毕业设计（论文）-10吨每年尿素水溶液全循环法合成.doc

1 第一章第一章 合成尿素的工程设计背景与发展状况合成尿素的工程设计背景与发展状况 .2 1.1 课题的背景.2 1.2 我国合成尿素产业概况.2 第二章第二章 工程设计条件与总平面布置工程设计条件与总平面布置 .3 2.1 工程设计条件.3 2.1.1 原材料及辅助物料的资源条件.3 2.1.2 公用工程概述.3 2.1.3 劳动力资源条件.3 2.2 总平面布置.3 2.2.1 总平面布置的基本原则.3 2.2.2 总平面布置概述.4 第三章第三章 化工工艺设计化工工艺设计 .5 3.1 车间组成概述.5 3.2 车间生产综合叙述.5 3.2.1 车间概况及特点.5 3.2.2 车间工作制度.5 3.2.3 成品或半成品主要技术规格及标准（国家标准、行业标准）5 3.2.4 车间生产工艺流程叙述.6 3.3 工艺计算及工艺平衡表.7 3.3.1 物料衡算.7 3.3.2 热量衡算:24 3.4 主要设备选型以及设备一览表39 3.4.1 尿素合成塔39 3.4.2 二段蒸发器:41 3.4.3 一段分解加热器:43 3.4.4 中压吸收塔44 3.5 车间布置设计49 3.5.1 车间布置设计的意义49 3.5.2 车间布置的原则.49 3.5.3 车间布置设计与评述49 第四章第四章 安全生产及环境保护安全生产及环境保护 .51 4.1 安全生产原则51 4.2 生产物料的安全特性52 4.3 必要的安全保护装置53 4.4 三废排放及处理54 致致 谢谢 .55 2 第一章 合成尿素的工程设计背景与发展状况 1.1 课题的背景 尿素是固体氮肥中含氮量最高的肥料，理化性质较稳定，施后对土壤性质 没有影响，可施用于任何土壤和作物，可做根外施肥使用。同时尿素也是树脂、 塑料、炸药、医药、食品等工业的重要原料。随着工农业的发展，尿素的需求 量越来越大.尿素工业飞速发展的同时面临着巨大的挑战，我国尿素主要以煤和 天然气为原料，目前我国煤炭价格已取消双轨制完全市场化，煤炭成本每吨至 少增加 70 元到 80 元，2007 年煤炭价格有进一步上涨的可能性。天然气方面， 由于目前我国的天然气价格偏低，而化肥用天然气又是最便宜的，上涨的可能 性更大。因此，需要建立新的尿素生产工艺，提高原料和能量利用率，提高设 备利用率及单位产品投资利用率，使尿素产品的成本进一步降低，以适应全球 经济一体化的要求，从而使尿素技术进入了合成改造时代。 1.2 我国合成尿素产业概况 我国是尿素生产和使用大国，2005 年产尿素在 4400 万吨左右，国内尿素 生产方式主要有两类：汽提工艺和水溶液全循环法生产工艺，大型厂以氨和二 氧化碳汽提工艺为主，中小型厂则以水溶液全循环生产工艺为主，目前水溶液 全循环工艺生产的尿素约占全国产量的一半以上，与汽提工艺相比存在能耗高 的缺点，但水溶液全循环生产工艺在我国有长期生产经验，建厂投资少、设备 制造维护简单，并积累了丰富的操作经验。 1.3 需求预测与设计规模 由于这几年尿素市场行情比较好，新上市的尿素项目比较多，预计 2007 年 全国要增加新的尿素产能在 300 万吨左右，加上中石化多套大型尿素装置的煤 代油改造相继完工，2007 年新增的尿素产能至少在 400 万吨以上。2007 年全国 的尿素总产量预计将突破 5000 万吨大关，年增长率预计将超过 5% 根据我国加入 wto 的承诺，自 2006 年 12 月 11 日起，我国将向外商全面 开放化肥的批发和零售业务，国内化肥分销渠道的垄断局面从此被打破。2007 年我国将继续对尿素出口采取严厉的限制措施，出口政策同 2006 年一样没有变 化，预计 2007 年尿素出口量变化不大，全年的尿素出口总量估计在 100 万200 万吨的水平。进口方面，2007 年尿素进口配额是 330 万吨，同时我国 又将配额内进口关税税率由 4%下降到 1%，因此进口预计会有一定程度的增加， 但由于国内价格与国外尿素价格相比具有较大的优势，国外尿素很难大规模进 入我国，进口尿素对国内尿素市场的影响很小. 综合以上因素,建立一个年产 10 万吨的尿素生产工厂是合适的. 3 第二章 工程设计条件与总平面布置 2.1 工程设计条件 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，而厂址将选天津市附近，邻近大港 油田,因此原料的来源极为方便。 2.1.2 公用工程概述 厂址选在天津市的郊区，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 厂区地处天津市郊区,并且与首都北京靠近,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， 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 4 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。 （3） 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。 （4） 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。 （5） 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 5 然采光和自然通风等； 5 按防火规范的要求，保证建筑物之间的距离，符合规定； 6 根据卫生规范的要求，保证厂区内卫生符合规定； 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。 另外 ，总平面布置图右上方会有风向玫瑰图，下方会有明细 本图采用 1：500 的比例。 第三章 化工工艺设计 3.1 车间组成概述 车间设有压缩机房,原料预处理车间,尿素生产车间,以及产品包装车间.其中 尿素生产车间采用露天式。 3.2 车间生产综合叙述 3.2.1 车间概况及特点 其中尿素生产车间采用露天式.其虚拟车间规模为 12*30,主要塔设备放置在 虚拟车间外,从该车间出来的为尿素浓缩液，直接进入造粒塔进行造粒。合成尿 素采用的是水溶液全循环法。水溶液全循环法是利用水吸收未生成尿素的氮和 二氧化碳,以碳酸铵或氨基甲酸铵溶液的形式进行循环,具有动力消耗低,生产流 程简单,投资较低等优点. 3.2.2 车间工作制度 本厂采取连续工作制 法定节假日:五一、十一、春节放假约 15 天 由于尿素成品为固体，生产工序需高温处理，造粒及其它较低温工段会出 现固结、堵塞现象，因此需停机维修频率较高，本厂采取季度维修制（即 3 个 月维修一次）维修时间约为：旺季 7 天（冬、春两季） ，淡季 12 天（夏、秋两 季） 。 工作日=365-节假日-维修日 =365-15-50 本厂采取三班制（分早 7：30-午 4：00；午 3：30-晚 12：00；晚 11：30- 早 8：00） ，因生产需要采取连续工作，周末不休息，但本厂提倡员工采取倒班 互助，打造良好和谐工作气氛。 3.2.3 成品或半成品主要技术规格及标准（国家标准、行业标准） 6 质量标准：国家标准 gb 2440-2001 工 业 用农 业 用 指 标 名 称 优等一等合格优等一等 合 格 颜色白 色白色或浅色 总氮(n)含量(以干基计)， % 46.346.346.346.346.346.3 缩二脲含量，%0.50.91.00.91.01.5 水分(h2o)含量，%0.30.50.70.50.51.0 铁含量(以 fe 计)，%0.00050.00050.0010 碱度(以 nh3 计)，%0.010.020.03 硫酸盐含量(以 so)4-2计)， % 0.0050.0100.020 水不溶物含量，% 0.0050.0100.040 粒度( 0.852.80mm)， % 909090909090 3.2.4 车间生产工艺流程叙述 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段压缩到 0.9811.128mpa(绝),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 125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铵液在预反应器中混合后,送 往尿素合成塔的底部,其组成为4.1(摩尔比), 0.65(摩尔 32 /nhco 22 /h o co 比), 在 19.712mpa(绝),188的合成条件下,经过足够的停留时间,约有 64%的的 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 2 co 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 铵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馏 段下部进入一段分解加热器,在此约有 88%的甲铵分解,约 155160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,经减压送往二段分解塔,气相 7 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 0.250.392mpa(绝),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 135140,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内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约 0.044mpa(绝)后进入 闪蒸槽,在此气液分离,约 74%的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下浓缩得到含水 0.5%的熔融尿素,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 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,经蒸馏后,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. 