【年產(chǎn)30萬噸尿素生產(chǎn)工藝計(jì)算及流程設(shè)計(jì)9000字（論文）】

年產(chǎn)30萬噸尿素生產(chǎn)工藝計(jì)算及流程設(shè)計(jì)摘要本次設(shè)計(jì)內(nèi)容是年產(chǎn)三十萬噸的尿素設(shè)計(jì)工藝，論文內(nèi)容是先簡單介紹尿素的物化性質(zhì)，以及合成尿素的基本原理和方法。然后在設(shè)計(jì)之前有了解尿素的市場狀況，對尿素發(fā)展前景的一個簡單分析。通過比較工業(yè)生產(chǎn)尿素最常見的幾種方法，最后確定本次設(shè)計(jì)方法是水溶液全循環(huán)法，采用的是不間斷生產(chǎn)方式，包括合成，分離，結(jié)晶等最基本的工序。并對其進(jìn)行了物料衡算和熱量衡算。關(guān)鍵詞：水溶液循環(huán)法；物料衡算；熱量衡算目錄TOC\o"1-3"\h\u26549第一章緒論 7232931.1尿素的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì) 795921.1.1尿素的物理性質(zhì) 731341.1.2尿素的化學(xué)性質(zhì) 7111921.1.3尿素的用途 778321.2尿素的市場狀況分析 711264第二章簡述尿素生產(chǎn)方法 99942.1常用尿素生產(chǎn)方法 995632.1.1水溶液全循環(huán)尿素工藝 923762.1.2CO2汽提尿素工藝 9310782.1.3設(shè)計(jì)工藝的確定 9139632.2生產(chǎn)流程敘述 10294622.2.1工藝流程簡圖 10195062.2.2水溶液全循環(huán)法流程介紹 105265第三章物料衡算 101423.1計(jì)算的原則 10278373.2原料氣的組成 11228973.2.1組成成分 11313573.3.2物質(zhì)的計(jì)算 11125563.3合成系統(tǒng) 1247943.3.1進(jìn)料的摩爾比 1298093.3.2各組分的物料計(jì)算 13101373.4初段分解系統(tǒng) 14321993.4.1條件 146653.4.2計(jì)算 15239983.5二段分解系統(tǒng) 17205903.5.1條件 17269333.5.2計(jì)算 1853233.6一段蒸發(fā)系統(tǒng) 1958843.6.1條件 1934583.6.2計(jì)算 2020179第四章熱量衡算 2319554.1合成塔 23257524.1.1計(jì)算依據(jù)（計(jì)算以25℃為基準(zhǔn)） 23323804.1.2計(jì)算 2324924.2預(yù)分離器 25234614.2.1計(jì)算依據(jù)（計(jì)算以25℃為基準(zhǔn)） 25203824.2.2計(jì)算 26103764.3一段分解系統(tǒng) 29270024.3.1計(jì)算依據(jù) 29176644.3.2計(jì)算 3048764.4二段分解系統(tǒng) 3351174.4.1計(jì)算依據(jù)（計(jì)算以25℃為基準(zhǔn)） 33269084.4.2計(jì)算 3422105第五章尿素生產(chǎn)中的安全技術(shù)與三廢處理 37111435.1生產(chǎn)物料的安全特性 37279665.1.1氨 37236885.1.2二氧化碳 37186345.1.3氨基甲酸銨溶液和尿素溶液 37114865.2三廢的處理 372067第六章結(jié)論 381323參考文獻(xiàn) 39

