第一章熱力學與化工設計及化工生產熱力學的框架——熱力學基本定律熱力學第一定律——能量守恒定律熱力學第二定律——熵增原理1850年Clausis（克勞修斯）證明了熱機效率，并指出熱不能自動（無代價地）從低溫轉向高溫；1854年他正式命名了熱力學第二定律。熱力學第三定律1913年Nernst補充了關于絕對零度的定律，稱為熱力學第三定律

熱力學第零定律1931年Fouler補充了關于溫度定義的定律

一般熱力學原理在動力工程領域的應用熱力學基本定律，在蒸汽動力循環、燃氣動力循環、噴管、壓縮機、冷凍機等過程的能量轉換規律熱力學與化學反應相結合在熱力學內容中補充化學反應的內容，給出了反應熱和反應平衡常數的計算方法，同時又增加了溶液熱力學的內容。熱力學與化學工程相結合它既包括工程熱力的內容即能量的利用問題，又強調了體系中組成變化的規律，從而來解決各種相平衡問題，即各相組成分布的規律。工程熱力學化學熱力學化工熱力學熱力學基本定律在不同領域的具體應用

——熱力學的不同分支化工熱力學主要內容熱力學基本原理和理論熱力學應用熱力學基本定律熱力學函數及關系熱力學基本概念流體pVT關系活度系數方程能量應用組成關系應用化學反應平衡相平衡流動體系能量計算壓縮冷凍過程能量分析逸度系數方程不考慮組成的考慮組成的熱力學的研究方法經典熱力學不研究物質結構，不考慮過程機理，只從宏觀角度研究大量分子組成的系統，系統達到平衡時所表現出的宏觀性質。分子熱力學從微觀角度應用統計的方法，研究大量粒子群的特性，將宏觀性質看作是相應微觀量的統計平均值。應用統計力學的方法通過理論模型預測宏觀性質。在化工熱力學的發展過程中，起著越來越重要的作用由于分子結構十分復雜，分子內作用力和分子間作用力都要考慮，目前統計力學只能處理比較簡單的情況，所得的結論基本上是近似的。熱力學解決具體的手段——

把實際復雜的對象抽象化、理想化，建立理想體系的數學模型

當用于實際時問題時，通過校正系數加以修正，所有的錯綜復雜的影響因素都包括在校正系數中。

如：理想氣體pV=RT

實際氣體pV=ZRT

剩余性質MR=M-M*=實際的-理想氣體逸度系數超額性質ME=M-Mid=實際的-理想混合物活度系數修正項：Z，MR，ME化工熱力學與化工設計化工熱力學與化工設計（1）物料衡算通過相平衡理論得出體系在冷凝器、蒸發器、再沸器、閃蒸器中的數量和組成，通過精餾塔、吸收塔、萃取塔等設備計算得出其組成分布。（2）能量衡算通過相變熱、反應熱計算焓變，然后確定反應設備，加熱和冷凝器的熱負荷，換熱面積，進而進一步確定加熱蒸汽和冷凝水的用量。（3）設備計算對精餾塔、吸收塔、萃取塔等設備進行計算，管道、塔徑計算。2.化工模擬軟件和化工熱力學具體應用：泵的安裝高度的計算Hg，0-1流體流經吸入管路的壓頭損失，m2.加壓精餾、減壓精餾和常壓精餾的確定Bernoulli方程化工熱力學與化工生產化工熱力學與化工設計（1）物料衡算通過相平衡理論得出體系在冷凝器、蒸發器、再沸器、閃蒸器中的數量和組成，通過精餾塔、吸收塔、萃取塔等設備計算得出其組成分布。（2）能量衡算通過相變熱、反應熱計算焓變，然后確定反應設備，加熱和冷凝器的熱負荷，換熱面積，進而進一步確定加熱蒸汽和冷凝水的用量。（3）設備計算對精餾塔、吸收塔、萃取塔等設備進行計算，管道、塔徑計算。2.化工模擬軟件和化工熱力學蒸氣壓方程

