【正文】 設(shè)計(jì) 條件 (1) 操作壓力 P=18 atm(絕 ) (2) 操作溫度 t=160℃ 計(jì)算 v? 查文獻(xiàn) [1]知 : 表 41NH3 ,CO2 ,H2O 的臨界溫度 ,臨界壓力值 組 分 NH3 CO2 H2O 臨界溫度 cT ℃ 臨界壓力 PC atm 混合氣體的假臨界溫度 5 7 41 7 5 3 2 ???????mcT ℃ 混合氣體的假臨界壓力 a t mP mc 2 1 81 7 5 1 1 ??????? 對(duì)比溫度 160273273273 ??????? cr TtT 對(duì)比壓力 ??? cr PPP 查氣體的通用壓縮系數(shù)圖 [1],得壓縮系數(shù)為 Z= PZRTV? k m olm / )160273( 3????? 氣相重度為 357 / mkgv ??? ??? L? 將液相視為尿素溶液 ,查尿素溶液的蒸汽壓力和比重圖 [1],可得濃度為%的尿素溶液重度為 1110 3/mkg ? smvvL / ????? ? ??? 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第四章 主要設(shè)備工藝設(shè)計(jì) 21 smV S / 0024330 5 ??? ??? mVA S ??? ? mAD ??? 考慮到負(fù)荷變化及壓力波動(dòng) ,選取一段分離器直徑為 mm1000? 那么 mmH 3000? , mV ? , 材質(zhì) :Cr18Ni12Mo2Ti 二段 加熱器 起加熱的作用 ,從一段分離器出來(lái)的液相部分 (尿素液、氨、水 等 )在此進(jìn)行加熱分解 , 使各組分 汽化 ,溫度達(dá)到 150℃ 。 設(shè)計(jì)條件 已知 (1) CO2轉(zhuǎn)化率 : %64?? (2) 生產(chǎn)能力 : 小時(shí)噸 / 105 4 ????G (以 330 天 ,24 小時(shí) /天計(jì)算 ) 合成塔的有效容積 先 確定合成塔的生產(chǎn)強(qiáng)度 查圖 41[1]查得為 )/( 3米日噸 ? 生產(chǎn)強(qiáng)度 GV ?? 24 米??? 實(shí)際選取 %30),( 3 裕度為為技改留空間米?V 則實(shí)際生產(chǎn)強(qiáng)度為 : )/( 3米日噸 ??? 選用的尿素合成塔為襯里的高壓容器 [4].合成塔內(nèi)流動(dòng)的自始至終都是氣液二相混合物 .中小型廠的合成塔為空筒 ,不設(shè)置內(nèi)件 ,其高徑比在 20 左右 ,基本呈平推流 . 選取內(nèi)徑 ?? 1000 mm ,H=20xx0 mm ,V= hr2? = m3,材質(zhì) :0Cr18Ni12Mo2 一段加熱器 起加熱的作用 ,尿素液混合物在此 進(jìn)行加熱分解 ,溫度達(dá)到 160℃ ,使溶液中的氨、二氧化碳和水 汽化 。外殼保溫 ,防止熱量外散 ,不設(shè)置內(nèi)件 ,塔的高徑比較大。塔的外筒為多層卷焊受壓容器 ,也可以整體鍛造。17 ?? 以 一年 工作 330 天計(jì)算 ,有 ak c alH / 524330224664 717 ???????? 因 0171 171 ??? ?H 故有 : 010) ( 7 ???????? ???????? xxii 解得 kgkcalix /? 查 NH3,I Plog 圖 [1]:t=46℃ 亦即氨的預(yù)熱溫度為 46℃ 則 : ak c a lH /)( 772 ??????? ak c alH / 2 3 0 77712 ???????? 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第三章 熱量衡算 14 合成塔熱量平衡數(shù)據(jù)表 合成塔熱量平衡數(shù)據(jù)表見表 31: 表 31 合成塔熱量平衡表 序號(hào) 收入項(xiàng)目 107kcal % 序號(hào) 支出項(xiàng)目 107kcal % 1 甲銨生成熱 100 1 CO2 氣降溫降壓 2 當(dāng)量氨降溫降壓 3 固體甲銨升溫吸熱 4 固體甲銨熔融吸熱 5 甲銨轉(zhuǎn)化為尿素吸熱 6 反應(yīng)熔融升溫吸熱 7 液態(tài)水升溫吸熱 )( 1110 HH ??? 8 過(guò)量氨升溫吸熱 ( )1412 HH ??? 9 過(guò)量氨汽化熱 0 0 10 過(guò)量氨與水混合熱 11 熱損失 總 計(jì) 100 總 計(jì) 100 一段分 離器 工藝條件 (18atm,124℃ ) (液相 18atm,160℃ 。 2 ??????? ak m olatm OH /101 8 )9 6 5 ( 54439。 2 ??????? 與 CO2形成甲銨消耗的液氨量 : atm /10 455 ???????? 生成的甲銨量 : atm /10 45 ????? 溶于水的氨量 : atm /10 )( 44 ????? 