【正文】 擇 ................................................................................................. 33 加熱器壁厚 .................................................................................................................. 33 加熱器封頭選擇 .......................................................................................................... 34 加熱器接管選擇 .......................................................................................................... 34 加熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果 ................................................................................. 35 結(jié)論 ..............................................................................................................................................36 致謝 .......................................................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。由閃蒸槽流出的尿液進(jìn)入一段蒸發(fā) 器的加熱段加熱至 130℃ ，在 壓力下，尿素濃度達(dá)到 96％（ W） ， 進(jìn)入二段蒸發(fā)加熱器，加熱至 140℃ ，繼續(xù)減壓至 （絕），尿液濃度提高至 ％（ W），尿液進(jìn)入熔融泵送往造粒塔，由旋轉(zhuǎn)噴頭噴灑造粒。這種循環(huán)方式包括氣液分離、液體吸收、氣體冷凝等幾 個(gè)步驟。其生產(chǎn)工藝比較成熟，操作可靠方便，機(jī)泵和非標(biāo)設(shè)備均為國產(chǎn)化 [1]。 2 第 1 章 緒論 尿素的性質(zhì) 尿素別名碳酰二胺、碳酰胺 [2]、脲，由碳、氮、氧和氫四種元素組成，是一種合成無有機(jī)化合物，分子式為 CO(NH2)2，分子量 ，外觀為無色或白色針狀結(jié)晶體或粉末，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，密度 ，熔點(diǎn) ℃ 。對熱不穩(wěn)定，在高溫下可進(jìn)行縮合反應(yīng)，加熱至 150～160℃ 將脫氨成縮二脲、縮三脲和三聚氰酸。 尿素用作肥料 在農(nóng)業(yè)上尿素作為高效氮肥使用，其產(chǎn)量居氮肥生產(chǎn)總量首位 [5]。 尿素用作工業(yè)原料 目前據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全世界尿素作工業(yè)原 料在總產(chǎn)量中占很大比重。 尿素還可用來制作炸藥穩(wěn)定劑、纖維軟化劑、防止結(jié)冰劑、石油精制劑、塑料發(fā)泡劑、織物抗皺劑和漂白劑等等。 1965 年 2 月在中試裝置上完成了高效半循環(huán)法試驗(yàn)，同年 12 月上?；ぱ芯吭涸谌债a(chǎn) 2t 試驗(yàn)裝置上完成了水溶液全循環(huán)的工藝研究，為我國自行設(shè)計(jì)水溶液全循環(huán)工藝尿素裝置提供了詳細(xì)的技術(shù)數(shù)據(jù) [10]。這期間不斷對中尿設(shè)計(jì)進(jìn)行修改，前后共有四個(gè)版本。 