【正文】 （ 4）尿素水溶液帶入、帶出熱量的計(jì)算，不考慮其他組分的存在。 40℃ 時(shí)，水蒸汽壓力 故氣相含水量 ： 8 0)0 0 7 4 ( 0 0 7 5 8 ????kg （ 6） CO2 壓縮機(jī)各段排出水量： H2O ?? kg 尿素合成塔物料衡算 1. 條件 （ 1）尿素合成塔原始物料組成 NH3/CO2 1? (摩爾比 ) H2O/CO2 = （摩爾比） （ 2）操作條件 壓力 P = 177。 尿素合成過(guò)程中，因受化學(xué)平衡的限制，進(jìn)入合成塔的 NH3 和 CO2 不可能全部轉(zhuǎn)變?yōu)槟蛩?，其中未轉(zhuǎn)化的氨和 CO2 以氨基甲酸銨和游離氨的形式存在于尿素熔融液中。 循環(huán)回收 合成塔反應(yīng)的溶液中 有尿素，氨基甲酸銨，過(guò)剩的氨和水，通過(guò) P4 調(diào)節(jié)閥減壓節(jié)流到 ，進(jìn)入分離器分離過(guò)剩的氨，并分解部分氨基甲酸銨，放出的氣態(tài) CO2 和水由頂部出來(lái)與精餾氣匯合進(jìn)入一段吸收塔底部。經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的增產(chǎn)節(jié)能技術(shù)改造，汽耗可降至 1100kg，眾多的原小氮肥廠新建尿素裝置時(shí)仍采用此工藝，其投資低 5 于 CO2 汽提工藝裝置的一半。 尿素的質(zhì)量指標(biāo) 尿素的質(zhì)量指標(biāo)應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn) 下 表 ： 3 表 尿素的質(zhì)量指標(biāo) 指標(biāo)名稱 工業(yè)指標(biāo) 農(nóng)業(yè)指標(biāo) 優(yōu)等 一等 合格 優(yōu)等 一等 合格 顏色 白色 白色或淺色 總氮含量 ,%? 縮二尿含量 ,%? 水分含量 ,%? 鐵含量 ,%? —— —— —— 堿度 ,%? —— —— —— 硫酸鹽含量 ,%? —— —— —— 水不溶物 ,% 0.? 005 —— —— —— 粒度 (φ ～), %? 90 90 90 90 90 90 本章介紹了尿素的性質(zhì)、應(yīng)用領(lǐng)域、符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的尿素質(zhì)量指標(biāo)，對(duì)尿素有了初步的了解，體現(xiàn)出設(shè)計(jì)的目的和意義。尿素溶于水、醇，不溶于乙醚、氯仿，呈微堿性 [3]。 參考文獻(xiàn) ....................................................................................................................................37 附錄 ..............................................................................................................................................37 I 年產(chǎn) 20 萬(wàn)噸水溶液全循環(huán)法制尿素蒸發(fā)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要 ： 水溶液全循環(huán)法生產(chǎn)尿素工藝，主要包括六個(gè)方面：原料的壓縮和凈化、尿素的合成、中低壓吸收、解吸及蒸發(fā)造粒。尿素也是常用的工業(yè)原料，所以尿素的生產(chǎn)在我國(guó)占有重要地位。 尿素可進(jìn)一步加工成三聚氰胺－甲醛樹(shù)脂（蜜胺樹(shù)脂） [8]，這種樹(shù)脂作為重要的化工原料之一，在涂料、塑料、木材加工、造紙、紡織等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。 中型尿素裝置經(jīng) “ 七五 ” 、 “ 八五 ” 、 “ 九五 ” 的發(fā)展，增加了 16 套，又稱后 16 套，因此中尿裝置共有 54 套。生成甲胺的反應(yīng)速度比較快，容易達(dá)到動(dòng)態(tài)的化學(xué)平衡，達(dá)到平衡時(shí)，甲胺可達(dá) 90%以上。 尾氣吸收與解吸 惰洗器和二循二冷出來(lái)的氣體進(jìn)入尾氣吸收塔，回收其中的氨和 CO2。 合計(jì) 6. 每噸成品尿素的損失及其分配 以造粒粉塵形式損失 成品包裝儲(chǔ)運(yùn)損失 解吸廢液損失 合計(jì) 7. 水解消耗的尿素量及其分配 一段蒸發(fā)系統(tǒng) 二段蒸發(fā)系統(tǒng) 合計(jì) 8. 循環(huán)尿素量 一段蒸發(fā)氣體夾帶尿素 二段蒸發(fā)氣體夾帶尿素 循環(huán)尿素量 ??? kg 9. 縮二脲生成量及其分配 二段分解系統(tǒng)生成 熔融尿素輸送生成 一段蒸發(fā)系統(tǒng)生成 二段蒸發(fā)系統(tǒng)生成 合計(jì) CO2 輸送系統(tǒng)物料衡算 1. 條件 （ 1） CO2 氣體組成 加防腐空氣后，干基，體積％，惰氣除氧氣外全部按氮計(jì)。 （ 2）一段蒸發(fā)冷凝液 CO2 + ? = NH3 + ? = H2O + ? = 尿素 20 表 一頓尿素?fù)Q算成 25t／ h 可得物料衡算 物料 二段噴射泵 B用蒸汽 二段蒸發(fā)后 尿液 二段蒸發(fā) 蒸汽 入 二表冷 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) 7 溫度（ ℃ ） 45 140 壓力（ K Pa） 二段蒸發(fā)冷凝器物料衡算 1. 條件 （ 1）二段蒸發(fā)冷凝器操作條件：壓力 P = ；溫度 t = 15℃ ； （ 2）冷凝液 NH3/CO2 = (摩爾比 )； （ 3）因泄露進(jìn)出系統(tǒng)的空氣量不作計(jì)算 ； （ 4）因未冷 凝氣中氨含量很小，故設(shè)其全冷凝時(shí)的濃度與實(shí)際濃度相差不大，溶液中氨的體積摩爾濃度為 。 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 CO2 ， H2O 合計(jì) ； （ 4）出一段蒸 發(fā)器熱能回收段物料 取一段蒸發(fā)器熱能回收段尿素出口溫度 100℃ ，壓力 ，取尿素溶液含水 18％ 。 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)。 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。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。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。 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?；ぱ芯吭涸谌债a(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]。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。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。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。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。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。實(shí)際上 ，該反應(yīng)分兩步進(jìn)行。 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。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。 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. 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 ℃ 。 O2： ??? kg N2： )2 0 8 (2 ???? kg （ 2） 一段分解氣 CO2 = NH3 = O2 + = N2 + = H2O ( + + + )? ? = （ 3） 一段分解系統(tǒng)出口尿液 尿素 CO2 ? = NH3 ? = H2O ? = 二段分解系統(tǒng)物料衡算 1. 條件 （ 1） 二段分解操作條件 15 壓力 P =