當物質處于汽液平衡狀態時，飽和蒸汽的壓力即為飽和蒸氣壓，簡稱蒸氣壓。描述蒸氣壓和溫度關系的方程，被稱為蒸氣壓方程。目前文獻中提供的蒸氣壓方程很多，下面僅介紹簡單的兩種。有關蒸氣壓的估算方法請參見本書第八章。

化工熱力學與化工生產為溫度的弱函數積分在溫度間隔不大時，計算結果尚可以。僅用于小溫度區間目前工程上常用的是Antoine（安托尼）方程

式中，A、B、C稱為Antoine（安托尼）常數，許多常用物質的安托尼常數可以從手冊中查出。

使用安托尼方程時需要注意方程形式和每個物理量的單位。

熱力學第一定律—能量轉化與守恒的定律熱力學第一定律:物質和能量是相互依存的，物質既不能被創造也不能被消滅，那么能量也是不能創造和消滅，這就是能量轉換和守恒定律——熱力學第一定律，熱力學第一定律是人們經驗的總結，是不能通過證明進行確認數學表達式：Δ（體系的能量）+Δ（環境的能量）=0

Δ（環境的能量）=-(Q+W)

Δ（體系的能量）=ΔU+ΔEk+ΔEp

封閉體系的能量平衡方程封閉系統的概念：與環境之間只有能量交換而無物質交換的系統沒有物質交換，就沒有物質流動，因此，就沒有動能，也沒有勢能的變化內能U是通過熱力學第一定律引出的一個熱力學性質

使用上式時要注意單位必須一致。按照SI單位制，每一項的單位為J·kg-1。⊿H、⊿u2/2、g⊿z、Q和Ws

分別為單位質量流體的焓變、動能變化、位能變化、與環境交換的熱量和軸功。1.焓的概念是在研究穩流體系熱力學第一定律的過程中引進的2.研究對象可以認為是單位質量流流體，也可以認為是截面1和2之間的總流體

穩流系統的熱力學第一定律及其應用1流體流經換熱器、反應器動能和勢能的變化與焓變相比可用忽略穩流系統熱力學第一定律可化簡為：物流體系熱力學第一定律的應用熱管熱管的工作原理

熱管技術在解決“神六”等飛船迎陽和背陽材料溫差、青藏高原鐵路凍土路基穩定和我們日常使用的筆記本電腦的散熱等問題上都采用了“熱管”技術。熱管長7米，是一種碳素無縫鋼管，5米埋入地下，地面露出2米。里面灌裝有液態氨，通過液態氨，讓它保持冷凍狀態不松軟；通過露出地面管徑外表的“翅片”，把蘊含在地表土層中的熱量散發到空氣中。是否存在軸功?有!是否和環境交換熱量?通常可以忽略位能是否變化?不變化或者可以忽略動能是否變化？通常可以忽略2流體流經泵和壓縮機（流體的壓縮）2.為什么要對氣體進行壓縮？（1）對氣液反應、氣固反應為了增加反應速率，必須在較高壓下進行，而有些反應要進行必須在高壓才能反應。（2）氣體的輸送，如天然氣西氣東輸。（3）氣體的液化（4）利用氣體帶著液體進行輸送，流化床（5）自控儀表氣體的壓縮1.為什么要研究氣體的壓縮氣體壓縮要消耗大量的功氣體壓縮設備——壓縮機的分類廣義上講，反能升高氣體壓力的設備均可稱為壓縮機實際上根據壓縮比r=P2/P1的數值把壓縮機分為三類：

r＝1.0——1.1通風機

r＝1.1——4.0鼓風機

r>4.0壓縮機（狹義）按體積的變化情況：容積型和速度型容積式壓縮機——是將一定量的連續氣流限制于一個封閉的空間里，使壓力升高。

包括：往復式壓縮機，回轉式壓縮機，滑片式壓縮機，羅茨雙轉子式壓

縮機，螺桿壓縮機速度型壓縮機——是回轉式連續氣流壓縮機，在其中高速旋轉的葉片使通過它的氣體加速，從而將速度能轉為壓力。包括：離心式壓縮機，軸流式壓縮機按運動方式：往復式和回轉式活塞往復式壓縮機壓縮機的特點特點：外界供給動力（電動機、汽輪機、內燃機）使氣體壓力升高。

