《甲醇精餾中的物料衡算和能量衡算案例》3000字（論文）

甲醇精餾中的物料衡算和能量衡算案例目錄TOC\o"1-2"\h\u5884甲醇精餾中的物料衡算和能量衡算案例 1187711物料衡算 1122511.1設(shè)計(jì)任務(wù) 139111.2預(yù)精餾塔物料衡算 1217401.3加壓塔物料衡算 2167561.1加壓塔進(jìn)料計(jì)算 2184091.2加壓塔出料計(jì)算 27861.4常壓塔物料衡算 235622能量衡算 31502.1預(yù)塔熱量衡算 3221202.2加壓塔熱量衡算 5217912.3常壓塔熱量衡算 6315912.1進(jìn)料帶入熱量 7308432.2物料帶出熱量? 71物料衡算1.1設(shè)計(jì)任務(wù)本設(shè)計(jì)采用焦炭半水煤氣作為生產(chǎn)原料，以銅基催化物低壓合成粗甲醇REF_Ref10704\w\h[18]。設(shè)定年產(chǎn)30萬噸精甲醇，每年工作日為300天，精甲醇的質(zhì)量含量為99.95%，則每小時(shí)應(yīng)生產(chǎn)精甲醇量為：4.167×104kg/h。要求生產(chǎn)精甲醇4.167×104kg/h，粗甲醇中主要組分含量見表3-1。由表3-1可知，粗甲醇主要常年在二甲醚、水和異丁醇等雜質(zhì)。其中，二甲醚是由甲醇脫水生成；異丁醇等雜醇是由CO2與H2的量控制不當(dāng)而產(chǎn)生的副產(chǎn)物；水是CO2與H2合成甲醇時(shí)產(chǎn)生。監(jiān)獄其他組分含量較少，在本設(shè)計(jì)中輕組分按二甲醚含量計(jì)算，雜醇等高沸物按照異丁醇含量計(jì)算。表3-1粗甲醇組成表組分甲醇CH3OH二甲醚(CH3)2O水H2O異丁醇C4H9OH含量%93.450.75.80.051.2預(yù)精餾塔物料衡算1.2.1預(yù)精餾塔進(jìn)料計(jì)算（1）粗甲醇進(jìn)料：4.167×104kg/h÷0.9345=44.59×103kg/h（2）堿液：在甲醇精餾過程中，加入濃度5%的堿液來分解有機(jī)胺類，使其在預(yù)塔內(nèi)脫除，同時(shí)堿液還可以中和甲醛、甲酸等還原性雜質(zhì)防止設(shè)備、管線的腐蝕[19]。每噸精甲醇的耗堿量按0.1kg計(jì)算：則消耗純NaOH：0.1kg/t×41.67t/h=4.167kg/h堿液加入量為：4.167kg/h÷5%=83.34kg/h堿液中含水量：83.34kg/h×95%=79.17kg/h（3）軟水：粗甲醇中含有少量C5~C10的烷烴類雜質(zhì)，易與甲醇形成共沸物，不溶于水，但甲醇和水可以任意比例混溶，在預(yù)塔塔頂和油分中加入約為入料量20%的軟水或稀醇水，可以提高預(yù)塔塔底沸騰溫度的同時(shí)將烷烴類雜質(zhì)通過油分溢流口采出[18]。則軟水的加入量為：粗甲醇量×20%-補(bǔ)入堿液帶水量。即，4.167×104kg/h×20%-79.17kg/h=8256.23kg/h。計(jì)算結(jié)果如表3-2所示。表3-2預(yù)塔進(jìn)料量及組成表(kg/h)物料量CH3OHH2ONaOH(CH3)2OC4H9OH合計(jì)粗甲醇4.167×1042.42×103—291.6920.8344.59×103堿液—79.174.17——83.34軟水—8.25×103———8.25×103合計(jì)4.167×10410.75×1034.17291.6920.8352.93×103預(yù)精餾塔出料計(jì)算由表3-2可知，預(yù)精餾塔塔底：甲醇含量4.167×104kg/h，水含量1.075×104kg/h，異丁醇等高沸物含量20.83kg/h。預(yù)精餾塔塔頂：二甲醚及低沸物含量291.69kg/h。具體預(yù)塔出料量及成分如表3-3所示。表3-3預(yù)塔出料量及組成表(kg/h)物料量CH3OHH2ONaOH(CH3)2OC4H9OH合計(jì)塔頂———291.69—291.69塔底4.167×1041.075×1044.17—20.835.264×104合計(jì)4.167×1041.075×1044.17291.6920.835.293×1041.3加壓塔物料衡算1.1加壓塔進(jìn)料計(jì)算加壓塔的進(jìn)料=預(yù)塔總出料量—輕組分即：F1=5.293×104-291.69=5.264×104kg/h1.2加壓塔出料計(jì)算加壓塔和常壓塔的采出量之比為5:8，即加壓塔采出量為總產(chǎn)品的5/8。