毕业设计（论文）10吨每年尿素水溶液全循环法合成

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1、第一章 合成尿素的工程设计背景与发展状况21.1 课题的背景21.2我国合成尿素产业概况2第二章 工程设计条件与总平面布置32.1 工程设计条件32.1.1 原材料及辅助物料的资源条件32.1.2 公用工程概述32.1.3 劳动力资源条件32.2 总平面布置32.2.1总平面布置的基本原则32.2.2总平面布置概述4第三章化工工艺设计53.1车间组成概述53.2 车间生产综合叙述53.2.1 车间概况及特点53.2.2 车间工作制度53.2.3 成品或半成品主要技术规格及标准（国家标准、行业标准）53.2.4 车间生产工艺流程叙述63.3工艺计算及工艺平衡表73.3.1 物料衡算73.3.2热

2、量衡算:243.4 主要设备选型以及设备一览表393.4.1尿素合成塔393.4.2二段蒸发器:413.4.3一段分解加热器:433.4.4中压吸收塔443.5车间布置设计493.5.1车间布置设计的意义493.5.2 车间布置的原则493.5.3车间布置设计与评述49第四章 安全生产及环境保护514.1安全生产原则514.2 生产物料的安全特性524.3 必要的安全保护装置534.4三废排放及处理54致 谢55第一章 合成尿素的工程设计背景与发展状况1.1 课题的背景尿素是固体氮肥中含氮量最高的肥料，理化性质较稳定，施后对土壤性质没有影响，可施用于任何土壤和作物，可做根外施肥使用。同时尿素也

3、是树脂、塑料、炸药、医药、食品等工业的重要原料。随着工农业的发展，尿素的需求量越来越大.尿素工业飞速发展的同时面临着巨大的挑战，我国尿素主要以煤和天然气为原料，目前我国煤炭价格已取消双轨制完全市场化，煤炭成本每吨至少增加70元到80元，2007年煤炭价格有进一步上涨的可能性。天然气方面，由于目前我国的天然气价格偏低，而化肥用天然气又是最便宜的，上涨的可能性更大。因此，需要建立新的尿素生产工艺，提高原料和能量利用率，提高设备利用率及单位产品投资利用率，使尿素产品的成本进一步降低，以适应全球经济一体化的要求，从而使尿素技术进入了合成改造时代。1.2我国合成尿素产业概况我国是尿素生产和使用大国，20

4、05年产尿素在4400万吨左右，国内尿素生产方式主要有两类：汽提工艺和水溶液全循环法生产工艺，大型厂以氨和二氧化碳汽提工艺为主，中小型厂则以水溶液全循环生产工艺为主，目前水溶液全循环工艺生产的尿素约占全国产量的一半以上，与汽提工艺相比存在能耗高的缺点，但水溶液全循环生产工艺在我国有长期生产经验，建厂投资少、设备制造维护简单，并积累了丰富的操作经验。1.3 需求预测与设计规模由于这几年尿素市场行情比较好，新上市的尿素项目比较多，预计2007年全国要增加新的尿素产能在300万吨左右，加上中石化多套大型尿素装置的煤代油改造相继完工，2007年新增的尿素产能至少在400万吨以上。2007年全国的尿素总

5、产量预计将突破5000万吨大关，年增长率预计将超过5%根据我国加入WTO的承诺，自2006年12月11日起，我国将向外商全面开放化肥的批发和零售业务，国内化肥分销渠道的垄断局面从此被打破。2007年我国将继续对尿素出口采取严厉的限制措施，出口政策同2006年一样没有变化，预计2007年尿素出口量变化不大，全年的尿素出口总量估计在100万200万吨的水平。进口方面，2007年尿素进口配额是330万吨，同时我国又将配额内进口关税税率由4%下降到1%，因此进口预计会有一定程度的增加，但由于国内价格与国外尿素价格相比具有较大的优势，国外尿素很难大规模进入我国，进口尿素对国内尿素市场的影响很小.综合以上

6、因素,建立一个年产10万吨的尿素生产工厂是合适的.第二章 工程设计条件与总平面布置2.1 工程设计条件2.1.1 原材料及辅助物料的资源条件本设计中主要原料是氨气和二氧化碳，而厂址将选天津市附近，邻近大港油田,因此原料的来源极为方便。2.1.2 公用工程概述 厂址选在天津市的郊区，有可靠的供电网，输、供电系统，附近有铁路、国道，交通便利，水力设施齐全.2.1.3 劳动力资源条件 厂区地处天津市郊区,并且与首都北京靠近,因此人力资源极其丰富.2.2 总平面布置 2.2.1总平面布置的基本原则（1） 总平面布置首先必须满足生产要求，以最大限度的保证生产作业线的连接、短捷、方便，从原料进厂到成品出厂

