【正文】 Δ 進(jìn)出口堰之間的液面梯度,m ΔT 熱流體溫差 , CΔt 有效平均溫差 C Δt‘兩流體之間的溫度差, C? ?ΔP 壓力降 kg/cm3 τ 液體在降液管中的停留時(shí)間,s τ‘ 他的積液排空時(shí)間 s σ 表面張力 N/hθ 塔的傾斜角度 δ 光壁厚度 mλ 流體導(dǎo)熱系數(shù) kJ/( m2?s? C) μ 流體粘度 kg?s?/m2? 1 / 721 引 言 尿素的物化性質(zhì)和用途 尿素的物理性質(zhì)尿素分子量 ，因最早由人類及哺乳動(dòng)物的尿液中發(fā)現(xiàn)，故稱尿素。（2）尿素的水解反應(yīng) 尿素的水解反應(yīng)，最初是尿素轉(zhuǎn)化為氨基甲酸銨，而后形成碳酸銨，最后分解成氨和二氧化碳： ????OHCNOHC2324 34222???總反應(yīng)式為： ??2 在 60℃以下尿素在酸性、堿性或中性溶液中不發(fā)生水解反應(yīng)。因此，尿素要在作物的需肥期前 4~8 天施用。該反應(yīng)是放熱的可逆反應(yīng)，轉(zhuǎn)化率一般為50~70%。全部返回合成系統(tǒng)循環(huán)利用，原料氨利用率達(dá) 97%以上。我國尿素廠多數(shù)采用水溶液全循環(huán)法。由于該工藝高壓系統(tǒng)的操作壓力高達(dá) MPa，并且一段甲銨液的工藝要求溫度高達(dá) 90℃左右，所以一段甲銨泵和液氨泵的運(yùn)行周期較短、檢修維護(hù)時(shí)間較多、維修費(fèi)用較高。該工藝的特點(diǎn)是采用共沸物下的 CO(NH2)2 摩爾比為 作為操作控制最佳指標(biāo)進(jìn)行操作，大部分未反應(yīng)生成尿素的氨和二氧化碳在高壓系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)繼續(xù)反應(yīng)生成尿素，只有較少部分的氨和二氧化碳需要在低壓部分進(jìn)行回收，液氨泵和甲銨泵的輸送量比較少，所以該裝置中液氨泵和甲銨泵的臺數(shù)較少，動(dòng)力消耗較少，并且該工藝高壓系統(tǒng)的操作壓力較低，為~，使液氨泵和甲銨泵的運(yùn)行周期較長，維修費(fèi)用較少。1773 年 Rouelle在蒸發(fā)人尿時(shí)第一次發(fā)現(xiàn)尿素；1824 年，Prout 通過分析得出尿素的實(shí)驗(yàn)式；1828 年德國化學(xué)家 Wohler 在實(shí)驗(yàn)室以氰酸和氨制的尿素；1932 年美國杜邦公司用直接合成法制取尿素氨水，在 1935 年開始制造固體尿素，之后又出現(xiàn)了制備尿素的其他方法，包括光氣與氨反應(yīng)、CO 2 與氨反應(yīng)、氰胺化鈣水解等，由于種種原因，最終都未能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化；唯一成為當(dāng)代尿素工業(yè)化基礎(chǔ)的是由氨和二氧5 / 72化塔合成尿素的反應(yīng)。氣提法是針對水溶液全循環(huán)法的缺點(diǎn)而開發(fā)的一種工藝，其實(shí)質(zhì)是在與合成反應(yīng)相等壓力條件下，利用一種氣體通過反應(yīng)物系（同時(shí)伴有加熱）是未反應(yīng)的氨或二氧化碳被帶出。氣、液在低壓循環(huán)分離器內(nèi)分離。 公用工程概述 廠址選在平頂山市的郊區(qū)，有可靠的供電網(wǎng)，輸、供電系統(tǒng)，附近有鐵路、國道，交通便利，水力設(shè)施齊全. 勞動(dòng)力資源條件 廠區(qū)地處平頂山市郊區(qū),并且與省會鄭州靠近,因此人力資源極其豐富. 總平面布置 　總平面布置的基本原則（1） 總平面布置首先必須滿足生產(chǎn)要求，以最大限度的保證生產(chǎn)作業(yè)線的連接、短捷、方便，從原料進(jìn)廠到成品出廠，整個(gè)流程必須符合生產(chǎn)工藝要求，力求做到流程線路暢通、連續(xù)、短捷、避免交叉進(jìn)行 ，是各種物料的輸送距離為最小。