表2-10 循环气组成表
气体 组成 气量m3/h
CH3OH 0.61% 921.25
H 2 81.20% 122632.21
CO 9.16% 13833.88
CO2 3.11% 4696.87
N2 3.21% 4847.90
Ar 0.82% 1238.40
CH4 1.89% 2854.37
（５）入塔气和出塔气组成的确定 G入塔= G循环气+G新鲜气
=151024.89+30924.44 =181949.33 Nm3/h
表2-11 甲醇生产入塔气流量及组成
组分 流量：
22127.81
Nm/h 组成
12.16
(V)%
3.22
79.10
2.72
1.60
0.69
0.51
100
3
CO
CO2 H2 N2 CH4 Ar CH3OH 合计
5865.81 143914.41 4943.77 2910.03 1266.23 921.25 181949.31
又由G出塔= G入塔-G消耗＋G生成，得：
表2-12 出塔气组成表
气体 组成% 气量m3/h 气体 组成% 气量m3/h
H 2 76.31 125104.44 CH4 1.77 2910.03
CO 8.65 14174.79 (CH3)2O 0.01 12.99
CO2 2.92 4789.87 C4H9OH 6.83×104
－
N2 3.01 4938.36 H2O 0.60 989.18
Ar 0.77 1262.96
合计 100
CH3OH 5.95 9754.29
1.12 163938.53
（６）甲醇分离器出口气体组成确定
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=
10
循环气中CO+弛放气中CO；由此可算的其他气体的气量：
表2-13 分离器出口气体组成表
组分 出气 组成(V)%
CH3OH 939.67 0.61
H2 125084.038 81.20
CO 14110.50 9.16
CO2 4790.79 3.11
N2 4944.84 3.21
Ar 1263.16 0.82
CH4 2911.45 1.89
分离器出口液体组分=出塔气气体组分－出口气气体组分
表2-14 分离器出口液体组成表
气体 气体m3/h 质量kg/h 组成%
CH3OH 8814.62 12592.31 93.85
(CH3)2O 12.99 26.67 0.20
C4H9OH 1.12 3.70 0.03
H2O 989.18 794.88 5.92
合计 9817.91 13417.56 100
2.2 甲醇合成主要设备热量衡算 2.2.1合成塔热量计算
已知：合成塔入塔气为220℃，出塔气为250℃，热损失以5%计。 合成甲醇的化学反应为：
主反应 CO+2H2=CH3OH+102.37kJ/mol 式（1） 副反应 2CO+4H2=(CH3)2O+H2O+200.39kJ/mol 式（2）
CO+3H2=CH4+H2O+115.69 kJ/mol 式（3） 4CO+8H2=C4H9OH+3H2O+49.62 kJ/mol 式（4） CO2+H2=CO+H2O -42.92 kJ/mol 式（5） （１）入塔气热量计算
通过计算可以得到5.0MPa，220℃时各入塔气气体的热容，根据入塔气各气体组分量，算的甲醇合成塔入塔热量如下表：
11
表2-15 5MPa，220℃下入塔气（除CH3OH）热容表
组分 流量：Nm3/h 比热：kJ/kmol℃ 热量：kJ/h℃
CO 22127.81 30.15 29783.64
CO2 5865.81 45.95 12032.77
H2 143914.41 29.34 188502.18
N2 4943.77 30.35 6698.37
CH4 2910.03 47.05 6112.36
Ar 1266.23 21.41 1210.27
合计 181028.06
244339.59
查得220℃时甲醇的焓值为42248.46kJ/kmol，流量为2767.36Nm3。 所以：Q入=42248.46×921.25+244339.59×220 22.4 =55492272.02 kJ （２）出塔气热量计算
出塔气（除CH3OH）热容见下表：
表2-16 5MPa，250℃下出塔气除(CH3OH)热容表
组分 流量：Nm3/h 比热：kJ/kmol℃ 热量：kJ/h℃
组分 流量：Nm3/h 比热：kJ/kmol℃ 热量：kJ/h℃