壓縮功研究壓縮機我們關心進氣溫度對壓縮功的影響氣體壓縮前后溫度如何變化單級往復式壓縮機壓縮過程（1）吸氣

（2)壓縮

（3）排氣（4）再吸氣氣體壓縮分類：一般有等溫、絕熱、多變三種過程，

沒有余隙（理想壓縮）從壓縮級數分類：單級有余隙的壓縮多級壓縮

三種壓縮過程的p-V圖及T-S圖

實際的有余隙的壓縮過程多級壓縮中間冷卻三級壓縮機流程示意圖1.氣缸；2.中間冷卻器；3.油水分離器pV絕熱等溫第一級第二級p1p2p1p2漸縮噴嘴縮擴噴嘴喉部漸縮噴嘴的出口流速最大只能達到音速縮擴噴嘴的出口流速可以從喉部的音速再加速到超音速3流體的膨脹過程（1）流體經過噴管的膨脹流體通過擴壓管時與噴管正好相反，使流體速度降低，壓力增加。（2）流體經過擴壓管噴管與擴壓管是否存在軸功?否是否和環境交換熱量?通常可以忽略位能是否變化?否流體通過焓值的改變來換取速度的增加或減小噴管和擴壓管在實際中的應用（1）在航天和噴氣式飛機中的應用（2)在化工抽真空中的應用（3）在節能中的應用噴氣式發動機火箭火箭升空（1）在火箭和噴氣式飛機中的應用渦輪噴氣式飛機的引擎的示意圖

液體燃料火箭引擎的示意圖

被引射流體入口抽真空用水流泵和蒸汽噴射泵的原理工作流體入口噴嘴擴壓管多級噴射器應用的具體實例1.固體燒堿減壓濃縮結晶2.乙二醇生產中的減壓精餾用熱力學原理分析熱氣球的工作原理流體在管道流動時，有時流經閥門、孔板等設備，由于局部阻力，使流體壓力顯著降低，這種現象稱為節流現象

（2）流體經過節流閥的節流膨脹節流過程的特征

根據穩流過程的熱力學第一定律因節流過程進行得很快，可以認為是絕熱的，即，該過程不對外作功，，故節流膨脹屬絕熱而不作功的膨脹。可見，節流前后流體的焓值不變，這是節流過程的重要特征

TS固固液液C飽和氣相線飽和液相線等干度線等焓線等壓線等容線三相線固－氣氣－液節流以后的溫度壓力怎么變呢？節流效應或Joule-Thomson效應

節流時的溫度變化稱為節流效應或Joule-Thomson效應。節流中溫度隨壓力的變化率稱為微分節流效應系數或Joule-Thomson效應系數，即利用熱力學關系式

積分節流效應氣體節流膨脹時，壓力變化為一定值時，所引起的溫度變化稱積分節流效應節流過程壓力下降節流過程的溫度變化節流后溫度降低若若節流后溫度不變若節流后溫度升高氮和氫的轉化曲線

氣體節流效應在溫熵圖上的表示絕熱膨脹的設備：活塞式膨脹機透平式膨脹機絕熱可逆膨脹的特點：等熵膨張絕熱做功膨脹等熵膨脹效應”或稱“等熵膨脹系數

絕熱做功膨脹從制冷的角度考慮積分等熵膨脹效應氣體等熵膨脹時，壓力變化為一定值時，所引起的溫度變化稱積分等熵膨脹效應積分等熵膨脹效應溫熵圖上的表示蒸汽動力循環要討論的問題為什么要講蒸汽動力循環效率最高的熱力循環最簡單的蒸汽動力循環——Rankine循環如何提高蒸汽動力循環的效率絕熱等熵膨脹做功——蒸汽動力循環1.1蒸汽動力循環的實質用水作為工質，讓它吸收燃料燃燒、核裂變、化學反應等放出的熱量，變為高壓蒸汽，通過蒸汽減壓膨脹對外做功，然后變為機械能、電能的過程。2.2為什么要學習蒸汽動力循環（1）增加對水蒸汽性質圖表的認識（2)化工廠用到蒸汽動力循環（3)提高蒸汽的利用效率（4)認識國家之間競爭實力的表現形式之一——能源競爭能源競爭包括兩方面

