尿素化工厂合成设计

1、系别:专业:姓名:学号:指导教师：毕业设计目：10万吨/年尿素化工厂合成工艺设计城建学院2012年5月20日城建学院毕业设计（论文）任务书题目 _ig_型1/W屋秀化工述工茎坟4系 别 化学化工系 专业 化学工程与工艺班 级 学号 2011年12月19日学生指导教师发放日期城建学院本科毕业设计（论文）任务书一、主要任务与目标：设计题目：尿素合成工艺设计设计任务：本设计采用水溶液全循环法，在减压加热的基础上，将未转化 为尿素的甲俊分解和气化，从而达到将未反应物与尿素分离的目的。 其中对尿 素合成塔和中压吸收塔做重点计算， 设计合成尿素工段工艺流程，设计该工段 的工艺计算，以及对装置、设备图的绘制

2、。设计条件：由煤气化经净化而来的原料气 CO和由氨合成塔而来的液氨， 在温度185200C、操彳压力19Mpa左右、氨碳比围为35、水碳比为0.7 1.2、反应时间为4060min的条件下发生下面两个反应合成尿素：2NH 3（l）+CO 2（g尸NH4COONH）+119.2Kj/molNH 4COONM=CO（NH2）2（l）+H 2O（l）+15.5Kj/mol设计目标:成品尿素组 成总碳（N）含 量（的（以 干基干）缩二月尿含量 （为水分含量 （为粒度（小 0.8mm（|）2.5mM （%级品46.01.00.590二级品46.01.81.090二、主要容与基本要求：主要容：1 .明确设

3、计任务，查阅文献资料；2 .确定设计方案，通过技术及经济筛选、对比，选定技术先进、经济效益好 的设计方案；3 .明确已知条件，工艺参数及计算基准；4 .工艺计算，包括物料衡算及热量衡算，反应釜及吸收塔的工艺和机械强度 计算；5 .CAD绘制（带控制点流程图、主设备图、物料衡算图）；6 .编写设计说明书。基本要求：对所涉及的化工生产过程的原理， 工艺参数，流程，影响因素及控制手段 有一定的掌握。按课程设计任务书的条件和要求，根据所学理论知识和技能和 积累的素材，自主的，创造性的完成设计的工作。三、计划进度：接受设计任务：1天收集资料：3天制定设计方案提交设计开题报告：5天设计计算：25天设计图纸

4、绘制：15天编制说明书：4天答辩：2天合计：55天四、主要参考文献：塔设备设计化工容器及设备简明设计手册化工设备设计基础化工工艺设计手册化工过程设计化学工程手册无机化工工艺学合成氨生产工艺指导教师（签名）：科学技术化学工业化学工业化学工业化学工业化学工业交通大学化学工业年 月 日教研室审核意见：（建议就任务书的规性；任务书的主要容和基本要求的明确具体性；任务书计划进度的 合理性；提供的参考文献数量；是否同意下达任务书等方面进行审核。）教研室主任签名:注：任务书必须由指导教师和学生互相交流后，由指导老师下达并交教研室主任审核后发给 学生，最后同学生毕业论文等其它材料一起存档。成绩评定2成绩评定说

5、明：产、产、r，Z一、答辩前每个学生都要将自己的毕业设计（论文）在指定的时间内交给指导:;教师和评阅教师，由指导教师和评阅教师审阅，写出评语并评分。:JT，i二、答辩工作结束后，答辩小组应举行专门会议按学校统一的评分标准和评分办;法，在参考指导教师和评阅教师评定结果的基础上，评定每个学生的成绩。系;，对专业答辩小组提出的优秀和不及格的毕业设计（论文） ，要组织系级答辩，最;f终确定成绩，并向学生公布。:£iJ三、各专业学生的最后成绩应符合正态分布规律。J7四、具体评分标准和办法见河南城建学院毕业设计（论文）工作管理规程。:毕业设计（论文）成绩评定班级姓名学号综合成绩:分（折合等级答辩

6、小组组长签字指导教师评定意见、评语:、评分:（1）理工科评分表评分项目工作态度与纪 （M/业设计（论文） 律成任务情况与水4阴）皴据处理 平文字表达（1吩）,基础理论和（2吩）基创新能大 （28）合计(106评分评分项目文献阅读与文献约（28）（述外文翻译 （1吩）论文撰写质 （48）学习态居（1吩）论证能力与创（2吩）新合计（10对评分（2）文科评分表指导教师签字:年月日评阅教师评定意见、评语:、评分:评分项目规化程度 （M数据处理、文字: （1吩）质量 回在确，温理性 创造性、实用， （40分）成果的技术水: 具科学性、系统）（4吩）篇）评分评阅教师签字：答辩小组评定意见、评语:、评分:评