一段分離器物料平衡數(shù)據(jù)表 表 22 一段分離器 物料平衡表 輸 入 輸 出 組 分 104t/a 105kmol/a 組 分 104t/a 105kmol/a NH3 CO2 H2O CO(NH2)2 一段分解出口氣體 NH3 CO2 H2O 一段分解出口液體 NH3 CO2 H2O CO(NH2)2 總 計(jì) 總 計(jì) 一段分離器出口 液體物料組成還可表示如下 : 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第二章 物料衡算 9 單位 (104t/a) CO(NH2)2 : CO(NH2)2 : % CO2: 或 NH4COONH2: % NH3: 氨水 : % H2O: 其中 : NH3 H2O 總計(jì) 總計(jì) 二段分解塔 反應(yīng)框圖與已知數(shù)據(jù) 二段分解塔物料方框圖 ,如圖 24: 圖 24 二段分解塔物料方框簡(jiǎn)圖 查 [1]得 二段分解塔出口溶液中各組分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為 : CO2: NH3: H2O: CO(NH2)2: 縮二脲 : 物料計(jì)算 計(jì)算 基準(zhǔn) :5 萬(wàn)噸成品尿素 二段分解塔出口液中各組分的質(zhì)量為 : ak m olatm NH /??????? ak m o latm CO /100 8 ??????? ak m olatm OH /???????ak m olatm C ON HNH /??????? ak m olatm /100 2 ???????縮二脲 則二 段 分塔出口氣體中各組分質(zhì)量為 : 由質(zhì)量守恒有 : B(104t)/a溶液 CO2? NH3? H2O? 104 t/a 溶液 104 t/a 溶液 CO2? NH3? H2O? CO(NH2)2? 縮二脲 ? 二段分解塔 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第二章 物料衡算 10 ak m olatm NH /105 0 )0 5 8 ( 54439。 3 ??????? ak m o latm CO /)( 54439。 22 ??????? 由質(zhì)量守恒定律 : atm OH /)( 4439。 2 ??????? atakgm NH /39。 塔頂出口氣 則送往低壓吸收系統(tǒng) ,同中 壓吸收 系統(tǒng)吸收的氣體一起作為循環(huán)之用，塔底出口溶液送去閃蒸，通過(guò)蒸發(fā)除 去多余的水分， 以 達(dá)到濃縮的目的 。 在一段分解分離器內(nèi)氣液兩相分開 ,溶液送二段分解 塔 ,氣體送往中壓吸收系統(tǒng) 。 合成塔頂部物料出口溫度為 ℃190 ,此反應(yīng)熔融物內(nèi)有尿素、氨基甲酸銨、氨和水等 。 該塔是不銹鋼襯里的高壓容器 ,在此氨基甲酸銨脫水生成尿素 。 設(shè)計(jì)流程 工藝流程簡(jiǎn)圖 如圖 11: 四川理工學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì) (論文 ) 第一章 總論 3 去 閃蒸 槽N H3C O2去 中壓 吸收去 低壓 吸收預(yù)混器過(guò) 濾 器液 氨緩 沖 槽壓 縮 機(jī)高 壓 泵加熱器加熱器尿素合成塔一段分解塔二段分解塔 圖 11 尿素合成分離工段工藝流程圖 流程簡(jiǎn)述 從 合成氨 工段 來(lái) 的液氨通過(guò)過(guò)濾器送入液氨緩沖槽 ,緩沖槽壓力維持在 (表壓 )左右。 氨基甲酸銨 脫水反應(yīng)必須在液相中進(jìn)行 ,即尿素生成是液相反應(yīng) ,所以原料氨必須以液態(tài)供給 , 2CO 則 液或氣態(tài)均可 。 合成 工藝原理 水溶液全循環(huán)法 由液氨和二氧化碳?xì)怏w直接合成尿素的反應(yīng)過(guò)程可分為二步 : ① 液氨與氣體二氧化碳作用生成液體氨基 甲酸銨 : QNHCONHCONH ??? 224232 ② 氨基甲酸銨 脫水生成尿素 : QOHNHCOC O O N HNH ??? 22224 )( 總反應(yīng)式為 : OHNHCOCONH 22223 )(2 ??? 第一步是放 熱反應(yīng) ,反應(yīng)速度很快 。尿素水溶液呈微堿性 ,它與強(qiáng)酸作用生成鹽 。熔融態(tài)尿素在高溫下緩慢放出 3NH 而可縮合成多種化合物 ,最主要的是縮二脲 22CON HC ON HNH ,尿素的縮合產(chǎn)物還有多種 ,其組成與溫度、壓力、加熱速度及催化劑有關(guān)。 尿素在水或液氨中的溶解度均隨溫度的升高而增加 。 在真空下加熱尿素可直接升華為氣體 。 純尿素在室溫下是無(wú)色、無(wú)味、無(wú)臭的針狀結(jié)晶體 ,在一定條件下也呈斜方棱柱結(jié)晶狀 。 四川理工學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì) (論文 ) 第一章 總論 2 尿素可以看做是碳酸的二酰胺 。 在人及哺乳動(dòng)物的尿液中含有這種物質(zhì) ,故稱為尿素 ,是蛋白質(zhì)新陳代謝后的最終產(chǎn)物 。 其中 水溶液全循環(huán)法是 指合成反應(yīng)未轉(zhuǎn)化成尿素的氨和二 氧化碳 ,經(jīng)幾次減壓和加熱分解 ,