内蒙古科技大学毕业设计说明书
M=301.12?0.13+5.80-2426.33?0.0127=14.13Nm3/t由式 Ku?W?(A?M?3I)Ku?67.95?（2.43+4.13+3?1.63）=46.5Nm3/t?CVkk
由式 CF?（Ku-Cp-L-2A-M-4I）求得新鲜气中CO含量 CF:VF0.09?301.12?(46.5?4.40?654.5?2?2.44?14.3?4?1.63) 2426.333?0.274Nm/tCFCF?经过验证，在误差允许范围内(<0.5%)，各物料平衡。3.2.3系统中不同点气体组成的确定
在以下计算中均以1吨粗甲醇为计算基准。
设合成塔出口气体混合物中甲醇的百分含量为0 .0265，根据甲醇的百分含量确定合成塔后气体
甲醇蒸汽的容积合成塔出口气体混合物中甲醇的百分含量容积与气体的物质的量：
654.50??24698.11Nm3/t0.0265V3?V324698.11??1102.59kmol 22.422.4式中0.0265?甲醇合成塔出口气体中甲醇含量物质的量n3?根据在分离器中液态粗甲醇与溶解在其中的气体，确定分离器后气体的容积与气体的物质的量：
气体容积V7?V8?V9?V3?V6?V10?24689.11?40.30?726.51?23922.30Nm3V723922.3??1067.96kmol 22.422.4式中40.30?溶解于液态粗甲醇中气体的量，Nm3;726.51?相当于1吨粗甲醇气体量，Nm3;气体的容积物质的量n7?在循环压缩机前进行气体的放空，因而从系统中释放的驰放气量为301.12Nm3/t，来确定循环压缩机前气体的容积和气体的物质的量：
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气体容积: V9?V7?Vk?23922.30?301.12?23621.18Nm3物质的量: n9?23621.18?1054.52kmol22.4
合成塔进出口气体（混合气）的气体容积和气体的物质的量：
气体容积：V2?V1?V9?2426.33?23621.18?26047.51Nm3V26047.51物质的量：n2?2??1162.84kmol22.422.4
水冷器出口气体容积和物质的量：
气体容积：V4?V3?24689.11Nm3物质的量：n4?V324689.11??1102.59kmol 22.422.4甲醇分离器出口气体容积和物质的量：
气体容积：V5?V6?V10?40.30?726.51?766.81Nm3物质的量：n5?V5766.81??34.23kmol22.422.4
计算在反应方程式（3—1）—（3—6）中所消耗的氢气量和一氧化碳量。
VH2?2L?4A?3M?8I?Ku?2?654.50?4?2.43?3?14.30?8?1.63?46.50 ?1421.16Nm3nH2?VCO1421.16?63.44kmol 22.422.4?2A?M?L?4I?Ku?VH2计算系统中不同点气体的组成:
计算新鲜气的组成，以计算CO2为例，具体计算步骤如下： 生产1吨粗甲醇所需新鲜气中CO2的体积为：
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VCO2?Vf?kf?2426.33?0.0244?59.20Nm3/t59.20?2.64kmol/t22.422.4CO2的摩尔流量：nCO2??59.20?6944.44?18.35kmol/h22.4?1000CO2的摩尔分数：N?N18.35C??100%??100%?2.44%N总752.20CO2的质量流量：18.35?44?807.54kg/hCO2的质量分数：X=M807.54?100%??100%?10.17%M总7941.80VCO2
按上述步骤分别计算新鲜气组分的含量，如表3.7所示。
表3.7新鲜气的组成（N1）
气体组成 Nm3/t kg/h W% kmol/h mol%
H2 1649.90 1023.00 12.88 511.50 68.00
N2 31.30 271.70 3.42 9.70 1.29
CH4 30.81 152.85 1.92 9.55 1.27
CO 655.11 5686.71 71.60 203.10 27.00
CO2 59.20 807.54 10.17 18.35 2.44
合计 2426.32 7941.80 100.00 752.20 100.00
计算合成塔的混合气的组成。以计算二氧化碳为例，具体计算步骤如下： 生产1吨粗甲醇所需混合气中二氧化碳的体积为例 VCO2=0.018V9+59.20 =0.018×23621.18+59.20 =484.38Nm3/t nCO2?VCO222.4?484.38=21.62kmol/t 22.4484.38?6944.44=150.17kmol/h
22.4?1000CO2的摩尔流量N=
CO2的摩尔分数：c=
N150.17?100%??100%=1.86% N总8075.24CO2的质量流量M=150.17×44=6607.36 kg/h
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CO2 的质量分数：x=
M6607.36×100%=8.60% ?100%?M总76807.54按上述步骤分别计算混合气中各组分的含量如表3.8所示
表3.8进合成塔混合气的组成（N2）
气体组成 Nm3/t kg/h W% kmol/h mol%
H2 17617.82 10923.74 14.22 5461.87 67.64
N2 2558.77 22211.50 28.92 793.27 9.82
CH4 2605.52 12924.19 16.83 807.76 10.00
