【正文】 算計算的Q3= KJ/tNH3(2) 氣體中液氨帶入熱量Q3L由冷交換器熱量計算得： Q3L= KJ/tNH3(3) 氨冷器中氣氨冷凝熱查10℃氣氨冷凝熱（《小氮肥廠工藝設(shè)計手冊》。表1011 氨熱力學(xué)性質(zhì)）INH3=Q冷= L′18,NH317INH3=17=(4) 新鮮氣帶入熱量Q1查t1=10℃,P=30MPa壓力下各組分氣體比熱容,并歸入表221。表221 各組分含量，分壓及比熱容 組分H2N2CH4Ar氣體含量各組分分壓/MpaCp(KJ/(Kmol℃))Cp1=+++=(Kmol℃)新鮮氣帶入熱量：Q1=V1Cp1t1=10=氨冷器收入總熱量：Q=Q3+Q3L+Q冷+Q1=+++=(5) 氨冷器入口混合氣溫度t4計算由熱平衡Q4=冷=V4Cp4t4+V4LCp4Lt4==t18=( Q18/ V18)/( Cp18+V18LCp18L/ V18)=[()/ ]/( Cp18+Cp18L/)=( Cp18+)設(shè)t4=20℃，P= 查常壓下各組分氣體比熱容,歸入表222。表222 各組分含量，分壓及比熱容組分NH3H2N2CH4Ar氣體含量各組分分壓/MpaCp（KJ/(Kmol℃)）Cp4=++++=(Kmol℃)查t=℃時，Cp4L=(Kmol℃)代入：t4=(+)=，與假設(shè)一致?；旌虾蟀崩淦魅肟跓釟鉁囟?0℃(6) 氣體帶出熱量Q2 由冷交換器熱量計算Q2= kJ/tNH3(7) 氣體中液氨帶出熱量Q2L由冷交換器熱量計算Q2L=(8) 液氨蒸發(fā)吸收熱量Q吸 （冷凍量）由熱平衡計算：Q吸=Q入(Q2+Q2L)=++=查25℃液氨焓INH3L=（由液氨儲槽來）15℃蒸發(fā)蒸氣，INH3=ΔINH3=INH3INH3L==（9） 冷凍量計算 W=Q吸/ΔINH3=將氨冷器進(jìn)出熱量匯總，見表223。表223 氨冷器進(jìn)出熱量匯總表進(jìn)口出口氣體帶入Q2氣體帶出Q2液氨帶入Q2L液氨帶出Q2L氣體中氨冷凝Q冷冷凍量Q吸新鮮氣體帶入Q1總Q入總Q出 循環(huán)機熱量核算(1) 循環(huán)機出口氣體溫度計算 由《小氮肥廠工藝設(shè)計手冊》附表111 查得循環(huán)氣體中各組分的絕熱指數(shù)如表224。表224 各組分的絕熱指數(shù)組分NH3H2N2CH4Ar氣體含量y入i 根據(jù)公式， =()+()+ ()+()+() =+++++=K= 其中，T入=30+= K將P出=30 MPa，P入=28MPa代入T出計算式得,==℃℃(2) 氣體帶入熱量由前計算得， Q5= KJ/tNH3(3) 壓縮功為，其中，P1=28MPa，P2=，K=，Z2=，Z1=V1=V0P0T/(P1T0)= (6028)= m3/min將上述數(shù)據(jù)代入壓縮功計算公式中得：N=壓縮熱，QN=3600N=3600=(4) 氣體帶出熱量由熱平衡得：Q4=Q3+QN= +=Q4=V4Cp4t4 Cp4=Q4/V4/t4=(Kmol℃)由t4=30℃ P=30MPa，查常壓下各組分氣體比熱容并計算匯入表225。表225 各組分含量，分壓及比熱容組分NH3H2N2CH4Ar氣體含量各組分分壓/MpaCp（KJ/(Kmol℃)）Cp=++++=(Kmol℃)將循環(huán)機進(jìn)出熱量匯人表226。表226 循環(huán)機進(jìn)出熱量匯總?cè)肟诔隹跉怏w帶入熱量氣體帶出熱量壓縮熱總Q入總Q出 合成塔熱量核算(1) 環(huán)隙溫升t2計算(2) 設(shè)合成塔環(huán)隙高度高度h=，由經(jīng)驗公式知，℃計，則合成塔一出溫度t2為，t2=t1+=36+14=℃。(3) 氣體帶入熱量Q1由前計算Q4=（忽略熱損失）。所以，Q5=Q4=(4) 氣體反應(yīng)熱QR設(shè)合成塔二出溫度365℃，假定氣體在塔內(nèi)先溫升到出口溫度后再進(jìn)行氨合成反應(yīng)。在壓力P= 下的氣體反應(yīng)熱簡化計算公式為：H=11599+,將t=365℃代入得：H=11599+365=由物料平衡計算知氨產(chǎn)量ΔVNH3=(標(biāo)）=則合成塔內(nèi)反應(yīng)熱，QR=(Hr)ΔVNH3==(5) 二次入塔氣體帶入熱量Q7Q7=(Q6+Q8+Q損)(QRQ5)=V2Cp2t2得，t2=((Q6+Q8+Q損)(QRQ5))/V1Cp1(6) 合成塔一出氣體帶出熱量Q6查t=℃ P= 混合氣體熱容，見表227。