年產(chǎn)6萬(wàn)噸尿素合成工藝設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

PAGEPAGE4畢業(yè)設(shè)計(jì)6萬(wàn)噸尿素合成工藝設(shè)計(jì)目 錄摘要 1ABSTRACT 1第一章 總論 2概述 2尿素的性質(zhì)及用途 2市場(chǎng)需求 4文獻(xiàn)綜述 5設(shè)計(jì)任務(wù)來(lái)源 6第二章 尿素生產(chǎn)工藝流程 6生產(chǎn)方法的確定 6工藝流程敘述 7工藝流程簡(jiǎn)圖 8第三章 工藝計(jì)算 9物料衡算 9產(chǎn)量及產(chǎn)品質(zhì)量與消耗定額 9計(jì)算條件的確定 9CO2壓縮系統(tǒng) 11尿素合成塔 12預(yù)分離器 13一段分解系統(tǒng) 14二段分解系統(tǒng) 15閃蒸槽 16一段蒸發(fā)器 17二段蒸發(fā)器 18熱量平衡計(jì)算 19尿素合成塔 19一段分解系統(tǒng) 24二段分解系統(tǒng) 27閃蒸槽 30一段蒸發(fā)器 32二段蒸發(fā)器 36第四章 主要設(shè)備的工藝計(jì)算 38尿素合成塔 38一段分解加熱器 38計(jì)算依據(jù) 38傳熱溫差 39傳熱面積 39一段分解塔分離器 41計(jì)算依據(jù) 41二段蒸發(fā)加熱器 42計(jì)算依據(jù) 42傳熱溫差 42第五章 車間的布置設(shè)計(jì) 44第六章 成本估算 45尿素生產(chǎn)成本費(fèi)用 45全體工人工資及附加費(fèi)用 45車間經(jīng)費(fèi) 45企業(yè)管理費(fèi) 46銷售費(fèi)用 46工廠成本 46第七章 環(huán)境保護(hù)及安全生產(chǎn) 46參考文獻(xiàn) 48致謝 49PAGEPAGE52摘要要設(shè)備圖。尿素水溶液全循環(huán)法物料衡算熱量衡算設(shè)備的工藝計(jì)算車間的布置設(shè)計(jì)ABSTRACTUreaisahighconcentrationofnitrogenfertilizer,andureaisthemajorsourceofnutritionofcrops,inthenationaleconomyhaveanimportantrole.Ureaproductioniscurrentlythemainmethodgasformulationofthereferencegas,full-cyclemethodinaqueoussolution.Thisdesignisusedinfull-cyclemethodinaqueoussolution.Designtasksinaccordancewiththerequirementsforthematerialbalanceandenergybalance,aswellasanumberofmajorprocessequipment,thelayoutdesignworkshopelevationplane,costestimatesandtotakesecurityenvironmentalprotectionmeasures,anddrawaflowchartofcontrolpointband,factorylayout,plantlayoutflatfacadeandmainequipmentplan.Key words: Urea;full-circulationwithwatersolution; materialbalance;balance; calculationoftheprocessequipment; equipmentlayoutdesign第一章總論概述尿素的性質(zhì)及用途尿素別名碳酰二胺、碳酰胺、脲。是由碳、氮、氧和氫組成的有機(jī)化合物又稱脲（與尿同音。分子式為CO(NH2)2，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機(jī)無(wú)臭無(wú)味。密度 1．335g/cm3。熔點(diǎn)132．7℃。溶于水、醇，不溶于乙醚、氯仿。呈微堿性。可與酸作用生成鹽。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種物質(zhì)，所以取名尿素。尿素含氮(N)46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。尿素對(duì)熱不穩(wěn)定，加熱至150~160℃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。）與乙酰氯或乙酸酐作用可生成乙酰脲與二乙酰脲。在乙醇鈉作用下與丙二酸二乙酯反應(yīng)生成丙二酰脲（）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(shù)脂。與水合肼作

