【正文】 7 水 ?? kg 縮二脲 6 + 1 = 7kg （ 4）一段蒸發(fā)器出口氣體 尿素 CO2 + = NH3 + + = H2O ? ? = 表 一頓尿素?fù)Q算成 25t／ h 可得物料衡算 物料 閃蒸槽出口尿液 一段蒸發(fā)后尿液 一段蒸發(fā)蒸汽 閃蒸槽出口氣體 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（ ℃ ） 106 130 130 106 壓力（ KPa） 二段蒸發(fā)器物料衡算 1. 條件 （ 1）二段蒸發(fā)器操作條件：壓力 P = ；溫度 t = 140℃ （ 2）二段蒸發(fā)蒸汽夾帶尿素 ，蒸發(fā)過(guò)程中水解尿素 ，生成縮二脲 2kg。 15℃ 時(shí)，水的飽和蒸汽壓為 ，溶液水的摩爾濃度約為 94％ ； （ 5）設(shè)各組分與溶液呈平衡的分壓為實(shí)際氣相分壓的 90％ 。 2. 計(jì)算 （ 1）尿素溶液帶入熱量 Q1 據(jù)閃蒸槽熱量平衡計(jì)算： 1Q =? 302452KJ （ 2）甲胺分解熱 Q2 甲胺熔融熱 20306KJ∕Kmol 甲胺生成熱 159350KJ∕Kmol Q2 1183578/)2030615 93 50( ??? KJ （ 3）氨水分解熱 Q3 氣氨在水中溶 解 熱為： 氨水濃度： 100％+ = ％，溶解熱： ? ∕Kg Q3= = 690KJ （ 4）出熱能回收段尿素溶液帶出熱 Q4 取尿素水溶液平均比熱容 ∕Kg Q4 = (100? 25) = 243059KJ （ 5）出熱能回收段氣相帶出熱 Q5 各組分焓值如下 [19]： ， 25℃ 時(shí)， i 氨 = ∕Kg ， 100℃ 時(shí)， i 氨 = ∕Kg ， 25℃ ， i 二氧化碳 = 728KJ∕Kg 26 ， 100℃ 時(shí)， i 二氧化碳 = ∕Kg ， 25℃ 時(shí)， i 水 = ∕Kg ， 101℃ 時(shí)， i 水 = ∕Kg Q5 48368)()()( ??????? KJ （ 6）尿素水解熱 Q6 25℃ 時(shí)尿素生成熱為 ∕K mol 甲胺生成熱 ? 159350KJ∕K mol 甲胺熔融熱 20306KJ∕K mol 一段蒸發(fā)水解尿素 Q6 82 9360)20 30 47 015 93 50( ?????? KJ （ 7）尿素濃縮熱 Q7 進(jìn)入一段蒸發(fā)器尿素溶液水尿比： ??? （摩爾比） 離開(kāi)一段蒸發(fā)器尿素溶液水尿比： ??? （摩爾比） 水尿比為 時(shí) ，尿素溶解熱： ? 279KJ∕Kg 水尿比為 時(shí)，尿素溶解熱： ? 307KJ∕Kg Q7 = 279? 307 =? 12792KJ （ 8）出一段 蒸發(fā)器氣體帶出熱量 Q8 各組分焓值如下 [19]： ， 130℃ 時(shí)， i 氨 = ∕Kg ， 130℃ 時(shí)， i 二氧化碳 = ∕Kg ， 130℃ 時(shí)， i 水 = ∕Kg 夾帶尿素平均比熱容， (Kg?℃ ) Q8 ) 6 9 9()25130( ??????? )()( ?????? = 974468KJ （ 9）出一段蒸發(fā)器尿素溶液帶出熱量 Q9 取尿素平均比熱容 ： ∕Kg?℃ ；取水的平均比熱容 ： ∕Kg?℃ ； 溶液比熱容 Cp 07 )00 ( ????? KJ∕(Kg?℃ ) 27 Q9= (130? 25) = 227990KJ （ 10）熱損失 Q10 熱能回收段熱損失 Q101 熱能回收段規(guī)格 φ500， H=4500，保溫層厚度 100mm，在此保溫條件下，保溫外表溫度與環(huán)境溫度差為 ℃ 。 2. 計(jì)算 （ 1）尿素溶液帶入熱量 取尿素水溶液平均比熱容 [7]CP = ∕（ Kg?℃ ） Q1 49 30 5 7)25140( ?????? KJ （ 2）尿素水溶液帶出熱量 Q2 設(shè)溶出口溫度為 t℃ ，取尿素水溶液平均比熱容 KJ∕（ Kg?℃ ） Q2 99 59 339 84)25(78 47 ????? ttJ （ 3）甲胺分解熱 Q3 甲胺熔融熱 20306KJ∕Kmol 甲胺生成熱 ? 159350KJ∕Kmol Q3 10 07178/)20 30615 935 0)(( ??? KJ （ 4）氨水分解熱 Q4 氣氨在水中積分溶解熱為： 入口氨水 ％ ? 出口氨水 ％ ? Q4 = ? = 7750KJ （ 5）閃蒸槽帶走熱量 Q5 設(shè)氣體出口溫度為 100℃ 各組分焓值如下 [19]： 、 25℃ 時(shí)， i 氨 = ∕Kg 、 100℃ 時(shí)， i 氨 = ∕Kg 、 25℃ 時(shí)， i 二氧化碳 = 728KJ∕Kg 、 100℃ 時(shí)， i 二氧化碳 = ∕Kg 、 25℃ 時(shí)， i 水 =∕Kg Q5 17 17 92)()()( ???????? KJ （ 6）熱損失 Q6 24 閃蒸槽規(guī)格 φ=550， H=2910，保溫厚度 90mm 散熱面積 F )0 0 ()0 0 ( 2 ????????? ??m2 保溫層表面溫度與環(huán) 境溫度差值 ℃ 據(jù)尿素合成塔熱量平衡計(jì)算，小時(shí)散熱量為： 250 = 5807KJ∕h 每 噸尿素?zé)釗p失 Q6 = 5807 24140 = 995KJ （ 7）閃蒸槽熱量平衡 ? 493059? 3984t? 99593? 10071? 7750? 171792? 995? 0 解得 t = ℃ （ 47） 與假設(shè)尿素出口溫度基本相符。 2. 計(jì)算 （ 1）未冷凝氣計(jì)算 45℃ 時(shí)水的飽和蒸汽壓為 ，冷凝液中 NH CO尿素含量不高， 故符合稀溶液的依數(shù)性。 2℃ （ 3） CO2 轉(zhuǎn)化率 根據(jù)以上條件可查表得 CO2 轉(zhuǎn)化率 63％ [17] （ 4）原料液氨帶入系統(tǒng)的水量忽略不計(jì)。