ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 14.07.2024
Просмотров: 154
Скачиваний: 2
Т а б л и ц а i
Компоненты
Н „ .........................................
СО .........................................
С0 2 ....................................
сн „ .......................
N o .................................
(С Н 3) о О ...............................
С Н 3 0 Н ...............................
Состав |
Состав |
исходного |
циркуляцион |
газа, |
ного газа, |
объемн. % |
объемн. % |
67,81 —
29,50 11,00
1.000,90
1,15 |
пmI), |
0,54 |
|
——
——
С 4Н 9О Н ............................... |
— |
— |
Состав танковых |
Состав метаноласырца* |
Общее содержание |
|||||
компонентов в метаноле- |
|||||||
|
газов |
||||||
|
|
|
|
|
сырце |
||
|
|
|
|
|
|
||
м3 |
КГ |
% |
кг |
м3 |
кг |
мз |
|
18,70 |
1,66 |
— |
— |
— |
і,бб |
18,70 |
|
7,50 |
9,38 |
— |
— |
— |
9,38 |
7,50 |
|
5,24 |
10,36 |
— |
— |
— |
10,36 |
5,24 |
|
4,30 |
3,08 |
— |
— |
— |
3,08 |
4,30 |
|
4,80 |
6,00 |
— |
— |
— |
6,00 |
4,80 |
|
2,50 |
5,14 |
3,0 |
30,0 |
14,60 |
35,14 |
17,10 |
|
— |
— |
91,5 |
915,0 |
‘640,30 |
915,00 |
640,30 |
|
— |
— |
1,1 |
11,0 |
3,30 |
11,00 |
3,30 |
|
Н 20 |
..........................'. . |
- |
— |
— |
— |
4,4 |
44.0 |
54,72 |
44,00 |
54,72 |
|
В с е г о . . . . |
100,00 |
П,9 + і |
43,04 |
35,62 |
100,0 |
1000,0 |
712,92 |
1035,62 |
755,96 |
|
* Объем вещества (м3), |
занимаемыя при |
нормальных |
условиях, |
равен Ѵ = -^-- |
22,4, |
|
|
|
|
где С—масса компонента, кг: ЛГ—его молекулярный вес.
У с л о в н ы е о б о з н а ч е н и я
При расчете материального баланса синтеза принимается, что в колонне синтеза протекают реакции:
СО + 2Н2 ц==± СН3ОН 4СО + 8Н2 С4Н0ОН + ЗН20
2 |
+ |
Н20 |
5 |
2СО + 4Н2 т—> (СН3)20 |
С 02 + Н2 т=±: СО + Н20 |
||
СО + |
ЗН2 |
СН4 + Н20 |
|
X — расход исходного газа на |
1 т |
метанола-сырца, м3; у — количество про |
|
дувочных газов, м3; с — количество метана, образовавшегося по реакции 3, м3;
g — количество двуокиси углерода, восстановленной по реакции 5, м3;
і— количество инертных компонентов в цикле, объемн. %; b — количество
водорода в циркуляционном газе, объемн. %.
Материальный баланс цикла синтеза метанола
В соответствии с исходными данными (см. табл. 1) общее количество воды, образовавшейся по реакциям 2, 3, 4 и 5, составляет 54,72 м3/т.
Зная количество образовавшегося днметилового эфира и изобутилового спирта, находят количество воды, получающейся по реакциям 2 и 4:
17,1 + 3 - 3 ,3 = 27,0 м3/т
т. е. на 1 моль днметилового эфира (17,1 м3/т) образуется 1 моль воды, а на 1 моль изобутилового спирта (3,3 м3/т) — 3 моль воды.
Вычитая эту воду из общего количества реакционной воды, определяют ко личество воды, образующейся по реакциям 3 и 5 (с + g):
с + £ = 54,72 — 27,00 = 27,72 м3
Величина 27,72 м3 составляет также сумму образовавшихся метана (реак ция 3) и окиси углерода (реакция 5).