小尿素裝置迅速發(fā)展，是符合我國國情的，充分發(fā)揮了原小氮肥廠的優(yōu)勢，不少廠選用本地的煤 [11]。 上世 紀(jì) 90 年代后期至今，小尿素廠加大了技改力度，使裝置能力大幅度提高，汽耗大幅度下降，在中國是水溶液全循環(huán)法工藝裝置高產(chǎn)低耗的楷模。國內(nèi)大、中、小不同型號的水溶液全循環(huán)尿素裝置的發(fā)展也符合我國國情。,溫度為 188177。第一步由氨 與 二氧化碳生成中間產(chǎn)物氨基甲酸銨 NH4COONH2，簡稱甲胺。反應(yīng)速度較慢，達(dá)到動態(tài)平衡時(shí)間較長，一般約需 1h才能達(dá)到平衡，但即使達(dá)到化學(xué)平衡，也不能使全部甲胺都脫水轉(zhuǎn)化為尿素，轉(zhuǎn)化率一般在 55%~70%，因此這個(gè)反應(yīng)是合成尿素的控制反應(yīng) [12]。反應(yīng)液從外冷器出來進(jìn)入一段吸收塔底部，大部分氨和二氧化碳經(jīng)底部鼓泡段吸收下來，少量的氨和二氧化碳在上升過程中被吸收塔頂噴淋的回流氨吸收下來，同時(shí)控制了吸收塔頂溫度，吸收塔底部溫度也被回流的氨來控制鼓泡段的溫度。 二分塔氣相和解吸塔氣相匯合后進(jìn)入兩個(gè)串 聯(lián)的二段循環(huán)冷凝器冷凝，并以二段蒸發(fā)冷凝液為吸收劑進(jìn)行吸收，二循一冷出口溶液經(jīng)一冷外冷器再次冷卻后進(jìn)入一冷上部分離器，從分離器出來的一冷液經(jīng)二段甲銨泵送入一蒸加熱器換熱段（一蒸下部）與精餾氣混合換熱后進(jìn)入一段吸收塔，二循二冷出口尾氣匯合送往尾氣吸收塔最后吸收。二表冷和中間冷凝器的冷凝液 均流入二段蒸發(fā)冷凝液槽（叫二蒸液），作為水力雙吸泵抽射的動力循環(huán)液，同時(shí)經(jīng)二蒸泵一部分送往二段循環(huán)冷凝器作吸收劑用，一部分送往一段蒸發(fā)氣相洗滌器作洗滌劑。 碳銨液用解吸塔給料泵送往解吸塔，其中一部分經(jīng)解吸塔換熱器換熱后進(jìn)入解吸塔中部，另一部分作為冷流送往解吸塔上部控制塔頂溫度，解吸所需熱量由塔底加入蒸汽直接供給，解吸出來的氣體去二循一冷回收，解吸后的廢液送往供水處理后作為造氣的廢熱鍋爐給水。 各工藝不同點(diǎn)在第三個(gè)部分，傳統(tǒng)的水溶液全循環(huán)工藝使用蒸汽加熱分解甲胺和解吸氨，并采用循環(huán)水冷卻，是氨冷凝回收。 其生產(chǎn)工藝流程方框示意圖如下圖 ： 圖 尿素生產(chǎn)工藝流程方框示意圖 本章介紹了水溶液全循環(huán)法制尿素工藝流程包括 :尿素的合成、循環(huán)回收、蒸發(fā)造粒、尾氣吸收與解吸。 計(jì)算條件的確定 1. 計(jì)算基準(zhǔn)：以一噸成品尿素為計(jì)算基準(zhǔn) 2. 成品粒狀尿素規(guī)格為（按國家規(guī)定 [16]）： 含氮量 46％（折合尿素 ％）重量，（其中未含縮二脲含氮量） 縮二脲 ％ 水 ％ 其他雜質(zhì) % 3. 原料消耗定額 年產(chǎn) 20104t 尿素裝置通用設(shè)計(jì)采用的 每 噸尿素原料消耗定額為： NH3 600kg CO2 785kg 4. 每噸成品尿素氨的損耗及其分配 ： 總損失量： 0 3 173960 1729 8 76 0 0 ??????? kg （ 42） 式中 60— 尿素的摩爾質(zhì)量 ； 17— 氨的摩爾質(zhì)量； 103— 縮二脲的摩爾質(zhì)量 ； 3— 每摩爾縮二脲中所消耗氨的摩爾數(shù)； 2— 每摩爾尿素中所消耗氨的摩爾數(shù) 其中： 解吸廢液以尿素形式排出 ； 造粒粉塵以尿素形式排出 ； 熔融尿素生成縮二脲排出氨 ；成品包裝儲運(yùn)以尿素形式排出 ； 一段甲銨泵泄露損失 ； 一段蒸發(fā)冷凝器尾氣損失 ； 中間冷凝器尾氣損失 ； 尾吸塔尾氣損失 ； 解吸塔廢液損失 ； 液氨泵漏損 。四段水分離器后泄露的水蒸汽忽略不計(jì)。 13 （ 5）由一段吸收系統(tǒng)返回尿素合成塔的氨基甲酸銨溶液中的 NH3/CO2 = （摩爾比） ，含循環(huán)尿素 2. 