第一章緒論1.1尿素的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)1.1.1尿素的物理性質(zhì)尿素的分子量為60.06，化學(xué)式是CO(NH2)2。因其在人的尿液中被發(fā)現(xiàn)，所以才稱為尿素，外觀是無色或白色的針狀或棒狀固體，含氮量約46.67％。密度為1.335g/cm3，熔點(diǎn)為132.7℃。因?yàn)槟蛩厝菀孜湛諝庵械乃智乙兹苡谒栽诖娣诺臅r候因應(yīng)保持場地的干燥。1.1.2尿素的化學(xué)性質(zhì)1.尿素的酸堿性：和酸反應(yīng)會生成鹽，在持續(xù)加熱的情況下會發(fā)生縮合反應(yīng)，生成縮二脲(C2H5N302)，縮三脲(C3H6N4O3)和氰尿酸(C3H3N3O3)2.尿素的水解反應(yīng)：尿素與酸，堿和酶的作用下可發(fā)生反應(yīng)可以得到氨和二氧化碳。3.尿素的縮合反應(yīng)：尿素加熱到150至160度會脫氨成縮二脲，硫酸銅和縮二脲，反應(yīng)是紫色的，如果快速加熱，它將脫氨并三聚為六元環(huán)化合物氰尿酸。1.1.3尿素的用途1.當(dāng)作肥料，尿素是一種濃度較高的化肥，可以給植物施肥，提高產(chǎn)量。而且長期使用不會產(chǎn)生不良影響2.當(dāng)作飼料，飼料中適量添加尿素有利于對牛羊等動物的消化，提高營養(yǎng)成分和飼料利用率。3.汽車尾氣吸收，因?yàn)槟蛩睾退磻?yīng)是吸熱反應(yīng)，利用這個性質(zhì)來處理發(fā)動機(jī)排放的廢氣,可降低酸雨的形成。1.2尿素的市場狀況分析查閱文獻(xiàn)可得，在2018年，我國尿素的生產(chǎn)量約為2343.2萬噸，比同期下降百分之十左右。在2021年1-5月份尿素生產(chǎn)量大約為2503萬噸。按照發(fā)展趨勢預(yù)測2019年上半年尿素產(chǎn)量大約在2590萬噸，通過這些年對市場的預(yù)測，目前尿素在工業(yè)方面的需求量逐年增長，而且這種漲勢并沒有下跌，所以相關(guān)專家預(yù)測估計(jì)到2025年尿素的年生產(chǎn)量可以達(dá)到3000萬噸左右。第二章簡述尿素生產(chǎn)方法2.1常用尿素生產(chǎn)方法首先我們要知道的是目前國內(nèi)外尿素的生產(chǎn)方法種類繁多。但是在工業(yè)中獲得人們普遍認(rèn)同的方法是水溶液全循環(huán)法和CO2氣提法。這兩種方法是工業(yè)中最常使用的方法。其中水溶液全循環(huán)法自從在20世紀(jì)60年代被發(fā)現(xiàn)之后，人們就開始不斷改進(jìn)和研究，目前就人們使用此方法生產(chǎn)尿素技術(shù)已經(jīng)接近成熟。而除了這兩種方法以外，工業(yè)生產(chǎn)尿素還經(jīng)常用到氨氣提法，此方法使用起來限制較多，因此工業(yè)用途較窄。2.1.1水溶液全循環(huán)尿素工藝水溶液全循環(huán)尿素誕生于20世紀(jì)90年代，是那個年代最為經(jīng)典的設(shè)計(jì)工藝。從80年代發(fā)展到現(xiàn)在，為我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展做出了杰出的貢獻(xiàn)。在我國糧食增長的增長方面表現(xiàn)出了不可磨滅的作用。因?yàn)樗芤喝h(huán)尿素裝置的腐蝕性較小，且尿素成品當(dāng)中的雜質(zhì)含量較低，從而大大增加了生產(chǎn)尿素的能力，并且此方法可以提高二氧化碳和氨的一個轉(zhuǎn)換。減低副反應(yīng)的發(fā)生，所以水溶液全循環(huán)法一度被廣泛的使用。2.1.2CO2汽提尿素工藝CO2汽提法誕生于20世紀(jì)60年代后期，雖然它的發(fā)現(xiàn)晚于水溶液全循環(huán)法，但是此方法自從發(fā)現(xiàn)到現(xiàn)在已經(jīng)有了后來者居上的趨勢，目前此方法已經(jīng)成為世界上建廠最多，生產(chǎn)能力最大的方法。但其操作性比不上水溶液全循環(huán)生產(chǎn)尿素裝置，其高壓設(shè)備多，改造比較困難，裝置的增產(chǎn)、改造潛力較小，而且此方法依賴于巨大的高層結(jié)構(gòu)支撐設(shè)備。2.1.3設(shè)計(jì)工藝的確定通過對水溶液全循環(huán)法和CO2汽提法的比較，不難看出：水溶液全循環(huán)法與CO2汽提法與水溶液全循環(huán)法之間沒有什么太大的優(yōu)缺點(diǎn)。雖然CO2氣提法目前在市場上有更大的優(yōu)勢，但是，采用CO2汽提法尿素會消耗蒸汽。另外，CO2汽提尿素的降低了CO2汽提的實(shí)際競爭力。相反，通過十多年的轉(zhuǎn)換經(jīng)驗(yàn)，水溶液全循環(huán)工藝法顯示出更多的優(yōu)越性。