内蒙古工业大学本科毕业设计说明书
代入已知数据得23.31=0.9552+M+0.9538+Ku 根据在合成过程中氮气平衡公式如下：
VFnF=Vknk+Np （2-4）
代入已知数据得VF×4.01%=Vknk+0.1234 根据在合成过程中一氧化碳平衡公式如下：
VFCF+Ku=VkCk+Cp+L+2A+M+4I （2-5）
代入已知数据得VF×20.60%+Ku=VkCk+Cp+220.9+2×0.9552+M+4×0.5938 根据在合成过程中氢气平衡公式如下：
VFhF=Vkhk+Hp+2L+4A+3M+8I+Ku （2-6） 带入数据得VF×71.70%=Vkhk+1.479+2×220.9+4×0.9552+3M+8×0.5938+Ku 利用惰性气体在循环气中的含量建立两个方程式：
n+m=i （2-7） c+h+k=1-i （2-8）
联立以上两方程得两个辅助量D 、B。
D=C+H+3L+6A+12I+4M-N[(C+H)+4m]/n （2-9） D=0.2756+1.479+3×220.9+6×0.9552+12×0.5938+4×0.5681- 0.1234×[92.3%+4×1.33%]/4.01%
D=676.6
B=M+A+3I+N(K-m)/n-K-W （2-10）
B=0.5681+0.9552+3×0.5938+0.1234×1.03%/4.01%-2.361-23.31 B=-22.61
2.1.1 循环气中氮气的含量的计算
(1?3i?k
nk)B?(i?kk)Dk?nF(cp?hp?4mF?4nF)B?(nF?m（2-11） F?kF)D
n(1?3?0.15?2.3%)?22.61?(0.15?2.3%)?676.6k?4.01%(20.60%?71.7%?4?1.33%?4?4.01%)?22.61?(4.01%?1.33%?2.36%)?676.60.29%
2.1.2 弛放气及新鲜气加入量计算
VDk?（2-12）
n(cF?hF?4mF?4nF)k?n?(1?3i?kk)
F15
n
k=1
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676.6Vk?(20.6?71.7?4?1.33?4?4.01)10.29%?(1?3?0.15?2.3%)4.01Vk?454.4kmolh
VF?VKnkNP （2-13） ?nFnf VF?454.4?10.290.1234 ?4.014.01%得VF?1169kmolh
2.1.3 甲烷生成量的计算
M?VKMR?MP?VFMF （2-14）
M=454.4×(0.15-10.29%)+0.5681-15.55 M=6.418kmol/h
2.1.4 进行逆变换消耗二氧化碳量的计算
Ku?W?(A?M?3I) （2-15） Ku=23.31-(0.9552+6.418+3×0.5938) Ku=14.16kmol/h
新鲜气中一氧化碳的量
cV?(Ku?ck?L?2A?M?4I) cF?kk （2-16）
VF20.60%×1169=454.4×CK-(14.16-0.2756-220.9-2×0.9552-6.418-4×0.5938)
CK=4.952%
式中：VF为新鲜气容积m3/h，KF为新鲜气中CO2的百分含量V%，VK为放空气体积，KK为放空气中CO2的百分含量V%,KP为产物中CO2的量m3/h，Ku为CO2的量m3/h，VF为新鲜气中甲烷的百分含量V%，M为甲烷的生成量kmol/h，mK为放空气中甲烷的百分含量V%，Mp为产物中甲烷的量kmol/h，W为水的生成量kmol/h，A为二甲醚的量kmol/h，I为异丁醇的量kmol/h，nF为为新鲜气中氮气的的百分含量V%，nK为循环气中氮气的的百分含量V%，Np为产物中氮气的量kmol/h，CF为新鲜
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气中一氧化碳的的百分含量V%，CK为循环气中一氧化碳的的百分含量V%，CP为产物中CO2的量m3/h，L为甲醇的量kmol/h，hF为新鲜气中氢气的的百分含量V%，hK为循环气中一氧化碳的的百分含量V%，Hp为产物中氢气的量m3/h。
2.2 进合成塔气体量及组成的计算
在甲醇合成过程中，在合成过程中，大部分合成气在合成温度下进入合成塔进行合成甲醇，一小部分作为合成塔激冷气，控制床层反应温度。
Kk=2.3% nk=10.29% ck=4.952% i=15%
nk+mk=i （2-17） ck+hk+ Kk=1-i （2-18）
mk=4.71% hk=77.75%
表2-3 循环气的气体组成表
组分 二氧化碳 一氧化碳 氢气 甲烷 氮气 甲醇 二甲醚 水 总计
含量（%） 2.284 4.916 77.19 4.676 10.22 0.6061 0.03516 0.07318 100
摩尔流量（kmol/h） 质量流量（kg/h） 134.4 289.4 4544 275.3 601.5 35.68 2.07 4.308 5887
表2-4 新鲜气中各组分的组成表
组分 二氧化碳 一氧化碳 氢气 甲烷 氮气
含量（%） 2.36 20.60 71.70 1.33 4.01
摩尔流量（kmol/h） 体积流量（m3/h） 27.59 240.8 838.2 12.08 46.88
506.0 5394 18776 270.6 1028 5916 8103 9088 4405 16842 1142 9522 77.54 45669
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总计 100 1169 26186
反应后的气体进行冷却分离出甲醇，未反应的气体经压缩升压与新鲜原料气混合再次进入反应器，反应中所积累的甲烷气作为驰放气返回转化炉制取合成气。进合成塔的气体由循环气和新鲜气组成，其量为循环气和新鲜气的和，进合成塔的气体由表2-3和表2-4加和得进合成塔气体组成如表2-5。
表2-5进合成塔的气体组成表
组分 二氧化碳 一氧化碳 氢气 甲烷 氮气 甲醇 二甲醚 水 总计
含量(%） 2.310 7.559 76.19 4.098 9.244 0.5087 0.02951 0.06039 100
摩尔流量(kmol/h） 162.0 530.2 5382.2 287.4 648.4 35.68 2.07 4.308 7014
质量流量(kg/h） 7128 14846 10764 4598 18155 1142 95.22 77.47 56806
2.3 出合成塔气体量及组成的计算
合成气经合成塔合成甲醇后，出合成塔的混合气中含有二氧化碳、一氧化碳、氢气、甲烷、氮气、甲醇、二甲醚、水、异丁醇等。其含量如下。
二氧化碳 162.0-14.16=147.8kmol/h
一氧化碳 530.2-220.9-0.9552×2-6.418-4×0.5938+14.16=312.8 kmol/h 氢气 5382.2-2×220.9-4×0.9552-3×6.418-8×0.5938-14.16=4898 kmol/h 甲烷 287.4+6.418=293.8 kmol/h 氮气 698.4 kmol/h
甲醇 35.68+220.9=256.6 kmol/h 二甲醚 2.07+0.9552=3.025 kmol/h 水 4.308+23.31=27.62 kmol/h 异丁醇 0.5938 kmol/h
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