年产20万吨水溶液全循环法制尿素蒸发系统设计毕业论文

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1、年产20万吨水溶液全循环法制尿素蒸发系统设计The Design of Evaporation System in Aqueous Solution Total Recycle of Producing Urea 200Kt/a 目 录摘要IAbstract.II引言1第1章 绪论21.1 尿素的性质21.2 尿素的应用领域21.2.1 尿素用作肥料21.2.2 尿素用作工业原料21.3 尿素的质量指标2第2章 国内水溶液全循环法发展过程4第3章 水溶液全循环法工艺流程63.1 尿素的合成63.2 循环回收63.3 蒸发造粒73.4 尾气吸收与解吸8第4章 物料衡算和热量衡算104.1 物料衡

2、算104.1.1 计算条件的确定104.1.2 CO2输送系统物料衡算114.1.3 尿素合成塔物料衡算124.1.4 一段分解系统物料衡算144.1.5 二段分解系统物料衡算144.1.6 闪蒸槽物料衡算154.1.7 一段蒸发器物料衡算164.1.8 二段蒸发器物料衡算174.1.9 熔融尿素输送及造粒包装物料衡算184.1.10 一段蒸发冷凝器物料衡算194.1.11 二段蒸发冷凝器物料衡算204.2 热量衡算224.2.1 闪蒸槽热量衡算224.2.2 一段蒸发器热量衡算244.2.3 二段蒸发器热量衡算28第5章 二段蒸发加热器的设计305.1 加热器设计相关数据305.2 试算并初

3、选加热器305.2.1 加热器试算305.2.2 加热器相关数据核算325.3 加热部分尺寸计算选择345.3.1 加热器壁厚345.3.2 加热器封头选择345.3.3 加热器接管选择345.4 加热器主要结构尺寸和计算结果35结论36致谢37参考文献38附录39年产20万吨水溶液全循环法制尿素蒸发系统设计 摘要：水溶液全循环法生产尿素工艺，主要包括六个方面：原料的压缩和净化、尿素的合成、中低压吸收、解吸及蒸发造粒。原料CO2由合成车间净化工段送来，液氨由氨库送来，两种反应物经加压加热送入合成塔反应生成尿素。合成塔出来的合成液中含有尿素、氨基甲酸铵、过剩的氨和水，再经过循环回收进入合成塔，整

4、个过程靠水作为循环介质。由闪蒸槽流出的尿液进入一段蒸发器的加热段加热至130，在0.033MPa压力下，尿素浓度达到96（W），进入二段蒸发加热器，加热至140，继续减压至0.0033MPa（绝），尿液浓度提高至99.7（W），尿液进入熔融泵送往造粒塔，由旋转喷头喷洒造粒。本设计主要通过参考工厂数据进行蒸发阶段的物料及热量衡算，可得出蒸发各阶段的出入物料量及热负荷，并对二段蒸发加热器进行计算设计。关键词：水溶液全循环法 物料衡算 热量衡算 二段蒸发加热器 The Design of Evaporation System in Aqueous Solution Total Recycle of

5、Producing Urea 200Kt/a Abstract：Total recycle urea solution production process , including six areas: raw materials, compression and purification, urea synthesis solution in the low absorption, desorption, evaporation and granulation. CO2 from the purification of raw materials, synthetic plant Secti

6、on sent, liquid ammonia from the ammonia library brought the two reactants into the reactor by the pressure and heat the reaction of urea. Reactor out of the synthesis solution containing urea, ammonium carbamate, excess ammonia and water. Then after recycling into the reactor, the whole process by

7、the water as the circulating medium. Outflow of urine from the flash tank into a heating section of the evaporator heated to130, the pressure in the 0.033MPa urea concentration 96% (W), into the secondary evaporator heater, heated to 140, to decompression to 0.0033MPa (absolute), urine concentration

8、s increased to 99.7% (W), the urine into the melt pump sent to the granulation tower, from the rotating nozzle spray granulation. The reference plant design data, primarily through the evaporation stage of materials and heat balance, obtained access to all parts of evaporation stage of materials and

9、 energy, then the entire section in equipment selection.And a calculation is made on evaporation heater design.Key words：Aqueous solution total recycle；Material balance；Heat balance；Secondary evaporator heaterII引 言了解合成尿素在国内外的发展现状，以及国内外尿素企业采用的工艺，了解各种工艺的优缺点，并结合实际情况对水溶液全循环法制尿素蒸发系统工艺进行合理的设计。水溶液全循环法制尿素是将