+CO3

→NH2

COONH2

→CO(NH4

)22

O尿素易溶于水，在20℃2時(shí)100毫升水中可溶解105克，水溶液呈中性反應(yīng)。尿素產(chǎn)品有兩種。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 1～2毫米半透明粒子，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。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。尿素是一種高濃度氮肥，屬中性速效肥料，也可用了生產(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。畜牧業(yè)可用作反芻動(dòng)物的飼料。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％?？s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后，才能被作物吸收利用。因此，尿素要在作物的需肥期前4～8天施用。它可以大量作為三聚氰胺、脲醛樹(shù)酯、水合阱、四環(huán)素、苯巴比妥、咖啡BRBBx以下很多用途：5-60.5％尿素水溶液，連噴2年的花量適宜。二、疏花疏果桃樹(shù)的花器對(duì)尿素較為敏感但嘎面反應(yīng)較遲鈍，因此，國(guó)外用8％-12％，1—2三、水稻制種在雜交稻制種技術(shù)中，為了提高父母本的異交率，以增加雜交(201.5％-2％尿素，其繁種效果與赤霉素類似，且不會(huì)增加株高。4:1:40090％以上。五、尿素鐵肥尿素以絡(luò)合物的形式，與Fe2+0.3％0.3％尿素，防0.3％硫酸亞鐵好。市場(chǎng)需求用肥期來(lái)臨，市場(chǎng)整體庫(kù)存不夠。夏季，農(nóng)用需求備肥旺季不斷臨近，江蘇、安徽、浙江、ft東、河南、河北等很多省份馬上就要進(jìn)入用肥期，據(jù)國(guó)家相關(guān)部用肥期來(lái)臨，市場(chǎng)整體庫(kù)存不夠。夏季，農(nóng)用需求備肥旺季不斷臨近，江蘇、安徽、浙江、ft東、河南、河北等很多省份馬上就要進(jìn)入用肥期，據(jù)國(guó)家相關(guān)部ft3005－8特殊，反而得用尿素了，平添出來(lái)的化肥用量，平添出來(lái)的尿素市場(chǎng)。國(guó)內(nèi)部分地區(qū)尿素價(jià)格穩(wěn)中略升。東北地區(qū)淡儲(chǔ)市場(chǎng)及出口訂單的成交對(duì)ft東、ftftft1015001470～14801570～1620元／,甘肅地區(qū)代理商批發(fā)1640l570～l580l500～l550綜合來(lái)看，近段時(shí)間一直表現(xiàn)平淡的市場(chǎng)較開(kāi)始有所好轉(zhuǎn)，雖然在供大于ft東、江蘇、安徽等地區(qū)的經(jīng)銷商很可能也會(huì)開(kāi)111l0％場(chǎng)環(huán)境不太理想，所以持續(xù)上漲的可能性較小，而且漲幅也不會(huì)太大。文獻(xiàn)綜述尿素的生產(chǎn)方法主要有不循環(huán)法及全循環(huán)法。CO2CO2，尿素的全循環(huán)法主要有水溶液循環(huán)法和氣提全循環(huán)工藝。尿素合成反應(yīng)后，未轉(zhuǎn)化的反應(yīng)物氨和CO2經(jīng)過(guò)幾段減壓及加熱分解，將其從尿素溶液中分離出來(lái)，然后全部返回合成系統(tǒng)，以提高原料氨和CO2的利用率。此法稱為全循環(huán)法。601932了水的蒸發(fā)量,因此,用水量必須降到最低限度。合成系統(tǒng)的條件是溫度190～20019.7～24.6MPa，3.5～4.5，合成塔內(nèi)二氧62％～72％99％。甲銨分解采用逐級(jí)降氨回收達(dá)到最佳值。60二氧化碳或其他氣體作為氣提劑，在高壓下（或與合成等壓）促使甲銨分解。具有代表性的二氧化碳?xì)馓峁に嚵鞒淌牵簭暮铣伤鰜?lái)的溶液依靠重力流入氣提180～190℃，溶液在列管內(nèi)壁。分離出來(lái)的氨和二氧化碳再凝縮成稀甲銨溶液，返回高壓系統(tǒng)。合成塔操作條件;壓力約13.8MPa、溫180～185℃2.8（氣提塔用高鎳鉻不銹鋼。0.4～0.5MPa1t并降低了原料、動(dòng)力消耗，提高產(chǎn)品質(zhì)量。設(shè)計(jì)任務(wù)來(lái)源設(shè)計(jì)課題為年產(chǎn)6萬(wàn)噸尿素合成的工藝設(shè)計(jì)，由老師指定。第二章尿素生產(chǎn)工藝流程生產(chǎn)方法的確定C60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)。此工藝在中國(guó)從19662008421100Kg900Kg601986年我國(guó)小型氮肥廠碳銨改產(chǎn)尿素的技術(shù)改造在ft東鄒城等三個(gè)小型氮肥廠水溶液全循環(huán)工藝實(shí)驗(yàn)裝置上（4t/年）小型尿素裝置建成和投產(chǎn)后，技術(shù)改造工作不斷取得新的成果，小型尿素90中國(guó)是水溶液全循環(huán)法工藝裝置高產(chǎn)低耗的楷模。經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的增產(chǎn)節(jié)能技術(shù)改1100Kg，CO2成。魯西集團(tuán)八廠的水溶液全循環(huán)工藝裝置設(shè)計(jì)為400Kt/a，最近實(shí)產(chǎn)已達(dá)到500Kt/a。汽耗可望降至1000Kg。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。6NH3以本設(shè)計(jì)采用水溶液全循環(huán)法。工藝流程敘述98.5％CO2（0.5％－0.7％）進(jìn)入壓縮機(jī)，經(jīng)五段壓縮后送入合成塔。來(lái)自氨罐的新鮮液氨，通過(guò)氨過(guò)濾進(jìn)入液氨緩沖槽與回流氨混合進(jìn)入高壓氨泵，再經(jīng)氨預(yù)熱器加熱進(jìn)入合成塔。CO2來(lái)的甲銨液同時(shí)送入合成塔底部。從一段分解塔從出來(lái)的氣體和低壓甲銨泵送來(lái)的稀甲銨液一起進(jìn)入一段塔。氣體送往尾氣塔。惰性氣體洗滌塔出來(lái)的氣體和二循二冷出來(lái)的氣體進(jìn)入尾氣塔經(jīng)洗滌后，殘余氣體放空，液體返回碳銨液槽。出解吸塔的廢液經(jīng)解吸換熱器換熱后排入地溝。粒噴頭進(jìn)行旋轉(zhuǎn)噴灑造粒。一段蒸發(fā)氣相和閃蒸氣相一道進(jìn)入一段蒸發(fā)表冷器內(nèi)冷凝為碳銨液。二段蒸發(fā)氣相經(jīng)升壓器進(jìn)入二段蒸發(fā)表冷凝器內(nèi)冷凝。工藝流程簡(jiǎn)圖冷凝冷凝液冷凝減壓液氨尿素合成塔分解分離吸收蒸發(fā)分離CO2壓縮機(jī)干燥造粒尿素第三章工藝計(jì)算物料衡算產(chǎn)量及產(chǎn)品質(zhì)量與消耗定額產(chǎn)量設(shè)計(jì)產(chǎn)量年產(chǎn)尿素6萬(wàn)噸，年開(kāi)工時(shí)間340天。產(chǎn)品質(zhì)量符合GB2440-91國(guó)家農(nóng)用尿素標(biāo)準(zhǔn)。表3–1 GB2440-91國(guó)家農(nóng)用尿素標(biāo)指標(biāo)名稱指標(biāo)名稱一等品二等品指標(biāo)名稱一等品二等品含氮≥46.30％≥46.0％含縮二脲≤1.0％≤2.5％含水≤0.6％≤1.0％粒度(0.2.6mm)≥90％≥90％計(jì)算條件的確定計(jì)算基準(zhǔn)以一噸成品尿素為計(jì)算基準(zhǔn)。成品規(guī)格粒狀尿素的規(guī)格為：含氮量46％（折合尿素98.5％，重量，其中未含縮脲含氮量）縮二脲1.0％ 水0.5％原料消耗定額年產(chǎn)63104萬(wàn)噸尿素裝置通用設(shè)計(jì)采用的噸尿素原料消耗定額為：NH 630Kg CO3

750Kg每噸成品尿素氨的損耗及其分配總損失量：630－98532317/60－1033317/103＝66.882Kg式中60——尿素的摩爾質(zhì)量；17——氨的摩爾質(zhì)量；103——縮二脲的摩爾質(zhì)量；3——每摩爾縮二脲中所消耗的氨的摩爾數(shù)；2——每摩爾尿素中所消耗氨的摩爾數(shù)。其中：解吸廢液以尿素形式排出0.73Kg液氨泵漏損47.51Kg尾氣吸收塔放空損失2.64Kg二段蒸發(fā)冷凝液排出3.70Kg一段蒸發(fā)噴射器放空損失2.76Kg成品包裝運(yùn)輸損失4.27Kg總計(jì) 66.882Kg每噸成品尿素CO2總損失量：750－985344/60－1032344/103＝19.123Kg式中 44——CO2

摩爾質(zhì)量；2——每摩爾縮二脲中所消耗CO2

的摩爾數(shù)；其中：CO2

壓縮機(jī)損失17.27Kg解析塔廢液排出0.20Kg二段蒸發(fā)冷凝液排出0.39Kg造粒塔損失 0.30Kg總共19.123每噸成品尿素的損失1.49Kg 水解消耗的尿素2.18Kg縮二脲生成量3.27Kg 系統(tǒng)中循環(huán)的尿素量2.5KgCO2條件（1）CO2