（7） 近期建設(shè)和遠(yuǎn)期發(fā)展相結(jié)合，主要生產(chǎn)車間留有適當(dāng)?shù)陌l(fā)展余地，但必須注意與城市建設(shè)和地域總體規(guī)劃相適應(yīng)，輕化工工廠變化較快，綜合利用較廣，加工深度較深，大多數(shù)工藝流程更新快，這要求在設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)留有較大的預(yù)留地，以滿足工廠發(fā)展變化的需要。d 水處理車間：靠近負(fù)荷中心，處理每日生產(chǎn)車間所需的工業(yè)用水，并提供部分生活用水。這樣，可使場區(qū)空氣得以凈化，噪音減小，美化和改善了環(huán)境的衛(wèi)生條件，使本廠的小環(huán)境﹑小氣候得以明顯改善。%(3)閃蒸槽出口溶液組成：尿素：水=71 ：29(重量比 ) 計(jì)算：尿素合成塔排出溶液總氨量 ，C0 2 含量 ，總過剩氨量：34/44=(1)閃蒸槽排出尿液：尿素： 或 C02： ()= 或 NH3：()+34/44= 或 H2O：29/71= 縮二脲：6kg 或 (2) 閃蒸槽排出氣體 C02： = 或 20 / 72 NH3：= 或 H2O：= 一段蒸發(fā)器 條件：(1) 一段蒸發(fā)器操作條件：壓力 ，溫度 130℃(2) 一段蒸發(fā)器出口尿液組成：尿素：水=96 ：4( 重量比)(3) 一段蒸發(fā)氣夾帶尿素 ，蒸發(fā)過程生成縮二脲 ，水解尿素 計(jì)算 (1)水解尿素計(jì)算： 消耗尿素： kg 或 kmol 消耗水：18/60= kg 或 kmol 生成 C02：44/60= kg 或 kmol 生成 NH3：217/60= kg 或 kmol(2)生成縮二脲計(jì)算： 生成縮二脲：kg1 或 kmol 生成 NH3：117/103= kg 或 kmol 消耗尿素：1260/103= kg5 或 kmol(3)一段蒸發(fā)器出口尿液： 尿素：= kg 或 kmol 水：4/96= 或 kmol 縮二脲：6+1=7 kg 或 kmol(4) 一段蒸發(fā)器出口氣體 尿素： 或 C02： += 或 NH3：++= 或 H2O：= 或 二段蒸發(fā)器 條件(1) 二段蒸發(fā)器操作條件：壓力 Mpa ，溫度：140℃(2) 二段蒸發(fā)汽夾帶尿素 ，蒸發(fā)過程水解尿素 ，生成縮二脲21 / 72 計(jì)算 (1)水解尿素計(jì)算： 消耗尿素： kg 或 kmol 消耗水：18/60= kg 或 kmol生成 C02：44/60= kg 或 kmol生成 NH3：217/60= kg 或 kmol(2)生成縮二脲計(jì)算： 生成縮二脲：2 kg 或 kmol 生成 NH3：217/103= kg 或 kmol 4 消耗尿素：2260/103= 或 kmol(3) 二段蒸發(fā)器出口熔融尿素 造粒：熔融尿素含水 5 kg 或 kmol 尿素：= kg 或 kmol 8 縮二脲：7+2= 9 kg 或 kmol(4) 二段蒸發(fā)器出口氣體 尿素： kg 或 kmol C02 ： kg 或 kmol NH3：+。綜上所述，平面布置有以下幾個(gè)特點(diǎn)：1 廠房建筑物的布置與生產(chǎn)工藝流程相適應(yīng)。（4） 堆場和倉庫：布置在主導(dǎo)風(fēng)向的下風(fēng)向，置于廠區(qū)邊緣，靠近主生產(chǎn)車間，且位于主力干道邊緣。（9） 采取各種措施，提高建筑系數(shù)和場地利用稀疏。（2） 要能夠充分結(jié)合場地優(yōu)勢、地位、地貌等有利條件，因地制宜，緊湊布置，節(jié)約土地，少占良田，少拆房屋，提高土地利用率。自閃蒸槽出來的尿液進(jìn)入尿液貯槽，用尿素溶液泵打入中壓蒸發(fā)加熱器及低壓蒸發(fā)加熱器，在不同真空度下加熱蒸發(fā)，氣、液分別在中壓蒸發(fā)分離器及低壓蒸發(fā)分離器內(nèi)分離。