【尿素生產(chǎn)中的熱量衡算2400字】

尿素生產(chǎn)中的熱量衡算1.1合成塔1.1.1計(jì)算依據(jù)（計(jì)算以25℃為基準(zhǔn)）CO2(包括惰性氣)進(jìn)口的壓力大小為21.7MPa(絕壓)，溫度125℃甲銨溶液進(jìn)口壓力大小為21.7MPa(絕壓)，溫度100℃尿素反應(yīng)物出口壓力大小為21.78MPa(絕壓)，溫度190℃按物料平衡各進(jìn)出口物料組分列表如下：收入項(xiàng)目質(zhì)量（kg）物質(zhì)的量（kmol）支出項(xiàng)目質(zhì)量（kg）物質(zhì)的量（kmol）原料CO2氣其中：CO2O2N2H2O原料液態(tài)氨循環(huán)液態(tài)氨甲銨溶液其中:NH3CO2H2O尿素總計(jì)741.4735.072.95.230.234567.31766.441285.50521.84435.63321.532.553431.621716.20.10.20.0233.445.0358.130.91017.310.06153.56反應(yīng)后混合物其中：尿素氨基甲酸銨CO2NH3NH3H2OO2N2總計(jì)3351.61010.1769.08433.87335.3951.5613.03.95.23353.6136.816.79.99.920.01343.120.0910.19137.821.1.2計(jì)算ΔH1—CO2氣體降溫降壓吸熱22.58MPa（絕壓）125℃時(shí)，i=166kcal/kg0.1MPa（絕壓）25℃時(shí)，i=174kcal/kgΔH1=735.1×（166-174）=-735.1×8=-5880kcalΔH2—當(dāng)量NH3降溫降壓及氣化吸熱由NH3I-logP圖查：0.1MPa（絕壓）25℃時(shí)，i=423kcal/kg21.7MPa（絕壓）t℃時(shí)，i=Ikcal/kgΔH2=567.3（I-423）=567.3-240455kcal尿素合成反應(yīng)熱平衡在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，25℃固體甲銨生成熱為：ΔH=38061kcal/kmolΔH3=16.2×39060=636083kcalΔH4—固體甲銨升溫吸熱升溫時(shí)熱焓增值為5261.23kcal/kmolΔH4=-16.72×5360=-88000kcalΔH5—固體甲銨融熔熱量甲銨在150℃時(shí)融熔熱量為：ΔH=4849.53kcal/kmolΔH5=-16.2×4849.53=-81144kcalΔH6—循環(huán)甲銨液升溫吸熱物料衡算中甲銨液的組成為：NH3523.77kgCO(NH2)2779kg61.2%CO2437.6kg氨水497.54kg48.40%H2O312.6kg其中NH3185.89kg含氨38.4%CO(NH2)22.53kgH2O310.789kg總計(jì)1277.6kg總計(jì)1277.6kg100%取固體甲銨比熱Cp=37.3kcal/(kmol·℃)取38.4%氨水比熱1.26kcal/(kg·℃)=0.7×+0.4×1.2=0.8kcal/(kg·℃)ΔH6=-1276.5×0.76×(150-100)=-47905kcal尿素在150℃時(shí)的生成熱為5230.11kcal/kmolΔH7=-(16.9-0.04)×5220=-16.8×5230.11=-87744kcal1.2預(yù)分離器預(yù)分離器物料平衡表序號收入項(xiàng)目kcal%序號支出項(xiàng)目kcal%12甲銨生成熱過量氨混合熱6351836224991.309.71234567891011CO2氣降溫降壓當(dāng)量氨降溫降壓固體甲銨升溫固體甲銨融熔吸熱循環(huán)甲銨液升溫甲銨轉(zhuǎn)化尿素吸熱反應(yīng)融熔物升溫循環(huán)氨升溫（ΔH11+ΔH13）循環(huán)氨氣化惰性氣升溫?zé)釗p失5890153743879958114447795877441089501113910130.45130610.832111.611.606.8512.5615.541600.012.01總計(jì)697832100總計(jì)6974221001.2.1計(jì)算依據(jù)（計(jì)算以25℃為基準(zhǔn)）出口物料液相：1.8MPa（絕壓），t℃CO(NH2)21010.1kgCO(NH2)21010.01kg40%CO2368.86kg或CO2(NH3)2653.7kg25%NH3608.4kg氨水900.8kg36%H2O576.36kg其中NH3323.5kg含氨36.6%H2O576.8kg總計(jì)2565.6kg總計(jì)2565.6kg100%氣相：1.764MPa（絕壓），115℃CO265.1kg1.43kmol3.4%（氣）0.1MPaNH3678.4kg40kmol91.3%（氣）1.41MPaH2O37.72kg2.5kmol1.7%（氣）0.09MPa惰性氣8.