氣體的組成加防腐空氣后，干基，體積%，惰氣除氧外全部按氮計(jì)。CO95.7% N2

3.8%O 0.5% 氣體含硫量忽略不計(jì)。2（2）O2

氣體進(jìn)入壓縮系統(tǒng)的參數(shù)壓力P=0.1052MPa 溫度≤35°CCO2

氣體濕含量按吸入條件下飽和水蒸氣含量計(jì)35°C時(shí)，水蒸氣的壓力為：0.0056MPaCO2

7.995MPa40°C20.595MP（絕，溫度125°C計(jì)算進(jìn)入COCO2 2CO：750Kg或17.0454Kmol2O：17.0454*0.5/95.7＝0.089Kmol或2.850Kg2N：17.0454*4.0/95.7＝0.6768Kmol或18.9511Kg2干CO氣體量：2750+2.850+18.951=771.8011Kg或17.0454+0.089+06768＝17.8112KmolCO217.112*0.0056/（0.1052-0.0056）=1.0014Kmol或18.026KgCO（干基）2CO：17.27Kg或0.3925Kmol2O：0.3925*0.5/95.7＝0.0020Kmol或0.0656Kg2N：0.3925*4.0/95.7＝0.0156Kmol或0.4364Kg2壓縮后的CO（干基）2CO：750-17.27=732.73Kg或16.6529Kmol2O：2.850-0.0656=2.194Kg或0.06856Kmol2N：18.951－0.4364＝18.5146Kg或0.6612Kmol2總共：753.4386Kg或17.3827Kmol壓縮后的CO2CO氣體壓縮機(jī)未設(shè)置五段水冷器，故壓縮后的CO氣體含水量為五段入口CO2 2 2氣體的飽和水蒸氣含量。四段水分離器后泄露的水蒸氣忽略不計(jì)。40°C時(shí)，水蒸氣的壓力為0.0074MPa故氣相含水量;17.3827*0.0074/(7.995-0.0074)＝0.0161Kmol或0.290KgCO2HO 18.026-0.290＝17.736Kg或0.9853Kmol2尿素合成塔條件尿素合成塔原始物料組成NH/CO＝4.3(摩爾比) HO/CO＝0.7（摩爾比）3 2 2 2操作條件壓力：19.712MPa 溫度：188±2°CCO64％2原料液氨帶入系統(tǒng)的水量忽略不計(jì)。由一段吸收系統(tǒng)返回尿素合成塔的氨基甲酸銨溶液中NH/CO＝3.2（摩爾比），含循環(huán)尿素2.5Kg3 2計(jì)算生成尿素的計(jì)算每噸成品尿素含尿素985Kg損失尿素1.49Kg水解尿素2.18Kg生成縮二脲消耗尿素3.27*2*60/103＝3.81Kg尿素合成塔應(yīng)生成尿素量：985+1.49+2.18+3.81=992.48Kg或16.5413Kmol消耗氨992.48*2*17/60＝562.405Kg或33.0827Kmol消耗CO：992.48*44/60＝727.819Kg或16.5413Kmol2生成水：992.48*18/60＝297.744Kg或16.5413Kmol入塔原料二氧化碳?xì)怏w由二氧化碳?jí)嚎s系統(tǒng)物料平衡可知;CO：16.6529Kmol或732.73Kg2O：0.06856Kmol或2.194Kg2N：0.6612Kmol或18.5146Kg2HO：0.0161Kmol或0.290Kg2入塔一段甲胺溶液CO：992.48*44/(60*0.64)-732.73=404.487Kg或9.1929Kmol2NH：404.487*3.2*17/44=500.093Kg或29.4172Kmol3HO：992.48*18*0.7/(60*0.64)-0.290=325.368Kg或18.0760Kmol2循環(huán)尿素;2.5Kg或0.04167Kmol入塔液氨992.48*4.3*17/(60*0.64)-500.093=1389.237Kg或81.7198Kmol原料氨消耗定額630Kg液氨泵泄露47.51Kg故入塔原料液氨630-47.51=582.49Kg或34.264Kmol循環(huán)液氨1389.237-582.49=806.747Kg或47.4557Kmol出塔氣液混合物尿素992.48+2.5=994.98Kg或16.583Kmol二氧化碳732.73+404.487-727.819=409.398Kg或9.3045Kmol氨1389.237+500.093-562.405=1326.925Kg或78.0544Kmol水297.744+0.290+325.368=623.402Kg或34.6334Kmol氧氣2.194Kg或0.06856Kmol氮?dú)?8.5146Kg或0.6612Kmol預(yù)分離器條件一段分解預(yù)分離器的甲氨分解率為15%，過(guò)量氨蒸出率為66%一段預(yù)分離器的出口氣相水分含量4.65%（分子比）計(jì)算預(yù)分離器的物料衡算出口氣體組成二氧化碳409.398*0.15=61.410Kg或1.396Kmol過(guò)量氨：（1389.237+500.093）－562.405－316.427=1010.498Kg或59.441Kmol過(guò)量氨蒸出1010.498*0.66=666.929Kg或39.23Kmol由甲銨分解率9.307*0.15*2=2.792Kmol或 47.464Kg則氣體中的氨666.929+47.464=714.393Kg或42.023Kmol（1.396+42.023+0.06856+0.6612）*4.65/(100-4.65)=2.153Kmol38.755Kg氧氣2.194Kg或0.06856Kmol氮?dú)?8.5146Kg或0.6612Kmol預(yù)分離器出口尿液組成尿素994.98Kg或16.583Kmol二氧化碳9.307-1.396=7.911Kmol或348.084Kg氨1326.925-714.393=612.532Kg或36.03Kmol水623.402-38.755=584.647Kg或32.48Kmol一段分解系統(tǒng)條件一段分解操作條件壓力1.765Mpa 溫度t=155-160°C一段分解效率甲銨分解率88% 總氨蒸出率90%一段分解氣含水量17%（摩爾比）2.0（標(biāo)）計(jì)算（1）加入防腐空氣：22.4L忽略不計(jì)。氧氣2*0.2081/22.4=0.0186Kmol0.595Kg氮?dú)?*（1-0.2081）/22.4=0.0707Kmol1.98Kg出口氣體組成CO 9.307*0.88-1.396=6.794Kmol或298.94Kg2NH 59.441*(0.9-0.66)=14.266Kmol或242.52Kg3由甲銨分解得9.73*0.88*2-2.792=13.588Kmol或231.00Kg則氣體中的總氨量為14.266+13.588=27.854Kmol或473.518KgO 0.06856+0.0186=0.08716Kmol或2.789Kg2N 0.6612+0.0707=0.7319Kmol或20.4932Kg2HO（6.794+27.854+0.08716+0.7319）*0.17/（1-0.17）=7.264Kmol2130.758Kg一段分解系統(tǒng)出口尿液994.98Kg或16.583KmolCO 7.911-6.794=1.117Kmol或49.148Kg2NH 612.532-473.518=139.014Kg或8.177Kmol3HO 584.647-130.758=453.889Kg或25.216Kmol2二段分解系統(tǒng)條件二段分解操作條件壓力0.392MPa 溫度150°C二段分解排出物料組成溶液含氮0.75%（重量） 溶液含二氧化碳0.48%（重量氣相含水25%（體積）二段分解系統(tǒng)生成縮二脲2.18Kg計(jì)算生成縮二脲的計(jì)算消耗尿素 2.18*2*60/103=2.54Kg或0.042Kmol放出氨2.18*17/103=0.36Kg或0.021Kmol生成縮二脲2.18Kg或0.021Kmol二段分解排出氣體設(shè)氣相中含CO——XKg NH——YKg HO——ZKg2 3 2據(jù)氣液相組成列出算式(49.148－X)/（1637.041－X－Y－Z）=0.0048(139.014+0.36－Y)/(1637.041－X－Y－Z)=0.0075Z/18*(X/44+Y/17)=25/75聯(lián)立解得X（CO）=40.19Kg或0.913Kmol2Y（NH）=130.93Kg或7.702Kmol3Z（HO）=51.69Kg或2.872Kmol2二段分解排出尿液尿素994.98-2.54=992.44Kg或16.5407KmolCO 49.148-40.19=8.958Kg或0.2036Kmol2NH 139.014+0.36-130.93=8.444Kg或0.4967Kmol3HO 453.889-51.69=402.199Kg或22.3444Kmol2縮二脲2.18Kg或0.021Kmol閃蒸槽條件閃蒸槽操作條件壓力0.0441MPa 溫度100°C累計(jì)分解效率甲銨分解率99.1% 過(guò)量氨蒸出率99.85%閃蒸槽出口溶液組成76%（尿素的分?jǐn)?shù)）計(jì)算尿素合成塔排出溶液總氨量1326.925Kg CO含量409.398Kg2總過(guò)剩氨量1326.925-409.398*34/44=1010.498Kg閃蒸槽排出尿液尿素992.44Kg或16.5407KmolCO 409.398*（1-0.991）=3.6846Kg或0.08374Kmol2NH 1010.498*（1-0.9985）+3.6846*34/44=4.3629Kg或0.2566Kmol3HO 992.44*24/76=313.402Kg或17.411Kmol2縮二脲 2.18Kg或0.021Kmol閃蒸槽排出氣體CO 8.958-3.6846=5.2734Kg或0.1551Kmol2NH 8.444-4.3629=4.0811Kg或0.2401Kmol3HO 402.199-313.402=88.797Kg或4.933Kmol2一段蒸發(fā)器條件一段蒸發(fā)器操作條件壓力0.0267MPa 溫度130°C一段蒸發(fā)器出口尿液組成溶液中所含的氨與二氧化碳經(jīng)一段蒸發(fā)后全部企劃進(jìn)入氣相，溶液中尿素/HO=96：4（重量比）2一段蒸發(fā)氣夾帶尿素0.13Kg，蒸發(fā)過(guò)程中生成縮二脲0.36Kg素1.64Kg計(jì)算（1）水解尿素計(jì)算消耗尿素1.64Kg或0.0273Kmol消耗水1.64*18/60=0.492Kg或0.0273Kmol生成CO2生成NH3

1.64*44/60=1.203Kg或0.0273Kmol1.64*2*17/60=0.929Kg或0.05467Kmol生成縮二脲計(jì)算生成縮二脲0.36Kg或0.0035Kmol生成NH3