10、未反应的氨和二氧化碳用水吸收，并以水溶液的形式返回尿素合成系统，继续参加反应，生成尿素。这种循环方式包括气液分离、液体吸收、气体冷凝等几个步骤。难度在于气液分离的温度不能太高，以免使生成的尿素分解；液体吸收温度不能太低，以防出现固体结晶；返回系统的水量必须控制在最少，否则由于有水进入反应器，一次通过的尿素合成率太低，造成大量溶液循环。为此，需要仔细安排物料的循环，提高能量的利用效率，最大限度的将未反应原料返回系统而得以利用。它的特点是合成塔内转化率高，未反应物采用三段减压分解，动力消耗较大，尾气压力、温度均较低，爆炸危险性小。其生产工艺比较成熟，操作可靠方便，机泵和非标设备均为国产化1。农业是

11、国民经济的基础，肥料是保证农业生产不可缺少的基本生产资料，尿素是良好的中性肥料，是固体化肥中含氮量最高的品种，对土地没有残留的坏效果，并且易于储存和运输，有良好的稳定性。尿素也是常用的工业原料，所以尿素的生产在我国占有重要地位。掌握以液氨为原料，用水溶液全循环法合成尿素的工艺，及工艺条件的选择，使尿素的质量达到国家的标准，满足工业和农业的使用要求，实现纯粹的无色、无味、无臭的国家优等产品。1第1章 绪论1.1 尿素的性质尿素别名碳酰二胺、碳酰胺2、脲，由碳、氮、氧和氢四种元素组成，是一种合成无有机化合物，分子式为CO(NH2)2，分子量60.06，外观为无色或白色针状结晶体或粉末，工业或农业品

12、为白色略带微红色固体颗粒，无臭无味，密度1.335g/cm3，熔点132.7。尿素溶于水、醇，不溶于乙醚、氯仿，呈微碱性3。尿素是哺乳类动物蛋白质代谢后的产物，通常用作植物的氮肥。可与酸作用生成盐，有水解作用，在酸、碱、酶作用下（酸、碱需加热）能水解生成氨和二氧化碳。对热不稳定，在高温下可进行缩合反应，加热至150160将脱氨成缩二脲、缩三脲和三聚氰酸。加热至160分解，产生氨气同时变为氰酸。1.2 尿素的应用领域尿素化学式为CO(NH2)2，在自然界中主要存在于人类和动物尿液中。不仅是用于农业生产的高效氮肥，还可作饲料，而且是工业中常用的化工原料4。1.2.1 尿素用作肥料在农业上尿素作为高

13、效氮肥使用，其产量居氮肥生产总量首位5。尿素是目前含氮量最高的化肥，含氮量高达46.65%(质量)6，尿素属中性肥料，长期施用不会使土壤发生板结。其分解释放的二氧化碳也能被作物吸收，促使植物光合作用。在土壤中尿素能增进磷、钾、镁和钙的有效性，且施入土壤中无残存废物。1.2.2 尿素用作工业原料目前据不完全统计，全世界尿素作工业原料在总产量中占很大比重。当前，尿素工业的发展状况已成为衡量一个国家工业化水平高低的一个重要标志7。尿素可进一步加工成三聚氰胺甲醛树脂（蜜胺树脂）8，这种树脂作为重要的化工原料之一，在涂料、塑料、木材加工、造纸、纺织等领域有着广泛的应用。在制药方面，尿素可用来制作呋喃西林

14、、脲脂、鲁米那、利尿剂等几十种化学药品9。尿素还可用来制作炸药稳定剂、纤维软化剂、防止结冰剂、石油精制剂、塑料发泡剂、织物抗皱剂和漂白剂等等。1.3 尿素的质量指标尿素的质量指标应符合国家标准，见下表1.1：表1.1 尿素的质量指标指标名称工业指标农业指标优等一等合格优等一等合格颜色白色白色或浅色总氮含量,%46.346.346.346.346.346.3缩二尿含量,%0.50.91.00.91.01.5水分含量,%0.30.50.70.50.51.0铁含量,%0.00050.00050.0010碱度,%0.010.020.03硫酸盐含量,%0.0050.0100.020水不溶物,%0.005