20 世紀(jì) 80 年代之后，二氧化碳?xì)馓岱ê桶睔馓岱ǖ玫竭M(jìn)一步改進(jìn)、完善；同時(shí)世界上著名的尿素公司還開發(fā)了其他的先進(jìn)工藝：意大利的等壓雙循環(huán)工藝（Isobaric Double Recycle，簡稱 IDR） ；日本 TEC/TMC 開發(fā)了降低成本和節(jié)能新流程 ACES（ Advancde Process for Cost and Energy Saving）新工藝；瑞士Amonnia Casale 開發(fā)了分級處理合成液的氣提法分流工藝等。20 世紀(jì) 50 年代世界各國推出多種溶液全循環(huán)工藝流程，類型有：熱氣循環(huán)法；懸浮液循環(huán)法；氣體分離循環(huán)法；水溶液全循環(huán)法等。CO 2 氣提法尿素的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是，生產(chǎn)裝置的生產(chǎn)能力的范圍較寬，運(yùn)行都很正常穩(wěn)定。水溶液全循環(huán)尿素工藝的另一個(gè)缺點(diǎn)就是，目前國內(nèi)在運(yùn)行的生產(chǎn)裝置大多為年產(chǎn)(10~20) 104t/a(經(jīng)過改造后的生產(chǎn)能力)，也有個(gè)別廠家經(jīng)過雙尿素合成塔改造后達(dá)到了年產(chǎn) 30~10 噸，最近山東化工規(guī)劃設(shè)計(jì)院也設(shè)計(jì)了年產(chǎn) 30~40 萬噸尿素的水溶液全循環(huán)法生產(chǎn)尿素的裝置，但從單套裝置的設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力來說，相對于 CO2 氣提法生產(chǎn)尿素工藝的裝置還相差較遠(yuǎn)。氨碳比控制的較高，一般摩爾比為 左右，工藝介質(zhì)對生產(chǎn)裝置的腐蝕性較低，由于氨碳比控制的較高，二氧化碳?xì)怏w中氧含量控制的較低，并且尿素合成塔操作壓力為 ，操作溫度為188~190℃，所以水溶液全循環(huán)生產(chǎn)尿素工藝中二氧化碳轉(zhuǎn)化率較高，一般能達(dá)到 42%68%，經(jīng)過尿素合成塔塔板的改造，有的企業(yè)已經(jīng)達(dá)到 68%以上。 CO2 氣提法所謂氣提法就是用氣提劑如 CO氨氣、變換氣或其他惰性氣體，在一定壓下加熱，促進(jìn)未轉(zhuǎn)化成尿素的甲銨的分解和液氨氣化。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，長期施用不會使土壤發(fā)生板結(jié)。（3）尿素的縮合反應(yīng) 純尿素在加熱到或者接近熔點(diǎn)時(shí)，開始呈不穩(wěn)定性，發(fā)生縮合反應(yīng)，生成縮二脲、縮三脲和三聚氰酸等物質(zhì)。固體尿素相對密度，20~40℃。設(shè)計(jì)說明本設(shè)計(jì)采用水溶液全循環(huán)法，使用氨和二氧化碳直接合成尿素，是將未轉(zhuǎn)化成尿素的氨和二氧化碳經(jīng)減壓加熱和分離后，用水吸收生成甲銨或碳酸銨水溶液，然后全部返回合成系統(tǒng)循環(huán)利用，原料氨利用率可達(dá) 97%以上。一、評語： 二、評分：（1）理工科評分表評分項(xiàng)目 工作態(tài)度與紀(jì)律 （ 10分）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）完成任務(wù)情況與水平（ 40分）數(shù)據(jù)處理、文字表達(dá)（ 10分）基礎(chǔ)理論和基本技能（ 20分）創(chuàng)新能力（ 20分）合 計(jì)（ 100分）評分（2）文科評分表評分項(xiàng)目 文獻(xiàn)閱讀與文獻(xiàn)綜述 （ 20分） 外文翻譯（ 10分） 論文撰寫質(zhì)量 （ 40分） 學(xué)習(xí)態(tài)度（ 10分） 論證能力與創(chuàng)新 （ 20分） 合 計(jì)（ 100分）評分指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日成績評定畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 