【導(dǎo)讀】果等方面的能力有所提高。這就是本次設(shè)計(jì)的目的。這次設(shè)計(jì)，主要是進(jìn)行甲醇合成和精餾工段的物料和熱量衡算。時(shí)，理論依據(jù)是物料平衡方程。但具體計(jì)算時(shí)，由于副反應(yīng)較多，而且有些副反應(yīng)。的生產(chǎn)量不確定，所以在計(jì)算過(guò)程中引用了一些經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式、做了一些近似處理。難找到，所以用了近似計(jì)算值或是經(jīng)驗(yàn)值。本次設(shè)計(jì)雖然作了不少近似計(jì)算，引用

　　

【正文】 10可得合成塔出塔氣體流量及組成，見(jiàn) 表 212： 表 212 合成塔出塔氣體流量及組成 組 分 kg/h Wt% kmol/h mol% CO H2 CO2 CH4 N2 CH3OH (CH3)2O H2O C4H9OH 合計(jì) 計(jì)算示例，以一氧化碳為例，合成塔出塔氣中一氧化碳的量等于循環(huán)氣、弛放氣、粗甲醇及粗甲醇溶氣之中一氧化碳之和，故其摩爾流量為： + + 0 + = kmol/h 一氧化碳的質(zhì)量流量為： + + 0 + = kg/h 出塔氣總摩爾流量為： + + + = kmol/h 出塔氣總質(zhì)量流量為： + + + = k/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% = % 甲醇分離器物料衡算 甲醇分離器出口的氣體由循環(huán)氣和弛放氣兩部分組成，循環(huán)氣進(jìn)入循環(huán)壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮循環(huán)利用，弛放氣則進(jìn)行放空。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(jiàn) 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(jiàn) 表 214。 計(jì)算示例，以一氧化碳為例： 由表 24 和表 26可知，一氧化碳的摩爾流量為： 0 + = kmol/h 一氧化碳的質(zhì)量流量為： 0 + = kg/h 分離器出口液相摩爾流量為： + = 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% = % 表 214 分離器出口液相組成及流量 組 分 kg/h Wt% kmol/h mol% CO H2 CO2 CH4 N2 CH3OH (CH3)2O H2O C4H9OH 合計(jì) 粗甲醇貯槽物料衡算 甲醇合成工段生成的粗甲醇?jí)毫芨?，因此首先在粗甲醇貯槽內(nèi)進(jìn)行泄壓，使粗甲 醇恢復(fù)到常壓，然后進(jìn)入精餾工段。粗甲醇泄壓后，溶解在其中的氣體（除二甲醚）可認(rèn)為全部釋放，液相粗甲醇即為設(shè)計(jì)任務(wù)規(guī)定的粗甲醇（具體見(jiàn)表 24），進(jìn)入到精餾工段進(jìn)行精制；放空的氣相即為溶解在粗甲醇中的氣體（具體見(jiàn)表 26）。由于甲醇貯槽物料衡算都已體現(xiàn)在上述兩表中，故在此不再進(jìn)行反復(fù)計(jì)算。 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， ℃ ； ∑ Qr? Qr1 + Qr2 + Qr3 + Qr4 + Qr5 （ 4） 式中： Qr Qr2 、 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 Qr? Gr△ 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 ℃ )。 由表 211 和表 212 知 合成塔進(jìn)、出口氣體 的摩爾 組成 ，方便參看，現(xiàn)列為表 215： 表 215 合成塔進(jìn)、出口氣體組成 （單位 mol%） 組 分 CO H2 CO2 CH4 N2 CH3OH (CH3)2O H2O C4H9OH 合計(jì) 進(jìn)塔氣 出塔氣 采用 Lurgi 低壓合成工藝，合成壓力為 5MPa，則進(jìn)塔氣體各組分的分壓為： PCO ? 5 ? % ? MPa PH2 ? 5 ? % ? MPa PCO2 ? 5 ? % ? MPa PCH4 ? 5 ? % ? MPa PN2 ? 5 ? % ? MPa PCH3OH ? 5 ? % ? MPa P(CH3)2O ? 5? %? MPa PH2O ? 