M: khối lợng mol của khí
II.2.Tính cân bằng vật chất cho thiết bị phản ứng chính tạo CH3OH.
Thiết bị phản ứng chính của quá trình sản xuất metanol là thiết bị ống chùm. Trong đó có nhiều phản ứng khác nhau, bao gồm phản ứng tạo thành metanol và các phản ứng tạo sản phẩm phẩm phụ khác.
II.2.1 Các phản ứng xảy ra trong thiết bị tổng hợp metanol
Các phản ứng chính là các phản ứng tạo thành metanol từ CO và CO2
CO + 2H2 CH3OH (1) 820.206x 0.99 x 0.98
975.764kmol/h 2x975.764kmol/h 975.764kmol/h
CO2 + 3H2 CH3OH + H2O (2) 604.454 x 0.3 x 0.99
179.522kmol/h 3x179.522 179.522 179.522
Các phản ứng trên đây là các phản ứng toả nhiệt lớnvà giảm thể tích.
Các phản ứng phụ càng nhiều thì càng làm ảnh hởng đến chất lợng sản phẩm. Các phản ứng này gây nên tổn thất nguyên liệu. Tuy nhiên do tác dụng của xúc tác nên đã hạn chế đợc phần nào. Trong tổng hợp metanol có rất nhiều phản ứng phụ xảy ra nh- ng chỉ quan tâm đến phản ứng phụ sau do chúng tạo ra lợng sản phẩm phụ khá nhiều.
CO + 3H2 CH4 + H2O (3) CO2 + 4H2 CH4 + 2H2O (4) 2CO + 4H2 CH3OCH3 + H2O (5)
Vì điều kiện nhiệt động phản ứng (3) khó xảy hơn phản ứng (5) nên ta giả thiết có 40% CO tham gia phản ứng (3) tạo thành CH4
Lợng CO tham gia phản ứng (3): 0,4 x 8.038 = 3.2152 (kmol/h) Lợng CO tham gia phản ứng(5): 0,6 x 8.038 = 4.8228 (kmol/h) Theo phản ứng (3): CO + 3H2 CH4 + H2O (3) 1 kmol CO + 3 kmol H2 ↔ 1 kmol CH4 + 1 kmol H2O 3.2152kmol + 3. 3.2152 kmol ↔ 3.2152 kmol +3.2152 kmol Theo phản ứng (4):
1.8133 kmol + 4x1.8133 kmol ↔ 1.8133 kmol + 2x1.8133 kmol Theo phản ứng (5):
2CO + 4H2 CH3O CH3 + H2O (5) 1 kmol + 2kmol ↔ 1/2 kmol + 1/2 kmol 1,483 kmol + 2. 1,483kmol ↔ 12.1,483 kmol + 1