【文章內(nèi)容簡介】 /h — — — — 合成氨產(chǎn)量， kg/g — — — — 粗甲醇的精餾幾 乎全部是物理過程，其物料平衡計(jì)算與上述訂算方法有一定的差別。 第 節(jié) 聯(lián)醇生產(chǎn)的熱量平衡計(jì)算 物料平衡計(jì)算之后，可以根據(jù)各段的物料量，進(jìn)行熱平衡計(jì)算。熱平衡計(jì)算可以為生產(chǎn)過程提供熱能的供需量、如熱交換的換熱面積、熱介質(zhì)或冷介質(zhì)的消耗量設(shè)備能源消耗等，從而可以求得原材料、燃料和能量的消耗定額，計(jì)算產(chǎn)品成本和結(jié)濟(jì)效益。通過熱量或能量平衡計(jì)算，可以各個(gè)還節(jié)中找出不合理的損耗，以此作為實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)。低耗的重要手段落。 生產(chǎn)過程中主要是輸入和輸出的熱量和能量，能量或熱量的轉(zhuǎn)換是基于能量守衡定律。在一個(gè)封閉的體系中，各 種能量之總和將維持不變。熱平衡是以物料平衡為基礎(chǔ)，在連續(xù)生產(chǎn)過程中是以單位時(shí)間來計(jì)算的，把裝置或過程中所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)、物理變化的熱效應(yīng)、從外界輸入的熱量和隨反應(yīng)物、化學(xué)產(chǎn)物帶出的熱量以及設(shè)備、器壁散失熱量等都一一考慮在內(nèi)進(jìn)行計(jì)算。 年產(chǎn) 60kt 粗甲醇合成塔和冷凝器的熱量平衡計(jì)算 根據(jù)以上提供條件和計(jì)算結(jié)果。 工藝條件：（ 1）進(jìn)塔氣體溫度平均按時(shí) 40℃ 計(jì)算；（ 2）冷凝器氣體出口溫度與液體溫度相等，都為 38℃ ；（ 3）冷卻水溫度為 32℃ ，冷卻回水為 45℃ ；（ 4）系統(tǒng)熱損失為 5%。 甲醇合成塔的 熱平衡計(jì)算 + = （ 27） 式中： Q入塔氣 — 入塔氣體組分熱量， kJ/h； Q— 合成反應(yīng)和副反應(yīng)的反應(yīng)熱， kJ/h； G 出塔 — 了合成塔各組分，包括反應(yīng)物、生成物流量，Nm3/h； Gm 入 — 各組分的比熱容， kJ/ Nm3 ； T m 入 — 出塔氣體溫度。 C Q 損失 — 合成塔熱損失， kJ/h 又： （ 28） 式中 G— 入塔氣體各組分流量， Nm3/h。 又 （ 29） 式中 Qr Qr Qr Qr Qr5— 分別為甲醇、二甲醚、異丁醇、甲烷、辛烷的生成熱， KJ/h； Qr6— 二氧化碳逆變換反應(yīng)的反應(yīng)熱， KJ/h。 而 =G 式中 Gr— 各組分的生成量， — 生成反應(yīng)的熱量變化 kJ/ m3 或 kJ/mol。 B. 全塔入熱計(jì)算 查物性手冊，壓力為 10106Pa ，根據(jù)表 27甲醇合成塔氣各組分量，算得甲醇合成塔入塔熱 量如表 212 根據(jù)計(jì)算條件，入塔氣溫為 40。 C，所以入塔總熱量為 40=表 212 甲醇合成塔入塔各組分的比熱容和熱量 組 分 CO CO2 H2 N2 比熱容 kJ（ kmol 。 C） 入塔量 Nm3/h Kmol/h 入 塔熱量， kJ/(h 。 C) 續(xù)表 212 甲醇合成塔入塔各組分的比熱容和熱量 組分 CH4 Ar CH3OH 合計(jì) 比熱容 kJ（ kmol 。 C） — 入搭量 Nm3/h Kmol/h 入塔熱量， kJ/(h 。 