所以本設(shè)計(jì)保守采用水溶液全循環(huán)法。，2.2生產(chǎn)流程敘述2.2.1工藝流程簡圖2.2.2水溶液全循環(huán)法流程介紹從20世紀(jì)60年代以來，水溶液全循環(huán)法就得到了工業(yè)上普遍的應(yīng)用。以上是水溶液全循環(huán)法的流程簡圖，本節(jié)將基于流程簡圖簡單概括本次設(shè)計(jì)中水溶液全循環(huán)法的基本步驟。首先，水溶液全循環(huán)法的原理是將為轉(zhuǎn)變成尿素的二氧化碳和氨再次減壓分離，讓其全部再次返回合成系統(tǒng)循環(huán)利用。是原料的利用率達(dá)到百分之九十以上。水溶液全循環(huán)法生產(chǎn)步驟主要分為以下四步，第一步凈化原料，第二步，兩種物質(zhì)一起反應(yīng)合成尿素，第三步，對未反應(yīng)的物質(zhì)進(jìn)行分離和回收，最后進(jìn)行尿素溶液的加工，包括結(jié)晶造粒等，最終得到尿素成品。第三章物料衡算3.1計(jì)算的原則1.標(biāo)準(zhǔn)：以生產(chǎn)的每噸尿素為標(biāo)準(zhǔn)2.終品的標(biāo)準(zhǔn)：含有N元素46.18%(以尿素為基準(zhǔn)為98。3%左右），C2H5N3021.0%，H2O0.5%（含量）3.原材料的消耗標(biāo)準(zhǔn)：氨氣：600千克，二氧化碳：767千克4.生產(chǎn)一噸尿素消耗NH3的量：600?（生產(chǎn)一噸尿素消耗CO2的質(zhì)量：767?6.其他消耗的量（約數(shù)）：造粒蒸發(fā)損失：10千克一段操作泵泄露：6千克成品包裝儲運(yùn)損失:16千克解析廢液損失：22千克3.2原料氣的組成3.2.1組成成分（1）二氧化碳?xì)獾慕M成二氧化碳含量98%惰性氣體2%（2）CO2進(jìn)入壓縮工段壓縮機(jī)的壓力：P=0.108MPa溫度：T=275.1K（3）O2氣的組成成分O2：95%其余氣體占5%3.3.2物質(zhì)的計(jì)算（1）參與到反應(yīng)系統(tǒng)的二氧化碳?xì)怏w總量CO2量為767千克(18.02Kmol)（2）二氧化碳?xì)怏w的水蒸汽的含量二氧化碳?xì)獾目倝海?.108MPa在323.1K的飽和水蒸氣壓：0.0077MPa故CO2氣體中水的物質(zhì)的量為：18.02(3)進(jìn)入?yún)⑴c反應(yīng)工段的氧氣的量純氧在二氧化碳中占約為百分之零點(diǎn)五左右即：18.02(4）壓縮后的氣體成分計(jì)算：CO2在壓縮機(jī)中的損失量：1.17kmol壓縮后的CO2量：767?49.94=717.06(3)壓縮系統(tǒng)物料平衡表收入項(xiàng)目質(zhì)量（kg）N（kmol）支出項(xiàng)目質(zhì)量（kg）N（kmol）CO2氣二氧化碳惰性氣體水蒸氣O2氣其中：氧氣氮?dú)饨Y(jié)果815.25785.005.0125.253.022.890.13818.2519.4617.870.131.400.09440.070.004719.57CO2氣二氧化碳氧氣氮?dú)馑魵鈮嚎s機(jī)排出其二氧化碳水蒸氣結(jié)果743.37735.042.835.160.2474.8549.9724.93818.2917.0416.750.100.1850.0162.541.171.3819.513.3合成系統(tǒng)3.3.1進(jìn)料的摩爾比進(jìn)料的摩爾比：氨氣/二氧化碳=4.2進(jìn)料的摩爾比：水蒸氣/二氧化碳=0.64合成塔操作的必要條件：壓力P=22.12MPa尿素的生成率：65%初次吸收到達(dá)尿素合成塔的NH2COONH4溶液中：氨氣/二氧化碳=3.13.3.2各組分的物料計(jì)算（1）合成塔各組分物料量的計(jì)算二氧化碳：721.06kg或15.71kmol氧氣：2.62kg或0.07kmol氮?dú)猓?.18kg或0.1837kmol二氧化碳：0.265kg或0.0145kmol溶液中二氧化碳的量：已知需由合成塔生成的尿素量為1007.59千克或16.79kmol。故轉(zhuǎn)化為尿素的CO2即為16.59kmol或738.76。