【正文】 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。預(yù)塔塔頂采出的輕組分為二甲醚， kg/h。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。各組分氣體的分壓已求出，故由上述經(jīng)驗(yàn)公式知5MPa、160℃下的熱容值：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：二甲醚和異丁醇在壓力5MPa，溫度為160℃下的比熱容分別為：C(CH3)2O = kJ/(kmol ℃)； CC4H9OHO = kJ/(kmol ℃)故由公式∑Q ∑（Gi Ci △T），即可求出出口氣放出的熱量，具體見(jiàn)表222表222 出口氣熱容及放熱量組 分 G ( kmol/h) C( KJ / ( kmol.℃)) Q(KJ/(h.℃))CO CO2 H2 CH4 N2 CH3OH (CH3)2O H2O C4H9OH 合計(jì) 105合成塔出口氣溫度下降至：℃由于熱容隨溫度的變化不是很大，故合成塔出口氣帶入的熱量粗略的估算為：kJ/h熱損失按入熱3%計(jì)算，則熱量損失為：KJ/h則合成塔出口氣帶出的熱量粗略的估算為：KJ/h綜上，得到預(yù)熱器的熱平衡，將數(shù)據(jù)列于表223表2 23 熱器熱量平衡表氣 體 帶入熱量（kJ/h） 帶出熱量（kJ/h）合成塔出口氣 107 106原料氣 107熱損失 105合 計(jì) 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)。 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： 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。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）。由生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)②知，5MPa、40℃下，年產(chǎn)4萬(wàn)噸粗甲醇在氣液分離設(shè)備中，粗甲醇中各組分的揮發(fā)量依次為：、,異丁醇在該條件下幾乎不揮發(fā)，： + + + 0 = 粗甲醇中各物質(zhì)揮發(fā)量見(jiàn)表28表28 液相粗甲醇中各組分的揮發(fā)量組 分 CH3OH (CH3)2O C4H9OH H2O 合計(jì)揮發(fā)量（ kmol/h） 0 計(jì)算表明弛放氣與循環(huán)氣的比值不到7%，因此弛放氣中揮發(fā)組分的量可以忽略，故不考慮揮發(fā)相時(shí)弛放氣與循環(huán)氣之比近似為：因此考慮揮發(fā)相時(shí)弛放氣與循環(huán)氣之比近似為：由此得弛放氣中甲醇的量為同理，、不考慮揮發(fā)量馳放氣中各氣體的摩爾流量為： 馳放氣的總量VK = CO的量：% = CO2的量：% = H2的量： % = CH4的量：% = N2的量： % = 則馳放氣的組成列于表29中:表29 馳放氣流量及組成組 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：弛放氣總物質(zhì)的量的流量為 ： + + + + + + += 一氧化碳的摩爾分?jǐn)?shù)：( / ) 100% =%弛放氣總質(zhì)量流量為：+++++++ = kg/h一氧化碳的摩爾分?jǐn)?shù)：( 28 / ) 100% = %易知循環(huán)氣中CH3OH的量為： = kmol/h(CH3)2O的量為： = kmol/h H2O的量為： = kmol/h由于循環(huán)氣中各組分的摩爾分?jǐn)?shù)與弛放氣中的一樣，故循環(huán)氣中各氣體的量為： 循環(huán)氣總量為： kmol/h CO的量：% = kmol/hCO2的量：% = kmol/hH2的量：% = kmol/hCH4的量：% = kmol/hN2的量：% = kmol/h由計(jì)算得到循環(huán)氣的流量及組成，列于表210中：表210 循環(huán)氣的流量及組成組 分 CO H2 CO2 CH4 N2 CH3OH (CH3)2O H2O 合計(jì) kg/h Wt% kmol/h mol% 計(jì)算示例，計(jì)算方法與弛放氣流量組成的計(jì)算方法大體一致。利用惰性氣體在循環(huán)氣中的含量i來(lái)建立兩個(gè)方程式：nK + mK = i （27）CK + hK + KK = 1—i （28）聯(lián)立上述八個(gè)方程，得到兩個(gè)輔助變量D、B：上例各式中的符號(hào)意義：V——生成一噸粗甲醇的氣體總體積，kmol/h；N——氮量，kmol/h；n——氮?dú)夂?，V%Ku——參加反應(yīng)的CO2的量，kmol/h；K——CO2量，kmol/h；k——CO2含量，V%；M——甲烷的生成量，kmol/h；m——甲烷含量，V%；H——?dú)錃饬?，kmol/h；h——?dú)錃夂?，V%；C——CO的量，kmol/h；c——CO含量，V%；L——甲醇量，kmol/h；A——二甲醚量，kmol/h；I——異丁醇的量，km