表227 各組分含量，分壓及比熱容組分NH3H2N2CH4Ar氣體含量各組分分壓/MpaCp（KJ/(Kmol℃)）Cp=(Kmol℃)Q6==(7) 合成塔二出氣體帶出熱量Q8當(dāng)t=365℃ P=，見表228。表228 各組分含量，分壓及比熱容組分NH3H2N2CH4Ar氣體含量各組分分壓/MpaCp（KJ/(Kmol℃)）Cp1=(Kmol℃)Q8=365=(8) 合成塔熱損失根據(jù)經(jīng)驗公式Q損=awFw(twtb)設(shè)塔壁溫度tw=70℃,空氣溫度5℃,塔外壁高h(yuǎn)=14m,外徑D=。則 aw=+=70+=(m2h℃)∴Q損=(twtb)=14[70(5)]= kJ/tNH3(9) 合成塔二入溫度計算設(shè)t7=210 ℃, P=小氮肥廠工藝設(shè)計手冊各組分氣體比熱容并計算匯入表229。表229 各組分含量，分壓及比熱容組分NH3H2N2CH4Ar氣體含量各組分分壓/MpaCp（KJ/(Kmol℃)）Cp2=(Kmol℃)t7=[(Q6+Q8+Q損)(QRQ5)]/V1Cp1=℃誤差 =（）/210100﹪=﹪假設(shè)值與實際值基本相符計算有效?！嗪铣伤怏w二次入口帶入熱量。 Q7=++)( +) =(10) 合成塔絕熱溫升核算△t=()=(Cp1+Cp2)/2=(Kmol℃)△t=((1+) /)/=℃t6=t7+=℃將合成塔熱量平衡匯入表230。表230 合成塔熱量平衡匯總表入口出口一次氣體進(jìn)口帶入熱一次氣體進(jìn)口帶出熱二次氣體進(jìn)口帶入熱二次氣體進(jìn)口帶出熱反應(yīng)熱熱損失總Q入總Q出 廢熱鍋爐熱量核算(1) 氣體帶入熱量Q8由合成塔熱平衡計算：Q8=(2) 管內(nèi)熱平衡氣體帶出熱量Q9設(shè)t2=220 C，P=，得混合氣體比熱容并匯入表231。表231 各組分含量，分壓及比熱容組分NH3H2N2CH4Ar氣體含量各組分分壓/MpaCp（KJ/(Kmol℃)）Cp2=(Kmol℃)Q9=220=(3) 廢熱鍋爐熱負(fù)荷ΔQ=Q9Q8=(4) 軟水量計算設(shè)廢熱鍋爐加入軟水溫度t=30,壓力P=, 飽和蒸汽，需軟水量為X，軟水焓 I1=蒸汽焓 I2=軟水帶出熱量為ΔQ=X(I2I1)所以，由熱平衡得，X=ΔQ/(I2I1)=廢熱鍋爐帶入熱量：Q軟=XI1==蒸汽帶入熱量：Q蒸=+=將廢熱鍋爐的計算熱量匯入表223。表232 廢熱鍋爐熱量匯總表入口出口管內(nèi)熱氣帶入熱量管內(nèi)熱氣帶出熱量軟水帶入熱量蒸汽帶出熱量總Q進(jìn)總Q出 熱交換器熱量核算（1）冷氣體帶入熱量Q6由合成塔熱平衡計算，Q6=（2）熱氣體帶入熱量Q9由廢熱鍋爐熱平衡計算，Q9=（3）冷氣體帶出熱量Q7由合成塔熱平衡計算，Q7= kJ/tNH3（4）熱氣體出口溫度計算Q6+Q9=Q7+Q10熱平衡得 Q10=Q6+Q9Q7=+=Q10=V10Cp10t10所以，t10=Q10/V10/Cp10=設(shè)t5=60℃ P=。表233 各組分含量、分壓及比熱容組分NH3H2N2CH4Ar氣體含量各組分分壓/MpaCp（KJ/(Kmol℃)）Cp10=(Kmol℃)t5=℃誤差=()/60=%，假設(shè)成立（5）熱交換器熱負(fù)荷ΔQ=Q2Q1=Q5Q4==將熱交換器熱量歸入表234。表234 熱交換器熱量匯總表入口出口冷氣帶入熱量冷氣帶出熱量熱氣帶入熱量熱氣帶出熱量總Q進(jìn)總Q出 水冷器熱量核算由題知，水冷器出口熱氣體溫度t2=35℃，設(shè)氣體先冷卻至35℃后，氨再冷凝。(1) 熱氣體帶入熱量Q10由熱交換器熱平衡計算Q10=(2)氨冷凝熱查≤小氨肥廠工藝設(shè)計手冊≥得35℃時氨冷凝熱I=Q冷=V2INH3==(3)熱氣體帶出熱量Q11查t2=35℃, P= MPa得混合氣體的比熱容，見表235。