【正文】 年代后期至今，小尿素廠加大了技改力度，使裝置能力大幅度提高，汽耗大幅度下降，在中國(guó)是水溶液全循環(huán)法工藝裝置 高產(chǎn)低耗的楷模。后 16 套在原小氮肥廠中建設(shè)的多，原中型廠建第二套時(shí)采用氨汽提、 CO2 汽提者為多。 9 \. ]6 A W。 * |+ V, S1 ?3 p% B 小尿素裝置迅速發(fā)展，是符合我國(guó)國(guó)情的，充分發(fā)揮了原小 氮肥廠的優(yōu)勢(shì)，不少?gòu)S選用本地的煤。 1986 年我國(guó)尿素工業(yè)掀起了一個(gè)新的發(fā)展 高潮 ，即眾多的小氮肥廠進(jìn)行改產(chǎn)尿素的技術(shù)改造，使小氮肥廠發(fā)生了質(zhì)的變化，首先 3 套 40Kt/a 水溶液全循法小尿素試驗(yàn)裝置在山東鄒城、平 度和河南輝縣相繼投產(chǎn)。這期間不斷對(duì)中尿設(shè)計(jì)進(jìn)行修改，前后共有四個(gè)版本。 C。直至 1970 年 1 月，湖南湘江氮肥廠新建的 45Kt/a 合成氨配 80Kt/a 尿素裝置投產(chǎn)，可以說(shuō)這是國(guó) 產(chǎn)化的第一套水溶液全循環(huán)法工藝裝置，采用的是預(yù)分離工藝，襯里式合成塔（內(nèi)徑 m）由上海鍋爐廠試制，這也是國(guó)產(chǎn)第一臺(tái)尿塔，一吸塔精洗段為浮閥塔，也是第一臺(tái)。根據(jù)此工藝由化四院設(shè)計(jì)的 2 套40 Kt/a 半循環(huán)法裝置先后在上海吳涇化工廠 和浙江衢州化工廠投產(chǎn)。 d 1960 年我國(guó)引進(jìn)前蘇聯(lián) 10 Kt/a 不循環(huán)法尿裝置在太原化肥廠投產(chǎn)。 ) Zamp。 第一章水溶液全循環(huán)法 概述 中國(guó)尿素中間試驗(yàn)裝置（ 3000 t/a）于 1958 年在南京化肥廠建成投產(chǎn)，因此至今年中國(guó)尿素工業(yè)化生產(chǎn)整整 50 年了。 中國(guó)尿素工藝始于 1957 年，在上?；ぱ芯吭旱适疫M(jìn)行尿素生產(chǎn)的理論研究和實(shí)驗(yàn)工作。加熱至 160℃ 分解，產(chǎn)生氨氣同時(shí)變?yōu)榍杷??？膳c酸作用生成鹽，有水解作用，在酸、堿、酶作用下（酸、堿需加熱）能水解生成氨和二氧化碳。溶于醇，不溶于乙醚、 氯仿，呈微堿性。 關(guān)鍵詞 ： 水溶液全循環(huán)法 一段蒸發(fā)器 物料衡算 熱量衡算 The process design and optimization of evaporation system in aqueous solution total recycle which yearly produces two hundred thousand ton urea Abstract Total recycle urea solution production process equipment, including six areas: raw materials, pression and purification, urea synthesis solution in the low absorption, desorption, evaporation and granulation. CO2 from the purification of raw materials, synthetic plant Section sent, liquid ammonia from the ammonia library brought the two reactants into the reactor by the pressure and heat the reaction of urea. Reactor out of the synthesis solution containing urea, ammonium carbamate, excess ammonia and water. Then after recycling into the reactor, the whole process by the water as the circulating medium. Outflow of urine from the flash tank into a heating section of the evaporator heated to 130 ℃ , the pressure in the urea concentration 96% (W), into the secondary evaporator heater, heated to 140 ℃ , to depression To (absolute), urine concentrations increased to % (W), the urine into the melt pump sent to the granulation tower, from the rotating nozzle spray granulation. The reference plant design data, primarily through the evaporation stage of materials and heat