（环境科学专业论文）co2汽提法300kta尿素装置的模拟计算.pdf

重庆大学硕士学位论文 英文摘要 a b s t r a c t a g 订c u _ l t u r ei st h ef o u n d a t i o no fi l a t i o n a le c o n o m 弘c h e i l l i c a lf e r t i l i z e rp l a yak e y r o l ei 1 1d e v e l o p m e mo fa 鲥c u l t u r e a m o n ga l ls o r t so fl l i 切o g e n o u sf e n i l i z e r u r e a d e v e l o p e dm p i d l yb e c a u o fi t si l i g l ln i 仃o g 锄c o n t i e 咄l l i 曲f e r t i l 让豺e 伍c i e n c y e x c e l l e n tp e r f b m 衄c ei n 咖r 唱e 锄dc o m p a t i b l e a tp r e s e n t ，u r e ah a sa 删l t u r e d p r o d u c t i o nt e c t l l l o l o g y e x p l o m t i o no fs i i i l u l a t i o ni nu r e ap r o c e s si sab 嬲i cw o r kt 0 o p t i m i z ea n dd e 、，e l o pu r e ai r l d u s 仃y f i r s t l yi nt 1 1 e 删c l e ，t 1 1 ec k 吡比t e r ，瑚a | 髑，a i l dp r o d u c t i o no fu r e ai 1 1c m r l aw 弱 砷d u c e d ，锄o n gt h em a i l lp r o d u c t i o nt e c h n o l o g ) ro fm o d e mu r e a ，、ef o c u s e d0 n d e s c r i b i n go d 2s t r i p p i n gu r e at e c q u e c o m p a r e dt 0l a 玛es c a l el l i t r o g e n o u sf e r t i l i z e r ，m e0 0 2s 仃i p p i i 唱u r e am e t h o do f z h o n 曲u ac h o n g q i l l gf u l i n gc o ，u d h 嬲i t so w np a n i c u l 撕t y 1 h en o wt e c h l l i q u e ， t e c l l i l i c a jc h 刮阻l c t e ra n di i 场略sb a l a n c eo f3 0 0 k t au r e ai 1 1 s t a u a t i o nw e r e 缸r o d u c e di 1 1t h i s a r t i c l e s t u d i e d 舶mm e 衄o d y 删c ss y s t c 忸n l o d e lo fu r e ap r o c e s s ，、f o c u s e do n 咖d y i n g 1 ec 0 2s 啊p p i n gm e 廿l o do fz h o n 曲u ac h o n g q i n gf m i n gc o ，l 1 d 蝴t l l e s 如瞳h e s i st o w e r ，l l i g l l - p r e s s u r e dc o n d e n s e r ，g a s - s t r i p p i n gt o w e r ，l l i g h - p r e s s u r e ds y 血g e a n df i r s t 帆os e “o n so fe v a p o r a t o r sh 嬲b e e na 1 1 a l y z e da n dc a l c l l i a t e d b e s i d e s ，f r o mm ea i l 酉eo fe c o n o l l l i cf 孤0 r ，s 拣匆0 p e r a t i o n 觚da d v 锄c e d t c c l l i l o l o g y ，a u ：t l l o re x p a t i a t e do nd i 仃e r e n tu r e at e c h l l i q u e ，i n 也em e 锄、) v ：m l e ，s o l u t i o n 越l do p i r l i o no nh o wt ol o w e rq u o t ac o n s u r n p t i o no ne a c hu r e at e c h 血q u ea r l dm ep u b l i c p r o j e c tc o n s u m p t i o nw e r