【導(dǎo)讀】?jī)艋?，尿素的合成，中低壓解吸收，解吸，蒸發(fā)造粒。原料CO2由合成車間凈?；ざ嗡蛠?lái)，液氨由氨庫(kù)送來(lái)，兩種反應(yīng)物經(jīng)加壓加熱送入合成塔反應(yīng)生成尿素。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。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。％，尿液進(jìn)入熔融泵送往造粒塔，由旋轉(zhuǎn)噴頭噴灑造粒。物料及熱量，然后進(jìn)行設(shè)備選型及對(duì)整個(gè)工段進(jìn)行優(yōu)化。尿素易溶于水，在20℃時(shí)100. 溶于醇，不溶于乙醚、氯仿，呈微堿性。動(dòng)物蛋白質(zhì)代謝后的產(chǎn)物，通常用作植物的氮肥?？膳c酸作用生成鹽，有水解作。加熱至160℃分解，產(chǎn)生氨氣同時(shí)變?yōu)榍杷帷?958年在南京永利寧廠籌建我國(guó)第一套半循環(huán)工藝的中試裝置。至今年中國(guó)尿素工業(yè)化生產(chǎn)整整50年了。程度有所提高，但尾氣中仍有176kg氨。南京永利寧廠半循環(huán)裝置通過(guò)國(guó)家技術(shù)鑒定。根據(jù)此工藝由化四院設(shè)計(jì)的2套。直至1970年1月，湖南湘江氮肥廠新建的45Kt/a合成氨配80Kt/a尿素

　　

【正文】 8KJ／ Kg 105Mpa， 140℃ 時(shí)， i 二氧化碳 =／ Kg ， 25℃ 時(shí)， i 水 =／ Kg 103Mpa， 140℃ 時(shí)， i 水 =／ Kg 夾帶尿素比熱容取 ／ Kg?℃ Δ H3=（ ） +（ ） +（ ）+(14025)=96963KJ (4)尿素水解熱 ΔH4 尿素水解量 25℃ 時(shí)，尿素生成熱 ／ Kmol 甲胺生成熱 159350KJ／ Kmol 甲胺熔融熱 20306KJ／ Kmol ΔH4=()／ 60=2764KJ （ 5）熱損失 ΔH5 分離段規(guī)格 φ 1600， H=5000，保溫層厚度， 90mm 加熱段規(guī)格 φ 300， H=1912，保溫層厚度， 100mm 在此條件下，保溫層外表面溫度與環(huán)境溫度差值分離段為 ℃ ，加熱段為℃ . 分離段散熱面積： (+2)π5+ 2π4 (+2)2π4 = 加熱段散熱面積： (+2)π+(+2)2π4 = F=+= 據(jù)尿素合成塔熱平衡計(jì)算： 小時(shí)散熱量為 49+49=28105KJ ΔH5=2810524140 =4818KJ (6)熱負(fù)荷 ΔH6 熱平衡方 程： 227990+229690+96963+2764+4818+ΔH6=0 227990+229690+96963+2764+4818+ΔH6=0 ΔH6=106245KJ 第五章蒸發(fā)造粒系統(tǒng)改造 在尿素裝置增產(chǎn)節(jié)能改造中，對(duì)蒸發(fā)造粒系統(tǒng)的技改要求，一是提高本工序設(shè)備的生產(chǎn)能力和降低汽耗；二是確保和提高產(chǎn)品質(zhì)量；三是洗滌回收一段蒸發(fā)蒸汽中的尿素。 蒸發(fā)造粒系統(tǒng)的技改在整個(gè)裝置改造中占有相當(dāng)?shù)牡匚?，一下將介紹整個(gè)改造細(xì)節(jié)。 尿素裝置增產(chǎn)后，要提高蒸發(fā)系統(tǒng)的生產(chǎn)能力 ，增設(shè)預(yù)濃縮器是簡(jiǎn)單易行的措施。尿液預(yù)濃縮器設(shè)置在入閃蒸槽前的管路上，利用膨脹槽的余熱，使尿液濃度由 70％提高到 74％。