(1)能源來源之間的競爭（2）能源利用效率之間的競爭我們知道能源分一次能源和二次能源，一次能源包括：石油；天然氣；媒；水力能；風能；海洋能二次能源包括：電能；石油煉制產品（汽油，煤油、柴油等），等等。世界上各個國家石油儲量排名(2003年）：沙特，25.0％；（2）伊拉克，10.7％；（3）科威特，9.2％；（4）阿聯酋，9.2％（5）伊朗，8.6％；（6）委瑞內拉，7.4％；（7）俄羅斯，5.7％；（8）美國，2.9％（9）利比亞，2.8％；（10）尼日利亞，2.3％；（11）中國，1.7％天然氣（1）俄羅斯，30％；（2）伊朗，15.47％；美國第6，3.08％；中國第22，0.91%煤炭（1）美國，25.4％；（2）俄羅斯，15.9％；（3）中國，11.5％；（4）印度，8.6%我國能源的儲量和在世界中的位置世界能源消費量居前十位的國家（1）美國；（2）中國；（3）俄羅斯；（4）日本；（5）德國；（6）印度；（7）英國；（8）韓國；（9）巴西；（10）伊朗其中美國能源消費量占世界消費總量24.4％，中國占10.6％。美國人均能源消費是世界平均水平的5.4倍，而中國人均能耗不到世界平均水平的一半。2000年世界平均單位GDP能耗為264toe/百萬美元中國的單位GDP能耗為892toe/百萬美元是世界平均水平的3.4倍，為美國的3.5倍，日本的9.7倍我國能源的利用效率很低下面又提出問題：為什么要用循環呢？工質的被選對象：空氣，水水不循環行不行，水在鍋爐中吸熱的氣化過程中，由于產生水垢，要用處理過的水，如果把做過功的蒸汽直接排掉，除了要損失一部分熱量外，要增加水的處理成本，最經濟合理的做法是讓水進行循環。二、熱轉變為功的最高效率的循環

——Carnot循環卡諾設計了一種理想的可逆循環，由于是可逆過程，對外作最大功。Carnot循環的效率卡諾循環由兩個等溫過程和兩個等熵過程組成，在高溫TH過程中吸熱，有QH的熱量被工作介質吸收，在低溫的TL過程中有QL的熱量被循環工質排放除去，循環過程作的凈功為工作介質膨脹對外作的功和壓縮過程作的功的代數和。根據熱力學第一定律可以推導出效率為：對于工作在25℃和400℃之間的熱機，其最高效率為：考慮到透平的機械效率和機械能轉變為電能的效率，目前國內的平均熱機效率30％左右卡諾循環在實際操作中遇到的問題卡諾循環是效率最高的循環，但它卻不能付之實踐。兩個原因（1）在飽和水在透平的膨脹過程中，會發生侵蝕現象，實踐表明，透平帶水不能超過10％。（2）汽液混合物不能由泵送入鍋爐，因為壓縮氣體消耗的功非常大。第一個有實踐意義的循環為Rankine(朗肯)循環三、朗肯循環Rankine循環由四個步驟組成（1）高溫吸熱；（2）膨脹作功；（3）低溫放熱；（4）泵輸送升壓Rankine循環的熱效率的計算（1）高溫吸熱：

（2）膨脹作功：（3）低溫放熱：（4）泵輸送升壓：由于水的壓縮性很小，則水泵消耗的壓縮功亦可按下式計算

整個循環的總功為其數值相當于圖中的曲線1-2-3-4-5-6-1所包圍的面積

熱效率評價動力循環的主要指標熱效率由于水泵的功耗遠小于透平機的做功量，所以可以忽略不計，熱效率可以近似表示為：Rankine循環的效率(1)熱轉化為功的效率(2)反映透平機內部的損失的等熵膨脹效率(3)透平機還有外部機械損失，用例如克服軸承摩擦阻力的功耗(4)熱轉化為功的總效率提高蒸汽動力循環效率的方法（1）通過改變蒸汽的參數（2）通過改變動力循環的工藝過程改變蒸汽參數提高效率（1）提高蒸汽的過熱溫度目前最高溫度可達600℃（2）提高蒸汽的壓力

國內燃煤電廠的平均熱效率30％左右常規電廠的壓力18～3MPa，鍋爐出口的飽和蒸汽溫度455℃，過熱器的蒸汽溫度565℃，目前最高溫度可達600℃.