0.36*17/103=0.0594Kg或0.0035Kmol消耗尿素0.36*2*60/103=0.4194Kg或0.007Kmol一段蒸發(fā)器出口尿液尿素992.44-0.13-1.64-0.419=990.25061Kg或16.5042Kmol水990.2506*4/96=41.260Kg或2.2922Kmol縮二脲2.18+0.36=2.54Kg或0.02466Kmol0.13Kg或0.0022KmolCO 3.6846+1.2027=4.8873Kg或0.111Kmol2NH 4.3629+0.9293+0.0594=5.3516Kg或0.3148Kmol3HO 313.402-0.492-41.260=271.65Kg或15.0917Kmol2二段蒸發(fā)器條件壓力3.33MPa 溫度140°C二段蒸發(fā)蒸汽夾帶尿素2.94Kg，蒸發(fā)過(guò)程中水解尿素0.54Kg，生成縮二脲0.73Kg計(jì)算水解尿素計(jì)算消耗尿素0.54Kg或0.009Kmol消耗水0.54*18/60=0.162Kg或0.009Kmol生成CO2生成NH3

0.54*44/60=0.396Kg或0.009Kmol0.54*2*17/60=0.306Kg或0.018Kmol生成縮二脲計(jì)算生成縮二脲0.73Kg或0.0071Kmol生成NH3

0.73*17/103=0.12Kg或0.0071Kmol消耗尿素0.73*2*60/103=0.85Kg或0.0142Kmol二段蒸發(fā)器出口熔融尿素造粒包裝過(guò)程中空氣及泄露尿素帶走的水忽略不計(jì)，則熔融尿素含水5Kg或0.2778Kmol尿素990.2506-2.94-0.54-0.85=985.9201Kg或16.4320Kmol縮二脲2.54+0.73=3.27Kg或0.3175Kmol尿素2.94Kg或CO 0.396Kg或0.009Kmol2NH 0.306+0.12=0.426Kg或0.025Kmol3HO 41.260-5-0.162=36.098Kg或2.0054Kmol2熱量平衡計(jì)算尿素合成塔計(jì)算依據(jù)原料CO21.68MPa（絕），125°C2一段甲銨溶液入塔壓力為21.68MPa（絕），100°C尿素合成塔排出反應(yīng)物壓力為21.68MPa（絕收入物料：（1）原料CO氣體2CO 732.73Kg或16.6529Kmol 95.71%（體積）20.728MPa（分壓）2O 2.194Kg或0.06856Kmol 0.4%（體積）0.1084MPa（分壓）2N218.5146Kg或0.6612Kmol3.8%（體積）0.82384MPa（分壓）HO20.290Kg或0.0161Kmol0.09%（體積）0.0195MPa（分壓）總計(jì)753.7286Kg或17.3988Kmol 100% 21.68MPa（2）液氨 1389.237Kg 100%（重量）（3）一段甲銨溶液尿素2.5Kg 0.20%（重量）甲銨731.088Kg 59.32%（重量氨水498.86Kg 40.48%（重量）其中 氨：173.493Kg 35.43%（重量水：325.368Kg 64.57%（重量總計(jì)1232.488Kg 100%支出物料：尿素合成塔排出氣液混合物尿素 994.98KgCO 409.11Kg2NH 1326.925Kg3HO 623.4027Kg2O 2.194Kg2N 18.5146Kg2在原始液相氨碳比為4.3，水碳比為0.7，尿素合成溫度為190°C的條件下，尿素合成塔的平衡壓力P為：（54.75*4.3-10.1*0.7*4.3-90.25*0.7-0.1502*4.3*190+2.059*10000*0.7/190-3.581*190+0.02099*1902+1）*0.09807=16.9997MPa（絕）物系氣相氨碳比G（摩爾比）為4.3=10(0.0011*190+0.1987)*G(0.004768*190+0.5433*0.7-0.001667*0.7*190-0.8078)G=7.5595尿素合成尾氣中惰氣為0.6612+0.06856=0.7298Kmol故尾氣中氨與二氧化碳的數(shù)量為：0.7928*16.9997/（21.68-16.9997）=2.6508Kmol其中NH3CO2

2.6508*7.5595/（7.5595+1）=2.3411Kmol2.6508*1/(7.5595+1)=0.3097Kmol尿素合成塔排出氣體量：NH339.7987Kg或2.3411Kmol 69.25%（體積）15.014MPa（分壓）CO213.6264Kg或0.3097Kmol 9.16%（體積）1.986MPa（分壓）O22.194Kg或0.06658Kmol 2.03%（體積）0.4397MPa（分壓）N18.5146Kg或0.66121Kmol 19.551%（體積）4.2403MPa（分壓）2總計(jì)74.1337Kg或3.38061Kmol 100% 21.68MPa尿素合成塔排出液體量：尿素994.98Kg 30.14%（重量）甲銨 792.9003Kg 24.02%（重量）氨水 1513.1116Kg 45.84%（重量）其中 氨：889.710Kg 58.8%（重量水：623.402Kg 41.2%（重量總計(jì)3300.9923Kg 100%計(jì)算尿素合成塔排出氣體吸熱△H1設(shè)氣相氨全部來(lái)自入塔液氨設(shè)入塔液氨溫度為t，在20MPa下，其焓值為ix

