水溶液全循環(huán)法年產(chǎn)20萬(wàn)噸尿素分解工段設(shè)計(jì)--張章

1、課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書武 漢 工 程 大 學(xué)化工與制藥學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書課題名稱 水溶液全循環(huán)法年產(chǎn)20萬(wàn)噸尿素 分解工段設(shè)計(jì)專業(yè)班級(jí) 化工一班 學(xué)生學(xué)號(hào) 1206210427 學(xué)生姓名 張 章 學(xué)生成績(jī) 指導(dǎo)教師 龍秉文 課題工作時(shí)間2014年12月28日至1月12日化工與制藥學(xué)院武漢工程大學(xué)課程設(shè)計(jì)摘 要尿素生產(chǎn)工藝是典型的化工生產(chǎn)工藝之一。目前尿素的生產(chǎn)工藝主要有水溶液全循環(huán)法，二氧化碳?xì)馓岱ǎ睔鈿馓岱?。本文介紹了尿素生產(chǎn)工藝的基本概況，水溶液全循環(huán)法尿素生產(chǎn)工藝流程及特點(diǎn)，從尿素生產(chǎn)的熱力學(xué)參數(shù)入手，對(duì)20萬(wàn)噸尿素分解工段流程進(jìn)行研究設(shè)計(jì)。論文的主要內(nèi)容有：（1）分析了現(xiàn)存工藝流

2、程的優(yōu)缺點(diǎn)；（2）根據(jù)選擇的工藝流程，以尿素生產(chǎn)和消耗為目標(biāo)，對(duì)分解工段進(jìn)行了物料衡算和熱量衡算。其中從合成工段進(jìn)入一段分解系統(tǒng)的原料摩爾流量為3665.67kmol/h（其中尿素：420.8 kmol/h，氨基甲酸胺：246.5 kmol/h，NH3：1399.25 kmol/h，H2O：852.75 kmol/h，O2：2.25 kmol/h，N2：4.618 kmol/h），熱量為64113kcal/h。從二段分解系統(tǒng)進(jìn)入蒸發(fā)工段的混合物摩爾流量為1271kmol/h，氣相為276.264 kmol/h（其中CO2：25.143 kmol/h，NH3：182.05 kmol/h，H2O：

3、69.066 kmol/h），液相為995.701（CO2：4.437 kmol/h，NH3：2.269 kmol/h，H2O 553.434 kmol/h，尿素：419.11 kmol/h，縮二脲；1.45 kmol/h），熱量為5575530.5kcal/h。同時(shí)對(duì)分解工段換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算得到傳熱面積為216.4m2，操作壓力為1.8234MPa，換熱管長(zhǎng)度為6m，據(jù)此選擇加熱器型號(hào)為：BEM-900-2.188-256.6-6 / 25-4I，其中公稱壓力為2.5MPa公稱直徑為900mm，換熱管根數(shù)為554，換熱管規(guī)格為25×2.0×6000，管程為4，管程流通面積為

4、0.048 m2，管子為正三角形排列。（3）根據(jù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，運(yùn)用Auto CAD繪制了工藝流程圖和換熱器裝置圖。關(guān)鍵詞：尿素；水溶液全循環(huán)法；分解工段AbstractUrea production process is one of the typical chemical production processes. Currently the main production process of urea solution total recycle carbon dioxide gas formulation, ammonia gas formulation. This article de

5、scribes the basic overview of the urea production process, the aqueous solution total recycle urea production process and characteristics of the thermodynamic parameters of urea production from start to urea decomposition section flow study design.The main contents of this paper are: (1) Analyzes th

6、e advantages and disadvantages of existing processes. (2) According to the selection process, urea production and consumption as the target, decomposition section were material balance and heat balance. Wherein a period from the synthesis section into the decomposition system feed molar flow 3665.67

7、kmol / h (urea: 420.8 kmol / h, carbamate: 246.5 kmol / h, NH3: 1399.25 kmol / h, H2O: 852.75 kmol / h, O2 : 2.25 kmol / h, N2: 4.618 kmol / h), the heat is 64113kcal / h. Evaporation into the system from the two-stage decomposition mixture molar flow 1271kmol / h, the gas phase is 276.264 kmol / h

8、( CO2: 25.143 kmol / h, NH3: 182.05 kmol / h, H2O: 69.066 kmol / h), the liquid phase is 995.701 (CO2: 4.437 kmol / h, NH3: 2.269 kmol / h, H2O 553.434 kmol / h, urea: 419.11 kmol / h, biuret; 1.45 kmol / h), the heat is 5575530.5kcal / h. While the decomposition section calculated heat exchanger de

