年產(chǎn)三十萬噸尿素化工廠設(shè)計(jì),畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、III年產(chǎn)30萬噸尿素化工廠設(shè)計(jì)摘要本設(shè)計(jì)采用水溶液全循環(huán)法用氨和二氧化碳直接合成尿素，采取的是連續(xù)生產(chǎn)的方法，主要包括合成、分離及結(jié)晶造粒三個(gè)主要工序。本設(shè)計(jì)主要包括整個(gè)尿素生產(chǎn)過程的工藝設(shè)計(jì)，合成工段和造粒工段的物料衡算、熱量衡算及設(shè)備選型，工廠布置設(shè)計(jì)。主要設(shè)計(jì)圖包括尿素生產(chǎn)工藝流程圖、車間剖面圖、車間平面圖及全廠布置圖。 關(guān)鍵詞：尿素，工藝設(shè)計(jì)With an Annual Output of 300,000 Tons of Urea Chemical Plant DesignABSTRACTThe solution was designed with the whole cycle A

2、ct,ammonia and carbon dioxide direct synthesis of urea.Adopting a continuous production methods,including synthesis,separation and crystallization of the three main granulation processes.The design mainly includes the entire process of Weak Acid Black NB-G dye production process design,synthesis and

3、 granulation Section of the material balance and heat balance selection of equipment，factory layout design. Design plans include major urea production process maps,profiles workshop,workshop floor plan and palnt layout.KEY WORDS:Urea,Process Design目 錄摘要IABSTRACTII1緒論11.1項(xiàng)目依據(jù)11.1.1課題背景及意義11.1.2我國酸性染料

4、產(chǎn)業(yè)概況21.1.3國際酸性染料需求概況131.2 設(shè)計(jì)原則161.3 課題的主要任務(wù)（需附有技術(shù)指標(biāo)要求）171.4廠制概況171.4.1 工廠組織171.4.2 工作制度171.4.3 人員配備171.5廠址選擇181.5.1 建廠依據(jù)181.5.2 指導(dǎo)方針181.5.3 廠址及建廠條件181.6 氣象地質(zhì)資料月份191.6.1氣象資料191.6.2地質(zhì)資料201.7環(huán)境保護(hù)及廢物處理202工藝設(shè)計(jì)212.1工藝流程設(shè)計(jì)212.1.1工藝流程設(shè)計(jì)的重要性212.1.3工藝流程設(shè)計(jì)的原則212.1.4工藝流程選擇分析與研究222.1.5工藝流程設(shè)計(jì)242.1.6生產(chǎn)工藝流程敘述242.1.

5、7工藝流程設(shè)計(jì)參數(shù)282.2工藝計(jì)算282.2.1物料衡算282.2.2熱量衡算373工藝計(jì)算與設(shè)備選型433.1攪拌反應(yīng)釜的工藝計(jì)算與選型433.2過濾設(shè)備的工藝計(jì)算與選型473.3氣流干燥器的工藝計(jì)算與選型483.4粉碎機(jī)的選擇553.5拼混機(jī)的選擇553.6泵的選擇563.7儲罐及計(jì)量罐的選擇56設(shè)備一覽表584全廠平面設(shè)計(jì)594.1總平面設(shè)計(jì)任務(wù)和步驟594.1.1總平面設(shè)計(jì)任務(wù)594.1.2工廠組織594.2總平面設(shè)計(jì)原則604.3總平面布置評述614車間布置設(shè)計(jì)684.1車間布置設(shè)計(jì)的意義684.2車間布置得原則684.3車間布置設(shè)計(jì)與評述684.3.1關(guān)于車間平面布置方案684.

6、3.2關(guān)于廠房形式684.3.3車間設(shè)計(jì)布置695尿素生產(chǎn)中的安全技術(shù)與三廢處理705.1安全生產(chǎn)原則705.2生產(chǎn)物料的安全特性725.3必要的安全保護(hù)裝置725.4三廢排放及處理73致謝75參考文獻(xiàn)7677年產(chǎn)30萬噸媒合成尿素化工廠設(shè)計(jì)1緒論1.1課題背景1.1.1 尿素的概況 尿素外觀為白色晶體或粉末，是動物蛋白質(zhì)代謝后的產(chǎn)物，通常用作植物的氮肥。尿素是哺乳動物排出體內(nèi)含氮代謝物的形式。它在肝合成，其過程被稱為尿素循環(huán)。別名：碳酰二胺、碳酰胺、脲分子式：CO(NH2)2 因?yàn)樵谌四蛑泻羞@種物質(zhì)，所以取名尿素，尿素含氮量46%，是固體氮肥中含氮量最高的。尿素易溶于水，在20時(shí)100ml

7、水中可溶解105g，水溶液呈中性反應(yīng)。尿素產(chǎn)品有2種：結(jié)晶尿素呈白色針狀或棱柱狀晶形，吸濕性強(qiáng)。粒狀尿素為粒徑1-2mm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存放。目前在尿素生產(chǎn)中加入石蠟等疏水物質(zhì)，其吸濕性大大下降。尿素是生理中性肥料，在土壤中不殘留任何有害物質(zhì)，長期施用沒有不良影響。但在造粒中溫度過高會產(chǎn)生少量縮二脲，又稱雙縮脲，對作物有抑制作用。我國規(guī)定肥料用尿素中縮二脲含量應(yīng)小于0.5%。縮二脲含量超過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多或過于集中。尿素

8、是有機(jī)態(tài)氮肥，經(jīng)過土壤中的脲酶作用，水解成碳酸銨或碳酸氫銨后，才能被作物吸收利用。因此，尿素要在作物的需肥前4-8天施用。施用：尿素適用于作基肥和追肥，有時(shí)也用作種肥。尿素在轉(zhuǎn)化前是分子態(tài)的，不能被土壤吸附，應(yīng)防止隨水流失，轉(zhuǎn)化后形成的氨也易揮發(fā)，所以尿素也要深施覆土。1.1.2 尿素的市場狀況 目前在國際市場上，尿素產(chǎn)品通常以大顆粒形式銷售，國內(nèi)絕大多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)的尿素顆粒較小，均勻度差，且有粘連現(xiàn)象，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的外觀質(zhì)量。產(chǎn)品在包裝、運(yùn)輸及儲存過程中還易吸潮結(jié)塊，直接影響產(chǎn)品的銷售和施用時(shí)肥效的發(fā)揮。因此，生產(chǎn)大顆粒尿素產(chǎn)品是提高產(chǎn)品質(zhì)量的重要途徑，也是今后尿素技術(shù)改造的發(fā)展趨勢。進(jìn)入

9、2008年下半年以來，美國次貸危機(jī)引發(fā)的國際金融危機(jī)傳導(dǎo)至煤、石油等大宗初級商品，引發(fā)了化肥成本的變化，同時(shí)這種變化也引發(fā)了多年來化肥產(chǎn)能過剩與高價(jià)位抑制需求的潛在矛盾的集中爆發(fā)，化肥市場日益下滑。由于受到國際市場原材料的影響，導(dǎo)致化肥成本的暴跌，尤其是硫磺等原材料的暴跌引發(fā)了國內(nèi)化肥市場的劇變。原材料貨緊價(jià)揚(yáng)造成的生產(chǎn)成本剛性上漲。中國尿素生產(chǎn)原料煤、石油、天然氣等都屬資源性產(chǎn)品，同時(shí)又是能源性產(chǎn)品，中國經(jīng)濟(jì)的高速增長導(dǎo)致能源出現(xiàn)空前短缺，價(jià)格也一再飆升。外電評價(jià)：中國的能源危機(jī)依賴自身的力量三兩年內(nèi)無法解決。原材料對尿素供應(yīng)造成的影響主要在兩方面：一方面是成本的剛性上漲，產(chǎn)成品價(jià)格下降幅度