balance, obtained access to all parts of evaporation stage of materials and energy, then the entire section in equipment selection and optimization. Key words Aqueous solution total recycle； Evaporator section； Material balance；Heat balance 目錄 第一章水溶液全循環(huán)法概述 引言 尿素別名碳酰二胺、碳酰胺、脲，由碳、氮、氧和氫三種元素組成，是第一種以人工合成無(wú)機(jī)物質(zhì)而得到的有機(jī)化合物，分子式： CO(NH2)2，分子量 ，外觀為無(wú)色或白色針狀結(jié)晶體或粉末，工業(yè)或農(nóng)業(yè)品為白色略帶微紅色固體顆粒，無(wú)臭無(wú)味，密度 ／ cm3，熔點(diǎn) ℃ 。由閃蒸槽流出的尿液進(jìn)入一段蒸發(fā)器的加熱 段加熱至 130℃ ，在 壓力下， 尿素濃度達(dá)到 96％（ W） ,進(jìn)入二段蒸發(fā)加熱器，加熱至 140℃ ，繼續(xù)減壓至 （絕），尿液濃度提高至％（ W），尿液進(jìn)入熔融 泵送往造粒塔，由旋轉(zhuǎn)噴頭噴灑造粒。合成塔出來(lái)的合成液中含有尿素、氨基甲酸銨、過剩的氨和水。 ANYANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 本 科 畢 業(yè) 論 文 年產(chǎn) 20萬(wàn)噸水溶液全循環(huán)法尿素蒸發(fā)系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)與優(yōu)化 The process design and optimization of evaporation system in aqueous solution total recycle which yearly produces two hundred thousand ton urea 年產(chǎn) 20 萬(wàn)噸 水溶液全循環(huán)法尿素蒸發(fā)系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)及優(yōu)化 摘要 水溶液全循環(huán)法生產(chǎn)尿素工藝裝置，主要包括六個(gè)方面：原料的 壓縮和凈化 ，尿素的合成，中低壓解吸收，解吸，蒸發(fā)造粒。原料 CO2 由合成車間凈化工段送來(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。再經(jīng)過循環(huán)回收進(jìn)入合成塔，整個(gè)過程靠水作為循環(huán)介質(zhì)。 本設(shè)計(jì)主要通過參考工廠數(shù)據(jù)進(jìn)行蒸發(fā)階段的物料及熱量衡算，得出蒸發(fā)階段各部分的出入物料及熱量，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毫升水中可溶解 105 克。尿素是哺乳類動(dòng)物蛋白質(zhì)代謝后的產(chǎn)物，通常用作植物的氮肥。對(duì)熱不穩(wěn)定，在高溫下可進(jìn)行縮合反應(yīng)，加熱至 150～ 160℃ 將脫氨成縮二脲、縮三脲和三聚氰酸。由于在人尿中含有這種物質(zhì)，所以取名尿素。 1958 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。試驗(yàn)是從水溶液半循環(huán)法開始的，噸尿尾氣中氨量為 650kg 左右，后發(fā)展到高效半循環(huán)，即一段分解氣中氨回收利用程度有所提高，但尾氣中仍有 176 kg 氨。 4 u! ?9 H: L。 1962 年南京永利寧廠半循環(huán)裝置通過國(guó)家技術(shù)鑒定。 1966年我國(guó)引進(jìn)荷蘭 STAMICARBO公司的兩套 80Kt/a水溶液全循環(huán)工藝裝置在瀘州天然氣化工廠投產(chǎn)，同時(shí)化四院利用上?；ぱ芯吭簻y(cè)試的水溶液全循環(huán)法工藝技術(shù)數(shù)據(jù)，并借鑒進(jìn)口裝置的設(shè)備結(jié)構(gòu)，自行設(shè)計(jì)了 80 Kt/a 和 110 Kt/a尿素裝置 (整個(gè)裝置的設(shè)備也均由國(guó)內(nèi)生產(chǎn) )，于 1966 年 11 月在石家莊化肥廠投入生產(chǎn)。 ) }39。 D `3 Z% c Q 上世紀(jì) 70 年代開始至 80 年代初，我國(guó)建設(shè) 80～ 110Kt/a 中型規(guī)模的尿素裝置有 32 個(gè)廠， 38 套（包括兩套進(jìn)口），稱前 38 套。第四版是較為完善的一個(gè)版本，如浙江衢化、江西氨廠等都使用此版本建設(shè)。 在 “七五 ”和 “八五 ”期間，國(guó)家選定 150 家有較好條件的小氮肥廠改產(chǎn)尿素，共有 120 多個(gè)廠，其中 18 家廠建有兩套，山東魯西和山西臨猗各建三套，投產(chǎn)裝置中約有 70%的裝置改造至100t/a 以上，其中還有 150～ 200t/a 規(guī)模的。