計(jì)算 （ 1）生成尿素的計(jì)算 每噸成品尿素含尿素 987kg 損失尿素 水解尿素 生成縮二脲消耗尿素 ??? kg 式中 2— 生成 1 摩爾縮二脲消耗尿素的摩爾數(shù)。 2. 計(jì)算 （ 1）水解尿素計(jì)算 消耗尿素 消耗 H2O ?? kg 生成 CO2 ?? kg 生成 NH3 ??? kg （ 2）生成縮二脲計(jì)算 18 生成縮二脲 2kg 生成 NH3 ?? kg 消耗尿素 ??? kg （ 3）二段蒸發(fā)器出口熔融尿素 造粒、包裝過程隨空氣及泄露尿素帶走的水忽略不計(jì)，則熔融尿素含水量 3kg， 尿素 ? ? ? = 縮二脲 7 + 2 = 9kg （ 4）二段蒸發(fā)器出口氣體 尿素 CO2 NH3 + = H2O ? 3? = 熔融尿素輸送及造粒包裝物料衡算 1. 條件 （ 1）生成縮二脲 （ 2）造粒粉塵損失尿素 （ 3）成品包裝儲運(yùn)損失尿素 （ 4）隨漏損尿素帶走的水、縮二脲忽略不計(jì) （ 5）進(jìn)出造粒塔的空氣量不變，不作計(jì)算。 冷凝液中水的摩爾數(shù)約為 96％，則水蒸汽實(shí)際分壓 P 水 = ?? KPa 據(jù)測定值，與溶液呈平衡的氨分壓為 ,CO2 分壓為 。 2. 計(jì)算 （ 1）未冷凝氣計(jì)算，據(jù)上述條件及測定數(shù)據(jù)可求得各組分平衡分壓為： NH3 CO2 H2O = 各組分氣相實(shí)際分壓為： 21 P 氨 = = P 二氧化碳 = = P 水 = = P 空氣 = ? ? ? = 設(shè)氣相中有 CO2— X kg， NH3— Y kg ?YX )(17 )(44 ??? ?? XY 聯(lián)立解得，未冷凝氣中： X （ CO2） Y （ NH3） H2O )( ????? kg （ 2）二段蒸發(fā)冷凝液 CO2 ? = NH3 ? = H2O ? = 尿素 表 一頓尿素?fù)Q算成 25t／ h 可得物料衡算 物料 二表冷出口液體 二表冷 未冷凝氣體 入二循 一冷冷凝液 入二循 二冷冷凝液 組份 kg/h W％ kg/h W％ kg/h W％ kg/h W％ Ur Bi CO2 NH3 H2O O2 N2 總計(jì) 溫度（ ℃ ） 40 40 40 40 壓力（ KPa） 22 表 一頓尿素?fù)Q算成 25t／ h 可得物料衡算表 物料 造粒塔粉塵損失 入噴頭熔融尿素 尿素?fù)p失 尿素成品 組份 kg/h W％ kg/h W％ kg/h W％ kg/h W％ Ur 24675 Bi 250 CO2 NH3 H2O 75 O2 N2 總計(jì) 25000 溫度（ ℃ ） 140 ~70 ~70 壓力（ KPa） 熱量衡算 閃蒸槽熱量衡算 1. 計(jì)算依據(jù) 收入物料 二段分解塔出口尿液 125～ 150℃ 尿素 甲胺 縮二脲 6kg 氨 水 合計(jì) 支出物料 （ 1）閃蒸槽出口氣體 壓力 溫度 106℃ NH3 CO2 H2O 合計(jì) （ 2）閃蒸槽出口尿素溶液 壓力 溫度 106℃ 尿素 甲胺 縮二脲 氨 水 23 合計(jì) （ 3）閃蒸槽分解的甲胺與蒸出過剩氨量不大，故對分解熱的計(jì)算過程進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮喕? 一段蒸發(fā)器熱量衡算 1. 計(jì)算依據(jù) （ 1）收入物料 閃蒸槽來尿素溶液 100℃ 尿素 甲胺 縮二脲 氨 水 合計(jì) （ 2）出一段蒸發(fā)器尿素溶液 壓力 溫度 130℃ 尿素 縮二脲 水 合計(jì) （ 3）一段蒸發(fā)氣體 壓力 溫度 130℃ 尿素 NH3 CO2 ， H2O 合計(jì) ； （ 4）出一段蒸 發(fā)器熱能回收段物料 取一段蒸發(fā)器熱能回收段尿素出口溫度 100℃ ，壓力 ，取尿素溶液含水 18％ 。 散熱面積 。 液相 100℃ 尿素 縮二脲 水 合計(jì) 氣相 100℃ NH3 CO2 H2O 計(jì) （ 5）縮二脲的顯熱并入尿素計(jì)算，縮二脲生成熱忽略不計(jì)，尿素濃縮熱量量不大，并入加熱段計(jì)算。 （ 5）閃蒸槽進(jìn)出口