10、有限，從這方面來講，尿素價(jià)格上漲至十多年行情低迷后的恢復(fù)性上漲。另一方面原料緊張加上運(yùn)輸?shù)确矫娴南拗?，許多廠家處于停產(chǎn)半停產(chǎn)狀態(tài)。從全球農(nóng)業(yè)來看，糧食的需求呈剛性增長，雖然全球的經(jīng)濟(jì)增長速度明顯放緩，甚至正在逐漸影響中國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，但從近期的發(fā)展態(tài)勢看，與化肥產(chǎn)業(yè)關(guān)系十分緊密的農(nóng)業(yè)發(fā)展趨勢總體依然向好的方向發(fā)展，具體表現(xiàn)為糧食價(jià)格在逐漸提高，這給化肥產(chǎn)業(yè)提供了相對良好的發(fā)展環(huán)境，農(nóng)業(yè)總體形勢的穩(wěn)定，是對化肥市場信心的一種基礎(chǔ)。從化肥行業(yè)整體看，全球氮肥新增產(chǎn)能持續(xù)增長，產(chǎn)量持續(xù)擴(kuò)大，總體市場是供大于求。出口限制加劇國內(nèi)供應(yīng)過剩，市場競爭激烈，行業(yè)整合趨勢明顯。20092011年預(yù)計(jì)新增產(chǎn)能12

11、85萬噸，2009年至2011年尿素產(chǎn)能進(jìn)一步擴(kuò)大，產(chǎn)量持續(xù)增長，供應(yīng)大于需求趨勢加劇。尿素市場受困于供求失衡，解困也只能從緩解供需矛盾上找突破口。如果國家不主動對尿素行業(yè)過剩的產(chǎn)能進(jìn)行淘汰，尿素市場將依靠價(jià)格這支“指揮棒”自我調(diào)整。由于供過于求，價(jià)格維持低迷，一些技術(shù)落后的產(chǎn)能將在一場優(yōu)勝劣汰的“大清洗”中消失，尿素供給量會逐步下降，同時(shí)隨著國家各項(xiàng)強(qiáng)農(nóng)惠農(nóng)政策落實(shí)，農(nóng)民投肥積極性回升，尿素需求量逐步上升，價(jià)格隨之上升，尿素市場在供求雙方“一降一升”中縮小差距，并最終回歸供需平衡狀況。 中國08年尿素總產(chǎn)能超過6000萬噸，而且09年將在此基礎(chǔ)上增加8%至6500萬噸?？紤]到大部分新增項(xiàng)目的

12、投產(chǎn)將在09年下半年啟動再加上全球經(jīng)濟(jì)下滑帶來的負(fù)面效應(yīng)，預(yù)計(jì)09年尿素產(chǎn)量將同比提高4.8%至5900萬噸。同時(shí)考慮到政府對農(nóng)業(yè)的扶持政策帶來的積極效應(yīng)以及相對磷肥和鉀肥價(jià)格相對較低，市場預(yù)計(jì)09年尿素需求將同比上升5%至5160萬噸，這意味著產(chǎn)能過剩的幅度將于08年持平。1.1.3 生產(chǎn)工藝的比較氨和二氧化碳在合成塔內(nèi)，一次反應(yīng)只有5572轉(zhuǎn)化為尿素(以CO2計(jì))，從合成塔出來的物料是含有氨和甲銨的尿素溶液（簡稱尿液）。在進(jìn)行尿液后加工之前，必須將氨和甲銨分離出去。甲銨分解成氨和二氧化碳是尿素合成反應(yīng)中式(1)的逆反應(yīng)，是強(qiáng)吸熱反應(yīng)，用加熱、減壓和氣提等手段能促進(jìn)這個(gè)反應(yīng)的進(jìn)行。圍繞著如何

13、回收處理從合成塔里出來的反應(yīng)混合物料，曾發(fā)展了尿素的多種生產(chǎn)工藝。不循環(huán)工藝和部分循環(huán)工藝:不循環(huán)工藝是指從合成塔出來的物料，經(jīng)減壓至常壓并用蒸汽加熱，將氨和二氧化碳分離出來，尿液送去后加工系統(tǒng)，氨用于生產(chǎn)其他的銨鹽。部分循環(huán)工藝是把從甲銨分解器內(nèi)分解出來的部分氨和二氧化碳，以甲銨水溶液的形式循環(huán)回合成塔。不循環(huán)和部分循環(huán)工藝較簡單，投資較省、操作費(fèi)用也較低，缺點(diǎn)是要附設(shè)龐大的銨鹽加工系統(tǒng)，經(jīng)濟(jì)上不合理，新的尿素廠則采用全循環(huán)工藝。全循環(huán)工藝：是把未轉(zhuǎn)化成尿素的氨和二氧化碳，經(jīng)分離后全部循環(huán)返回尿素合成系統(tǒng)。這類工藝因分解、循環(huán)的方法不同而有不同，但主要是水溶液循環(huán)法和氣提法（即解吸法）。（1

14、）斯塔米卡邦(STAM ICARBON ) CO2氣提工藝 該法由荷蘭斯塔米卡邦公司于1967年研究成功。該工藝較完善, 推廣較快, 采用該工藝建的裝置較多, 但現(xiàn)國外已不把其列為先進(jìn)工藝。工藝流程為: 從界區(qū)來的液氨經(jīng)高壓液氨泵升壓后進(jìn)入預(yù)熱器, 預(yù)熱至6080° C后經(jīng)高壓液氨噴射器進(jìn)入高壓甲銨冷凝器。來自界區(qū)的CO2和空氣進(jìn)入CO2壓縮機(jī), 升壓至約15 MPa后進(jìn)入脫氫反應(yīng)器, 脫氫后的CO2氣體冷卻到120°C以下進(jìn)入高壓CO2氣提塔的底部。NH3與CO2分子比2.95。在合成塔中大部分冷凝的甲銨轉(zhuǎn)化為尿素和水。離開合成塔的反應(yīng)混合物, 經(jīng)漏斗型下降管分

15、布在CO2氣提塔的降膜管上, 并通過CO2氣體在降膜管內(nèi)的氣提作用, 降低溶液中的NH3含量, 使離開氣提塔底的尿素溶液含NH3僅6%左右。塔頂部的氣體進(jìn)入高壓甲銨冷凝器, 在此大部分氣體與新鮮液氨在約170°C下冷凝生成甲銨。冷凝過程中放出的熱量用于產(chǎn)生約0.45M Pa的低壓蒸汽。由冷凝器出來的混合物進(jìn)入合成塔,在此甲銨脫水生成尿素。CO2氣體帶入的惰性組分及未轉(zhuǎn)化的NH3和CO2經(jīng)合成塔頂管線進(jìn)入高壓洗滌器。在高壓洗滌器的下部, 大部分NH3和CO2被冷凝, 離開底部的氣體與循環(huán)工序來的甲銨液逆流接觸, 經(jīng)洗滌的氣體含有N2和O2,通過惰性氣放空塔排入大氣。由CO2氣提塔底部出

