年產(chǎn)5萬(wàn)噸水溶液全循環(huán)法生產(chǎn)尿素工藝設(shè)計(jì)(存儲(chǔ)版)
【正文】 溫度為 186~190℃ ，壓力為 200kg 左右 ,NH 3/ CO2的摩爾比和 H2O/CO2的摩爾比控制在一定的范圍內(nèi)。為了減少硫化氫對(duì)尿素設(shè)備及管道的腐蝕，首先必須對(duì)其進(jìn)行脫硫。 過(guò)濾后的液氨送入液氨緩沖槽的原料室中。尿素濃縮可以采用蒸發(fā)法，也可以采用結(jié)晶法。 （一）溫度的影響 尿素合成的控制反應(yīng)是甲銨脫水，它是一個(gè)微吸熱反應(yīng)，故提高溫度甲銨脫水速度加快。 “氨過(guò)量率 ”是指原料中氨量超過(guò)化學(xué)反應(yīng)式的理論量的摩爾百分?jǐn)?shù)。從平衡移動(dòng)原理可知：水量增加，不利于尿素的形成．它將導(dǎo)致尿素平衡轉(zhuǎn)化率下降。但是，反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，設(shè)備容積要相應(yīng)增大，或生產(chǎn)能力下降，同時(shí) ，甲銨的不穩(wěn)定性增加，尿素縮合反應(yīng) 14 加?。壹卒@對(duì)設(shè)備的腐蝕也加劇，操作控制比較困難。含硫化氫的二氧化碳?xì)怏w，自上而下通過(guò)多層氫氧化鐵脫硫劑，發(fā)生脫硫反應(yīng)，從塔的底部流出。外殼為整體鍛造或多層鋼板卷焊制成的高壓圓筒，頂 蓋于筒體的密封結(jié)構(gòu)，也可以采用強(qiáng)制式的，目前都采用強(qiáng)制式的，其結(jié)構(gòu)圖如圖 7。接管 7 進(jìn)入液氨緩沖槽。 (1) 計(jì)算范圍以反應(yīng)器為計(jì)算范圍，如圖 13 所示。4532 =4095164 21 =103kJ/() Cp,m(NH3)=+103453+(–)247。在此我衷心地祝愿你們永遠(yuǎn)健康、快樂(lè)。雖然這三年有很多遺憾，但我并沒(méi)有虛度。 感謝所有的任課老師，是你們讓我學(xué)到了很多知識(shí)；教會(huì)了我許多專業(yè)技能；給我的論文提供了很大的幫助。 (2) 選擇數(shù)據(jù) 298K 標(biāo)準(zhǔn)生成熱如下： ΔfHθm(CO2)=–； ΔfHθm（ H2O） = – kJ/mol ΔfHθm(NH3)=– kJ/mol； ΔfHθm（ CO(NH2)2） = – kJ/mol ΔfHθm（ NH2COONH4） =– kJ/mol 表 4 各物料的定壓熱容 （ 298K 時(shí)的 Cθp,m） 物料名稱 Cθp,m J/() NH3 CO2 NH2COONH4 CO(NH2)2 H2O 根據(jù) Cp,m=a+bT+cT 或 Cp,m=a+bT+c’T 計(jì)算初始溫度為 25℃ 升到 180℃ 時(shí)的 Cp,m，熱損失為反應(yīng)放熱量的 10%。 圖 11 低壓吸收第一氨基甲酸銨冷凝器 1上管箱； 2上管板； 3出水口； 4殼體； 5換熱； 6膨脹節(jié)； 7下管板； 8入水口； 9排氣口 （七）氨吸收塔 吸收塔是一立式填料塔，它的主要作用是吸收高、低壓循環(huán)系統(tǒng)尾氣中的氨氣，其結(jié) 構(gòu)如圖 12。該設(shè)備為臥式列管式熱交換器，用碳鋼制成。尿素的合成反應(yīng)需要一段時(shí)間，所以塔內(nèi)需要有足夠的空間，反應(yīng)中不需要外加催化劑和換熱裝置，所以合成塔為空筒形式，有的內(nèi)裝有塔板，以防物料的返混。工業(yè)生產(chǎn)中，原料 CO2 氣濃度要求 98%（體積），愈純愈好。甲銨脫水速率隨溫度升高和氨碳比加大而加快。 13 （三）水碳比 水碳比是指合成塔進(jìn)料中 H2O/CO2的摩爾比，常用符號(hào) b 來(lái)表示。溫度繼續(xù)升高，平衡轉(zhuǎn)化率下 降。熔融尿素 (140℃ )→ 尿素粒子 (140℃ )→ 尿素粒子 (60℃ )。 （三）尿素溶液的蒸發(fā)與造粒 尿素合成反應(yīng)液經(jīng)二次減壓加熱和閃蒸，將未反應(yīng)物分離之后，得到溫度為95℃ 、濃度為 73%~75%的尿素溶液，貯存于尿液貯槽。在液滴分離器之前設(shè)有放空閥，當(dāng)系統(tǒng)停車或生產(chǎn)能力驟減時(shí)，由此放出一部分二氧化碳 。 2．二氧化碳 二氧化碳 是無(wú)色氣體，在一定條件下可以液化，在強(qiáng)烈冷卻時(shí)可以變?yōu)楣腆w，成為干冰，其分子式為 CO2，分子量為 44，其臨界壓力為 ，臨界溫度為 31℃ ，臨界密度為 ∕cm3，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氣體密度為 ∕L,液體的密度為 ∕cm3，沸點(diǎn)為 ℃ ，熔點(diǎn)為 ℃ . 