【導(dǎo)讀】題目年產(chǎn)5萬(wàn)噸水溶液全循環(huán)法生產(chǎn)尿素。專(zhuān)業(yè)應(yīng)用化工技術(shù)?；づc環(huán)境工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）。低壓分解與吸收..

　　

【正文】 靠重力而下沉。分離后的氣體經(jīng)喇叭形排氣管通過(guò)不銹鋼絲網(wǎng)除沫層，從頂部出口管 3 排出。設(shè)置喇叭形排氣管的目的是使氣體中冷凝 液沿著椎體流向中間，防止冷凝液再被進(jìn)口氣體帶走，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖 55。 圖 55 旋風(fēng)分離器 中壓吸收塔是將中壓分解氣體氨和二氧化碳用來(lái)自低壓吸收的稀氨基甲酸銨液吸收下來(lái)，它是水溶液全循環(huán)工藝的關(guān)鍵設(shè)備之一。中壓吸收塔一般為立式設(shè)備，分上下兩段，下部 為鼓泡段，其中有氣體分布器和加熱與冷卻管束。上部是吸收段，也稱(chēng)精洗段。該段有的填環(huán)狀填料，有的使用浮閥塔板，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖 56。 氨冷卻器的作用是將中壓吸收塔塔頂排出的氣體氨冷凝成液氨。該設(shè)備為臥式列管式熱交換器，用碳鋼制成。水在管內(nèi)流動(dòng)，氣氨由冷凝器接管 1 進(jìn)入，管見(jiàn)內(nèi)裝折流板 15 塊，氣體沿 管間曲折通過(guò)，冷凝的液氨向下流動(dòng)。接管 7 進(jìn)入液氨緩沖槽?；づc環(huán)境工程 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 為了將氣氨充分冷凝下來(lái)，通常串聯(lián)兩個(gè)氨冷卻器，第一氨冷凝器中未冷凝的氣體從 圖 56 中壓吸收塔 圖 57 氨冷凝器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 1人孔蓋； 2人孔短節(jié)； 3球形封頭； 4管箱； 5隔板； 6管板； 7換熱管； 8低壓殼體； 9折流板； 10支撐板 體從接管 2 排出進(jìn)入第二氨冷凝器。冷卻水與氣氨逆向流動(dòng)。從第二氨冷凝器來(lái)的冷卻水由接口 3 進(jìn)入第一冷凝器后，再經(jīng)出口接管 4 排出。冷凝器通冷卻水前必須將排氣閥 5 打開(kāi)，保證冷卻水充滿(mǎn)列管，提高冷凝效果， 其結(jié) 構(gòu)圖如 圖 57。 化工與環(huán)境工程 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 低壓分解精餾塔為立式填料塔，該塔的主要作用是：使來(lái)自低壓分解分離器的氣體與中壓循環(huán)來(lái)的進(jìn)料液進(jìn)行精餾和換熱，從而降低了低壓分解加熱器的熱負(fù)荷，也減少了出塔氣相 水分。低壓分解分離器來(lái)的氣體從塔的下部進(jìn)入，在填料段與塔頂進(jìn)料液相逆流接觸，換熱后，通過(guò)不銹鋼絲網(wǎng)除沫層，從塔頂氣相管排出。 低壓吸收第一氨基甲酸銨冷凝器 低壓吸收第一氨基甲酸銨冷凝器是立式不銹鋼列管換熱器，它的主要 作用是把低壓分解氣及解吸塔來(lái)的解吸氣冷凝和吸收為稀的氨基甲酸銨，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖 58。 圖 58 低壓吸收第一氨基甲酸銨冷凝器 1上管箱； 2上管板； 3出水口； 4殼體； 5換熱； 6膨脹節(jié)； 7下管板； 8入水口； 9排氣口 低壓吸收第二氨基甲酸銨冷凝器 低壓吸收第二氨基甲酸銨冷凝器為立式不銹鋼 U 形管束換熱器，它的主要作用是將第一氨基甲酸銨冷凝器未冷凝的殘余氣氨在此冷凝吸收。 化工與環(huán)境工程 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 氨吸收塔 吸收塔 是一立式填料塔，它的主要作用是吸收高、低壓循環(huán)系統(tǒng)尾氣中的氨氣，其結(jié)構(gòu) 如 圖 59。 