16、來的尿素溶液去低壓分解工序。（2）斯那姆羅給提氨氣提工藝工藝流程為: 液氨經(jīng)離心泵抽出并加壓至2.1MPa, 部分送至中壓吸收塔, 余下的由泵壓縮至21MPa, 經(jīng)來自低壓分解塔的排放氣預(yù)熱后,進(jìn)入噴射器, 將來自甲銨分離器的甲銨液加壓至合成壓力后一同進(jìn)入合成塔,與CO2進(jìn)行反應(yīng)。離開合成塔的產(chǎn)物進(jìn)入降膜式氨氣提塔,混合物經(jīng)過降膜管時(shí)被加熱, 通過自氣提作用, 溶液中的CO2含量降低。由氨氣提塔頂出來的氣體與來自中壓吸收塔并經(jīng)高壓甲銨泵加壓的流體一同進(jìn)入高壓甲銨冷凝器。在此除少量惰性組分外,全部混合物被冷凝并產(chǎn)生0.45MPa蒸汽。經(jīng)分離后液體流至甲銨噴射器。由甲銨分離器頂部出來的未冷凝氣體(

17、含有少量的NH3) 被送往中壓分解塔處理。含有少量CO2 的溶液離開氨氣提塔底部去中壓分解工序。（3）水溶液全循環(huán)尿素工藝水溶液全循環(huán)尿素裝置的運(yùn)行都比較穩(wěn)定，生產(chǎn)負(fù)荷的加減調(diào)節(jié)比較方便，操作彈性范圍較寬;增產(chǎn)潛力比較大，均達(dá)到了其設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力的160%一200%;產(chǎn)品質(zhì)量控制較好，正常負(fù)荷生產(chǎn)時(shí)一般能控制到優(yōu)級品范圍內(nèi)。水溶液全循環(huán)尿素裝置的腐蝕性較輕，特別是尿塔和中壓分解、加熱設(shè)備的腐蝕速率都比較小，正常生產(chǎn)時(shí)系統(tǒng)氧含量一般控制在0.5%-0.6%(體積)即可滿足要求;再就是水溶液全循環(huán)尿素工藝的高壓系統(tǒng)設(shè)備較少，中低壓系統(tǒng)設(shè)備停車檢修比較方便，所以無論是系統(tǒng)大修還是平常的中小檢修都比較方

18、便、所用時(shí)間比較短，并且水溶液全循環(huán)尿素工藝的氨碳比控制較高，停車時(shí)尿塔保壓時(shí)間一般為24h。水溶液全循環(huán)尿素工藝經(jīng)過十幾年的改造，消耗下降較明顯。其電耗一般可以控制在145 -155kw·h/t尿素(包括循環(huán)水的動力消耗)，電耗的高低主要與系統(tǒng)負(fù)荷的大小、二氧化碳轉(zhuǎn)化率的高低、冷凝器的傳熱效果、以及生產(chǎn)綜合管理水平有關(guān)。水溶液全循環(huán)尿素工藝的蒸汽消耗一般可以控制在1200一1400kg/t尿素，有個(gè)別廠家已降到1200k幼尿素以下，蒸汽消耗的高低與系統(tǒng)負(fù)荷的大小加熱器的傳熱效果、以及生產(chǎn)綜合管理水平有關(guān)，但更重要的是取決于對整套尿素裝置熱力系統(tǒng)的合理改造以及高效傳熱傳質(zhì)設(shè)備的使用。

19、水溶液全循環(huán)尿素工藝的氨耗一般可以控制在575一580kg/t尿素，部分生產(chǎn)綜合管理渺子的企業(yè)已降至575k/t尿素以下。在循環(huán)冷卻水消耗方面，通過對系統(tǒng)熱能回收的改造以及工藝操作方法的調(diào)整優(yōu)化，冷卻水消耗已降至接近于C02汽提法尿素生產(chǎn)工藝的循環(huán)冷卻水消耗水平。通過以上對水溶液全循環(huán)法、CO2汽提法尿素與NH3氣提法在運(yùn)行、增產(chǎn)潛力、改造難易、生產(chǎn)消耗以及裝置設(shè)計(jì)能力等多方面進(jìn)行分析比較，不難看出：CO2氣提法與NH3氣提法相比是具有一定優(yōu)勢的主要體現(xiàn)在流程簡單，操作效率高，設(shè)備臺數(shù)少，尤其是高壓設(shè)備的減少和改進(jìn)，使投資費(fèi)用大幅下降，物料和能耗的下降使成本也隨著降低，從而能給企業(yè)帶來較好的經(jīng)

20、濟(jì)效益。水溶液全循環(huán)法與CO2汽提法尿素的綜合消耗相差不大，并且現(xiàn)在有的水溶液全循環(huán)尿素企業(yè)通過改造已經(jīng)達(dá)到蒸汽消耗1200kg/t尿素左右的水平，所以CO2汽提法尿素以蒸汽消耗數(shù)量較低的顯著優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)沒有優(yōu)勢。另外，CO2汽提法尿素表現(xiàn)出來的上述缺點(diǎn)也使CO2汽提法的實(shí)際競爭力降低。相反水溶液全循環(huán)法尿素通過十幾年的改造經(jīng)驗(yàn)，越來越表現(xiàn)出了較大的競爭優(yōu)勢，比如:易于改造，增產(chǎn)潛力大，檢修停車時(shí)間短，大修費(fèi)用相對較低，封塔時(shí)間長于CO2汽提法合成系統(tǒng)，操作比較熟練，生產(chǎn)管理積累的經(jīng)驗(yàn)較多等。雖然水溶液全循環(huán)法尿素裝置的單套生產(chǎn)規(guī)模在設(shè)計(jì)方面還不如CO2汽提法尿素工藝，但現(xiàn)在已有設(shè)計(jì)到年產(chǎn)(30-

21、40)×104t/a的裝置，并且與其工藝非常相似的水溶液全循環(huán)改良C法的設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力早巳達(dá)到年產(chǎn)50×104t/a，所以說在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，在裝置生產(chǎn)能力的設(shè)計(jì)方面不存在大的問題，應(yīng)該是能做到較大生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)的，本設(shè)計(jì)選擇水溶液全循環(huán)尿素工藝。1.2 設(shè)計(jì)原則（1）遵守法則、法規(guī)，貫徹黨的基本建設(shè)方針，實(shí)事求是，因地制宜。（2）合理利用國家資源和財(cái)產(chǎn)，最大限度的發(fā)揮硬件設(shè)施的內(nèi)在潛力，節(jié)約土地，減少投資，降低成本。（3）充分比較各種已經(jīng)廣泛采用的工藝，對投資的價(jià)值進(jìn)行廣泛、深入的對比，特別是煤氣化塔、甲醇合成塔等設(shè)備的選型上，進(jìn)行充分的對比論證。采用成熟的、先進(jìn)的工藝流程