7、，整个流程必须符合生产工艺要求，力求做到流程线路畅通、连续、短捷、避免交叉进行 ，是各种物料的输送距离为最小。同时，应将水电汽等公用工程耗量大的车间，尽量集中布置，已形成负荷中心与供应来源靠近，是各种公用系统介质的工程管线减少和输送距离最短，达到节约能源。（2） 要能够充分结合场地优势、地位、地貌等有利条件，因地制宜，紧凑布置，节约土地，少占良田，少拆房屋，提高土地利用率。（3） 大多数厂房，特别是主要生产车间的布置，应考虑到日照方位和主导风向，保证自然通风，厂前区和防污染的车间放在上风向，产生粉尘、烟、热等的车间及易燃库布置在下风向。（4） 各车间之间注意满足防火、卫生等国家安全规定，各种厂

8、房按性质分区集中。对易燃易爆的各类储罐和由危险性的库房（油库、危险品库），应力求远离火源和人员往来集中地，一般应布置在厂区边缘，主导风向的下风向以及地势较低的地段。（5） 人流、物流各行其道，路线短捷，避免交叉。（6） 综合管线统筹安排，防止干扰，力求管线短，拐弯少。（7） 近期建设和远期发展相结合，主要生产车间留有适当的发展余地，但必须注意与城市建设和地域总体规划相适应，轻化工工厂变化较快，综合利用较广，加工深度较深，大多数工艺流程更新快，这要求在设计实现留有较大的预留地，以满足工厂发展变化的需要。（8） 为示踪平面图具有建筑艺术性，厂房形状要规则简单，是道路径直，厂房中心线保持垂直或平行。

9、（9） 采取各种措施，提高建筑系数和场地利用稀疏。建筑系数一般为25%40%，场地利用系数一般为50%60%，这是总平面设计的主要技术经济指标。2.2.2总平面布置概述（1）各车间布置:以控制室为核心,便于操作.（2） 生产区布置：该尿素生产车间采用露天式生产模式，各工段按流程的顺序建设，本设计中呈U型。（3） 辅助车间布置：以生产车间为中心，根据总平面布置原则，综合各种因素对各个辅助车间布置如下： a维修车间：远离厂区前，降低噪音污染，在主力生产车间附近，便于设备维修。b 锅炉房：布置在用蒸汽较多的地方，且是主导风向的下风向。c 变配电站：靠近电力负荷中心，缩短了电线路线，减少了投资，且在水

10、处理车间的上风向，煤堆场的平行风向。d 水处理车间：靠近负荷中心，处理每日生产车间所需的工业用水，并提供部分生活用水。（3） 运输设备布置：车库油库均布置在主干道边缘，道路设计为主力干道，宽10米，行道每边各1米，车间引道6米，这样有利于消防和道路的改造。（4） 堆场和仓库：布置在主导风向的下风向，置于厂区边缘，靠近主生产车间，且位于主力干道边缘。这样有利于原料或产品的进厂和出厂，且有利于火灾发生时，消防车的顺利到达出事地点。（5） 行政管理机构和福利区：办公楼位于厂前区且位于主导风向的上风向。（6） 绿化和美化区：本厂的绿化包括生产区福利区的绿化带。既有专门的绿化区，也有环绕厂房及其他建筑物

11、的绿化带。绿化带以草坪为主，路旁加种树木。这样，可使场区空气得以净化，噪音减小，美化和改善了环境的卫生条件，使本厂的小环境小气候得以明显改善。注：为了不妨碍管道的布置及消防的要求，各生产工段的周围不设绿化带。综上所述，平面布置有以下几个特点：1 厂房建筑物的布置与生产工艺流程相适应。原料半成品和成品形成整个顺序，尽量保证流水作业，避免逆行和交叉；2 锅炉房水泵房配电站等辅助车间尽量靠近其主要部门，以缩短期间距离，节省投资；3 由前区到生产区主要干道，应避免与主要运输道路交叉；4 尽量使大多数厂房向阳背风避免瓦斯等，尽可能使各厂区有条件采用自然采光和自然通风等；5 按防火规范的要求，保证建筑物之

12、间的距离，符合规定；6 根据卫生规范的要求，保证厂区内卫生符合规定；7 根据环境发展的要求，生产区设在有废渣处理系统废水处理系统废气处理系统等设施 ；8 考虑工厂今后的发展，在控制室附近留有建筑余地,便于增设车间；9 尽量做到以生产区为轴线，再考虑辅助车间行政楼和道路的安排。另外 ，总平面布置图右上方会有风向玫瑰图，下方会有明细本图采用1：500的比例。第三章化工工艺设计3.1车间组成概述车间设有压缩机房,原料预处理车间,尿素生产车间,以及产品包装车间.其中尿素生产车间采用露天式。3.2 车间生产综合叙述3.2.1 车间概况及特点其中尿素生产车间采用露天式.其虚拟车间规模为12*30,主要塔设

