【正文】 107 107 水冷器熱量的計(jì)算 合成塔出口氣與原料氣換熱后溫度降至70℃，接著再經(jīng)過(guò)水冷器降溫至40℃，使其中的粗甲醇冷凝下來(lái)。 水冷器熱平衡方程Q入+ Q潛Q出+ Q液 + Q冷卻水+ Q損式中：Q入——冷凝器入口氣體顯熱，kJ/h；Q潛——在出口溫度下氣體冷凝放熱，kJ/h；Q出——冷凝器出口氣體顯熱，kJ/h；Q液——出冷凝器液體（粗甲醇）帶熱，kJ/h；Q冷卻水——冷卻水帶走熱量，kJ/h；Q損——損失的熱量，kJ/h由于氣體冷凝為該條件下的飽和液體時(shí)的具體溫度不知道，而且飽和液體再降溫至出口溫度放出的熱量很少，故忽略飽和液體由冷凝溫度降至出口溫度所放出的熱量。 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(jiàn)表213）、比熱及熱量見(jiàn)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)。查資料知5MPa40℃下粗甲醇中各組分冷凝熱及比熱見(jiàn)表225。表225 粗甲醇中各組分冷凝熱及比熱組 分 CH3OH ( CH3 )2O C4H9OH H2OC( KJ/( kmol.℃)) △H( KJ/kmol) 由粗甲醇的流量（見(jiàn)表24）及冷凝熱即可求出分離器出口氣體冷凝時(shí)放出的熱量，具體見(jiàn)表226表226 氣相冷凝放熱衡算表 組 分 G ( kmol/h) △H( KJ/kmol) Q(KJ/(h.℃)) CH3OH (CH3)2O C4H9OH H2O 合 計(jì) 106即氣相冷凝放出的潛熱為 Q潛 = 106 kJ/h（4） 水冷器出口液相顯熱計(jì)算水冷器出口液相即為冷凝下來(lái)的液體，其各組分流量、比熱均已知道，易求得其放熱量，具體見(jiàn)表227 表227 水冷器出口液相各組分熱容和熱量組 分 G ( kmol/h) C( KJ/( kmol.℃)) Q(KJ/(h.℃)) CH3OH (CH3)2O C4H9OH H2O 合 計(jì) 則粗甲醇帶出的熱量為： 40 105 kJ/h（5） 水冷器熱損計(jì)算水冷器熱量損失按水冷器入熱的5%計(jì)算，水冷器入熱包括入水冷器氣體帶入的顯熱及氣體冷凝放熱，故水冷器損失熱量為：Q損（Q入+ Q潛）5% =（106 + 106）5% = 105 kJ/h （6） 冷卻水移熱量計(jì)算由水冷器熱平衡方程可得：Q冷卻水 Q入 + Q潛 Q出 Q液 Q損 106 + 106 106 105 105 106KJ / h假設(shè)入口冷卻水溫度25℃，出口冷卻水溫度40℃，KJ / ( kmol.℃),則冷凝器所需要的冷卻水的量為：綜上，得到水冷器器的熱平衡，將數(shù)據(jù)列于表228表228 冷凝器熱量平衡表 氣 體 帶入熱量（kJ/h） 帶出熱量（kJ/h）氣體顯熱 106 106 粗甲醇冷凝熱 106 粗甲醇帶出熱 105熱損失 105冷卻水移出熱 106合 計(jì) 107 107第三章 精餾工段工藝計(jì)算 精餾工段物料衡算此次設(shè)計(jì)，粗甲醇精餾采用雙效法三塔精餾工藝，此流程預(yù)塔的作用是除去其中以二甲醚為主的輕組分，第一精餾塔加壓和第二精餾塔常壓均采出產(chǎn)品。%，%。 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(jiàn)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(jiàn)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。預(yù)塔回流流量及組成見(jiàn)表32表32 預(yù)塔回流流量及組成組 分 CH3OH H2O 合計(jì)kg/h wt% kmol/h mol% 計(jì)算示例，以甲醇為例，預(yù)塔回流液為進(jìn)料的75%，故回流液質(zhì)量流量為： = kg/h其中甲醇占92%，水占8%，故甲醇的質(zhì)量流量為： = kg/h水的質(zhì)量流量為： – = kg/h則甲醇和水的摩爾流量分別為： / 32 = kmol/h ； / 18 = kmol/h得回流液摩爾流量為： + = kmol/h則甲醇的摩爾含量為：（ / ） 100% = % 預(yù)塔塔釜出料衡算預(yù)塔塔釜出料包括進(jìn)料中全部的甲醇、水、異丁醇和燒堿，其物料流量及組成見(jiàn)表33：表33 預(yù)塔塔釜出料流量及組成組 分 CH3OH H2O C4H9OH NaOH 合計(jì) kg/h Wt% kmol/h mol% 由于預(yù)塔塔釜出料的質(zhì)量流量和摩爾流量的都已知，計(jì)算總量及其各自的含量很容易，故在此略去計(jì)算。預(yù)塔塔頂采出的輕組分為二甲醚， kg/h。 加壓塔物料衡算預(yù)精餾塔內(nèi)粗甲醇加水經(jīng)脫除輕餾分后的甲醇稱(chēng)為預(yù)后甲醇，全部進(jìn)入加壓塔進(jìn)行精餾。 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(jiàn)表216。 加壓塔回流物料衡算加壓塔回流流量與進(jìn)料流量之比為2：1，%，%的水，回流液與塔頂采出精甲醇組成一致，其物料衡算見(jiàn)表34：表34 加壓塔塔回流流量及組成組 分 CH3OH H2O 合計(jì)kg/h wt% kmol/h mol% 計(jì)算示例，以甲醇為例，加壓塔回流液質(zhì)量流量為： 2 = kg/h其中甲醇和水的質(zhì)量流量分別為： % = kg/h ； – = 則甲醇和水的摩爾流量分別為： / 32 = kmol/h ； / 18 = kmol/h得回流液摩爾流量為： + = kmol/h則甲醇的摩爾含量為：（ / ） 100% = % 加壓塔塔頂餾出物衡算加壓塔塔頂流出物的組成與回流液組成相同，只是流量不同，加壓塔與常壓塔精甲醇采出的比例為2：1，則加壓塔塔頂采出純甲醇的質(zhì)量流量為：摩爾流量為： / 32 = kmol/h水的質(zhì)量流量為：摩爾流量為： / 18 = kmol/h具體物料衡算結(jié)果見(jiàn)下表35：表35 加壓塔塔餾出物流量及組成組 分 CH3OH H2O 合計(jì)kg/h wt% kmol/h mol% 甲醇和水的質(zhì)量流量及摩爾流量已知，用分量除以總量即可求的各自對(duì)應(yīng)的百分含量，相對(duì)簡(jiǎn)單，故在此不做計(jì)算。 加壓塔塔釜物料衡算加壓塔塔釜采出物料為絕大部分水、部分甲醇及全部異丁醇和燒堿。采出甲醇和水的量為塔頂餾出后的甲醇和水，即為甲醇： – = kg/h ；水： – = kg/h摩爾流量分別為 甲醇： / 32 = kmol/h；水： / 18 = kmol/h異丁醇和燒堿的質(zhì)量流量及摩爾流量已知，具體衡算結(jié)果見(jiàn)表36：表36 加壓塔塔釜出料流量及組成組 分 CH3OH H2O C4H9OH NaOH 合計(jì) kg/h