為此，閃蒸槽容積應(yīng)適當(dāng)加大。如增產(chǎn)幅度不大，將閃蒸槽氣相管改大即可，并增設(shè)閃蒸槽冷凝器，用氨冷凝器回水作冷卻用水，不增加循環(huán)冷卻水量，可提高一段蒸發(fā)和一段冷凝的能力，對(duì)一段真空度沒(méi)有影響。 一蒸加熱利用段在預(yù)分離及預(yù)蒸餾過(guò)程中發(fā)揮了極大作用，因蒸餾氣的 CO2分壓提高，可使 NH3／ CO2 降至 15％～ 16％，充分吸收預(yù)蒸餾氣中的 CO2，既增加了一吸塔的生產(chǎn)能力 ，又提高了甲胺生成熱能的回收率，使裝置生產(chǎn)能力提高，汽耗進(jìn)一步下降。 ，確保產(chǎn)品質(zhì)量 適當(dāng)放大一、二蒸分離器的下液管徑及中間 U 形管徑，使一、二蒸分離器不存液。否則，縮二脲量會(huì)增加很快。在放大管徑的改造中，尤需注意 U 形管的管徑，放的過(guò)大則流速減慢， U形管中縮二脲生成量增大，并導(dǎo)致在一蒸分離器中 存液，通過(guò)二蒸加熱器的流速減慢，使縮二脲含量進(jìn)一步增加。 二蒸加熱器面積 二 蒸加 熱器 面積與裝置產(chǎn)量要匹配。產(chǎn)量低時(shí)，尿液在加熱器列管中的流速減慢，縮二脲增高。二 蒸加熱器的生產(chǎn)能力會(huì)隨著生產(chǎn)負(fù)荷的提高而上升，正常生產(chǎn)時(shí)的縮二脲含量低于 ％ 。因?yàn)槲锪魉俣壬仙螅瑐鳠嵯禂?shù)上升，此時(shí)必須加大高壓蒸汽的進(jìn)汽管徑和疏水管徑，并把疏水器改為液封自流式，蒸汽量供不上或蒸汽冷凝液疏不出均會(huì)影響加熱面積的有效利用。 140 t／ d的小尿素裝置，二蒸加換熱面積為 ，縮二脲含量為 ％ 。把有 32根列管的二蒸加 熱器 堵掉 4根換熱管后，換熱面積減為 ，縮二脲含量降到 ％ 以下。二蒸加的供汽管徑設(shè)計(jì)為巾 38mm，供汽量只夠正常濃度的尿液蒸發(fā)用，但原始開車或短停后開車 時(shí)，尿液濃度低，蒸發(fā)系統(tǒng)開車需較長(zhǎng)時(shí)間的循環(huán)才能達(dá)到二段正常的溫度和真空度，不僅影響尿素造粒時(shí)間，且第一批產(chǎn)品質(zhì)量不合格，縮二脲含量為 3～ 4％ 。在將供汽管徑改為 57mm后，縮短了蒸 發(fā)到造粒的時(shí)間。另外，也可將合成塔原始開車的出料或短停后開車的出料先放人尿液槽貯存，待出料 1h后再開 始 蒸發(fā)。蒸發(fā)系統(tǒng)采用真 空進(jìn)料很快就能達(dá)到正 常工藝指標(biāo)，可即刻造粒，產(chǎn)出合格的尿素產(chǎn)品。 小尿素裝置二版設(shè)計(jì) 180 t／ d時(shí)，二蒸加面積為 ， 成品縮二脲不合格；日產(chǎn)要到 210 t，縮二脲含量才能達(dá)到 ％ 。核算此時(shí)單位面積 的生產(chǎn)能力為 ／ （ m2?d） 。從湖南智成化工有限公司的實(shí)際數(shù)據(jù)分析，單套設(shè)計(jì)能力為 240t／d時(shí)， 二蒸加面積為 ，生產(chǎn)能力為 32t／ （ m2?d） ，縮二脲含量大于 ％ ；當(dāng)日產(chǎn) 280t時(shí)，縮二脲才達(dá)到 ％ ，此時(shí)生產(chǎn)能力為 ／ (m2?d)，與小尿素廠 熱器 數(shù)值相似；日產(chǎn) 410 t時(shí)，達(dá)到優(yōu)級(jí)品指標(biāo) (縮二脲含量≤％ )，生產(chǎn)能力 ／ (m2?d)。