13、备放置在虚拟车间外,从该车间出来的为尿素浓缩液，直接进入造粒塔进行造粒。合成尿素采用的是水溶液全循环法。水溶液全循环法是利用水吸收未生成尿素的氮和二氧化碳,以碳酸铵或氨基甲酸铵溶液的形式进行循环,具有动力消耗低,生产流程简单,投资较低等优点.3.2.2 车间工作制度本厂采取连续工作制法定节假日:五一、十一、春节放假约15天 由于尿素成品为固体，生产工序需高温处理，造粒及其它较低温工段会出现固结、堵塞现象，因此需停机维修频率较高，本厂采取季度维修制（即3个月维修一次）维修时间约为：旺季7天（冬、春两季），淡季12天（夏、秋两季）。工作日=365-节假日-维修日 =365-15-50本厂采取三班制

14、（分早7：30-午4：00；午3：30-晚12：00；晚11：30-早8：00），因生产需要采取连续工作，周末不休息，但本厂提倡员工采取倒班互助，打造良好和谐工作气氛。3.2.3 成品或半成品主要技术规格及标准（国家标准、行业标准）质量标准：国家标准GB 2440-2001 指 标 名 称工 业 用农 业 用优等一等合格优等一等合格颜色白 色白色或浅色总氮(N)含量(以干基计)，%46.346.346.346.346.346.3缩二脲含量，%0.50.91.00.91.01.5水分(H2O)含量，%0.30.50.70.50.51.0铁含量(以 Fe 计)，%0.00050.00050.001

15、0碱度(以 NH3 计)，%0.010.020.03硫酸盐含量(以SO)4-2计)，% 0.0050.0100.020水不溶物含量，%0.0050.0100.040粒度( 0.852.80mm)，%9090909090903.2.4 车间生产工艺流程叙述水溶液全循环法生产工艺流程详见图,流程说明如下:(1)二氧化碳的压缩与净化:原料二氧化碳经一二段压缩到0.9811.128MPa(绝),冷却除油除水后,送往二氧化碳净化工序,经脱硫后,净化气体经三四五段压缩至20.69(绝),约125送往尿素合成预反应器.(2)氨的输送及尿素的合成:原料液氨经液氨过滤器后,与循环液氨共同进入液氨缓冲器,经液氨泵

16、加压至20.69(绝),送往液氨预热器,被蒸汽冷凝液加热至约70,送往预反应器.原料二氧化碳气体液氨和循环回来的一段甲铵液在预反应器中混合后,送往尿素合成塔的底部,其组成为4.1(摩尔比), 0.65(摩尔比), 在19.712MPa(绝),188的合成条件下,经过足够的停留时间,约有64%的的转化为尿素.反应熔融物自塔顶排出,尿素合成塔的压力由出口压力调节阀控制.(3)循环回收 尿素合成塔的反应熔融物经出口压力调节阀减压至1.765MPa(绝),进入一段分解塔的顶部,在此分理出闪蒸气体后,溶液自流至中部蒸馏段,与一段分解加热器来的热气体逆流接触,进行换热蒸馏,使液相中的部分甲铵与过剩氨分解气

17、化进入气相,同时气相中的部分水蒸气冷凝尿素溶液自蒸馏段下部进入一段分解加热器,在此约有88%的甲铵分解,约155160的气液混合物上升分解塔底部分离为两相,液相自塔底排出,经减压送往二段分解塔,气相自下而上的通过蒸馏段自塔顶排出,送往一段蒸发段进行热能回收.一段分解系统的防腐气体自一段分解加热器的尿液入口管道上补入.一段分解气与二段甲铵液在一段蒸发器的热能回收段混合后,部分冷凝,气液混合物进入一段吸收冷凝器,进一步冷凝后,进入一段吸收塔进行吸收,塔底排出的一段甲铵液,经一段甲铵泵加压后送至尿素合成预反应器,塔顶排出的气体进入氨冷凝器,在此冷凝的氨送往液氨缓冲槽,未冷凝的气体进入惰气洗涤器,被来

18、自二循二冷凝器的氨水吸收,尾气减压送至尾气吸收塔,浓氨水送至吸收塔的顶部. 一段分解塔排出的尿素溶液,减压至0.250.392MPa(绝),送至二段分解塔的顶部, 与二段分解加热器来的热气体逆流接触,被蒸汽加热到135140,尿素溶液中残存的甲铵与过剩氨在此基本气化进入气相,气液混合物分离后,溶液减压送至闪蒸槽,气体自顶部排出,与来自解吸系统的解吸气混合后进入二循一冷凝器,在此,被蒸发冷凝液吸收,生成的二段甲铵送往一段蒸发的热能回收段.出二循一冷凝器的气体在二循二冷凝器内继续被蒸发冷凝液吸收,生成的氨水由氨水泵送往惰气洗涤器,尾气去尾气吸收塔.惰气洗涤器尾气与二循二冷凝器尾气混合后进入尾气吸收

