【正文】 6 ~ 4000kt/a 尿素 項(xiàng)目 —初步設(shè)計(jì)說明書 表 閃蒸罐能量衡算表 輸入 輸出 項(xiàng)目 熱量（ KJ） 項(xiàng)目 熱量（ KJ） 帶入熱 q1 67457863 帶入熱 q2 65423453 合計(jì) 67457863 帶入熱 q3 8542342 甲銨分解熱 q4 533545 熱損失 q5 3245 合計(jì) 74502585 一段蒸發(fā)器 表 一段蒸發(fā)器能量衡算表 輸入 輸出 項(xiàng)目 熱量（ KJ） 項(xiàng)目 熱量（ KJ） 進(jìn)液帶入 q1 21389048 出液帶出 q2 793212 尿素濃縮熱 q3 345609 蒸發(fā)氣帶出熱 q4 32464987 氣體冷凝熱 q5 43456981 甲銨分解人 q6 4359652 熱負(fù)荷 q7 53147487 合計(jì) 37617851 合計(jì) 118339125 二段蒸發(fā)器 表 二段蒸發(fā)器能量衡算表 輸入 輸出 項(xiàng)目 熱量（ KJ） 項(xiàng)目 熱量（ KJ） 尿液帶入熱 q1 6834904 濃縮液帶出熱 q2 9832134 蒸汽供熱 q3 35467543 氣體帶出 q4 2432732 合計(jì) 42302447 熱損失 q5 64321 合計(jì) 12329187 低壓甲銨冷凝器 ~ 27 ~ 4000kt/a 尿素 項(xiàng)目 —初步設(shè)計(jì)說明書 表 低壓甲銨冷凝器能量衡算表 輸入 輸出 項(xiàng)目 熱量（ KJ） 項(xiàng)目 熱量（ KJ） 精餾塔氣體帶入熱 q1 6734929 去高洗塔帶出熱 q2 5498920 解析液帶入熱 q3 2937584 冷凝水吸熱 q4 45893234 甲銨放熱 q5 348978323 合計(jì) 51392154 合計(jì) 358650836 解吸系統(tǒng) 表 解析系統(tǒng)能量衡算表 輸入 輸出 項(xiàng)目 熱量 (KJ) 項(xiàng)目 熱量（ KJ） 進(jìn)液帶入 q1 6737849 出塔氣帶出 q2 4872890 甲銨熔融熱 q3 8730932 甲銨生成熱 q4 1539453 蒸汽供熱 q5 89654 合計(jì) 6412343 合計(jì) 15558435 原料用量一覽表 表 噸尿素消耗指標(biāo) 液氨 /Kg 566 CO2/Kg 755 蒸汽總消耗 /t 工藝蒸汽消耗 /t 低壓蒸汽產(chǎn)量 /t 冷卻水消耗 /m3 110 ~ 28 ~ 4000kt/a 尿素 項(xiàng)目 —初步設(shè)計(jì)說明書 工藝創(chuàng)新性說明 在 CO2 汽提法尿素裝置中，高壓洗滌塔冷卻器采用高壓調(diào)溫水進(jìn)行冷卻，而高壓調(diào)溫水經(jīng)循環(huán)水冷卻降溫后循環(huán)使用。塔內(nèi)裝有一定數(shù)量的塔盤，是氣液接觸和傳質(zhì)的基本構(gòu)件；屬逐級(jí)（板）接觸的氣液傳質(zhì)設(shè)備；氣體自塔底向上以鼓泡或噴射的形式穿過塔板上的液層，使氣液相密切接觸而進(jìn)行傳質(zhì)與傳熱；兩相的組分濃度呈階梯式變化。這是因?yàn)橐环矫姘迨剿慕Y(jié)構(gòu)上容易實(shí)現(xiàn)，此外，塔板上有較多的滯液以便與加熱或冷卻管進(jìn)行有效地傳熱； 綜合考慮，本項(xiàng)目精餾分離的塔型初步采用板式塔。 ~ 31 ~ 4000kt/a 尿素 項(xiàng)目 —初步設(shè)計(jì)說明書 p = = = 2）設(shè)計(jì)溫度 考慮到操作彈性及意情況，取其最高值并留一定的余量，取設(shè)計(jì)溫度 t=150℃ 。 （ 3）塔筒體的校核 將以上的計(jì)算結(jié)果輸入到 當(dāng)中去校核。 ~ 32 ~ 4000kt/a 尿素 項(xiàng)目 —初步設(shè)計(jì)說明書 圖 51 史密斯關(guān)聯(lián)圖 查圖得， C20 = C = C20 (?L20)= ( )= 因此 umax = C√ρL ? ρVρV== 取安全系數(shù)為 ，則空塔氣速為 u = = = 所以 D = √4Vsπu = 按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后， D = 3800mm 實(shí)際塔截面積： AT = π4 D2 = π4 = 實(shí)際空塔速度 u = VsAT= 安全系數(shù) uumax = = 在安全范圍 ~，合適。 工業(yè)上需分離的物料及其操作條件多種多樣，為了適應(yīng)各種不同的操作要求，迄今已開發(fā)和使用的塔板類型繁多。但也有例外，鮑爾環(huán)及某些新型填料在大塔中的使用效果可優(yōu)于板式塔； （ 5）一般填料塔比板式塔重； 塔型選擇一般原則 選擇時(shí)應(yīng)考慮的因素有：物料性質(zhì)、操作條件、塔設(shè)備性能及塔的制造、安裝、運(yùn)轉(zhuǎn)、維修等。 第五章 設(shè)備選型 方案 塔設(shè)備設(shè)計(jì)（以 T202 為例） 塔設(shè)備的工藝性能，對(duì)整個(gè)裝置的產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量、生產(chǎn)能力和消耗定額，以及 “三廢 ”處理和環(huán)境保護(hù)等各個(gè)方面，都有重大影響。解吸塔底部出來的液體通過換熱器 E401 與入塔溶液換熱后，再通過塔底液位自動(dòng)控制減壓后送入下水道，水中含有尿素 %，氨 %，溫度約為 70℃。離開二段蒸發(fā)器底部的尿素熔體，由熔融尿素泵 P602 送入造粒塔頂 T601 的造粒噴頭，噴淋造粒。 而出精餾塔的氣體與解吸塔來的氣體一并進(jìn)入低壓甲銨冷凝器 E302 的底部。從高壓洗滌塔頂 T101 出來還含有氨、二氧化碳的惰性氣體進(jìn)入吸收塔，被冷凝液吸收后放空。 合成和汽提 在高壓甲銨冷凝器 E101 上部送入新鮮的液氨，含有氨和二氧化碳的汽提氣以及循環(huán)返回系統(tǒng)的甲銨液也在 14Mpa下送入，出口溫度為 168— 170℃，氨 /二氧化碳為 — ，水 /碳為 — 。杜絕了工藝過程的燃爆危險(xiǎn)性，在高壓洗滌器后設(shè) 4105 Pa 吸收塔吸收高壓工序未凝氣，減少了尿素裝置的消耗。流程短，設(shè)備少，易操作，操作壓力、溫 ~ 11 ~ 4000kt/a 尿素 項(xiàng)目 —初步設(shè)計(jì)說明書 度較低，降低合成塔要求，降低了爆炸的危險(xiǎn)性 ，節(jié)省壓縮機(jī)和泵的動(dòng)力，蒸汽和冷卻水用量少。加上分解工段廣泛采用降膜換熱器，因而尿素溶液在裝置內(nèi)的存量減到最小，且不必排放。 在氨氣提法工藝中，二氧化碳進(jìn)料量的 85％左右在高壓合成回路中循環(huán)。后工序儀設(shè)置了低壓分解吸收系統(tǒng)；真空蒸發(fā)系統(tǒng)包括了 2段真空蒸發(fā)和冷凝系統(tǒng)，并設(shè)置了工藝?yán)淠禾幚砉ば颍婵照舭l(fā)后的尿液送入最終造粒工序。此外，循環(huán)甲銨液量大時(shí)可能結(jié)晶堵塞管道，操作維修麻煩。 尿素 生產(chǎn)方法 簡(jiǎn)介 工業(yè)上尿素 的生產(chǎn)方法主要有三個(gè)：水溶液全循環(huán)法、二氧化碳汽提法和氨汽提法。 工藝原料資源可行性 該項(xiàng)目采用的主要原料是 氨和二氧化碳 。 產(chǎn)品的數(shù)量、規(guī)格和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)如下： （ 1） 尿素的數(shù)量、規(guī)格和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 本項(xiàng)目的產(chǎn)品為尿素，年產(chǎn)量 400 萬噸，含量 %，屬于優(yōu)等品。其分解釋放出的 CO2 也可被作物吸收，促進(jìn)植物的光合作用。 作化肥用 尿素是一種高濃度氮肥，屬中性速效肥料，也可用來生產(chǎn)多種復(fù)合肥料。尿素易溶于水和液氨，其溶解度隨溫度升高而增大?？