甲醇合成工艺设计
2 主塔的物料平衡计算 (1).进料
加压塔。预后粗甲醇：34183.655 kg/h
常压塔。34183.655-27751.34?2/3=15682.76 kg/h (2).出料
加压塔和常压塔的采出量之比为2:1，常压塔釜液含甲醇1%。
A. 加压塔。塔顶：27751.34?2/3=18500.89kg/h 塔釜：15682.76kg/h
B. 常压塔。塔顶：27751.34?1/3?99%=9157.94 kg/h 塔釜：甲醇 水 NaOH 高沸物 kg/h：92.5 6421.746 2.869 7.70
总出料：由以上计算。得表2-15甲醇精馏塔物料平衡汇总表：单位：kg/h 18500.89+6421.746+2.869+7.70+92.5+9157.94=34183.645
得表2-15 甲醇精馏塔物料平衡汇总
物料 甲醇 NaOH 水 高沸物 合计
物料 27751.34 2.869 6421.746 7.70 34175.955 加压塔顶出料 18500.89 18500.89 常压塔顶出料 9157.94 9157.94 常压塔釜出料 92.5 2.869 6421.746 7.70 6524.815 合计 27751.34 2.869 6421.746 7.70 34175.955 根椐计算结果可画出粗甲精馏物流图，见图2-2。
1.粗甲醇 2.软水 加3.碱液 压精馏 26 塔 预精馏塔 常压精馏塔 4.预塔顶出料 6.加压塔顶出料 7.常压塔顶出料
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5.预塔底出料 8.常压塔釜出料 图2-2 粗甲醇精馏物流图
2.2 甲醇生产的能量平衡计算
2.2.1 合成塔能量计算
已知：合成塔入塔气为220 ℃，出塔气为250 ℃，热损失以5%计，壳层走4MPa的沸水。
查《化工工艺设计手册》得，4 MPa下水的气化潜热为409.7 kmol/kg，即1715.00 kJ/kg，密度799.0 kg/m3，水蒸气密度为19.18 kg/m3，温度为250 ℃。入塔气热容见4-16。
表2-16 5MPa，220℃下入塔气除(CH3OH)热容
组分 流量：Nm 比热：30.15 kJ/kmol℃ 热量：23580.65 kJ/℃ 10987.99 157396.59 5312.06 2700.69 12360.21 212338.19 45.95 29.34 30.35 21.41 47.05 / 3CO 34894.77 CO2 10668.78 H2 239349.67 N2 Ar CH4 合计 310070.86 7808.403 5627.285 11721.95
查得220℃时甲醇的焓值为42248.46 kJ/kmol，流量为749.391 Nm3。 所以：Q入=42248.46?1492.508+212338.19?220=2815007.35+46714401.8 22.4 =49529409.15 kJ 出塔气热容除(CH3OH)见表4-17。
表2-17 5MPa，220℃下出塔气除(CH3OH)热容
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组分 流量：Nm 比热：3CO CO2 H2 N2 Ar CH4 C4H9OH (CH3)2O H2O 27.06 合计 17145.49 8751.203 198114.48 7805.789 5626.162 11941.63 2.322 2185.08 251599.207 30.13 kJ/kmol℃ 热量：46.58 29.39 30.41 21.36 48.39 170.97 95.85 83.49 / 11579.35 9138.40 kJ/℃ 130521.96 5321.88 2694.39 12951.53 8.90 59.71 4088.59 176365.71
查得250℃时甲醇的焓值为46883.2 kJ/kmol，流量为10471.692 Nm3。 所以：Q出=46883.2?10471.692+176365.71?250=21917251.36+44091421.5
22.4 =66008672.86 kJ 由反应式得:Q反应=[
111.77727.0619444.391?102.37+?200.39+?115.69
22.422.422.4956.132.322+?49.62+?(-42.92)] ?1000 22.422.4 =(88862.60+242.08+577.30+5.14-2130.80)?1000 =87556320 kJ
Q热损失=(Q入＋Q反应) ?5%=(49529409.15+87556320) ?5%
=6854286.46 kJ
所以：壳程热水带走热量
Q传 = Q入 + Q反应 - Q出 - Q热
=49529409.15+87556320-66008672.86-6854286.46
=64222769.83 kJ 又：Q传=G热水r热水
64222769.83=37447.89 kg/h
1714.9937447.89即时产蒸气：=1952.45m3
19.18所以:G热水=
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2.2.2 常压精馏塔能量衡算
(9157.94?92.5) Xf=
(9157.94?92.5)3232?(2.869?6421.746)=0.448
18.02查《化工工艺设计手册》,甲醇露点温度t=74.81℃?75℃
操作条件：塔顶75℃，塔釜105℃，进料温度124℃，回流液温度40℃，取回流液与进料的比例为4:1。
<1>.带入热量见表2-18。
表2-18 常压塔入热
物料 组分 流量：kg/h 温度：℃ 比热：kJ/kg℃ 热量:kg/h 甲醇 9259.914 124 2.68 3077254.62 进料 水+碱 6730.31 124 4.26 3555218.96 回流液 甲醇 63960.896 40 2.68 6856608.06 加热蒸汽 Q加热 Q入=Q进料+Q回流液+Q加热=3077254.62+3555218.96+6856608.06+Q加热 =13489081.64+ Q加热 <2>.带出热量见表2-19。
表2-19 常压塔物料带出热量
物料 组分 流量：kg/h 温度：℃ 比热：kJ/kg℃ 潜热：kJ/kg 热量:kg/h 精甲醇 甲醇 9157.94 75 2.68 1046.75 11426819.64 回流液 甲醇 63960.896 75 2.68 1046.75 46331674.04 甲醇 92.5 105 3.50 34030.5 残液 水+碱 6730.31 105 4.187 2958879.84 热损失 5%Q入
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所以：Q出＝11426819.64＋46331674.04＋34030.5＋29588879.84＋5%Q入 =60751404.02+5%Q入 因为：Q出＝Q入
所以：Q入= Q出=63948846.34kJ/h 所以：Q蒸汽=50459764.7kJ/h 已知水蒸气的汽化热为2118.6 kJ/kg 所以：需蒸汽G3蒸汽=
甲醇蒸汽75℃ 40℃水 回流甲醇 60459764.7=23817.5 kg/h
2118.6常 加压塔底液体 压 40℃ 30℃水
精 120℃
馏 甲醇蒸汽 塔 40℃
115 ℃ 精甲醇
冷凝液 残液105℃ 甲醇115℃ 图2-3 常压塔物流图
<3>.冷却水用量计算
对热流体：Q入＝Q产品精甲醇+Q回流液=11426819.64+46331674.04 =57758493.68kJ/h
Q出 = Q精甲醇(液)+Q回流液(液)
=9157.94?40?2.68+6856608.06=7838339.228kJ/h
Q传 =57758493.68?(1-5%)-7838339.228=47032229.77kJ/h 所以：冷却水用量G3水=
47032229.77=1123.3 t水/h
(40?30)?4.187?1000所以：每吨精甲醇消耗G’3水=
1123.3=40.44t水/t精甲醇 27.78<4>.常压塔精馏段热量平衡见表2-20。
表2-20 精馏段热量平衡表
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