年產(chǎn)20萬噸尿素生產(chǎn)工藝設(shè)計

年產(chǎn)20萬噸尿素生產(chǎn)工藝設(shè)計摘要尿素是一種重要化學(xué)肥料和工業(yè)原料，自從1922年尿素開始工業(yè)化生產(chǎn)以來，許多國家都致力于尿素生產(chǎn)的研究，在合成機理、熱力學(xué)性質(zhì)和工藝流程等各方面都有創(chuàng)新和突破。尿素生產(chǎn)工藝是比擬典型化工生產(chǎn)工藝之一。尿素生產(chǎn)工藝主要有水溶液全循環(huán)法，二氧化碳氣提法，氨氣氣提法。本文介紹尿素生產(chǎn)工藝的根本概況，水溶液全循環(huán)法尿素生產(chǎn)工藝流程及特點，從尿素生產(chǎn)的熱力學(xué)參數(shù)入手，對尿素的生產(chǎn)流程進行研究設(shè)計，以幫助指導(dǎo)尿素工業(yè)生產(chǎn)。論文主要內(nèi)容有：〔1〕闡述對尿素生成研究概況，分析現(xiàn)存工藝流程的優(yōu)缺點，建立適宜的工藝流程；〔2〕根據(jù)選擇的工藝流程，以尿素生產(chǎn)和消耗為目標，進行了物料衡算和熱量衡算。同時對生產(chǎn)系統(tǒng)關(guān)鍵性設(shè)備進行設(shè)計和選型；〔3〕根據(jù)設(shè)計數(shù)據(jù)，運用AutoCAD繪制工藝流程圖和主要設(shè)備裝置圖。關(guān)鍵詞:尿素生產(chǎn)；水溶液全循環(huán)；熱量衡算；物料衡算；設(shè)備選型Ureaproductionprocessdesignof200,000tperyearAbstractUreaisakindofimportantchemicalfertilizersandindustrialrawmaterial,ureatoindustrializedproductionsince1922,manycountriesarecommittedtotheresearchofureaproduction,thesynthesismechanism,thermodynamicpropertiesandtechnologicalprocessinmanyaspectssuchasinnovationandbreakthrough.Ureaproductiontechnologyisoneofthetypicalchemicalproductionprocess.Ureaproductiontechnologymainlywithaqueoussolutiontotalcirculationmethod,carbondioxidegas,ammoniagas.Thispaperintroducesthebasicsituationoftheureaproductionprocess,theaqueoussolutiontotalcyclemethodoftheureaproductionprocessandcharacteristics,fromthethermodynamicsparametersofureaproduction,theproductionprocessofureatostudydesign,tohelpguidetheureaproduction.Papermaincontentsare:(1)inthispaper,thegeneralresearchsituationofurea,analysistheadvantagesanddisadvantagesoftheexistingtechnologicalprocess,establishpropertechnologicalprocess;(2)accordingtotheselectionprocess,withureaproductionandconsumptionasthegoal,thematerialbalanceandheatbalance.Fortheproductionsystemkeyequipmentdesignandselection;(3)accordingtothedesigndata,theuseofAutoCADdrawingprocessflowdiagramandmainequipmentinstallationdrawing.Keywords:ureaproduction;circulationoftheaqueoussolution;heatbalance;materialbalance;equipmentselection目錄摘要IAbstractII第1章緒論11.1尿素的物化性質(zhì)及用途1尿素物理性質(zhì)1尿素化學(xué)性質(zhì)1尿素用途11.2尿素開展的簡述21.3國內(nèi)外尿素技術(shù)市場的簡況21.4尿素生產(chǎn)方法簡介3水溶液全循環(huán)法3二氧化碳氣提法41.5本課題意義和內(nèi)容51.5.1課題意義5課題內(nèi)容5第2章水溶液全循環(huán)法工藝流程62.1尿素的合成62.2尿素的工藝流程6水溶液全循環(huán)法合成尿素工藝流程簡圖6工藝流程72.3主要的工藝條件82.4生產(chǎn)組織制度102.5本章小結(jié)10第3章物料衡算113.1物料衡算計算條件確定113.2水溶液全循環(huán)法流程物料衡算143.2.1壓縮系統(tǒng)物料衡算143.2.2合成系統(tǒng)物料衡算153.2.3一段分解系統(tǒng)物料衡算173.2.4二段分解系統(tǒng)物料衡算20一段蒸發(fā)系統(tǒng)物料衡算213.2.6二段蒸發(fā)系統(tǒng)物料衡算24吸收—解吸系統(tǒng)物料衡算263.2.8二段吸收系統(tǒng)物料衡算28一段吸收系統(tǒng)物料衡算313.3本章小結(jié)32第4章熱量衡算344.1合成塔熱量衡算344.1.1合成塔工藝條件344.1.2合成塔熱量計算方34合成塔熱量計算364.1.4合成塔熱量平衡表384.2預(yù)別離器熱量衡算384.2.1預(yù)別離器工藝條件384.2.2預(yù)別離器熱量計算394.2.3預(yù)別離器熱量平衡表424.3一段分解塔熱量衡算424.3.1一段分解塔工藝條件424.3.2一段分解塔熱量計算434.3.3一段分解塔熱平衡表454.4一段吸收塔熱量衡算454.4.1一段吸收塔工藝條件454.4.2一段吸收塔熱量計算464.4.3一段吸收塔熱量平衡表494.5一段蒸發(fā)器熱量衡算494.5.1一段蒸發(fā)器工藝條件494.5.2一段蒸發(fā)器熱量計算504.5.3一段蒸發(fā)器熱量平衡表524.6一段蒸發(fā)外表冷凝器熱量衡算524.6.1一段蒸發(fā)外表冷凝器的工藝條件524.6.2一段蒸發(fā)外表冷凝器的熱量計算534.6.3一段蒸發(fā)外表冷凝器熱量平衡表544