年产40万吨甲醇精馏工艺设计(4)

式中 GF—进冷凝器各组分摩尔流量，Kmol/h； CP—各气体组分比热容，kJ（ kmol·。C）； T出塔—出合成塔气体温度，。C；

表2-17出塔气在冷凝器冷凝放热

组分 CH3OH （CH3）2O C4H9OH

冷凝器 Nm3/h 4157.216 10.147 6.15 Kmol/h 5938.88 20.837 20.317

放热量，kg/h 6639252.118 11080.075 11739.366

组分 C8H18 H2O 合计

冷凝器 Nm3/h 2.843 369.91 4546.266 Kmol/h 14.469 297.249 6291.752

放热量，kg/h 4442.706 672074.044 7338588.309

（3）冷凝器出口气体显热

冷凝器出口气体显 Q、出冷凝= ×T出口 （2-11） 式中 G`F—冷凝器出口气体组分摩尔流量，Kmol/h；

CP—出口气体各组分比热容，kJ（ kmol·。C）； T出口—冷凝器出口气体温度，。C。

根据表（8-7）各组分的流量及热容，计算冷凝器出口气体显热，列表为2-18。 表2-18 冷凝器出口各气体组分的显热

组分 CO CO2 H2 N2

比热容，J（ kmol·。C） 34.42 38.60 29.02 29.06 气量 Nm3/h 2703.62 1992.143 8226.877 34760.775 Kmol/h 120.700 88.935 367.27 1551.820

热量，kJ（ kmol·。C） 4154.494 3432.891 10658.75 45095.890 续表2-18 冷凝器出口各气体组分的显热

组分 CH4 Ar CH3OH 合计

比热容，J（ kmol·。C） 36.68 20.83 44.21 — 气量 Nm3/h 779.248 516.435 71.145 49050.213 Kmol/h 34.788 9.663 3.176 2189.742

热量，kJ（ kmol·。C） 1276.024 201.280 13.92 76316.674 因冷凝器气体出口温度38。C，所以出口气体热量为 Q`出冷凝器=76136.674×38=2900033.612㎏/h （4）冷凝器出口液体带走热量Q``出冷凝器 Q``出冷凝器=

式中 GF—冷凝器出口液体各组分的摩尔流量，Kmol/h； CP—各液体组分的比热容， J（ kmol·。C）；

于是，根据表2-16各表2-17，计算冷凝液体带走热量为表2-19 因冷凝器出口液体温度为38。C，故液体带出热量；

Q出冷凝器=17538.716×38=666471.208 kJ/h 于是，由冷却水带走热量；

Q冷却水=24945761.74＋7338588.309－(2900033.612＋666471.208) =28717845.23 kJ/h

表2-19 冷凝器出口液体流量

组分 CH3OH （CH3）2O C4H9OH C8H18 H2O 合计

液体比热容，kJ/(㎏·。C) 2.72 2.638 2.596 2.26 4.187 — 流量，㎏/h 5938.88 20.837 20.317 14.469 297.249 6291.722

热量，kJ（h·。C） 16153.754 54.968 52.743 32.670 1244.581 17538.716 则冷凝器热平衡如表2-20 表2-20冷凝热平衡表

带入热量，kJ/h 带出热量，kJ/h

气体显热 冷凝热 合计 气体显热 液体带热 冷却水带热 合计

24945761.74 7338588.309 17607173.431 2900033.612 666471.208 28717845.23 32284350.05 （5）冷凝器用水量