未轉(zhuǎn)化為尿素的CO2量為：16.79×37因此，需進(jìn)合成塔二氧化碳為：16.79溶液中氨氣的量：3.1溶液中水蒸氣的量：0.65溶液中的尿素：由計(jì)算條件知為2.5kg或0.042kmol（2）原來料液中氨氣的量：580?11.69（3）循環(huán)液氨氣量合成塔入口的摩爾比氨氣/二氧化碳=4.1進(jìn)入的氨氣總量為：4.1循還往復(fù)的氨氣是：109.27?33.43?30.81（4）出合成塔各組分物料衡算尿素的量：1007.54其中二氧化碳的量為：9.86kmol或433.84kg氨氣的量為：2水蒸氣的量為：0.0155（5）反應(yīng)過程的物料平衡表收入組分質(zhì)量（kg）N（kmol）支出項(xiàng)目質(zhì)量（kg）N（kmol）原料氣二氧化碳氧氣氮?dú)馑魵釴H3(l)循環(huán)NH3(l)CH3NH2(l)其中:氨氣二氧化碳水蒸氣尿素結(jié)果743.37735.062.895.140.28568.32765.431277.56523.83437.63411.512.563252.6817.0316.730.090.180.01633.4345.0358.1030.859.9517.320.04153.57反應(yīng)后混合物其中：尿素NH2COONH4(l)二氧化碳氨氣氨氣水蒸氣氧氣氮?dú)夂嫌?jì)3352.641010.05769.09433.84335.23951.50613.972.845.193352.65136.7616.819.869.8719.7355.9234.160.090.19136.793.4初段分解系統(tǒng)3.4.1條件初段分解系統(tǒng)全部的NH2COONH4分解率：89%初段分解系統(tǒng)全部的過量NH3蒸出率：92%初段分解系統(tǒng)預(yù)分離器的NH2COONH4分解率：16%初段分解系統(tǒng)預(yù)分離器的過量NH3蒸出率：65%預(yù)分離器出口氣相中H2O蒸汽的含量：4.75%一段分解分離器出口氣相中H2O蒸汽含量：15%一段分解加熱器操作條件：壓力P=1.784MPa溫度為T=433.1K3.4.2計(jì)算（1）預(yù)分離器的物料衡算出口的氣體組成：其中的二氧化碳為：9.87其中的的氨氣由過量氨蒸出：54.95由氨基甲酸銨分解得：共計(jì)：36.90氣體中的水蒸氣為：除水以外氣相中其他組分:1.45故水量為：41.62(2)預(yù)分離器出口溶液組成溶液中的二氧化碳：9.86?1.48溶液中的氨氣:55.97+19.72?39.79=35.79kmol溶液中的水蒸氣：34.11?2.04溶液中的尿素：16.88kmol或1020.04kg（3）預(yù)分離器物料平衡表收入組分質(zhì)量（kg）N（kmol）支出組分質(zhì)量（kg）N（kmol）反應(yīng)后混合物其中：尿素NH2COONH4二氧化碳氨氣氨氣水蒸氣氧氣氮?dú)饪傆?jì)3352.621010.04769.08433.84335.24951.49613.982.895.143352.62136.7616.839.869.8619.7255.9734.110.090.18136.76預(yù)分離器出口氣體其中：二氧化碳氨氣水蒸氣氧氣氮?dú)忸A(yù)分離器出口溶液其中：二氧化碳氨氣水蒸氣尿素總計(jì)788.1365.08678.3036.722.895.142564.49368.76608.43577.261010.043352.6243.691.4839.902.040.090.1893.078.3835.7932.0716.83136.76（1）初段分解塔出口的氣體組成氣體中的二氧化碳：9.87氣體中的氨氣：由過量氨蒸出：55.97由氨基甲酸銨分解（一段分解系統(tǒng)）而得：9.86由一段分解塔分解出：17.36?2.96故氣體中總氨量為：13.43氣體中的水蒸氣為：（7.20+27.83）×=7.17kg或129.06kg（2）初段分解塔出口溶液組成溶液中的CO2：8.38?7.2溶液中的NH3：35.79?27.83溶液中的水：32.07?7.17溶液中的尿素：16.83kmol或1010.04kg（3）初段分解塔物料平衡表收入