.7尾氣吸收塔熱量衡算544.7.1尾氣吸收塔工藝條件544.7.2尾氣吸收塔熱量計算544.7.3尾氣吸收塔熱量平衡表554.8解吸塔熱量衡算554.8.1解吸塔工藝條件55解吸塔熱量計算564.8.3解吸塔熱量平衡表574.9本章小結(jié)57第5章主要工藝設(shè)備計算595.1一段分解塔別離器工藝尺寸設(shè)計595.1.1一段分解塔別離器的工藝條件595.1.2一段分解塔別離器的工藝尺寸計算595.2一段吸收塔工藝尺寸設(shè)計605.2.1一段吸收塔的工藝條件605.2.2一段吸收塔的工藝尺寸計算605.3氨冷凝器工藝尺寸設(shè)計68氨冷凝器工藝條件685.3.2氨冷凝器工藝尺寸計算695.4本章小結(jié)73結(jié)論74致謝75參考文獻76緒論尿素物理化學(xué)性質(zhì)和用途尿素物理性質(zhì)化學(xué)式：CO(NH2)2，分子質(zhì)量60.06，CO(NH2)2無色或白色針狀或棒狀結(jié)晶體，工業(yè)或農(nóng)業(yè)品為白色略帶微紅色固體顆粒，無臭無味。含氮量約為46.67%。密度1.335g/cm3。熔點132.7℃。溶于水、醇，不溶于乙醚、氯仿。呈弱堿性。尿素較易吸濕，貯存要注意防潮。尿素易溶于水和液氨，其溶解度隨溫度升高而增大。尿素化學(xué)性質(zhì)尿素呈微堿性，與酸作用生成鹽。尿素不能使一般指示劑變色。在酸性或中性溶液中尿素具有水解作用，而在60℃以下，尿素不發(fā)生水解作用。隨著溫度的升高，水解速度會加快，水解程度也會增大。尿素高溫下可進行縮合反響，生成縮二脲、縮三脲和三聚氰酸。在氨水等堿性催化劑作用下能和甲醛反響，縮聚成脲醛樹脂。尿素的用途尿素的主要用途：作為化肥、作為飼料或作為其它工業(yè)用。作化肥用尿素是種高濃度氮肥，屬中性速效肥料，同樣可用來生產(chǎn)多種復(fù)合肥料。在土壤中不會殘留任何有害物質(zhì)，沒有不良影響，但溫度過高會產(chǎn)生少量的縮二脲，又稱雙縮脲，對作物有一定抑制作用。尿素還是有機態(tài)氮肥，在土壤中有脲酶作用，水解成碳酸銨或碳酸氫銨之后，才能被作物吸收并利用。所以，尿素在作物的需肥期前一個星期施用。尿素屬中性速效肥料，長期施用也不會使土壤發(fā)生板結(jié)。分解并釋放出的CO2可被作物吸收，促進植物的光合作用。在土壤中，尿素能增進磷、鉀和鎂的有效性，且施入土壤后無殘存廢物。作飼料用尿素中氮雖不是蛋白質(zhì)形態(tài)的，但和碳水化合物一起經(jīng)過在胃液的作用下，可以造成蛋白質(zhì)而形態(tài)氮，因此可作為反雛動物的飼料。其它工業(yè)用據(jù)統(tǒng)計，全世界尿素作為工業(yè)原料在總產(chǎn)量中占很大比重。主要有脲醛樹脂、塑料、油漆、和膠黏劑等，尿素縮合物三聚氰胺是種較好的涂料。尿素還可用作巴比妥、潔齒劑和利尿劑等藥物原料。此外，尿素可用作石油精制劑、纖維軟化劑、炸藥穩(wěn)定劑等。尿素開展簡述1773年，Rouelle首先在尿液中發(fā)現(xiàn)了尿素。1828年，Woehler將氨和氰酸合成為尿素，開辟了以無機物合成有機物的先河。20世紀30年代，世界上首先以一次通過法實現(xiàn)尿素的工業(yè)化生產(chǎn)。40年代中，改進為局部循環(huán)法工藝；50年代末，實現(xiàn)水溶液全循環(huán)法工藝的工業(yè)化生產(chǎn)。之后，陸續(xù)出現(xiàn)各種水溶液全循環(huán)法工藝。60年代期間，建立起日產(chǎn)1000噸以上的單系列大型化裝置。1967年，荷蘭Snamprogetti工程公司率先開發(fā)成功高壓等壓氣提工藝，以CO2氣作為氣提劑在日產(chǎn)220噸裝置上實現(xiàn)了工業(yè)化上產(chǎn)。隨之意大利Snamprogetti工程公司開發(fā)成功氨氣提工藝，日產(chǎn)300噸裝置投入生產(chǎn)，CO2氣提法工藝在1968年、氨氣提工藝在1971年分別建成1000噸/天以上單系列大型化裝置。80年代初，為了進一步降低能耗，又推出了多種節(jié)能型高壓氣提工藝，如改進CO2氣提工藝，改進氨自身氣提工藝，意大利Montedison公司開發(fā)的IDR(IsobaricDoubleRecycle)工藝，日本ToyoEngineeringCorp.與MitsuiToatsuChemicalsInc.聯(lián)合開發(fā)的ACES(AdvancedProcessforCostandEnergySaving)工藝等。以尿素生產(chǎn)工藝的開展歷史而言，實現(xiàn)全循環(huán)是一次工藝技術(shù)的飛躍；它割掉了尾氣氨加工制造其他氮肥的碩大尾巴；而實現(xiàn)高壓合成圈等壓氣提回收那么是尿素工藝技術(shù)的又一次飛躍，在高壓圈內(nèi)回收了大量的未反響物，從而大幅度減輕下游分解及回收的負荷，而且回收了用于別離未反響物所耗的熱量，用來副產(chǎn)低壓蒸汽以用于下游工序，至于節(jié)能型尿素工藝的問世，只能視為尿素氣提工藝經(jīng)過十幾年實踐經(jīng)驗的積累，作出了較為重大的合理化改造，使氨基甲酸銨生成熱更合理的回收利用，較大幅度地降低能耗，工藝技術(shù)更趨成熟，裝置運轉(zhuǎn)穩(wěn)定可靠。國內(nèi)外尿素技術(shù)市場簡況目前在世界尿素工業(yè)界認為較先進的是三大尿素專利公司的技術(shù)，它們是Snamprogetti公司的氨自身氣提工藝、TEC-MTC公司的ACES工藝、Stamicarbon公司的氣提工藝。到目前為止，全世界已建成及在建的尿素裝置總數(shù)達450套，總生產(chǎn)能力為301800噸/天。其中采用三大尿素專利公司的工藝技術(shù)建造的有348套，總生產(chǎn)能力占世界總能力的90%，采用最多的Stamicarbon公司工藝，有196套，總生產(chǎn)能力占全世界的44.4%；其次為Snamprogetti公司工藝，有68套，總生產(chǎn)能力占25.6%；再次之是TEC-MTC公司的ACES工藝，有84套，總生產(chǎn)能力占20.1%。我國已建及在建的尿素生產(chǎn)裝置共110套，總生產(chǎn)能力為58680噸/天，占世界總生產(chǎn)能力的20%。國內(nèi)尿素裝置采用的工藝技術(shù)除我國自行研發(fā)的水溶液全循環(huán)法外，世界上的主要工藝也均引進。我國自20世紀70年代開始引進CO2氣提法工藝的大型裝置，目前共有15套大型裝置〔全套引進或合作設(shè)計、采購〕，6套中型裝置以及2套小型裝置〔均為國內(nèi)自行設(shè)計、自行制造設(shè)備〕。在110套裝置中30套大、中型裝置采用國外工藝，總生產(chǎn)能力為39880噸/天，占全國總生產(chǎn)能力68%[3,4]。