CO 14174.79 30.13 19066.36 CH4 2910.03 48.39 6286.44
CO2 4789.87 46.58 9960.36 C4H9OH 1.12 170.97 8.55
H2 125104.44 29.39 164143.73 (CH3)2O 12.99 95.85 55.58
N2 4938.86 30.41 6704.94 H2O 989.18 83.49 3686.90
Ar 1262.96 21.36 1204.32 合计 154184.24
/ 211117.18
查得250℃时甲醇的焓值为46883.2kJ/kmol，流量为9754.29 Nm3/h。 所以：Q出=46883.2×9754.29+211117.18×250
22.4 =73195023.97kJ （３）塔内反应热的计算
甲醇合成塔中按反应①,②,③,④,⑤生成的热量如下表：
12
表2-17 甲醇合成塔内反应热统计表
气体 生成热
102.37
kJ/mol 生成量kmol
394.57
/h 反应热kJ/h
40392130.90
116226.20
105277.90
2481.00
-1824958.40
38791157.60
0.58
0.91
0.05
42.52
438.63
200.39
115.69
49.62
-42.92
反应①
反应②
反应③
反应④
反应⑤
合计
（４）全塔热量损失的确定 假设全塔热损失为5%。
可得：Q热损失=( Q入＋Q反反)×5%=(55492272.02+38791157.60)×5%
=4714171.48kJ/h
（５）沸腾水吸收热量的确定
Q传= Q入＋Q反应－Q出－Q热损失
= 55492272.02＋38791157.60－73195023.97－4714171.48
=16374234.17kJ/h
又：Q传=G热水r热水
查《化工工艺设计手册》得，4MPa下水的气化潜热为409.7kmol/kg，即1706.08kJ/kg，水蒸气密度为20.10kg/m3
16374234.17=9597.58 kg/h
1706.089597.58时产蒸气： =477.49m3
20.10所以：G热水=
2.2.2入塔气换热器的热量计算 （１）入换热器的被加热气体热量
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表2-18 入换热器被加热气体各组分热容和显热统计表
组分 流量：Nm3/h 比热：kJ/kmol℃ 热量：kJ/h℃
CO 22127.81 30.16 29793.51
CO2 5865.81 69.68 18246.86
H2 143914.41 29.13 187152.98
N2 4943.77 30.18 6660.85
CH4 2910.03 41.06 5334.19
Ar 1266.23 23.1 1305.79
CH3OH 921.25 85.73 3525.84
合计 181949.31
252020.02
入换热器的被加热气体热量C1=7252020.02kJ/（h.℃），温度为40℃，可得：
Q入=252020.02×40=1008080.08kJ/h
（２）出换热器的被加热气体热量
出换热器的被加热气体显热与入合成塔气体的显热相等，可得： Q出=55492272.02kJ/h
（３）入换热器的热气体热量
入换热器的加热气体显热与出合成塔气体的显热相等，可得： Q’入=73195023.97kJ/h
（４）出换热器的热气体热量
热损失以5%计，故：Q损=Q出×5%=2774613.60kJ/h 被加热气体吸收的热量：Q吸= Q出－Q入＋Q损
=55492272.02－1008080.08＋2774613.60
=57258805.54kJ/h
出换热器的加热气体显热量：Q’出= Q’入－Q吸
=73195023.97－57258805.54
=15936218.43 kJ/h
（５）出换热器的加热气体的温度
假设出换热器的热气体各组分热容与出合成塔时相同，则：
C2=211117.18+85.73×出口温度为：
9754.29=248449.11 kJ/℃
22.415936218.42=64.14℃
248449.112.2.3水冷器热量的计算 （１）水冷器入口气体显热
水冷器入口气体的显热与入塔气换热器出口加热气体的显热相等，可得：
Q入=15936218.43kJ/h
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