9、sign area 216.4m3, operating pressure 1.8234MPa, tubes length of 6m, accordingly select heater model:BEM-900-2.188-256.6-6 / 25-4I, Where in the nominal pressure 2.5MPa nominal diameter of 900mm, the number of 554 tubes, tubes specifications for the 25 × 2.0 × 6000, the tube pass is 4, the

10、 tube flow area of 0.048 m2, the tube is arranged in an equilateral triangle.(3) According to the design data, the use of Auto CAD drawing a flow chart and a heat exchanger device of FIG.Keywords: urea; aqueous solution total recycle; decomposition section目 錄摘 要IAbstractIII第1章 概述11.1尿素的性質(zhì)和用途11.1.1尿素

11、的性質(zhì)11.1.2尿素的用途11.2尿素的生產(chǎn)方法簡(jiǎn)介21.2.1水溶液全循環(huán)法21.2.2氣提法3第2章 工藝說(shuō)明52.1水溶液全循環(huán)法尿素分解工段流程簡(jiǎn)述52.2工藝操作條件52.2.1一段分解52.2.2二段分解5第3章 物料衡算73.1一段分解系統(tǒng)的物料衡算73.1.1一段分解系統(tǒng)的工藝條件73.1.2一段分解系統(tǒng)的物料計(jì)算83.2二段分解系統(tǒng)123.2.1二段分解系統(tǒng)的工藝條件條件123.2.2二段分解系統(tǒng)的物料計(jì)算12第4章 熱量衡算154.1一段分解塔的熱量衡算154.1.1進(jìn)口物料組成及工藝條件154.1.2熱量計(jì)算164.2二段分解塔熱量衡算194.2.1二段分解塔的工藝條件

12、204.2.2二段分解塔的熱量計(jì)算21第5章 一段分解加熱器選型255.1一段分解加熱器設(shè)計(jì)條件255.2一段分解加熱器設(shè)計(jì)程序255.3一段分解加熱器計(jì)算275.4一段分解加熱器型號(hào)確定30第6章 安全與環(huán)保設(shè)計(jì)說(shuō)明316.1水溶液全循環(huán)法尿素合成安全規(guī)范326.2日常維護(hù)與監(jiān)控管理規(guī)定326.3氨水的解吸與排放問(wèn)題及環(huán)保治理方法。336.4 未反應(yīng)物的回收利用及環(huán)保改進(jìn)措施。34結(jié)論35參考文獻(xiàn)3739第1章 概述1.1尿素的性質(zhì)和用途1.1.1尿素的性質(zhì)分子式為CO(NH2)2，分子量 60.06，CO(NH2)2 為無(wú)色或白色針狀或棒狀結(jié)晶體，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)

13、味。密度1.335g/cm3。熔點(diǎn)132.7。易溶于水、醇，不溶于乙醚、氯仿。呈微堿性?？膳c酸作用生成鹽。有水解作用。在高溫下可進(jìn)行縮合反應(yīng)，生成縮二脲、縮三脲和三聚氰酸。加熱至160分解，產(chǎn)生氨氣同時(shí)變?yōu)榍杷?。因?yàn)樵谌四蛑泻羞@種物質(zhì)，所以取名尿素。尿素含氮(N)46，是固體氮肥中含氮量最高的。尿素在酸、堿、酶作用下（酸、堿需加熱）能水解生成氨和二氧化碳。對(duì)熱不穩(wěn)定，加熱至150160將脫氨成縮二脲。若迅速加熱將脫氨而三聚成六元環(huán)化合物三聚氰酸。（機(jī)理：先脫氨生成異氰酸（HN=C=O），再三聚）。在氨水等堿性催化劑作用下能與甲醛反應(yīng)，縮聚成脲醛樹脂。與水合肼生成氨基脲2NH3+CO2NH2C

14、OONH4CO(NH2)2+H2O粒狀尿素為粒徑12毫米的半透明粒子，外觀光潔，吸濕性有明顯改善。20時(shí)臨界吸濕點(diǎn)為相對(duì)濕度80，但30時(shí)，臨界吸濕點(diǎn)降至72.5%，故尿素要避免在盛夏潮濕氣候下敞開(kāi)存放1.1.2尿素的用途尿素是一種高濃度氮肥，屬中性速效肥料，也可用來(lái)生產(chǎn)多種復(fù)合肥料。在土壤中不殘留任何有害物質(zhì)，長(zhǎng)期施用沒(méi)有不良影響， 但在造粒中溫度過(guò)高會(huì)產(chǎn)生少量縮二脲，又稱雙縮脲，對(duì)作物有抑制作用。我國(guó)規(guī)定肥料用尿素縮二脲含量應(yīng)小于0.5%。縮二脲含量超過(guò)1%時(shí)，不能做種肥，苗肥和葉面肥，其他施用期的尿素含量也不宜過(guò)多或過(guò)于集中。尿素是有機(jī)態(tài)氮肥，經(jīng)過(guò)土壤中的脲酶作用，水解成碳酸銨或碳酸氫銨