15、0.0100.040粒度(0.852.80mm), %909090909090本章介绍了尿素的性质、应用领域、符合国家标准的尿素质量指标，对尿素有了初步的了解，体现出设计的目的和意义。第2章 国内水溶液全循环法发展过程 中国尿素工业化生产始于1958年在南京化肥厂尿素中试装置上，以半循环法开始，后开发了高效半循环法。于1962年半循环法工艺通过国家技术鉴定后，以此工艺设计了两套40Kt/a装置建于上海吴泾、浙江巨化。1965年2月在中试装置上完成了高效半循环法试验，同年12月上海化工研究院在日产2t试验装置上完成了水溶液全循环的工艺研究，为我国自行设计水溶液全循环工艺尿素装置提供了详细的技术数

16、据10。1966年我国引进荷兰STAMICARBO公司的两套80Kt/a水溶液全循环工艺装置在泸州天然气化工厂投产，同时化四院利用上海化工研究院测试的水溶液全循环法工艺技术数据，并借鉴进口装置的设备结构，自行设计了80 Kt/a和110 Kt/a尿素装置(整个装置的设备也均由国内生产)，于1966年11月在石家庄化肥厂投入生产。直至1970年1月，湖南湘江氮肥厂新建的45Kt/a合成氨配80Kt/a尿素装置投产，可以说这是国产化的第一套水溶液全循环法工艺装置，采用的是预分离工艺，衬里式合成塔（内径1.4 m）由上海锅炉厂试制，这也是国产第一台尿塔，一吸塔精洗段为浮阀塔，也是第一台。上世纪70年

17、代开始至80年代初，我国建设80110Kt/a中型规模的尿素装置有32个厂，38套（包括两套进口），称前38套。这期间不断对中尿设计进行修改，前后共有四个版本。第四版是较为完善的一个版本，如浙江衢化、江西氨厂等都使用此版本建设。1986年我国尿素工业掀起了一个新的发展高潮，即众多的小氮肥厂进行改产尿素的技术改造，使小氮肥厂发生了质的变化，首先3套40Kt/a水溶液全循法小尿素试验装置在山东邹城、平度和河南辉县相继投产。在“七五”和“八五”期间，国家选定150家有较好条件的小氮肥厂改产尿素，共有120多个厂，其中18家厂建有两套，山东鲁西和山西临猗各建三套，投产装置中约有70%的装置改造至100

18、t/a以上，其中还有150200t/a规模的。小尿素装置迅速发展，是符合我国国情的，充分发挥了原小氮肥厂的优势，不少厂选用本地的煤11。水力、电力资源丰富的省更占优势，这样生产成本低，具有市场竞争力。中型尿素装置经“七五”、“八五”、“九五”的发展，增加了16套，又称后16套，因此中尿装置共有54套。后16套在原小氮肥厂中建设的多，原中型厂建第二套时采用氨汽提、CO2汽提者为多。上世纪90年代后期至今，小尿素厂加大了技改力度，使装置能力大幅度提高，汽耗大幅度下降，在中国是水溶液全循环法工艺装置高产低耗的楷模。经过简单的增产节能技术改造，汽耗可降至1100kg，众多的原小氮肥厂新建尿素装置时仍采

19、用此工艺，其投资低于CO2汽提工艺装置的一半。水溶液全循环工艺虽然是上世纪60年代的技术，国外早已淘汰，但由于我国对尿素工艺的研究和开发，均以此工艺为主，因此在工艺设计、设备制造、操作技术和生产管理方面积累了丰富的经验。本章主要简述了中国水溶液全循环法制尿素工艺的逐步发展历程，过去几十年对水溶液全循环法制尿素应用及技改中积累了丰富的经验。国内大、中、小不同型号的水溶液全循环尿素装置的发展也符合我国国情。第3章 水溶液全循环法工艺流程3.1 尿素的合成 原料气二氧化碳由合成车间净化工段送来，在进入CO2压缩机之前，为防止合成循环系统的腐蚀，加入CO2总量的0.5（体积）的氧气，然后进CO2压缩机

20、，经五段压缩机至20MPa，温度约125进入尿素合成塔。 由氨库送来的液氨进入液氨缓冲槽，与中压循环系统回收的液氨汇合后，其中一部分作为吸收塔回流，其余液氨进入高压氨泵加压到20MPa，经氨预热器预热至5055进入合成塔。从一段吸收塔来的温度8892的氨基甲酸铵溶液，经一段甲铵泵加压到20MPa进入合成塔，合成塔操作压力为19.50.5MPa,温度为1882，在合成塔内有623的CO2转化为尿素。尿素合成原理：由液氨和二氧化碳气提直接合成尿素的总反应式为 2NH3（液）+ CO2（气）= (NH2)2CO（液）+ H2O（液）+ Q （3-1） 这是一个可逆的放热反应。实际上，该反应分两步进行