一般亞臨界機組（蒸汽壓力17MPa，溫度538℃）凈效率37～38％

一般超臨界機組（蒸汽壓力24MPa，溫度538℃）的凈效率40～41％

超超臨界機組（蒸汽壓力31MPa，溫度600℃）的凈效率44～45％水蒸汽的臨界壓力22.1MPa,臨界溫度374℃（3）采用背壓式蒸汽透平通過改變工藝過程來提高效率（1）再熱循環圖再熱循環及其在T-S圖上的表示通過改變工藝過程來提高效率（2）回熱循環

回熱循環及其在T-S圖上的表示通過學習朗肯循環對我們工作的啟示（1）在以后的設計和工作過程中，如果遇到需要熱的時候，最好直接用燃料燃燒放出的熱，謹慎用電直接加熱。（2）在氣體的壓縮過程中，利用工藝過程的廢熱通過透平進行，少用電動機。（3）關于超臨界流體的知識（5）熱量衡算熱力學第二定律水往低處流熱由高溫物體傳向低溫物體熱力學第二定律熵的物理意義：熵是體系混亂度的量度，用S表示。其數值的大小等于可逆過程的熱溫商任何實際可以進行的過程的總熵變都是熵增加的過程熱力學第二定律

克勞修斯說法：熱不可能自動從低溫物體傳給高溫物體。開爾文說法：不可能從單一熱源吸熱使之完全變為有用的功而不引起其他變化。熵的概念是由熱力學第二定律引出的熱力學第二定律的數學表達式工作在等溫熱源T1和等溫冷源T2之間的所有熱機中，可逆熱機(Carnot)的效率最高。熵與熵增原理經過一個循環后熱力學性質的變化量為零，可逆循環的熱溫商為零，那么它肯定代表一個熱力學性質，把這個性質稱為熵，用S表示，于是熵S的熱力學定義為：

對于不可逆熱機推廣到對于任何一個不可逆循環有：

對于任意一個過程來說熱溫商又是如何變化的呢？

現有任意不可逆循環1a2b1,由不可逆過程1a2及可逆過程2b1組成，不可以過程的熵變化綜上，有：對于孤立體系為對于不可逆過程dS系統＋dS環境≥0

熱力學第二定律的數學表達式對于可逆過程如何理解熱力學第二定律從微觀意義上講熵是系統混亂度的量度；(2)能量是守恒，但是熵是不守恒，總熵變是增加的，熵的增加是由于能量貶值的結果，有序能量變成無序能量，高級能量變成低級能量，最終變為疆態能量；(3)熵是狀態函數，過程的熵變與過程是否可逆無關；(4)無論過程是否自發，實際能進行的過程都是總熵變大于零的過程，從能量角度考慮，總能量的質量是降低的。例如熱變為功過程，乍一看有一部分熱量變為高級能量電能或機械能，但是大部分熱量由高溫位的熱量變成了不能再利用的疆態能量，總的能量質量是降低的。注意：（1）熵和熱是緊密相聯系

從熵的定義可以看出，熵是和熱緊密聯系在一起的，只有熱的傳遞和其它形式高級能量變成了熱才能引起熵的變化，而且總是引起熵增加，功的傳遞或者高級形式能量的相互轉變都不能引起熵的增加或減少。（2）地球的總熵永遠增加