尿素的生產(chǎn)方法簡介按未反響物的循環(huán)利用程度，尿素生產(chǎn)方法可分為不循環(huán)法、半循環(huán)法和全循環(huán)法三種。依氣提介質(zhì)的不同，分別稱為二氧化碳氣提法、氨氣提法、變換氣氣提法。依照別離回收方法的不同主要分為水溶液全循環(huán)法、氣提法等。按氣提氣體的不同又可分為二氧化碳氣提法、氨氣提法、變換氣氣提法。水溶液全循環(huán)法20世紀60年代以來，全循環(huán)法在工業(yè)上獲得普遍采用。全循環(huán)法是將未轉(zhuǎn)化成尿素的氨和二氧化碳經(jīng)減壓加熱和別離后。全部返回合成系統(tǒng)循環(huán)利用，原料氨利用率達97%以上。全循環(huán)法尿素生產(chǎn)主要包括四個根本過程：①二氧化碳的壓縮；②氨輸送和尿素合成；③循環(huán)回收；④尿素溶液的加工。我國尿素廠多數(shù)采用水溶液全循環(huán)法。水溶液全循環(huán)尿素工藝生產(chǎn)裝置的靜止高壓設(shè)備較少，只有尿素合成塔及液氨預(yù)熱器為高壓設(shè)備，其它均為中壓和低壓設(shè)備，所以該尿素工藝生產(chǎn)裝置的技術(shù)改造比擬容易、方便，改造增產(chǎn)潛力較大。氨碳比控制的較高，一般摩爾比為4.0左右，工藝介質(zhì)對生產(chǎn)裝置的腐蝕性較低，由于氨碳比控制的較高，二氧化碳氣體中氧含量控制的較低，并且尿素合成塔操作壓力為19.6MPa，操作溫度為188~190℃，所以水溶液全循環(huán)生產(chǎn)尿素工藝中二氧化碳轉(zhuǎn)化率較高，一般能到達42%-68%，經(jīng)過尿素合成塔塔板的改造，有的企業(yè)已經(jīng)到達68%以上。由于該工藝高壓設(shè)備較少，高壓系統(tǒng)停車保壓時間可以到達24h，所以生產(chǎn)裝置的中小檢修一般可以在尿素合成塔允許的停車保壓時間內(nèi)完成，減少了高壓系統(tǒng)排放的次數(shù)，降低了尿素的消耗。由于氨碳比控制的較高，中低壓分解系統(tǒng)溫度控制適當，尿素產(chǎn)品質(zhì)量較容易控制，一般可以控制在優(yōu)級品范圍內(nèi)。水溶液全循環(huán)尿素工藝可靠、設(shè)備材料要求不高、投資較低。但也存在缺乏：水溶液全循環(huán)尿素工藝生產(chǎn)裝置的工藝流程較長，在操作調(diào)節(jié)方面不如CO2氣提法生產(chǎn)尿素工藝簡單、方便。由于氨碳摩爾比控制得較高，一般穩(wěn)定在4.0左右，并且未反響生成尿素的氨和二氧化碳氣體全部要經(jīng)過低壓、中壓循環(huán)吸收系統(tǒng)回收后再返回到尿素合成塔，液氨泵和一段甲銨泵的輸送量比擬多，所以該工藝中液氨泵和一段甲銨泵的臺數(shù)較多，動力消耗較多。由于該工藝高壓系統(tǒng)的操作壓力高達19.6MPa，并且一段甲銨液的工藝要求溫度高達90℃左右，所以一段甲銨泵和液氨泵的運行周期較短、檢修維護時間較多、維修費用較高。二氧化碳氣體壓縮機由于出口壓力高達20.0MPa，比CO2汽提法高5.0MPa，故其運行周期也相對較短、維修工作量較多、維修費用較高。水溶液全循環(huán)尿素工藝的另一個缺點就是，目前國內(nèi)在運行的生產(chǎn)裝置大多為年產(chǎn)()×104t/a(經(jīng)過改造后的生產(chǎn)能力)，也有個別廠家經(jīng)過雙尿素合成塔改造后到達了年產(chǎn)30~10噸，最近山東化工規(guī)劃設(shè)計院也設(shè)計了年產(chǎn)30~40萬噸尿素的水溶液全循環(huán)法生產(chǎn)尿素的裝置，但從單套裝置的設(shè)計生產(chǎn)能力來說，相對于CO2氣提法生產(chǎn)尿素工藝的裝置還相差較遠[4,5]。二氧化碳氣提法二氧化碳氣提法就是把合成塔排出的合成反響液，在合成壓力和較高溫度下在“汽提塔〞內(nèi)與氣提氣〔氨、二氧化碳或惰性氣體〕逆流相遇，將氨和二氧化碳從尿液中分解出來，然后將氣體導(dǎo)入一個“高壓甲銨冷凝器〞內(nèi)，與新鮮氨化合并冷凝為甲銨液，放出的熱量用于副產(chǎn)蒸汽。二氧化碳氣提法尿素生產(chǎn)主要包括四個根本過程：①原料液氨和CO2的壓縮；②尿素合成及CO2氣提；③循環(huán)回收；④尿素溶液的加工。CO2氣提法尿素工藝生產(chǎn)裝置的工藝流程較短，在操作調(diào)節(jié)方面比擬簡單、方便。能耗低、生產(chǎn)費用低。該工藝的特點是采用共沸物下的CO(NH2)2摩爾比為2.89作為操作控制最正確指標進行操作，大局部未反響生成尿素的氨和二氧化碳在高壓系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)繼續(xù)反響生成尿素，只有較少局部的氨和二氧化碳需要在低壓局部進行回收，液氨泵和甲銨泵的輸送量比擬少，所以該裝置中液氨泵和甲銨泵的臺數(shù)較少，動力消耗較少，并且該工藝高壓系統(tǒng)的操作壓力較低，為13.5~14.5MPa，使液氨泵和甲銨泵的運行周期較長，維修費用較少。該工藝能夠回收較高品位的甲按反響熱，除本系統(tǒng)加熱使用外還可剩余少局部富裕低壓蒸汽供外系統(tǒng)使用。CO2氣提法尿素的另一個優(yōu)點就是，生產(chǎn)裝置的生產(chǎn)能力的范圍較寬，運行都很正常穩(wěn)定。并且荷蘭斯塔米卡邦公司最近幾年又對該工藝進行了大量研究工作，開發(fā)出了單套裝置年產(chǎn)100×100t/a尿素的尿素池式冷凝器技術(shù)。與傳統(tǒng)高壓甲銨冷凝器不同的是，池式冷凝器可提供一定的停留時間，使甲銨生成尿素的反響在此可到達反響平衡的60%~80%，使生產(chǎn)裝置產(chǎn)能在原設(shè)計能力的根底上翻一番，并且尿素主框架高度降到40m以下，使操作更加方便、動力消耗又有所降低。CO2氣提法也存在缺點：生產(chǎn)尿素工藝裝置的靜止高壓設(shè)備較多，有尿素合成塔、高壓二氧化碳氣提塔、高壓甲銨冷凝器、高壓洗滌器四大主要設(shè)備，它們是CO2氣提法尿素工藝生產(chǎn)裝置的核心，其它均為低壓設(shè)備，所以該尿素工藝生產(chǎn)裝置的技術(shù)改造比擬困難，改造增產(chǎn)潛力較小。高壓二氧化碳氣提塔加熱需要的蒸汽品質(zhì)較高，為2.5MPa，不如水溶液全循環(huán)尿素需用的蒸汽壓力低。CO2氣提工藝還暴露出一些缺乏，主要是尾氣的易燃爆，設(shè)備腐蝕嚴重、操作條件苛刻、操作彈性較差[6～8]。本課題的意義和內(nèi)容課題的意義傳統(tǒng)的水溶液全循環(huán)工藝是20世紀40、50年代最早實現(xiàn)全循環(huán)的尿素生產(chǎn)流程，目前我國采用水溶液全循環(huán)法的中型尿素廠有30多套，小型廠120套，但是年產(chǎn)30～40萬噸的大型尿素廠很少。