19、塔被蒸发冷凝液吸收,溶液送至碳氨储槽,尾气放空.(4)尿素溶液加工:二段分解塔排出的尿素溶液减压至约0.044MPa(绝)后进入闪蒸槽,在此气液分离,约74%的尿液送往一段蒸发器,在约0.033MPa(绝)下,尿素溶液经热能回收段和蒸汽加热段被加热到130,浓度约96%.溶液进入二段蒸发器,在约0.033MPa(绝),140下浓缩得到含水0.5%的熔融尿素,由熔融尿素泵送往造粒塔.闪蒸气与一段蒸发气均送往一段蒸发冷凝器,未凝气放空.二段蒸发气与进入二段蒸发冷凝器,未凝气进入中间冷凝器,继续冷凝,未凝气放空.(5)工艺冷凝液分配与解吸:碳氨液槽分为一段蒸发冷凝液室二段蒸发冷凝液室和碳氨液室.二段

20、蒸发冷凝液贮存于二段蒸发冷凝液室,由蒸发冷凝液泵送往二循一冷凝器和二循二冷凝器,不足部分引入一段蒸发冷凝液.一段蒸发冷凝液与中间冷凝液贮存于一段蒸发冷凝液室,由尾气吸收泵送入尾气吸收塔顶作为吸收液,尾气吸收塔底部得到的碳氨液送至碳氨液室.系统各处的排放液也进入碳氨液室.碳氨液由解吸泵送至解吸换热器,与来自解吸塔底部的解吸废液进行换热后进入解吸塔上部,经蒸馏后,塔顶得到的气体,进入解吸冷凝器,部分冷凝,冷凝液返回解吸塔顶部作为回流液,气相进入二循一冷凝器,解吸废液经换热器回收热量后,排往污水处理装置.3.3工艺计算及工艺平衡表3.3.1 物料衡算计算基准:以一吨尿素为基准.成品规格:含氮量46%

21、(折合尿素98.5%)(其中未含缩二脲含氮量) 缩二脲 1.0% 水0.5%尿素消耗定额: ，压缩机质量/压缩机出口质量/785736.9312.9822.819.83618.62118.8480.293/尿素/入塔原料1325.825736.9310.2932.818.621一段甲铵505.161418.928307.0614.598出塔物料1259.361416.109609.9792.818.6211013.3483.一段分解系统:条件: P=1.765MPa t=160加入防腐空气: 0.595 1.98甲铵分解率:总蒸出率:一段分解气含水量:一段分解气/出口尿液/1101.18515

22、8.176346.36969.74103.635506.34420.6013.3951013.3484.二段分解系统:条件:P=0.294MPa t=140排出物料:气相中含水:26%生成缩二脲:6kg 消耗尿素:60%11.65=6.99kg 由(1) (2) (3),可得,x=62.972 y=148.867 z=64.432排出尿液:二段分解气/出口尿液/148.86710.29962.9726.76864.432441.9121006.358缩二脲 6.0005.闪蒸槽:；条件:P=0.044MPa t=100甲铵分解率:99.1%过量的蒸出率:99.85%闪蒸槽出口溶液组成:尿素:水

23、=74:26闪蒸槽排出尿液:排出气体:排出气体/出口尿液/5.9914.3083.0233.74588.327353.5851006.358缩二脲 6.0006.一段蒸发器:条件: P=0.033MPa t=130出口尿液组成: kg 水解尿素:4.5 kg 夹带尿素4.8 kg 生成缩二脲:1.0kg 消耗尿素:1.165 kg 消耗水:1.35kg 生成:3.3 kg 生成2.55kg 出口尿液: 排出气体/出口尿液/7.0237.045310.73941.4964.8995.893缩二脲 7.0007.二段蒸发器:条件: P=3.33MPa t=140夹带尿素:3.728kg 水解尿素:

24、1.5 kg 消耗:0.45 kg 生成 :1.1 kg 生成0.85 kg生成缩二脲:2 kg 消耗尿素:2.33 kg 生成0.33 kg 出口熔融尿素: 排出气体/出口尿液/1.1801.10036.0465.0003.400988.335缩二脲 9.0008.一段蒸发冷凝器:条件: P=29.354kPa t=45未凝气:冷凝液:尿素:4.8kg9.二段蒸发冷凝器:条件: P=2.933kPa t=15未凝气:冷凝液:10.中间冷凝器:条件: P=16kPa t=40喷射蒸汽:22.234kg未凝气:冷凝液:11.系统水平衡:进入系统水量:原料带入:0.293kg喷射蒸汽:22.234