CO 2781.02 24140.75 31.43 862.17 10. 68
CO2 484.38 6607.36 8.60 150.17 1.86
合计 26047.51 76807.54 100.00 8075.24 100.00
计算出合成塔进水冷器的气体组成。以计算以计算N2为例，具体计算步骤如下： 进水冷器的N2量= 进合成塔N2量-反应掉的N2量 =2558.77-0=2558.77 Nm3/t
nn2?Vn222.4?2558.77=114.23kmol/t 22.42558.77?6944.44=793.27kmol/h
22.4?1000N2的摩尔流量：N=N2的摩尔分数：c=
N2558.77?100%??100%=10.36% N总24686.81N2的质量流量：M=793.27×28=22211.56kg/h N2 的质量分数：x=
M22211.56×100%=28.92% ?100%?M总76806.17按上述步骤分别计算出合成塔进水冷器的气体组成。如表3.9所示 由表3.8和表3.9列出进出合成塔的物料平衡表，如表3.10所示
表3.9 进水冷器气体的组成（N3）
组成
H2
CH3O
H
2558.77 2619.65 2147.34 437.88 654.50
12994.29 16.92 812.14 10.61
18640.16 24.27 665.72 8.70
5973.06493.16 5 7.78 8.45 135.75 202.91 1.77
2.65
N2
CH4
CO
CO2
(CH3)2
O 2.43 34.72 0.05 0.75 0.001
C4H9OH 1.63 37.50 0.05 0.50 0.001
H2O
合 计
Nm3/t 16196.6
6
kg/h 10042.522211.5
6 6
W% 13.08 28.92 kmol/5021.28 793.27 h
mol% 65.61 10.36
67.95 24686.8
1
379.176806.17 7 0.50 100.00 21.07 7653.11 0.28
100.00
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内蒙古科技大学毕业设计说明书 表3.10进出合成塔物料平衡表
物料 组成 H2 N2 CH4 CO CO2 CH3OH (CH3)2O C4H9OH H2O 合计
kg/h 10923.74 22211.56 12924.19 24140.75 6607.36 — — — — 76807.54
进料 W% 14.22 28.92 16.83 31.43 8.60 — — — — 100.00
kmol/h
mol%
kg/h 10042.56 22211.56 12994.29 18640.16 5973.06 6493.15 34.72 37.50 379.17 76806.17
出料
W% kmol/h mol% 13.08 5021.28 65.61 28.92 793.27 10.36 16.92 812.14 10.61 24.27 665.72 8.70 7.78 135.75 1.77 8.45 202.91 2.65 0.05 0.75 0.01 0.05 0.50 0.01 0.50 21.07 0.28 100.00 7653.11 100.00
5461.87 67.64 793.27 9.82 807.76 10.00 862.17 10.68 150.17 1.86 — — — — — — — — 8075.24 100.00
在水冷器内甲醇二甲醚异丁醇和水均被冷却为液体，列出进出水冷器的物料平衡表，如表3.11所示。
表3.11进出水冷器的物料平衡表
物料 组成 H2（g） N2（g） CH4（g） CO（g） CO2（g） CH3OH（g） (CH3)2O（g） C4H9OH（g） H2O（g） 合计 CH3OH（l） (CH3)2O（l） C4H9OH（、l） H2O（l） 合计
kg/h 10042.56 22211.56 12994.29 18640.16 5973.06 6493.15 34.72 37.50 379.17 76806.17 — — — — —
进料 W% kmol/h mol% 13.08 5021.28 65.61 28.92 793.27 10.36 16.92 812.14 10.61 24.27 665.72 8.70 7.78 135.75 1.77 8.45 202.91 2.65 0.05 0.75 0.01 0.05 0.50 0.01 0.50 21.07 0.28 100.00 7653.11 100.00 — — — — — — — — — — — — — — —
kg/h 10042.56 22211.56 12994.29 18640.16 5973.06 — — — — 69861.63 6493.15 34.72 34.72 379.17 6944.54
出料 W% kmol/h mol% 14.41 5021.28 67.60 31.79 793.27 10.70 18.60 812.14 10.90 26.68 665.72 9.00 8.55 135.75 1.80 — — — — — — — — — — — — 100.00 7428.16 100.00 94.00 202.91 90.20 0.46 0.75 0.50 0.58 0.50 0.54 4.96 21.07 5.46 100.00 224.95 100.00
计算粗甲醇中间槽进口处的混合物组成，以计算CH4为例，具体计算步骤如下： 进入粗甲醇中间槽的CH4的量：
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