水力、電力資源豐富的省更占優(yōu)勢(shì)，這樣生產(chǎn)成本低，具 有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。 l2 Z/ c6 k 中型尿素裝置經(jīng) “七五 ”、 “八五 ”、 “九五 ”的發(fā)展，增加了 16 套，又稱后 16套，因此中尿裝置共有 54 套。 s H6 ^3 E, q。經(jīng)過簡(jiǎn)單的增產(chǎn)節(jié)能技術(shù)改造，汽耗可降至 1100kg，眾多的原小氮肥廠新建尿素裝置時(shí)仍采用此工藝，其投資低于 CO2 汽提工藝裝置的一半，如 8－ 13， 12－ 20， 18－ 30 規(guī)模的廠相繼建成。這是我國(guó)目前最大生產(chǎn)規(guī)模的水溶液全循環(huán)工藝裝置，從汽耗降低水平來(lái)看，可以與大型 CO2 汽提、氨汽提工藝相媲美。 o3 Z: V. Y7 v4 q 水溶液全循環(huán)工藝雖然是上世紀(jì) 60 年代的技術(shù)，國(guó)外早已淘汰，但由于我國(guó)對(duì) 尿素工藝的研究和開發(fā)，均以此工藝為主，因此在工藝設(shè)計(jì)、設(shè)備制造、操作技術(shù)和生產(chǎn)管理方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。進(jìn)一步回收熱能，使汽耗降到 900 kg 的工藝也將出現(xiàn)。 第二 章 水溶液全循環(huán)法工藝流程 原料氣二氧化碳由合成車間凈化工段送來(lái)，在進(jìn)入 CO2壓縮機(jī)之前，為防止合成，循環(huán)系統(tǒng)的腐蝕，加入 CO2總量的 ％ （體積）的氧氣，然后進(jìn) CO2壓縮機(jī)，經(jīng)五段壓縮機(jī)至 20Mpa，溫度約 125℃ 進(jìn)入尿素合成塔 由氨庫(kù)送來(lái)的液氨進(jìn)入液氨緩沖槽，與中壓循環(huán)系統(tǒng)回收的液氨匯合后，其 中一部分作為吸收塔回流，其余液氨進(jìn)入高壓氨泵加壓到 20Mpa，經(jīng)氨預(yù)熱器預(yù)熱至 50~55℃ 進(jìn)入合成塔。,溫度為 188177。 合成塔反應(yīng)的溶液中有尿素，氨 基甲酸銨，過剩的氨和水，通過 P4 調(diào)節(jié)閥減壓節(jié)流到 ，進(jìn)入分離器分離過剩的氨，并分解部分氨基甲酸銨，放出的氣態(tài) CO2和水由頂部出來(lái)與精餾氣匯合進(jìn)入一段吸收塔底部。 精餾氣和二甲液混合經(jīng)回收熱量后進(jìn)入中壓外冷器，進(jìn)一步吸收其中的CO2，反應(yīng)生成的熱量經(jīng)溫水冷卻器后由循環(huán)水移走。從吸收塔底部出來(lái)的一甲液溫度 88~92％， NH3/CO2為 3:1 左右，經(jīng)一段甲胺泵加壓到 20Mpa 送入合成塔。 自一段分解他出來(lái)的溶液經(jīng)減壓后，送入二段分解塔頂噴淋，塔內(nèi)上升的氣體被溶液冷卻而減少了氣體中水蒸汽 含量，而溶液被加熱到 130℃ 左右，此溶液 經(jīng)二段分解加熱器加熱到 150℃ 左右，使氨基甲酸銨進(jìn)一步分解，分離出來(lái)的溶液進(jìn)入閃蒸槽。 從二分塔出來(lái)的尿液進(jìn)入閃蒸槽，在真空條件下氣化分離，溶液溫度降至97~105℃ ，含尿素約 74％（重量）。 一段蒸發(fā)操作壓力壓力為 35~40Kpa，溫度約為 130℃ 左右，蒸發(fā)后濃度％的尿液進(jìn)入二段蒸發(fā)加熱器，在 5~8Kpa 下蒸濃到 ％，蒸汽混合物在二段蒸發(fā)分離器分離，氣體經(jīng)升壓器升壓，進(jìn)入二段蒸發(fā)表面冷凝器冷凝，沒被冷凝的氣體經(jīng)二段蒸發(fā)噴射泵 A 帶入中間冷凝器進(jìn)一步冷凝，中間冷凝器中沒冷凝的氣體經(jīng)二段水力雙吸泵抽射放空。 蒸濃后分離出來(lái)的熔融尿素經(jīng)尿素熔融泵達(dá)到造粒塔 噴淋造粒，顆粒尿素由造粒塔經(jīng)皮帶運(yùn)輸送往成品庫(kù)進(jìn)行包裝。 尾氣吸收循環(huán)泵將一段蒸發(fā)冷凝液及系統(tǒng)排放的液體經(jīng)尾氣吸收塔冷卻后 送往尾吸收塔頂部做吸收劑用，洗滌下來(lái)的液體流入碳銨液槽，沒被吸收下來(lái)的惰性氣體則從塔頂放空。 尿素合成過程中，由于受化學(xué)平衡的限制，進(jìn)入合成塔的 NH3和 CO2 不可能全部轉(zhuǎn)變?yōu)槟蛩?，其中未轉(zhuǎn)化的氨和 CO2 以氨基甲酸銨和游離氨的形式存在于尿素熔融液中。采用方法不同，生產(chǎn)尿素工藝流程不，均可以分為以下四個(gè) 步驟： （ 1） 原料的凈化和壓縮； （ 2） 尿素的合成； （ 3） 未反應(yīng)物中甲胺的分解，過量氨的吸收及氨和二氧化碳的回收循環(huán)； （ 4） 尿素溶液的加工。這樣大量的甲胺生成反應(yīng)熱未充分利用，反而需要大量蒸汽和冷卻水。 水溶液全循環(huán)工藝，是將尿素合成反應(yīng)后的物料分兩段減壓加熱，使其中未反應(yīng)的甲 胺分解和游離氨解吸出來(lái)，并逐段將 NH3 和CO2 冷凝成液氨和解吸成甲胺水溶液，用泵將上述物料全部返回合成塔中，循環(huán)利用。實(shí)際上，該反應(yīng)