1kg0.3kmol0.5%（氣）0.01MPa_____________________________________________________________總計(jì)789kg43.7kmol100%1.8MPa1.2.2計(jì)算進(jìn)口的液相帶入熱量Cp=0.9kcal/(kg·℃)Q1=3345×0.9×(190-25)=448760kcal進(jìn)口氣相帶入熱量據(jù)空氣T-S圖查得：空氣在21.7MPa，190℃i=85kcal/kg0.1MPa，25℃i=45.12kcal/kgQ2=8.1×(85-45.12)=317.34kcal出口液相帶出熱量已知：甲銨比熱37.3kcal/(kmol·℃)尿素比熱0.486kcal/(kg·℃)36.9%氨水比熱1.1kcal/(kg·℃)=×0.26＋0.48×0.4＋1.1×0.34=0.7kcal/(kg·℃)Q3=2565×0.7×(t-25)=1777t-44525排出氣相帶出熱設(shè)出口氣相溫度為118℃，CO2帶出顯熱查CO2T-S圖得：0.06MPa，118℃i=194kcal/kg0.1MPa,25℃i=174kcal/kgQCO2=65.1×(195-175)=1302kcalNH3帶出顯熱查NH3I-logP圖得：1.6MPa119℃i=462kcal/kg0.1MPa25℃i=422kcal/kgQNH3=679.3×(463-423)=27142kcal據(jù)H2OI-S圖查得：0.84MPa，118℃i=649kcal/kg0.1MPa,25℃i=25kcal/kgQH2O=36.8×(649-25)=23013kcal據(jù)空氣T-S圖查得：0.01MPa，118℃i=68.5kcal/kg0.1MPa,25℃i=46.5kcal/kgQ空氣=8.02×(67.5-45.5)=176kcalQ4=QCO2＋QNH3＋QH2O＋Q空氣=1301＋27133＋22945＋178=51525kcal甲銨分解量在0.1MPa（絕壓），25℃時(shí)甲銨生成熱=38070kcal/kmol甲銨融熔熱=4849kcal/kmol先求取1.8MPa（絕壓），120℃時(shí)甲銨分解熱NH4OH由118℃降溫到42℃的放出的熱量：取61.7%氨水比熱為1.23kcal/(kg·℃)QA=1561.48×1.2×(118-41)=144659kcalNH4OH在41℃時(shí)分解吸收熱量最后的狀態(tài)：60.7%氨水混合熱量為98kcal/kgNH3最后的狀態(tài)：35.9%氨水混合熱量為160kcal/kgNH3QB=953.5×95-321.6×160=-38955kcalNH3汽化熱NH3在1.7MPa時(shí)汽化時(shí)的熱量為263kcal/kg分解NH3量為951.50-323.6=629kgQC=629×(-263）=-164537kcalD．升溫吸熱NH3汽化升溫吸熱qNH3：1.7MPa，41℃i=409kcal/kg1.7MPa，118℃i=465kcal/kgqNH3=623×(409-464)=-33895kcal氨水升溫吸熱q氨水：取36.0%氨水比熱為1.2kcal/(kg·℃)氨水量為900.8kgq氨水=900.8×1.11×(41-120)=-77089kcalQD=qNH3+q氨水=-(76970+33285)=-110245kcalQ6=QA+QB+QC+QD=144659-38956-164546-110353=-169224kcal熱量損失取熱量損失約進(jìn)入熱負(fù)荷的1.2%Q7=5085kcal預(yù)分離器出口液相溫度t℃的求取因=0故44867317=1776t-44426+51454+47381+169214+5065則t==121.0℃出口液相帶出熱量Q3Q3=1779(t-46)=1779×(125-46)=1759986kcal1.3一段分解系統(tǒng)1.3.1計(jì)算依據(jù)進(jìn)出口物料組成及工藝條件進(jìn)口反應(yīng)融熔物（1.78MPa,124℃）CO(NH2)21010.1kgCO(NH2)21010.1kg40.3%CO2368.8kgCO2(NH3)2653.7kg26.4%NH3609.53kg氨水900.76kg36.3%H2O578.25kg其中NH3322.52kg36.9%出口物料液相1.8MPa，160℃CO(NH2)21010.1kg，CO(NH2)21010.1kg61.4%CO252.1kg或CO2(NH3)292.2kg5.6%NH3135.3kg氨水543.4kg33.1%H2O450.2kg其中NH395.2kg含氨17.2%H2O450.2kg總計(jì)1646.6kg總計(jì)1646.67kg100%氣相1.8MPa，160℃CO2317.7kg7.1kmol17.1%（氣）0.3MPaNH3473.2kg27.9kmol63%（氣）1.2MPaH2O129.1kg7.2kmol17%（氣）0.3MPa__________________________