25、kg尿素合成塔生成:302.625kg共计:325.152kg系统排出水量:甲铵泵泄漏:0.608kg一段蒸发水解尿素消耗水:1.35kg二段蒸发水解尿素消耗水:0.45kg成品尿素含水:5kg一段蒸发冷凝器尾气带走:1.214kg中间冷凝器尾气带走:0.258kg尾气吸收塔尾气带走:1.282kg共计:10.212kg因此,解吸塔排走水:325.152-10.162=314.99kg一段吸收塔排出水量:307.061+0.608=307.669kg一段分解气中含水:103.635kg二段分解气中含水:64.432kg共计:168.067kg因此,蒸发冷凝液补回水:307.669-168.06

26、7=139.602kg一段蒸发冷凝液与中间冷凝液混合后去尾气吸收塔和返回吸收系统:尿素:4.8kg二段蒸发冷凝液全部返回,所以,解吸气与混合液返回吸收系统的水量:尾气吸收塔排走:进入尾气吸收塔的气体量:21.763kg,设进入尾气吸收塔的水量为xkg则,进入解吸塔的碳氨液:解吸塔排出液:解吸气组成:解吸气温度:t=115 压力:P=0.35MPa 含水量:42%解得:x=343.175kg解吸气组成:进入尾气吸收塔的冷凝液:尿素:3.921kg返回吸收系统的蒸发冷凝液:尿素:4.8-3.921=0.879kg与二段蒸发冷凝液混合后加入低压系统的物料组成:尿素:3.72+0.879=4.607k

27、g二循一冷凝器:条件: P=0.294MPa t=40 设蒸发冷凝液带入xkg,则随进入的水: 二段分解气:解吸气:解得:x=1.45kg进入二循一冷凝液:进入二循二冷凝液:12.二循一凝器:条件: P=0.294MPa t=40 收入物料/kg/kg/kg/kg二段分解气62.972148.86764.432解吸气7.50529.80026.903蒸发冷凝液1.451.91056.1182.294共计71.927180.577147.4532.294二段甲铵液:排出气体:13. 二循二凝器:条件: P=0.245 MPa t=40排出冷凝液:尿素:2.313kg14.氨冷凝器条件: P=1.

28、765 MPa t=38循环液氨:755.119kg 即为冷凝氨量.惰性气体量:氨冷凝器排出氨量:进入氨冷凝器的氨量:71.31+755.119=826.429kg15.惰性气体洗涤塔:条件: P=1.765 MPa t=45排出气体:排出氨水:16.尾气吸收塔:条件: P=101.325kPa t=40进塔冷凝液组成:(系统水平衡已求)尿素:3.921kg尾气:排出碳铵量:尿素:3.921kg17.解吸系统:条件: P=0.35MPa t=115解吸废液:解吸气: (系统水平衡已求)18.一段吸收系统:收入物料:一段分解气/kg二段甲铵/kg浓氨水/kg346.36971.9271.4621

29、101.185140.25891.123103.635147.45356.6133.39520.601Ur2.2942.313支出物料一段吸收塔排出/kg一段甲铵/kg一段甲铵泵泄漏/kg418.9281.000826.429505.1610.829307.0610.6083.39520.601Ur4.5980.0093.3.2热量衡算:1. 尿素合成塔:平衡压力:物系气相氨碳比:求得:G=7.428设入塔液氨温度为t P=20MPa 焓值为排出氨量:2.9363kmol 分压: i=1855.5kJ/kg查化工手册,得焓值:P=19.712MPa t=125 i=711.3kJ/kg分压:t

30、=188时, i=887.6kJ/kg由氧的is图,查得, P=0.1MPa t=125 i=360kJ/kg分压:t=188时, i=460kJ/kg由氮的is图,查得, P=0.76MPa t=125 i=408kJ/kg分压: t=188时, i=490kJ/kg进入液相吸热生成甲铵的量:t=25时, i=728kJ/kg当量气化吸热:当量量:719.537834/44=556.0kg由is图,查得:P=0.101MPa t=25 i=1757.28kJ/kg=(i-)=556.0(1757.28-)=977048-556 Kj 生成甲铵放热:P=0.101MPa t=25 气态 生成固

31、体甲铵,生成热:-159350kJ/kmol=H/44=719.5378(-159350)/44=-2605872 kJ固体甲铵升温至熔点吸热:C=176.264=C t/44=719.5378176.264(152-25)/44=366073kJ固体甲铵熔融吸热:=719.5378=332067 kJ循环甲铵与尿素升温吸热:甲铵平均比热容:=151.461尿素热容: =1.992甲铵量:=kg=742.65151.461(192-95)/78+4.5981.992(152-95)=82721 kJ甲铵脱水生成尿素吸热:反应热:H=21850.9 kJ/kmol=(1013.348-4.598