3.3 工艺计算及工艺平衡表 3.3.1 物料衡算 计算基准:以一吨尿素为基准. 成品规格:含氮量 46%(折合尿素 98.5%)(其中未含缩二脲含氮量) 缩二脲 1.0% 水 0.5% 尿素消耗定额: 8 3 2 2 22 nh :600 :785 1. kg cokg co coco 2 2 每吨成品尿素氨损失: 600-985 2 17/ 60-10 3 17/ 103=36. 882kg 每吨成品尿素二氧化碳损失: 785-985 44/ 60-10 2 44/ 103=54. 123kg 压缩系统: 的组成: 95. 7% n 3. 8% o 0. 5% 2 2 o co co 2 h p=0. 0056m pa 气体的五段入口压力: 7. 944m pa 温度: 40c 气体的五段出口压力: 20. 595m pa 温度: 125c 222 2 2 2 2 2 : :785/17.8409 :17.84090.5/95.70.0932/2.982 :17.84093.8/95.70.7084/19.836 :7852.98219.836 coon co cokgkmol okmolkg nkmolkg commm 计算 (1)进入二氧化碳压缩系统的干气体量: 干= 807. 818kg/ 18. 6425km ol 2 (2):co 气体带入水量 ， 2 /()18.6425 0.0056/(0.10130.0056) cooo mp 22 干hh pp 2 2 2 2 2 : :48.069 :0.182 :1.215 :18.555 co cokg okg nkg h okg (3)损失量 9 22 22 22 22 2 2 2 2 :78548.069736.93/17.7484 :2.9820.1822.8/0.0875 :19.836 1.21518.621/0.665 18.848 18.5550.293/0.0163 coco oo nn hh co commkg ommkg nmmkg mmkg 总损失 总损失 总损失 o 总o 损失 压缩后气体量: km ol km ol km ol 含水量:km ol 压缩机 2 co入口质量/kg压缩机出口 2 co质量/kg 2 co 785 2 co 736.931 2 o 2.982 2 o 2.8 2 n 19.836 2 n 18.621 2 h o 18.848 2 h o 0.293 2. 尿素合成塔: 3222 2 32 nh /4.1 nh /3.121 coo co co cokg h/=0. 65 压力: p=19. 712 温度: t =188 c 转化率: 64% 循环回来的一段甲铵液: 含尿素: 4. 598 :985kgkg(1)每吨成品尿素含尿素 含缩二脲: 10 260/10311.65 :12.1 : kg kg 生成缩二脲消耗尿素: 10 水解及损失尿素 尿素合成塔出口尿素 98511.6512.11008.75kg (2):循环回来的甲铵液 : 2 222 44/0.64736.921 commm cococo kg 总原料 =nu r =1008. 75 44/ 60 0. 64 =418. 928 10 32 222 3nh 2 nh :3.121 17 3.121 17/44 : 18 0.65/0.640.293 :4.598 co h ohh mn kg o mmm kg kg o 总o 原料 u r =418. 928 =5058. 161 h- =n =1008. 75 18 0. 65/ 60 0. 64-0. 293 =307. 061 尿素 (3)入塔液氨: 33 nhnh 1008.75 4.1 17/60 0.64505.161 1325.825 mm kg 总一段 :600 :29.294 : 60029.294570.706 kg kg kg 原料氨消耗定额 损失氨 入塔原料液氨 : mm 入塔液氨入塔原料液氨 循环液氨 =1325. 825-570. 706 =755. 119kg 出塔气液混合物 : mm mmm 222 出口尿素一段尿素 2一段c o原料c o消耗c o 尿素: =1008. 75+4. 598 =1013. 348kg c o =736. 961-418. 928-739. 75 =416. 109kg 11 mmm mmm 333 222 3一段n h原料n h消耗n h 2一段h o原料中h o生成h o 22 n h: =1325. 825+505. 161-571. 625 =1259. 