22、和設(shè)備，學(xué)習(xí)先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)，優(yōu)先考慮節(jié)能、低損耗的工藝設(shè)備，努力實(shí)現(xiàn)自動化、現(xiàn)代化，提高產(chǎn)品生產(chǎn)的科技含量。（4）充分考慮市場對產(chǎn)品的要求，質(zhì)量為本、力求與下游其他產(chǎn)業(yè)鏈的融合。（5）盡可能創(chuàng)造良好的勞動條件，以利于勞動工人的身心健康。（6）重視環(huán)境的保護(hù)，合理的處理好三廢。1.3 課題的主要任務(wù)（需附有技術(shù)指標(biāo)要求） （1）工藝流程圖 （2）車間平面布置圖（分層表示） （3）車間立面圖（必要時(shí)采用剖面圖表示） （4）全廠平面布置圖 （5）設(shè)計(jì)說明書（約50頁） （6）產(chǎn)品質(zhì)量：年產(chǎn)尿素30萬噸1.4廠置概況1.4.1 工廠組織本廠職工按工作性質(zhì)分為：生產(chǎn)性人員和非生產(chǎn)性人員。生產(chǎn)人員占全廠職

23、工的65%左右，非生產(chǎn)性人員占全廠人員的35%左右，在非生產(chǎn)性人員中；50%為科研人員(兼職行政人員)，50%為勤雜人員。1.4.2 工作制度本廠采取連續(xù)工作制，法定節(jié)假日：五一、十一、春節(jié)放假約15天。由于尿素成品為固體，生產(chǎn)工序需高溫處理，造粒及其他較低溫工段會出現(xiàn)固結(jié)、堵塞現(xiàn)象，因此需停機(jī)維修頻率較高，本廠采取季度維修制（即3個(gè)月維修一次），維修時(shí)間約為：旺季7天（冬、春兩季），淡季12天（夏、秋兩季）。工作日=365-節(jié)假日-維修日 =365-15-50 300天本廠采取三班制（分早7：30-午4：00，午3：30-晚12：00，晚11：30-早8：00），因生產(chǎn)需要采取連續(xù)工作，周末

24、不休息，但本廠提倡員工采取倒班互助，打造良好和諧工作氣氛。1.4.3 人員配備見下表序號崗位名稱每日班次周工作天數(shù)單班人數(shù)在冊人數(shù)12345678910111213141516門衛(wèi)勞司食堂成品庫鍋爐房配電所采購員合成工序冷凝回收工序造粒工序銷售員技術(shù)員車間管理員會計(jì)員研發(fā)人員總計(jì)21133313331311130773-47777777777551014443222333463255084896621010104204261091.5廠址選擇1.5.1 建廠依據(jù)根據(jù)化肥行業(yè)發(fā)展的需求，以及國際市場的方向，抓住西部大開發(fā)的歷史機(jī)遇。尿素作為化肥行業(yè)的龍頭將在以后的農(nóng)作物生產(chǎn)中占據(jù)至關(guān)重要的地位。

25、新建廠的主要原料，獲得了上級主管部門的批準(zhǔn)，擬用原料：液氨（來自附近合成氨廠）、二氧化碳（煤氧化）、工業(yè)用水、工業(yè)用電、生活用水等。1.5.2 指導(dǎo)方針（1）遵守國家的政策規(guī)定（2）符合城市規(guī)劃和工業(yè)布局（3）利于生產(chǎn)，便于生活（4）節(jié)約投資，留有余地1.5.3 廠址及建廠條件根據(jù)一般的建廠原則，廠址位置必須符合國家工業(yè)布局，城市或地區(qū)的規(guī)劃要求。我廠擬建于神木西郊，一則盡可能靠近城鎮(zhèn)方便了生產(chǎn)上的協(xié)作，生活上的方便；二則廠址選在西北，更符合國家發(fā)展落后地區(qū)的總體布局。本廠位于水庫附近，水資源豐富，為廠區(qū)可以常年提供用水；擬建廠址比鄰公路和鐵道干線，交通十分的方便。在動力能源方面，本廠采用本地

26、電網(wǎng)供電，避免了在設(shè)動力電站而增加的投資費(fèi)用。西北地區(qū)相對落后，但卻有強(qiáng)大的勞動力支持，所以建廠區(qū)域能源豐富，可確保生產(chǎn)的穩(wěn)定、連續(xù)。1.6 氣象地質(zhì)資料月份1.6.1氣象資料（1）氣溫 年最高溫度為41.5，年最低氣溫為-20，一月份平均溫度為1，七月份平均溫度為25。（2）相對溫度 全年七月份平均為60%，約平均為40%。（3）降水量 年降雨量平均為1000mm左右，最少有750mm，最多為1400mm,雨量集中在夏末秋初，最大降雪量88mm。（4） 風(fēng) 主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲鞅憋L(fēng)，夏季為東南風(fēng)或東風(fēng)，平均風(fēng)速為2.5m/s。1.6.2地質(zhì)資料（1）工程地質(zhì)數(shù)據(jù) 地勢平坦、坡度小、土質(zhì)良好，為沖擊性

27、粘土，地耐力均為28t/m2。經(jīng)現(xiàn)場勘測、鉆探確定地下沒有文物、古墓葬、古文化。據(jù)鉆探資料該地區(qū)不屬于地震區(qū)，海拔高度380-420m。（2）水文資料廠址標(biāo)高45m，無洪水淹沒的危險(xiǎn)，地下水位在多米以下，并且水位標(biāo)高多年不變。1.7環(huán)境保護(hù)及廢物處理隨著世界特別是我國環(huán)境的明顯惡化，國民的環(huán)境保護(hù)意識逐步提高，為了我們的生存環(huán)境，為了我們自己，為了我們的子孫后代，必須保護(hù)環(huán)境。對污染源、廢水、廢氣、廢渣、噪音粉塵煙等的具體防止和處理方法主要依據(jù)環(huán)境保護(hù)法及相應(yīng)的可行性研究、環(huán)境報(bào)告和初審意見來確定。2工藝設(shè)計(jì)2.1尿素的生產(chǎn)方法2.1.1生產(chǎn)尿素的普遍方法氨與二氧化碳直接合成尿素，是目前世界各

28、國普遍采用的生產(chǎn)尿素的生產(chǎn)尿素的方法。該方法的反應(yīng)可分兩步進(jìn)行：氨與二氧化碳作用生成氨基甲酸銨(簡稱甲銨)；甲銨脫水生成尿素，其反應(yīng)式為：2NH3(l)+CO2(g)NH4COONH2(g)+159.47kJ (1) NH4COONH2 (l)CO(NH2)2(g)+H2O(g)-28.49kJ(2)工業(yè)上氨與二氧化碳合成尿素，包括下列四個(gè)生產(chǎn)過程：(1) 氨與二氧化碳原料的供應(yīng)及凈化；(2) 氨與二氧化塔合成尿素；(3) 尿液與未反應(yīng)物質(zhì)的分離與回收；(4) 尿素溶液的加工2.1.2 水溶液全循環(huán)法的流程水溶液全循環(huán)法流程見下圖經(jīng)過加熱預(yù)熱的原料液與經(jīng)過壓縮后的原料二氧化碳循環(huán)回收來的氨基甲