21、。第一步由氨与二氧化碳生成中间产物氨基甲酸铵NH4COONH2，简称甲胺。反应式为： 2NH3（液）+ CO2（气）= NH4COONH2（液）+ Q1 （3-2） 这是一个可逆的强放热反应。生成甲胺的反应速度比较快，容易达到动态的化学平衡，达到平衡时，甲胺可达90%以上。 （3-3） 第二步由甲胺脱水生成尿素反应式为： NH4COONH2（液）= CO(NH2)2（液）+ H2O（液） Q2 （3-4） 这是一个可逆的微吸热反应。反应速度较慢，达到动态平衡时间较长，一般约需1h才能达到平衡，但即使达到化学平衡，也不能使全部甲胺都脱水转化为尿素，转化率一般在55%70%，因此这个反应是合成尿素

22、的控制反应12。3.2 循环回收 合成塔反应的溶液中有尿素，氨基甲酸铵，过剩的氨和水，通过P4调节阀减压节流到1.7MPa，进入分离器分离过剩的氨，并分解部分氨基甲酸铵，放出的气态CO2和水由顶部出来与精馏气汇合进入一段吸收塔底部。 预分液由U行管进入精馏塔上部，通过和向下而上的一部分气逆流接触，进行质热交换，精馏气自塔顶出来与二甲液进入一段蒸发器底部进行反应，反应热能回收利用后经中压外冷凝器与预分气汇合进入一段吸收塔，精馏液则进入一段分解塔加热到156-160，过剩的氨基甲酸铵进一步分解，为防止设备腐蚀，在精馏液进入一分塔前的管线上加入防腐空气，从一分塔分离出来的液体进一步减压后，送往二段分

23、离塔。 精馏气和二甲液混合经回收热量后进入中压外冷器，进一步吸收其中的CO2，反应生成的热量经温水冷却器后由循环水移走。反应液从外冷器出来进入一段吸收塔底部，大部分氨和二氧化碳经底部鼓泡段吸收下来，少量的氨和二氧化碳在上升过程中被吸收塔顶喷淋的回流氨吸收下来，同时控制了吸收塔顶温度，吸收塔底部温度也被回流的氨来控制鼓泡段的温度。从吸收塔底部出来的一甲液温度8892，NH3/CO2为3:1左右，经一段甲胺泵加压到20MPa送入合成塔。 一段吸收塔出来的气体进入串联的三台氨冷器，冷凝下来的液氨流入液氨缓冲槽，没被冷凝下来的惰性气体及部分的氨气进入惰洗器，由二循二冷来的稀氨水吸收其中大部分的氨，洗涤

24、下来的氨水送入一段吸收塔作为吸收剂，没被吸收的气体送往尾气吸收塔最后吸收。 自一段分解他出来的溶液经减压后，送入二段分解塔顶喷淋，塔内上升的气体被溶液冷却而减少了气体中水蒸汽含量，而溶液被加热到130左右，此溶液经二段分解加热器加热到150左右，使氨基甲酸铵进一步分解，分离出来的溶液进入闪蒸槽。 二分塔气相和解吸塔气相汇合后进入两个串联的二段循环冷凝器冷凝，并以二段蒸发冷凝液为吸收剂进行吸收，二循一冷出口溶液经一冷外冷器再次冷却后进入一冷上部分离器，从分离器出来的一冷液经二段甲铵泵送入一蒸加热器换热段（一蒸下部）与精馏气混合换热后进入一段吸收塔，二循二冷出口尾气汇合送往尾气吸收塔最后吸收。3.

25、3 蒸发造粒 从二分塔出来的尿液进入闪蒸槽，在真空条件下汽化分离，溶液温度降至97105，含尿素约74（重量）。 从闪蒸槽出来的尿液送到一段蒸发加热器，加热后气液混合物在一段蒸发分离器分离，气体与闪蒸槽的气相混合后到一段蒸发气相洗涤器被二段蒸发冷凝液进行洗涤，洗涤下来的气体进入一段蒸发表面冷凝器冷凝，冷凝液送往尾气泵作尾气吸收液，没被冷凝的气体经一段水力双吸泵抽射放空。 一段蒸发操作压力压力为3540KPa，温度约为130左右，蒸发后浓度96.6的尿液进入二段蒸发加热器，在58KPa下蒸浓到99.7，蒸汽混合物在二段蒸发分离器分离，气体经升压器升压，进入二段蒸发表面冷凝器冷凝，没被冷凝的气体经