361kg ho : =0. 293+307. 061+302. 625 =609. 979kg o: 2. 8kg n: 18. 621kg / 3 n hkg/ 2 c okg/ 2 hokg/ 2 okg/ 2 nkg 尿素/kg 入塔原料1325.825736.9310.2932.818.621 一段甲铵505.161418.928307.061 4.598 出塔物料1259.361416.109609.9792.818.6211013.348 3.一段分解系统: 条件: p=1.765mpa t=160 加入防腐空气: 0.595 1.98 2 okg 2 nkg 甲铵分解率: 2 a8.81 0.115625t0.000346t0.8324 总蒸出率: 3 n h 3 0.616 nh 0.03837t0.8744 一段分解气含水量: 2 84.123 h o g%0.539 10 t6.59% 2 3 2 2 2 : co :346.169kg nh :1101.185kg o :3.395kg n :20.601kg h o:kg 一段分解气 103. 635 ururur 2 mmmm h o:5kg :mm729kg 入口水解消耗夹带生成缩二脲 入口缩二脲生成缩二脲 出口尿液: 尿素: =995. 893-1. 5-3. 728-2. 33 =988. 335kg 缩二脲 12 33 22 2 3nhnh 2h oh o : co :0.022kg nh :mm h o:mmm 二段未凝气体未凝气体 二段未凝气体喷射蒸汽未凝气体 排出气体 =0. 139-0. 114=1. 041kg =0. 265+22. 234-0. 258 =22. 241kg 一段分解气/kg出口尿液/kg 3 nh 1101.185158.176 2 co 346.36969.74 2 h o 103.635506.344 2 n 20.601 2 o 3.395 ur 1013.348 4.二段分解系统: 条件:p=0.294mpa t=140 排出物料: 2 3 co :0.46% nh :0.7% 气相中含水:26% 生成缩二脲:6kg 消耗尿素:60%11.65=6.99kg 3 6 17 nh :0.99 103 放出kg 2 h ozkg 23 设二段分解排出气体: c oxkg n hykg 13 69.74x 17.4768xyz 158.1760.99y 0.007(2) 17.4768xyz z26 (3) xy 74 18() 4417 0. 0046 (1) = 由(1) (2) (3),可得,x=62.972 y=148.867 z=64.432 排出尿液: 22 333 ur 2coco 3nhnhnh oo :mm1013.3486.991006.358kg co :mm69.7462.9726.768kg nh :mmm o:mm441.912kg :6kg 96 o4 22 入口消耗 入口气体 入口气体生成 2入口hh气体 2 尿素 =158. 176-148. 867+0. 99 =10. 299kg h 缩二脲 尿素 h 二段分解气/kg出口尿液/kg 3 nh 148.86710.299 2 co 62.9726.768 2 h o 64.432441.912 ur 1006.358 缩二脲 6.000 5.闪蒸槽:； 条件:p=0.044mpa t=100 甲铵分解率:99.1% 过量的蒸出率:99.85% 3 nh 闪蒸槽出口溶液组成: 尿素:水=74:26 34 :1259.361 416.109937.822kg 44 总过剩氨 14 闪蒸槽排出尿液: 2 23 2co 3conh ur :1006.358kg co :m(1 0.991)416.109 (1 0.991)3.745kg 34 nh :m(1 0.9985)m 44 34 937.822(1 0.9985)3.745 44 4.308kg 2626 o:m1006.358353.585kg 7474 :6kg 剩余 过剩 2 尿素 h 缩二脲 排出气体: 22 33 2coco 3nhnh oo co :mm6.7683.7453.023kg nh :mm10.2994.3085.991kg o:mm441.912353.58588.327kg 22 入口溶液 入口溶液 2入口hh气体 h 排出气体/kg出口尿液/kg 3 nh 5.9914.308 2 co 3.0233.745 2 h o 88.327353.585 ur 1006.358 缩二脲 6.000 6.一段蒸发器: 条件: p=0.033mpa t=130 出口尿液组成: kg 96 o4 2 尿素 h 水解尿素:4.5 kg 夹带尿素 4.8 kg 生成缩二脲:1.0kg 消耗尿素:1.165 kg 消耗水:1.35kg 生成:3.3 kg 生成2.55kg 2 co 3 nh : 出口尿液: 15 urururur mmmm 入口水解夹带生成缩二脲 尿素: =1006. 