15、后，才能被作物吸收利用。因此，尿素要在作物的需肥期前48天施用。尿素是目前使用的含氮量最高的化肥。尿素屬中性速效肥料，長(zhǎng)期施用不會(huì)使土壤發(fā)生板結(jié)。其分解釋放出的CO2也可被作物吸收，促進(jìn)植物的光合作用。在土壤中，尿素能增進(jìn)磷、鉀、鎂和鈣的有效性，且施入土壤后無(wú)殘存廢物。1.2尿素的生產(chǎn)方法簡(jiǎn)介生產(chǎn)尿素的方法有很多種，20世紀(jì)60年代以來(lái)，全循環(huán)法在工業(yè)上獲得普遍采用，最常用的是水溶液全循環(huán)法生產(chǎn)尿素和二氧化碳?xì)馓岱ㄉa(chǎn)尿素。 合成氨生產(chǎn)為NH3和CO2直接合成尿素提供了原料。由NH3和CO2合成尿素的總反應(yīng)為： 2NH3+CO2CO(NH2)2+H2O該反應(yīng)是放熱的可逆反應(yīng)，轉(zhuǎn)化率一般為50-

16、 70%。按未反應(yīng)物的循環(huán)利用程度，尿素生產(chǎn)方法可分為不循環(huán)法、半循環(huán)法和全循環(huán)法三種。1.2.1水溶液全循環(huán)法20世紀(jì)60年代以來(lái)，全循環(huán)法在工業(yè)上獲得普遍采用。全循環(huán)法是將未轉(zhuǎn)化成尿素的氨和二氧化碳經(jīng)減壓加熱和分離后。全部返回合成系統(tǒng)循環(huán)利用，原料氨利用率達(dá)97%以上。全循環(huán)法尿素生產(chǎn)主要包括四個(gè)基本過(guò)程：二氧化碳的壓縮；氨輸送和尿素合成；循環(huán)回收；尿素溶液的加工。我國(guó)尿素廠多數(shù)采用水溶液全循環(huán)法。水溶液全循環(huán)尿素工藝生產(chǎn)裝置的靜止高壓設(shè)備較少，只有尿素合成塔及液氨預(yù)熱器為高壓設(shè)備，其它均為中壓和低壓設(shè)備，所以該尿素工藝生產(chǎn)裝置的技術(shù)改造比較容易、方便，改造增產(chǎn)潛力較大。氨碳比控制的較高，

17、一般摩爾比為4.0左右，工藝介質(zhì)對(duì)生產(chǎn)裝置的腐蝕性較低，由于氨碳比控制的較高，二氧化碳?xì)怏w中氧含量控制的較低，并且尿素合成塔操作壓力為19.6MPa，操作溫度為188190，所以水溶液全循環(huán)生產(chǎn)尿素工藝中二氧化碳轉(zhuǎn)化率較高，一般能達(dá)到42%-68%，經(jīng)過(guò)尿素合成塔塔板的改造，有的企業(yè)已經(jīng)達(dá)到68%以上。由于該工藝高壓設(shè)備較少，高壓系統(tǒng)停車保壓時(shí)間可以達(dá)到24h，所以生產(chǎn)裝置的中小檢修一般可以在尿素合成塔允許的停車保壓時(shí)間內(nèi)完成，減少了高壓系統(tǒng)排放的次數(shù)，降低了尿素的消耗。由于氨碳比控制的較高，中低壓分解系統(tǒng)溫度控制適當(dāng)，尿素產(chǎn)品質(zhì)量較容易控制，一般可以控制在優(yōu)級(jí)品范圍內(nèi)。水溶液全循環(huán)尿素工藝可

