年產(chǎn)5萬噸水溶液全循環(huán)法生產(chǎn)尿素工藝設(shè)計(jì)(參考版)
2025-03-02 21:13本頁面
【正文】 雖然這三年有很多遺憾，但我并沒有虛度。未來的工作和生 23 活中，我們?nèi)詫⒁宦吠?。與你們的在一起的時(shí)光是快樂的。在此我衷心地祝愿你們永遠(yuǎn)健康、快樂。 感謝所有的任課老師，是你們讓我學(xué)到了很多知識；教會了我許多專業(yè)技能；給我的論文提供了很大的幫助。孔老師學(xué)識淵博、治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，待人平易近人， 在 孔 老師的悉心指導(dǎo)中，我不僅學(xué)到了扎實(shí)的專業(yè)知識，也在怎樣處人處事等方面收益很多 ， 同時(shí) 他 對工作的積極熱情、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。 表 5 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 22 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。4532 =4095164 21 =103kJ/() Cp,m(NH3)=+103453+(–)247。 (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 4 各物料的定壓熱容 （ 298K 時(shí)的 Cθp,m） 物料名稱 Cθp,m J/() NH3 CO2 NH2COONH4 CO(NH2)2 H2O 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%。 表 3 物料衡算表 物料名稱 相對分子質(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) （二）熱量衡算 年產(chǎn) 5 萬噸水溶液全循環(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。 (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%。 (1) 計(jì)算范圍以反應(yīng)器為計(jì)算范圍，如圖 13 所示。 圖 11 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 （七）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 12。冷凝器通冷卻水前必須將排氣閥 5 打開，保證冷卻水充滿列管，提高冷凝效果，其結(jié)構(gòu)圖如 圖 10。冷卻水與氣氨逆向流動。接管 7 進(jìn)入液氨緩沖槽。該設(shè)備為臥式列管式熱交換器，用碳鋼制成。分離后的氣體經(jīng)喇叭形排氣管通過不銹鋼絲網(wǎng)除沫層，從頂部出口管 3 排出。中壓分解加熱器的主要作用是將合成塔出口反應(yīng)液中未反應(yīng)的液態(tài)游離氨、二氧化碳及氨基甲酸銨加熱分解成氣相氨與二氧化碳，中壓分解加熱器如圖 8。外殼為整體鍛造或多層鋼板卷焊制成的高壓圓筒，頂 蓋于筒體的密封結(jié)構(gòu)，也可以采用強(qiáng)制式的，目前都采用強(qiáng)制式的，其結(jié)構(gòu)圖如圖 7。尿素的合成反應(yīng)需要一段時(shí)間，所以塔內(nèi)需要有足夠的空間，反應(yīng)中不需要外加催化劑和換熱裝置，所以合成塔為空筒形式，有的內(nèi)裝有塔板，以防物料的返混。尿素合成塔在較高的壓力下操作，因而應(yīng)符合高壓容器要求，工業(yè)生高壓筒體一般采用較大的高徑比。由于脫硫反應(yīng)是在常壓和加壓的條件下進(jìn)行，故該設(shè)備外殼為 16Mn 材質(zhì)制作，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖 6。含硫化氫的二氧化碳?xì)怏w，自上而下通過多層氫氧化鐵脫硫劑，發(fā)生脫硫反應(yīng)，從塔的底部流出。工業(yè)生產(chǎn)中，原料 CO2 氣濃度要求 98%（體積），愈純愈好。在 CO2 氣體濃度 86%~100%范圍內(nèi)，惰性氣體含量每增加 1%，合成轉(zhuǎn)化率約降低 %。對于二氧化碳?xì)馓岱?，反?yīng)時(shí)間一般為 40~50 min 左右，其轉(zhuǎn)化率約為 53%。但是，反應(yīng)時(shí)間過長，設(shè)備容積要相應(yīng)增大，或生產(chǎn)能力下降，同時(shí) ，甲銨的不穩(wěn)定性增加，尿素縮合反應(yīng) 14 加?。壹卒@對設(shè)備的腐蝕也加劇，操作控制比較困難。甲銨脫水速率隨溫度升高和氨碳比加大而加快。對于 CO2氣提法操作壓力為 13~14MPa。 （四）操作壓力 尿素合成總反應(yīng)是一個體積減少的反應(yīng)，因而提高壓力對尿素合成有利，尿素轉(zhuǎn)化率隨壓力增加而增大，但合成壓力也不能過高，因壓力與尿素轉(zhuǎn)化率的關(guān)系并非直線關(guān)系，在足夠的壓力下，尿素轉(zhuǎn)化率逐步趨于一個定值，壓力再升高，轉(zhuǎn)化率增加很少，但同時(shí)壓縮的動力消耗增大，生產(chǎn)成本提高，高壓 下甲銨對設(shè)備的腐蝕也加劇。從平衡移動原理可知：水量增加，不利于尿素的形成．它將導(dǎo)致尿素平衡轉(zhuǎn)化率下降。 13 （三）水碳比 水碳比是指合成塔進(jìn)料中 H2O/CO2的摩爾比，常用符號 b 來表示。所以，過量氨增多，平衡轉(zhuǎn)化率增大，故工業(yè)上都采用氨過量操作，即氨碳比必須大于 2。 實(shí)驗(yàn)表明， NH3過量能提高尿素的轉(zhuǎn)化率，因?yàn)檫^量的 NH3促使 CO2轉(zhuǎn)化，同時(shí)能與脫出的 H2O 結(jié)合成氨水，使水排除于反應(yīng)之外，這就等于移去都分產(chǎn)物，也促使平衡向生成尿素的方向移動。 “氨過量率 ”是指原料中氨量超過化學(xué)反應(yīng)式的理論量的摩爾百分?jǐn)?shù)。溫度繼續(xù)升高，平衡轉(zhuǎn)化率下 降。 表 1 反應(yīng)溫度與二氧化碳轉(zhuǎn)化率的關(guān)系 反應(yīng)溫度 /℃ 170 180 190 轉(zhuǎn)化率∕％ 60 60 12 備注：氨碳比 NH3:CO2=4, 水碳比 H2O:CO2= 這是因?yàn)楦邷貢r(shí)甲銨在液相中分解成氨和二氧化碳所造成。由實(shí)驗(yàn)和熱力學(xué)計(jì)算表明，平衡轉(zhuǎn)化率開始時(shí)隨溫度升高而增大。 （一）溫度的影響 尿素合成的控制反應(yīng)是甲銨脫水，它是一個微吸熱反應(yīng)，故提高溫度甲銨脫水速度加快。熔融尿素 (140℃ )→ 尿素粒子 (140℃ )→ 尿素粒子 (60℃ )。前者設(shè)備較少，即投資較少，后者投資稍有增加。這是由于結(jié)晶尿素易于吸潮結(jié)塊。尿素濃縮可以采用蒸發(fā)法，也可以采用結(jié)晶法。 （三）尿素溶液的蒸發(fā)與造粒 尿素合成反應(yīng)液經(jīng)二次減壓加熱
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