ep r o p o s e d f i i l a l l y ，a c c o r d i i l g t 0 s i m u l a t i o n 锄a l y s i s ，i n o r d e rt 0 o p t i i i l i z et l l e t e c l l i l i c a l c o n d i t i o na l l dc 曲c u l a t i o ns u p p l i e si nd i f j f e r e n ts i t u a t i o n so f0 p e r a t i o l l ，i no r d e rt 0i 1 1 s u r e 廿l ei n s t a j l a t i o no p e r a t e 、e l lf o ral o n gp e r i o d ，t ot a k em e a s u l e st 0r a i s en l eo u _ c p u ta i l d t l l ep r o d u c tq m l 匆o rr e d u c et 1 1 ec 彻删o n ，t 0r e d u c ee m i s s i o 璐o f 萨e e h h o u s eg a s e s 蚰c h 舔c 打b o nd i o x i d et 0e n v 衲衄e n t mp 0 1 l u t i o n 嬲m u c h 弱、ec a n ，t 0d e v e l o p 廿l e b e s te c o n o m i ce 仔i c i e n c y 趾db r i n gal l i 曲e rb e i l e f i tf o rn l ee n t e 印r i s e ，t l l ep r o p e r s u g g e s t i o na i l d 删y s i s 、v e r ep i - o p o s e di i lt l l i sa r t i c l e k 呵w o r d s ：c 0 2 妯p p i i 玛m e 也o d ，3 0 0 k 妇u 掀li i l s 协1 l a t i o i l ，a i l a l y s i sa n d 嘲c u l a t i o n h 学位论文独创性声明 本人 声明所 呈交 的翼纪 士 学位论文 上鳖缮冬叁塑笔压亟鹫霾丞凄毯哗是我个人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论 学位论文作者签名： 4 孑 导师签名：丑洲么盔 签字日期：矿哆、尹 ， 签字日期：沙尹多r 学位论文使用授权书 本人完全了解重庆大学有关保留、使用学位论文的规定。本人完全同意中 国博士学位论文全文数据库、中国优秀硕士学位论文全文数据库出版章程( 以 下简称“章程，) ，愿意将本人的纽学位论文伍笼缢! 交! 竺喀压窭嫠幽撮 交中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社( c n ) 在中国博士学位论文全文数据 库、中国优秀硕士学位论文全文数据库以及重庆大学博硕学位论文全文数 据库中全文发表。中国博士学位论文全文数据库、中国优秀硕士学位论文 全文数据库可以以电子、网络及其他数字媒体形式公开出版，并同意编入c n l ( i 中国知识资源总库，在中国博硕士学位论文评价数据库中使用和在互联 网上传播，同意按“章程”规定享受相关权益和承担相应义务。本人授权重庆大学 可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公开论文的全部或部分内容。 作者签名冉季 导师躲巍州之盘 砂歹年6 月，日 备注：审核通过的涉密论文不得签署“授权书”，须填写以下内容： 该论文属于涉密论文，其密级是，涉密期限至年一月一日。 说明：本声明及授权书：缝装订在提交的学位论文最后一页。 重庆大学硕士学位论文1 绪论 1 绪论 1 1 尿素的性质和用途 1 1 1 尿素的性质 尿素，化学名称是脲或碳酰胺，结构式c o ( n h 2 ) 2 或n h 2 c o n h 2 ，是重要的化 学肥料。尿素的分子量是6 0 0 5 6 ，纯尿素的含氮4 6 6 5 ( 质量) 。它在室温下呈无 色无嗅的针状或斜方柱结晶。相对密度1 3 3 。尿素在常压下的熔点是1 3 2 7 ，在 高压( 几百a ) 下尿素转变为其它晶型，熔点也有所变化。液态尿素的相对密度为 1 2 2 7 ( 1 3 2 7 ) 。在真空下加热尿素可直接升华为气体。尿素易溶于水、液氨，也 溶于甲醇、乙醇、甘油中，不溶于乙醚、氯仿。尿素在水或液氨中的溶解度均随 温度的升高而增加。 