人類在自然界中的一切活動都與能量有關，大到發電、火車、汽車的運行，小到人們的運動甚至呼吸，所用這些過程都消耗各種形式的能量，最后這些能量都變成了熱釋放到環境中去了，因此總熵變是增加的。從另一個角度我們可以看出，地球變暖是不可避免的。（3）節能就是使總熵變增加的慢一點熵的增加是由于能量貶值的結果，有序能量變成無序能量，高級能量變成低級能量，最終變為疆態能量，因此節能的過程就是使使總熵變增加的少一點、慢一點。熱力學定律對能量合理利用的指導作用(1)防止能量無償降級傳熱過程傳熱過程的不可逆損耗功來自傳熱溫差THTLQQQ0w換熱設備即使沒有熱損失，仍有功損耗,溫差越大，功損耗越大防止高級能量變成低級能量，高溫位的能量變為低溫的能量(2)采用最佳推動力的原則以流體流過管道和設備為例以流體流過管道和設備時，由于流體本身的擾動和流體與設備之間的摩擦，使機械能耗散為熱能，導致熵產生和功損耗。1.流體的壓差與流速的平方成正比，推動力越大功損耗越大，功損耗與流速的平方成正比，速度與管徑有關。2.節流過程是流體流動過程的特例，節流等焓、降壓、熵增，有功損耗，應盡量減少這種損失，利用流體的壓力做功。(3)合理組織能量多次利用，采用能量優化利用的原則

化工廠許多反應都是放熱反應，放出的熱量不僅數量大而且溫度高。這是一項寶貴資源，應注意合理利用，對于溫度較高的反應熱應通過費熱鍋爐產生高壓蒸汽，然后將高壓蒸汽先通過蒸汽透平做功或發電，最后利用背壓蒸汽作為熱源利用。

總之，先用功后用熱。對熱量也要按其能級高低回收使用，例如用高溫熱源加熱高溫物料，用中溫熱源加熱中溫物料，用低溫熱源加熱低溫物料，做到能盡其用。指導原則的局限性

合理用能的指導原則，指出了合理用能的方向，但沒有給出實際可行的具體方法，例如在傳熱過程中，傳熱溫差越小有效能的損失越小，為了減少有效能的損失，傳熱溫差越小越好，在換熱過程中符合實際情況的可實施的傳熱溫差多大為好呢？能量分析沒有給出答案。有興趣的同學需要進一步學習能量合理利用的可付諸于實踐的具體方法，確定那些熱量是可以回收的，那些熱量回收不回來，熱量的最大回收量為多少。這一方面的知識有夾點設計法等。節能的本質是什么呢？6.12熱泵及其應用要了解熱泵需要掌握制冷循環制冷循環蒸汽壓縮制冷循環吸收式制冷循環噴射式制冷循環單級蒸汽壓縮制冷循環吸收式制冷循環

噴射式制冷循環熱泵及其應用熱泵是以消耗一部分高品位的能量為代價，通過熱力循環，將熱能不斷地從低溫區輸送到高溫區的裝置熱泵循環的能量平衡方程為：QH_－為熱泵的供熱量QL—為取自低溫熱源的熱量W—為完成循環所消耗的凈功量供熱系數

熱泵精餾熱泵精餾蒸汽加壓方式

吸收式兩種類型

蒸汽壓縮機方式

蒸汽噴射式

直接式間接式閃蒸再沸式塔頂氣體直接壓縮式熱泵精餾間接式熱泵精餾流程圖適應場合：(1)當塔頂氣體具有腐蝕性或塔頂氣體為熱敏性產品或塔頂產品不宜壓縮時采用間接式熱泵精餾(2)塔頂和塔底溫差較小的場合。只要塔頂和塔底溫差小于36℃，就可以獲得較好的經濟效果。(3)被分離物質的沸點接近，分離困難，回流比大，因此需要大量蒸汽的場合。(4)塔頂餾出物必須采用冷凍劑進行冷凝，否則需要在較高壓力下精餾。閃蒸再沸式