本課題在總結(jié)國內(nèi)外先進尿素工藝技術(shù)的根底上，建立年產(chǎn)40萬噸水溶液全循環(huán)尿素生產(chǎn)模型，進行研究設(shè)計，從而實現(xiàn)大型尿素廠水溶液全循環(huán)法的生產(chǎn)。課題的內(nèi)容主要進行工藝流程選擇、物料衡算、能量衡算、主要設(shè)備選型，并繪制了工藝流程圖和全廠平面布置圖。水溶液全循環(huán)法工藝流程尿素的合成工業(yè)上是由液氨和二氧化碳直接合成尿素的，其總反響式為：2NH3+CO2→CO(NH2)2+H2O-103.7kJ·mol實際上反響是分兩步進行的，首先是氨與二氧化碳反響生成氨基甲酸銨：2NH3+CO2→NH2COONH4+159.47kJ·mol該步反響是一個可逆的體積縮小的強放熱反響，在一定條件下，此反響速率很快，客易到達平衡，且此反響二氧化碳的平衡轉(zhuǎn)化率很高。然后是液態(tài)甲銨脫水生成尿素，稱為甲銨脫水反響：NH2COONH4→CO(NH2)2+H2O-28.49kJ·mol此步反響是一個可逆的微吸熱反響，平衡轉(zhuǎn)化率一般為50%~70%，并且反響的速率也較緩慢，是尿素合成中的控制速率的反響[9]。尿素的工藝流程水溶液全循環(huán)法合成尿素工藝流程簡圖水溶液全循環(huán)法合成尿素工藝流程簡圖見圖2-1。圖2-1水溶液全循環(huán)法尿素工藝流程簡圖工藝流程二氧化碳壓縮來自脫碳工段的二氧化碳氣體經(jīng)別離器別離后進入CO2壓縮機；經(jīng)五段壓縮至21.61Mpa，氣體溫度約為125℃，送往尿素合成塔。氨的輸送和尿素合成原料液氨經(jīng)過氨過濾器過濾后進入液氨緩沖槽的原料室中。由中壓循環(huán)系統(tǒng)返回的液氨，進入液氨緩沖槽的回流室。一局部作為吸收塔的回流氨，多余的液氨流過溢流隔板進入原料室，與新鮮原料氨混合?；旌虾蟮囊喊边M入高壓液氨泵，被加壓到21.61Mpa，然后去液氨預(yù)熱器加熱至40～60℃進入尿素合成塔。原料CO2氣體、液氨、循環(huán)回收工序來的甲銨液同時送入尿素合成塔底部，其組成NH3/CO2=4.1、H2O/CO2=0.65，在約為21.57Mpa〔絕壓〕，190℃的條件下合成。氣液混合物自下而上經(jīng)等溫內(nèi)件及多塊塔板，保證25～40min的停留時間，約有63%的CO2轉(zhuǎn)化為尿素。循環(huán)回收尿素合成塔的反響產(chǎn)物經(jīng)減壓至1.765Mpa后進入預(yù)別離器，在此別離出閃蒸氣體后，溶液自流至預(yù)蒸餾塔，與來自一段加熱器的熱氣體逆流接觸，進行蒸餾，使液相中的局部甲銨與過剩氨進一步分解、氣化，同時氣相中的水蒸汽局部冷凝，蒸餾后的尿液自下而上進入蒸汽加熱器管內(nèi)，在蒸汽的加熱作用下約88%的甲銨在此分解。預(yù)別離器別離出的氣體至一段吸收外冷凝器。預(yù)蒸餾塔底排出的液相減壓后至二段分解塔。來自預(yù)蒸餾塔的氣體與二甲銨液在降膜式真空預(yù)濃縮氣器的熱能回收段加熱尿液，出熱能回收的氣液混合物與預(yù)別離氣體混合后進入一段吸收外冷凝器，在軟水的循環(huán)冷卻作用下，氣體發(fā)生冷凝，出一段吸收外冷凝器的氣液混合物進入一段吸收塔，未被吸收的氣體被來自惰性洗滌器的濃氨水與來自液氨緩沖槽的回流氨進一步吸收，一段吸收塔頂排出的氣體氨進入氨冷凝器，不凝氣體至惰性洗滌器，在惰性洗滌器內(nèi)被來自二段循環(huán)第二冷凝器的氨水吸收，尾氣經(jīng)減壓后至尾氣吸收塔。惰性洗滌器排出的氨水至一段吸收塔頂部，一段吸收塔底部的濃氨基甲酸銨溶液用高壓甲氨泵加壓后至尿素合成塔。預(yù)蒸餾塔排出的尿液經(jīng)減壓后至二段分解塔，與來自二段分解加熱器的氣體逆流接觸后進入加熱段被蒸汽加熱，分解尿液中殘留的過剩氨和甲銨。出加熱段的氣液混合物經(jīng)別離后，尿液經(jīng)減壓后至降膜式真空預(yù)濃縮器，二段分解塔頂排出的氣體與來自水解系統(tǒng)的解吸氣混合后進入二段循環(huán)第一冷凝器，被二段蒸發(fā)外表冷凝液吸收，生成的二段甲銨液由甲銨泵送往真空預(yù)濃縮器的熱能回收段。出二段循環(huán)第一冷凝器的氣體在二段循環(huán)第二冷凝器內(nèi)繼續(xù)被二段蒸發(fā)外表冷凝液吸收，生成的氨水由氨水泵送往惰性洗滌器，尾氣至尾氣吸收塔。惰性洗滌器與二段循環(huán)第二冷凝器的尾氣混合后進入尾氣吸收塔被碳銨液吸收后進入碳銨液槽貯存，尾氣通過放空總管放空。尿液加工二段分解塔排出的尿液經(jīng)減壓后切線進入真空預(yù)濃縮蒸餾器的別離段，在0.044Mpa壓力下，尿液中所含剩余的CO2、游離氨以及大局部水分蒸發(fā)出去，與液體經(jīng)分布器，從換熱管頂部沿管內(nèi)壁向下流動形成液膜，防止蒸發(fā)的蒸汽逸出液膜外表到管中心的空間，在真空抽吸下向上流動，液膜沿管壁流下。預(yù)蒸餾塔出口氣相與二段甲銨夜在真空預(yù)濃縮器克側(cè)反響，將尿液濃度有76%提高到96%〔重量分數(shù)〕，真空預(yù)濃縮器的尿液流至收集槽，通過尿液給料泵送往蒸發(fā)別離器，在0.003Mpa〔絕壓〕下，被濃縮到約為99.7%〔質(zhì)量分數(shù)〕的熔融尿素，再由熔融尿素泵送往位于造粒塔頂部的旋轉(zhuǎn)噴頭進行造粒，造粒塔底部得到的成品顆粒尿素由皮帶輸送機送至包裝系統(tǒng)進行包裝[10]。主要工藝條件二氧化碳壓縮機操作壓力一段入口2.94Kpa五段出口21.57Mpa操作溫度一段入口40℃五段出口125℃CO2氣體純度>98%CO2氣體中含氧量0.5%〔體積比〕CO2氣體中含硫量15mg/m3尿素合成塔操作壓力21.57Mpa操作溫度190℃入塔物料NH3/CO2〔分子比〕4.1H2O/CO2〔分子比〕0.65二氧化碳轉(zhuǎn)化率63%一段分解操作壓力1.765Mpa操作溫度160℃一段吸收操作壓力1.765Mpa操作溫度塔底液相100℃塔頂氣相50℃出塔甲銨液組成NH3/CO2〔分子比〕3.1H2O/CO2〔分子比〕1.8二段分解操作壓力0.392Mpa操作溫度塔底液相150℃塔頂氣相120℃二段吸收操作壓力0.392Mpa操作溫度40℃一段蒸發(fā)操作壓力26.66Mpa操作溫度入口尿液98℃出口尿液130℃出口尿液的濃度96%二段蒸發(fā)操作壓力3.33Kpa操作溫度出口尿液溫度140℃出口尿液濃度99.7%解吸操作壓力0.392Mpa操作溫度塔底液相143℃塔頂氣相85℃排出廢液含NH3量<0.4Kg/t尿素成品尿素含氮量46%縮二脲0.9%含水量0.3%其他雜質(zhì)0.1%以上是水溶液全循環(huán)尿素生產(chǎn)的主要工藝參數(shù)[11]。