【正文】 （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、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、出口氣體組成 （單位mol%）組 分 CO H2 CO2 CH4 N2 CH3OH (CH3)2O H2O C4H9OH 合計 進塔氣 出塔氣 采用Lurgi低壓合成工藝，合成壓力為5MPa，則進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 % 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 合成塔的進口溫度設(shè)為220℃，出口溫度為250℃，由以上公式可計算得到各氣體在對應(yīng)溫度壓力下的熱容，見表216：表216 合成塔進、出口氣體比熱 組 分 CO H2 CO2 CH4 N2 CH3OH H2O Ci [kJ/(kmol ℃)] Co [kJ/(kmol ℃)] 計算得到的結(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有經(jīng)驗計算公式，故需查得，由物性數(shù)據(jù)手冊查得：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，℃；將合成塔進口氣體的摩爾流量（見表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 105故入塔氣溫度為220℃時入塔總熱量為： KJ/h（2）、出塔氣熱量衡算合成塔出口氣體的摩爾流量（見表212）及比熱容列于表218中，具體見表218。同理，可求得出塔氣溫度為250℃時帶出的總熱量為： 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 105（3）、反應(yīng)熱計算查相關(guān)資料知，合成塔內(nèi)氣體在5MPa、270℃時進行反應(yīng)，各物質(zhì)的生產(chǎn)量、摩爾生成熱及反應(yīng)熱見表219：表219 各物質(zhì)生成熱組 分 CH3OH ( CH3 )2O CH4 C4H9OH CO 合計 Kmol/h KJ/mol kJ/h 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% （ + ）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 原料預(yù)熱器的熱量計算合成塔出口氣體溫度較高，首先與進口的原料氣進行換熱，使原料氣溫度從45℃上升到入塔溫度，然后出塔氣進一步與水冷器換熱使其溫度將至40℃左右。 原料氣吸收熱量的確定為計算原料氣溫度由45℃上升到270℃所需的熱量，取原料氣在5MPa、130℃下的熱容值，各組分氣體的分壓已求出，故由上述經(jīng)驗公式知：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)手冊查得：二甲醚和異丁醇在壓力5MPa，溫度為130℃下的比熱容分別為：C(CH3)2O = kJ/(kmol ℃)；CC4H9OHO = kJ/(kmol ℃)故由公式∑Q ∑（Gi Ci △T），即可求出原料氣需要的熱量，具體見表221：表221 原料氣熱容及吸熱量 組 分 Gi（kmol/h） Ci（KJ/( kmol.℃)） Qi（KJ/h.℃）CO CO2 H2 CH4 N2 CH3OH (CH3)2O H2O 合 計 上升溫度 △T = 220 – 45 = 175 ℃ ，故所需總熱量為： 105 175 = KJ/h 預(yù)熱器熱量衡算合成塔出口氣放出同樣的熱量溫度從250℃約降為70℃，故取中間溫度160℃下的比熱進行計算，以確定溫度下降的具體值。各組分氣體的分壓已求出，故由上述經(jīng)驗公式知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 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 107 107 水冷器熱量的計算 合成塔出口氣與原料氣換熱后溫度降至70℃，接著再經(jīng)過水冷器降溫至40℃，使其中的粗甲醇冷凝下來。 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；