【正文】 公司發(fā)明的 Stamicarbon 二氧化碳汽提技術(shù)。采用該工藝技術(shù)的尿素裝置，工藝流程短，設(shè)備少，生產(chǎn)穩(wěn)定，消耗低。其工藝流程具體如下所述： 原料液氨和氣體二氧化碳的壓縮 有外界供給的液氨，用高壓氨泵 P101 將壓力提高到 ，經(jīng)氨加熱器進(jìn)一步加熱到 70℃，送入高壓噴射泵 P102，將高壓洗滌塔 T101 出來的甲銨液增壓，一并送入高壓冷凝器 E101。換熱器用壓力為 溫度為 143℃的沸水冷卻，物料中的氣體被冷凝，反應(yīng)生成甲銨，放出冷凝熱和生成熱，產(chǎn)生 的蒸汽用于后續(xù)工段。高壓洗滌塔 T101 下部是直立管式浸沒冷凝器，器內(nèi)充滿液體，氣體鼓泡向上通過，上部為鼓泡段。送入吸收的冷凝液是從氨水儲(chǔ)槽分別用解吸塔給料 泵及升壓泵 P401 經(jīng)過頂部加料冷卻器送入吸收塔的上端填料層，用閃蒸槽冷凝液泵將冷凝液送入下端填料層，在塔底所得的稀甲銨液，部分返回下端填料層循環(huán)吸收，部分送入低壓洗滌塔 T301 中吸收從低壓甲銨冷凝器 E302 出來的氨和二氧化碳最終甲銨從低壓吸收塔底部進(jìn)入高壓甲銨泵 P103，升壓后經(jīng)高壓洗滌塔返回甲銨冷凝器。從汽提塔 T201 頂出來的氣體送入高壓冷凝器 E101 的頂部，汽提塔用 飽和蒸汽進(jìn)行加熱。為了移走甲銨生成熱與冷凝熱用調(diào)溫水冷卻，而調(diào)溫水又在循環(huán)水冷卻器中冷卻，這樣可以避免冷卻水溫度過低而引起固體甲銨生成。 從精餾塔底部出來的溶液進(jìn)入閃蒸罐 F302，在溶液減壓時(shí)少量的氨同大量的蒸汽從溶液中逸出，使溶液在溫度從 135℃降到 90— 95℃，得到尿素溶液濃度約為 73%，再流入尿液儲(chǔ)槽 V401。顆粒狀尿素從造粒塔底出來送往儲(chǔ)存包裝。 解吸塔是浮閥塔，進(jìn)入的液體經(jīng)過各層踏板上的溢流管層流下，從塔底流出。 物料衡算 本設(shè)計(jì)物料衡算假設(shè)為理想化，副反應(yīng)生成的少量縮二脲，忽略不計(jì)，且生產(chǎn)過程中物料無損失。 其流程為：高壓調(diào)溫水經(jīng)高調(diào)水泵增壓后，經(jīng)高調(diào)水冷卻器換熱控制溫度在 110— 120℃之間，進(jìn)入高壓洗滌器冷卻器，經(jīng)換熱后溫度升高到 135℃以上，再返回到高調(diào)水泵進(jìn)口循環(huán)使用。因此，塔設(shè)備的設(shè)計(jì)和研究，對(duì)石油、化工等工業(yè)的發(fā)展起著重要的作用。 （ 2）填料塔。 1）下列情況優(yōu)先選用填料塔 （ 1）在分離程度要求高的情況下，因某些新型填料具有很高的傳質(zhì)效率，故可采用新型填料以降低塔的高度； （ 2）對(duì)于熱敏性物料的蒸餾分離，因新型填料的持液量較小，壓降小，故可優(yōu)先選擇真空操作下的填料塔； （ 3）具有腐蝕性的物料，可選用填料塔。 塔盤的類型與選擇 根據(jù)塔板上氣、液兩相的相對(duì)流動(dòng)狀態(tài)，板式塔分為穿流式和溢流式。 浮閥塔在蒸汽負(fù)荷、操作彈性、效率和價(jià)格等方面都比泡罩塔、篩板塔優(yōu)越，結(jié)合本項(xiàng)目實(shí)際情況，初步選擇浮閥塔。 3）設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 強(qiáng)度失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。 （ 2）塔厚的計(jì)算 塔體和封頭都選用 15MnR，取焊接接頭系數(shù)為 ，在厚度為 3~15mm時(shí)，溫度在 0~150℃之間，屈服極限 ReL = 325MPa，許用應(yīng)力 ? = 189MPa。 如果此校核通過，則進(jìn)行塔板及附件的工藝設(shè)計(jì)，否則更改以上的設(shè)。 