所設(shè)計(jì)題目的生產(chǎn)條件與實(shí)際生產(chǎn)條件相近，可以使用生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)得到的數(shù)據(jù)做物料衡算。 采用方法不同，生產(chǎn)尿素工藝流程不同，均可以分為以下四個(gè)步驟： （ 1）原料的凈化和壓縮； （ 2） 尿素的合成； （ 3） 未反應(yīng)物中甲胺的分解，過(guò)量氨的吸收及氨和二氧化碳的回收循環(huán)； （ 4） 尿素溶液的加工。 一段蒸發(fā)操作壓力壓力為 35~40KPa，溫度約為 130℃ 左右，蒸發(fā)后濃度 ％的尿液進(jìn)入二段蒸發(fā)加熱器，在 5~8KPa 下蒸濃到 ％，蒸汽混合物在二段蒸發(fā)分離器分離，氣體經(jīng)升壓器升壓，進(jìn)入二段蒸發(fā)表面冷凝器冷凝，沒(méi)被冷凝的氣體經(jīng)二段蒸發(fā)噴射泵 A 8 帶入中間冷凝器進(jìn)一步冷凝，中間冷凝器中沒(méi)冷凝的氣體經(jīng)二段水力雙吸泵抽射放空。 精餾氣和二甲液混合經(jīng)回收熱量后進(jìn)入中壓外冷器，進(jìn)一步吸收其中的 CO2，反應(yīng)生成的熱量經(jīng)溫水冷卻器后由循環(huán)水移走。實(shí)際上 ，該反應(yīng)分兩步進(jìn)行。 本章主要簡(jiǎn)述了中國(guó)水溶液全循環(huán)法制尿素工藝的逐步發(fā)展歷程，過(guò)去幾十年對(duì)水溶液全循環(huán)法制尿素應(yīng)用及技改中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。在 “ 七五 ” 和 “ 八五 ” 期間，國(guó)家選定 150 家有較好條件的小氮肥廠改 產(chǎn)尿素，共有 120 多個(gè)廠，其中 18 家廠建有兩套，山東魯西和山西臨猗各建三套，投產(chǎn)裝置中約有 70%的裝置改造至 100t/a 以上，其中還有 150～ 200t/a 規(guī)模的。于 1962 年半循環(huán)法工藝通過(guò)國(guó)家技術(shù)鑒定后，以此工藝設(shè)計(jì)了兩套 40Kt/a 裝置建于上海吳涇、浙江巨化。在土壤中尿素能增進(jìn)磷、鉀、鎂和鈣的有效性，且施入土壤中無(wú)殘存廢物?？膳c酸作用生成鹽，有水解作用，在酸、堿、酶作用下（酸、堿需加熱）能水解生成氨和二氧化碳。它的特點(diǎn)是合成塔內(nèi)轉(zhuǎn)化率高，未反應(yīng)物采用三段減壓分解，動(dòng)力消耗較大，尾氣壓力、溫度均較低，爆炸危險(xiǎn)性小。合成塔出來(lái)的合成液中含有尿素、氨基甲酸銨、過(guò)剩的氨和水，再經(jīng)過(guò)循環(huán)回收進(jìn)入合成塔，整個(gè)過(guò)程靠水作為循環(huán)介質(zhì)。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。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(guó)產(chǎn)化 [1]。對(duì)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。 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 月上海化工研究院在日產(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(guó)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]。 小尿素裝置迅速發(fā)展，是符合我國(guó)國(guó)情的，充分發(fā)揮了原小氮肥廠的優(yōu)勢(shì)，不少?gòu)S選用本地的煤 [11]。國(guó)內(nèi)大、中、小不同型號(hào)的水溶液全循環(huán)尿素裝置的發(fā)展也符合我國(guó)國(guó)情。第一步由氨 與 二氧化碳生成中間產(chǎn)物氨基甲酸銨 NH4COONH2，簡(jiǎn)稱(chēng)甲胺。反應(yīng)液從外冷器出來(lái)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(lái)，少量的氨和二氧化碳在上升過(guò)程中被吸收塔頂噴淋的回流氨吸收下來(lái)，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(lái)控制鼓泡段的溫度。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(dòng)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。 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。 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(guó)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(chǔ)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 。 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)。 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(cè)定值，與溶液呈平衡的氨分壓為 ,CO2 分壓為 。 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(lái)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