26、二段蒸发喷射泵A带入中间冷凝器进一步冷凝，中间冷凝器中没冷凝的气体经二段水力双吸泵抽射放空。二表冷和中间冷凝器的冷凝液均流入二段蒸发冷凝液槽（叫二蒸液），作为水力双吸泵抽射的动力循环液，同时经二蒸泵一部分送往二段循环冷凝器作吸收剂用，一部分送往一段蒸发气相洗涤器作洗涤剂。 蒸浓后分离出来的熔融尿素经尿素熔融泵到造粒塔喷淋造粒在塔底得到成品尿素13，颗粒尿素由造粒塔经皮带运输送往成品库进行包装14。3.4 尾气吸收与解吸惰洗器和二循二冷出来的气体进入尾气吸收塔，回收其中的氨和CO2。尾气吸收循环泵将一段蒸发冷凝液及系统排放的液体经尾气吸收塔冷却后送往尾吸收塔顶部做吸收剂用，洗涤下来的液体流入碳铵

27、液槽，没被吸收下来的惰性气体则从塔顶放空。 碳铵液用解吸塔给料泵送往解吸塔，其中一部分经解吸塔换热器换热后进入解吸塔中部，另一部分作为冷流送往解吸塔上部控制塔顶温度，解吸所需热量由塔底加入蒸汽直接供给，解吸出来的气体去二循一冷回收，解吸后的废液送往供水处理后作为造气的废热锅炉给水。 尿素合成过程中，因受化学平衡的限制，进入合成塔的NH3和CO2不可能全部转变为尿素，其中未转化的氨和CO2以氨基甲酸铵和游离氨的形式存在于尿素熔融液中。如何将这部分未反应物循环利用，是全循环工艺尿素生产中的一个主要问题。采用方法不同，生产尿素工艺流程不同，均可以分为以下四个步骤：（1）原料的净化和压缩；（2） 尿素

28、的合成；（3） 未反应物中甲胺的分解，过量氨的吸收及氨和二氧化碳的回收循环；（4） 尿素溶液的加工。 各工艺不同点在第三个部分，传统的水溶液全循环工艺使用蒸汽加热分解甲胺和解吸氨，并采用循环水冷却，是氨冷凝回收。这样大量的甲胺生成反应热未充分利用，反而需要大量蒸汽和冷却水。70年代开始，各种移走甲胺反应热，以及提高尿素合成塔转化率以减少循环回收部分的热能消耗，降低尿素生产能耗的工艺应运而生，其中以气提技术为代表。 水溶液全循环工艺，是将尿素合成反应后的物料分两段减压加热，使其中未反应的甲胺分解和游离氨解吸出来，并逐段将NH3和CO2冷凝成液氨和解吸成甲胺水溶液，用泵将上述物料全部返回合成塔中，

29、循环利用。 其生产工艺流程方框示意图如下图3.1：图 3.1 尿素生产工艺流程方框示意图 本章介绍了水溶液全循环法制尿素工艺流程包括:尿素的合成、循环回收、蒸发造粒、尾气吸收与解吸。文中也阐明了尿素合成的反应机理，最后附上了水溶液全循环法尿素蒸发系统工艺流程简图如下图3.2。图3.2 蒸发阶段工艺流程简图第4章 物料衡算和热量衡算4.1 物料衡算年生产时间8000h计，尿素的小时产量为15 ： t/h （4-1） 蒸发阶段主要是对尿液进行蒸发提纯，然后造粒，其中有少量的氨基甲酸铵分解生成尿素。所设计题目的生产条件与实际生产条件相近，可以使用生产现场得到的数据做物料衡算。4.1.1 计算条件的确

30、定1. 计算基准：以一吨成品尿素为计算基准2. 成品粒状尿素规格为（按国家规定16）：含氮量46（折合尿素98.7）重量，（其中未含缩二脲含氮量）缩二脲0.9 水0.3 其他杂质0.1% 3. 原料消耗定额年产20104t尿素装置通用设计采用的每吨尿素原料消耗定额为：NH3 600kg CO2 785kg4. 每吨成品尿素氨的损耗及其分配：总损失量：kg （4-2） 式中 60尿素的摩尔质量 ； 17氨的摩尔质量； 103缩二脲的摩尔质量 ； 3每摩尔缩二脲中所消耗氨的摩尔数； 2每摩尔尿素中所消耗氨的摩尔数其中： 解吸废液以尿素形式排出 1.97kg； 造粒粉尘以尿素形式排出 0.17kg；