KJ/Kg15.19MPa，190°C時(shí)，i=1853.5KJ/Kg查得CO的焓值：20.685MPa 125°C時(shí)，i=711.3KJ/Kg22.23MPa 190°C時(shí)，i=882.8KJ/Kg由氧的i–S圖查得氧的焓值0.108MPa，125°C時(shí)，i=360KJ/Kg0.454MPa，190°C時(shí)，i=460KJ/Kg由氮的i–S圖查得氮的焓值0.46MPa，125°C時(shí)，i=408KJ/Kg3.782MPa，190°C時(shí)，i=490KJ/Kg△H=39.7981（1853.5-i）+13.6264*（882.8-711.3）+2.194（460-360）1 x+18.5146（490-408）=77841.42-39.7987ix進(jìn)入液相的CO△H2 2進(jìn)入液相，生成甲銨的CO量：732.73-13.6264=719.1036Kg225°C時(shí)，i=728KJ/Kg△H=719.1036*（728-711.3）=12009KJ2當(dāng)量氨降溫降壓汽化吸熱△H3當(dāng)量氨量719.1036*34/44=555.671Kg由氨的i–P圖查得氨的焓值0.101MPa，25°C時(shí)，i=1757.28KJ/Kg△H=555.671（1757.28-i）=976469-555.671iKJ3 x xNHCOH3 2 4在0.101KJ/Kmol△H=719.1036*（-159350）/44=-2604299KJ4固體甲氨升溫至熔點(diǎn)吸熱△H5固體甲氨從25°C升至150°C間的積分平均摩爾比熱容為176.264△H=719.1036*176.264*（152-25）/44=365852KJ5固體甲氨熔融吸熱△H6固體甲氨熔融吸熱取20306KJ/Kmol△H=719.1036*20306/44=331866KJ6循環(huán)甲氨與尿素升溫吸熱△H7查圖取甲氨平均摩爾比熱容C=151.461KJ/(kmol2°C)p查圖取尿素的熱容C=1.922KJ/Kg2°Cp△H=731.088*151.461（152-95）/78+2.5*1.922（152-95）=81203KJ7甲氨脫水生成尿素吸熱△H8取甲氨脫水生成尿素的反應(yīng)熱為21850.9KJ/Kmol△H=（994.98-2.5）*21850.9/60=361443KJ8循環(huán)氨水降溫放熱△H9查圖35.43%氨水的比熱容C=4.561KJ/Kgp△H=498.86*4.561（25-95）=-159271KJ9循環(huán)氨降溫放熱△H10由氨的i–P圖查得高壓下氨的焓值19.712MPa，25°C時(shí)，i=529.276KJ/Kg存留于液相的循環(huán)氨量：1389.237-39.7987-555.691=793.7673Kg△H=793.7673*（529.276-i）=421022-793.7673iKJ10 x x原料二氧化碳?xì)怏w水蒸汽液化放熱△H11由水蒸汽的i–s圖查得0.018MPa，125°C時(shí)，i=2524.64KJ/Kg19.718MPa，25°C時(shí)，i=104.6KJ/Kg△H=0.290*（104.6-2524.64）=-702KJ11反應(yīng)生成水降溫放熱△H1219.712MPa，152°C時(shí)，i=640.57KJ/Kg19.712MPa，25°C時(shí)，i=104.6KJ/Kg反應(yīng)生成水量：（994.98-2.5）*18/60=297.744Kg△H=297.744（104.6-640.57）=-159582KJ12液氨溶于水的混合熱△H13一段甲氨溶液中氨水含氨：173.493Kg（濃度35.43%）出塔氨水含氨889.710Kg，58.8%35.43%濃度氨水積分溶解熱為-668.136KJ/Kg58.8%濃度氨水積分溶解熱為-408.258KJ/Kg△H=889.710（-408.258）-173.493（-668.136）=-247314KJ13出塔氨水升溫吸熱△H14△H=1513.1116*5.111（190-25）=1276030KJ14出塔甲銨升溫吸熱△H15查圖取甲銨平均摩爾比熱容152.716KJ/(Kg2°C)△H=792.9003*152.716（190-152）/78=58992KJ15出塔尿素升溫吸熱△H16△H=994.98*1.992（190-152）=75316KJ16尿素合成塔若熱損失△H17當(dāng)空氣速度W≤5m/s時(shí)，給熱系數(shù)按αT下式計(jì)算αT=22.19+15.072w,KJ/(m22h2°C) (8-1-1)式中W——風(fēng)速，m/s通用設(shè)計(jì)平均風(fēng)速度與環(huán)境溫度之差為17.8°CαT=22.19+15.072*1.8=49KJ/(m22h2°C)放熱尿素合成塔規(guī)格：Φ1600 H=17000放熱散熱面積F=（1.60+0.11*2）π*17+2*π/4（1.60+0.11*2）2=89.75m2故小時(shí)散熱量為49*89.75*17.8=78280KJ/h尿素裝置日產(chǎn)量176.47t△H=78280*24/176.47=10646KJ17尿素合成塔熱平衡∑△H=01-1777841-39.7987i+12009+976469-555.671i-2604299+365852+331866+81203x x+361443-159271+420122-793.7673i-702-159582-247314+1276030+58992+7x5316+10646=01389.237i=876621KJx解得 i=631.009KJ/Kgx查圖得氨預(yù)熱器的出口液氨溫度為48°C△H=52728KJ △H=625836KJ △H=-80746KJ1 3 10尿素合成塔熱量平衡表收入熱量表32支出熱量名稱KJ%名稱KJ%甲氨生成熱260429980.08出塔氣體升溫527281.62過(guò)量氨混合熱64691919.90CO氣體降溫降壓2120090.37(△H+△H +△H +9 10 12△H )13原料氣中水蒸汽液化7020.02當(dāng)量氨降溫降壓氣化62583519.24總計(jì)3251920100.00固體甲銨升溫36585211.25固體甲銨熔融33186610.20循環(huán)甲銨與尿素升溫812032.50甲銨轉(zhuǎn)化尿素吸熱36144311.12出塔溶液升溫吸熱141033843.37(△H +△H )14 15 16熱損失106460.33總計(jì)總計(jì)3251920100.00一段分解系統(tǒng)計(jì)算依據(jù)收入物料：尿素合成塔排出氣體NH339.7987Kg或2.3411Kmol 69.25%（體積）15.014MPa（分壓）CO213.6264Kg或0.3097Kmol 9.16%（體積）1.986MPa（分壓）O22.194Kg或0.06865Kmol 2.03%（體積）0.4397MPa（分壓）N18.5146Kg或0.6612Kmol 19.551%（體積）4.2403MPa（分壓）2總計(jì)74.1337Kg或3.38056Kmol 100% 21.68MPa尿素合成塔排出液體量：尿素994.98Kg 30.14%（重量）甲銨 792.9003Kg 24.02%（重量）氨水 1513.1116Kg 45.84%（重量其中 氨：889.710Kg 58.8%（重量水：623.402Kg 41.2%（重量總計(jì)3300.9923Kg 100%防腐空氣1.7658MPa 40°CO 0.595Kg或0.0186Kmol 20.81%（體積）0.367MPa（分壓）2N 1.98Kg或0.0707Kmol 79.19%（體積）1.398MPa（分壓）2總計(jì)2.575Kg或0.0893Kmol 100% 1.765MPa支出物料：（1）一段分解氣體1.765MPa 124°CNH 242.52Kg或14.266Kmol 49.1%（體積）0.867MPa（分壓）3CO 298.94Kg或6.794Kmol 23.38%（體積）0.413MPa（分壓）2HO 130.758Kg或7.264Kmol 25.00%（體積）0.441MPa（分壓）2O 2.194Kg或0.06856Kmol 0.236%（體積）0.00417MPa（分壓）2N 18.51Kg或0.6612Kmol 2.27%（體積）0.0402MPa（分壓）2總計(jì)692.922Kg或29.0538Kmol 100% 1.7658MPa一段分解系統(tǒng)出口溶液量：尿素994.98Kg 60.78%（重量甲銨 100.482Kg 6.14%（重量）氨水 541.569Kg 33.08%（重量其中 氨：87.68Kg 16.19%（重量水：453.889Kg 83.81%（重量總計(jì)1637.031Kg 100%尿素溶液濃縮熱很小，忽略不計(jì)計(jì)算尿素合成塔尾氣降溫降壓吸熱△H1由尿素合成塔物料平衡，合成塔尾氣焓值為：13.93MPa 190°C時(shí)，i=1853.5KJ/KgNH32.04MPa 190°C時(shí)，i=882.8KJ/KgCO20.436MPa 190°C時(shí)，i=460KJ/KgO23.306MPa 190°C時(shí)，i=490KJ/KgN2一段分解氣焓值為;1.442MPa 124°C時(shí)，i=1937.192KJ/KgNH30.182MPa 124°C時(shí)，i=812.951KJ/KgCO20.002MPa 124°C時(shí)，i=360KJ/KgO20.016MPa 124°C時(shí)，i=410KJ/KgN2△H=39.7987(1937.192-1853.5)+13.6264（1（360-460）+18.5146（410-490）=678.474KJ防腐空氣升溫吸熱△H2