生產(chǎn)組織制度法定假日和星期假日采用輪換倒班制度，采用4班倒制，連續(xù)工作制：工作日=365—設(shè)備維修日=365-45=320天每天生產(chǎn)成品尿素：400000/320=1250t本章小結(jié)本章主要討論了水溶液全循環(huán)法尿素生產(chǎn)的工藝路線，以及尿素生產(chǎn)的主要工藝條件。物料衡算尿素生產(chǎn)過程的物料衡算同其他化學(xué)生產(chǎn)過程的物料衡算一樣，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，通過計算求得參加設(shè)備和離開設(shè)備的物料各組分的成份、重量和體積，為進一步進行熱量衡算、設(shè)備計算、化工管道計算等提供定量的依據(jù)。物料衡算根據(jù)以下公式：式中：—輸入物料總和；—輸出物料總和；—損失物料總和。對于溶液全循環(huán)法尿素生產(chǎn)，由于物料的循環(huán)反響，在計算物料平衡時，全系統(tǒng)物料平衡的完整性很重要。改變某設(shè)備的任何一個參數(shù)都會影響全系統(tǒng)的物料平衡。各設(shè)備的物料衡算，必須在全系統(tǒng)物衡算完成以后才能判斷各設(shè)備物料衡算的結(jié)果。因此對尿素生產(chǎn)過程必須進行全系統(tǒng)的物料衡算[12]。物料衡算計算條件確實定在進行物料衡算之前，必須確定系統(tǒng)輸入、輸出、損失等物料量及計算基準等計算條件。尿素物料衡算有以下各項：計算基準尿素物料衡算常以每噸成品〔含N246%尿素〕為基準成品規(guī)格按國家標準規(guī)定[13]。粒狀尿素成品規(guī)格：〔重量比〕含氮量46%〔折合成尿素98.7%，不包括縮二脲含氮量〕縮二脲0.9%水份0.3%其他雜質(zhì)0.1%原料消耗額生產(chǎn)尿素的原料NH3和CO2的消耗定額，可根據(jù)中間試驗車間及同類型生產(chǎn)車間測定的數(shù)據(jù)確定。年產(chǎn)40萬噸尿素車間通用設(shè)計采用的原料消耗定額為：NH3580Kg/t成品尿素CO2785Kg/t成品尿素每噸成品中NH3損失量：NH3消耗定額與成品中尿素和縮二脲所含NH3量之差NH3損失量?？砂聪率接嬎悖菏街校?0.06—尿素分子量；103.16—縮二脲分子量；34.06、51.09—分別為尿素及縮二脲中含NH3量。NH3損失量在系統(tǒng)中具體分配根據(jù)中間試驗車間及同類型生產(chǎn)車間測定數(shù)據(jù)確定?？蓞⒖家韵聰?shù)據(jù)：高壓液氨泵漏損11.69Kg解吸塔廢液中排出0.48Kg尾氣吸收塔放空損失0.65Kg二段蒸發(fā)冷凝器排出0.91Kg一段蒸發(fā)噴射器放空損失1.14Kg造粒塔損失0.68Kg成品包裝運輸損失0.75Kg總計16.3Kg每噸成品中CO2損失量：CO2消耗定額與成品中尿素和縮二脲所含CO2量之差即為CO2損失量。可按下式計算：〔3-3〕式中：44、88—分別為尿素及縮二脲中CO2含量。其余同前式。CO2損失量在系統(tǒng)中具體分配二氧化碳壓縮機損失49.94Kg解吸塔廢液排出0.58Kg二段蒸發(fā)冷凝液排出1.13Kg造粒塔損失0.88Kg成品包裝運輸損失0.97Kg總計53.5Kg每噸成品在制造過程中尿素的損失量及其在系統(tǒng)中的分配解吸塔廢液中排出0.36Kg二段蒸發(fā)冷凝液排出1.2Kg造粒塔放空粉塵損失1.2Kg成品包裝運輸損失1.33Kg總計4.09Kg生產(chǎn)過程中水解消耗的尿素量及在系統(tǒng)中具體分配一段蒸發(fā)系統(tǒng)4.5Kg二段蒸發(fā)系統(tǒng)1.5Kg總計6.0Kg縮二脲在各處的生成量二段分解系統(tǒng)前6.0Kg一段蒸發(fā)系統(tǒng)前1.0Kg二段蒸發(fā)系統(tǒng)前2.0Kg總計9.0Kg尿素縮合成縮二脲需耗用尿素量可由下式計算：式中：120.12—兩個尿素分子量；103.16—縮二脲分子量。成品中尿素含量及各項尿素損失量成品中含尿素量987.00Kg成品中含縮二脲消耗尿素量10.45Kg生產(chǎn)過程中損失的尿素量4.09Kg生產(chǎn)過程中水解損失的尿素量6.00Kg總計1007.54Kg在系統(tǒng)中循環(huán)的尿素該局部尿素系隨二段蒸發(fā)冷凝液返回合成塔。取為總產(chǎn)量的0.25%即2.5Kg。解吸塔廢液中各組分的數(shù)量由上列條件即可算出：尿素0.36KgNH3CO2排出的二段蒸發(fā)冷凝液中各組分量由上列條件即可算出：尿素1.2KgNH3CO2水溶液全循環(huán)法流程物料衡算壓縮系統(tǒng)的物料衡算壓縮系統(tǒng)的工藝條件二氧化碳氣的組成〔干氣，體積比〕CO299%惰性氣1%〔按N2計〕總S量15mg/m3(可忽略)CO2氣體進入壓縮機溫度：40℃。壓縮機吸入壓力：3.923Kpa。吸入大氣壓以1atm為基準。CO2氣體內(nèi)水蒸汽含量按吸入條件下飽和水蒸汽含量計算。40℃時飽和水蒸汽壓力為7.375Kpa在CO2氣體中含氮量。由防腐條件確定，取為0.5%〔體積比〕。氧氣的組成〔體積比〕O2：95%，N2：5%CO2氣體經(jīng)五段壓縮最終壓力為21.57Mpa〔表〕，最終溫度為125℃。CO2氣體進五段的壓力為7.99Mpa〔表〕，溫度為40℃。壓縮系統(tǒng)物料計算進入系統(tǒng)的CO2氣體總量CO2質(zhì)量為785Kg，體積為(1.976—CO2在標準狀況下的密度，Kg/m3)CO2氣體中的惰性氣〔包括H2、N2；為簡化計算均按N2計〕，〔1.25—N2在標準狀況下的密度，Kg/m3)，故進入車間CO2氣體量為：CO2氣體中含水分CO2氣的總壓：40℃時飽和水蒸汽壓力為7.375Kpa，故CO2氣中水含量為：進入系統(tǒng)的O2氣量純O2在CO2氣中占0.5%〔體積比〕即，〔1.429—O2在標準狀況下的密度，Kg/m3〕隨O2帶入的N2量為，故進入系統(tǒng)的O2氣總量為2.02+0.11=2.13m3，2.89+0.13=23.02Kg壓縮后的氣體成分計算CO2在壓縮機中的損失量為，壓縮后的CO2量為785-49.4=735.16Kg，397.3-25.2=372.1m3壓縮后的惰性氣量為N2：4.01+0.11=4.12m3，5.01+0.13=5.14Kg，O2：2.02m3，2.89Kg壓縮系統(tǒng)物料平衡表壓縮系統(tǒng)物料平衡見表3-1表3-1壓縮系統(tǒng)物料平衡表輸入輸出組分質(zhì)量/Kg體積/m3組分質(zhì)量/Kg體積/m3CO2氣815.21401.310其中：CO2785.00397.300惰性氣5.914.010H2O25.20O2氣3.022.130其中：O22.892.020N20.180.110CO2氣743.39378.240其中：CO2735.06372.100O22.890.090N25.140.185H2O0.28壓縮機排出74.8625.200其中：CO249.9425.200H2O24.92總計818.23403.330總計818.23403.330合成系統(tǒng)的物料衡算合成系統(tǒng)的工藝條件進合成塔NH3/CO2=4.1，H2O/CO2=0.65〔分子比〕合成塔的操作條件壓力P=21.57Mpa，溫度T=190℃尿素合成率〔即CO2轉(zhuǎn)化率〕63%。