【正文】 溫吸熱 混合物比熱 查 [1]得 :取 %氨水的比熱為 : )/( ℃?kgkcal . 尿素的比熱為 : )/( ℃?kgkcal 甲銨的比熱為 : )/( ℃?kgkcal )/( ℃????????? kgk c alC p ak c alHHHH /)150190( 7716987 ?????????????? 10H? 定性溫度為 : 1252 150100 ?? ℃ 查 [3]得 125℃ 時 , PC = )/( ℃?kgkcal 則 10H? =n PC T? = ak c a l /)100150( 75 ?????? 11H? 定性溫 度為 ℃17 02 19 015 0 ?? 四川理工學院畢業(yè)設計 (論文 ) 第三章 熱量衡算 13 查 [3]得 170℃ 時 , PC = )/( ℃?kgkcal 則 11H? =n PC T? = ak c a l /)150190( 75 ?????? 12H? 查 [1]有 : 221atm,t℃ 時 i =xi kmolkcal/ 221atm,℃ 時 i =268 kmolkcal/ ak c aliiimH XX /10) 2 3 0(10)268()( 7712 ??????????? 13H? NH3在臨界溫度下汽化 ,其熱效應為 0,則 akcalH /013 ?? 14H? 查 [3]得 : 221atm ,℃ i =268 kmolkcal/ 221atm , 150℃ i =298 kmolkcal/ ak c a limH / 3 7)2 6 82 9 8(10)( 7714 ?????????? 15H? 反應熔融物中氨溶于水形成氨水濃度為 :% 最終狀態(tài)氨水濃度為 :%,混合熱為 95 kmolkcal/ NH3 最初狀態(tài)氨水濃度為 :100%,混合熱為 0 kmolkcal/ NH3 ak c a lH / 3 69510)( 7715 ??????? 17H? 查 [1]得 年產(chǎn) 11 萬噸的尿素生產(chǎn)設計中 ,損失為 hkcalH /22466439。 設計 條件 (1)操作壓力 : P=18atm(絕 ) (2)操作溫度 : 進加熱器尿液溫度 t1=124℃ 四川理工學院畢業(yè)設計 (論文 ) 第四章 主要設備工藝設計 19 出加熱器尿液溫度 t2=160℃ (3)加熱蒸汽條件 壓力 : P 汽 =(絕 ) 溫度 : t 汽 =℃ 冷凝溫度 : t 凝 =℃ 冷凝潛熱 : r=475 kgkcal/ (4)熱負荷 akca lQ / 7?? (5)物料濃度 進加熱器尿液濃度 : % 出加熱器尿液濃度 : % (6)有效平均溫度 mt? 2121ln)()(tttttttttm???????凝凝凝凝 1 6 8 81 2 8 8ln )1 6 8 8()1 2 8 8(?? ???? ℃? (7) 查 [1]得 )/()/(1 0 1 5 262 ℃℃ ??????? amk c a lhmk c a lk 傳熱面積 A 由已知條件得傳熱量為 akca lQ / 7?? tkQA ?? 6 7?? ?? m? 選用加熱器有 [5]:為浮頭式單殼程換熱器 Dg=400 mm, Pg=40 2/cmkg ,管程數(shù) 2 ,殼程數(shù) 1 , 列管長度 3m ,列管直徑 19mm , 管束圖型號 A , 225 mF ?公 , 224 mF ?計 , 規(guī)格型號 FB 40025402 , 材質(zhì) :Cr18Ni12Mo2Ti 一段分 離器 在 一段 分離 器 內(nèi) 氣液二相分開 ,液相部分送至二段分解塔 ,氣相部分送去中壓四川理工學院畢業(yè)設計 (論文 ) 第四章 主要設備工藝設計 20 吸收系統(tǒng) 。內(nèi)部襯有一層耐腐蝕的不銹鋼板 ,使筒體和尿素甲銨腐蝕介質(zhì)隔離。 2 ??????? ak m olatm OH /)( 54439。 二段分解塔用來進一步除去一段分解 分離器未完全除去的 3NH 和 2CO ,其操作壓力為 ,操作溫度為 ℃120 ,是一精餾的過程 。操作溫度必須高于氨基甲酸銨的熔點 ,而且還必須在高的壓力下進行 。 固 體尿素在常溫常壓下是穩(wěn)定的 ,受熱升華的尿素可轉(zhuǎn)變?yōu)橥之悩嬑锴杷徜@ CNONH4 ,并分解為氨和氰酸。 尿素在許多是生物 過程中起著重要 的作用 。同時 ,在整個世界 市場中的供不應求 ,更為其今后的發(fā)展提供了廣闊的空間。 農(nóng)業(yè)上 ,尿素主要是作為氮素化學肥料 ,具有一系列的優(yōu)點 。工 業(yè)尿素的總消耗量約一半是作為尿素甲醛樹脂和三聚氰胺。 20xx年 ,全球尿素需求量約 噸 ,比 20xx年增長 ％ 。 其中 水溶液全循環(huán)法是 指合成反應未轉(zhuǎn)化成尿素的氨和二 氧化碳 ,經(jīng)幾次減壓和加熱分解 ,從尿素溶液中分離出來 ,然后又全部返回高壓合成塔 ,從而提高原料氨和二氧化碳的利用率的方法。 在真空下加熱尿素可直接升華為氣體 。 合成 工藝原理 水溶液全循環(huán)法 由液氨和二氧化碳氣體直接合成尿素的反應過程可分為二步 : ① 液氨與氣體二氧化碳作用生成液體氨基 甲酸銨 : QNHCONHCONH ??? 