尿素生產(chǎn) 對(duì)原料二氧化碳?xì)獾囊鬄?： CO2含量＞ %（體積分?jǐn)?shù)） H2S 含量＜ 15mg/m3。 （ 2）合成尿素工藝流程 水溶液全循環(huán)法合成尿素工藝流程簡(jiǎn)圖如圖 3， 由造氣爐產(chǎn)生的半水煤氣脫碳后，其中大部分的二氧化碳由脫碳液吸收、解吸后，經(jīng)油水分離器，除去二氧化碳?xì)怏w中攜帶的脫碳液，進(jìn)入二氧化碳?jí)嚎s機(jī)系統(tǒng)，由壓縮機(jī)出來(lái)的二氧化碳?xì)怏w壓力達(dá)到 16 kg 后進(jìn)入尿素合成塔。氨基甲酸銨從預(yù)分離器底部出來(lái)進(jìn)入中壓循環(huán)加熱器，用蒸汽加熱進(jìn)一步提高溫度，促使殘余氨基甲酸銨分解。 因此決定反應(yīng)速率的因素有兩個(gè)： ① 氨和二氧化碳由氣相進(jìn)入液相的速率 ② 液相中甲銨脫水的速率。增加反應(yīng)物料的停留時(shí)間能提高轉(zhuǎn)化率，但并不經(jīng)濟(jì)。 （一）反應(yīng)原理 生產(chǎn)尿素的原料是氨和二氧化碳，后者是合成氨廠的副產(chǎn)品。 4．尿素的發(fā)展前景與展望 尿素的合成是第一次用人工方法從無(wú)機(jī)物制得有機(jī)化合物。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。其生產(chǎn)過(guò)程如圖 1 所示 。按未反應(yīng)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。尿素屬中性速效肥料，長(zhǎng)期施用不會(huì)使土壤發(fā)生板結(jié)。目前在尿素生產(chǎn)中加入石蠟等疏水物質(zhì)，其吸濕性大大下降。尿素含氮(N)46％，是固體氮肥中含氮量最高的。尿素易溶于水和液氨，其溶解度隨溫度升高而增 大。 1 摘 要 由于具有生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)操作易于掌握；生產(chǎn)設(shè)備容易制造，投資較??；施用后見(jiàn)效快，增產(chǎn)顯著等特點(diǎn)，尿素在各種肥料新品種不斷涌現(xiàn)的情況下產(chǎn)銷量仍持高不下。尿素較易吸濕，貯存要注意防潮。因?yàn)樵谌四蛑泻羞@種物質(zhì)，所以取名尿素。 20℃ 時(shí)臨界吸濕點(diǎn)為相對(duì)濕度 80％，但30℃ 時(shí)，臨界吸濕點(diǎn)降至 %，故尿素要避免在盛夏潮濕氣候下敞開(kāi)存放。尿素是目前使用的含氮量最高的化肥。因此從合成塔出來(lái)的尿素溶液中除了尿素外，還有氮和甲銨。全循環(huán)法尿素生產(chǎn)主要包括四個(gè)基本過(guò)程： ① 氨和二氧化碳原料的供應(yīng)及凈化； ② 氨和二氧化碳合成尿素； ③ 未反應(yīng)物的分離與回收； ④ 尿素溶液的加工。由于該工藝高壓設(shè)備較少，高壓系統(tǒng)停車保壓時(shí)間可以達(dá)到 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(shí)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。高壓二氧化碳?xì)馓崴訜嵝枰恼羝焚|(zhì)較高，為，不如水溶液全循環(huán)尿素需用的蒸汽壓力低。 5 二、水溶液全循環(huán)法生產(chǎn)尿素的原理 水溶液全循環(huán)法是將未反應(yīng)的氨和二氧化碳經(jīng)減壓加熱分解分離后，用水吸收生成甲銨或碳酸銨水溶液再循環(huán)返回合成系統(tǒng)。反應(yīng)物料中水的存在將降低轉(zhuǎn)化率，在工業(yè)設(shè)計(jì)中要把循環(huán)物料中的水量降低到最小限度。 2． 反應(yīng)速度 從生成尿素的反應(yīng)機(jī)理可知甲銨脫水是反應(yīng)的控制階段，但甲銨脫水反應(yīng)在氣相中不能進(jìn)行，在固相中反應(yīng)速率較慢，而在液相中反應(yīng)速率較快，故甲銨脫水生成尿素的反應(yīng)必須在液相中進(jìn)行。尿素熔融物從塔頂出來(lái)進(jìn)入預(yù)分離器，將氨基甲酸銨和氨進(jìn)行分離。 一段蒸發(fā)分離器、二段蒸發(fā)分離器及閃蒸槽出來(lái)的氣體，大部分
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