32、)21850.9/60=367368 kJ循环氨水降温放热:氨水组成: 181.444kg 37.14%(质量百分含量) 307.061kg 62.86%(质量百分含量)查化工手册得: =4.570 kJ/kg=(181.444+307.061)4.570(25-95)=-156273 kJ 循环氨降温放热:P=19.712MPa t=25 i=529.276 kJ/kg存留于液相的循环氨量:原料气体中水蒸气液化放热:P=0.018MPa t=125 i=2524.64 kJ/kgP=19.712MPa t=25 i=104.6 kJ/kg=0.293(104.6-2524.64)=-709

33、kJ反应生成水降温放热:P=19.712MPa t=152 i=640.57 kJ/kgP=19.712MPa t=25 i=104.6 kJ/kg反应生成水量:=(1013.348-4.598)18/60=302.626 kg=302.626(104.6-640.57)=-162198 kJ氨水放热:一段甲铵中氨水含氨:181.444kg(浓度37.14%)出塔氨水中含:=901.345 kg含:609.979kg:59.64% :40.36%37.14%氨水积分溶解热:-649.115 kJ/kg59.64%氨水积分溶解热:-398.917kJ/kg=901.345(-398.917)+1

34、81.444(-649.115)=-241778 kJ出塔氨水升温吸热: =(901.345+609.979)5.111(188-25) =1259073 kJ出塔甲铵升温吸热: =(1259.361+416.109-49.9171-17.3932-901.345)152.716(188-152)/78=49819 kJ出塔尿素吸热: kJ热损失:定其为总热量的0.5%收入热量:甲铵生成热+过量氨混合热+原料气中水蒸气液化放热= +( )+ =2605872+156273+719.91-381031+709+162198+241778=2785799+719.91支出热量:=+977048-5

35、56+366073+332067+82721+367368+1259073+49819+72669+0.005 (2785799+719.91)收入热量=支出热量得: =638.679 kJ/kg2. 一段分解系统:尿素合成塔排出溶液: P=19.712MPa t=188尿素:1013.348kg 甲铵:706.815kg氨水:901.345kg 59.64% 609.979kg 40.36%一段分解系统出口溶液: P=1.765MPa t=160尿素:1013.348kg 甲铵:123.63kg氨水 610.63kg 其中:104.286kg 17.078% 506.344kg 82.922

36、%尿素合成塔尾气降温吸热:合成塔尾气焓值:温度/压力/MPa焓/ kJ/kg18814.171855.51881.908887.61880.4224601883.210490一段分解气焓值:t=120物质的量/Kmol压力/MPa焓/ kJ/kg64.77561.4431937.1927.87200.175800.8620.10610.0023600.73570.0164105.75750.129 =49.9171(1937.192-1855.5)+17.3932(800.862-887.6)+2.8(360-460)+18.621(410-490)=799 kJ防腐空气升温吸热:P=0.36

37、7MPa t=40 =640.57 kJ/kgP=1.398MPa t=40 =104.6 kJ/kg=0.595(360-283)+1.98(410-317)=230 kJ甲铵分解热:分解甲铵量:706.815-123.63=583.185kg188液态甲铵降温降压至0.101MPa 25放热:Cp=150.624 kJ/(kmol)=150.624(25-188)=-24552 kJ/kmol0.101MPa 25甲铵凝固放热:=-20306 kJ/kmol0.101MPa 25 甲铵分解热:=159360 kJ/kmol0.101MPa 25气态氨与二氧化碳升温升压至出塔状态吸热:=17

38、57.28 kJ/kg =728 kJ/kg=34(1937.192-1757.28)+44(800.862-728)=9323 kJ/kmol=123825 kJ/kmol=583.185氨水分解热入塔氨水自188降至2559.64%的氨水平均比热容5.15 kJ/(kg)放热=1511.3245.15(25-188)=-1268680 kJ25氨水溶解吸热:59.64%的氨水积分溶解热:-398.917 kJ/kg17.078%的氨水积分溶解热:-769.443 kJ/kg=901.345398.917-104.286769.443=279320 kJ25未分解氨水升温吸热17.078%的

39、氨水平均比热容:Cp=4.559 kJ/(kg)=610.634.559(160-25)=375821 kJ分解出的氨与水气化升温吸热25液氨i=529.276 kJ/kg 水i=104.6 kJ/kg =(901.345-104.246)(1937.192-529.276)+(609.979-506.344)(2706.348-104.6) =1364590 kJ=-128680+279320+375821+1364590=751051 kJ未分解甲铵降温放热甲铵平均比热容:Cp=151.879 kJ/(kmol)=123.63151.879(160-188)/78=-6740 kJ尿素降温