18、靠、設(shè)備材料要求不高、投資較低。但也存在缺點(diǎn)：水溶液全循環(huán)尿素工藝生產(chǎn)裝置的工藝流程較長(zhǎng)，在操作調(diào)節(jié)方面不如CO2氣提法生產(chǎn)尿素工藝簡(jiǎn)單、方便。該工藝中液氨泵和一段甲銨泵的臺(tái)數(shù)較多，動(dòng)力消耗較多。一段甲銨泵和液氨泵的運(yùn)行周期較短、檢修維護(hù)時(shí)間較多、維修費(fèi)用較高。運(yùn)行周期也相對(duì)較短、維修工作量較多、維修費(fèi)用較高。1.2.2氣提法所謂氣提法就是用氣提劑如CO2、氨氣、變換氣或其他惰性氣體，在一定壓力下加熱，促進(jìn)未轉(zhuǎn)化成尿素的甲銨的分解和液氨氣化。氣提分解效率受壓力、溫度、液氣比及停留時(shí)間的影響，溫度過(guò)高會(huì)加速氨的水解和縮二脲的增加，壓力過(guò)低，分解物的冷凝吸收率下降。氣提時(shí)間愈短愈好，可防止水解和縮

19、合反應(yīng)。故氣提法是采用二段合成原理，即液氨和氣體CO2在高壓冷凝器內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)生成甲銨，而甲銨的脫水反應(yīng)則在尿素合成塔中進(jìn)行。實(shí)際上，為了維持合成尿素塔的反應(yīng)溫度，部分甲銨的生成留在合成塔中，而不是全部在高壓冷凝器中完成。氣提塔中的反應(yīng)是一個(gè)吸熱、體積增大的可逆反應(yīng)，只要有足夠的熱量，并能降低反應(yīng)產(chǎn)物中任一組分的分壓，甲銨的分解反應(yīng)就能一直向右進(jìn)行，氣提法就是利用這一原理，當(dāng)通入CO2氣時(shí)，CO2的分壓為1，而氨的分壓趨于0，致使反應(yīng)不斷進(jìn)行。同樣，用氨氣提也有相同的結(jié)果。氣提法工藝是當(dāng)前尿素合成生產(chǎn)中重要的技術(shù)改進(jìn)，以水溶液全循環(huán)法相比，具有流程簡(jiǎn)化，能耗低，生產(chǎn)費(fèi)用下降，單系列大型化，操作平

20、衡安全.運(yùn)轉(zhuǎn)周期長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。氣提法主要有斯塔米卡本CO2氣提法，SNAM氨氣提法，IDR(等壓雙氣提)法及ACES法等。第2章 工藝說(shuō)明2.1水溶液全循環(huán)法尿素分解工段流程簡(jiǎn)述來(lái)自合成工段的原料尿素溶液，溫度為124，壓力為1.764MPa（G）進(jìn)入一段分解加熱器（E0208）被加熱至160，經(jīng)一段分解分離器(R0209)，出口氣相組分進(jìn)入造粒噴頭，溫度為160，壓強(qiáng)為1.764 MPa（G）；液相組分進(jìn)入二段分解塔(T0210)，溫度為160，壓強(qiáng)為1.764 MPa（G）,由二段分解加熱器（E0211）循環(huán)加熱。二段分解塔(T0210)出口氣相組分進(jìn)入二段循環(huán)第一冷凝器(E0224)，溫度1

21、20，壓強(qiáng)0.392 MPa（G）；液相組分進(jìn)入閃蒸槽，去往蒸發(fā)工段，溫度150，壓強(qiáng)0.392 MPa（G）。二段分解塔（T0210）出口氣相經(jīng)二段循環(huán)第一冷凝器(E0224)后，進(jìn)入二段循環(huán)第二冷凝器(E0225)，冷凝后氨水經(jīng)氨水泵(P0227)進(jìn)入惰性氣體洗滌器，尾氣進(jìn)入尾氣吸收塔被吸收。2.2工藝操作條件2.2.1一段分解操作壓力： 1.765MPa操作溫度： 1602.2.2二段分解操作壓力： 0.392Mpa操作溫度：塔底液相： 150塔頂氣相： 120第3章 物料衡算3.1一段分解系統(tǒng)的物料衡算表3-1合成系統(tǒng)支出項(xiàng)目支出項(xiàng)目摩爾流量（kmol/h）摩爾分?jǐn)?shù)()反應(yīng)后混合物其中