31、 熔融尿素生成缩二脲排出氨 0.17kg；成品包装储运以尿素形式排出 0.57kg； 一段甲铵泵泄露损失 1.0kg； 一段蒸发冷凝器尾气损失 0.91kg； 中间冷凝器尾气损失 0.11kg； 尾吸塔尾气损失 1.57kg； 解吸塔废液损失 0.27kg； 液氨泵漏损 29.01kg。 合计 35.75kg5. 每吨成品尿素CO2的损失及其分配总损失量：kg （4-3） 式中 44CO2的摩尔质量； 2每摩尔缩二脲中所消耗CO2的摩尔数其中： 解吸废液以尿素形式排出 2.64kg； 造粒粉尘以尿素形式排出 1.1kg； 成品包装储运以尿素形式排出 0.73kg；一段甲铵泵泄露损失 0.83k

32、g；一段蒸发冷凝器尾气损失 0.07kg； 尾吸塔尾气损失 0.33kg；解吸废液损失0.35kg； CO2压缩机损失（含泄露）46.94kg。 合计 52.66kg6. 每吨成品尿素的损失及其分配以造粒粉尘形式损失0.76kg 成品包装储运损失1.77kg 解吸废液损失2.35kg 合计4.88Kg7. 水解消耗的尿素量及其分配一段蒸发系统5.66kg 二段蒸发系统3.83kg 合计9.49kg8. 循环尿素量一段蒸发气体夹带尿素6.48kg 二段蒸发气体夹带尿素2.50kg循环尿素量kg9. 缩二脲生成量及其分配二段分解系统生成6.0kg 熔融尿素输送生成1.0kg一段蒸发系统生成1.0k

33、g 二段蒸发系统生成2.0kg 合计10.0kg4.1.2 CO2输送系统物料衡算1. 条件 （1）CO2气体组成加防腐空气后，干基，体积，惰气除氧气外全部按氮计。CO2 95.7 N2 3.8 O2 0.5 （2）压缩机吸入压力：P = 0.1053MPa ；温度：T = 402. 计算 （1）进入CO2压缩系统的干CO2气体量CO2：785kgO2：kg N2： kg干CO2气体量：kg （2）CO2气体带入水量H2O：kg （3）CO2气体在压缩系统的损失量（干基）CO2：48.00kgO2：kg N2：kg （4）压缩后的CO2气体量(干基)CO2：kg O2：kgN2：=kg 合计

34、758.43kg （5）压缩后的CO2气体含水量CO2压缩机未设置五段水冷器，故压缩后的CO2气体含水量为五段入口CO2气体的饱和水蒸汽含量。四段水分离器后泄露的水蒸汽忽略不计。40时，水蒸汽压力0.0074MPa故气相含水量： kg （6）CO2压缩机各段排出水量：H2O kg4.1.3 尿素合成塔物料衡算1. 条件（1）尿素合成塔原始物料组成NH3/CO2 (摩尔比) H2O/CO2 =（摩尔比）（2）操作条件压力P = 19.5 0.5MPa 温度 = 188 2（3）CO2转化率根据以上条件可查表得CO2转化率6317（4）原料液氨带入系统的水量忽略不计。（5）由一段吸收系统返回尿素合

35、成塔的氨基甲酸铵溶液中的NH3/CO2 = 3.12（摩尔比），含循环尿素6.63kg2. 计算（1）生成尿素的计算每吨成品尿素含尿素987kg 损失尿素4.88kg 水解尿素9.49kg 生成缩二脲消耗尿素kg式中2生成1摩尔缩二脲消耗尿素的摩尔数。尿素合成塔应生成尿素量：尿素= 1011.02 kg 消耗氨kg 消耗二氧化碳kg 生成水kg （2）入塔原料CO2气体由CO2压缩系统物料平衡可知：CO2 737kg O2 2.8kg N2 18.63kg H2O 0.29kg（3）入塔一段甲铵溶液CO2： kg NH3: kgH2O： kg尿素：6.63kg（4）入塔液氨NH3： kg原料氨

