【正文】 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； 。 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。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。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。 （ 4） 根據(jù)蒸發(fā)器的焓衡算，求各效的蒸發(fā)量和傳熱量。 （ 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。 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。 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。設(shè)備總高約為 9900 毫米?？倱Q熱面積為 12m2分離段的內(nèi)徑為 2020mm?？倱Q熱面積為 50m2。熱能回收段和蒸汽加熱段殼體內(nèi)徑約為 500mm。在分離段 分離出的尿液去二段蒸發(fā)器。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。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。 （ 2） 采用原化四院王士珍設(shè)計(jì)的噴頭。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。要解決此問(wèn)題，可采用以下方法。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％。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 。 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。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。 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)。該技術(shù)投資小， 回收尿素可達(dá) 95％。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。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)。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。若工藝?yán)淠汉侠硎褂?，即噸尿素用一表?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。 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)。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。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。 根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析：二蒸加面積為 5． 6m。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。核算此時(shí)單位面積 的生產(chǎn)能力為 ／ （ m2?d） 。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。在將供汽管徑改為 57mm后，縮短了蒸 發(fā)到造粒的時(shí)間。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。因?yàn)槲锪魉俣壬仙?，傳熱系?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。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。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。 ，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。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。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％。 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)。 散熱面積：分離段 (2+2)π+2π4 (2+2)2= 加熱段： (+2)π= 小時(shí)散熱量 49+491638=32833KJ =5629KJ ΔH11 10 =32833 8000202000 =5629KJ ΔH10=1454+5629=7083KJ (11)一段分解氣體 冷凝放熱 ΔH11 熱平衡方程： ΔH11+ΔH1+ΔH2+ΔH3+ΔH4+ΔH5+ΔH1 10=0 ΔH11302452+11835+690+243059+483684+1454=0 ΔH11=438270KJ (12)熱負(fù)荷 ΔH12 熱平衡方程： ΔH1+ΔH2+ΔH3+ΔH6+ΔH7+ΔH8+ΔH9+ΔH10+ΔH11+ΔH12=0 302452+11835+690+823912792+974468+227990+7083438270+ΔH12=0 ΔH12=476845KJ （ 1） 計(jì)算依據(jù) 收入物料 一段蒸發(fā)器來(lái)尿素溶液 130℃ 尿素 縮二脲 水 計(jì) （ 2）二段蒸發(fā)器出口尿素溶液 103Mpa 140℃ 尿素 縮二脲 水 計(jì) （ 3）二段蒸發(fā)氣 103Mpa 140℃ NH3 CO2 H2O 尿素 計(jì) （ 4）縮二脲生成熱，尿素濃縮熱均忽略不計(jì)。 計(jì)算 （ 1）尿素溶液帶入熱量 ΔH1 據(jù)閃蒸槽熱量平衡計(jì)算 ΔH1=302452KJ （ 2）甲胺分解熱 ΔH2 甲胺熔融熱 20306KJ∕Kmol 甲胺生成熱 159350KJ∕Kmol ΔH2=（ 15935020306） ／ 78=11835KJ （ 3）氨水分解熱 ΔH3 氣氨在水中積分溶液熱為： 氨水濃度： 100％+ =％，積分溶解熱： ∕Kg ΔH3==690KJ (4)出熱能回收段尿素溶液帶出熱 ΔH4 取尿素水溶液平均比熱容 ∕Kg ΔH4=(10025)=243059KJ (5)出熱能回收段氣相帶出熱 ΔH5 ， 25℃ 時(shí)， i 氨 =∕Kg ， 100℃ 時(shí)， i 氨 =∕Kg ， 25℃ ， i 二氧化碳 =728KJ∕Kg ， 100℃ 時(shí)， i 二氧化碳 =∕Kg ， 25℃ 時(shí)， i 水 = ， 101℃ 時(shí)， i 水 = ΔH5=()+（ ） +（ ） =48368KJ (6)尿素水解熱 ΔH6 25℃ 時(shí)尿素生成熱為 ∕Kmol 甲胺生成熱 159350KJ∕Kmol 甲胺熔融熱 20306KJ∕Kmol 一段蒸發(fā)水解尿素 ΔH6=（ ） 60=8293KJ (7)尿素濃縮熱 ΔH7 進(jìn)入一段蒸發(fā)器尿素溶液水尿比： 18 =（摩爾比） 離開一段蒸發(fā)器尿素溶液水尿比： 18 =（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 ΔH7=307=12792KJ (8)出一段蒸發(fā)器氣體帶出熱量 ΔH8 ， 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?℃ ） ΔH8=(13025)+()+()+() =974468KJ (9)出一段蒸發(fā)器尿素溶液帶出熱量 ΔH9 取尿素平均比熱容 ∕Kg?℃ 取水的平均比熱容 ∕Kg?℃ 溶液比熱容 Cp=（ +） +=∕(Kg ?℃ ) ΔH9=(13025)=227990KJ (10)熱損失 ΔH10 熱能回收段熱損失 ΔH1 10 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 ℃ 。 計(jì)算依據(jù) 收入物料 閃蒸槽來(lái)尿素溶液 100℃ 尿素 甲胺 縮二脲 氨 水 計(jì) 出一段蒸發(fā)器尿素溶液 ， 130℃ 尿素 縮二脲 水 計(jì) 一段蒸發(fā)氣體 ， 130℃ 尿素 NH3 ， CO2 ， H2O , 計(jì) ， 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％ . 設(shè)甲胺、過(guò)剩氨全部在此分解進(jìn)入氣相，設(shè)縮二脲的生成，尿素的水解全部發(fā)生在加熱段。 （ 5）閃蒸槽進(jìn)出口尿素 水溶液濃度相差不大，濃縮熱忽略不計(jì)。 （ 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 ∕L. 15℃ 時(shí)，水的飽和蒸汽壓為 ，溶液水的摩爾濃度約為 94％ . （ 3） 設(shè)各組分與溶液呈平衡的分壓為實(shí)際 氣相分壓的 90％ . 計(jì)算 （ 1）未冷凝氣計(jì)算，據(jù)上述條件及測(cè)定數(shù)據(jù)可求得各組分平衡分壓為： NH3 CO2 H2O = 各組分氣相實(shí)際分壓為： P 氨 = = P 二氧化碳 = = P 水 = = P 空氣 == 設(shè)氣相中有 CO2:XKg， NH3： YKg 17X44Y = 44()17() = 聯(lián)立解得，未冷凝氣中： X（ CO2） Y（ NH3） H2O ( + ) + = （ 2）二段蒸發(fā)冷凝液 CO2 = NH3 = H2O = 尿素 將一頓尿素?fù)Q算成 25t／ h 可得物料衡算表 5 物料 組份 二表冷出口液體 二表冷未冷凝氣體 入二循一冷冷凝液 入二循二冷冷凝液 Kg/h W％ Kg/h W％ Kg/h W％ Kg/h W％ Ur Bi CO2 NH3 H2O O2 N2 總計(jì) 溫度（ ℃ ） 40 40 40 40 壓力（ Kpa） 物料 組份 造粒塔粉塵損失 入噴頭熔融尿素 尿素?fù)p失 尿素成品 Kg/h W％ Kg/h W％ Kg/h W％ Kg/h W％ Ur 24675 Bi 250 CO2 NH3 H2O 75 O2 N2 總計(jì) 25000 溫度（ ℃ ） 140 ～ 70 ～ 70 壓力（ Kpa） 第四章蒸發(fā)階段熱量衡算 計(jì)算依據(jù) 收入物料 二段分解塔出口尿液 125～ 150℃ 尿素 甲胺