29、酸銨液一并進(jìn)入預(yù)反應(yīng)器R106，在預(yù)反應(yīng)器內(nèi)氨與二氧化碳反應(yīng)生成氨基甲酸銨，再進(jìn)入尿素合成塔T107，在塔內(nèi)氨基甲酸銨脫水生產(chǎn)尿素。尿素熔融物從塔頂出來進(jìn)入預(yù)分離器D108，將氨基甲酸銨和氨進(jìn)行分離。氨基甲酸銨從預(yù)分離器底部出來進(jìn)入中壓循環(huán)加熱器H201，用蒸汽間接加熱使氨基甲酸銨分解，然后進(jìn)入中壓分離器D202，分離出的尿液在減壓進(jìn)入低壓循環(huán)加熱器H203，用蒸汽加熱進(jìn)一步提高溫度，促使殘余氨基甲酸銨分解。氣、液在低壓循環(huán)分離器D204內(nèi)分離。分離出的尿液經(jīng)減壓至常壓后，進(jìn)入閃蒸槽H205，經(jīng)減壓后尿液中的氨基甲酸銨幾乎全部清除。自閃蒸槽出來的尿液進(jìn)入尿液貯槽V206，用尿素溶液泵B207打

30、入一段蒸發(fā)加熱器H208及二段蒸發(fā)加熱器H302，在不同真空度下加熱蒸汽，氣、液分別在一段蒸發(fā)分離器D301及二段蒸發(fā)分離器D303內(nèi)分離。低壓分離器出口尿液濃度達(dá)99.7%（質(zhì)量）以上，用熔融尿素泵B304打入造粒塔T305，經(jīng)造粒噴頭灑成尿粒，在塔底得到成品尿素。2.1.3 原料的凈化與輸送（1）水煤漿加壓氣化法制取原料氣（CO2）水煤漿加壓氣化法是近年來國際上新開發(fā)的最成功的一種煤氣化方法，不僅可以使用儲量豐富的煙煤，而且生產(chǎn)效率高。水煤漿加壓氣化法的生產(chǎn)過程是將原料煤制成可以流動的水煤漿，用泵加壓后噴入氣化爐內(nèi)，在高溫下與氧進(jìn)行氣化反應(yīng)，生成（H2+CO）體積含量大于75%的水煤氣。高

31、溫煤氣與熔融態(tài)煤渣，由氣化爐下部排出，降溫后煤氣與灰渣分離，煤氣經(jīng)進(jìn)一步除塵后，送到后工序。該法的優(yōu)點(diǎn)是原料煤種適應(yīng)性強(qiáng)、轉(zhuǎn)化率高，氣化爐碳轉(zhuǎn)化率為99.5%，能耗低，生產(chǎn)強(qiáng)度大，污染少，排渣方便。水煤漿的氣化過程是在氣化爐內(nèi)進(jìn)行的，氣化爐是用鋼板制成的圓筒形設(shè)備，內(nèi)襯耐火保溫材料，在頂部裝有噴嘴。濃度為60%-70%的水煤漿和純氧氣，由噴嘴并流向下噴入氣化爐，水煤漿被氧氣霧化，同時(shí)水煤漿中的水分預(yù)熱急劇氣化成水蒸氣。煤粉、氧氣和水蒸氣充分混合，在1300-1500的高溫下，煤粉顆粒進(jìn)行部分氧化反應(yīng)，生成以氧和一氧化碳為主的水煤氣。（2）二氧化碳脫硫原理及工藝條件的選擇由于原料氣中含有一定量的

32、硫，主要是硫化氫，不僅能腐蝕設(shè)備和管道，而且能使催化劑中毒。此外，硫是一種重要的化工原料，應(yīng)當(dāng)予以回收。因此原料氣中的硫化物必須脫除干凈。脫硫方法很多，按脫硫物理形態(tài)可分為干法和濕法兩大類，前者所用脫硫劑為固體，后者為溶液。干法脫硫的優(yōu)點(diǎn)是既能脫除硫化氫，又能脫除有機(jī)硫，凈化度高，可將氣體中硫化物脫至1cm3/m3以下。缺點(diǎn)是再生比較麻煩或者難以再生，回收硫磺比較困難，設(shè)備體積較大，有些為間歇操作，一般只作為脫除有機(jī)硫和精細(xì)脫硫的手段。在氣體中含硫量高的情況下，應(yīng)先采用濕法除去絕大部分硫化氫，再采用干法脫除有機(jī)硫和殘余硫化氫。此設(shè)計(jì)采用濕法脫硫后再串接氧化鋅脫硫，反應(yīng)為：H2S+ZnO=ZnS

33、+H2OC2H5SH+ZnO=ZnS+C2H5OHC2H5OH+ZnO=ZnS+CH4+CH4氧化鋅脫除硫化氫的反應(yīng)平衡常數(shù)很大，硫化氫平衡濃度很低。溫度越低，水蒸氣含量越少，則平衡常數(shù)越大，硫化氫平衡濃度越低，對脫硫反應(yīng)也越有利。溫度升高，反應(yīng)速度加快，脫硫劑硫容量增加。但溫度過高，氧化鋅的脫硫能力反而下降，在工業(yè)生產(chǎn)中，操作溫度在200-400之間，脫除硫化氫時(shí)在200左右進(jìn)行，而脫除有機(jī)硫時(shí)必須在350-400。提高壓力有利于加快反應(yīng)速度，操作壓力一般為0.7-6MPa。（3）二氧化碳壓縮過程工藝流程原料氣脫硫后再進(jìn)行CO變換，然后采用低溫甲醇法脫除CO2，吸收CO2后的甲醇在減壓加熱條

34、件下，解吸出CO2，得到CO2濃度大于98%的氣體。在進(jìn)入壓縮機(jī)之前，在總管內(nèi)與氧氣混合，加氧是為了防止合成，循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)備腐蝕。氧氣需要量約為二氧化碳總體積的0.5%，二氧化碳通過一個(gè)帶有水封的液滴分離器，用來出去二氧化碳?xì)怏w中的水滴以保護(hù)二氧化碳壓縮機(jī)。在液滴分離器之前設(shè)有放空閥，當(dāng)系統(tǒng)停車或生產(chǎn)能力劇減時(shí)，由此放出一部分二氧化碳。二氧化碳?xì)怏w由總管進(jìn)入壓縮機(jī)，壓縮機(jī)為臥式五段對稱平衡式，直接與電動機(jī)相連，二氧化碳經(jīng)五段壓縮至為21.56MPa(表壓),氣體溫度為125，經(jīng)流量計(jì)進(jìn)入高壓混合器內(nèi)。（4）液氨的凈化與輸送工藝流程從氨球罐合（成氨裝置內(nèi)）送來的的2.0MPa(表壓)的液氨，通過