C) 在甲醇合成塔內(nèi)， CO、 CO H2 按反應(yīng)式（ 22）、（ 23）、（ 24）、（ 25）、（ 26） 及（ 27），生成甲醇，二甲醚，異丁醇 ，甲烷及辛烷，二氧化碳還原成一氧化碳和水，產(chǎn)生的熱量如表 213所示 查物性手冊得甲醇合成塔出口狀態(tài)下各組分的比熱容，根據(jù)表 28 甲醇 合成塔出口物料的流量，并按 Q出塔 =G 出塔 Cm 入，分別算出出塔各組分的熱量，列表為 214。 表 213 甲醇合成塔內(nèi)反應(yīng)熱 組 分 CH3OH （ CH3） 2O C4H9OH 生成熱， kJ/h 生成量 Nm3/h Kmol/h 反應(yīng)生成熱， kJ/h 續(xù)表 213 甲醇合成塔內(nèi)反應(yīng)熱 組分 C8H18 CH4 CO 合計(jì) 生成熱， kJ/h — 生成量 Nm3/h Kmol/h 反應(yīng)生成熱， kJ/h 表 214 甲醇合成塔出塔各組分的比熱容和熱量 組分 CO CO2 H2 N2 CH4 Ar 比熱容， kJ（ kmol 。 C） 氣量 Nm3/h 2 Kmol/h 出塔熱量， kJ（ h 。C） 續(xù)表 214 甲醇合成塔出塔各組分的比熱容和熱量 組分 CH3OH C4H9OH （ CH3） 2O C8H18 H2O 合計(jì) 比熱容， kJ（ kmol 。 C） — 氣量 Nm3/h Kmol/h 出塔熱量， kJ（ h 。C） 計(jì)算條件已經(jīng)給出全塔熱損失為 5%，因此損失熱量為 Q熱損失 =（ Q 入塔＋ Q反應(yīng)） 5% = （ ＋ ） 5% kJ/h 按全塔熱平衡方程式 ，求出出塔氣體溫度 T出 ＋ =T 出＋ T出 =。 C 于是，得表 215 表 215 甲醇合成塔全塔熱平衡表 熱量 氣體顯熱 反應(yīng)熱 熱損失 合計(jì) 入熱， kJ/h — 出熱， kJ/h — 甲醇水冷器的熱量平衡計(jì)算 Q入口氣＋ Q冷凝 =Q 出口氣＋ Q液體＋ Q冷卻水 式中， Q 入口氣、 Q 出口氣 — 分別為冷凝器進(jìn)口與出口氣體顯熱， kJ/h； Q冷凝 — 在出口溫度下氣體冷凝放熱， kJ/h； Q 液體 — 出冷凝器液體帶熱， kJ/h； Q冷卻水 — 冷卻水帶下走熱量， kJ/h。 2. 熱平衡計(jì)算 由物性手冊查得，粗甲醇中各組分的物理常數(shù)如表 2— 16 。 表 216 粗甲醇中各組分的物理常數(shù) 組分 CH3OH （ CH3） 2O C4H9OH C8H18 H2O 氣化熱， kJ/h 液體比熱容， kJ（ h 。 C） 假設(shè)，有相變物質(zhì)在低于沸點(diǎn)時(shí)全部冷凝，擴(kuò)散于氣相中的組分忽略不計(jì) （ 1）氣體冷凝放熱 Q冷凝 =G 根椐表 417 數(shù)氫計(jì)算得出塔各組分及冷凝放熱量如表 217 （ 2）進(jìn)冷器氣體總熱量 Q入冷凝器 =Q 出 塔 = T 出塔 = kg/h （ 210） 式中 GF— 進(jìn)冷凝器各組分摩爾流量， Kmol/h； CP— 各氣體組分比熱容， kJ（ kmol 。 C）； T出塔 — 出合成塔氣體溫度。 C； 表 217 出塔氣在冷凝器冷凝放熱 組分 CH3OH （ CH3） 2O C4H9OH 冷凝器 Nm3/h Kmol/h 放熱量， kg/h 組分 C8H18 H2O 合計(jì) 冷凝器 Nm3/h Kmol/h 放熱量， kg/h （ 3）冷凝器出口氣體顯熱 冷凝器出口氣體顯 Q、出冷凝 = T 出口 （ 211） 式中 G`F— 冷凝器出口氣體組分摩爾流量， Kmol/h； CP— 出口氣體各組分比熱容， kJ（ kmol 。 C）； T出口 — 冷凝器出口氣體溫度。 C。 根據(jù)表（ 87）各組分的流量及熱容，計(jì)算冷凝器出口氣體顯熱，列表為 218。 