1
2
3
4
5
1. Подача свежего газа в агрегат синтеза, поз. 5
Не более 4,5
2. Получение карбинола-сырца в реакторе синтеза, поз. 1
64000
Не более 5,3
СО2=4,0%
-газ на входе в I слой катализатора
180-250
-газ на выходе из I слоя катализатора
Не более 290
-газ в слоях катализатора
Не более 300
-стенка реактора
Не более 300
3. Циркуляционный газ после рекуперационного теплообменника, поз. 2
Не более 150
4. Циркуляционный газ после холодильника-конденсатора, поз. 3
Не более 60
5. Танковые газы в сборнике карбинола, поз. 6
Не более 0,4
6. Циркуляционный газ на нагнетании центробежного циркуляционного компрессора, поз. 5
Не более
5,3
7. Уровень в сепараторе карбинола-сырца, поз. 4
10-25% шкалы
8. Уровень в сборнике карбинола-сырца, поз. 6
30-70% шкалы
3.5. Материальный баланс производства
При расчете материального баланса синтеза принимаем, что в колонне синтеза протекают реакции:
CO + 2H2 CH3OH (3.13)
2CO + 4H2 (CH3)2O + H2O (3.14)
CO + 3H2 CH4 + H2O (3.15)
4CO + 8H2 C4H9OH + 3H2O (3.16)
CO2 + H2 CO + H2O (3.17)
Примем условные обозначения:
х – расход исходного газа на 1 т карбинола-сырца, м3 ;
у – объем продувочных газов, м3;
с – объем метана, образовавшегося по реакции (3.15), м3;
g- объем оксида углерода (IV), восстановленного по реакции (3.17), м3;
i- объем инертных компонентов в цикле, об. дол. (m+n=i);
b- объем водорода в циркуляционном газе, об. дол.
Исходные данные:
-состав исходного газа, об. дол.: Н2-67,81; СО-29,50; СО2-1,00; СН4- 0,54; N2-l,15;
-состав циркуляционного газа, об. дол.: СО-11,0; СО2-0,90; СH4- m; N2-n;
-состав танковых газов, м3: Н2-18,70; СО-7,50; СО2-5,24; СН4- 4,30, N2-4,80; (CH3)2O-2,50;
-состав карбинола-сырца:
об. дол. (СН3)2О-3,0; СН3ОН-91,5; С4Н9ОН-1,1; Н2О-4,4;
м3 (СН3)2О-14,60; СнзОН-640,30; С4Н9ОН-3,30; Н2О-54,72.
В соответствии с исходными данными общий объемный расход воды, образовавшейся по реакциям (3.14), (3.15), (3.16) и (3.17), составляет 54,72 м3/т. Зная объем образовавшегося диметилового эфира и изобутилового спирта, находим количество воды, получаемой по реакциям (3.14), (3.16)
17,1+3,3-3=27,0 м3/т, где 17,1=2,50+14,60
Тогда объем воды, образовавшейся по реакциям (3.15) и (3.17) составит
54,72-27,0=27,72 м3/т.
Величина 27,72 м3/т составит так же сумму образовавшихся метана (3.15) и оксида углерода (3.17), т.е.
c+g=27,72
В соответствии со стехиометрическими коэффициентами всех реакций составим уравнения:
1.Инертные компоненты
(3.18)
где - расход инертных компонентов, поступающих с исходным газом, м3/т;
1 Вода
c+g=27,72 (3.19)
3. Оксид углерода
(3.20)
где 695,2- объемный расход оксида углерода, расходуемого по реакциям (3.13), (3.14), (3.16) и теряемое с танковыми газами, а именно:
- объемный расход СО, расходуемое на образование карбинола, равно 640,3 м3/т;
- объемный расход СО, расходуемое на образование диметилового эфира, равно
2-17,1=34,2 м3/т;
- объемный расход СО, расходуемое на
образование изобутилового спирта, равно
4∙3,3=13,2 м3/т;
- объемный расход СО, теряемое с танковыми газами, равно 7,5 м3/т.
640,3+2∙17,1+4∙3,3+7,5=695,2 м3/т
4. Водород
(3.21)
где 1394,1- объемный расход водорода, расходуемое по реакциям (3.13), (3.14), (3.16) теряемое с танковыми газами.
2∙640,3+4∙17,1+8∙3,3 + 18,7= 1394,1 м3/т
5. Оксид углерода (IV)
(3.22)
6. Исходный газ
x = y+g +3∙c+2103,64 (3.23)
где 2103,64- объемный расход газа, расходуемое по реакциям (3.13), (3.14), (3.16) и теряемое танковыми газами:
1394,1 +695,2+5,24 + (4,3 +4,8) =2103,64 м3/т
Из уравнения (3.19) g=27,72 –с подставим это значение g в уравнения (3.20), (3.21), (3.22)
(3.23} преобразуя их, получим следующие уравнения:
0,0169∙х+с-0,01∙i∙у =9,1 (3.24)
0,295∙х -0,11∙у -2∙c =667,48 (3.25)
0,6781∙х-0,01∙b∙у-2с= 1421,82 (3.26)
0,01∙х -0,009∙у – с = 32,96 (3.27)
х-у-2∙с=2131,36 (3.28)
Преобразуя уравнения (3.27) и (3.28)
2∙ (0,01∙х-0,009∙у с) = 2∙ 32,96
+
х-у-2∙с = 2131,36_______
1,02∙х-1,018∙у=2197,28 (3.29)
Преобразуя уравнения (3.28) и (3.25)
х-у-2∙с = 2131,36
-
0,295∙х-0,11∙у-2∙с=667,48
0,705∙х-0,89∙у = 1463,88 (3.30)
Решим систему уравнений:
у =288,2 м3/т
Решая соответствующие уравнения, находим (об. доли):
х =2441,6 м3/т; g =16,71 м3/т; с =11,01 м3/т; I =15,0%; b =73,1% . Содержание азота в циркуляционном газе по уравнению, равно:
тогда m =i-n =15- 8,1=6,9%
m=6,9% содержание метана
Учитывая потери исходного газа (3-5%), расход его в колонне синтеза составит:
2441,6∙ (1,03÷1,05) =2550 м3/т
Расход и состав газовой смеси в разных точках синтеза следующий:
-исходный газ 2550 м3/т;
-газ на входе в колонну (смесь исходного и циркуляционного) 24000 м3/т;
- газ перед сепаратором (до смешения исходного с циркуляционным) 24000-2550=2450 м3/т;
- продувочный газ (до отдувки паров карбинола) 288,2+9,52=297,72 м3/т;
- газ после холодильника-конденсатора 21450+297,72=21747,72 м3/т;
- жидкий карбинол 712,92-9,52=703,4 м3/т;
- танковые газы 43,04 м3/т;
- газ после колонны синтеза 21747,72+703,4+43,04=22494,16 м3/т.
Все полученные результаты сведем в таблицу 3.4.
Баланс цикла синтеза на
1 т карбинола-сырца
Таблица 3.4
Компоненты
Исходный газ
Газ на входе в колонну
Газ на выходе из колонны
Танковые газы
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22