其中塔頂采出精甲醇(99.95%)：D1=5/8預(yù)塔總出料量×99.95%=2.603×104kg/h。塔底粗甲醇量為W1=F1-D1=5.264×104-2.603×104=2.661×104kg/h。1.4常壓塔物料衡算1.4.1常壓塔進(jìn)料計(jì)算常壓塔進(jìn)料即為加壓塔分離塔底的產(chǎn)品出料：F2=2.661×104kg/h。1.4.2常壓塔出料計(jì)算常壓塔塔底主要成分為釜?dú)堃喊ㄋ?、堿液、甲醇及高沸點(diǎn)物等，其中甲醇含約1%，設(shè)殘液量為Wkg/h，則：

X=甲醇中水量＋堿量+高沸物+殘液中的甲醇量X=1.075×103+4.17+20.83+0.01X解得：X=1.088×103kg/h即，塔釜液中甲醇含量為108.88kg/h；水：1.075×103kg/h，NaOH：4.17kg/h，高沸物：20.83kg/h。常壓塔塔頂：甲醇產(chǎn)品含量為D=F2-W=2.661×104-1.088×104=1.573×104kg/h。所有計(jì)算結(jié)果如表3-4所示。表3-4甲醇精餾塔物料平衡匯總表(kg/h)成分物料加壓塔出料常壓塔出料常壓塔釜出料甲醇4.167×1042.603×1041.573×104108.88NaOH4.17——4.17水1.075×104——1.075×104高沸物20.83——20.83合計(jì)5.293×1042.603×1041.573×1041.088×1042能量衡算2.1預(yù)塔熱量衡算預(yù)塔操作條件設(shè)定如表3-5所示。表3-5預(yù)塔操作條件項(xiàng)目數(shù)據(jù)塔頂溫度75℃塔底溫度85℃進(jìn)料溫度65℃回流液溫度60℃軟水溫度78℃低壓熱蒸汽溫度138℃設(shè)定回流液:進(jìn)料量的比為1:4，則回流液為1.323×104kg/h。2.1.1進(jìn)料帶入熱量熱量計(jì)算公式：Q=Wh·ΔT·C例如：Q甲醇=41.67×103×65×2.96=8.017×106kJ/h，其他物質(zhì)同理可求，計(jì)算結(jié)果如表3-6所示。表3-6預(yù)塔入熱量表進(jìn)熱組分粗甲醇軟水堿液回流液加熱蒸汽成分二甲醚甲醇水異丁醇水堿+水甲醇水流量kg/h291.694.167×1042.42×10320.838.25×10383.341.323×104—溫度℃65656565787860—比熱kJ/(kg℃)—2.964.1872.314.264.262.86—焓kJ/kg1280.4——————2118.6熱量kJ/h2.664×1048.017×1066.586×10518×1032.741×1062.769×1042.270×106Q1蒸汽則：QQ預(yù)入＝Q粗甲醇+2.1.2出料帶出熱量熱量計(jì)算公式：，計(jì)算結(jié)果如表3-7所示。表3-7預(yù)塔出熱量表出熱組分塔頂塔底預(yù)后甲醇熱損失成分二甲醚回流液精甲醇水+堿液以5%計(jì)流量kg/h291.691.323×1044.167×1048.33×103—溫度℃64648585—比熱容kJ/(kg·℃)2.642.93254.28—冷凝熱kJ/kg523.381046.75———熱量kJ/h1.856×1051.633×1071.151×1073.030×1065%Q入即：Q預(yù)出=Q二甲醚+Q根據(jù)能量守恒Q入=Q出，得：Q入=3.465×107+0.05Q入；Q入=1.37×107+Q1蒸汽；Q1蒸汽=2.277×107kJ/h；Q預(yù)入=Q預(yù)出=3.647×107kJ/h。已知水蒸氣的汽化熱為2118.6kJ/kg，塔底的再沸器用中壓0.35Mpa蒸汽壓加熱，若不計(jì)冷凝水的顯熱，那么需要蒸汽量：G1蒸汽=2.277×107÷2118.6=1.075×105kg/h計(jì)算預(yù)塔熱量平衡具體結(jié)果如表3-8所示。表3-8預(yù)塔熱量平衡表帶入熱量kJ/h帶出熱量kJ/h塔側(cè)粗甲醇入熱1.371×107塔頂二甲醚出熱1.856×105塔頂加入冷凝殘液入熱2.768×106塔頂回流甲醇蒸汽1.633×107塔頂回流液入熱2.270×106塔底預(yù)后粗甲醇1.454×107加熱蒸汽2.277×107熱損失1.826×106總?cè)霟?.152×107總出熱288×1072.1.3冷卻水的用量假設(shè)入口冷卻水的流量為G1水，冷卻水進(jìn)冷凝器溫度，出口冷卻水的溫度，平均比熱為4.187kJ/kg·℃。