358-4. 5-4. 8-1. 165 =995. 893kg 2ur 44 h o:m995.91441.496kg 9696 :mm6 17kg 出口 入口缩二脲生成缩二脲 缩二脲 2 22 33 2h o 2coco 3nhnh : :4.8kg h o:mmm353.585 1.3541.496995.893kg co :mm3.7453.337.045kg nh :mm4.3082.550.1657.023kg 入口水解消耗液态 入口生成 入口生成 排出气体 尿素 排出气体/kg出口尿液/kg 3 nh 7.023 2 co 7.045 2 h o 310.73941.496 ur4.8995.893 缩二脲 7.000 7.二段蒸发器: 条件: p=3.33mpa t=140 夹带尿素:3.728kg 水解尿素:1.5 kg 消耗:0.45 kg 2 h o 生成 :1.1 kg 生成0.85 kg 2 co 3 nh : 生成缩二脲:2 kg 消耗尿素:2.33 kg 生成0.33 kg 3 nh : 出口熔融尿素: urururur mmmm 入口水解夹带生成缩二脲 尿素: =995. 893-1. 5-3. 728-2. 33 =988. 335kg 16 2 h o:5kg :mm729kg 入口缩二脲生成缩二脲 缩二脲 : :3.40kg 排出气体 尿素 2 2 3 2h o 2co 3nh h o:mmm41.4960.45536.046kg co :m1.1kg nh :m0.850.331.18kg 入口水解消耗液态 生成 生成 排出气体/kg出口尿液/kg 3 nh 1.180 2 co 1.100 2 h o 36.0465.000 ur3.400988.335 缩二脲 9.000 8.一段蒸发冷凝器: 条件: p=29.354kpa t=45 未凝气: 2 2 3 :3.40kg h o:1.214kg co :0.073kg nh :0.911kg 尿素 冷凝液: 尿素:4.8kg 222 2h oh oh o h o:mmm 一段蒸发气体闪蒸气体未凝气体 =310. 739+88. 327-1. 214 =397. 852kg 17 222 333 2cococo 3nhnhnh co :mmm 7.0453.0230.073 9.995kg nh :mmm 一段蒸发气体闪蒸气体未凝气体 一段蒸发气体闪蒸气体未凝气体 =7. 023+5. 991-0. 911 =12. 103kg 9.二段蒸发冷凝器: 条件: p=2.933kpa t=15 未凝气: 2 2 3 h o:0.265 co :0.022kg nh :0.139 kg kg 冷凝液: 22 22 33 2h oh o 2coco 3nhnh :3.728kg h o:mm36.0460.26535.781kg co :mm1.1 0.0221.078kg nh :mm 二段蒸发气体未凝气体 二段蒸发气体未凝气体 二段蒸发气体未凝气体 尿素 =1. 18-0. 139=1. 041kg 10.中间冷凝器: 条件: p=16kpa t=40 喷射蒸汽:22.234kg 未凝气: 2 3 h o:0.258kg nh :0.114kg 冷凝液: 2 22 2 22 h o 2coh o h o 3 2 h oh o m 10.017x co :mm0.328kg m420.093 12.103x nh : 420.093 h o:x1.282 mm139.60235.781103.821kg 进尾气吸收塔 混合液出尾气吸收塔 混合液 总补回二段蒸发冷凝 -1. 668+21. 763kg kg 11.系统水平衡: 进入系统水量: 18 原料带入:0.293kg 2 co 喷射蒸汽:22.234kg 尿素合成塔生成:302.625kg 共计:325.152kg 系统排出水量: 甲铵泵泄漏:0.608kg 一段蒸发水解尿素消耗水:1.35kg 二段蒸发水解尿素消耗水:0.45kg 成品尿素含水:5kg 一段蒸发冷凝器尾气带走:1.214kg 中间冷凝器尾气带走:0.258kg 尾气吸收塔尾气带走:1.282kg 共计:10.212kg 因此,解吸塔排走水:325.152-10.162=314.99kg 一段吸收塔排出水量:307.061+0.608=307.669kg 一段分解气中含水:103.635kg 二段分解气中含水:64.432kg 共计:168.067kg 因此,蒸发冷凝液补回水:307.669-168.067=139.602kg 一段蒸发冷凝液与中间冷凝液混合后去尾气吸收塔和返回吸收系统: 22 33 22 2coco 3nhnh 2h oh o co :mm9.9950.02210.017kg nh :mm h o:mm397.85222.241420.093 一段冷凝中间冷凝 一段冷凝中间冷凝 一段冷凝中间冷凝 =12. 103+0. 025=12. 