固体尿素在常温常压下是稳定的，真空条件下升华的气体尿素，在高温下可 转变为氰酸铵： 2 c o 皇 岂 删 螗 幂 聪 051 01 52 0历3 03 5 塔高向 图4 9 液相流量随塔高的变化情况 f i 9 4 9l i q u i dp h a s ef l o wc h a n g e sa c c o m p 锄y i i 玛h e i g h tc h 锄g e so f t o w 盱 e 氨碳比随塔高的变化情况见图4 1 0 051 01 52 02 53 03 5 塔高m 图4 1 0 氨碳比随塔高的变化情况 f i 9 4 1 0n m c 0 2c h 砸l g e s c o m p 趾y 吨h e i 出c l l a l l 黔o f t o w 盯 3 3 们加们加乾乾眩眩吼吼吼豇瞰 哇5 3 5 2 5 1 5 3 5 0 3 0 2 o 1 0 0 9 0 0 0 0 9 3 & 3 c r 5 3&3& z 丑誉蝻 重庆大学硕士学位论文4 主要设备的模拟分析计算 f 水碳比随塔高的变化情况见图4 1 1 051 52 02 53 03 5 塔高加 图4 1 l 水碳比随塔高的变化情况 f i 9 4 1 1h 2 0 c 0 2c h 锄g e s c o m p 锄y 吨h e i g h tc i 姗g e so f t o w 盯 g 停留时间与塔高的变化情况见图4 1 2 051 52 02 53 03 5 塔高n 图4 1 2 停留时间随塔高的变化情况 f i 酣1 2 陀s i d e n c et i i 鹏c 1 1 a 1 1 护s c o m p 锄y i i l gh e i g h tc h 锄炉so f t o w e r h 气相流量随塔高的变化情况见图4 1 3 弱研跖吼贸眈豇c；仉q仇仉仉仉仉n 丑誉* 2 1 6 9 8 7 6 5 4 3 2 6 6 5 5 5 5 5 5 5 5 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 一电一厘莒洳世 重庆大学硕士学位论文 4 主要设备的模拟分析计算 2 o 后 专 删 炼 罂 旷 051 01 5 2 02 53 03 5 塔高，- 图4 1 3 汽相流量随塔高的变化情况 f i 酣1 3g 舔p h a s en o wc h a i 玛e s c o m p 锄妒n gh e i 曲tc h 锄g e so f t o w e r 结论 根据物流( 2 0 3 ) 合成塔出气的参数和物流( 2 0 7 ) 合成塔出液的参数数据，液相组 成和气相组成与实际操作过程是相符的。采用所开发的程序合成塔出口各参数的 计算结果同中化重庆涪陵化工有限公司3 0 0 m 尿素装置生产数据实际操作参数吻 合较好，证明了本模型的可靠性。 总之，出口的温度、压力、组成的计算值各值的相对偏差较小，说明建立的 数学模型能较好地模拟尿素合成塔，可满足工艺计算、设计及优化的需要。 4 2 2 高压甲铵冷凝器 设备简介 高压甲铵冷凝器是立放的列管式换热器，如图4 1 4 所示，设备主要尺寸：塔高 1 7 1 0 m ，1 8 0 0 ，管内工作压力1 4 7 m p 巩温度1 7 0 ；管外工作压力o 3 5 m p a ，温 度1 4 7 。管材为3 1 6 l 不锈钢，管长1 2 m ，管数1 2 5 0 根，为2 5 2 5 i 姗管，管 间距为3 6 删皿，折流版8 块，板间距为1 2 4 0 m m ，换热面积1 4 3 9 4 m 2 ，设备总重为 7 】7 8 0 t 。 重庆大学硕士学位论文 4 主要设备的模拟分析计算 图4 1 4 高压甲铵冷凝器塔示意图 f i g 4 14s k d 【c hd i a g r 锄o fh i g h p r e s s u r e dc o n d e n s e r 、对反应过程分析 有两股进料，一股为来自二氧化碳汽提塔的气提汽，一股为来自高压洗涤器 的洗涤液和原料氨的混合溶液。两股物料从高压甲铵冷凝器的上部进入，沿列管 内侧下降，到达高压甲铵冷凝器的底部。在此过程中，汽相中的氨和二氧化碳溶 解到溶液中发生反应生成甲铵，同时放出大量的热，供壳侧产生低压( 0 4 m p a ) 水蒸 汽。物料到达底部时并没有被完全冷凝，尚有部分( 2 0 ) 汽相。在这里，物料分气 液两股进入尿素合成塔底部，该部分气体在合成塔内部进一步冷凝并放出热量， 供尿素合成吸热反应时维持自热。 在高压甲铵冷凝器的底部，共存的气液两相物流处于汽液平衡，气液两相的组成 比较接近。因此在一定的压力和进料条件下，气体冷凝量的波动对液相组成的改 变很小，高压甲铵冷凝器的出口温度是比较稳定的。那么，蒸汽包2 0 1 f 的压力( 即 饱和温度) 主要影响气体的冷凝量。当调解了蒸汽包的压力从而改变其饱和温度时， 由于传热温差的改变，传热量也随之改变，由此影响冷凝器中气体的冷凝量。 根据以上分析输入物流( 2 1 7 ) 和( 2 0 1 ) 物流( 2 1 7 ) 出氨喷射泵的参数为 流量：6 0 7 6 9 9 k g i l r 或3 0 1 7 8 6 k m o m 温度：1 2 5 8 8 压力：1 4 2 0 0 m p a 组分：n h 3c 0 2 u r e a h 2 0n 20 2h 2 蝇： 6 3 1 8 72 3 0 4 28 2 51 2 9 4 6o o0 00 0 k g l l r ： 3 8 3 9 8 81 4 0 0 2 85 0 1 17 8 6 7 20o0 重庆大学硕士学位论文 4 主要设备的模拟分析计算 m o l ： 7 4 7 1 01 0 5 4 32 7 61 4 4 7 1o o 0 00 0 k m o 坍l r ：2 2 5 4 63 1 8 2 8 34 3 6 70o0 物流( 2 0 