液氨純度為99.8%，其中所含水分在計算中略去不計。通過合成塔前后惰性氣及氧氣量無變化。由一段吸收返回合成塔的甲銨溶液中，NH3/CO2=3.1〔分子比〕合成系統(tǒng)的物料計算進入合成塔各組分物料量的計算CO2氣量由前節(jié)壓縮系統(tǒng)物料衡算得知為743.369Kg，17.000Kmol其中：CO2：735.06Kg，16.71KmolO2：2.89Kg，0.09KmolN2：5.14Kg，0.184KmolH2O：0.279Kg，0.0155Kmol氨基甲酸銨溶液中各組分的物料量溶液中CO2量需由合成塔生成的尿素量為1007.54Kg，16.79Kmol故轉(zhuǎn)化為尿素的CO2即為738.76Kg，16.79Kmol為轉(zhuǎn)化為尿素的CO2為，故進合成塔的CO2總量為：16.79+9.86=26.65Kmol，1172.69Kg除去由氣相進入的CO2即為氨基甲酸銨溶液中的CO2量，即為：，9.94Kmol溶液中NH3量根據(jù)條件，甲銨液中分壓16.67-9.33=7.34Kpa故溶液中含NH3：3.1×9.94=30.81Kmol，523.84Kg溶液中H2O量根據(jù)條件，合成塔內(nèi)H2O/CO2=0.65〔分子比〕除去氣相帶入水份外即為甲銨液中水份，溶液中的尿素由計算條件知為2.5Kg，0.042Kmol原料液NH3量NH3的消耗定額除去高壓氨泵的漏損11.69Kg其余全部進入合成塔。580-11.69=568.31Kg，33.3Kmol循環(huán)液NH3量合成塔入口NH/和CO2的分子比為NH3/CO2=4.1故進塔總NH3量，除去原料液NH3及由甲銨液帶入NH3外均為循環(huán)返回的氨出合成塔各組分物料量的計算尿素量，16.832Kmol氨基甲酸銨量為了便于計算，設(shè)未轉(zhuǎn)化為尿素的CO2均以氨基甲酸銨形態(tài)出塔，即為，9.86Kmol其中：CO29.86Kmol，33.84KgNH3，335.24Kg過量NH3生成尿素消耗NH3，570.86Kg進入合成塔總NH3除去生成尿素耗用及生成氨基甲酸銨外，全部為過量NH3，那么，951.49KgH2O量氨基甲酸銨帶入水分及尿素反響生成水之和，614.025KgN2和O2量無變化，同入口數(shù)量。N2：5.14Kg，0.1847KmolO2：2.89Kg，0.09Kmol合成系統(tǒng)物料平衡表合成系統(tǒng)物料平衡見表3-2表3-2合成系統(tǒng)物料平衡表輸入輸出組分質(zhì)量/Kg物質(zhì)量/Kmol組分質(zhì)量/Kg物質(zhì)量/Kmol原料CO2氣743.3717.000其中：CO2735.0616.710O22.890.090N25.140.184H2O0.280.016原料液氨568.3133.430循環(huán)液氨765.4445.030氨基甲酸銨液1275.5058.100其中：NH3523.8430.810CO2437.639.940H2O311.8017.322尿素2.500.042反響后混合物3352.02136.765其中：尿素1010.0416.832氨基甲酸銨769.089.860CO2433.849.860NH3335.2419.720NH3951.4955.970H2O614.0234.112O22.890.090N25.140.184總計3352.62153.556總計3352.02136.765說明：進出物料差153.5567-136.7657=16.79Kmol，為合成反響因生成尿素而減少的分子數(shù)。一段分解系統(tǒng)的物料衡算一段分解系統(tǒng)的工藝條件一段分解系統(tǒng)總的氨基甲酸銨分解率：88%一段分解系統(tǒng)總的過量氨蒸出率：90%一段分解系統(tǒng)預(yù)別離器的氨基甲酸銨分解率：15%一段分解系統(tǒng)預(yù)別離器的過量氨蒸出率：66%預(yù)別離器出口氣相中水分含量：4.65%一段分解別離器出口氣相中水分含量：17%一段分解加熱器操作條件：壓力P=1.765Mpa，溫度T=160℃一段分解系統(tǒng)的物料計算預(yù)別離器的物料衡算表預(yù)別離器出口氣體組成氣體中的CO2為9.86×0.15=1.48Kmol，65.05Kg氣體中的NH3由過量氨蒸出：55.97×0.66=36.94Kmol，627.98Kg由氨基甲酸銨分解得：1.48×2=2.96Kmol，50.32Kg總計2.96+36.94=39.90Kmol，678.3Kg氣體中的H2O除水分以外氣相中的其他組成故水量為：，氣體中的惰性氣體N2：5.14Kg，0.1847KmolO2：2.89Kg，0.09Kmol預(yù)別離器出口溶液組成溶液中的CO2為9.86-1.48=8.38Kmol，368.76Kg溶液中的NH3，溶液中的H2O為34.1125-2.04=32.0725Kmol，577.305Kg溶液中的尿素為16.832Kmol，1010.04Kg預(yù)別離器物料平衡表預(yù)別離器物料平衡見表3-3表3-3預(yù)別離器物料平衡表輸入輸出組分質(zhì)量/Kg物質(zhì)量/Kmol組分質(zhì)量/Kg物質(zhì)量/Kmol反響后混合物3352.02136.76其中：尿素1010.0416.83氨基甲酸銨769.089.86CO2433.849.86NH3335.2419.72NH951.4955.97H2O614.0334.11O22.890.09N25.140.18預(yù)別離出口氣體788.1343.69其中：CO265.081.48NH3678.3039.90H2O36.722.04O22.890.09N25.140.18預(yù)別離出口溶液2564.5493.07其中：NH3608.4335.79CO2368.768.38H2O577.3132.07尿素1010.0416.83總計3352.62153.556總計3352.03136.76一段分解塔的物料算一段分解塔出口氣體組成氣體中的CO29.86×0.88-1.48=7.20Kmol，316.7Kg氣體中的NH3由過量氨蒸出：55.97×0.9-36.94=13.43Kmol，228.36Kg由氨基甲酸銨分解而得9.86×0.88×2=17.36Kmol，295.12Kg由一段分解塔分解出的NH3為17.36-2.98=14.40Kmol，244.80Kg因此，氣體中總氨量為13.34+14