36、消耗定额 600kg液氨泵泄露氨30kg故入塔原料液氨 60030 = 570kg循环液氨 988.55570 = 418.55kg（5）出塔气液混合物尿素 1011.02 + 6.63 = 1017.65kgCO2 737 + 439.85741.41 = 435.44kgNH3 988.55 + 830.22572.91 = 1245.83kgH2O 303.31 + 0.29 + 481.44 = 785.04kgO2 2.8kgN2 18.63kg4.1.4 一段分解系统物料衡算1. 条件（1）一段分解操作条件压力 P=1.765MPa 温度 t=155160（2）一段分解效率甲铵分解

37、率 87.66 总氨蒸出率 88.67（3）一段分解气含水量 6.26（4）加入防腐空气2.0m3（标）。2. 计算（1）加入防腐空气空气的摩尔标准体积按22.4L计算，含氧量取20.81，其余按氮计，空气含水量忽略不计。 O2： kg N2：kg（2）一段分解气CO2 435.44 0.8766 = 381.71kg NH3 1245.83 0.8867 = 1104.68kgO2 2.8Kg + 0.60 = 3.40kg N2 18.63 + 1.98 = 20.61H2O (381.7 + 1104.68 + 3.40 + 20.61)= 100.86kg（3）一段分解系统出口尿液尿素

38、 1017.65kg CO2 435.44381.71 = 53.73kg NH3 1245.831104.68 = 141.15kg H2O 785.04100.86 = 684.18kg4.1.5 二段分解系统物料衡算1. 条件（1）二段分解操作条件压力 P = 0.30MPa 温度 t = 125150（2）二段分解排出物料组成查表得：溶液含氨 0.7（重量）、 气相含水 26(重量)、 溶液含CO2 0.46(重量)（3）二段分解系统生成缩二脲6kg2. 计算（1）生成缩二脲计算消耗尿素 kg 放出氨 kg 生成缩二脲 6kg（2）二段分解排出气体设气相中含CO2kg, NH3kg，

39、H2Okg据气液相组成列出算式： （4-4） （4-5） （4-6）联立解得： (CO2) 44.42kg (NH3) 133.13kg (H2O) 55.91kg（3）二段分解排出尿液18尿素 1017.656.99 = 1010.66kgCO2 53.7344.42 = 9.31kgNH3 141.15 + 0.99133.13 = 9.01kgH2O 684.1855.91 = 628.27kg缩二脲 6kg4.1.6 闪蒸槽物料衡算1. 条件（1）闪蒸槽操作条件：压力P = 0.04415MPa；温度t = 106（2）累计分解效率：甲铵分解率99.1；过量氨蒸出率99.85（3）闪蒸

40、槽出口溶液组成：尿素/水= 75：24(重量比) 2. 计算尿素合成塔排出溶液总氨量1245.83kg，CO2含量435.44kg总过剩氨量：kg（1）闪蒸槽排出尿液尿素 1010.66kgCO2 kgNH3 kgH2O kg缩二脲6kg （2）闪蒸槽排出气体CO2 9.313.92=5.39kgNH3 9.014.39=4.62kgH2O 628.27323.41=304.86kg4.1.7 一段蒸发器物料衡算1. 条件（1）一段蒸发器操作条件：压力 P = 0.033MPa；温度 t = 130（2）一段蒸发器出口尿液组成：溶液中所含的氨与二氧化碳经一段蒸发后全部气化进入气相，溶液中尿素：

41、水=95:4(重量比)（3）一段蒸发气夹带尿素6.48kg，蒸发过程生成缩二脲1.0kg，水解尿素5.66kg2. 计算（1）水解尿素计算消耗尿素 5.66kg 消耗水 kg生成 CO2 kg 生成NH3 kg（2）生成缩二脲计算生成缩二脲 1kg 生成NH3 kg 消耗尿素 kg（3）一段蒸发器出口尿液尿素 1010.666.485.661.17 = 997.35kg 水 kg 缩二脲 6 + 1 = 7kg（4）一段蒸发器出口气体尿素 6.48kg CO2 3.92 + 4.15 = 8.07kg NH3 4.39 + 3.21 + 0.17 = 7.77kg H2O 323.411.70

42、41.99 = 279.72kg表4.1 一顿尿素换算成25th可得物料衡算物料闪蒸槽出口尿液一段蒸发后尿液一段蒸发蒸汽闪蒸槽出口气体组份kg/hWkg/hWkg/hWkg/hWUr25168.7775.0824865.8295.33161.662.17Bi149.640.45174.580.67CO297.990.29180.292.4297.992.44NH3111.520.33179.232.41183.164.57H2O7995.2923.851043.354.006918.2793.003727.8892.99O2N2总计33523.20100.0026083.75100.00743

