【正文】 的低壓蒸汽。為了減少塔頂排放氣中甲醇的損失，塔頂冷凝器可做成二級(jí)冷凝。采用三塔流程的目的是為了更合理地利用熱量，三塔流程與雙塔流程的區(qū)別在于三塔流程采用兩個(gè)主精餾塔，第一主精餾塔加壓操作，第二主精餾塔于常壓下操作，利用加壓塔的塔頂蒸汽冷凝熱作為第二主精餾塔再沸器的加熱源。高級(jí)醇可由塔側(cè)線引出，塔頂引出的殘液含1%—2%的高級(jí)醇和甲醇，送廢水生化處理后排放。這里主要指多效利用熱源蒸汽的潛熱, 如將原雙塔流程的主精餾塔一分為二, 第一塔（塔2）加壓操作（）,第二塔（塔3）為常壓操作, 則塔2由于加壓操作，頂部氣相甲醇的液化溫度約為123℃,遠(yuǎn)高于常壓塔塔釜液體主要為水的沸點(diǎn)溫度, 其冷凝潛熱可作為塔再沸器的熱源，不僅節(jié)省了加熱蒸汽，也節(jié)省了冷卻用水，有效的利用了熱能。顯然, 三塔雙效法效益顯著, 隨著粗甲醇精餾規(guī)模的增大效益更加明顯。則，每小時(shí)生產(chǎn)粗甲醇：粗甲醇和新鮮原料氣的組成含量及摩爾質(zhì)量見表21到表23： 表21 粗甲醇組成組 分 CH3OH (CH3)2O C4H9OH H2O含量（Wt %） 表22 新鮮氣組成組 分 CO CO2 H2 CH4 N2含量（V %） 表23 各物質(zhì)的摩爾質(zhì)量組分 CO CO2 H2 CH4 N2 CH3OH (CH3)2O C4H9OH H2O摩爾質(zhì)量（g/mol） 28 44 2 16 28 32 46 74 18根據(jù)粗甲醇各組分及含量，算得各組分的量為：甲醇： 即二甲醚： 異丁醇： 水： 上述計(jì)算結(jié)果見表24表24 粗甲醇物料表組 分 CH3OH (CH3)2O C4H9OH H2O 合計(jì) kg/h wt% kmol/h mol% MPa，40℃時(shí)各組分在甲醇中的溶解度列于表25表25各物質(zhì)在甲醇中溶解度組 分 CO CO2 H2 CH4 N2溶解度（Nm3/t粗甲醇） 以一小時(shí)為基準(zhǔn)則一氧化碳在甲醇中的摩爾溶解量為：同理二氧化碳、氫氣、甲烷、氮?dú)庠诩状贾械哪柸芙舛纫来螢椋? 現(xiàn)將其列為表格形式，見表26：表26各物質(zhì)在甲醇中溶解量組 分 CO CO2 H2 CH4 N2 合計(jì)溶解量（） 溶解量（kg/h） 合成工段物料衡算合成甲醇主反應(yīng)方程式為： 可能的副反應(yīng)主要有： 上述個(gè)反應(yīng)均為可逆反應(yīng)。因此，試差成功，上述計(jì)算有效。由表29和表210可得到甲醇分離器出口氣體的流量及組成，見表213：表213 甲醇分離器氣相流量及組成組 分 CO H2 CO2 CH4 N2 CH3OH (CH3)2O H2O 合計(jì) kg/h Wt% kmol/h mol% 計(jì)算示例，以一氧化碳為例：由表29和表210可知，一氧化碳流量： + = kmol/h一氧化碳的質(zhì)量流量為： + = kg/h分離器出口氣體摩爾流量為： + = kmol/h分離器出口氣體質(zhì)量流量為： + = kg/h則一氧化碳的摩爾含量為： ) 100% = %一氧化碳的質(zhì)量含量為： () 100% = %分離器出口液相組成為生成的粗甲醇及溶解在其中的小部分合成氣，由表24和表26可計(jì)算出分離器出口液相組成及流量，見表214。 合成工段熱量衡算 合成塔的熱量衡算 熱平衡方程式全塔熱平衡方程式為：∑Q 入塔氣 + ∑Q r ∑Q出塔氣 + Q熱損 + Q移+ Q維 （1）式中： Q 入塔氣 ——入塔氣帶入的熱量，kJ/h； Q r ——合成反應(yīng)的反應(yīng)熱，kJ/h； Q出塔氣 —— 出塔氣帶走熱量，kJ/h； Q熱損 ——合成塔熱損失，kJ/h Q移 —— 沸騰水移出去的熱量，kJ/h Q維 —— 維持合成塔反應(yīng)所需要的熱量，kJ/h ∑Q 入塔氣 ∑（Gi Ci T入） （2）式中：Gi——入塔氣各組分流量，kmol/h；Ci——入塔各組分的比熱容，kJ/（kmol . ℃）；T入——入塔氣體溫度，℃；∑Q出塔氣∑（Go Co T出） （3）式中：Go——出塔氣各組分流量kmol/h；Co ——出塔各組分的熱容，kJ/（kmol . ℃）；To—— 出塔氣體溫度，℃；∑QrQr1 + Qr2 + Qr3 + Qr4 + Qr5 （4）式中：QrQr2 、Qr Qr4——分別為甲醇、二甲醚、甲烷、異丁醇、生成熱，kJ/h； Qr5——二氧化碳逆變反應(yīng)的反應(yīng)熱，kJ/h QrGr△H （5）式中：Gr——各組分生成量，kmol/h；△H——生成反應(yīng)的摩爾熱，kJ/mol 