.40=27.83Kmol，473.18Kg氣體中的H2O，一段分解塔出口溶液組成溶液中的CO2，溶液中的NH3，溶液中的H2O，溶液中的尿素為16.832Kmol，1010.04Kg一段分解塔物料平衡表一段分解塔物料平衡見表3-4表3-4一段分解塔物料平衡表輸入輸出組分KgKmol組分KgKmol預(yù)別離出口溶液2564.5493.07其中：NH3608.4335.79CO2368.768.38H2O577.3032.07尿素1010.0416.83一段分解出口氣體918.9442.20其中：CO2316.707.20NH3473.1827.83H2O129.067.17一段分解出口溶液1645.5750.87其中：NH3135.277.96CO252.061.18H2O448.2024.90尿素1010.0416.83總計796.4046.65總計796.3446.65氨冷凝器的物料衡算氨冷凝器出口氣體組成氨冷凝器內(nèi)的溫度為38℃，此溫度下氨的飽和蒸氣壓1.470Mpa因此惰性氣分壓為1.765-1.470=0.295Mpa惰性氣為0.09+0.18=0.27Kmol出口氣相中NH3為，氨冷凝器的液氨量〔不包括一般吸收塔的回流氨量，該局部回流氨量由熱量衡算確定〕根據(jù)合成塔物料衡算為765.44Kg，45.03Kmol進氨冷凝器的氣氨總量，氨冷凝器物料平衡表氨冷凝器物料平衡見表3-5二段分解系統(tǒng)的物料衡算二段分解系統(tǒng)的工藝條件一段及二段分解系統(tǒng)總的氨基甲酸銨分解率：98.2%一段及二段分解系統(tǒng)總的過量氨蒸出率：99.4%二段分解塔出口氣內(nèi)含水：25%二段分解系統(tǒng)的操作壓力P=0.392Mpa，二段分解加熱器操作溫度T=150℃，二段分解塔操作溫度120~150℃表3-5氨冷凝器物料平衡表輸入輸出組分KgKmol組分KgKmol氨—惰性氣796.4146.65其中：NH3788.3746.38O22.890.09N25.140.18液氨765.4445.03惰性氣30.901.62其中：NH322.871.35O22.890.09N25.140.18總計796.4046.65總計796.3446.65二段分解系統(tǒng)的物料計算二段分解系統(tǒng)生成縮二脲的計算由計算條件知二段分解系統(tǒng)前生成縮二脲為6Kg或0.058Kmol。縮二脲生成反響：2〔NH2)2CO→NH2CONHCONH2+NH3↑102.12103.1617.036.0反響消耗尿素量：，放出NH3量：，二段分解塔出口氣體組成氣體中的CO2：9.86×〔0.982-0.88〕=1.00Kmol，44.25Kg氣體中的NH3：由二段分解塔蒸出的過量氨氣，由氨基甲酸銨分解得氨，34.17Kg總計，氣體中的H2O：，二段分解塔出口溶液組成溶液中的CO2：，溶液中的NH3：，溶液中的H2O：，溶液中的尿素：1010.04-6.99=1003.05Kg，16.71Kmol溶液中的縮二脲0.058Kmol，6.0Kg二段分解系統(tǒng)物料平衡表二段分解系統(tǒng)物料平衡見表3-6表3-6二段分解系統(tǒng)物料平衡表輸入輸出組分KgKmol組分KgKmol一段分解出口溶液1645.5750.87其中：NH3135.277.96CO252.061.18H2O448.2024.90尿素1010.0416.83二段分解出口氣體217.4911.03其中：CO244.251.01NH3123.597.27H2O49.652.76二段分解出口溶液1427.0439.72其中：NH311.730.69CO27.700.18H2O398.5622.14尿素1003.0516.71縮二脲6.000.06總計1645.5750.87總計1645.5750.87一段蒸發(fā)系統(tǒng)的物料衡算一段蒸發(fā)系統(tǒng)的工藝條件操作壓力閃蒸槽：44.13Kpa，一段蒸發(fā)器：26.66Kpa，一段蒸發(fā)外表冷凝器：25.60Kpa在一、二段分解及閃蒸槽中總的氨基甲酸銨分解率：99.1%在一、二段分解及閃蒸槽中總的過量氨蒸出率：99.85%出閃蒸槽尿液濃度：78%，其余組分不計出一段蒸發(fā)器尿液濃度：96%尿液溶液中所含游離NH3及CO2通過一段蒸發(fā)后全部氣化至蒸發(fā)蒸汽中。一段蒸發(fā)外表冷凝器操作溫度：出口冷凝液：45℃，未冷凝氣體：50℃一段蒸發(fā)系統(tǒng)的物料計算閃蒸槽的物料衡算閃蒸槽出口氣體中的NH3及CO2氣體中的CO2，氣體中的NH3由氨基甲酸銨分，由過量氨蒸出得，總計，閃蒸槽出口溶液的組成溶液中的CO2為0.175-0.089=0.086Kmol，3.784Kg溶液中的NH3為0.69-0.43=0.26Kmol，4.42Kg溶液中的尿素為16.714Kmol，1003.05Kg溶液中的縮二脲為0.058Kg·mol，6.00Kg溶液中的水，閃蒸槽出口氣體中的H2O，閃蒸槽物料平衡表閃蒸槽物料平衡見表3-7表3-7閃蒸槽物料平衡表輸入輸出組分KgKmol組分KgKmol二段分解出口溶液1421.0439.78其中：NH311.730.69CO27.700.18H2O398.5622.14尿素1003.0516.71縮二脲6.000.06閃蒸槽出口氣體93.045.06其中：CO23.920.09NH37.310.43H2O81.814.55閃蒸槽出口溶液1334.0034.72其中：NH34.420.26CO23.780.09H2O316.7517.60尿素1003.0516.71縮二脲6.000.06總計1427.0439.78總計1427.0439.78一段蒸發(fā)器物料衡算一段蒸發(fā)器內(nèi)生成縮二脲反響的計算一段蒸發(fā)器內(nèi)生成縮二脲量由物料平衡條件知為1Kg2〔NH2)2CO→NH2CONHCONH2+NH3↑102.12103.1617.031.0消耗尿素，放出NH3，一段蒸發(fā)器內(nèi)尿素水解反響的計算一段蒸發(fā)器內(nèi)尿素水解量由物料衡算條件知為4.5Kg〔NH2)2CO+H2O→CO2+2NH3↑60.06184434.064.5xyz水解消耗H2O，水解生成CO2，水解生成NH3，蒸發(fā)蒸汽組成蒸發(fā)蒸汽中夾帶的尿素在冷凝后進入尾氣吸收塔并在解吸塔廢液中排出。根據(jù)物料平衡計算條件知該局部尿素為0.36Kg蒸發(fā)蒸汽中的CO2，蒸發(fā)蒸汽中的NH3，一段蒸發(fā)后尿液的組成尿液中的尿素，尿液中的縮二脲，尿液中的H2O，蒸發(fā)蒸汽中的H2O，一段蒸發(fā)器物料平衡表一段蒸發(fā)器物料平衡見表3-8一段蒸發(fā)外表冷凝器物料衡算未冷凝氣體組成NH3：由物料平衡計算條件知一段蒸發(fā)噴射器放空中氨損失為1.14Kg。此即一段蒸發(fā)外表冷凝器出口氣體中所含氮量。