7、分项目完成任务情?（2吩）已毕业设短文质量 （4吩）表达情访 （1吩），回答问题情（2吩）兄 合计（10断）评分答辩小组成员签字：毕业答辩说明,为答辩做好准备,1、答辩前，答辩小组成员应详细审阅每个答辩学生的毕业设计（论文） 并根据毕业设计（论文）质量标准给出实际得分。2、严肃认真组织答辩，公平、公正地给出答辩成绩。3、指导教师应参加所指导学生的答辩，但在评定其成绩时宜回避。4、答辩中要有专人作好答辩记录。设计说明本设计采用水溶液全循环法，使用氨和二氧化碳直接合成尿素，是将未转化成尿素的氨和二氧化碳经减压加热和分离后，用水吸收生成甲铵或碳酸铵水溶液，然后全部返回合成系统循环利用， 原料氨利用率

8、可达97%以上。水溶液全循环法主要包含以下步骤： （ 1）二氧化碳的压缩与净化， （ 2）氨的输送及尿素的合成， （ 3）循环回收，（ 4 ）尿素溶液加工，（ 5 ）工艺冷凝液的分配及解吸等个步骤进行合成尿素，并围绕如何调高二氧化碳二氧化碳的转化率，减少循环量，降低能耗以及提高尿素质量来进行。首先进行工艺流程分析并根据工艺参数及有关标准进行尿素合成塔和冷凝器的物料、热量衡算；其次就解吸塔等设备利用传质传热方程、溶液物性数据等方面的知识进行塔体的总体结构设计和计算， 设计出解吸塔塔径0.8m， 塔高 11.16m；然后对解吸塔进行了必要的强度校核；最后绘制了主设备图和工艺流程图。关键词 ：尿素合

9、成，水溶液全循环法，物料衡算，热量衡算，设备计算Design descriptionThis design uses a total recycle of the aqueous solution, the use of ammoniaand carbon dioxide, the direct synthesis of urea, is not converted into urea, ammoniaand carbon dioxide, water absorption after decompression heating and separation to generate ammon

10、ium or ammonium carbonate aqueous solution, and then all return to the cycle of synthesis systemutilization of the raw material ammoniautilizationup to 97%. Full circulationof theaqueous solution of fat consists mainly of the followingsteps: (1) carbondioxide compression and purification, (2) delive

11、ry of ammonia and urea synthesis, (3) recycling, (4) of the urea solution processing, (5) process condensate distribution and desorption step synthesis of urea, and focus on how the conversion rate of increase in carbon dioxide carbon dioxide, reducing the circulation rate, reduce energy consumption

12、 and improve urea quality.Process analysis of the first materials in accordance with the process parameters and standards within the urea reactor and the condenser heat balance; followed by the desorption tower and other equipment used to heat and mass transfer equations, the solution property data

13、and other knowledge of tower body the overall structural design and calculations, design the desorption Tata diameter 0.8m high tower, 11.16m; desorbers the necessary strength check; finally draw the master map and process flow diagram.Key words: urea, water solution full recycles method, material b

14、alance, heat balance calculation, equipment主要符号说明 1 引 言iv11.1 尿素的物化性质和用途 11.1.1 尿素的物理性质 11.1.2 尿素的化学性质 11.1.3 尿素的用途11.2 尿素的生产方法简介 21.2.1 水溶液全循环法 21.2.2 CO 2气提法 21.3 两种方法的比较31.3.1 水溶液全循环尿素工艺的优、缺点 31.3.2 CO 2汽提法尿素工艺的优、缺点 41.3.3 尿素的发展前景与展望41.4 水溶液全循环法流程介绍 52 工厂设计条件与总平面布置2.1 工厂设计条件92.1.1 原材料及辅助物料的资源条件92

15、.1.2 公用工程概述92.1.3 劳动力资源条件92.2 总平面布置92.2.1 总平面布置的基本原则 92.2.2 总平面布置概述 10123 化工工艺设计3.1 设计基础数据123.1.1 设计条件： 123.1.2 产量及产品质量133.2 主要工艺控制指标133.2.1 二氧化碳压缩机133.2.2 二氧化碳净化 133.2.3 尿素合成塔133.2.4 一段分解 133.2.5 一段吸收 143.2.6 惰气洗涤器143.2.7 二段分解 143.2.8 二段吸收 143.2.9 闪蒸槽 143.2.10 一段蒸发 143.2.11 二段蒸发 143.2.12 解吸 143.3 物

16、料平衡计算143.3.1 设计条件的确定143.3.2 二氧化碳压缩系统： 153.3.3 尿素合成塔163.3.4 一段分解系统173.3.5 二段分解系统183.3.6 闪蒸槽 193.3.7 一段蒸发器203.3.8 二段蒸发器203.3.9 熔融尿素输送及造粒包装系统213.3.10 一段蒸发冷凝器223.3.11 二段蒸汽冷凝器223.3.12 中间冷凝器243.3.13 系统水平衡及其分配243.3.14 二循一冷器293.3.15 二循二冷凝器303.3.16 氨冷凝器 303.3.17 惰性气涤塔 313.3.18 尾气吸收塔 313.3.19 解吸系统 323.3.20 一段