因此可以得出結(jié)論：產(chǎn)品質(zhì)量為一級(jí)品時(shí)，二蒸加 熱器 單位面積生產(chǎn)能力需在 35t／ (m2?d)以上；達(dá)到優(yōu)級(jí)品 ，生產(chǎn)能力需在5Ot／ (m2?d)以上。同 時(shí)也可說(shuō)明，只要加熱蒸汽供量充足，疏水系統(tǒng)暢通，每單位面積的蒸發(fā)效率將隨著產(chǎn)量的上升而上升。 根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析：二蒸加面積為 5． 6m。時(shí)，產(chǎn)量可達(dá) 310t／ d；為 7． 5 m2時(shí)可達(dá) 45Ot／ d。從而可以推算出 l10Kt／ a的中型廠，二蒸加面積為 l1 m 時(shí)，可日產(chǎn)尿素 660 t； 13m2時(shí)，可日產(chǎn)尿素 780t。 二蒸加的列管材質(zhì)設(shè)計(jì)為 316L不銹鋼，在裝置低負(fù)荷生產(chǎn)時(shí)，可使用 1a左右，負(fù)荷上升后，氣液流上升速度加快，由于尿液缺氧，磨蝕 加劇，使用不到半年 (若管端焊接質(zhì)量不好，使用壽命不到 1個(gè)月 )就蝕穿失效。湖南智成化工有限公司1986年換用鈦合金材料 (僅列管及管板使用 )后，一勞永逸地解決了此問(wèn)題，最大生產(chǎn)負(fù)荷曾達(dá) 55t／ (m2?d) 以上。此經(jīng)驗(yàn)后來(lái)在多家小尿素廠采用，效果均不錯(cuò)。 中型尿素廠早期蒸發(fā)系統(tǒng)的洗滌技術(shù)，如魯南的分步冷凝法 ， 巨化的二表液循環(huán)洗滌法，為分步冷凝或洗滌，其工藝控制溫度在 70 C，通過(guò)部分二次蒸汽冷凝把夾帶其中的尿素洗滌下來(lái)。 一段 蒸發(fā)二次蒸汽在冷凝后的一表液中含有 ％左右的尿素，預(yù)蒸餾工藝裝置的噸尿素一表液量約為 430kg，尿素在一表液中損失量約為 。若工藝?yán)淠汉侠硎褂茫磭嵞蛩赜靡槐硪?100Kg補(bǔ)入二表液中作二循一、二冷的吸收用 水，則 330Kg一表液經(jīng)解吸后，從廢液排放掉的尿素為 5Kg。 在小尿素裝置中，蒸發(fā)加熱器和分離器是上下一體結(jié)構(gòu)，分離效果較差，所以在一表液中尿素含量＞ 2％。采用二次蒸汽洗滌技術(shù)后，經(jīng)洗滌，解吸廢液中尿素含量降至 ％，回收率達(dá) 95％以上。 、低壓深度水解技術(shù)的應(yīng)用 STAC和 SNAM公司使用高壓蒸汽 (溫度 19O～ 235℃ )深度水解技術(shù)已在部分大型尿素裝置中使用，中、小尿素廠由于沒(méi)有高壓蒸汽，加之技術(shù)投資昂貴，推廣應(yīng)用有一定的難度。僅有部分中型廠使用化四院在 200kg／ a尿素裝置上采用 Mpa蒸汽深度水解的技術(shù)。 美國(guó)盂山都公司的低壓深度水解技術(shù)已在盤錦 、川化投入使用，由于專利費(fèi)用高，在中、 小型廠推廣也有相當(dāng)難度。國(guó)內(nèi) 寰 球公司設(shè)計(jì)的低溫水解技術(shù)已在德州兩套尿素裝置上使用，該技術(shù)在中、小型尿素廠推廣有一定的發(fā)展前景，但技術(shù)投資和生產(chǎn)費(fèi)用與生產(chǎn)成本相抵，工廠無(wú)經(jīng)濟(jì)效益，但對(duì)中 等城市解決環(huán)保問(wèn)題還是有益的。 小尿素廠一般位于城郊，采用蒸發(fā)二次蒸汽洗滌技術(shù)最適宜。該技術(shù)投資小， 回收尿素可達(dá) 95％。 