35、氨過濾器（一臺備用）除去雜質(zhì)進(jìn)入系統(tǒng)。過濾后的液氨送入液氨緩沖槽的原料室中，液氨緩沖槽液位由控制閥自控調(diào)節(jié)，并在控制盤上設(shè)有液氨緩沖槽的高低液位報(bào)警器。由中壓循環(huán)系統(tǒng)來的液氨進(jìn)入氨緩沖槽的回流室，一部分作為中壓吸收塔的回流氨，多余的氨流過溢流隔板進(jìn)入原料室，與新鮮原料氨混合。溢流氨與新鮮液氨混合是為了使作為原料的液氨進(jìn)入高壓泵時(shí)，盡可能保持低的溫度，以防止液氨汽化。氨緩沖槽壓力（表壓）維持在1.7MPa左右，此壓力也是中壓循環(huán)系統(tǒng)的壓力，由中壓循環(huán)的惰性氣體出口管線的壓力控制閥自動調(diào)節(jié)。氨緩沖槽設(shè)置在25m高的平臺上，這是為了使進(jìn)入中壓吸收塔的回流氨具有足夠的壓頭和保證高壓氨泵所需要的吸入壓頭

36、。原料氨與溢流氨匯合后從氨緩沖槽原料室進(jìn)入高壓氨泵，高壓氨泵是臥式三聯(lián)柱塞泵，將液氨加壓到20MPa（表）。當(dāng)較長時(shí)間停車時(shí)，可從高壓氨泵吸入管線的支管，將氨緩沖槽中的液氨排回球罐。高壓液氨進(jìn)入合成塔以前，先經(jīng)過預(yù)熱器預(yù)熱到45-55，預(yù)熱器所用的蒸汽，是蒸汽冷凝槽產(chǎn)生的閃蒸蒸汽。氨預(yù)熱器設(shè)有一附加段，當(dāng)閃蒸蒸汽不足時(shí)，可使用表壓1.2MPa蒸汽。高壓液氨經(jīng)預(yù)熱后送入高壓混合器，然后入尿素合成塔。2.1.4 尿素的合成（1）合成尿素的反應(yīng)原理氨與二氧化碳直接合成尿素，反應(yīng)可分兩步進(jìn)行：氨與二氧化碳作用生成氨基甲酸銨(簡稱甲銨)；甲銨脫水生成尿素，其反應(yīng)式為：2NH3(l)+CO2(g)NH4C

37、OONH2(g)+159.47kJ NH4COONH2 (l)CO(NH2)2(g)+H2O(g)-28.49kJ（2）合成尿素工藝條件及流程合成尿素工藝條件的選擇，不僅要滿足液相反應(yīng)和自然平衡，而且要求在較短的反應(yīng)時(shí)間內(nèi)達(dá)到較高的轉(zhuǎn)化率。根據(jù)氨基甲酸銨及尿素的性質(zhì)和氨基甲酸銨脫水生成尿素的化學(xué)平衡及反應(yīng)速度可知，影響尿素合成的主要因素有溫度、原料配比、壓力、反應(yīng)時(shí)間及惰性氣體等。在工業(yè)生產(chǎn)上，合成塔材料選用不銹鋼，操作溫度為180-190，氨碳比為3.5-4.5，水碳比為0.6-0.7，一般合成操作壓力控制在20MPa左右，一般控制反應(yīng)時(shí)間在1h左右。合成塔工藝流程，壓力為21.56MPa(

38、表)、溫度為125的二氧化碳從氨預(yù)熱器出來的壓力為20MPa(表)、溫度為45-55左右的液氨一起進(jìn)入高壓混合器（預(yù)反應(yīng)器）。從中壓循環(huán)來的氨基甲酸銨溶液溫度為90-95左右，用高壓氨基甲酸銨泵加壓到20MPa左右，也送入到高壓混合器。高壓混合器是一個(gè)小型高壓容器，內(nèi)部裝有擋板，物料由底部進(jìn)入，在其中充分混合。在高壓混合器中約有90%左右的二氧化碳生成氨基甲酸銨，反應(yīng)放熱使物料升溫到170-175.在高壓混合器的各進(jìn)料管線，均裝有止逆閥，防止合成反應(yīng)液倒流。在止逆閥前裝有截止閥，為了防止在停車時(shí)進(jìn)料管線截止閥后的管道堵塞，設(shè)置沖洗水泵。將蒸汽冷凝液升壓到20MPa，自截止閥后進(jìn)行沖洗，在合成塔

39、頂出口和減壓閥之間安裝有沖洗管線。從高壓混合器出來的溶液進(jìn)入合成塔，合成塔是一個(gè)超低碳不銹鋼襯里的高壓容器。在合成塔內(nèi)，氨基甲酸銨脫水生成尿素。物料在合成塔內(nèi)停留時(shí)間1h左右，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率約為62%-64%，含有尿素、過量氨、未轉(zhuǎn)化的氨基甲酸銨、水及少量游離二氧化碳的尿素熔融物從塔頂出來，溫度約為190-195,經(jīng)自動減壓閥降壓至1.7MPa，再進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)。2.1.5 中壓分解與吸收尿素合成過程中，進(jìn)入合成塔的原料不可能全部轉(zhuǎn)化為尿素。一般來說，約有67%左右的二氧化碳和34%的氨轉(zhuǎn)變?yōu)槟蛩?，其余的氨和二氧化碳則以氨基甲酸銨、游離二氧化碳和游離氨的形式存在于尿素合成塔中。這部分物質(zhì)必須和

40、尿素分離后，作為原料重新循環(huán)使用，使原料氨和二氧化碳利用率分別達(dá)到98%-99%及94%-95%。氨基甲酸銨、游離二氧化碳、游離氨與尿素分離，要采用減壓加熱法（包括降低氨或二氧化碳分壓而不降低其總壓力）。其原則是降低合成反應(yīng)液平衡壓使未轉(zhuǎn)化的氨基甲酸銨、游離氨和游離二氧化碳在分解設(shè)備內(nèi)被分離成液相，然后進(jìn)入吸收設(shè)備。在一定工藝條件下，氣相氨、二氧化碳重新冷凝或者被吸收生成液態(tài)氨基甲酸銨，送回合成塔。（1）減壓加熱分離原理1)減壓加熱分離基本原理在尿素合成反應(yīng)液中未反應(yīng)的氨和二氧化碳可看成是由兩部分組成：一部分是在高溫高壓條件下，溶解在合成反應(yīng)液中的氣態(tài)氨和氣態(tài)二氧化碳，另一部分是沒有轉(zhuǎn)化生成尿

41、素的氨基甲酸銨。二氧化碳和氨的溶解是放熱和體積縮小的過程，所以當(dāng)溫度一定，隨著壓力，溶解度減??；當(dāng)壓力一定，隨著溫度上升，溶解度減小。因此，對合成反應(yīng)液采用減壓加熱的處理方法，有利于把溶解的游離氨和游離二氧化碳從液體中分離出來，此外減壓加熱也有利于氨基甲酸銨的分解。所以工業(yè)上都采用減壓加熱的方法來回收未反應(yīng)的氨和二氧化碳，為了保證未反應(yīng)物全部分離和回收，一般均采用多段減壓加熱分離，多段冷凝吸收的方法。2)確定多段減壓分離的原則多段減壓分離是建立在技術(shù)上可能和經(jīng)濟(jì)上合理的基礎(chǔ)之上。僅使用一次高壓分離，完全分離將很困難，而且增加了副反應(yīng)。若采用一次低壓分離，盡管分離效率高，但吸收效率低，同時(shí)吸收濃