17、吸收系统323.4 热量平衡计算343.4.1 尿素合成塔343.4.2 解吸塔 363.4.3 氨冷凝器 373.4.4 氨预热器 383.4.5 CO 2压缩系统 38404 设备工艺计算4.1 尿素合成塔计算404.2 解析塔的计算414.2.1 计算依据 414.2.2 塔板数的计算424.2.3 塔径及附属设备计算444.2.4 流体力学计算47设计结果 50参考文献 52致 53附 录 54主要符号说明A传热卸积，mhw堰晨j度,mA每根管子的沸腾面积,m2K传热半数kJ/(m ? s? -C)A液流回积，mKc阻力系数A降液管截卸积，mL液流量 m3/hA全塔截卸积，mL'

18、;流道长度mAw全塔截卸积，mLi流体沿管周的喷淋密度kg/(m ? s)A液相流经堰时的最窄断面,m2Ls液相流重m /sB折流板间距，ml管长 mCP液体的比热容，KJ/(kmol?二C)l堰长mD塔径，mlw堰长mde当量直径，mm每层塔板泡罩个数di管径，mmi换热器换热管垂直列数do管外径，mn换热管总数或塔板数E液流收缩系数，ne壳体中心线上排列管数Ez雾沫夹带量,kg/kg 气,Nu努赛特准数F流道自由界面，m 2P压力MpaF'动能因素，P普兰特准数Fi泡罩开气管面积,m2Q设备设负荷kJ/hF4泡罩的齿缝总面积,m2q单位热负何Kj/(m ? s)Ft温度校正系数，R

19、污垢热阻 m 2? s?二C/kJG气体的重量速度，kg/( m 2? s)Ri弯管的曲率半径,MG尿素生产能力， t/hm? s?二C/kJR冷流体侧的污垢热阻,H管子高度，mRe雷诺准数，HT踏板间距，mRh热流体侧的污垢热阻,m2? s?二C/kJH降液营液层图度m儿流体密度kg/m 3h齿缝高，mr'梯形的顶边与底边之比ho降液管底部至卜一块踏板的距离,mrh水力半径mhi有效液层阻力，m液柱九液相密度kg/m 3h2蒸汽冷凝热，kJ/kg九气相密度kg/m 3ha泡罩的局部阻力，m液柱hd液相流出降液管的局部阻力，m液柱hd41降液管底部的阻力，m液柱h d2堰的阻力，m液柱

20、hds动液封，m 液柱 hhow堰上溢流高度,m hhr泡罩帽缘安全高度,mhhss静液封， mhhw 泡罩下缘距踏板间距,m tA进出口堰之间的液面梯度,mAt有效平均温差七3A P压力降 kg/cm' 一T他的积液排空时间S9塔的倾斜角度入流体导热系数kJ/( m 2? s?%)f堰顶端到降液管液面的距离,mp通过每层塔板的气相总压降，m液柱s齿缝开度，mt外堰高度， m冷流体平均温度，二cAT热流体温差， 气At '两流体之间的温度差，(T液体在降液管中的停留时间,S表面力N/h6光壁厚度 m世流体粘度kg ? s? /m21引言1.1 尿素的物化性质和用途1.1.1 尿

21、素的物理性质尿素分子量60.06 ,因最早由人类及哺乳动物的尿液中发现，故称尿素。纯 净的尿素为无色、无味针状或棱柱状晶体，含氮量为46.6%,工业尿素因含有杂质而呈白色或浅黄色，工业或农业品为白色略带微红色固体颗粒无臭无味。固体尿素相对密度，2040C, 1.335g/cm3。熔点，标准大气压下，132.7 C。 超过熔点则分解。尿素较易吸湿，贮存要注意防潮。尿素易溶于水和液氨，其溶 解度随温度升高而增大。1.1.2 尿素的化学性质尿素分子式：CO (NH)2尿素结构式：(1)尿素的酸碱性 尿素呈微碱性，可与酸作用生成盐，但因其碱性较弱， 不能使一般的指示剂改变颜色。(2)尿素的水解反应 尿

22、素的水解反应，最初是尿素转化为氨基甲酸俊，而 后形成碳酸俊，最后分解成氨和二氧化碳：CO NH 22H 2O = NH 4COONH 2NH4COONH 2 H2O = NH 4 2CO3NH4 2CO3 = NH3 CO2 H 2O总反应式为：CO NH 2 2 2H 2。-2NH3 CO2 H2在60c以下尿素在酸性、碱性或中性溶液中不发生水解反应。 但是随着温度 的升高，水解速率加快，水解程度增大。(3)尿素的缩合反应 纯尿素在加热到或者接近熔点时，开始呈不稳定性， 发生缩合反应，生成缩二月尿、缩三月尿和三聚氟酸等物质。1.1.3 尿素的用途尿素是一种高浓度氮肥，属中性速效肥料，也可用来

23、生产多种复料。在土壤 中不残留任何有害物质，长期施用没有不良影响，但在造粒中温度过高会产生少量缩二月尿，又称双缩月尿，对作物有抑制作用。我国规定肥料用尿素缩二月尿含量应 小于0.5%。缩二月尿含量超过1%寸，不能做种肥，苗肥和叶面肥，其他施用期的尿 素含量也不宜过多或过于集中。尿素是有机态氮肥，经过土壤中的脲酶作用，水解成碳酸铵或碳酸氢铵后，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。尿素属中性速效肥料，长期施用不会使土壤发生板结。其分解释放出的CO2 也可被作物吸收，促进植物的光合作用。在土壤中，尿素能增进磷、钾、镁和钙的有效性，且施入土壤