1966年引進(jìn)裝置中的熔融泵設(shè)置在框架的二層，由于有液位自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，操作工不用擔(dān)心泵會(huì)抽空或二蒸分離器中存液事故的發(fā)生。 湖南智成化工有限公司 1970年投產(chǎn)時(shí)，用揚(yáng)程 96m的水泵代用， 由于熔融泵入口管液位不能自調(diào)，給生產(chǎn)造成極大的被動(dòng)。通過(guò)探索進(jìn)口泵的特性并與長(zhǎng)沙水泵廠合作，設(shè)計(jì)制造出了我國(guó)第一代尿素熔融泵，成功地實(shí)現(xiàn)了熔融泵進(jìn) 口 液位的自調(diào)功能，也解決了當(dāng)時(shí)中型廠產(chǎn)品質(zhì)量不合格的問(wèn)題。該泵型號(hào)為 65FN一 5O，當(dāng)時(shí)應(yīng)用于 8O～ 110Kt／ a尿素裝置上。智成化工有限公司建 16m造粒塔后，產(chǎn)量達(dá)到 250Kt／ a，仍使用此熔融泵，僅把出入口管徑放大，泵的打液量隨出入口管徑放大而自動(dòng)提升，液位自調(diào)性能不變。 小尿素裝置配置 9m直徑的造粒塔，生產(chǎn)能力可到 100～ 110 Kt／ a， ～ mm顆?？蛇_(dá) 95％ 以上，但 6O％， 且有一定量的粉塵。在尿素市場(chǎng)不景氣年代，粒度小且不均勻，很難與國(guó)內(nèi) 大、中型廠的尿素相競(jìng)爭(zhēng)。為此，小尿素廠采取了多種方法，有條件的廠直接引進(jìn)大顆粒造粒裝置；但多數(shù)廠為了獲得大顆粒尿素，采用了降低噴頭旋轉(zhuǎn)速度的方法，由于尿液噴出時(shí)的溫度高，有些到塔底箅子板處還未凝固成粒，粉塵也多，包裝后，在包裝袋內(nèi)嚴(yán)重結(jié)塊，影響銷售 ； 也有單位采用 “顆粒沸騰層床冷卻 ”裝置和旋風(fēng)分離除塵裝置 。 另外，還有僅僅采用把噴頭孔徑稍擴(kuò)大制成所謂大顆粒噴頭，噴頭也采取低速旋轉(zhuǎn)，此 法出塔粒子溫度較高，空心顆粒多，落到箅子板上的粉碎率高。某廠在使用此型噴頭后，包裝前過(guò)篩的粉塵達(dá)到產(chǎn)量的 5％。可見，以降低噴頭轉(zhuǎn)速 來(lái)獲得大顆粒尿素的效果較差。要解決此問(wèn)題，可采用以下方法。 （ 1） 采用湖南智成化工有限公司王緒芳設(shè)計(jì)的 。該噴頭是在傳統(tǒng)噴頭基礎(chǔ)上改造而來(lái)的，對(duì)三種孔徑 (上、中、下三段噴孔孔徑 )的噴孔根據(jù)產(chǎn)量大小適當(dāng)擴(kuò)孔，特別是中段噴孔，噴頭轉(zhuǎn)速不變，生產(chǎn)量因孔徑擴(kuò)大而提高，粒徑較均勻，無(wú)粉塵， 2mm粒徑的顆粒占 60％以上，出塔尿素顆粒溫度正常。此技術(shù)已在多家小尿素廠使用。 （ 2） 采用原化四院王士珍設(shè)計(jì)的噴頭。該噴頭在安陽(yáng)新建 16m造粒塔上使用，據(jù)說(shuō)所獲得尿素顆粒粒徑和均勻度均達(dá)到預(yù)期的要求。但該噴頭對(duì)造粒塔的高度要 求較高，安陽(yáng)新建塔高 78m，發(fā)揮了該噴頭各方面的效能。 在斜置旋轉(zhuǎn)的圓筒內(nèi)噴人品種和 95％的尿素熔融液，再噴人表面凝固劑 (甲醛溶液 )，所得尿素粒徑在 2～ 4mm，小于或大于此粒徑顆粒經(jīng)分篩、粉碎后作品種用。旋轉(zhuǎn)筒中吹人熱風(fēng)脫水，分篩后進(jìn)人另外一個(gè)回轉(zhuǎn)筒，吹人冷風(fēng)冷卻。 