題 目：10 萬噸/年尿素化工廠合成 工藝設(shè)計(jì) 系 別： 專 業(yè)： 姓 名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 河南城建學(xué)院2022 年 5 月 20 日II / 72河南城建學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任 　務(wù) 　書題 目 10 萬噸 /年尿素化工廠合成工藝設(shè)計(jì)系 別 化學(xué)化工系 專　業(yè) 化學(xué)工程與工藝班　　級 學(xué)　號學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師發(fā)放日期 2022 年 12 月 19 日河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書III / 72一、主要任務(wù)與目標(biāo)：設(shè)計(jì)題目：尿素合成工藝設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)：本設(shè)計(jì)采用水溶液全循環(huán)法，在減壓加熱的基礎(chǔ)上，將未轉(zhuǎn)化為尿素的甲銨分解和氣化，從而達(dá)到將未反應(yīng)物與尿素分離的目的。指導(dǎo)教師評定意見答辯中要有專人作好答辯記錄。純凈的尿素為無色、無味針狀或棱柱狀晶體，含氮量為 %，工業(yè)尿素因含有雜質(zhì)而呈白色或淺黃色，工業(yè)或農(nóng)業(yè)品為白色略帶微紅色固體顆粒無臭無味。但是隨著溫度的升高，水解速率加快，水解程度增大。尿素是目前使用的含氮量最高的化肥。因此從合成塔出來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。水溶液全循環(huán)尿素工藝生產(chǎn)裝置的靜止高壓設(shè)備較少，只有尿素合成塔及液氨預(yù)熱器為高壓設(shè)備，其它均為中壓和低壓設(shè)備，所以該尿素工藝生產(chǎn)裝置的技術(shù)改造比較容易、方便，改造增產(chǎn)潛力較大。二氧化碳?xì)怏w壓縮機(jī)由于出口壓力高達(dá) ，比 CO2 汽提法高 ，故其運(yùn)行周期也相對較短、維修工作量較多、維修費(fèi)用較高。該工藝能夠回收較高品位的甲按反應(yīng)熱，除本系統(tǒng)加熱使用外還可剩余少部分富裕低壓蒸汽供外系統(tǒng)使用。1932 年，美國 DU Pont 公司用氨和二氧化碳直接合成尿素并副產(chǎn)氨水；1935 年開始生產(chǎn)固體尿素并將未轉(zhuǎn)化物循環(huán)回收，逐步形成全循環(huán)法工藝。因此，先后出現(xiàn)了二氧化碳?xì)馓岱ǎㄓ?Stamiearbon 開發(fā)，使尿素生產(chǎn)的能耗大為降低） ；氨氣提法（由意大利 Snam Progetu 開發(fā)） ，1966 年建成第一個(gè)氨氣提法尿素工廠；日本 Toyo Koatsu 全循環(huán)改良 C 法（合成壓力高達(dá) 25MPa，溫度為 200℃，轉(zhuǎn)化率 72%）和 D 法；美國的 UTI 熱循環(huán)法。分離出來的尿液經(jīng)減壓至常壓后，進(jìn)入閃蒸槽，經(jīng)減壓后尿液中的氨基甲酸銨和氨幾乎全部清除。同時(shí)，應(yīng)將水電汽等公用工程耗量大的車間，盡量集中布置，已形成負(fù)荷中心與供應(yīng)來源靠近，是各種公用系統(tǒng)介質(zhì)的工程管線減少和輸送距離最短，達(dá)到節(jié)約能源。（8） 為示蹤平面圖具有建筑藝術(shù)性，廠房形狀要規(guī)則簡單，是道路徑直，廠房中心線保持垂直或平行。（3） 運(yùn)輸設(shè)備布置：車庫油庫均布置在主干道邊緣，道路設(shè)計(jì)為主力干道，寬 10 米，行道每邊各 1 米，車間引道 6 米，這樣有利于消防和道路的改造。注：為了不妨礙管道的布置及消防的要求，各生產(chǎn)工段的周圍不設(shè)綠化