）+2.1940.367MPa 40°C時(shí)，i=283KJ/KgO21.398MPa 40°C時(shí)，i=317KJ/KgN2△H=0.595（360-283）+1.98（410-317）=230KJ2甲銨分解吸熱△H3分解甲銨量：792.9003-100.482=692.418Kg焓為狀態(tài)函數(shù)，與過(guò)程無(wú)關(guān)，故甲氨的分解按下列過(guò)程進(jìn)行190°C液態(tài)甲銨降壓降溫至0.101MPa，25°C查圖平均比熱容C=150.624KJ/(kmol2°C)pq=150.624（25-190）=-24853KJ/Kmol125°C甲銨凝固放熱：q=-20306KJ/Kmol20.101MPa，25°C時(shí)，甲銨分解吸熱q=159360KJ/Kmol30.101MPa，25°C的氣態(tài)氨與CO升溫、升壓至出塔狀態(tài)吸熱20.101MPa 25°C時(shí)，i=1757.28KJ/KgNH30.101MPa 25°C時(shí)，i=728KJ/KgCO2q=34（1937.192-1757.28）+44（812.951-728）=9855KJ/Kmol4千摩爾甲銨自進(jìn)口至出塔狀態(tài)分解熱為q=-24853-20306+159360+9855=124056KJ/Kmol△H=692.418*124056/78=1101264KJ3氨水分解熱△H4氨水分解按下列步驟進(jìn)行入口氨水自190°C降溫至25°C放熱：據(jù)尿素合成塔熱平衡，58.8%氨水平均比熱容C=5.111KJ/(Kg2°C)pq=1513.1116*5.111（25-190）=-1276030KJ125°C氨水分解吸熱58.8%氨水積分溶解熱為-408.258KJ/Kg16.19%氨水積分溶解熱為-777.13KJ/Kgq=889.710*408.258-87.68*777.13=295092KJ225°C的未分解氨水升溫吸熱q=541.569*4.519（160-25）=330.392KJ3分解出的氨與水汽化、升溫吸熱25°C液氨，i=529.276KJ/Kg25°C水，i=104.6KJ/Kgq=802.03（1937.192-529.276）+130.758（2706.348-104.6）4=1469390KJ△H=∑q=-1276030+295092+330392+1469390=818844KJ4 1-4未分解甲氨降溫放熱△H5查圖得甲氨平均比熱容C=151.879KJ/(kmol2°C)p△H=100.482*151.879（160-190）/78=-5870KJ5尿素降溫放熱△H6取尿素的平均比熱容C=1.992KJ/(Kg2°C)p△H=994.98*1.992（160-190）=-59460KJ6熱損失△H7據(jù)尿素合成塔熱平衡計(jì)算，估計(jì)噸尿素?zé)釗p失△H=6524KJ7熱平衡方程：∑△H=01-8678.474+230+1101264+818844-5870-56460+6524+△H=08△H=-1865210KJ8一段分解系統(tǒng)熱平衡表表33收入熱量支出熱量名稱KJ%名稱KJ%未分解甲氨放熱58700.31尿素合成塔尾氣吸熱678.4740.035尿素放熱594603.08防腐空氣吸熱2300.012加熱蒸汽供熱186221096.61甲氨分解吸熱110126457.133總計(jì)1927540100.00氨水分解吸熱81884442.481熱損失65240.339總計(jì)1927540100.00二段分解系統(tǒng)計(jì)算依據(jù)收入物料一段分解出口尿液1.765MPa 尿素994.98Kg 60.78%（重量）甲銨 100.482Kg 6.14%（重量）氨水 541.569Kg 33.08%（重量其中 氨：87.68Kg 16.19%（重量）水：453.889Kg 83.81%（重量總計(jì)1637.03Kg 100%支出物料二段分解氣0.392MPa 140°CNH 130.93Kg或7.702Kmol 58.76%（體積）0.230MPa（分壓）3CO40.19Kg或0.9134Kmol 18.04%（體積）0.0707MPa（分壓）2HO 100.534Kg或2.8717Kmol 23.20%（體積）0.0909MPa（分壓）2總計(jì)233.453Kg或11.4871Kmol 100% 0.392MPa二段分解系統(tǒng)出口溶液0.392MPa 尿素992.44Kg 70.19%（重量）甲銨12.651Kg 0.89%（重量縮二脲2.18Kg 0.15%（重量氨水 406.590Kg 28.77%（重量）其中 氨：4.391Kg 1.080%（重量水：402.199Kg 98.92%（重量總計(jì)1413.861Kg 100%二段分解過(guò)程生成縮二脲3.27Kg其反應(yīng)熱及放出氨帶走熱量忽略不計(jì)。尿素溶液濃縮熱很小，忽略不計(jì)。計(jì)算甲氨分解吸熱△H1分解甲氨量：100.482-12.651=87.831Kg160°C液態(tài)甲氨降壓降溫至0.101MPa，25°C查圖，平均比熱容C=147.277KJ/(kmol2°C)pq=147.277（25-160）=-19882KJ/Kmol125°C甲氨凝固放熱q=-20306KJ/Kmol20.101MPa，25°C時(shí)，甲氨分解吸熱q=159350KJ/Kmol3分解出的氣氨，氣態(tài)CO升壓升溫吸熱20.101MPa 25°C時(shí)，i=1757.8KJ/KgNH30.193MPa 120°C時(shí)，i=1970.7KJ/KgCO20.101MPa 25°C時(shí)，i=728KJ/KgO20.025MPa 120°C時(shí)，i=812.5KJ/KgN2q=34（1970.7-1757.8）+44（812.5-728）=10957KJ/Kmol4每千摩爾甲銨入塔至出塔狀態(tài)的分解熱為q=∑q=-19882-20306+159350+10957=130119KJ/Kmol1-4△H=87.831*130119/78=146519KJ1氨水分解吸熱△H2入口氨水自160°C降溫至25°C放熱：查圖，16.19%氨水平均比熱容C=4.519KJ/(Kg2°C)pq=541.569*4.519（25-160）=-330392KJ125°C氨水分解吸熱58.8%氨水積分溶解熱為-777.13KJ/Kg16.19%氨水積分溶解熱為-828.63KJ/Kgq=87.68*777.13-4.391*828.63=64500KJ225°C的未分解氨水升溫吸熱q=406.590*4.226（140-25）=197599KJ3分解出的氨與水汽化、升溫吸熱25°C液氨，i=529.276KJ/Kg據(jù)一段分解系統(tǒng)熱平衡25°C 液氨，i=529.276KJ/Kg25°C 水，i=104.6KJ/Kgq=（87.68-4.391）*(1970.7-529.276)+51.69（2721.42-104.6）4=255318KJ△H=-330392+64500+197599+255318=187025KJ2未分解甲銨降溫放熱△H3查圖得甲氨平均比熱容C=151.461KJ/(kmol2°C)p△H=12.651*151.461（140-160）=-491KJ3尿素降溫放熱△H4取尿素的平均比熱容C=1.992KJ/(Kg2°C)p△H=（992.44+2.18）*1.992(140-160)=-39625KJ4熱損失△H5據(jù)尿素合成塔熱平衡計(jì)算，噸尿素?zé)釗p失△H=2421KJ5熱負(fù)荷△H6熱平衡方程：∑△H=01-6146519+187025-491-39625+2421+△H=06△H=-295849KJ6二段分解系統(tǒng)熱量平衡表表34收入熱量支出熱量名稱KJ%名稱KJ%未分解甲銨放熱4910.15甲銨分解吸熱14651943.61尿素放熱3962511.79氨水分解吸熱18702555.67加熱蒸汽供熱29584988.06熱損失24210.72總計(jì)335965100.00總計(jì)335965100.00閃蒸槽計(jì)算依據(jù)收入物料;二段分解系統(tǒng)出口溶液0.392MPa 尿素992.44Kg 70.28%（重量）甲銨10.422Kg 0.73%（重量）縮二脲2.18Kg 0.15%（重量）氨 4.81Kg 0.34%（重量）水 402.199Kg 28.5%（重量總計(jì)1412.041Kg 100%支出物料閃蒸槽出口氣體0.044MPa 100°CNH4.0811Kg或0.2401Kmol 4.52%（體積）0.002MPa（分壓）3CO 6.2734Kg或0.1426Kmol2.68%（體積）0.0012MPa（分壓）2HO 88.797Kg或4.933Kmol 92.80%（體積）0.0409MPa（分壓）2總計(jì)99.1515Kg或5.3157Kmol 100.00% 