24、后无残存废物。1.2 尿素的生产方法简介生产尿素的方法有很多种， 20 世纪 60 年代以来， 全循环法在工业上获得普遍采用，最常用的是水溶液全循环法生产尿素和二氧化碳气提法生产尿素。合成氨生产为NH和CO直接合成尿素提供了原料。由 NH和CO合成尿素的总反应为：2NH+COHCO(NH)2+HO=该反应是放热的可逆反应，转化率一般为5070%因此从合成塔出来的尿素溶液中除了尿素外，还有氮和甲铵。按未反应物的循环利用程度，尿素生产方法可分为不循环法、半循环法和全循环法三种。依气提介质的不同，分别称为二氧化碳气提法、氨气提法、变换气气提法。依照分离回收方法的不同主要分为水溶液全循环法、气提法等。

25、按气提气体的不同又可分为二氧化碳气提法、氨气提法、变换气气提法。1.2.1 水溶液全循环法20 世纪 60 年代以来， 全循环法在工业上获得普遍采用。 全循环法是将未转化成尿素的氨和二氧化碳经减压加热和分离后。全部返回合成系统循环利用，原料氨利用率达97%以上。全循环法尿素生产主要包括四个基本过程： 氨和二氧化碳原料的供应及净化；氨和二氧化碳合成尿素；未反应物的分离与回收；尿素溶液的加工。1.2.2 CO 2气提法所谓气提法就是用气提剂如 C8氨气、变换气或其他惰性气体，在一定压下加热，促进未转化成尿素的甲铵的分解和液氨气化。气提分解效率受压力、温度、液气比及停留时间的影响，温度过高会加速氨的

26、水解和缩二脲的增加，压力过低，分解物的冷凝吸收率下降。气提时间愈短愈好，可防止水解和缩合反应。故气提法是采用二段合成原理，即液氨和气体CO2 在高压冷凝器进行反应生成甲铵，而甲铵的脱水反应则在尿素合成塔中进行。实际上，为了维持合成尿素塔的反应温度，部分甲铵的生成留在合成塔中，而不是全部在高压冷凝器中完成。1.3 两种方法的比较1.3.1 水溶液全循环尿素工艺的优、缺点水溶液全循环法是将未反应的氨和二氧化碳, 经减压加热分解分离后，用水吸收生成甲铵或碳酸铵水溶液再循环返回合成系统。我国尿素厂多数采用水溶液全循环法。水溶液全循环尿素工艺生产装置的静止高压设备较少，只有尿素合成塔及液氨预热器为高压设

27、备，其它均为中压和低压设备，所以该尿素工艺生产装置的技术改造比较容易、方便，改造增产潜力较大。氨碳比控制的较高，一般摩尔比为4.0 左右，工艺介质对生产装置的腐蚀性较低，由于氨碳比控制的较高，二氧化碳气体中氧含量控制的较低，并且尿素合成塔操作压力为19.6MPa,操作温度为188190，所以水溶液全循环生产尿素工艺中二氧化碳转化率较高，一般能达到42%-68%，经过尿素合成塔塔板的改造，有的企业已经达到68%以上。由于该工艺高压设备较少， 高压系统停车保压时间可以达到24h， 所以生产装置的中小检修一般可以在尿素合成塔允许的停车保压时间完成，减少了高压系统排放的次数，降低了尿素的消耗。由于氨碳

28、比控制的较高，中低压分解系统温度控制适当，尿素产品质量较容易控制，一般可以控制在优级品围。水溶液全循环尿素工艺可靠、设备材料要求不高、投资较低。缺点是：水溶液全循环尿素工艺生产装置的工艺流程较长，在操作调节方面不如CO2 气提法生产尿素工艺简单、方便。由于氨碳摩尔比控制得较高，一般稳定在 4.0 左右，并且未反应生成尿素的氨和二氧化碳气体全部要经过低压、中压循环吸收系统回收后再返回到尿素合成塔，液氨泵和一段甲铵泵的输送量比较多，所以该工艺中液氨泵和一段甲铵泵的台数较多，动力消耗较多。由于该工艺高压系统的操作压力高达19.6 MPa,并且一段甲钱液的工艺要求温度高达90c左右，所以一段甲铵泵和液

29、氨泵的运行周期较短、检修维护时间较多、维修费用较高。二氧化碳气体压缩机由于出口压力高达20.0MPa,比CO汽提法高5.0MPa,故其运行周期也相对较短、维修工作量较多、维修费用较高。水溶液全循环尿素工艺的另一个缺点就是，目前国在运行的生产装置大多为年产（1020） X104t/a（经过改造后的生产能力 ） ，也有个别厂家经过双尿素合成塔改造后达到了年产 3010 吨，最近化工规划也设计了年产 3040 万吨尿素的水溶液全循环法生产尿素的装置，但从单套装置的设计生产能力来说， 相对于CO2 气提法生产尿素工艺的装置还相差较远。1.3.2 CO 2汽提法尿素工艺的优、缺点气提法是利用某一气体在与