表235 各組分含量，分壓及比熱容組分NH3H2N2CH4Ar氣體含量各組分分壓/MpaCp（KJ/(Kmol℃)）Cp11=(Kmol℃)熱氣體帶出熱量：Q11=V11Cp11t11=35=(4)液氨帶出熱量查35 ℃液氨比熱容,CpL=(kmol℃)Q液=V11L/MCpLt11=35=(5) 冷卻水量計算設(shè)需要冷卻水量為W,冷卻上水ta=30℃ ,冷卻下水tb=38℃,取冷卻水比熱容CpL=則冷卻水吸收量為：ΔQ=Q進(jìn)Q出=(Q10+Q冷)(Q11+Q液)=ΔQ=WCp(tbta)1000所以， W=ΔQ/(1000Cp(tbta)) =(1000(3830))= 冷卻上水帶入熱量：Q上水=100030=冷卻下水帶入熱量：Q下水=ΔQ+Q上水=+=將水冷器熱量匯入表236。表236 水冷器熱量匯總表入口出口熱氣帶入熱量熱氣帶出熱量氨冷凝熱液氨帶出熱量冷卻上水帶入熱冷卻下水帶出熱總Q進(jìn)總Q出 氨分離器熱量核算氨分離器進(jìn)出口溫度沒有發(fā)生變化,由氣體熱量平衡,氨分離器收入熱,則Q11=氨分離器支出熱氣體放空氣帶走熱量Q13=V13Cp13t13=35=冷交換器帶入熱量,由冷交換器熱平衡計算得： Q14=Q′11=Q13+Q14=+=誤差=()/ =%，假設(shè)成立。氨分離器液氨帶入熱量等于液氨帶出熱量即Q11L=Q15L=3 氨合成過程中的綠色化學(xué)化工 綠色化學(xué)化工的基本概念“綠色”化工的含意是在化工生產(chǎn)中要實現(xiàn)生態(tài)：“綠色”化，采用化工產(chǎn)品為相關(guān)行業(yè)服務(wù)時也要追求相關(guān)行業(yè)的生產(chǎn)實現(xiàn)生態(tài)“綠色”化，也就是要模擬動植物、微生物生態(tài)系統(tǒng)的功能，建立起相當(dāng)于“生產(chǎn)者、消費者和還原者”的化工生態(tài)鏈，以低消耗（物耗和水、電、汽、冷等能耗及工耗）、無污染（至少低污染）、資源綜合利用、分離降解等方式實現(xiàn)生產(chǎn)無毒化工產(chǎn)品的化工的“生態(tài)”循環(huán)和“環(huán)境友好”及清潔和安全生產(chǎn)的“綠色”結(jié)果。合成氨是一個高耗能且高污染的生產(chǎn)過程，在合成氨工段需要消耗大量的熱量以保證合成氣能夠反應(yīng)生成產(chǎn)品氨，而后將氨氣冷凝到液氨又需要消耗大量的冷量，所以合成氨的合成工段為高耗能過程。另外，氨反應(yīng)所需熱量由煤或者其他礦物質(zhì)的燃燒供熱，而礦物質(zhì)的燃燒又伴隨著大量的CO、CO氮氧化物以及煙塵等大氣污染氣體的生成，從而對環(huán)境造成污染。我國“十一五”中的長期科技規(guī)劃的宏偉目標(biāo)是建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會。對此，合成氨合成工段的生產(chǎn)過程應(yīng)該是有利于環(huán)境的生產(chǎn)、無污染或低污染的技術(shù)和產(chǎn)品，少污染與低損耗的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，符合生態(tài)條件的生成力布局。 合成氨工段的原子經(jīng)濟(jì)性原子經(jīng)濟(jì)性可表示為對于一般的合成反應(yīng) 原子經(jīng)濟(jì)性是衡量所有反應(yīng)物轉(zhuǎn)變?yōu)樽罱K產(chǎn)物的量度。 在合成氨的合成氨工段，本設(shè)計采用原料氣循環(huán)利用的原則，以充分的利用每一份原料，對于循環(huán)過程中的放空氣以及馳放氣，采用膜分離提氫裝置，將這部分廢氣中的有效組分氫氣提取出來在作為原料氣進(jìn)入循環(huán)管網(wǎng)用以生產(chǎn)氨。 合成氨工段的熱能綜合利用合成氨過程中會產(chǎn)生大量的熱量，這部分熱量若排放到大氣中將會給環(huán)境帶去熱污染，而破壞周圍的生態(tài)環(huán)境，若將這部分熱量回收，不僅會解決因大量熱量排放到空氣中帶來的熱污染問題，而且也間接的為企業(yè)節(jié)約許多的資金。本設(shè)計采用廢熱鍋爐法回收合成氨反應(yīng)產(chǎn)生的熱量并副產(chǎn)水蒸氣，從而將不可利用的廢熱轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢岳玫母邏核魵猓魵廨斔偷狡?，夏天水蒸?可用作 原料氣預(yù)熱和發(fā)電，將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芄S區(qū)的生活用電，在冬天。因為天寒