22、：尿素 氨基甲酸銨 CO2 NH3NH3H2OO2N23665.67420.8246.5246.54931399.25852.752.254.61811.486.726.7213.4538.1723.260.060.14總計(jì)3665.67100 3.1.1一段分解系統(tǒng)的工藝條件1. 一段分解系統(tǒng)總的氨基甲酸銨分解率：88%2. 一段分解系統(tǒng)總的過(guò)量氨蒸出率：90%3. 一段分解系統(tǒng)預(yù)分離器的氨基甲酸銨分解率：15%4. 一段分解系統(tǒng)預(yù)分離器的過(guò)量氨蒸出率：66%5. 預(yù)分離器出口氣相中水分含量：4.65% 6. 一段分解分離器出口氣相中水分含量：17% 7. 一段分解加熱器操作條件：壓力P=1

23、.765Mpa，溫度T=1603.1.2一段分解系統(tǒng)的物料計(jì)算1. 預(yù)分離器的物料衡算預(yù)分離器出口氣體組成a.氣體中的CO2246.5×0.15=36.975Kmol/hb.氣體中的NH3由過(guò)量氨蒸汽： 1399.25×0.66=923.51 Kmol/h由氨基甲酸銨分解得： 36.975×2=73.95Kmol/h共計(jì)：923.5173.95=997.46 Kmol/hc.氣體中的H2O除水以外氣相中其他組成： 36.975997.4552.254.618=1041.3 Kmol/h故水量為： 1041.3×4.65100-4.65=50.78 Kmo

24、l/hd.氣體中的惰性氣 O2：2.25 Kmol/h N2：4.618 Kmol/h預(yù)分離器出口溶液組成a.溶液中的CO2 246.5-32.36=214.14 Kmol/hb.溶液中的NH3: （1399.25493）-997.455=894.80 Kmol/hc.溶液中的H2O 852.7550.78=801.97 Kmol/hd.溶液中的尿素 420.8 Kmol/h表3-2預(yù)分離器物料平衡表收入項(xiàng)目摩爾流量(kmol/h)摩爾分?jǐn)?shù)（%）支出項(xiàng)目摩爾流量（kmol/h）摩爾分?jǐn)?shù)（%）反應(yīng)后混合物其中：尿素氨基甲酸銨CO2NH3NH3H2OO2N23419.178420.8246.524

25、6.54931399.2852.72.254.61811.486.726.7213.4538.1723.260.060.14預(yù)分離器出口氣體其中：CO2NH3H2OO2N2預(yù)分離器出口溶液其中：CO2NH3H2O尿素1074.07836.975997.45550.782.254.6182327.09209.52894.80801.97420.831.941.0829.171.490.070.1468.066.1326.1723.4612.31總計(jì)3419.178100總計(jì)3419.1781002.一段分解塔的物料衡算一段分解塔出口氣體組成a.氣體中的CO2 246.5×0.88-36

26、.97=179.95 kmol/hb.氣體中的NH3由過(guò)量氨蒸出： 1399.25×0.9-923.51=335.82 kmol/h由氨基甲酸分解（一段分解系統(tǒng)）而得： 246.5×0.88×2=433.84 kmol/h由一段分解塔分解出NH3 433.84-73.95=359.89 kmol/h故氣體中總氨量為： 335.82359.89=695.71 kmol/hc.氣體中的H2O (179.95695.71) ×1710017=179.35 kmol/h一段分解塔出口溶液組成a.溶液中的CO2209.52-179.94=29.58 kmol/hb

27、.溶液中的NH3 894.79-695.71=199.08 kmol/hc.溶液中的H2O801.97-179.35=622.62 kmol/hd.溶液中的尿素 420.8 Kmol/h表3-3一段分解塔物料平衡表收入項(xiàng)目摩爾流量(kmol/h)摩爾分?jǐn)?shù)(%)支出項(xiàng)目摩爾流量(kmol/h)摩爾分?jǐn)?shù)(%)預(yù)分離器出口溶液其中：CO2NH3H2O尿素4664.18419.051789.591603.94841.69.038.4534.4618.08一段分解塔出口氣體其中：CO2NH3H2O一段分解塔出口溶液其中：CO2NH3H2O尿素2110.01359.891391.42358.72544.1

28、759.16398.171245.24841.645.347.7329.97.7154.661.278.5626.7618.08總計(jì)4654.18100總計(jì)4654.181003.氨冷凝器的物料衡算氨冷凝器出口氣體組成氨冷凝器內(nèi)溫度為38，此溫度下氨飽和蒸汽壓為1.5MPa故惰性氣分壓為：0.3MPa惰性氣分子數(shù)為（O2+N2） 2.25+4.618=6.868 kmol/h出口氣相中NH3的分子數(shù)為 6.868×1518-15=34.338 kmol/h氨冷凝器冷凝的液氨量（不包括一般吸收塔的回流氨量，該部分回流氨量由熱量衡算確定）根據(jù)合成物料衡算為1125.75kmol/h進(jìn)氨冷