30、合成等压的条件下分解甲铵并将分解物返回合成系统的一种方法。气提法是全循环法的发展，具有热量回收完全，氨和二氧化碳处理量较少的优点。此外，在简化流程、热能回收和减少生产费用筹方面也都优于水溶液全循环法是尿素生产发展的一种方向。CO2 气提法尿素工艺生产装置的工艺流程较短，在操作调节方面比较简单、方便。能耗低、生产费用低。该工艺的特点是采用共沸物下的 CO(NH)2摩尔比为2.89作为操作控制最佳指标进行操作，大部分未反应生成尿素的氨和二氧化碳在高压系统循环继续反应生成尿素，只有较少部分的氨和二氧化碳需要在低压部分进行回收，液氨泵和甲铵泵的输送量比较少，所以该装置中液氨泵和甲铵泵的台数较少，动力消

31、耗较少，并且该工艺高压系统的操作压力较低，为 13.514.5MPa,使液氨泵和甲铵泵的运行周期较长，维修费用较少。该工艺能够回收较高品位的甲按反应热，除本系统加热使用外还可剩余少部分富裕低压蒸汽供外系统使用。CO2气提法尿素的另一个优点就是，生产装置的生产能力的围较宽，运行都很正常稳定。并且荷兰斯塔米卡邦公司最近几年又对该工艺进行了大量研究工作，开发出了单套装置年产100X 100t/a尿素的尿素池式冷凝器技术。与传统高压甲钱冷凝器不同的是，池式冷凝器可提供一定的停留时间，使甲铵生成尿素的反应在此可达到反应平衡的60%80%， 使生产装置产能在原设计能力的基础上翻一番，并且尿素主框架高度降到

32、40m以下，使操作更加方便、动力消耗又有所降低。缺点：CO2 气提法生产尿素工艺装置的静止高压设备较多，有尿素合成塔、高压二氧化碳气提塔、高压甲铵冷凝器、高压洗涤器四大主要设备，它们是CO2 气提法尿素工艺生产装置的核心，其它均为低压设备，所以该尿素工艺生产装置的技术改造比较困难，改造增产潜力较小。高压二氧化碳气提塔加热需要的蒸汽品质较高，为2.5MPa,不如水溶液全循环尿素需用的蒸汽压力低。1.3.3 尿素的发展前景与展望尿素的合成是第一次用人工方法从无机物制得有机化合物。 1773 年 Rouelle在蒸发人尿时第一次发现尿素； 1824年， Prout 通过分析得出尿素的实验式； 182

33、8年德国化学家 Wohler在实验室以氟酸和氨制的尿素；1932年美国杜邦公司用直接合成法制取尿素氨水，在1935 年开始制造固体尿素，之后又出现了制备尿素的其他方法，包括光气与氨反应、CO2 与氨反应、氰胺化钙水解等，由于种种原因，最终都未能实现工业化；唯一成为当代尿素工业化基础的是由氨和二氧化塔合成尿素的反应。 1932 年，美国 DUPont 公司用氨和二氧化碳直接合成尿素并副产氨水；1935 年开始生产固体尿素并将未转化物循环回收，逐步形成全循环法工艺。20 世纪 50 年代世界各国推出多种溶液全循环工艺流程， 类型有： 热气循环法；悬浮液循环法；气体分离循环法；水溶液全循环法等。其中

34、，仅水溶液全循环法成功获得了工业应用：未反应的氨和二氧化碳以气态形式与尿素水溶液分离后，用水吸收为水溶液，再用泵送回系统。其工艺包括气液分离、液体吸收、气体冷凝几个步骤。当时工业化应用较成功的技术有美国Chemico法、Du Pont法和瑞士的Incenta法。另外，法国 Pechiney 推出未反应物以不同溶剂选择性吸收循环流程。20 世纪 60 年代， 尿素工业发展的特点是： 其一， 尿素装置趁于单系列大型化，装置能力达到 1000t/a1500t/a ；其二，气提法工艺被广泛采用。气提法是针对水溶液全循环法的缺点而开发的一种工艺，其实质是在与合成反应相等压力条件下，利用一种气体通过反应物

35、系（同时伴有加热）是未反应的氨或二氧化碳被带出。因此，先后出现了二氧化碳气提法（由 Stamiearbon 开发，使尿素生产的能耗大为降低） ；氨气提法（由意大利 SnamProgetu 开发） ， 1966年建成第一个氨气提法尿素工厂；日本Toyo Koatsu全循环改良C法（合成压力高达25MPa温度为200C , 转化率72%和D法；美国的UTI热循环法。20 世纪 80 年代之后，二氧化碳气提法和氨气提法得到进一步改进、完善；同时世界上著名的尿素公司还开发了其他的先进工艺：意大利的等压双循环工艺（Isobaric Double Recycle ,简称IDR）；日本TEC/TMCF发了降