組分質(zhì)量（kg）N（kmol）支出組分g質(zhì)量（kg）N（kmol）預(yù)分離器出口溶液其中：二氧化碳氨氣水蒸氣尿素總計(jì)2564.49368.76608.43577.261010.042564.4993.078.3835.7932.0716.8393.07一段分解塔出口氣體其中：二氧化碳氨氣水蒸氣初段分解塔出口溶液其中：二氧化碳氨氣水蒸氣尿素總計(jì)918.92316.70473.16129.061645.5752.06135.27448.201010.042564.4942.207.2027.837.1750.871.187.9624.9016.8393.073.5二段分解系統(tǒng)3.5.1條件一段及二段分解系統(tǒng)總的氨基甲酸銨分解率：98.2%一段及二段分解系統(tǒng)總的過量氨蒸出率：99.4%二段分解塔出口氣體內(nèi)含水：25%(摩爾%)二段分解系統(tǒng)的操作壓力：P=0.392MPa二段分解加熱器的操作溫度：150℃二段分解塔操作溫度：130-165℃3.5.2計(jì)算（1）縮二脲生成反應(yīng)：2(NH2)2CO→NH2CONHCONH2+NH3↑反應(yīng)消耗尿素量:6×放出NH3量:6×17（2）二段分解塔出口氣組成氣體中的CO2：9.86氣體中的NH3：由二段分解塔蒸出的過量氨：55.97由氨基甲酸銨分解得氨：2加入縮合反應(yīng)放出氨，共計(jì)：5.26氣體中的H2O：(1.0+7.318)(3)二段分解塔出口溶液組成溶液中的CO2：1.18?1.0=0.18kmol溶液中的NH3：7.96溶液中的水分：24.90溶液中的尿素：1010溶液中的縮二脲：6.0(4)二段分解系統(tǒng)物料平衡表收入項(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)一段分解塔出口溶液其中：CO2NH3H2O尿素總計(jì)1645.5752.06135.27448.201010.041645.5750.871.187.9624.9016.8350.87二段分解塔出口氣體其中：CO2NH3H2O二段分解塔出口溶液其中：CO2NH3H2O尿素縮二脲總計(jì)218.5444.25124.4349.861427.037.8111.83398.341003.056.01645.5711.0881.0057.3182.7739.7820.180.7022.1316.7140.05850.873.6一段蒸發(fā)系統(tǒng)3.6.1條件操作壓力0.0445MPa在一段、二段分解及閃蒸槽中總的氨基甲酸銨分解率：99.1%在一段、二段分解及閃蒸槽中總的過量氨蒸出率：99.85%出閃蒸槽尿液濃度：76%（質(zhì)量）按尿素/(尿素+水)計(jì)，其余組分不計(jì)出一段蒸發(fā)器尿液濃度：96%（質(zhì)量）（同上）3.6.2計(jì)算(1)閃蒸槽的物料衡算 閃蒸槽出口氣體中的NH3和CO2氣體中的CO2：9.86氣體中的NH3：由氨基甲酸銨分解得：0由過量氨蒸出得：55.97共計(jì)：0.178+0.252=0.43kmol(2)閃蒸槽出口溶液組成：溶液中的CO2：0溶液中的NH3：0溶液中的尿素：16.714kmol或1003.05溶液中的縮二脲：0.058kmol溶液中的水：1003閃蒸槽出口氣體中的H2O：398.34(3)閃蒸槽物料平衡表收入項(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)二段分解塔來溶液其中：二氧化碳氨氣水蒸氣尿素C2H5N302總計(jì)1427.047.8211.83398.311003.026.01427.0239.7840.190.7122.1416.7130.05439.785閃蒸槽出口氣體其中：二氧化碳氨氣水蒸氣閃蒸槽出口溶液其中：二氧化碳氨氣水蒸氣尿素C2H5N302總計(jì)92.843.957.3381.561334.233.864.56316.726.01003.061427.215.0420.0830.454.5234.740.0970.2717.680.05216.71539.756(4)一段蒸發(fā)器物料衡算一段蒸發(fā)器內(nèi)生成縮二脲反應(yīng)的計(jì)算一段蒸發(fā)器內(nèi)生成縮二脲量由物料平衡計(jì)算條件知為1.0㎏或0.01kmol其反應(yīng)方程式為：2(NH2)2CO→NH2CONHCONH2+NH3↑使用尿素的量：1×=1.16㎏或0.019kmol得到氨氣的量：1×=0.17㎏或0.01kmol一段蒸發(fā)器內(nèi)尿素水解反應(yīng)的計(jì)算一段蒸發(fā)器內(nèi)尿素水解量由物料衡算條件知為4.5㎏或0.075kmol(NH2)2CO+H2O→CO2+2NH36018442×174.5xyz水解消耗H2O：x=18×=1.35㎏或0.075kmol水解生成CO2：y=44×=3.3㎏或0.075kmol水解生成NH3：z=17×2×=2.55㎏或0.15kmol蒸發(fā)汽組成（5）蒸發(fā)汽中夾帶的尿素在冷凝后進(jìn)入尾氣吸收塔并在解析塔底廢液中排出，根據(jù)物料平衡計(jì)算條件知該部分尿素量為：0.36㎏或0.006kmol蒸發(fā)汽中的CO2：0.091+0.075=0.166kmol或7.19㎏蒸發(fā)汽中的NH3：0.27+0.01+0.15=0.43kmol或7.24㎏（6）一段蒸發(fā)后尿液組成尿液中的尿素：1003.05-(1.16+4.5+0.36)=997.03㎏或16.614kmol尿液中的縮二脲：0.058+0.01=0.068kmol或7.0㎏尿液中的H2O：997．03×=41.54㎏或2.31kmol蒸發(fā)汽中H2O：316.75-1.35-41.54=273.86㎏或15.215kmol（7）一段蒸發(fā)器物料平衡表收入項(xiàng)目質(zhì)量(㎏)N(kmol)支出項(xiàng)目質(zhì)量(㎏)N(kmol)閃蒸槽出口尿液其中：二氧化碳氨氣水蒸氣尿素C2H5N302總計(jì)1334.313.874.53316.761003.066.11334.3434.7330.090.2717.616.7140.05834.733一段蒸發(fā)汽其中：二氧化碳氨氣水蒸氣尿素一段蒸發(fā)后尿液其中：尿素C2H5N302水蒸氣總計(jì)288.667.187.23273.860.371045.51997.047.541.561334.2715.8140.1630.4515.220.00718.9716.650.072.3234.39

第四章熱量衡算4.1合成塔4.1.1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)744.4735.072.95.230.234567.31766.441285.50524.84435.63321.532.553431.621716.20.10.20.0233.445.0358.130.91017.310.06153.56反應(yīng)后混合物其中：尿素氨基甲酸銨CO2NH3NH3H2OO2N2總計(jì)3351.61010.1769.08433.87335.3954.5613.03.95.23353.6136.816.79.99.920.01343.120.0910.19137.824.1.2計(jì)算ΔH1—CO2氣體降溫降壓吸熱22.58MPa（絕壓）125℃時，i=166kcal/kg0.1MPa（絕壓）25℃時，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，i=423kcal/kg21.7MPa（絕壓）t℃時，i=Ikcal/kgΔH2=567.3（I-423）=567.3-240455kcal尿素合成反應(yīng)熱平衡在一個標(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℃時的生成熱為5230.11kcal/kmolΔH7=-(16.9-0.04)×5220=-16.8×5230.11=-87744kcal4.2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)6974221004.2.1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）1.41MPaH2O37.72kg2.5kmol4.