表 218 冷凝器出口各氣體組分的顯熱 組分 CO CO2 H2 N2 比熱容， J（ kmol 。 C） 氣量 Nm3/h Kmol/h 熱量， kJ（ kmol 。 C） 續(xù)表 218 冷凝器出口各氣體組分的顯熱 組分 CH4 Ar CH3OH 合計(jì) 比熱容， J（ kmol 。 C） — 氣量 Nm3/h Kmol/h 熱量， kJ（ kmol 。 C） 因冷凝器氣體出口溫度 38。 C，所以出口氣 體熱量為 Q`出冷凝器 =38= ㎏ /h （ 4）冷凝器出口液體帶走熱量 Q``出冷凝器 Q``出冷凝器 = 式中 GF— 冷凝器出口液體各組分的摩爾流量， Kmol/h； CP— 各液體組分的比熱容， J（ kmol 。 C）； 于是，根據(jù)表 216 各表 217，計(jì)算冷凝液體帶走熱量為表 219 因冷凝器出口液體溫度為 38。 C，故液體帶出熱量； Q出冷凝器 =38= kJ/h 于是，由冷卻水帶走熱量； Q冷卻水 =＋ － (＋ ) = kJ/h 表 219 冷凝器出口液體流量 組分 CH3OH （ CH3） 2O C4H9OH C8H18 H2O 合計(jì) 液體比熱容， kJ/(㎏ 。 C) — 流量，㎏ /h 熱量， kJ（ h 。C） 則冷凝器熱平衡如表 220 表 220 冷凝熱平衡表 帶入熱量， kJ/h 帶出熱量， kJ/h 氣體顯熱 冷凝熱 合計(jì) 氣體顯熱 液體帶熱 冷卻水帶熱 合計(jì) 2871 （ 5）冷凝器用水量 已知：冷凝器冷卻水溫度為 32。 C，回水溫度為 45。 C 則冷凝器冷卻水量為 ㎏ /h=第 節(jié) 粗甲醇精餾物料及熱量計(jì)算 預(yù)塔和主塔的物料平衡計(jì)算 根據(jù)第一節(jié)的條件測得：粗甲醇的密度 ,PH 值 8，初餾值采出量 20 l/h。 a. 預(yù)塔物料平衡計(jì)算 ⑴ 粗甲醇， 6310kg/，每小時(shí)進(jìn)入預(yù)塔的物料如表 2﹣21 表 2﹣ 21 入預(yù)塔粗甲醇及組成 組 分 甲醇 水 低沸物 高沸物 油溶物 合計(jì) 流量 kg/h， 組成， w% 100 ⑵ 堿液，加入堿液濃度為 2%的 NaOH，進(jìn)料粗甲醇 PH值需從 6提高到 8查手冊[7]： 的氫氧化鈉溶液：（ OH） =10 3mol/L 的 NaOH 換算成百分含量： =% pH值從 6 提高到 8, OH需 H+量為： 166 108=需 2%的 NaOH（密度以 1g/ml 計(jì)）為 =則需每小時(shí)加入堿液量為 =⑶ 初餾物 已知：初餾物采出量為 20l/h；密度 ，其中 %為甲醇， %為油性雜質(zhì)；初餾物加水 20l/h。 則：初餾物采出量為 20=。 其中 甲醇為 = kg/h 油溶性雜質(zhì)為 = kg/h 油容性雜質(zhì)再油水分離器中被分離掉，所以預(yù)塔初餾物回收量為： +20=⑷ 冷凝水：操作控制預(yù)塔底甲醇密度為 ，按甲醇 — 水二 元組成查得在密度 是甲醇水溶解液的含醇量為 70%，從密度 （含醇 %）提到 ，則粗甲醇中含水： =70% x=實(shí)際需要加入冷凝水為 － － 20－ =于是預(yù)塔總進(jìn)料量表 222。 表 222 預(yù)塔進(jìn)料量及組成 ① 物料量， kg/h 甲醇 水 NaOH 低沸物 高沸物 油溶物 小計(jì) 粗甲醇 堿液 冷凝液 初餾物 合計(jì) — — 20 — — — — — — — — — — — — — ㈡出料 ⑴ 塔底甲醇 粗甲醇含醇 初餾物含醇 合計(jì) ⑵ 塔底水 粗甲醇含水 堿液（包括 NaOH） 初餾物含水 20 kg/h 預(yù)塔加水 合計(jì)