圖 59 氨吸收塔化工與環(huán)境工程 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 第六章 物料衡算和熱量衡 算 物料衡算 年產(chǎn) 5 萬(wàn)噸水溶液全循環(huán)法生產(chǎn)尿素，進(jìn)料量中 NH3 60%， CO230% ,氨基甲銨10%。 (1) 計(jì)算范圍以反應(yīng)器為計(jì)算范圍，如圖 61 所示。 CO 2氨基甲酸銨液液氨 液氨氨基甲酸銨尿素CO 2H 2 O 圖 61 尿素物料衡算示意圖 (2) 反應(yīng)式為 總反應(yīng)方程式： 2NH3+CO2→CO(NH 2)2+H2O 分步反應(yīng)方程式： 2NH3+CO2→NH 2COONH4+ ① NH2COONH4→CO(NH 2)2+ ② (3) 計(jì)算任務(wù) 原料消耗量和產(chǎn)物生成量。 (4) 選擇數(shù)據(jù) 尿素回收率 60%； NH3 的轉(zhuǎn)化率 80%；純循環(huán)氨基甲銨 90%； CO2的轉(zhuǎn)化率 80%；循環(huán)氨基甲銨轉(zhuǎn)化率 100%。 (5) 計(jì)算過(guò)程 生成尿素的物質(zhì)的量為 17%60 105 4?? =4900 kmol=294000 kg 生成水的物質(zhì)的量為 4900kmol=88200kg 純循環(huán)氨基甲銨的物質(zhì)的 量為 4900kmol =382200 kg 原料中 循環(huán)氨基甲銨的物質(zhì)的量為 %904900 = kmol= kg 原料的物質(zhì)的量為 %10%904900? = kmol 化工與環(huán)境工程 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 進(jìn)料中 NH3的物質(zhì)的量為%10%904900?60%== 進(jìn)料中 CO2的物質(zhì)的量為%10%904900?10%== 出料中 NH3的物質(zhì)的量為%10%904900?60%(180%)= = 出料中 CO2的物質(zhì)的量為%10%904900?30%(1－ 80%)= = 出料中環(huán)氨基甲銨的物質(zhì)的量為%10%904900?30%== (6) 列物料衡算表 見(jiàn)表 61。 表 61 物料衡算表 物料名稱(chēng) 相對(duì)分子質(zhì)量 輸入 輸出 質(zhì)量 / kg 物質(zhì)的量 / kmol 質(zhì)量 / kg 物質(zhì)的量 / kmol NH3 17 CO2 44 NH2COONH4 78 CO(NH2)2 60 294000 4900 H2O 18 88200 4900 總計(jì) 熱量衡算 年產(chǎn) 5 萬(wàn)噸 水溶液全循環(huán)法合成尿素中第一反應(yīng)器的物料衡算數(shù)據(jù)作熱量衡算。 (1)計(jì)算任務(wù) 輸入熱量和輸出熱量。 (2)選擇數(shù)據(jù) 298K 標(biāo)準(zhǔn)生成熱如下： ΔfHθm(CO2)=–； ΔfHθm（ H2O） = – kJ/mol ΔfHθm(NH3)=– kJ/mol； ΔfHθm（ CO(NH2)2） = – kJ/mol ΔfHθm（ NH2COONH4） =– kJ/mol 表 62 各物料的定壓 熱容 （ 298K 時(shí)的 Cθp,m） 物料名稱(chēng) Cθp,m J/() NH3 CO2 NH2COONH4 CO(NH2)2 H2O 化工與環(huán)境工程 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 根據(jù) Cp,m=a+bT+cT 或 Cp,m=a+bT+c’T 計(jì)算初始溫度為 25℃升到 180℃時(shí)的 Cp,m， 熱損失為反應(yīng)放熱量的 10%。 Cp,m(CO2)=+103 453－ 105247。4532 =4095164 =103kJ/() Cp,m(NH3)=+103453+(–)247。