筒體的計(jì)算厚度 δ = pcDi2[?]t?? pc= 封頭的計(jì)算厚度 ~ 33 ~ 4000kt/a 尿素 項(xiàng)目 —初步設(shè)計(jì)說明書 δ′ = pcDiK2[?]t??c= 取腐蝕余量為 C2 = 4mm， 筒體設(shè)計(jì)厚度 δc = δ+ 4 = 封頭設(shè)計(jì)厚度 δc′ = δ′ +2 = 考慮到鋼板負(fù)偏差 C1 = ，取筒體和封頭的名義厚度均為 δn = 12m 水壓試驗(yàn)壓力 pT = [?][?]t = = 試驗(yàn)壓力校核 ?T = pT(Di +δe)2δe= ≤ = 325 = 水壓試驗(yàn)壓力合適。ρVρV，式中 C由 C = C20 (σL20)，其中的 C20由書中圖查取， 圖的橫坐標(biāo)為： (LsVs)√ρLρV== 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，試取板間距 HT = 600mm，板上液層高度 hL = 90mm，則HT ? hL = 510mm。 1）設(shè)計(jì)壓力 工藝采用的工作壓力為 pw = ，設(shè)計(jì)壓力取最高工作壓力的~。穿流式塔板操作不穩(wěn)定，很少使用。 2）下列情況優(yōu)先選用板式塔： （ 1）塔內(nèi)液體滯液量較大，操作負(fù)荷變化范圍較 寬，對(duì)進(jìn)料濃度變化要求不敏感，操作易于穩(wěn)定； （ 2）液相負(fù)荷較?。? （ 3）含固體顆粒，容易結(jié)垢，有結(jié)晶的物料，因?yàn)榘迨剿蛇x用液流通道較大的塔板，堵塞的危險(xiǎn)較小； （ 4）在操作過程中伴隨有放熱或需要加熱的物料，需要在塔內(nèi)設(shè)置內(nèi)部換熱組件，如加熱盤管，需要多個(gè)進(jìn)料口或多個(gè)側(cè)線出料口。 選型時(shí)需要考慮的因素 （ 1）若氣相傳質(zhì)阻力大，宜采用填料塔； （ 2）大的液體負(fù)荷，可選用填料塔； （ 3）液氣比波動(dòng)的適應(yīng)性，板式塔優(yōu)于填料塔； （ 4）操作彈性，板式塔較填料塔大，其中以浮閥塔最大，泡罩塔次之； （ 5）對(duì)于多數(shù)情況，塔徑大于 800mm，宜用板式塔，小于 800mm 時(shí)，則可用填料塔。 ~ 29 ~ 4000kt/a 尿素 項(xiàng)目 —初步設(shè)計(jì)說明書 （ 1）板式塔。 采用以上節(jié)能措施，可生產(chǎn)低壓蒸汽以及減少冷凝水消耗，直接回收熱量107KJ/h，生產(chǎn)低壓蒸汽 萬噸 /年，冷凝水消耗減少 萬 立方米 /年。 入塔混合物： n(NH3):n(CO2)=3:1 n(H2O):n(CO2)= 氣相物料 n(v):液相物料 n(l)= 氣相物料中： CO2 占總的 13%（體積分?jǐn)?shù)） n(NH3):n(CO2)=:1 惰性氣體 %（體積分?jǐn)?shù)） 出塔氣體物料組成（體積分?jǐn)?shù)）： 22%CO2 %惰性氣體 %NH3 （ 2）計(jì)算： a進(jìn)塔混合物 H： CO2 轉(zhuǎn)化率為 58%生產(chǎn) 8333Kmol/h 尿素需 CO2 的量（每年按 8000h 計(jì)算） n(CO2) = = 14367Kmol ~ 16 ~ 4000kt/a 尿素 項(xiàng)目 —初步設(shè)計(jì)說明書 n(NH3):n(CO2)=3:1 n(NH3)=43101Kmol n(H2O):n(CO2)= n(H2O)= 惰性氣體物質(zhì)的量為 n(x)含量為 %，則： n(x)n(x):14367:43101: = % n(x)=325Kmol/h n(H) = 14367+ 43101 + +325 = 氣相物料 n(v):液相物料 n(l)= n(l)=49982Kmol/h n(v)= n(v)中各組分： CO2 占總的 13% n(CO2)= n(NH3):n(CO2)=:1 n(NH3)= n(H2O)== n(l)中各組分： n(CO2)== n(NH3)== n(H2O)== b出塔氣體組成 G: %惰性氣體 325Kmol 則： 325/=4392Kmol 含 22% CO2 n(CO2)=966Kmol 含 % NH3 