128kg kg 尿素:4.8kg 二段蒸发冷凝液全部返回,所以,解吸气与混合液返回吸收系统的水量: 22 h oh o mm139.60235.781103.821kg 总补回二段蒸发冷凝 尾气吸收塔排走: 2 2 3 co :71.927kg h o:147.453 nh :180.577 140.25840.319kg :4.6072.2942.313kg x 26.90364.432 112.701 2.912 2.05 x62.9727.505 kg 尿素 19 进入尾气吸收塔的气体量:21.763kg,设进入尾气吸收塔的水量为 xkg 3 nh 则,进入解吸塔的碳氨液: 2 22 2 h o 2coh o h o m 10.017x co :mm0.328kg m420.093 进尾气吸收塔 混合液出尾气吸收塔气 混合液 33 22 2 2 3nhnh 2h oh o h o ur h o nh :mm 12.103x 1.66821.7630.272 420.093 12.103x 0.368kg 420.093 h o:mm x1.282314.99 x316.272kg m 4.8x ur:m m420.093 进塔液出塔液 进塔液出塔液 进尾气吸收塔 混合液 混合液 = = 解吸塔排出液: 2 3 2 4 22 co :0.35kg nh :0.272 h o:314.9969.826384.816 2.059 100.65 3.581 1882.099 101881) 0.09807 188 16.08mpa() kg kg p=(54. 75 4. 1-10. 1 0. 65 4. 1-90. 25 0. 65-0. 1502 4. 1 188 + 绝压 解吸气组成: 22 2coco 10.017x10.017x co :mm0.3280.350.678kg 420.093420.093 进塔液出塔液 33 22 3nhnh 2h oh o 12.103x12.103x nh :mm1.66821.7630.27219.823kg 420.093420.093 h o:mmx1.282314.99x316.272kg 进塔液出塔液 进塔液出塔液 = 解吸气温度:t=115 压力:p=0.35mpa 含水量:42% 2 h o m 42 m58 解吸气 解吸气 x316.27242 12.103x10.017x 58 19.8230.678 420.093420.093 解得:x=343.175kg 解吸气组成: 20 2 3 2 co :7.505kg nh :29.80 h o:26.903 kg kg 进入尾气吸收塔的冷凝液: 2 3 2 co :8.183kg nh :9.977 h o:343.175 kg kg 尿素:3.921kg 返回吸收系统的蒸发冷凝液: 2 3 2 co :10.0178.1831.834kg nh :12.1039.9772.126 h o:4.8343.17576.95 kg kg 尿素:4.8-3.921=0.879kg 与二段蒸发冷凝液混合后加入低压系统的物料组成: 2 3 2 co :1.834 1.0782.912kg nh :2.126 1.0413.167 h o:76.9535.781112.731 kg kg 尿素:3.72+0.879=4.607kg 二循一冷凝器: 条件: p=0.294mpa t=40 2 2 h o 2.05 co 3 2 nh 1.95 co 设蒸发冷凝液带入xkg, 2 co 则随进入的水: 2 co 112.731x 2.912 二段分解气: 2 2 co :62.972kg h o:64.432kg 解吸气: 2 2 co :7.505kg h o:26.903kg x 26.90364.432 112.701 2.912 2.05 x62.9727.505 解得:x=1.45kg 21 进入二循一冷凝液: 2 2 co :1.450kg 112.731 h o:1.450 2.912 =56. 118kg 112.731 :1.4501.910kg 2.912 112.731 :4.6072.294kg 2.912 3 n h 尿素 进入二循二冷凝液: 2 2 co :1.462kg h o:56.613 :1.25740.31941.576kg :4.6072.2942.313kg 3 kg n h 尿素 12.二循一凝器: 条件: p=0.294mpa t=40 2 2 h o 2.05 co 3 2 nh 1.95 co 收入物料 /kg 2 co/kg 3 nh/kg 2 h o/kg尿素 二段分解气 62.972148.86764.432 解吸气 7.50529.80026.903 蒸发冷凝液 1.451.91056.1182.294 共计 71.927180.577147.4532.294 二段甲铵液: 2 2 3 co :71.927kg h o:147.453 nh :1.950 71.927140.258kg kg 排出气体: 3 nh :180.577 140.25840.319kg 13. 