Для расчета материального баланса синтеза для каждого компонента газо
вой смеси в соответствии со стехиометрическими коэффициентами реакций |
/ —5 |
||
составляют уравнения: |
|
|
|
и н е р т н ы е к о м п о н е и т ы |
|
|
|
(0 ,5 4 + 1 ,1 5 ) |
х + с — |
] оо ' У + , 3 + 4 ,8) |
( 1) |
100 |
|||
(псступает) |
|
(расходуется) |
|
где 0,54 и 1,15 — содержание метана и азота в исходном газе, объемн. %; 0^4ңю'~ Х — количество инертных компонентов, поступающих с исходным га
зом, м3; (4,3 + 4,8) = 9,1 |
— количество |
инертных |
компонентов |
(см. табл. I), |
|
содержащихся в танковых газах, м3. |
|
|
|
||
вода |
|
|
|
|
|
|
с + |
g = |
27,72 |
|
(2) |
о к и с ь у г л е р о д а |
|
|
|
|
|
29,5 |
|
Н |
|
|
|
100 |
X + g : |
100 •у + с + |
695,2 |
( 3 ) |
|
121
где 695,2 — количество окиси углерода, расходуемое но реакциям 1, 2, 4 и теря
емое с танковыми газами (см. табл. 1), а именно: |
|
|
|
количество СО, расходуемое на образование метанола, равно 640,3 м3/т ; |
|||
количество СО, расходуемое на образование |
диметнлового |
эфира, |
равно |
2-17,1 = 34,2 м3/т; |
нзобутилового |
спирта, |
равно |
количество СО, расходуемое на образование |
|||
4-3,3 = 13,2 м3/т; |
|
|
|
количество СО, теряемое с танковыми газами, равно 7,5 м3/т. |
|
|
|
640,3 + 2-17,1 + 4-3,3 + 7,5 = |
695,2 м3 |
|
|
29,5 и 11,0 — содержание СО в исходном и циркуляционном газах, объемн. %
в о д о р о д
67,81 |
Ь |
, |
(4) |
100 'А: — |
100 |
+ 6с + g + 1394,1 |
где 1394,1 — количество Но, расходуемое по реакциям 1, 2, 4 и теряемое с тан ковыми газами (см. табл. 1):
2-640,3 + 4-17,1 + |
8-3,3 + |
18,7 = 1394,1 |
м3 |
67,81 — содержание Но в исходном газе, объема. % |
|
||
д в у о к и с ь у г л е р о д а |
|
|
|
1-0 |
0,9 |
8 + 5-24 |
(5) |
loo ■•ѵ'~ |
100 ' у + |
||
где 1,0 и 0,9 —концентрация С02 в исходном и циркуляционном газах, объемн. %
5,24 — количество С02, теряемое с танковыми газами, |
м3. |
|
и с х о д н ы й г а з |
|
|
x = |
g + g + 3c + 2103,64 |
(6) |
где 2103,64 — количество газа, |
расходуемое'по реакциям |
1, 2, 4 и теряемое с |
танковыми газами (см. табл. 1):
1394,1 + 6 9 5 ,2 + 5,24 + 9,1 = 2103,64 м3
Количество окиси углерода, образующейся по реакции 5, равно:
§ = 27,72 — с
Подставив значение g в уравнения (3—6) и преобразуя их, получают сле дующие уравнения:
0,0І69х + |
с — 0,01іу= 9,1 |
(7) |
|
0,295л: — 0 |
,11і/ — 2с = |
667,48 |
(8) |
0,6781л: — 0 ,0 % — 2с = |
1421,82 |
(9) |
|
0,01л: — 0 |
,009у — с = |
32,96 |
(10) |
X— у — 2с = 2131,36 |
(П ) |
||
Для нахождения значения у проводят следующие арифметические действия. Обе части уравнения (10) умножают на 2 и суммируют его с уравнением (11):
2 -(0,01л: — 0,009у — с) = 32,96-2
+ X— у — 2с = 2131,36 1,02л:— 1,018у = 2197,28
122
Затем из уравнения (11) вычитают уравнение (8):
X — у — 2с -=2131,36
~0,295л: — 0,11«/ — 2с = 667,48
|
0,705л-— 0 ,89у = |
1463,88 |
( |
’ |
|
Уравнения (12) и (13) решают как систему уравнений с двумя неизвестными: |
|||||
|
I 1,02л — 1,018t/ = |
2197,28 |
|
|
|
|
1 0,705л — 0 ,8 9 0 = |
1463,88 |
|
|
|
откуда находят количество продувочных |
газов у — 288,2 м3. |
м3, с — 11,01 |
м8, |
||
Решая |
соответствующие уравнения, |
находят: х — 2441,6 |
|||
g — 16,71 |
м3, і — 15,0 объемн. % и b = 73,1 объемн. %. |
|
|
||
Отношение Н2 : СО в циркуляционном газе составит:
73,1
—= 6,64
Содержание азота в циркуляционном газе по уравнению (баланс по азоту) равно:
1,15 |
я |
|
—3^0— 2441,6 = |
-jQQ—288,2 + 4,8 |
|
откуда |
|
% |
я = 8,1 |
объемн. |
|
Содержание метана составит: |
|
|
т — 15 — 8,1 = 6 ,9 |
объелш. ,% |
|
Таким образом, в результате расчетов получен такой состав циркуляцион ного газа: 73,1 объемн. % Н2, 11,0 объемн. % СО. 0,9 объемн. %С02, 8,1 объемн. % М2 и 6,9 объемн. % СН4.