29、凝器的氣氨總量 1125.75+34.338=1160.088kmol/h表3-4氨冷凝器的物料平衡表收入項(xiàng)目摩爾流量(kmol/h)摩爾分?jǐn)?shù)(%)支出項(xiàng)目摩爾流量(kmol/h)摩爾分?jǐn)?shù)(%)氨-惰性氣其中：NH3O2N21166.8671160.0872.254.61799.420.190.4液氨惰性氣其中：NH3O2N21125.734.3372.254.61796.482.90.190.4總計(jì)1166.867100總計(jì)1166.867100注：表中不包括一段吸收塔的回流氨量，該回流氨量由熱量衡算確定。3.2二段分解系統(tǒng)3.2.1二段分解系統(tǒng)的工藝條件條件一段及二段分解系統(tǒng)總的氨基甲酸銨

30、分解率：98.2%一段及二段分解系統(tǒng)總的過(guò)量氨蒸出率：99.4%二段分解塔出口氣體內(nèi)含水：25%（摩爾分率）二段分解系統(tǒng)的操作壓力：0.4Mpa（絕）二段分解加熱器操作溫度：150二段分解塔操作溫度：1201503.2.2二段分解系統(tǒng)的物料計(jì)算1.二段分解系統(tǒng)生成縮二脲的計(jì)算由計(jì)算條件知在二段分解系統(tǒng)前生成縮二脲kmol。為簡(jiǎn)化計(jì)算起見(jiàn)可并入此處計(jì)算?？s二脲生成反應(yīng)： 2（NH2）2CONH2CONHCONH2+NH3 2×60 103 17 x y反應(yīng)消耗尿素量x： x=1.45×2×60103=1.689 kmol/h放出NH3量y： y=1.4×1

31、7103=0.239 kmol/h2.二段分解塔出口氣體組成氣體中的CO2: 246.5×(0.982-0.88)=25.143 kmol/h氣體中的NH3:由二段分解塔蒸出的過(guò)量氨 1399.25×(0.994-0.9)=131.529 kmol/h由氨基甲酸銨分解得氨 2×25.143=50.286 kmol/h加入縮合反應(yīng)放出氨，共計(jì)： 131.529+50.286+0.239=182.054 kmol/h氣體中的H2O (25.143+182.054) ×25(100-25)=69.066 kmol/h3.二段分解塔出口溶液組成溶液中的CO2 2

32、9.58-25.143=4.437 kmol/h溶液中的NH3 199.085-(131.529+50.286)=17.269 kmol/h溶液中的水分 622.5-69.066=553.434 kmol/h溶液中的尿素 420.8-1.689=419.111 kmol/h溶液中的縮二脲:1.45kmol/h表3-5二段分解系統(tǒng)物料平衡表收入項(xiàng)目摩爾流量(kmol/h)摩爾分?jǐn)?shù)(%)支出項(xiàng)目摩爾流量(koml/h)摩爾分?jǐn)?shù)(%)一段分解塔出口尿液其中：CO2NH3H2O尿素1271.9629.58199.085622.5420.82.3315.6548.9433.08二段分解塔出口氣體其中：C

33、O2NH3H2O二段分解塔出口溶液其中：CO2NH3H2O尿素縮二脲276.26425.143182.0569.066995.7014.4372.269553.434419.111.4521.921.9814.315.43總計(jì)1271.96100總計(jì)1271.96 100第4章 熱量衡算4.1一段分解塔的熱量衡算表4-1一段分解塔物料衡算平衡表收入項(xiàng)目kg/h支出項(xiàng)目kg/h預(yù)分離器出口液CO2NH3H2O尿素9219.115211.51514435.4625248.0一段分解塔出氣其中 CO2 NH3 H2O一段分解塔出液其中 CO2 NH3 H2O 尿素22972.957917.58118

34、27.073228.341140.961301.523384.4411207.1625248.064113.9764113.974.1.1進(jìn)口物料組成及工藝條件1.進(jìn)口反應(yīng)熔融物（1.8MPa,124）CO(NH2)2 25248kg/h CO(NH2)2 25248kg/h 39.3%CO2 9219.1kg/h 或 CO(NH3)2 16342kg/h 25.4%NH3 15211.51kg/h 氨水 22519.2kg/h 35.3%H2O 14435.46 其中 NH3 8087.75kg/h 含氨 35.9% H2O 14431.5kg/h 總計(jì) 64114.07kg/h 總計(jì) 64

35、114.07kg/h 100%2.出口物料液相1.8MPa,160CO(NH2)2 25248kg/h CO(NH2)2 25248kg/h 61.37%CO2 1301.52kg/h 或 CO(NH3)2 2453kg/h 5.61%NH3 3384.44kg/h 氨水 22519.2kg/h 33.02%H2O 11202.16kg/h 其中 NH3 2378.7kg/h 含氨 17.51% H2O 11205kg/h 總計(jì) 82282.25kg/h 總計(jì) 41141.12kg/h 100%氣相1.8Mpa,160 CO2 7917.58kg/h 17.06% 0.307MPaNH3 11

36、827.07kg/h 65.96% 1.187MPaH2O 3232.8kg/h 16.99% 0.306MPa 總計(jì) 22977.45kg/h 100% 1.8MPa 4.1.2熱量計(jì)算1.反應(yīng)融熔物帶入熱量Q1=4398075kcal2.反應(yīng)融熔物帶出熱量反應(yīng)融熔物比熱的計(jì)算：取17.51%氨水比熱 1.1kcal/kg· 尿素比熱 0.476kcal/kg· 甲胺比熱 36.3kcal/kg· Cp=36.378×0.056+0.476×0.614+1.1×0.33=0.681kcal/kg·Q2=41141.12&#

37、215;0.681×160-25=3782309kcal/h3.氣相中C02帶出熱量據(jù)CO2 I-S圖查：0.307MPa 160 i=203kcal/kg0.1MPa 25 i=174kcal/kgQ3=7917.58×203-174=229609kcal/h4.氣相中NH3帶出熱量據(jù)NH3 I-logP圖查得：1.187MPa 160 i=487kcal/kg0.1MPa 25 i=422kcal/kgQ4=11825.57×487-422=768759kcal/h5.氣相中H2O帶出熱量據(jù)H20 i-S圖查得：0.306MPa 160 i=664kcal/k

38、g0.1MPa 25 i=25kcal/kgQ5=3228.3×664-25=2062883kcal/h氣相帶出熱量總和為：Q3+Q4+Q5=229609+768759+2062883=306125kcal/h6.甲胺分解吸熱甲胺分解量 16342-2304.5=14027.5kg甲胺分解熱 32001kcal/kmolQ6=359.89×32001=11520360kcal/h7.NH4OH分解熱NH4OH分解過(guò)程可解析為以下過(guò)程：QBQDQCQANH4OH 降溫（A） NH4OH 分解（B）NH3（液）+氨水氣化（C）NH3（氣）+氨水 升 溫 NH3（氣）+氨水35.

39、9%氨水降溫放熱取35.9%氨水比熱為1.1 kcal /kg·QA=22519.2×1.1×160-30=3220245.6kcal/hNH4OH分解熱(吸熱)查圖得：最初狀態(tài)氨水濃度為35.9%NH3，混合熱為159 kcal/kgNH3最初狀態(tài)氨水濃度為17.5%NH3，混合熱為195 kcal/kgNH3分解熱 QB=2378.7×195-8087.7×159=-822097.8kcal/h氨氣化熱1.187 MPa 30 NH3汽化熱為273.6 kcal/kg分解NH3量為8087.7-2387.7=5700 kg/hQc=5709

40、×-273.6=-1561982.4 kg/h升溫吸熱氨氣 11.87MPa 30 i=407.4 kcal/kg11.87MPa 160 i=488 kcal/kgQNH3=5709×407.4-488=-460145.4kcal/h17.51%氨水，取其比熱為1.1 kcal /kg·Q氨水=13583.7×1.1×30-160=-1942476.2kcal/hQD=Q氨+Q氨水=-1942476.2-460145.4=-2402621.6kcal/hQ7=QA+QB+QC+QD =3220253-822096.5-1561982.5-24

41、02622 =-1566448kcal/h熱損失 取進(jìn)入熱負(fù)荷1.1%Q8=47200kcal/h一段分解塔熱平衡求取加入蒸汽熱負(fù)荷設(shè)所需加熱蒸汽量為QQ1+Q=Q2+Q3+Q4+Q5+Q6+Q7+Q84398075+Q=3782309.5+3061252.5+5760180+1606948+47200Q=9859315 kcal /h則一段分解塔所需加熱蒸汽熱量為9859315 kcal/h表4-2一段分解塔熱量平衡表序號(hào)收入項(xiàng)目kcal/h%序號(hào)支出項(xiàng)目kcal/h%12反應(yīng)融熔物帶入加熱蒸汽供給4398075985931530.869.21234567反應(yīng)融熔物帶出氣相 CO2氣相氨氣相