224232 ② 氨基甲酸銨 脫水生成尿素 : QOHNHCOC O O N HNH ??? 22224 )( 總反應式為 : OHNHCOCONH 22223 )(2 ??? 第一步是放 熱反應 ,反應速度很快 。 合成塔頂部物料出口溫度為 ℃190 ,此反應熔融物內(nèi)有尿素、氨基甲酸銨、氨和水等 。 22 ??????? 由質(zhì)量守恒定律 : atm OH /)( 4439。17 ?? 以 一年 工作 330 天計算 ,有 ak c alH / 524330224664 717 ???????? 因 0171 171 ??? ?H 故有 : 010) ( 7 ???????? ???????? xxii 解得 kgkcalix /? 查 NH3,I Plog 圖 [1]:t=46℃ 亦即氨的預熱溫度為 46℃ 則 : ak c a lH /)( 772 ??????? ak c alH / 2 3 0 77712 ???????? 四川理工學院畢業(yè)設計 (論文 ) 第三章 熱量衡算 14 合成塔熱量平衡數(shù)據(jù)表 合成塔熱量平衡數(shù)據(jù)表見表 31: 表 31 合成塔熱量平衡表 序號 收入項目 107kcal % 序號 支出項目 107kcal % 1 甲銨生成熱 100 1 CO2 氣降溫降壓 2 當量氨降溫降壓 3 固體甲銨升溫吸熱 4 固體甲銨熔融吸熱 5 甲銨轉(zhuǎn)化為尿素吸熱 6 反應熔融升溫吸熱 7 液態(tài)水升溫吸熱 )( 1110 HH ??? 8 過量氨升溫吸熱 ( )1412 HH ??? 9 過量氨汽化熱 0 0 10 過量氨與水混合熱 11 熱損失 總 計 100 總 計 100 一段分 離器 工藝條件 (18atm,124℃ ) (液相 18atm,160℃ 。 設計 條件 (1) 操作壓力 P=18 atm(絕 ) (2) 操作溫度 t=160℃ 計算 v? 查文獻 [1]知 : 表 41NH3 ,CO2 ,H2O 的臨界溫度 ,臨界壓力值 組 分 NH3 CO2 H2O 臨界溫度 cT ℃ 臨界壓力 PC atm 混合氣體的假臨界溫度 5 7 41 7 5 3 2 ???????mcT ℃ 混合氣體的假臨界壓力 a t mP mc 2 1 81 7 5 1 1 ??????? 對比溫度 160273273273 ??????? cr TtT 對比壓力 ??? cr PPP 查氣體的通用壓縮系數(shù)圖 [1],得壓縮系數(shù)為 Z= PZRTV? k m olm / )160273( 3????? 氣相重度為 357 / mkgv ??? ??? L? 將液相視為尿素溶液 ,查尿素溶液的蒸汽壓力和比重圖 [1],可得濃度為%的尿素溶液重度為 1110 3/mkg ? smvvL / ????? ? ??? 四川理工學院畢業(yè)設計 (論文 ) 第四章 主要設備工藝設計 21 smV S / 0024330 5 ??? ??? mVA S ??? ? mAD ??? 考慮到負荷變化及壓力波動 ,選取一段分離器直徑為 mm1000? 那么 mmH 3000? , mV ? , 材質(zhì) :Cr18Ni12Mo2Ti 二段 加熱器 起加熱的作用 ,從一段分離器出來的液相部分 (尿素液、氨、水 等 )在此進行加熱分解 , 使各組分 汽化 ,溫度達到 150℃ 。塔的外筒為多層卷焊受壓容器 ,也可以整體鍛造。 3 ??????? ak m o latm CO /)( 54439。 在一段分解分離器內(nèi)氣液兩相分開 ,溶液送二段分解 塔 ,氣體送往中壓吸收系統(tǒng) 。 氨基甲酸銨 脫水反應必須在液相中進行 ,即尿素生成是液相反應 ,所以原料氨必須以液態(tài)供給 , 2CO 則 液或氣態(tài)均可 。 尿素在水或液氨中的溶解度均隨溫度的升高而增加 。 在人及哺乳動物的尿液中含有這種物質(zhì) ,故稱為尿素 ,是蛋白質(zhì)新陳代謝后的最終產(chǎn)物 。 尿素作為最重要的氮素化學肥料 ,在中國這樣一個農(nóng)業(yè)大國中 ,其發(fā)展是不言而喻的。尿素還可作為多種用途的添加劑 ,用于醫(yī)藥和試劑生產(chǎn)中 。尿素甲醛樹脂用于生產(chǎn)塑料、噴漆、粘結(jié) 劑，以及紙張、織物、皮革的浸漬劑。 未來尿素需求量的增加主要來自肥料用尿素需求的增加 ,包括尿素用 于糧食增產(chǎn)以及進一步代替其他肥料的應用，如在西歐逐步代替硝酸銨 ,在中國逐步代替硝酸氫銨 。 尿素的性質(zhì) 尿素 ,又稱脲 ,分子式 24ONCH ,相對分子質(zhì)量 ,結(jié)構式 22)(NHCO 或22 NHCONH ?? 。 尿素易溶于水和液氨 ,也溶于甲醇、乙醇、甘油、不溶于 乙醚 和氯仿 。第二步是略微吸熱的化學反應 ,反應速度較慢 ,且達到化學平衡時也不能使氨基甲酸銨全部脫水轉(zhuǎn)化為尿素 ,它是合成尿素過程中的控制因素 。 經(jīng)減壓到 (表壓 )后進一段分解分離器 ,分離 ,降溫到℃124 時進入到一段分解加熱器加熱到 ℃160 左右 ,使溶液中的氨、二氧化碳和水再次氣化 。 2 ????????? 又 合成塔 里的 反應 為 : QNHCONHCONH ??? 224232 QOHNHCONHCONH ??? 222224 )(