Проектирование производства по получению карбинола метанола (стр. 4 из 17)

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
	м3	об. дол.%	кг	мас. дол %	м 3	об. дол.%	кг	мас. Дол %	м3	об. дол.%	кг	мас. дол%	м3	об. дол.%	кг	мас. дол
СО2	25,5	1,00	50,6	4,19	218,5	0,91	428,8	4,49	200,8	0,89	393,6	4,14	5,24	12,13	10,3	28,85
СО	752,3	29,5	952,3	78,83	3111,8	12,96	3889,7	40,73	2398,7	10,66	2986,1	31,56	7,50	17,40	9,4	26,34
Н2	1729,1	67,81	157,9	13,07	17409,1	72,54	1571,0	16,45	15909,9	70,72	1433,9	15,10	18,70	43,46	1,7	4,75
СН4	13,8	0,54	10,0	0,83	786,0	3,28	563,5	5,9	786,4	3,51	563,7	5,96	4,30	10,00	3,1	8,68
N2	29,3	1,15	37,2	3,08	2474,6	10,31	3097,0	32,43	2482,9	11,03	3106,9	32,68	4,80	11,16	6,0	6,91
(СН3)2О	17,1	0,07	35,1	0,34	2,50	5,81	5,1	14,47
СнзОН	640,3	2,85	915	9,65
С4Н9ОН	3,3	0,01 ~1	11,0	0,08
Н2О	54,7	43,98	44,0	0,49
Всего	2550	100	1208	100	24000	100	9550	100	22494,1	100	9489,3	100	43,04	100	35,6	100
Компоненты	Газ перед сепаратором				Продувочные газы				Карбинол-сырец
	м 3	об. дол.%	кг	мас. дол%	м 3	об. дол.%	кг	мас. дол%	м 3	об. дол.%	кг	масс. дол
СО2	193,0	0,9	378,2	4,54	2,59	0,9	5,09	4,54
СО	2359,5	11,0	2937,1	35,3	31,70	11,0	39,63	35,3
Н2	25680	73,1	1413,1	16,92	211,17	73,1	19,04	16,92
СН4	172,2	3,6	553,5	6,62	9,88	3,6	7,08	6,62
N2	2445,3	11,4	3059,8	36,62	32,86	11,4	41,10	36,62
(СН3)2О	14,60	2,05	30	3,0
СН3ОН	640,30	89,92	915	91,5
С4Н9ОН	3,30	0,46	11	1,1
Н2О	54,72	7,67	44	4,4
Всего	21450	100	8342	100	288,2	100	111,8	100	712,92	100	1000	100

Приход состоит из суммирования статей “исходный газ”, “газ перед сепаратором”.