5 ? % ? MPa 同理， 合成塔出塔 各 氣體 分壓依次為 : PCO ? MPa PCO2 ? MPa PH2 ? MPa PCH4 ? MPa PN2 ? MPa PCH3OH ? MPa P(CH3)2O ? MPa PC4H9OH ? MPa PH2O ? MPa 合成塔的進(jìn)口溫度設(shè)為 220℃， 出口溫度為 250℃，由以上公式可計(jì)算得到各氣體在對(duì)應(yīng)溫度壓力下的 熱容 ，見(jiàn) 表 216： 表 216 合成塔進(jìn)、出口氣體比熱 組 分 CO H2 CO2 CH4 N2 CH3OH H2O Ci [kJ/(kmol ℃ )] Co [kJ/(kmol ℃ )] 計(jì)算 得到的結(jié)果單位與表格中的單位不同，但已轉(zhuǎn)換，例如 CiCO =(kmol ℃ )= kJ/(kmol ℃ )= kJ/(kmol ℃ )。 二甲醚和異丁醇的比熱容沒(méi)有 經(jīng)驗(yàn) 計(jì)算公式，故需查得，由物性數(shù)據(jù)手冊(cè)查得：二甲醚和異丁醇 在 壓力 5MPa， 溫度為 220℃ 及 250℃下 的比熱容 分別為： Ci(CH3)2O = kJ/(kmol ℃ ) ； Co(CH3)2O = kJ/(kmol ℃ ) ； CiC4H9OH kJ/(kmol ℃ ) ； CoC4H9OHO= kJ/(kmol ℃ ) 合成塔熱量衡算 （ 1）、 入塔氣熱量 入塔氣熱量計(jì)算公式為 : ∑ Q 入塔氣 ? ∑（ G 入塔氣 Cmλ Tmλ ） 式中： G 入塔氣 —— 入塔氣各組分流量， kmol/h； Cmλ —— 入塔各組分的比熱容， kJ/（ kmol . ℃ ）； Tmλ —— 入塔氣體溫度， ℃ ； 將合成塔進(jìn)口氣體的 摩爾 流量 （見(jiàn)表 211）及比熱容列于 表 217 中： 表 217 合成塔 單位溫度 入塔熱量 組 分 G ( kmol/h) C( KJ / ( kmol.℃ )) Q(KJ/(h.℃ )) CO CO2 H2 CH4 N2 CH3OH (CH3)2O H2O 合計(jì) 105 故 入塔氣溫度為 220℃時(shí)入 塔總熱量為： ? 105? 220 ? ? 107 KJ/h （ 2）、出塔氣熱量衡算 合成塔出 口氣體的 摩爾 流量 （見(jiàn)表 212）及比熱容列于 表 218 中 ，具體見(jiàn)表218。 同理，可求得出 塔氣溫度為 250℃時(shí)帶出的 總熱量為： ? 105? 250 ? ? 107 KJ/h 表 218 合成塔 單位溫度出 塔熱量 組 分 G ( kmol/h) C( KJ / ( kmol.℃ )) Q(KJ/(h.℃ )) CO CO2 H2 CH4 N2 CH3OH (CH3)2O H2O C4H9OH 合計(jì) 105 （ 3）、反應(yīng)熱計(jì)算 查相關(guān)資料知，合成塔內(nèi)氣體在 5MPa、 270℃時(shí)進(jìn)行反應(yīng)，各物質(zhì)的生產(chǎn)量、摩爾生成熱及反應(yīng)熱見(jiàn)表 219： 表 219 各物質(zhì)生成 熱 組 分 CH3OH ( CH3 )2O CH4 C4H9OH CO 合計(jì) Kmol/h KJ/mol ? kJ/h ? ? 107 其 中某一種物質(zhì)的生成量 = 合成塔出口的量 合成塔出口的量； 例如甲醇的生成量為： = Kmol/h （ 4）、熱損失核算 假設(shè)全塔的熱損失為 入塔熱量 4%， 則： Q 熱損 ? （ Q 入塔氣 + Q 反應(yīng) ） ? 5% ? （ ? 107 + ? 107） ? 5% ? ? 106 kJ/h （ 5）、合成塔供熱衡算 為維持合成塔內(nèi) 270℃的反應(yīng)溫度，需向合成塔提供熱量，使反應(yīng)物溫度從220℃上升到 270℃，這些熱量由反應(yīng)熱提供，多余的反應(yīng)熱由沸騰水移出合成塔， 以保證合成塔溫度基本穩(wěn)定在 270℃。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： ? ?561 .2 8 8 1 .2 5 9 1 0 2 7 0 2 2 0 6 .3 6 8 1 0 /2 k J h? ? ? ? ? ? （ 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 ? ? 107 + ? 107? ? 107 ? ? 106 ? 10? ? ? 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 ? 107 ? 107 反應(yīng)熱 ? 107 熱損失 ? 106 沸騰移出熱