第六章 一段蒸發(fā)器的設(shè)計(jì) 初步定型 一段蒸發(fā)器是將來(lái)自閃蒸槽溫度約為 90℃ ,71％重量濃度的尿素溶液，在 （絕壓）下，經(jīng)過(guò)熱能回收段和蒸汽加熱段被加熱到 130℃ ，重量約為96％的尿液。在分離段 分離出的尿液去二段蒸發(fā)器。一段蒸發(fā)器的蒸發(fā)氣與閃蒸槽的閃蒸氣一起送去一段蒸發(fā)冷凝器冷凝。熱能回收段和蒸汽加熱段殼體內(nèi)徑約為 500mm。熱能回收段管殼式熱交換器由 147 根 φ252，長(zhǎng)度為 4500mm 的00Cr17Ni14Mo2 超低碳無(wú)縫不銹鋼組成?？倱Q熱面積為 50m2。蒸汽加熱段由 147根 φ252，長(zhǎng)度為 1500mm 的 00Cr17Ni14Mo2 超低碳無(wú)縫不銹鋼管組成。總換熱面積為 12m2分離段的內(nèi)徑為 2020mm。在分離段的上部設(shè)有直徑為 600mm 的旋流除霧器，以進(jìn)一步除去氣相夾帶的霧沫。設(shè)備總高約為 9900 毫米。設(shè)備總量約為 。 分離段包括旋流除霧器和蒸汽加熱段的上、下管板以及熱能回收段底封頭用00Cr18Ni10 超低碳不銹鋼制作。其余與介質(zhì)接觸的零部件用 00Cr17Ni14Mo2 超低碳不銹鋼制作。 蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)步驟 多效蒸發(fā)的計(jì)算一般采用試差法。 （ 1） 根據(jù)工藝要求及溶液的性質(zhì)，確定蒸發(fā)的操作條件（如加熱蒸汽壓強(qiáng)及冷凝器的壓強(qiáng)），蒸發(fā)器的形式、流程和效數(shù)。 （ 2） 根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，初步估計(jì)各效蒸發(fā)量和各效完成液的濃度。 （ 3） 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)假設(shè)蒸汽通過(guò) 各效的壓強(qiáng)降相等，估算各效溶液沸點(diǎn)和有效總溫差。 （ 4） 根據(jù)蒸發(fā)器的焓衡算，求各效的蒸發(fā)量和傳熱量。 （ 5） 根據(jù)傳熱速率方程計(jì)算各效的傳熱面積。若求得的各效傳熱面積不相等，則應(yīng)按下面介紹的方法重新分配有效溫度差，重復(fù)步驟（ 3)至（ 5），直到所求得各效傳熱面積相等為止。 各效蒸發(fā)量和完成液濃度的估算 本 設(shè) 備 處 理 的 溶 液 為 來(lái) 自 閃 蒸 槽 的 尿 素 溶 液 ； 其 組 成 為 尿素25=／ h， 25=98 Kg／ h， NH3=25= Kg／ ,H2O=25= ／ h 。處 理要求 為使 原料液 組成 變?yōu)槟蛩?25=／ h，水 ／ h，縮二脲 725=175Kg／ h。排出的氣體有尿素 25=162Kg／ h， CO2=／ h， NH3=25=／h,H2O=25=／ h。 原料液加料量 F=890100024 = kg/h 總蒸發(fā)量 W=F(1x0x3 )=（ ） = kg/h 式中： W— 總蒸發(fā)量 kg/h； F — 進(jìn)料流量 kg/h； 0x —初始液濃度； nx — 完成液濃度。 因并流加料，蒸發(fā)中無(wú)額外蒸汽引出，假設(shè)各效蒸發(fā)量相等，即 W1=W2=W3= 1W 、 2W 、 3W 分別表示 第一效、第二效、第三效蒸發(fā)量。 各效完成液的濃度為： x1= Fx0FW1 =％ X2= Fx0FW1W2 =％ X3= Fx0FW1W2W3 =50％ 其中： 1x —— 第一效完成液濃度；