40、放热:尿素平均比热容: Cp=1.992kJ/(kmol)=1013.3481.992(160-188)=-56520 kJ热损失: =总热量0.45%热负荷:收入热量:=4963+56521+=61484+支出热量: =799+230+925806+751051+0.45%(61484+) 收入热量=支出热量得: =-1624833 kJ =7588 kJ3. 二段分解系统:二段分解气 0.294MPa质量/kg物质的量/kmol体积%分压/ MPa148.8678.78763.60.18762.9721.43110.40.03164.4323.580260.076分解液出口溶液:尿素:10

41、06.358kg 甲铵:11.998kg缩二脲:6kg氨水: 5.069kg 1.13% 441.912kg 98.87%甲铵分解吸热:分解甲铵量:123.63-11.998=111.632kg160液态甲铵降压降温至0.101 MPa 25平均比热容:Cp=147.277 kJ/(kmol)=147.277 (25-160)=-19882 kJ/kmol甲铵凝固放热:-20306 kJ/kmol甲铵分解吸热:=-20306 kJ/kmol分解出气态氨和二氧化碳升温升压吸热:P=0.101MPa t=25 =1757.8 kJ/kgP=0.187MPa t=120 =1967.7 kJ/kgP

42、=0.101MPa t=25 =728 kJ/kgP=0.031MPa t=120 =815.5 kJ/kg =34(1967.7-1757.8)+44(815.5-728)=10987 kJ=-19882-20306+159350+10987=130149 kJ/kmol=nq=111.632130149/78=186267 kJ氨水分解吸热:入口氨水自160降至25放热:17.078%的氨水平均比热容:Cp=4.559 kJ/(kg)=610.364.559(25-160)=37582 kJ25 17.078%的氨水积分溶解热:-769.443 kJ/kg25 1.13%的氨水积分溶解热:

43、-828.46 kJ/kg=123.63769.443-5.069828.46=909.47 kJ25未分解氨水升温吸热:1.13%的氨水平均比热容: Cp=4.228 kJ/(kg)=(5.069+441.912)4.228(140-25)=217331 kJ分解出的氨与水气化,升温吸热:25液氨 =529.276 kJ/kg水 =104.6 kJ/kgP=0.076MPa t=120 =2721.42 kJ/kg =(123.63-5.069)(1967.7-529.276)+64.432(2721.42-104.6) =339148 kJ=-375821+90927+217331+339

44、148=271585 kJ未分解甲铵降温放热:甲铵平均比热容: Cp=151.461 kJ/(kmol) =11.998 151.461 (140-160)/78=-466 kJ尿素降温放热:Cp=1.99261 kJ/(kg)=(1006.358+6)1.992 (140-160)=-40332 kJ热损失: =总热量0.8%热负荷:收入热量=466+40332+=40798+支出热量=186267+271585+0.8%(40798+)收入热量=支出热量 得: =420746 kJ =3692 kJ一段蒸发器:收入物料:尿素:1006.358kg 甲铵:6.639 kg 缩二脲:6.0kg

45、氨水: 1.414kg 0.4% 353.585kg 99.6%支出物料: 0.033MPa 130尿素: 995.883kg 95.36%水 : 41.496kg 3.97%缩二脲:7.0 kg 0.67%气体:130尿素:4.8kg质量/kg物质的量/kmol体积%分压/MPa焓/kJ/kg310.73917.2696.80.03192742.6127.0450.1610.90.000297800.6657.0230.412.30.00075920503.1出一段蒸发器热能回收段物料热能回收段尿液出口温度:100,0.04MPa尿素溶液含水18% 甲铵过量氨分解进入气相.生成缩二脲以及尿素

46、水解假设全发生在加热段.液相: 100 0.04MPa尿素1006.358kg 81.51%缩二脲6.0kg 0.49%水 222.225kg 18%气相: 100 0.04MPa质量/kg物质的量/kmol体积%分压/MPa4.3080.2533.310.00133.7450.08511.110.00044131.367.29895.580.03826尿素溶液带入热量:闪蒸槽出口溶液温度:100尿素溶液平均比热容: Cp=2.783 kJ/(kg)=-1373.9962.78375=-286787 kJ甲铵分解热甲铵熔融热:20306 kJ/kmol甲铵生成热:-159350 kJ/kmol

47、=6.639(159350-20306)/78=11835 kJ氨水分解热:0.4%氨水积分溶解热:-501.15 kJ/kg=1.414501.15=714 kJ热能回收段尿素带出热Cp=2.625kJ/(kg)=(1006.358+6+222.225)2.625(100-25)=243058 kJ热能回收段气相带出热:P=0.101MPa t=25 =1766.485 kJ/kgP=0.0013MPa t=100 =1936.27 kJ/kgP=0.101MPa t=25 =728 kJ/kgP=0.00044MPa t=100 =793.85kJ/kgP=0.101MPa t=25 =1