二循二凝器: 条件: p=0.245 mpa t=40 排出冷凝液: 22 22 22 2coco 2h oh o 2 2 co :mm8.1830.3287.855kg h o:mm343.175 1.16341.893kg :mmm o :3.395kg n :20.601kg 3.39520.6011.47 ()4 32281.765 1.47 333 进塔冷凝尾气 进塔冷凝尾气 3进塔冷凝n h尾气n h进塔气n h n h =9. 977-1. 668+21. 763 =30. 072kg 22 no .1947kmol71.31kg :nn0.6650.08750.7525kmol 尾气中惰气含量 尿素:2.313kg 14.氨冷凝器 条件: p=1.765 mpa t=38 循环液氨:755.119kg 即为冷凝氨量. 惰性气体量: 2 2 o :3.395kg n :20.601kg 氨冷凝器排出氨量: 3.39520.6011.47 ()4.1947kmol71.31kg 32281.765 1.47 进入氨冷凝器的氨量: 71.31+755.119=826.429kg 15.惰性气体洗涤塔: 条件: p=1.765 mpa t=45 排出气体: 2 2 :21.763kg o :3.395kg n :20.601kg 3 n h 排出氨水: 2 2 2co 2h o co :m1.462kg h o:m56.613 :mmm 41.57671.31 21.763 91.123kg 333 二循二冷凝 二循二冷凝 3二循二冷凝n h氨冷凝器气体n h洗涤塔排出气n h 即 即kg n h 23 16.尾气吸收塔: 条件: p=101.325kpa t=40 进塔冷凝液组成:(系统水平衡已求) 2 3 2 co :8.183kg nh :9.977 h o:343.175 kg kg 尿素:3.921kg 尾气: 2 2 2 2 co :0.328kg h o:1.282kg :1.668kg o :3.395kg n :20.601kg 3 n h 排出碳铵量: 22 22 2coco 2h oh o co :mm8.1830.3287.855kg h o:mm343.175 1.16341.893kg :mmm 333 进塔冷凝尾气 进塔冷凝尾气 3进塔冷凝n h尾气n h进塔气n h n h =9. 977-1. 668+21. 763 =30. 072kg 尿素:3.921kg 17.解吸系统: 条件: p=0.35mpa t=115 解吸废液: 2 3 2 co :0.35kg nh :0.272 h o:314.9969.826384.816 kg kg 解吸气: (系统水平衡已求) 2 3 2 co :7.505kg nh :29.80 h o:26.903 kg kg 18.一段吸收系统: 收入物料: 一段分解气/kg二段甲铵/kg浓氨水/kg 2 co 346.36971.9271.462 24 3 nh 1101.185140.25891.123 2 h o 103.635147.45356.613 2 o 3.395 2 n 20.601 ur2.2942.313 支出物料 一段吸收塔排出 /kg 一段甲铵/kg一段甲铵泵泄漏 /kg 2 co 418.9281.000 3 nh 826.429505.1610.829 2 h o 307.0610.608 2 o 3.395 2 n 20.601 ur4.5980.009 3.3.2 热量衡算: 1. 尿素合成塔: 平衡压力: 4 22 2.059 100.65 3.581 1882.099 101881) 0.09807 188 16.08mpa() p=(54. 75 4. 1-10. 1 0. 65 4. 1-90. 25 0. 65-0. 1502 4. 1 188 + 绝压 物系气相氨碳比: (0.0011t 0.1987)(0.004768t 0.54330.001667 (0.0011 188 0.1987)(0.004768t 0.54330.001667 10g 4.110g 物系水碳比物系水碳比t -0. 8078) 0. 650. 65 188-0. 8078) 物系总的氨碳比 求得:g=7.428 22 no :nn0.6650.08750.7525kmol尾气中惰气含量 25 2 16.08 :0.75253.3316 19.712 16.08 p conkmol p 平衡 3惰气 尾气中n h与 2 7.428 3.33162.936349.9171 7.428 1 1 3.33160.395317.3932 7.428 1 nkmolkg conkmolkg 3 气相氨碳比 其中: n h 气相氨碳比+1 1 气相氨碳比+1 设入塔液氨温度为 t p=20mpa 焓值为 x i 排出氨量:2.9363kmol 分压: 2 2.9363 19.71214.17 0.