8
H2 71110.9
7、甲醇分离器出口气体组成和液体组成 （1）甲醇分离器出口气体组成
（2）分离器出口组分=驰放气气体组分+循环气气体组分
表3-13 分离器出口气体的组成
气体 循环气 新鲜气 入塔气
H2 71110.9 346.86 71457.76
CO 5630 27.86 5657.86
CO2 3187.2 15.55 3202.75
N2 2896.7 14.13 2910.83
Ar 2088.6 10.19 2092.45
CH4 5266.8 25.65 5292.45
CH3OH 553.9 2.7 556.6
（3）甲醇分离器出口液体组成
分离器出口液体组分=出塔气组分-分离器出口气体组分
表3-14 分离器出口液组成kmol/h
出塔气
CH3OH 5634.9
(CH3)2O 7.52 11
C4H9OH 0.66
H2O 658.23
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出口气 出液气
556.6 6191.5
0 7.52
0 0.66
0 658.23
GCH3OH?6191.5?32?330?24?156.92?104t/a1000?10000
3.2
1. 合成塔入塔量计算
热量衡算
?Q1??（G?Cp?T）查手册得：在498.15K，5.2MPa下，各个组分的定压热容如下表所示：
表3-15 组分气体定压热容
气体
比热容KJ（kmol·K）
CH3OH 65.83
H2 29.12
CO 30.57
CO2
N2 30.23
Ar 21.54
CH4 47.61
47.69
表3-16 入塔气热量衡算Q1
气体 比热容 入塔气 热量
H2 29.12 82356.11 2.4×106
CO 30.57 10335.49 3.16×105
CO2 47.69 3696.62 1.76×105
N2 30.23 2938.21 8.88×104
Ar 21.54 2118.21 4.56×104
CH4 47.61 5275.07 2.51×105
CH3OH 65.83 553.9 3.65×104
故有：
Q1?2.4×106?3.16×105?1.7×105?8.88×104?4.56×104?2.51×105?3.65×104Q1?3.31?106KJ/(h?K)?Q1?3.31?106?498.15?1.65?109KJ（/h?K）Qri??H?Gi
物料 生成热 生成量 反应热（×10）
3
a. 合成塔的反应热
表3-17 甲醇合成塔内反应热Qri
CH3OH 97.73 6191.5 6.05×10
8
(CH3)2O 49.62 7.52 3.73×10
5
C4H9OH 200.39 0.66 1.32×10
5
CH4 115.69 11.88 1.37×10
6
CO 42.92 －636.85 －2.73×10
7
?Qri?5.8?108KJ/h
b. 合成塔出塔热量计算
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?Q2??（G2?Cp2?T2）
查手册得：在528.15K，5.2MPa下，各个组分的定
压热容如下表所示：
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表3-18 各组分带出合成塔的热量Q2
CH3O
气体
H2
CO
CO2
N2
Ar
CH4
H
比热容
29.12 71486.
出塔气
3 2.08×
热量
10
6
3）2O
（CH
C4H9O
H2O
H 169.35
35.36
30.57 5873.38 1.8×10
5
47.69 3059.7
30.23 21.54 47.61 65.83 96.3
2938.21
7 1.5×10
5
2118.21 5286.95 5634.9 7.52 0.66 658.23
8.88×10
4
4.56×10
4
2.52×10
5
3.71×10
5
7.24×10
2
1.12×10
2
2.33×10
4
Q2?3.19?106KJ（/h?K） Q?3.19?106?528.1?1?.68?109KJ（/h?K）22、合成塔热量损失:
假设合成塔的热量损失为5%
?Q3?（Q1?Qr）?0.05?（1.65?109?5.8?108）?0.058 ?Q3?1.12?10KJ/h3、蒸汽吸收的热量
全塔热平衡方程为： ?Q1??Qr??Q2??Q3??Q4蒸汽吸收的热量为： ?Q??Q??Qr??Q??Q4123水蒸气入口得温度为200℃，出口温度为224℃，查《化工工艺设计手册》得：水蒸气的平均比热容为3.224KJ/（Kg·K）。则由：
Q44.38?108Q?Cp?F??t?F??Cp??t3.224?297.15Q?457196.96Kg/h?457.2吨/h
3、合成气换热器热量衡算：
入换热器的温度为60℃，查《化学物性数据手册》得各组分的比热容，由计算得各组分带进换热量如下表所示：
表3-19 合成气带进的热量
气体
CH3OH 46.6
H2 28.92
CO 30.92
CO2 58.66
N2 31.01
Ar 22.78
CH4 41.11
比热容
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