________________________________總計(jì)919kg47.2kmol100%1.8MPa1.3.2計(jì)算反應(yīng)融熔物帶入熱量Q1=176023kcal反應(yīng)融熔物帶出熱量反應(yīng)融熔物比熱的計(jì)算：取17.5%氨水比熱1.1kcal/(kg·℃)尿素比熱0.5kcal/(kg·℃)甲銨比熱36.3kcal/(kmol·℃)=×0.05+0.5×0.6+1.1×0.3=0.69kcal/(kg·℃)Q2=1646.6×0.7×(160-25)=151385kcal據(jù)CO2T-S圖查：0.3MPa，160℃i=203kcal/kg0.1MPa，25℃i=174kcal/kgQ3=317.17×(203-174)=9174kcal據(jù)NH3I-logP圖查得：1.2MPa，160℃i=487kcal/kg0.1MPa，25℃i=422kcal/kgQ4=472×(487-422)=30756kcal據(jù)H2OI-S圖查得：0.3MPa，160℃i=664kcal/kg0.1MPa，25℃i=25kcal/kgQ5=129.1×(665-26)=82369kcal氣相帶出熱量總和為：Q3+Q4+Q3=9184+30855+82569=123408kcal甲銨分解吸熱甲銨分解量653.7-92.2=561.5kg或7.2kmol甲銨分解熱32011kcal/kmolQ6=7.2×32011=230417kcalNH4OH分解熱，先降溫再分解，然后氣化，最后升溫A.36%氨水降溫放熱取36%氨水比熱為1.1kcal/(kg·℃)QA=901.87×1.1×（160-30）=128820kcalB.NH4OH分解熱（吸熱）最初狀態(tài)氨水濃度為36%NH3，混合熱為160kcal/kgNH3最終狀態(tài)氨水濃度為18%NH3，混合熱為196kcal/kgNH3分解熱QB=95.2×195-323.5×160=18544-51458=-328894kcalC.氨汽化熱1.2MPa30℃NH3汽化熱為21.6kcal/kg分解氨量為323-95=227kgQC=228.34×（-272.6）=62489kcalD.升溫吸熱氨氣1.2MPa，30℃i=408.4kcal/kg1.2MPa，160℃i=489kcal/kgQNH3=228.4×（408.4-489）=-18404kcal17.5%氨水，取其比熱為1.1kcal/(kg·℃)Q氨水=531.4×1.1×（30-160）=-77700kcalQD=QNH3+Q氨水=-77700-18407=-96106kcalQ7=QA+QB+QC+QD=128910-32894-62579-96107=-62656kcal熱損失取進(jìn)入熱負(fù)荷~1.1%Q8=1889kcal設(shè)所需加熱蒸汽熱量為QQ1+Q=Q2+Q3+Q4+Q5+Q6+Q7+Q817623+Q=151385+122508+230507+62758+1889Q=392724kcal1.4二段分解系統(tǒng)1.1.1計(jì)算依據(jù)（計(jì)算以25℃為基準(zhǔn)）進(jìn)二段分解塔尿素溶液溫度t=160℃，壓力P=0.4MPa（絕壓）出二段分解塔尿素溶液溫度t=150℃出二段分解塔氣體溫度t=120℃第二段分解氣各組分的壓力：CO2：0.4×=0.4MPaNH3：0.4×=2.7MPaH2O：0.4×=0.1Pa第二段分解塔溶液的組成CO27.91kg0.2kmol甲銨13.1kgNH311.4kg0.7kmol或氨水401.1kgH2O398.6kg21.12kmol其中NH35.7kg尿素1001.kg16.5kmolH2O399.0kg尿素1001.1kg縮二脲6.00.06kmol縮二脲6.0kg_____________________________________________________________________總計(jì)1421.1kg總計(jì)1426.1kg1.1.2計(jì)算（1）溶液帶入熱量Q1=151345kcal加熱蒸汽供給熱量Q2（2）尿液帶出的熱量因?yàn)槟蛩厝芤褐泻珻O2、NH3、縮二脲含量較少，所以在計(jì)算中不考慮，則尿液濃度為：H2O397.44kg27.4%尿素1003.05kg72.6%_______________________________合計(jì)1400.4100%查圖的71%尿液Cp=0.69kcal/(kg·℃)Q3=1431.03×0.8×（150-25）=121238kcal分解氣體帶出熱量CO20.04MPa,120℃i=194kcal/kg0.1MPa,25℃i=174kcal/kgQCO2=41.23×（194-174）=885kcalNH30.1MPa,120℃i=471kcal/kg0.01MPa,25℃i=423kal/kgQNH3=125.44×（471-423）=6073kcalH2O0.01MPa,120℃i=643kcal/kg0.01MPa,25℃i=25kcal/kgQH2