36、低成本和节能新 流程ACE（S Advancde Process for Cost and Energy Saving ） 新工艺； 瑞士 AmonniaCasale 开发了分级处理合成液的气提法分流工艺等。 与原有二氧化碳气提法相比，具有以下特点：一是采用了新型高效的塔盘；二是开发了卧式池式冷凝器取代原立式高压冷凝器；三是降低了尿素主框架的高度；四是增设了二氧化碳脱氢装置，使二氧化碳气中氢气体积分数由约0.5%降到了 50X 0.05以下，确保尿素洗涤系统安全运行。1.4 水溶液全循环法流程介绍水溶液全循环法生产工艺流程详见图 , 流程说明如下:（1）二氧化碳的压缩与净化：原料二氧化碳经一二

37、段压缩到0.981 1.128MPagfi）,冷却除油除水后，送往二氧化碳净化工序，经脱硫后，净化气体经三 、四、五段压缩至20.69（绝），约125c送往尿素合成预反应器.（2） 氨的输送及尿素的合成: 原料液氨经液氨过滤器后 , 与循环液氨共同进入液氨缓冲器, 经液氨泵加压至20.69（ 绝）, 送往液氨预热器, 被蒸汽冷凝液加热至约70 , 送往预反应器.原料二氧化碳气体、液氨和循环回来的一段甲钱液在预反应器中混合后，送往尿素合成塔的底部，其组成为NH3/CO24.1（摩尔比），H2O/CO20.65（摩尔 比），在19.712MPa（绝）,188 C的合成条件下，经过足够的停留时间,约

38、有64%勺的 CO2 转化为尿素. 反应熔融物自塔顶排出 , 尿素合成塔的压力由出口压力调节阀控制.（3） 循 环 回 收 尿 素 合 成 塔 的 反 应 熔 融 物 经 出 口 压 力 调 节 阀 减 压 至 1.765MPa（绝），进入一段分解塔的顶部，在此分理出闪蒸气体后，溶液自流至中部 蒸馏段 , 与一段分解加热器来的热气体逆流接触, 进行换热蒸馏 , 使液相中的部分甲钱与过剩氨分解、气化进入气相，同时气相中的部分水蒸气冷凝尿素溶液自蒸 储段下部进入一段分解加热器，在此约有88%勺甲钱分解，约155160c的气液混 合物上升分解塔底部分离为两相 , 液相自塔底排出 , 经减压送往二段分

39、解塔, 气相自下而上的通过蒸馏段自塔顶排出 , 送往一段蒸发段进行热能回收 .一段分解系统的防腐气体自一段分解加热器的尿液入口管道上补入 .一段分解气与二段甲铵液在一段蒸发器的热能回收段混合后 , 部分冷凝 , 气液 混合物进入一段吸收冷凝器, 进一步冷凝后 , 进入一段吸收塔进行吸收, 塔底排出的一段甲铵液, 经一段甲铵泵加压后送至尿素合成预反应器, 塔顶排出的气体进入氨冷凝器 , 在此冷凝的氨送往液氨缓冲槽, 未冷凝的气体进入惰气洗涤器, 被来自二循二冷凝器的氨水吸收 , 尾气减压送至尾气吸收塔 , 浓氨水送至吸收塔的顶部 .一段分解塔排出的尿素溶液，减压至0.250.392MPagfi）

40、,送至二段分解塔 的顶部，与二段分解加热器来的热气体逆流接触，被蒸汽加热到135140C,尿素 溶液中残存的甲铵与过剩氨在此基本气化进入气相 , 气液混合物分离后 , 溶液减压 送至闪蒸槽, 气体自顶部排出 , 与来自解吸系统的解吸气混合后进入二循一冷凝器在此 , 被蒸发冷凝液吸收, 生成的二段甲铵送往一段蒸发的热能回收段. 出二循一冷凝器的气体在二循二冷凝器继续被蒸发冷凝液吸收 , 生成的氨水由氨水泵送往 惰气洗涤器, 尾气去尾气吸收塔.惰气洗涤器尾气与二循二冷凝器尾气混合后进入尾气吸收塔被蒸发冷凝液吸收 , 溶液送至碳氨储槽, 尾气放空 .（4）尿素溶液加工：二段分解塔排出的尿素溶液减压至

41、约0.044MPagfi）后进入闪蒸槽，在此气液分离，约74%勺尿液送往一段蒸发器，在约0.033MPa（绝）下，尿素 溶液经热能回收段和蒸汽加热段被加热到130 , 浓度约96%.溶液进入二段蒸发器在约0.033MPa（绝）,140 C下浓缩得到含水0.5%的熔鬲4尿素，由熔融尿素泵送往造 粒塔 . 闪蒸气与一段蒸发气均送往一段蒸发冷凝器, 未凝气放空 .二段蒸发气与进入二段蒸发冷凝器, 未凝气进入中间冷凝器, 继续冷凝 , 未凝气放空 .(5)工艺冷凝液分配与解吸：碳氨液槽分为一段蒸发冷凝液室、二段蒸发冷凝 液室和碳氨液室.二段蒸发冷凝液贮存于二段蒸发冷凝液室，由蒸发冷凝液泵送往二循一冷凝