工藝流程：閃蒸再沸式熱泵精餾流程是直接以塔釜液體出料經節流閃蒸降壓，降溫后作為制冷劑。送至塔頂冷凝器換熱，吸收熱量蒸發為氣體，再經壓縮機加壓升溫返回塔釜作為熱源，塔頂蒸汽則在換熱過程中放出熱量凝成液體蒸汽噴射式熱泵精餾流程圖工藝流程：塔頂的蒸汽是稍含低沸點組成的水蒸汽，其一部分用蒸汽噴射泵加壓升溫，隨驅動蒸汽一起進人塔底作為加熱蒸汽。特點：采用蒸汽噴射方式熱泵精餾具有新增設備只有蒸汽噴射泵，設備費低；蒸汽噴射泵沒有轉動部件，不容易損壞等優點吸收式熱泵精餾流程圖工藝流程：由再生器送來的濃溴化鋰溶液在吸收器中遇到從蒸發器中過來的蒸汽，發生吸收作用，放出熱量，該熱量用于精餾塔再沸器使精餾塔釜物料氣化，濃度變稀的溴化鋰溶液送往再生器蒸濃，再生器所耗的熱量是熱泵消耗的主要能量，從再生器中蒸發出來的水蒸氣，在冷卻器中冷卻、冷凝，通過節流后變為氣液混合物進入蒸發器，熱泵的蒸發器就是精餾塔塔頂冷凝器，在蒸發器中氣液混合物中的水蒸發變為蒸汽，然后蒸汽進入吸收器中被濃溴化鋰溶液吸收，完成一個熱泵循環

其它精餾過程的節能途徑1.減小操作回流比

R～～～能耗R～NTNP一定，需提高ET示例

采用高性能新型塔板代替原有塔板，提高效率

采用高效塔填料代替原有塔板，提高效率1.減小操作回流比2.降低塔釜操作溫度

塔壓降△P～釜溫tW～能耗

采用高效塔填料代替原有塔板，降低塔壓降示例2.降低塔釜操作溫度3采用多效精餾技術p1>p2>p3t1>t2>t35.原料預熱

將原料預熱可回收精餾過程的熱能，減少精餾過程的能耗。原料預熱有兩種流程：

用塔頂蒸氣預熱原料

用塔釜采出液預熱原料5.原料預熱

用塔頂蒸氣預熱原料

用塔釜采出液預熱原料現代化合成氨廠的能量綜合利用合成氨的反應式原料N2來自空氣，H2來自水通過煤或天然氣與水反應來制得氫氣，原則流程為脫硫一段轉化二段轉化高溫變化低溫變化脫炭甲烷化壓縮壓縮壓縮天然氣空氣蒸汽合成氨400-500℃15MPacat日產1000噸氨蒸汽與動力消耗汽動設備單位用量占總動力消耗的％合成壓縮機功率/KW2075052耗汽/t·h-1230.5壓力/MPa10.1溫度/℃510工藝空氣壓縮機功率/KW558017耗汽/t·h-135天然氣壓縮機功率/KW37107.9耗汽/t·h-112.5氨壓縮機功率/KW26106.5耗汽/t·h-115.8脫炭溶液泵功率/KW13403.3耗汽/t·h-119.3煙道氣引風機功率/KW10402.6耗汽/t·h-18.3鍋爐給水泵功率/KW2×8104.5耗汽/t·h-1/KW12.4/7.7發電機功率/KW25006.2耗汽/t·h-114.9合計40070100工藝簡述1.造氣（一段轉化和二段轉化）副反應反應壓力：從上面反應式可以看出，降低壓力對反應有利，但是為了減少設備投資，節省動力消耗，提高過量蒸汽余熱的利用價值，反應壓力為3.5-4MPa。反應溫度：甲烷在反應系統為惰性氣體，會逐漸積累，因此，轉化其中甲烷的含量要小于0.5％，相應的轉化溫度要求1000℃以上，現在耐熱合金鋼管只能在600-900℃下工作。合成氨中通過補充空氣來補入氮，氧氣的存在將引起劇烈的氧化反應，并放出大量的熱，因此，采用兩段轉化，一段轉化通過外熱的形式，反應溫度較低，二段轉化通過耐火磚襯里的轉換爐，加入空氣利用反應熱繼續進行甲烷轉化。天然氣既作原料又作燃料，天然氣在3.6MPa和預熱到380℃，與水蒸汽混合，進入一段轉換爐對流段加熱到500-520℃，然后送入輻射端頂部分配進入各反應管，離開底部溫度達到800-820℃，壓力3.1MPa，匯集于積氣管，沿積氣管上升，進一步吸熱溫度達到800-860℃，送入二段轉化。二段轉化燃料天然氣從輻射段頂部噴嘴噴人燃燒，煙道氣自上而下，與管內氣體流向一致，離開輻射段的煙道氣溫度在1000