4532 =104kJ/() Cp,m（ H2O） =+103453 =103kJ/() (3) 計(jì)算過(guò)程 298K 反應(yīng)熱效應(yīng) ： ΔrHm(① )=–++2= kJ/() ΔrHm(② )=–－ +=– kJ/() Q (298K)放熱 =∑ΔrHm=103(80%－ 20%) =106MJ Q 帶入 =(29400++4900)298 =105kJ =522MJ Q 帶入=(104+103+4900103++49006.75)(453298) =1224MJ Q 損失 =106MJ10%=105MJ Q 移出 = Q (298K)放熱 + Q 帶入 － Q 帶 出 － Q 損失 =106MJ+522MJ－ 1224MJ－ 105MJ =7397 MJ 化工與環(huán)境工程 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 (4)列熱量衡算表 見(jiàn)表 62。 表 62 熱量衡算表 輸入 輸出 項(xiàng)目 熱量 / MJ 項(xiàng)目 熱量 / MJ 反應(yīng)帶入熱 522 反應(yīng)帶出熱 1224 移出熱 7397 298K 反應(yīng)放熱 106 熱損失 105 總計(jì) 8220522 總計(jì) 830621 化工與環(huán)境工程 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 致 謝 三年的大學(xué)生活很快就結(jié)束了，回味這三年的生活仍然歷歷在目。還記得年 三 前剛踏進(jìn)校門(mén)那一刻，我還是一個(gè)對(duì)大學(xué)的所有一切都充滿(mǎn)好奇的新生， 本次設(shè)計(jì)能夠順利完成，首先我要感謝我的母校 ——焦作 大學(xué)，是她為我們提供了學(xué)習(xí)知識(shí)的土壤，使我們?cè)谶@里茁壯成長(zhǎng)；其次我要感謝 化工與環(huán)境工程 學(xué)院的老師們，他們不僅教會(huì)我們專(zhuān)業(yè)方面的知識(shí)，而且教會(huì)我們做人做事的道理；尤其要感謝在本次設(shè)計(jì)中給與我大力支持和幫助的 成戰(zhàn)勝 老師 ，正是在成老師的悉心指導(dǎo)和耐心修改下，我的論文才得以完稿。成 老師 學(xué)識(shí)淵博、治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)， 待人平易近人， 在 成老師的悉心指導(dǎo)中，我不僅學(xué)到了扎實(shí)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，也在怎樣處人處事等方面收益很多 ， 同時(shí) 他 對(duì)工作的積極熱情、認(rèn)真負(fù)責(zé) 的態(tài)度，給我留下了深刻的印象，使我受益非淺。在此我謹(jǐn)向 成 老師表示衷心的感謝和深深的敬意。 感謝所有的任課老師，是你們讓我學(xué)到了很多知識(shí)；教會(huì)了我許多專(zhuān)業(yè)技能；給我的論文提供了很大的幫助。你們教給我的知識(shí)能讓我在今后的人生大道更加坦途，讓我走得更加自信。在此我衷心地祝愿你們永遠(yuǎn)健康、快樂(lè)。 感謝所有的朋友，和你們一起走過(guò)的 三 年是令我一生難忘的 三 年。與你們的在一起的時(shí)光是快樂(lè)的。是你們 的熱情、善良讓我變得更加自信、堅(jiān)強(qiáng)。未來(lái)的工作和生活中，我們?nèi)詫⒁宦吠小? 三 年，在人生的旅途中，不算太長(zhǎng)；但這卻是不可重來(lái)的珍貴的 三 年。雖然這 三年有很多遺憾，但我并沒(méi)有虛度。 我要再次深深感謝所有的人，祝你們身體健康，工作順利！ 謝謝！ 化工與環(huán)境工程 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 參考文獻(xiàn) [1] 劉振河 .化工生產(chǎn)技術(shù) [M]. 北京： :高等教育出版社 ,2021 年 . 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