42、度變稀，導(dǎo)致尿素產(chǎn)率下降，吸收設(shè)備又不能進(jìn)行熱利用。因此工業(yè)上采用了多段減壓分離的辦法。所謂經(jīng)濟(jì)合理是指采用多少段，每段壓力多少，進(jìn)行分離和吸收的經(jīng)濟(jì)效果最好。 權(quán)衡以上兩方面的利弊，就可以找出合適的分離段數(shù)。在工藝條件允許條件下，各段壓力選擇和段數(shù)也一樣，也有一個(gè)合理的壓力選擇范圍。不同生產(chǎn)流程有不同段數(shù)和壓力，一般水溶液全循環(huán)流程中，大部分采用三段分解、三段吸收的方法，分解段為中壓、低壓和真空。吸收段為中壓、低壓及常壓。（2）中壓分解與吸收工藝條件的選擇 1)中壓分解與吸收工藝條件的選擇工業(yè)生產(chǎn)上中壓分解系統(tǒng)組合形式一般有兩種，第一種是采用預(yù)分離器-加熱器-分離器的組合形式。第二種是采用精

43、餾塔-再沸器的組合形式。由于組合形式不同，在中壓分解工藝條件上也略有差別。如果把由分解系統(tǒng)與吸收系統(tǒng)組合的未反應(yīng)物回收系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一考慮，第二種分解形式要比第一種分解形式好。但綜合考慮由于精餾塔從經(jīng)濟(jì)合理方面考慮不如第一種分解形式好，因此此設(shè)計(jì)選用第一種分解組合形式。2)中壓吸收工藝條件的選擇未反應(yīng)物回收過程的主要矛盾是控制循環(huán)水量，因此溶液組成水碳比必須嚴(yán)格控制。這樣就明確了吸收塔的工藝條件選擇，包括三方面，即溶液的溫度、系統(tǒng)壓力及溶液中的水碳比。當(dāng)平衡壓固定時(shí)，對于水碳比一定的溶液，當(dāng)增加溶液中的氨量（即增加氨碳比）時(shí)，溶液的熔點(diǎn)變化不大，但沸點(diǎn)下降，此時(shí)間隔溫差減小。如果回流氨以液態(tài)方式大

44、量進(jìn)入鼓泡段溶液內(nèi)，使溶液氨碳比上升，沸點(diǎn)驟降至熔點(diǎn)，可能產(chǎn)生局部結(jié)晶，而后進(jìn)吸收塔氣相中的二氧化碳和氨又反應(yīng)放出熱量，促使溶液中液氨蒸發(fā)，氨碳比下降沸點(diǎn)上升，結(jié)晶被熔化，所以鼓泡段溫度也就變得忽高忽低，很不好控制，因此在設(shè)計(jì)中強(qiáng)調(diào)了回流氨的分配率，使吸收塔內(nèi)有一部分熱負(fù)荷能在精洗段中移走。一方面使出塔氣體中水分減少，另一方面也控制了進(jìn)入鼓泡段的液氨量。實(shí)際生產(chǎn)也證明了系統(tǒng)在低負(fù)荷時(shí)，控制塔底回流氨量幾乎等于零，高負(fù)荷時(shí)為10%時(shí)操作較為平穩(wěn)。2.1.6 低壓分解與吸收（1）低壓分解的影響因素中壓分解后的尿素溶液中未轉(zhuǎn)化的氨基甲酸銨需再一次減壓后進(jìn)入低壓系統(tǒng)進(jìn)行再分離，試驗(yàn)測得數(shù)據(jù)表明，在0.

45、49MPa(表)以及120以上時(shí)，分解后的液相組成僅與壓力、溫度有關(guān)，而與原始溶液組成無關(guān)。1)溫度影響溫度越高，氨基甲酸銨分解率、總氨蒸出率越高，液相中殘余二氧化碳和氨越少。當(dāng)然與中壓分解相比較，在較高壓力下溫度對分解影響要大一些，而在低壓下溫度的影響相對較小。在相同壓力下，溫度上升，氣相中二氧化碳濃度下降，氨濃度也下降，水蒸氣濃度卻大幅度上升，當(dāng)然氣相中水分隨液相中水分濃度升高而升高。所以工業(yè)上對低壓分解溫度的選擇，應(yīng)考慮液相分解和氣相含水這兩個(gè)方面，當(dāng)然溫度對縮二脲的生成和尿素水解的影響也是應(yīng)當(dāng)考慮。2)壓力影響 壓力越低，氨基甲酸銨分解率、總氨蒸出率越高，液相中殘余氨和二氧化碳越少。在

46、相同溫度下，隨分解壓力的降低，氣相中二氧化碳濃度變化不大，氨濃度下降，水濃度大幅度上升，它們之間成直線關(guān)系。3)加二氧化碳進(jìn)行氣提對低壓分解的影響 當(dāng)外部加入二氧化碳?xì)怏w后，降低了氨分壓，促使氨基甲酸銨的分解，在相同的條件下使總氨的蒸出率升高。經(jīng)測定表明，當(dāng)溫度、壓力一定，進(jìn)行低壓分解器的二氧化碳量大于0.2kmol/kmol尿素時(shí)，分解氣帶水量劇增。（2）閃蒸與解吸過程的影響因素1)用閃蒸的目的使尿液中殘余的氨和二氧化碳獲得徹底分離，經(jīng)冷凝吸收后，再解吸回收。尿液被初步蒸濃和降低溫度后進(jìn)入尿液儲槽，以防止尿液中縮二脲含量急劇增大。防止尿液中殘留過多游離氨，使蒸發(fā)過程產(chǎn)生帶液現(xiàn)象，及在尿液泵入

47、口處產(chǎn)生氣化現(xiàn)象，以保證尿液泵的正常運(yùn)行。工業(yè)生產(chǎn)中為了防止堵塞，尿液溫度通常維持在95-100左右，在此溫度下，殘余氨基甲酸銨分解和游離氨驅(qū)出是可以得到滿足的。實(shí)際生產(chǎn)中的壓力一般選擇在59.995-73.327kPa。2)解吸解吸是吸收的反過程，根據(jù)氨水在不同條件下（溫度和壓力）具有不同的溶解度原理，利用解析塔把氨從氨水中解吸出來，返回吸收系統(tǒng)，以達(dá)到氨的全部利用。解吸過程應(yīng)滿足以下要求：解析后塔底排出液（解吸液）應(yīng)不含氨，以減少氨耗。從塔頂排出的氣體（解吸氣），含水應(yīng)盡可能減少，以降低系統(tǒng)含水，有利于尿素合成的水平衡，有利于轉(zhuǎn)化率的提高。2.1.7尿素溶液的蒸發(fā)與造粒尿素合成反應(yīng)液經(jīng)第二

48、次減壓加熱和閃蒸，將未反應(yīng)物分離之后，得到溫度為95、濃度為73%-75%的尿素溶液，貯存于尿液貯槽。此尿液必須進(jìn)一步濃縮，將含水量降到0.3%，然后造粒，才便于貯存和運(yùn)輸。尿液濃縮可以采用蒸發(fā)法，也可以采用結(jié)晶法。從蒸發(fā)法得到熔融狀尿素直接可以造粒，而結(jié)晶法得到固體結(jié)晶尿素，仍需加熱再熔融后進(jìn)行造粒。這是由于結(jié)晶尿素易于吸潮結(jié)塊。蒸發(fā)法制的粒狀尿素含縮二脲在0.9%左右，而結(jié)晶法制的粒狀尿素中縮二脲的含量可以降到0.3%。前者設(shè)備較少，基建投資較少，后者投資稍有增加。采取哪一種方法，應(yīng)根據(jù)具體情況而定。本設(shè)計(jì)從經(jīng)濟(jì)方面考慮選用蒸發(fā)法。（1）溶液蒸發(fā)特性尿素溶液經(jīng)過加熱使溶液中的水分汽化排出，