茖W(xué)論證項(xiàng)目的技術(shù)可靠性、項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性，實(shí)事求是地做出研究結(jié)論。 ~ 5 ~ 4000kt/a 尿素 項(xiàng)目 —初步設(shè)計(jì)說明書 尿素的物理化學(xué)性質(zhì)及用途 尿素的物理性質(zhì) 尿素的化學(xué)名稱為碳酰二胺，分子式為 CO(NH2)2，分子量為 ，含氮量為 %。 尿素的化學(xué)性質(zhì) 尿素 呈微堿性 ， 可與酸作用生成鹽。在土壤中不殘留任何有害物質(zhì)，長(zhǎng)期施用沒有不良影響，但在造粒中溫度過高會(huì)產(chǎn)生少量縮二脲，又稱雙縮脲，對(duì)作物有抑制作用。在土壤中，尿素能增進(jìn)磷、鉀、鎂和鈣的有效性，且施入土壤后無殘存廢物。 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：尿素執(zhí)行中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《尿素》（ GB 2440—— 2021） 如表 所示。 解放前中國(guó)只有兩家規(guī)模不大的合成氨廠，解放后合成氨工業(yè)有了迅速發(fā)展。 當(dāng)今尿素生產(chǎn)工藝技術(shù)已趨于成熟，無論采用何種生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)過程中主要原料消耗大體上是一致的，其先進(jìn)與否主要體現(xiàn)在公用工程即水、電、汽的消耗， NH3和 C02的回收利用、環(huán)保排放以及設(shè)備結(jié)構(gòu)、設(shè)備布置等方面。此流程已逐漸失去優(yōu)勢(shì)。 改進(jìn)型 CO2 汽提法工藝流程由以下工序組成：高壓圈主要包括尿素合成塔、高壓洗滌器、高壓噴射器、汽提塔和甲銨冷凝器，后工序僅設(shè)置了低壓分解吸收系統(tǒng)。只有余下大約 15％的二氧化碳以甲銨液的形式用泵加壓返回合成塔。減少了排放液所帶來的氨損失和對(duì)環(huán)境的污染。缺點(diǎn)：對(duì)設(shè)備的腐蝕性較大，操作上要求比較高，一次性投入較大。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。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。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。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。顆粒狀尿素從造粒塔底出來送往儲(chǔ)存包裝。 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。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。 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。 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。 （ 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。 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。 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~。 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??； （ 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。 ~ 29 ~ 4000kt/a 尿素 項(xiàng)目 —初步設(shè)計(jì)說明書 （ 1）板式塔。 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