定壓熱容計(jì)算式由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用電子計(jì)算機(jī)上回歸得出下列各式，可以計(jì)算純組分壓力下的比熱：CPH2 = + (T/100) + 102PH2 – 106(PH2)2 + 103 PH2(T/100) （6）CPCO = [ (T/100) + (T/100)2 – 102(T/100)3 + 102PCO 103 PCO(T/100)] （7）CPCO2 = [ + (T/100) + (T/100)2 + 102 PCO2(T/100)] （8）CCH3OH = + (T/100) (T/100)2 + (T/100)3 + PCH3OH / (T/)3 （9）CH2O = [ (T/100) + 103 (T/100)3 + 102 PH2O(T/100)] （10）CN2 = [ (T/100) + (T/100)2 – 102(T/100)3 + 102PN2 103 PN2(T/100)] （11）以上各式中溫度T的單位為K，壓力里P的單位為MPa，比熱C的單位為KCal/(Kmol ℃)。反應(yīng)氣體的熱容取進(jìn)出口氣體的平均熱容，故需耗用的熱量為： （6）、沸水移熱衡算由式（1）知故沸騰水移出的熱量為： Q移 ∑Q入塔 + ∑Q反應(yīng)∑Q出塔 Q熱損 Q維 + 106 106 kJ/h故得到全塔的熱平衡，將數(shù)據(jù)列于表220中：表220 全塔熱平衡表 氣 體 入塔熱量（kJ/h） 出塔熱量（kJ/h）氣體顯熱 反應(yīng)熱 熱損失 106沸騰移出熱 106維持合成塔溫度耗熱 合 計(jì) 原料預(yù)熱器的熱量計(jì)算合成塔出口氣體溫度較高，首先與進(jìn)口的原料氣進(jìn)行換熱，使原料氣溫度從45℃上升到入塔溫度，然后出塔氣進(jìn)一步與水冷器換熱使其溫度將至40℃左右。 水冷器熱量衡算（1） 水冷器入口氣體顯熱計(jì)算水冷器入口氣體的顯熱入塔氣換熱器出口氣體的顯熱即，106 kJ/h（2）水冷器出口氣體顯熱計(jì)算水冷器出口氣相即為氣液分離器出口的氣相，即為循環(huán)氣與弛放氣之和，同理由上述公式知40℃、5MPa下各氣體的熱容如下：CH2 = kJ/(kmol ℃) ； CCO = kJ/(kmol ℃) CCO2 = kJ/(kmol ℃) ； CCH3OH = kJ/(kmol ℃)CH2O = kJ/(kmol ℃) ； CN2 = kJ/(kmol ℃) CCH4 = kJ/(kmol ℃) 由物性數(shù)據(jù)手冊(cè)查得：二甲醚在壓力5MPa，溫度為40℃下的比熱容為：C(CH3)2O = kJ/(kmol ℃)水冷器出口氣體各組分流量（見表213）、比熱及熱量見表224表224 水冷器出口氣體各組分熱容和熱量 組 分 G ( kmol/h) C( KJ/( kmol.℃)) Q(KJ/(h.℃)) CO CO2 H2 CH4 N2 CH3OH (CH3)2O H2O 合 計(jì) 則出口氣體顯熱為： 340 106 kJ/h（3）氣體冷凝放熱計(jì)算分離器出口液相由甲醇及溶解在其中的氣體組成，由于溶解熱值很小而且不好確定，故忽略不計(jì)。 預(yù)精餾塔物料衡算 預(yù)塔進(jìn)料衡算預(yù)塔進(jìn)料（除回流液）包括粗甲醇、堿液和軟水三部分，其中粗甲醇的組成及流量見表24，堿液的加入量視精甲醇而定，由表24知，,故耗堿量為： 103 = kg/h 向預(yù)塔中加入堿液時(shí)是將氫氧化鈉配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的堿液加入，故加堿液時(shí)會(huì)帶入少量的水，堿液帶入的水量為：軟水加入量按粗甲醇的20%計(jì)，故軟水加入量為：= 現(xiàn)將預(yù)塔進(jìn)料列為表格，見表31：表31 預(yù)塔進(jìn)料及組成物 料 粗甲醇（kg/h） 堿液 （kg/h） 軟水（kg/h） 合計(jì)（kg/h） 甲醇（kg/h） 水（kg/h） 燒堿 （kg/h） 二甲醚（kg/h） 異丁醇（kg/h） 合計(jì)（kg/h） 預(yù)塔回流物料衡算預(yù)塔回流液與進(jìn)料之比為3：4，塔頂溫度控制在68℃時(shí)，回流液中甲醇約占92%，水約占8%，不凝物二甲醚作為輕組分由塔頂餾出。 加壓塔進(jìn)料衡算加壓塔進(jìn)料的預(yù)后甲醇即為預(yù)塔塔釜出料，因此其流量及組成與預(yù)塔塔釜出料流量及組成相同，在此不做計(jì)算，具體見表216