49、得到較濃的溶液尿素水溶液在加熱過程中有下列特性：1)尿素的熱穩(wěn)定性較差，在溶液加熱時(shí)達(dá)到一定溫度以上，就可能產(chǎn)生以下的副反應(yīng)：2NH2CONH2NH2·CONHCONH2+NH3 尿素 縮二脲 氨NH2CONH2+2H2O(NH4)2CO3+2NH3+H2O 尿素 碳酸銨式為縮二脲生成反應(yīng)，式為水解反應(yīng)，這兩個(gè)反應(yīng)既損失了尿素，又增加了有害物質(zhì)縮二脲影響了產(chǎn)品的質(zhì)量。這兩個(gè)副反應(yīng)受到很多因素的影響：溫度的影響溫度在100以下，縮二脲生成很少，水解很慢。但當(dāng)溫度上升到130以上，這兩個(gè)副反應(yīng)速度將迅速增加。受加熱時(shí)間的影響在高溫下停留時(shí)間愈長，副反應(yīng)的生成物也愈多。受到液面上氣氨分壓的

50、影響從式可以看出，如生成物一側(cè)的氨分壓增加，縮二脲的生成將受抑制這說明了尿素合成循環(huán)工序中均有大量氣體氨存在，縮二脲生成較少，而在蒸發(fā)工序，氨分壓是很小的故是生成縮二脲的主要環(huán)節(jié)。 2)尿素溶液在加熱蒸發(fā)過程中，若操作壓力不變，其沸點(diǎn)將隨溶液濃度的增加而升高；在一定溫度下，溶液達(dá)到飽和后就固定不變，即使加熱時(shí)間再長，濃度也不可能增加。在同一溫度下，尿液蒸發(fā)過程的操作壓力越低，相應(yīng)飽和尿液濃度就越高，如果達(dá)到相同濃度，蒸發(fā)壓力高，相應(yīng)所需溫度也高。根據(jù)以上兩個(gè)特性可以得出結(jié)論：尿素溶液在減壓真空下進(jìn)行蒸發(fā)是有利的。（2）尿素造粒過程的工藝要求1)造粒的一般過程一般尿素造粒在造粒塔中進(jìn)行，為了方便

51、于說明，可以簡單的認(rèn)為熔融尿素經(jīng)噴灑后，與冷卻介質(zhì)空氣逆流相遇，經(jīng)過凝固和冷卻兩個(gè)過程落于塔底，其過程可以表示為：熔融尿素尿素粒子尿素粒子140 140 60熔融尿素（140）的結(jié)晶熱，一般采用Hfu=14.49kJ/mol=242.00kJ/kg。固體尿素比熱容隨其溫度不同而改變，可按下述經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算：Cp=22.26+5.85×10-2（t-25）×4.184 Cp=(0.344+0.00104t)×4.184式中Cp固體尿素的比熱容，J/（g·）； t固體尿素溫度，。而一般設(shè)計(jì)則往往采用平均值為：2.0934kJ/(kg·)。與上述經(jīng)

52、驗(yàn)公式相比，稍有偏高。根據(jù)這些常數(shù)，1t尿素從塔頂?shù)脚懦鏊夥艧崃繎?yīng)為：242.0×1000+2.0934×（140-60）×1000=409469kJ/t以空氣作為冷卻介質(zhì)，假設(shè)空氣溫度從進(jìn)塔t1升到出塔t2，則空氣用量（以質(zhì)量計(jì)）按下式計(jì)算：G=Q/I式中G空氣質(zhì)量，kg(干基)；Q須移走熱量，即409469kJ/kg。則每噸尿素成品所需送進(jìn)造粒塔之空氣體積為：V=Gc式中 V所需風(fēng)量，m³； m³(濕空氣)/kg(干空氣)； c塔內(nèi)空氣流動不均勻系數(shù)，一般c=1.1。一般每噸尿素用風(fēng)量8000-10000m³（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)），也有采

53、用空氣為14000m³（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）。當(dāng)然風(fēng)量的大小與進(jìn)、出造粒塔的空氣溫度不同而變化。如果知道塔內(nèi)通過的空氣量，又知道空氣在塔內(nèi)流速，則可算出塔徑。一般塔內(nèi)流速不僅影響粒子的沉降速度，也影響空氣帶出尿素粉塵量。2)造粒塔內(nèi)的空氣流動空氣在塔內(nèi)運(yùn)動將產(chǎn)生阻力，例如進(jìn)風(fēng)口的局部阻力、空氣與塔壁摩擦阻力、尿素粒子對空氣流動的阻力、排風(fēng)口的局部阻力等，這些阻力必須采取措施加以克服，否則空氣在塔內(nèi)將不可能流動。一般情況下，如果不回收空氣帶出的尿素粉塵，則總壓力降只有幾個(gè)毫米汞柱。為了克服總壓力降，可以采用兩種排風(fēng)方式：機(jī)械排風(fēng)與自然排風(fēng)。本設(shè)計(jì)由于生產(chǎn)量大，因此選擇機(jī)械排風(fēng)。3)塔內(nèi)尿素粒子粒

54、子的沉降尿素粒子的沉降既受到從噴頭噴出的的角度及初速度的影響，也受到由于溫差造成的流動空氣的浮力的影響，粒子下降速度與粒度有關(guān)，一般可以采用下列數(shù)據(jù)：直徑為1mm尿素粒子下降速度為：1.28m/s；直徑為1.5mm尿素粒子下降速度為：2.47m/s；直徑為2.0mm尿素粒子下降速度為：3.37m/s。也有采用7m/s作為計(jì)算依據(jù)的。粒子在塔內(nèi)固化的空間位置粒子在塔內(nèi)由熔融態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)的空間位置與生產(chǎn)負(fù)荷、入塔空氣溫度有關(guān)。尿素粒子溫度與空氣溫度的關(guān)系尿素粒子能否吸收空氣中水分是取決于尿素粒子表面的蒸汽壓力與空氣分壓之間的差值，如前者大于后者，則尿素粒子將蒸發(fā)出水分，反之后者大于前者，尿素粒子將吸收水分，水含量增加。（3）尿素的閃蒸與儲存從低壓循環(huán)系統(tǒng)來的尿素溶液，還仍然含有一些氨、二氧化碳送入閃蒸槽。閃蒸槽壓力為0.0441MPa(絕壓)。它的出口氣相管與一段蒸發(fā)冷凝器相連接。閃蒸槽內(nèi)的壓力是由手動控制器調(diào)節(jié)的。進(jìn)入閃蒸槽中的尿液，經(jīng)減壓后有一定量的水蒸氣和少量的氨、二氧化碳自尿液中氣化，同時(shí)尿液溫度由150下降到105-110。出閃蒸槽的尿液濃度大約74%（質(zhì)量）。由閃蒸槽出來的氣