7%（氣）0.09MPa惰性氣8.1kg0.3kmol0.5%（氣）0.01MPa_____________________________________________________________總計(jì)789kg43.7kmol100%1.8MPa4.2.2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℃時甲銨生成熱=38070kcal/kmol甲銨融熔熱=4849kcal/kmol先求取1.8MPa（絕壓），120℃時甲銨分解熱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=1564.48×1.2×(118-41)=144659kcalNH4OH在41℃時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=953.5×95-324.6×160=-38955kcalNH3汽化熱NH3在1.7MPa時汽化時的熱量為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==124.0℃出口液相帶出熱量Q3Q3=1779(t-46)=1779×(125-46)=1759986kcal4.3一段分解系統(tǒng)4.3.1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%1.8MPa4.3.2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24.6kcal/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=534.4×1.1×（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=392724kcal4.4二段分解系統(tǒng)4.4.1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404.1kgH2O398.6kg21.12kmol其中NH35.7kg尿素1004.kg16.5kmolH2O399.0kg尿素1004.1kg縮二脲6.00.06kmol縮二脲6.0kg_____________________________________________________________________總計(jì)1424.1kg總計(jì)1426.1kg4.4.2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=1434.03×0.8×（150-25）=121238kcal分解氣體帶出熱量CO20.04MPa,120℃i=194kcal/kg0.1MPa,25℃i=174kcal/kgQCO2=44.23×（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/kgQH2O=49.9×（6450-25）=31213kcalQ4=QCO2+QNH3+QH2O=886+594+311114=37651kcal（3）甲銨分解熱1.72MPa，120℃時甲銨分解熱為32002kcal/kmol甲銨分解量為1.00kmolQ5=1×32021=32021kcal（4）NH4OH分解熱剛開始溶液中NH3量為7.9-2×1.2=5.6kmol最后溶液中NH3量為0.71-2×0.2=0.35kmolNH4OH分解量為5.60-0.4=5.3kmol剛開始溶液中H2O/NH3=24.8/5.6=4.35平均=34.8QA氨水降溫降壓放熱QA=543.34×1.1×（120-20）=59789kcalQB氨水在0.1MPa，20℃下分解吸熱QB=-8346=-44452kcalQC—氨氣升溫升壓吸熱0.1MPa，20℃i=424kcal/kg0.4MPa，120℃i=471kcal/kgQC=5.3×17×（423-470）=-4201calQD氨水升溫吸熱因?yàn)榈诙畏纸庀到y(tǒng)的出口液相中含氨量較少，所以氨水濃度稀，取它的比熱Cp≈1kcal/(kg·℃)QD=404.1×1×（-20-120）=-40415kcalQ6=