則：QW=G1水Cp(t2-t1)Q水入＝Q甲醇+Q甲醇蒸汽=3.004×107kJ/h；Q水出＝Q二甲醚+Q回流液+Q熱損=4.288×107kJ/h；Q余熱＝Q水入-Q水出=1.284×107kJ/h；Q余熱＝G1水×4.187×(40-30)；解得：G1水＝3.066×105kg/h。2.2加壓塔熱量衡算加壓塔操作條件如表3-9所示。表3-9加壓塔操作條件項(xiàng)目數(shù)據(jù)塔頂溫度122℃回流溫度117℃進(jìn)料溫度82℃塔底溫度134℃甲醇溫度40℃回流比1.2則加壓塔回流液=加壓塔頂出料(D1)×1.2=124×104kg/h2.2.1進(jìn)料帶入熱量進(jìn)料帶入熱量如表3-10所示表3-10加壓精餾塔入熱表物料組分進(jìn)料回流液加熱蒸汽成分甲醇水＋堿液甲醇—流量kg/h4.167×1041.764×1041.323×104—溫度℃8282122138比熱kJ/kg℃2.794.282.98—熱量kJ/h9.533×1066.191×1064.810×106Q2蒸汽合計(jì)熱量kJ/h1.572×1074.810×106Q2蒸汽熱量計(jì)算公式：Q=Wh·ΔT·CQ加入＝Q進(jìn)料＋Q回流液＋Q2蒸汽=2.053×107+Q2蒸汽2.2.2物料帶出熱量各組分加壓精餾塔出熱情況如表3-11所示。表3-11?加壓精餾塔出熱表出熱項(xiàng)目塔頂出料回流液塔底出料熱損失組分精甲醇甲醇粗甲醇水+堿液以5%計(jì)流量kg/h2.603×104124×1042.661×1041.764×104—溫度℃115117134134—比熱容kJ/(kg·℃)2.912.913.064.29—汽化熱kJ/kg837.2837.2———熱量kJ/h3.050×1073.679×1071.091×1071.014×1075%Q入合計(jì)熱量kJ/h3.050×1073.679×1072.105×1075%Q入熱量計(jì)算公式:Q加出=Q精甲醇+Q根據(jù)加壓塔精餾能量守恒:Q入＝Q出，即：Q入=8.834×107+5%Q入，Q入=Q出=9.299×107kJ/h，Q2蒸汽=7.245×107kJ/h已知水蒸氣的汽化熱為2118.6kJ/kg，塔底的再沸器用中壓0.35Mpa蒸汽壓加熱，若不計(jì)冷凝水的顯熱，那么需要蒸汽量：G2蒸汽=7.245×107÷2118.6=3.420×105kg/h回流液和產(chǎn)品的冷凝潛熱：Q潛=(2.603×104+124×104)×837.2=4.794×107kJ/h可提供給常壓塔再沸器的熱量為：Q供＝Q潛×(1－5%)=4.554×107kJ/h2.3常壓塔熱量衡算常壓塔操作條件如表3-12所示。表3-12常壓塔操作條件項(xiàng)目數(shù)據(jù)塔頂溫度65℃塔釜溫度105℃進(jìn)料溫度70℃回流液溫度40℃冷卻水進(jìn)口溫度30℃出口溫度40℃取回流比為1:1.32，則常壓塔回流液=D2×1.32=2.076×104kg/h。2.1進(jìn)料帶入熱量各組分進(jìn)料帶入熱量如表3-13所示。表3-13常壓精餾塔入熱表?物料進(jìn)料回流液再沸器加熱組分甲醇水＋堿液甲醇—流量kg/h2.661×1041.764×1042.076×104—溫度℃707040—比熱kJ/(kg·℃)3.0564.1872.68—熱量kJ/h5.692×1065.170×1062.225×106Q加熱熱量計(jì)算公式：Q=Q常入＝Q進(jìn)料＋Q回流液＋Q加熱=1.309×107+Q加熱2.2物料帶出熱量?常壓精餾塔中各組分出熱量如表3-14所示。表3-14常壓精餾塔出熱表出熱項(xiàng)目塔頂出料回流液塔底出料熱損失組分精甲醇甲醇粗甲醇水+堿液以5%計(jì)流量kg/h1.573×1042.076×104108.881.764×104—溫度℃6565105105—比熱kJ/(kg·℃)2.962.963.514.187—汽化熱kJ/kg1046.751046.75———熱量kJ/h1.843×1072.571×1074.013×1047.755×1065%Q入熱量計(jì)算公式：Q常出=Q精甲醇+Q根據(jù)加壓塔精餾能量守恒:Q入＝Q出，即：Q入=5.467×107kJ/h；Q加熱=4.15