0.0441MPa閃蒸槽出口尿素溶液0.0441MPa 100°C尿素992.44Kg 75.41%（重量甲銨6.754Kg 0.51%（重量）縮二脲2.18Kg 0.16%（重量氨：1.294Kg 0.1%（重量）水：313.402g 23.82）總計(jì)1316.070Kg 100%尿素水溶液帶入、帶出熱量的計(jì)算，不考慮其他組分的存在閃蒸槽進(jìn)出口尿素水溶液濃度相差不大，濃縮熱忽略不計(jì)計(jì)算尿素溶液帶入熱量查圖，取尿素水溶液平均比熱容C=2.845KJ/(Kg2°C)p△H=-1412.041(140-25）=-461979KJ1尿素水溶液帶出熱量△H2設(shè)溶液出口溫度為2.783△H=1316.070*2.783（t-25）=3633t-91565KJ2甲銨分解熱△H3甲銨熔融熱20306KJ/Kmol甲銨生成熱-159350KJ/Kmol△H=（10.422-6.754）（159350-20306）/78=6538KJ3氨水分解熱△H4氣氨在水中積分溶解熱為：入口氨水：1.08% -2048.44KJ/Kg出口氨水：0.34% -2050.77KJ/Kg△H=4.8*2048.44-1.294*2050.77=7179KJ4閃蒸氣帶走熱量△H5設(shè)氣體出口溫度為100°C各組分的焓值如下：0.101MPa 25°C時(shí)，i=1766.485KJ/KgNH30.004MPa 100°C時(shí)，i=1933.01KJ/KgNH30.101MPa 25°C時(shí)，i=728KJ/KgCO20.001MPa 100°C時(shí)，i=794.96KJ/KgCO20.101MPa 25°C時(shí)，i=104.6KJ/KgH2O0.039MPa 100°C時(shí)，i=2683.39KJ/KgH2O△H=4.0811（1933.01-1766.485）+6.2734（794.96-728）+88.797*5（2683.39-104.6）=179506KJ熱損失△H6噸尿素?zé)釗p失△H=863KJ5閃蒸槽熱平衡方程：∑△H=01-6-461979+3663t-91565+6538+7179+179506+863=0解得t=98.132°C△H=3663*98.132-91565=267892KJ7閃蒸槽熱平衡表表35收入熱量支出熱量名稱KJ%名稱KJ%尿素溶液帶入熱461979100.00尿素溶液帶出熱26789258.08總計(jì)461979100.00甲銨分解熱65381.42氨水分解熱71791.56氣體帶走熱17950638.92熱損失8630.19總計(jì)461178100.003.2.5一段蒸發(fā)器計(jì)算依據(jù)收入物料閃蒸槽出口尿素溶液0.0441MPa 100°C尿素992.48Kg 75.41%（重量甲銨6.754Kg 0.51%（重量）縮二脲2.18Kg 0.16%（重量氨：1.294Kg 0.1%（重量）水：313.402Kg 23.82%（重量總計(jì)1316.070Kg 100%支出物料出一段蒸發(fā)器尿素溶液0.0267MPa 130°C尿素990.2506Kg 95.76%（重量縮二脲2.54Kg 0.24%（重量）水：41.260Kg 4.00%（重量總計(jì)1034.051Kg 100%一段蒸發(fā)氣體0.0267MPa 130°C尿素0.13Kg（夾帶量）NH 5.3516Kg或0.3148Kmol 2.02%（體積）0.0005MPa（分壓）3CO 4.8873.Kg或0.111Kmol 0.72%（體積）0.0002MPa（分壓）2HO 271.651Kg或19.0917Kmol 97.24%（體積）0.0260MPa（分壓）2總計(jì)280.019Kg或15.5197Kmol 100.00% 0.0267MPa出一段蒸發(fā)器熱能回收段物料取一段蒸發(fā)器熱能回收段尿液出口溫度100°C，壓力0.04MPa，查圖，取尿素溶液含水18%設(shè)甲銨、過(guò)剩氨全部在此分解進(jìn)入氣相，設(shè)縮二脲的生成，尿素的水解全部發(fā)生在加熱段。液相0.041MPa 100°C尿素992.44Kg 81.82%（重量縮二脲2.18Kg 0.18%（重量）水：218.33Kg 18.00%（重量）總計(jì)1212.95Kg 100%氣相 0.041MPa 100°CNH 4.3629Kg或0.2566Kmol 4.56%（體積）0.0018MPa（分壓）3CO 3.6846Kg或0.108374Kmol 1.49%（體積）0.0006MPa（分壓）2HO95.072Kg或5.2818Kmol 93.95%（體積）0.0376MPa（分壓）2總計(jì)103.1195Kg或5.6221Kmol 100.00% 0.041MPa計(jì)算尿素溶液帶入熱量△H1據(jù)閃蒸槽熱量平衡計(jì)算△H=-267892KJ1甲銨分解熱△H2甲銨熔融熱20306KJ/Kmol甲銨生成熱-159350KJ/Kmol△H=6.754（159350-20360）/78=12024KJ2氨水分解熱△H3氣氨在水中積分溶解熱為：氨水濃度：1.294/（1.294+313.402）=0.41%積分溶解熱：-490.1447KJ/Kg△H=1.294*490.1447=634KJ3出熱能回收段尿素溶液帶出熱△H4查圖，取尿素水溶液平均比熱容2.625KJ/(Kg2°C)△H=1212.95*2.625（100-25）=238800KJ4出熱能回收段氣相帶出熱△H5查圖 0.101MPa 25°C時(shí)，i=1766.485KJ/KgNH30.0009MPa 100°C時(shí)，i=1934.263KJ/KgNH30.101MPa 25°C時(shí)，i=728KJ/KgCO20.0003MPa 100°C時(shí)，i=794.96KJ/KgCO20.101MPa 25°C時(shí)，i=104.6KJ/KgH2O0.0388MPa 100°C時(shí)，i=2661.024KJ/KgH2O△H=4.3629（1934.263-1766.485）+3.6846（794.96-728）+595.072（2661.024-104.6）=243530KJ尿素水解熱△H6查表，25°C時(shí)尿素生成熱為28470.2KJ/Kmol甲銨生成熱-159350KJ/Kmol甲銨熔融熱20306KJ/Kmol一段蒸發(fā)水解尿素1.64Kg△H=1.64（159350-28470.2-20306）/60=3022KJ6尿素濃縮熱△H7進(jìn)入一段蒸發(fā)器尿素溶液水尿比：313.402*60/(992.44*18)=1.053(摩爾比)離開(kāi)一段蒸發(fā)器尿素溶液水尿比：41.260*60/990.2506*18=0.139（摩爾比）查圖，水尿比為1.362時(shí)，尿素溶解熱：-279KJ/Kg水尿比為0.139時(shí)，尿素溶解熱：-307KJ/Kg△H=992.44*279-990.2506*307=-27116KJ7出一段蒸發(fā)器氣體帶出熱量△H8查圖 0.0006MPa 130°C時(shí)，i=1999.952KJ/KgNH30.0003MPa 130°C時(shí)，i=800.665KJ/KgCO20.0321MPa 130°C時(shí)，i=2742.612KJ/KgO2查圖夾帶尿素平均比熱容1.992KJ/(Kg2°C)△H=0.13*1.992（130-25）+5.3516（1999.952-1766.458）+84.8873（800.665-728）+271.65（2742.612-104.6）=959347KJ出一段蒸發(fā)器尿素溶液帶出熱量△H9取尿素平均比熱容1.992KJ/(Kg2°C)取水的平均比熱容4.1868KJ/(Kg2°C)溶液比熱容C=（0.9576+0.0024）*1.992+0.04*4.1868p=2.080KJ/(Kg2°C△H=1034.051*2.079（130-25）=225728KJ9熱損失△H10熱能回收段熱損失△H110熱能回收段規(guī)格Φ500 H=4500保溫層厚度100mm在此保溫條件下，保溫層外壁溫度與環(huán)境溫度差值為16.8°C散熱面積F=（0.55+0.1*2）π*4.5+2*4/π（0.5+0.1*2）2=11.5m2小時(shí)散熱量 49*11.5*16.8=9467KJ/h噸尿素?zé)釗p失△H1=9467*24/176.47=1288KJ10加熱段及分離段熱損失△H1110分離段Φ2000 H=4596保溫層厚度加熱段Φ500 H=1500保溫層厚度在此保溫條件下，保溫層外壁溫度與環(huán)境溫度差值為15.8°C散熱面積分離段F=（2+0.09*2）π*4.596+2*4/π（2+0.09*2）2=39.5m2加熱段（0.5+0.1*2）π*1.5=3.5m2小時(shí)散熱量 49*39.5*15.8+49*3.5*16.8=33462KJ/h△H11