已知：冷凝器冷却水温度为32。C，回水温度为45。C 则冷凝器冷却水量为

527600.91 ㎏/h=527.6t/h

第2.4节 粗甲醇精馏物料及热量计算 2.4.1 预塔和主塔的物料平衡计算

根据第一节的条件测得：粗甲醇的密度 0.87g/ml,PH值8，初馏值采出量20 l/h。

a. 预塔物料平衡计算 A.进料

⑴ 粗甲醇，6310kg/h.根据第一节的计算结果，每小时进入预塔的物料如表2﹣21

表2﹣21入预塔粗甲醇及组成

组 分 甲醇 水 低沸物 高沸物 油溶物 合计 流量kg/h，

组成，w% 5938.88

94.23 297.25 0.50 20.84 0.33 31.30 0.23 04.47 4.7 6302.739 100

⑵ 碱液，加入碱液浓度为2%的NaOH，进料粗甲醇PH值需从6提高到8查手册[7]：

0.1N的氢氧化钠溶液：（OH）-=1.34×10-3mol/L

0.1N的NaOH换算成百分含量： =0.4%

pH值从6提高到8, OH-需H+量为：16-6 -10-8=0.00099mol/m3 需2%的NaOH（密度以1g/ml计）为 =0.00148m3/m3粗甲醇

则需每小时加入碱液量为 =0.923L/h ⑶ 初馏物

已知：初馏物采出量为20l/h；密度0.79g/ml，其中97.93%为甲醇，2.07%为油性杂质；初馏物加水20l/h。

则：初馏物采出量为0.79×20=15.8kg/h。 其中 甲醇为15.8×97.93=15.473 kg/h

油溶性杂质为 15.8×2.07=0.327 kg/h

油容性杂质再油水分离器中被分离掉，所以预塔初馏物回收量为： 15.473+20=35.473kg/h

⑷ 冷凝水：操作控制预塔底甲醇密度为0.87g/ml，按甲醇—水二元组成查得在密度0.87是甲醇水溶解液的含醇量为70%，从密度0.81（含醇93.4%）提到0.87，则粗甲醇中含水： =70%

x=2551.905kg/h

实际需要加入冷凝水为2551.905－297.25－20－1.153=2233.502kg/h 于是预塔总进料量表2-22。 表2-22 预塔进料量及组成①

物料量，kg/h 甲醇 水 NaOH 低沸物 高沸物 油溶物 小计 粗甲醇 碱液 冷凝液 初馏物

合计 5938.88 — — 15.437

5954.353 268.4 2233.502 20 —

2550.8 — 1.153 — —

1.153 18.18 — — —

20.84 31.30

— — —

31.30 14.47 — — —

14.47 6302.739 1.153 2233.502 35.437

8572.867

㈡出料

⑴塔底甲醇

粗甲醇含醇 5938.88kg/h 初馏物含醇 15.473kg/h 合计 5954.353kg/h ⑵塔底水

粗甲醇含水 297.25kg/h 碱液（包括NaOH） 1.153kg/h 初馏物含水 20 kg/h 预塔加水 2233.502kg/h 合计 2551.905kg/h ⑶塔底乙醇及高沸点组分31.30kg/h。 ⑷烷烃及油溶性组分14.47kg/h。

其中：塔底出料 14.143kg/h； 初馏物采出 0.327kg/h。 ⑸塔顶二甲醚及低沸点组分20.84kg/h。 预塔出料量如表2-16. b. 主塔的物料平衡计算 A.进料

脱出轻馏分的预后甲醇 8537.381 kg/h。 其中：甲醇 5938.88 kg/h；

水 2551.905 kg/h； NaON 1.153 kg/h； 乙醇及高沸点组分 31.30 kg/h 烷烃及油溶性组分 14.143 kg/h

表2-23 预塔出料流量及其组成

物料量，kg/h 甲醇 水 NaOH 低沸物 高沸物 油溶物 小计 塔顶 塔底

侧线 合计 — 5938.88 15.473

5954.353 — 2551.905 —

2551.905 — 1.153 —

1.153 20.84 — —

20.84 — 31.30 —

31.30 — 14.143 0.327

14.47 20.84 8537.381 15.8

8574.021 B.出料

⑴塔底残夜

其中： NaON 1.153kg/h

乙醇及高沸点组分 31.30kg/h 烷烃及油溶性组分 14.143kg/h 水 2551.905kg/h 甲醇 18.318kg/h

合计 2616.819kg/h

残夜排放温度为110℃是，残夜中甲醇含量为0.7%，所以: =

X=18.318kg/h 表2-24精馏塔全塔物料平衡如表

物料 入 料

主塔入料口 出 主塔采出口 料 塔底 合计 甲醇 水 高沸物

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