42、 器和二循二冷凝器，不足部分引入一段蒸发冷凝液.一段蒸发冷凝液与中间冷凝液贮存于一段蒸发冷凝液室 ,由尾气吸收泵送入 尾气吸收塔顶作为吸收液，尾气吸收塔底部得到的碳氨液送至碳氨液室 .系统各处 的排放液也进入碳氨液室.碳氨液由解吸泵送至解吸换热器，与来自解吸塔底部的解吸废液进行换热后 进入解吸塔上部，经蒸储后，塔顶得到的气体，进入解吸冷凝器，部分冷凝，冷凝液 返回解吸塔顶部作为回流液，气相进入二循一冷凝器，解吸废液经换热器回收热量 后，排往污水处理装置.附图：工艺流程图氨基甲酸镂液去回收系统图3-1水溶液全循环法合成尿素示意流程图1-预反应器；2-尿素合成塔；3-预分离器；4-中压循环加热器；

43、5-中压循环 分离器；6-精储塔；7-低压循环加热器；8-低压循环分离器；9-闪蒸槽；10-尿素 贮槽；11-尿素溶液泵；12-一段蒸发加热器；13-一段蒸发分离器；14-二段蒸发 加热器；15-二段蒸发分离器；16-熔融尿素泵； 17- 造粒塔经过加压预热的原料液氨与经压缩后的原料二氧化碳气及循环回收来的氨基甲酸铵液一并进入预反应器。在预反应器氨与二氧化碳反应生成氨基甲酸铵，在进入尿素合成塔，在塔氨基甲酸铵脱水生成尿素。尿素熔融物从塔顶出来进入预分离器，将氨基甲酸铵和氨进行分离。氨基甲酸铵从预分离器底部出来进入中压循环加热器，用蒸汽加热进一步提高温度，促使残余氨基甲酸铵分解。气、液在低压循环

44、分离器分离。分离出来的尿液经减压至常压后，进入闪蒸槽，经减压后尿液中的氨基甲酸铵和氨几乎全部清除。自闪蒸槽出来的尿液进入尿液贮槽，用尿素溶液泵打入中压蒸发加热器及低压蒸发加热器，在不同真空度下加热蒸发，气、液分别在中压蒸发分离器及低压蒸发分离器分离。低压分离器出口尿液浓度达 99.7%（质量）以上，用熔融尿素泵打入造粒塔，经造粒喷头撒成尿粒，在塔低 得到成品尿素。预分离器、中压循环分离器、低压循环分离器及精馏塔顶部出来的氨和二氧化碳，进入回收系统。回收的氨与二氧化碳以液氨或氨基甲酸铵的形式返回合成系统循环使用。一段蒸发分离器、二段蒸发分离器及闪蒸槽出来的气体，大部分水蒸气和少量的氨去冷凝、真空

45、系统，回收残余氨后放空。2 工厂设计条件与总平面布置2.1 工厂设计条件2.1.1 原材料及辅助物料的资源条件本设计中主要原料是氨气和二氧化碳，而厂址将选市附近，邻近平顶煤田 , 因 此原料的来源极为方便。2.1.2 公用工程概述厂址选在市的郊区，有可靠的供电网，输、供电系统，附近有铁路、国道，交通便利，水力设施齐全 .2.1.3 劳动力资源条件厂区地处市郊区 , 并且与省会靠近, 因此人力资源极其丰富 .2.2 总平面布置2.2.1 总平面布置的基本原则（ 1） 总平面布置首先必须满足生产要求，以最大限度的保证生产作业线的连接、短捷、方便，从原料进厂到成品出厂，整个流程必须符合生产工艺要求，

46、力求做到流程线路畅通、连续、短捷、避免交叉进行 ，是各种物料的输送距离为最小。同时，应将水电汽等公用工程耗量大的车间，尽量集中布置，已形成负荷中心与供应来源靠近，是各种公用系统介质的工程管线减少和输送距离最短，达到节约能源。（ 2） 要能够充分结合场地优势、地位、地貌等有利条件，因地制宜，紧凑布置，节约土地，少占良田，少拆房屋，提高土地利用率。（ 3） 大多数厂房，特别是主要生产车间的布置，应考虑到日照方位和主导风向，保证自然通风，厂前区和防污染的车间放在上风向，产生粉尘、烟、热等的车间及易燃库布置在下风向。（ 4） 各车间之间注意满足防火、卫生等国家安全规定，各种厂房按性质分区集中。对易燃易