48、04.6kJ/kgP=0.03826MPa t=100 =2661.05kJ/kg=4.308(1936.27-1766.485)+131.36(2661.05-104.6)+3.745(793.85-728)=336793 kJ尿素水解热:尿素生成热:28470.2 kJ/kmol甲铵生成热:-59350 kJ/kmol甲铵熔融热:20306 kJ/kmol 水解尿素:4.5kg=4.5(159350-28470.2-20306)/60=8293 kJ尿素浓缩热:进入一段蒸发器的水尿比:=1.17 溶解热:-282 kJ/kg离开一段蒸发器的水尿比:=0.141溶解热:-307 kJ/kg=

49、1006.358282-995.893307=-21946 kJ出一段蒸发器气体带出热量:夹带尿素平均比热容:1.992 kJ/(kg) =4.81.992(130-25)+7.023(2050.321-1766.485)+7.045(800.665-725)+310.739(2742.612-104.6) =823211 kJ出一段蒸发器尿素带出热量:溶液比热容:Cp=2.079 kJ/(kg)=1044.4132.079(130-25)=227990 kJ热损失: =总热量0.6%热能回收段热损失:=0.21一段分解气体冷凝放热:热能回收段热平衡方程:-286787+11825+714+2

50、43058+336793+0.21=0=-305613-0.21热负荷:收入热量=286787+21946+305613+0.21+ =614346+0.21+支出热量= =11835+714+8293+823211+227990+ =1072043+支出热量=收入热量,且=总热量0.6%得:=-462809 kJ =6471kJ二段蒸发器:尿素溶液带入热量:=-227990kJ熔融尿素带出热:=1002.3351.992(140-25)=229615kJ蒸发气带出热量:P=0.101MPa t=25 =1766.485 kJ/kgP=0.101MPa t=25 =728 kJ/kgP=0.1

51、01MPa t=25 =104.6kJ/kg二段蒸汽:140 0.00333MPa质量/kg物质的量/kmol体积%分压/MPa焓/ kJ/kg1.180.0693.291.12016.6681.10.0251.194.0831.09536.0462.00395.523.182761.44尿素:3.4kg=3.41.99(140-25)+1.18(2016.688-1766.485)+1.1(831.095-728)+36.046(2761.44-104.6)=96958kJ尿素水解热:尿素水解量:1.5kg25尿素生成热:28470.2kJ/kmol 甲铵生成热:159350 kJ/kmol

52、 甲铵熔融热:203306 kJ/kmol=1.5(159350-28470.2-20306)/60=2764 kJ热损失:=总热量1%热负荷:收入热量=+=227990+支出热量=229615+96958+2764+0.01(227990+)收入热量=支出热量 得:=104674 kJ =3326.64 kJ3.4 主要设备选型以及设备一览表3.4.1尿素合成塔选用衬里式合成塔:有效容积: 尿素合成塔的有效容积 尿素的生产能力 转化率:64% 由尿素的通用设计可查得尿素合成塔的生产强度为10.5t/()生产能力: =13.889t=2413.889/10.5=31.746实际选取43 设计裕

53、度为35%实际生产强度:=7.752由于进塔气体比出塔气体大的多,故按塔底进料气体计算气相流量.进塔气体:736.931kg 16.748kmol:18.621kg 0.605kmol:2.8kg 0.0875kmol计:758.352kg 17.5kmol进塔气体密度:=222.857kg/m3气相流量:=0.0131m3/s333.33日产量/t空塔气速:u=0.0052m/s塔径D=1.791m 圆整:D=1.8m塔高:H=16.91m3.4.2二段蒸发器:收入物料:0.033MPa 130Ur:995.893kg :41.496kg 缩二脲:7.0kg计:1044.389kg支出物料:

54、0.00333MPa 140气体:Ur:3.40kg :1.1 :36.046kg :1.18kg计:41.726kg液体:Ur:988.335kg 缩二脲:9.0kg :5.0kg热负荷:104674333.33/24=1453791kJ/h加热蒸汽: 1.725MPa 191 314kg/h传热面积:初选37根,管长2m.管内尿素给热系数计算:尿素平均沸点(130+140)/2=135熔融尿素:=0.362kcal/mh Cp=0.48kcal/kg=2.244kgs/ = kgs/=0.018普兰特准数:Pr=10.508进口状态下液相:=1209体积流量:=1044.389333.33/2412.9=12流速:= =0.26m/s=2998=10012.3 kcal/kg=41919.4 kJ/kg出口状态气相密度:=0.017流速:=73