42、水甲胺分解NH4OHA分解熱損失378230929609.57687592062883576018016069484720026.51.615.3914.4740.4011.270.76總計(jì)10299120100總計(jì)142573901004.2二段分解塔熱量衡算表4-3二段分解塔熱量衡算收入項(xiàng)目kg/h支出項(xiàng)目kg/h一段分解塔出口尿液其中 CO2NH3H20尿素41139.21301.53381.71120525251二段分解塔出口氣體其中 CO2NH3H2O二段分解塔出口尿液其中 CO2NH3H2O尿素縮二脲5463.51106.23110.71246.535675.7195.2295.7

43、995.8250.76150總計(jì)82278.5總計(jì)41139.24.2.1二段分解塔的工藝條件計(jì)算依據(jù)（計(jì)算以25為準(zhǔn)）1.進(jìn)二段分解塔尿素溶液溫度t=160；壓力P=0.4 MPa（絕）2.出二段分解塔尿素溶液溫度t=1503.出二段分解塔氣體溫度t=1204.二段分解器各組份分壓： CO2： 0.4×1.0011.088=0.036 MPa NH3： 0.4×7.31811.088=0.264 MPaH2O： 0.4×2.7711.088=0.1 MPa5.二段分解塔出口溶液組成CO2： 195.2 kg/h 甲胺 348.2kg/hNH3： 295.7 kg

44、/h 或 氨水 10101.2kg/hH2O 995.8 kg/h 其中 NH3 142.7kg/h尿素 25076.2 kg/h H2O 9958.5kg/h縮二脲 150 kg/h 尿素 25076.2kg/h 縮二脲 150kg/h總計(jì) 71351.5 kg/h 總計(jì) 35675.7kg/h4.2.2二段分解塔的熱量計(jì)算1.溶液帶入熱量根據(jù)一段分解塔的熱量計(jì)算Q1=3782309.5 kcal /h2.加熱蒸汽供給熱量Q23.尿素帶出熱量由于尿素溶液中含有CO2、NH3、縮二脲含量甚微，古在計(jì)算中不予考慮，則尿液濃度：H2O 9961.812 kg/h 28.4%尿素 25076.25

45、kg/h 71.6%合計(jì) 35038.062 kg/h 100%查圖得 71.6% 尿液 CP=0.68 kcal /kg·Q3=35675.7×0.68×150-25=3032438.7 kcal /h4.分解氣體帶出熱量 CO2 0.036 MPa 120 i=194 kcal /kg 0.1 MPa 25 i=174 kcal /kgQCO2=1106.2×194-174=22124 kcal/hNH3 0.264 MPa 120 i=471 kcal /kg 0.1 MPa 25 i=423 kcal /kg QNH3=3110.7×4

46、71-423=1499325 kcal/hH2O 0.1 MPa 120 i=649 kcal /kg 0.1 MPa 25 i=25 kcal /kgQH2O=1426.5×649-25=777816 kcal/hQ4=22124+1499325+777816=949266 kcal/h5.甲胺分解熱1.8MPa ，120時(shí)甲胺分解熱為32001kcal/kmol甲胺分解量為25.00kmolQ5=25.00×32001=800025 kcal6.NH4OH分解熱最初溶液中NH3量為199.08-2×29.58=139.92 kmol最終溶液中NH3量為17.2

47、69-2×4.437=8.395 kmolNH4OH分解量為 139.92-8.395=131.529 kmol最初溶液中H2O/NH3=622.5/139.92=4.45最終溶液中H2O/NH3=553.434/8.395=65平均 4.45+652=34.7在常溫常壓下俺的分解熱為8430kcal/kmol (查圖)求取0.4MPa 120時(shí)氨的分解熱：0.4 MPa，120，17.51%氨水 NH3（氣） 0.4 MPa，120 氨水120QA 降溫降壓 QC 升溫升壓 QD0.1 MPa，20，17.51%氨水 分 解 NH3（氣）0.1 MPa，20 氨水1 MPa，20QA 氨水降溫降壓放熱QA=13583.72×1.1×(120-20)=1494209.7kcal/hQB 氨水在0.1 MPa 20下分解吸熱QB=-8430×263.059=1108793 kcal/hQC 氨水升溫升壓吸熱 1 MPa 20 i=423 kcal/kg 4 MPa 120 i=470 kcal/kgQC=131.529×17×(423-470)=-1