表3-8一段蒸發(fā)器物料平衡表輸入輸出組分KgKmol組分KgKmol閃蒸槽出口溶液1334.2134.73其中：NH34.420.26CO23.780.09H2O316.7517.60尿素1003.0516.71縮二脲6.000.06一段蒸發(fā)蒸汽288.6815.73其中：CO27.220.16NH37.240.34H2O273.8615.22尿素0.360.01一段蒸發(fā)后尿液1045.5718.99其中：H2O41.542.31尿素997.0316.61縮二脲7.000.07總計1334.2134.73總計1334.2434.80說明：出口總物料量較進口總物料量多0.075Kmol，此由尿素水解反響增加的。H2O：按謀廠同一設(shè)備現(xiàn)場數(shù)據(jù)，當蒸發(fā)蒸汽冷凝液溫度為45℃時，未冷凝氣體中NH3分壓為14.932Kpa，H2O分壓為10.665Kpa，CO2的分壓很小忽略不計。那么H2O量為：，冷凝液組成NH3：，CO2：，H2O：，尿素：0.36Kg，0.006Kmol一段蒸發(fā)外表冷凝器物料平衡表一段蒸發(fā)外表冷凝器物料平衡見表3-9二段蒸發(fā)系統(tǒng)的物料衡算二段蒸發(fā)系統(tǒng)的工藝條件二段蒸發(fā)器的操作壓力P=3.33Kpa二段蒸發(fā)外表冷凝器的操作壓力P=8.67Kpa二段蒸發(fā)后尿素溶液的濃度為99.7%二段蒸發(fā)升壓器蒸汽消耗量為72Kg，進升壓器的空氣量0.46Kg。二段蒸發(fā)噴射器的蒸汽耗量為8.16Kg，空氣進入量為0.47Kg。二段蒸發(fā)系統(tǒng)的物料計算二段蒸發(fā)器的物料衡算二段蒸發(fā)器內(nèi)生成縮二脲的計算表3-9一段蒸發(fā)外表冷凝器物料平衡表0組分KgKmol組分KgKmol閃蒸槽來氣體93.045.06其中：CO23.920.09NH37.310.43H2O81.814.55一段蒸發(fā)蒸汽288.6815.73其中：CO27.220.16NH37.240.34H2O273.8615.22尿素0.360.01一段蒸發(fā)冷凝液379.3520.76其中：CO211.140.25NH313.410.79H2O354.8119.71尿素0.360.01未冷凝氣體2.000.12其中：H2O0.860.05NH31.140.08總計381.3620.87總計381.3520.87二段蒸發(fā)器內(nèi)生成縮二脲的量，根據(jù)物料平衡計算條件為2Kg故消耗尿素為，放出NH3為，二段蒸發(fā)器內(nèi)尿素水解反響的計算尿素水解量為，水解生成的NH3為，水解生成的CO2為0.025Kmol，1.1Kg水解消耗的H2O為0.025Kmol，0.45Kg蒸發(fā)蒸汽組成蒸發(fā)蒸汽中含CO2為0.025Kmol，1.1Kg蒸發(fā)蒸汽中含NH3為0.85+0.33=1.18Kg，0.069Kmol蒸發(fā)蒸汽中夾帶尿素二段蒸發(fā)蒸汽中夾帶的尿素經(jīng)冷凝后局部經(jīng)二段循環(huán)冷凝返回合成塔，局部排出。故尿素量為2.5+1.2=2.7Kg，0.062Kmol。二段蒸發(fā)后尿素熔融物的組成尿素熔融物中的尿素為，尿素熔融物中的縮二脲為0.068+0.019=0.087Kmol，9.0Kg尿素熔融物中的水為，蒸發(fā)蒸汽中的H2O，二段蒸發(fā)器物料平衡表二段蒸發(fā)器物料平衡見表3-10二段蒸發(fā)外表冷凝器的物料衡算未冷凝氣體的組成參加升壓器的空氣量為0.46Kg，0.016Kmol當冷凝液溫度為40℃時，未冷凝氣體溫度約41.05℃，此時未冷凝氣體中氣體中H2O的分壓為8Kpa。故隨空氣帶出的H2O量為，二段蒸發(fā)冷凝液的組成進入升壓器的蒸汽量為72Kg故冷凝液中的H2O為，冷凝液中的NH3為0.069Kmol，1.18Kg冷凝液中的CO2為0.025Kmol，1.1Kg冷凝液中的尿素為0.062Kmol，3.7Kg二段蒸發(fā)外表冷凝器的物料平衡表二段蒸發(fā)外表冷凝器物料平衡見表3-113-11二段蒸發(fā)外表冷凝器的物料平衡表輸入輸出組分KgKmol組分KgKmol二段蒸發(fā)蒸汽44.082.27其中：CO21.100.03NH31.180.07H2O38.082.12尿素3.700.06升壓器用蒸汽72.004.00進入空氣0.460.02二段蒸發(fā)冷凝液112.646.08其中：CO21.100.03NH31.180.07H2O106.685.93尿素3.700.06未冷凝氣體3.880.21其中：空氣0.460.02H2O3.420.19總計116.526.29總計116.526.29吸收—解吸系統(tǒng)的物料衡算吸收解吸系統(tǒng)的工藝條件尾氣吸收塔的操作壓力為常壓，吸收塔頂?shù)奈找簻囟葹?0℃。解吸塔的操作壓力392.27Kpa，進解吸塔頂?shù)娜芤簻囟葹?5℃，出口氣體溫度為110℃。解吸塔以直接蒸汽加熱。該項蒸汽量，由熱量平衡計算而得48.46Kg。由一段蒸發(fā)外表冷凝液來的冷凝液，先進入碳銨液槽，在隨同尾氣吸收塔的循環(huán)溶液一起進入吸收塔內(nèi)。但由于循環(huán)溶液的數(shù)量需有熱量衡算確定，故在本計算中將一段蒸發(fā)冷凝液當作直接進入尾氣吸收塔考慮。解吸塔出口解吸氣中含H2O32.8%〔重量〕吸收解吸系統(tǒng)的物料計算尾氣吸收塔的物料衡算惰性氣體洗滌器來的惰性氣體組分惰性氣體洗滌器內(nèi)氨水濃度為54%〔重量百分比，不計其中的尿素及CO2〕，其操作溫度為T=45℃此時氨分壓為784.5Kpa，而惰性氣為0.274Kmol，故出口氣體中氨的數(shù)量為，惰性氣量為N2：5.14Kg，0.1847Kmol，O2：2.89Kg，0.09Kmol一段蒸發(fā)外表冷凝液組分CO211.136Kg，0.253KmolNH313.41Kg，0.793KmolH2O354.806Kg，19.71Kmol尿素0.36Kg，0.006Kmol總計379.325Kg，20.762Kmol吸收后出口氣體的組成氣體中的氨根據(jù)物料衡算條件尾氣吸收塔方空氣中含氮量0.65Kg氣體中的惰性氣量不變，仍為N2：5.14Kg，0.1847Kmol，O2：2.89Kg，0.09Kmol氣體中的水由于出口氣體中H2O量很少，故吸收后溶液的氨濃度可視為4.3%濃度的氨水40℃時水總壓為16.67Kpa，氨分壓為9.33Kpa，那么H2O分壓為故出口氣體中H2O為，尾氣吸收塔出口溶液的組成溶液中的NH3為，溶液中的尿素及CO2量不變?nèi)芤褐械腍2O為，尾氣吸收塔物料平衡表尾氣吸收塔物料平衡見表3-123-12尾氣吸收塔物料平衡表輸入輸出組分KgKmol組分KgKmol一段蒸發(fā)冷凝液379.3520.76其中：CO211.140.25NH313.410