43、9.46100.004009.03100.00温度（）106130130106压力（KPa）44.1533.35 33.3544.15 4.1.8 二段蒸发器物料衡算1. 条件（1）二段蒸发器操作条件：压力 P = 0.0033MPa；温度 t = 140（2）二段蒸发蒸汽夹带尿素2.50kg，蒸发过程中水解尿素3.63kg，生成缩二脲2kg。2. 计算（1）水解尿素计算消耗尿素 3.63kg 消耗H2O kg生成CO2 kg 生成NH3 kg（2）生成缩二脲计算生成缩二脲 2kg生成NH3 kg 消耗尿素 kg（3）二段蒸发器出口熔融尿素造粒、包装过程随空气及泄露尿素带走的水忽略不计，则熔融

44、尿素含水量3kg，尿素 997.352.503.632.33 = 988.89kg 缩二脲 7 + 2 = 9kg（4）二段蒸发器出口气体尿素 2.50kg CO2 2.66kg NH3 2.06 + 0.33 = 2.39kg H2O 41.9931.09 = 37.9kg4.1.9 熔融尿素输送及造粒包装物料衡算1. 条件（1）生成缩二脲1.0kg（2）造粒粉尘损失尿素0.76kg（3）成品包装储运损失尿素1.71kg（4）随漏损尿素带走的水、缩二脲忽略不计（5）进出造粒塔的空气量不变，不作计算。2. 计算（1）生成缩二脲计算消耗尿素 kg 生成缩二脲 1kg 放出氨kg（2）成品尿素 尿

45、素 988.890.761.711.17 = 987kg水 3kg 缩二脲= 10kg（3）系统排放物料氨 0.17kg 尿素 kg4.1.10 一段蒸发冷凝器物料衡算1. 条件（1）一段蒸发冷凝器操作条件：压力 P = 29.43KPa；温度 t = 45（2）尾气带走物料：NH3 0.91kg；CO2 0.07kg（3）冷凝过程的不平衡程度按90考虑，即各组分的平衡压力为气相实际分压的90。（4）因未冷凝气量很少，冷凝液中各组分的平衡分压按气相物料全冷凝时计算。2. 计算（1）未冷凝气计算45时水的饱和蒸汽压为9.852KPa，冷凝液中NH3、CO2、尿素含量不高，故符合稀溶液的依数性。冷

46、凝液中水的摩尔数约为96，则水蒸汽实际分压P水=KPa据测定值，与溶液呈平衡的氨分压为7.50KPa,CO2分压为0.25KPa。故P氨 = = 8.34KPaP二氧化碳 = = 0.27KPa漏入系统空气的分压为：P空气=29.4310.518.340.27 = 10.23KPa未冷凝气中水蒸汽 H2O：= 1.21kg进入一段蒸发冷凝器的空气量相等，不作计算。（2）一段蒸发冷凝液CO2 8.07 + 3.160.07 = 11.16kg NH3 7.77 + 6.530.91 = 13.39kg H2O 279.72 + 145.371.21 = 423.88kg 尿素 6.48kg表4.

47、2 一顿尿素换算成25th可得物料衡算物料二段喷射泵B用蒸汽二段蒸发后尿液二段蒸发蒸汽入二表冷气体组份kg/hWkg/hWkg/hWkg/hWUr24707.0498.8062.355.8062.352.16Bi224.460.90CO227.432.3527.430.95NH329.442.4729.441.02H2O99.76100.0075.880.30 956.2588.912751.9395.47O211.470.40N211.470.40总计99.76100.0025008.28100.001075.47100.002882.61100.00温度（）188.9045140 压力（K Pa）1226.25 33.353.349.814.1.11 二段蒸发冷凝器物料衡算1. 条件（1）二段蒸发冷凝器操作条件：压力 P = 2.93KPa；温度 t = 15；（2）冷凝液NH3/CO2 = 2.5(摩尔比)；（3）因泄露进出系统的空气量不作计算；（4）因未冷凝气中氨含量很小，故设其全冷凝时的浓度与实际浓度相差不大，溶液中氨的体积摩尔浓度为1.5mol/L。15时，水的饱和蒸汽压为1.704KPa，溶液水的摩尔浓度约为94；（5）设各组分与溶液呈平衡的分压为实际气相分压的90。2. 计算（1）未冷凝气计算，据上述条件及测定数据可求得各组分平衡分压