Учитывая потери исходного газа (3—5%), расход его в колонну синтеза сос тавит:
2441,6-(1,03 4- 1,05) — 2550 м3/т
После выполнения материального баланса рассчитывают состав и объем га зовой смеси в разных точках цикла синтеза (см. рис. 11, стр. 58). Исходя из прак тических соображений, принимают объемную скорость подачи газа в колонну синтеза — 40000 м3/(м3-ч), производительность 40 т/(м3-сут) или 1,67 т/(м3-ч).
Объем и состав газовой смеси в разных точках синтеза следующий: исходный газ — 2550 м3/т; газ на входе в колонну (смесь исходного и циркуляционного)
40 000
-J g1 = 24 000 м3/т
газ перед сепаратором (до смещения циркуляционного газа с исходным)
24000—2550 == 21450 м3/т
продувочный газ (до отмывки паров метанола)
288,2 + 9,52 = 297,72 м3/т
где 9,52 — содержание метанола в продувочном газе, м3/т; газ после холодиль ника-конденсатора
21 450 + 297,72 = 21747,72 м3/т
жидкий метанол
.712,92 — 9,52 = 703,4 м3/т
123
танковые газы — 43,04 м:,/т; газ после колонны синтеза
21747,72 + 703,4 + 43,04 = 22494,16 м3/т
Уменьшение объема газа в колонне за счет реакций 1—5 составит:
24 000 — 22494,16= 1505,84 м3/т
Критерием правильности материального баланса является соответствие рассчитанного и принятого количества газа на входе в колонну синтеза. В про тивном случае условно принятые значения содержания СО и С 02 в циркуляцион ном газе принимают вновь и расчеты повторяют. Результаты сравнивают меж ду собой и принимают те значения, при которых расхождение минимально.
Сводный баланс цикла синтеза метанола приведен в табл. 2. Плотность газа у, кг/м3 на входе в колонну определяют по формуле:
|
|
G |
|
|
|
|
ѵ = т г |
|
|
где G — масса газа, |
кг; V — объем газа, м3. |
» |
|
|
Масса газа на входе в колонну составляет: |
|
|
||
G= |
VcOjYco, + |
Усилен* + V+OYCO + |
= 9528,28 кг |
|
где Ѵсс+ |
Ѵсна- - • — объем соответствующих компонентов, м3; Уссу Усн, |
• — |
||
плотность этих компонентов, кг/м3. |
|
|
||
Тогда |
|
9528,28 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
24 000 = °>397 |
кг/м |
|
ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ АГРЕГАТА СИНТЕЗА МЕТАНОЛА
Тепловой баланс колонны синтеза выражается уравнением:
ІахУв\. — I вых.^вых. + QnoT.
где / вх., /вых. — теплосодержание газа на входе и выходе из колонны, ккал/м3; Ѵвх„ Ѵвых. — количество газа на входе и выходе, м3; Опот. — потери тепла,
ккал (<-»' 10000 ккал). Объем газа, |
поступающего в колонну синтеза в течение 1 |
ч, |
||||
равен: |
|
|
|
|
|
|
Ѵвх =и)Ѵк = |
400 0 0 -4 ,6 = 184 000 м3/ч |
|
|
|||
где w — объемная скорость |
газа, |
ч-1; V — объем |
катализатора в |
колонне, |
он |
|
принимается равным 4,6 м3. |
|
|
|
|
|
|
Уменьшение объема газа в колонне синтеза составит: |
|
|
||||
1505,84-1,67-4,6= 11 500 м3/ч |
|
|
||||
Объем газа на выходе из колонны синтеза равен: |
|
|
|
|||
184 000 — 11 500 = |
172 500 |
м3/ч |
|
|
||
Объем же паров метанола на выходе из колонны: |
|
|
|
|||
712,92-1,67-4,6 = |
5450,6 |
м3/ч |
|
|
||
где 712,92— объем паров |
метанола-сырца, |
соответствующее 1 т |
продукта |
|
||
(см. табл. 2), м3. |
|
|
|
|
|
|
Объем газа после конденсации паров метанола-сырца составит: |
|
|
||||
172 500 — 5 4 5 0 ,6 = 167049,4 |
м3/ч |
|
|
|||
Содержание метанола-сырца в газовой смеси на выходе из колонны синтеза рав но:
1,67-4,6-1000 |
= 0,0458 кг/м3 |
|
167049,4 |
||
|
124