47、爆的各类储罐和由危险性的库房（油库、危险品库） ，应力求远离火源和人员往来集中地，一般应布置在厂区边缘，主导风向的下风向以及地势较低的地段。（ 5） 人流、物流各行其道，路线短捷，避免交叉。（ 6） 综合管线统筹安排，防止干扰，力求管线短，拐弯少。（ 7） 近期建设和远期发展相结合，主要生产车间留有适当的发展余地，但必须注意与城市建设和地域总体规划相适应，轻化工工厂变化较快，综合利用较广，加工深度较深，大多数工艺流程更新快，这要求在设计实现留有较大的预留地，以满足工厂发展变化的需要。（ 8） 为示踪平面图具有建筑艺术性，厂房形状要规则简单，是道路径直，厂房中心线保持垂直或平行。（9）采取各种措

48、施，提高建筑系数和场地利用稀疏。建筑系数一般为25%-40%场地利用系数一般为50%-60%这是总平面设计的主要技术经济指标。2.2.2 总平面布置概述（ 1）各车间布置: 以控制室为核心, 便于操作 .（ 2） 生产区布置：该尿素生产车间采用露天式生产模式，各工段按流程的顺序建设，本设计中呈U型。（ 3） 辅助车间布置：以生产车间为中心，根据总平面布置原则，综合各种因素对各个辅助车间布置如下：a 维修车间：远离厂区前，降低噪音污染，在主力生产车间附近，便于设备维修。b 锅炉房：布置在用蒸汽较多的地方，且是主导风向的下风向。c 变配电站：靠近电力负荷中心，缩短了电线路线，减少了投资，且在水处理

49、车间的上风向，煤堆场的平行风向。d 水处理车间：靠近负荷中心，处理每日生产车间所需的工业用水，并提供部分生活用水。（ 4） 运输设备布置：车库油库均布置在主干道边缘，道路设计为主力干道，宽 10米，行道每边各 1 米，车间引道 6米，这样有利于消防和道路的改造。（ 5） 堆场和仓库：布置在主导风向的下风向，置于厂区边缘，靠近主生产车间，且位于主力干道边缘。这样有利于原料或产品的进厂和出厂，且有利于火灾发生时，消防车的顺利到达出事地点。（ 6） 行政管理机构和福利区：办公楼位于厂前区且位于主导风向的上风向。（6）绿化和美化区：本厂的绿化包括生产区、福利区的绿化带。既有专门的绿化区，也有环绕厂房及

50、其他建筑物的绿化带。绿化带以草坪为主，路旁加种树木。这样，可使场区空气得以净化，噪音减小，美化和改善了环境的卫生条件，使本厂的小环境、小气候得以明显改善。注：为了不妨碍管道的布置及消防的要 求，各生产工段的周围不设绿化带。综上所述，平面布置有以下几个特点：1厂房建筑物的布置与生产工艺流程相适应。原料、半成品和成品形成整个 顺序，尽量保证流水作业，避免逆行和交叉；2锅炉房、水泵房、配电站等辅助车间尽量靠近其主要部门，以缩短期间距 离，节省投资；3 由前区到生产区主要干道，应避免与主要运输道路交叉；4尽量使大多数厂房向阳、背风、避免瓦斯等，尽可能使各厂区有条件采用 自然采光和自然通风等；5 按防火

51、规的要求，保证建筑物之间的距离，符合规定；6 根据卫生规的要求，保证厂区卫生符合规定；7根据环境发展的要求，生产区设在有废渣处理系统、废水处理系统、废气 处理系统等设施；8 考虑工厂今后的发展，在控制室附近留有建筑余地, 便于增设车间；9 尽量做到以生产区为轴线，再考虑辅助车间、行政楼和道路的安排。3.1 设计基础数据3.1.1 设计条件：3 化工工艺设计（1） 界区条件：设计年生产量10万吨尿素合成工艺（2） 原料液氨：纯度 99.5%（重量%）温度0 30含油量0 10Ppm数量：3.5t/h压力：2.06Mpa（绝）（3） 原料二氧化碳气体：纯度95.7%（体积，干基加防腐空气后）含氧

52、0.50.6%（体积，干基）硫化物：0.15g/m 3气体（气体状态0.101Mpa， 0）0.015g/m3 （进尿素合成塔，气体状态， 0.101Mpa,0）（4） 蒸汽：质量：含氯离子0 0.5ppm 温度：1919.92t/h（6） 冷却水：品质：氯离子& 0.5ppm（加缓冲剂后）压力： 0.1052Mpa（ 绝）温度： 3540 数量： 4.58t/h压力：1.275Mpa（ 绝 ） 数量：压力：进界区0.588Mpa（ 绝）污垢系数：3.44 X 10-4c.s/J出界区038稳定 性 ：70 以下数量 ： 1060 t/h（7） 脱盐水：质量：氯离子 5Xl0-3g/l出界区温度腐蚀性：出界区:0.294Mpa（ 绝）进界区0 32C,冬季不得低于20c70 以 下对碳 钢不锈 钢 无腐蚀0.49Mpa（ 绝）稳定性：90以下温度：进界区，常温，出界区，-80 C 压力：进界区0.49Mpa（绝）数量： 13t/h（8） 仪表空气：质量：无油，无水，无尘，无杂质露点：在最低压力下至少比环境温度低 10压力：0.5880.785Mpa（绝）温度：环境温度数量:245m3/h（气体