=32833*24/58.8=4551KJ10△H=△H1+△H11

=1288+4551=5839KJ10 10 10一段分解氣體冷凝放熱△H11熱平衡方程△H+△H+△H+△H+△H+△HH1=011 1 2 3 4 5 10△H-267892+12024+634+238800+243530+1288=011△H=-469484KJ11熱負(fù)荷△H12△H-△H-△H+△H+△H+△HH+△H11=012 4 5 6 7 8 9 10△H-238800-243530+3022-27116+718247+225728+4551=012△H=-442102KJ12一段蒸發(fā)器熱量平衡表表33收入熱量支出熱量名稱KJ%名稱KJ%尿素溶液帶入熱26789222.20甲銨分解熱120240.98尿素濃縮熱271162.25氨水分解熱6340.05一段分解冷凝熱46948438.91尿素水解熱30220.24加熱蒸汽供熱44210236.64一段蒸發(fā)氣帶出熱95934779.91總計(jì)1206594100.00尿素溶液帶出熱22572818.35熱損失58390.47總計(jì)1206594100.003.2.6二段蒸發(fā)器計(jì)算依據(jù)收入物料0.0267MPa 130°C尿素990.2506Kg 95.76%（重量縮二脲2.54Kg 0.24%（重量）水：41.260Kg 4.00%（重量總計(jì)1034.051Kg 100%支出物料：二段蒸發(fā)器出口尿素溶液0.00333MPa 140°C尿素985.9201Kg 99.17%（重量縮二脲3.27Kg 0.33%（重量）水：5.0Kg 0.5%（重量總計(jì)994.1901Kg 100%二段蒸發(fā)氣體0.00333MPa 140°C尿素2.94Kg（夾帶量）NH 0.2735Kg或0.0161Kmol 0.79%（體積）0.000026MPa（分壓）3CO 0.396Kg或0.009Kmol 0.44%（體積）0.000015MPa（分壓）2HO36.098Kg或2.0054Kmol 98.77%（體積）0.00329MPa（分壓）2總計(jì)39.7075Kg或2.0305Kmol 100.00% 0.00333MPa計(jì)算尿素溶液帶入熱量△H1據(jù)一段蒸發(fā)器熱量平衡計(jì)算△H=-225728KJ1熔融尿素帶出熱△H2取熔融尿素的平均比熱容C=1.992KJ/(Kg2°C)p△H=994.1901*1.992（140-25）=227749KJ2二段蒸發(fā)氣帶出熱△H3查圖 0.101MPa 25°C時(shí)，i=1766.485KJ/KgNH30.00011MPa 140°C時(shí)，i=2016.688KJ/KgNH30.101MPa 25°C時(shí)，i=728KJ/KgCO20.00004MPa 140°C時(shí)，i=831.095KJ/KgCO20.101MPa 25°C時(shí)，i=104.6KJ/KgH2O0.00318MPa 140°C時(shí)，i=2761.44KJ/KgH2O夾帶尿素比熱容取1.992KJ/(Kg2°C)△H=0.2735（2016.688-1766.458）+0.396（831.095-728）+36.0983（2761.44-104.6）+2.94*1.992（140-25）=96689KJ尿素水解熱△H4水解尿素1.64Kg時(shí)，尿素生成熱28470.2KJ/Kmol甲銨生成熱-159350KJ/Kmol甲銨熔融熱20306KJ/Kmol△H=0.54（159350-28470.2-20306）/60=995KJ4熱損失△H5據(jù)尿素合成塔熱平衡計(jì)算△H=3919KJ5熱負(fù)荷△H6熱平衡方程：∑△H=01-6-225728+227749+96689+995+3919+△H=06△H=-103624KJ6二段蒸發(fā)器熱量平衡表表33收入熱量支出熱量名稱KJ%名稱KJ%尿素溶液帶入熱22572868.54熔融尿素帶出熱22774969.15加熱蒸汽供熱10362431.46二段蒸發(fā)器帶出熱9668929.36總計(jì)總計(jì)329352100.00尿素水解熱熱損失99539193293520.301.19總計(jì)100.00第四章主要設(shè)備的工藝計(jì)算尿素合成塔尿素合成塔的有效容積按下式求?。篤=24G/生產(chǎn)強(qiáng)度 m3式中 V尿素合成塔的有效容積G尿素生產(chǎn)能力，t/h在NH/CO=4.3，HO/CO=0.7（摩爾比）溫度190°CCO3 2 2 2 2為64%，據(jù)此，尿素合成塔生產(chǎn)強(qiáng)度為12.5t/(m32d)生產(chǎn)能力G取7.35t/hV=24*7.35/12.5=14.11m3實(shí)際選取V=17.48m3，設(shè)計(jì)裕度24%實(shí)際生產(chǎn)強(qiáng)度24*7.35/17.48=10.09t/(m32d)一段分解加熱器計(jì)算依據(jù)已知條件：進(jìn)加熱器尿液的溫度t=124°C1出加熱器尿液的溫度t=160°C2加熱蒸汽tr=190°C收入物料：尿素合成塔排出氣體NH339.7987Kg或2.3411Kmol 69.25%（體積）15.014MPa（分壓）CO213.6264Kg或0.3097Kmol 9.16%（體積）1.986MPa（分壓）O22.194Kg或0.06658Kmol 2.03%（體積）0.4397MPa（分壓）N18.5146Kg或0.66121Kmol 19.551%（體積）4.2403MPa（分壓）2總計(jì)74.1337Kg或3.38061Kmol 100% 21.68MPa尿素合成塔排出液體量：尿素994.98Kg 30.14%（重量）甲銨 792.9003Kg 24.02%（重量）氨水 1513.1116Kg 45.84%（重量）其中 氨：889.710Kg 58.8%（重量水：623.402Kg 41.2%（重量總計(jì)3300.9923Kg 100%支出物料：（2）一段分解氣體1.765MPa 124°CNH 242.52Kg或14.266Kmol 49.1%（體積）0.867MPa（分壓）3CO 298.94Kg或6.794Kmol 23.38%（體積）0.413MPa（分壓）2HO 130.758Kg或7.264Kmol 25.00%（體積）0.441MPa（分壓）2O 2.194Kg或0.06856Kmol 0.236%（體積）0.00417MPa（分壓）2N 18.51Kg或0.6612Kmol 2.27%（體積）0.0402MPa（分壓）2總計(jì)692.922Kg或29.0538Kmol 100% 1.7658MPa（2）一段分解系統(tǒng)出口溶液量：尿素994.98Kg 60.78%（重量甲銨 100.482Kg 6.14%（重量）氨水 541.569Kg 33.08%（重量其中 氨：87.68Kg 16.19%（重量水：453.889Kg 83.81%（重量總計(jì)1637.031Kg 100%熱負(fù)荷：Q=442102KJ加熱蒸汽1.275MPa 181°C傳熱溫差△tm={(tr-t1)-(tr-t2)}/ln{(tr-t1)/(tr-t2)}△tm=(160-124)/㏑(190-124)/(190-160)=45.66°C傳熱面積管內(nèi)尿素給熱系數(shù)計(jì)算α2尿素溶液平均沸點(diǎn)：（124+160）/2=142°C則△t=154-142=12°Cα =22*P0.58*△t2.33=38200kcal/m22h2°C水尿液的物性參數(shù)λ=0.506kcal/m2h2°C C=0.687kcal/Kg2°Cμ=0.41cp ρ=1067Kg/143°C的水的物性參數(shù)λ =0.589kcal/m22h2°C C=1.025kcal/m22h2°C水 水ρ =924Kg/m3水μ =20.2310-539810=0.198cp水校正系數(shù)Ψ=（λ/λ ）1.83(c/c水)6.43（ρ/ρ ）2.33(μ/μ )3.1=0.094水 水 水則α=4α =0.094*38200=3590kcal/m22h2°C2 水管間加熱蒸汽給熱系數(shù)α1設(shè)壁溫t為185°C，待求出α