n(NH3)=3101Kmol c出塔液相組成 F： 生成的尿素 CO(NH2)2 物質(zhì)的量 8333Kmol 需要 CO2 8333Kmol NH3 16666Kmol 生成 H2O 8333Kmol 則 F物料中 : n(CO2)=143679668333=5068 Kmol n(NH3)= 43101310116666=38334 Kmol ~ 17 ~ 4000kt/a 尿素 項(xiàng)目 —初步設(shè)計(jì)說明書 n(H2O)= +8333= Kmol 表 CO2 NH3 H2O 惰氣 Ur 合計(jì) 輸 V(Kmol) 325 入 L(Kmol) 49982 輸 G(Kmol) 966 3101 325 4392 出 F(Kmol) 5068 38334 8333 汽提塔（ T201） （ 1）操作條件： 進(jìn)塔氣體 K（體積分?jǐn)?shù)） %CO2， %惰性氣體 進(jìn)塔液體 F 其中： n(Ur)=8333Kmol n(CO2)= 5068Kmol n(NH3)=38334Kmol n(H2O)= 在汽提過程中有（體積分?jǐn)?shù)）： 73%CO2 86%NH3 12%H2O 從液體中蒸出 （ 2）計(jì)算： a進(jìn)塔氣 K生產(chǎn) 8333Kmol 尿素需 CO2 8333Kmol， 則： n(K)=8333/=8460Kmol 惰性氣體： 8460 =325Kmol b去精餾塔 D: 合成液中有 73%CO2 86%NH3 12%H2O 從液體中蒸出 則物料 D中： n(CO2)= 5068 ()= Kmol n(NH3)= 38334 ()= Kmol n(H2O)= ()= Kmol c 去高壓甲銨冷凝器： n(CO2)=8333+= Kmol n(NH3)= = Kmol ~ 18 ~ 4000kt/a 尿素 項(xiàng)目 —初步設(shè)計(jì)說明書 n(H2O)= = Kmol n(惰氣 )=325 Kmol n(總 )= Kmol 表 汽提塔物料平衡表 CO2 NH3 H2O 惰氣 Ur 合計(jì) 輸 原料氣 (Kmol) 8333 325 8460 入 合成塔 (Kmol) 5068 38334 8333 輸 精餾塔 (Kmol) 8333 出 高冷器 (Kmol) 325 高壓甲銨冷凝器（ E101） （ 1）操作條件： 汽提塔物料 n(總 )= Kmol 其中： n(CO2)= Kmol n(NH3)= Kmol n(H2O)= Kmol n(惰氣 )=325 Kmol 去合成塔 H物料： n(H)= 其中： n(v)的組成： n(CO2)= n(NH3)= n(H2O)= n(惰氣 )=325Kmol n(l)的組成： n(CO2)= Kmol n(NH3)= Kmol n(H2O)= Kmol 液氨的組成： % NH3 % H2O （ 2）計(jì)算： a 液氨： 生成 8333Kmol 尿素需消耗 16666Kmol NH3 則液氨的量： 16666/=16750Kmol n(H2O)= 16750 %=84Kmol b 高壓洗滌塔物料： ~ 19 ~ 4000kt/a 尿素 項(xiàng)目 —初步設(shè)計(jì)說明書 n(CO2)= += Kmol n(NH3)=+= Kmol n(惰氣 )=325325=0 n(H2O)=+= Kmol 表 高壓甲銨冷凝器物料平衡表 CO2 NH3 H2O 惰氣 輸 高壓洗滌塔 (Kmol) 汽提塔 (Kmol) 325 入 液氨 (Kmol) 16666 84 輸 V(Kmol) 325 出 L(Kmol) 高壓洗滌塔（ T101） （ 1）操作條件： 高壓冷凝器 I物料： n(CO2)= Kmol n(NH3)= Kmol n(惰氣 )=0 n(H2O)= Kmol 來自合成塔 G物料： n(CO2)=966Kmol n(NH3)=3101Kmol n(惰氣 )=325 Kmol n(H2O)=0 a 放空氣體： 惰性氣體 325 Kmol （ 2）計(jì)算： b 低壓甲銨冷凝器 C物料： n(CO2)== Kmo n(NH3)== Kmo n(H2O)= Kmo n(總 )= Kmo ~ 20 ~