1 ) 气提塔出气的参数为： 流量：8 3 6 0 8 5 蚝1 1 r 或3 2 2 7 o l k m o l l l r 温度：1 8 0 3 9 压力：1 4 2 0 0 m p a 组分：n h 3c 0 2 u r e a h 2 0n 20 2 h 2 k g ： 3 8 2 2 15 4 8 3 80 0 05 8 9 59 21 1 0 1 k g ：1 1 r ： 31 9 5 5 64 5 8 4 9 204 9 2 8 8 7 7 1 89 0 59 8 m 0 1 ： 5 8 1 4 43 2 2 8 3 0 0 0 8 4 7 88 50 9 1 5 k m o 们：l r ：1 8 7 6 31 0 4 1 8o2 7 3 62 7 6 2 84 9 通过模拟计算得输出物流( 2 0 2 ) 2 0 2 c 气相和物流( 2 0 5 ) 2 0 2 一c 液相参数和 结果 物流( 2 0 2 ) 2 0 2 c 气相的参数为： 流量：3 1 0 7 7 6 k g l l i 或1 3 4 9 1 7 k m o l 1 1 r 温度：1 6 6 7 6 压力：1 4 2 0 0 m p a 组分：n h 3c 0 2 u r e a h 2 0 n 20 2h 2 k g ： 5 5 2 2 04 0 9 9 40 0 09 7 1 2 4 82 90 3 k g 1 1 r ： 1 7 1 6 1 01 2 7 3 9 90 3 0 1 87 7 1 89 0 59 8 m o l ：7 4 6 8 52 1 4 5 6 0 0 01 2 4 22 0 4 2 13 6 k m o 垤r ：10 0 7 62 8 9 5016 8 2 7 62 84 9 物流( 2 0 5 ) 2 0 2 c 液相的参数为： 流量：1 1 3 3 0 0 8 k 酣l r 或4 8 9 5 7 0 k m o m 温度：1 6 6 7 6 压力：1 4 2 0 0 m p a 组分：n h 3c 0 2 u r e a h 2 0n 20 2h 2 k g ： 4 6 9 4 94 1 5 8 1 4 4 21 1 0 2 70 00 0o o k g h r ： 5 3 1 9 3 44 7 1 1 2 15 0 1 11 2 4 9 4 2 oo0 l o l ：6 3 7 9 72 1 8 6 61 7 0 1 4 1 6 60 0o o0 0 k m o 价l r ：3 1 2 3 3 1 0 7 0 58 36 9 3 5o 00 汽相分率： 2 1 6 0温度： 1 6 6 7 6 汽包2 0 1 f 温度：1 5 3 3 3 压力： 5 2 0m p a 产蒸气量为： 3 9 7 0 5 8k 小时或3 9 7 0 6 吨小时 热效率：9 8 5 0 有效能效率： 6 6 4 2 1 4 2 3 二氧化碳汽提塔 设备简介 汽提塔是一立放的列管式换热器，如图4 1 5 所示，主要由以下几邵分组成： 液体分布器，气体分布器由下分布器和上限流孔板组成，加热器和汽提管，加 热器外壳有膨胀节，壳体内径1 8 8 0 珊【i l ，汽提加热管为西3 1 3 ，长6 m ，共2 4 0 0 根。 3 7 重庆大学硕士学位论文4 主要设备的模拟分析计算 管子按正三角形排列，管子固定在上下管板上。设计压力：管内1 5 7 御如管外 2 5 m p a ；传热面积：9 2 0 m 2 。 汽提加热管及液体分布器材质为c r 2 5 n i 2 2 m 0 2 低碳不锈钢，其使用温度不允 许超过2 2 0 ，其余接触反应介质的材料为3 1 6 l 不锈钢。 图4 1 5 二氧化碳汽提塔示意图 f 远4 15s m c hd i 楚阳mo fg 鹪一s t r i p p i n gt o w e r 二氧化碳汽提过程热力学分析 图4 1 6 为汽提过程的示意图。曲线b d 为液相顶脊线，l l 点为合成塔的出液 点，由物料衡算得到汽提塔内总体系点s ，由汽提温度得到该点汽提温度下的夹紧 点l 2 ，即为汽提塔出口液相组成，连接l 2 s 点，并延长到气相等温度线交于点g ， 汽提后气相量及汽提后液相量之比可由l 2 s g 线段比来确定，气液= l 2 s s g 【3 2 1 。 a 阻 c 图4 1 6c 0 2 汽提过程在相图上表示 f i g 4 16p h a d i a 舯mo fc 0 2g 鹊一矧p p i n gp r l o c e s s 重庆大学硕士学位论文 4 主要设备的模拟分析计算 以上分析方法仅指出了气液组成进出口的组成与状态，并未涉及气液组成在 塔内的变化情况。实质上汽提分解过程是一个在等压条件下的塔内的多级逆流连 续分离过程，其汽液组成是连续变化的，每个塔截面上的气液处于不平衡状态， 从而形成传质推动力。为了得到能较为准确反映汽提塔内气液组成及温度等参数 的变化情况，对该设备进行模拟计算( 平衡级或非平衡级模型) 是很重要的，这也是 本工作的目的之一。此外，从相图分析可知，汽提过程( 以c 0 2 为例) 是一个复杂的 气液传质过程，跨越顶脊线是其特点之一，这一点也是导致模拟计算更为复杂的 原因。 影响汽提塔操作的因素很多，主要有压力、温度、液气比、停留时间及液体 负荷。压力提高，则汽提效率降低；提高温度对汽提有利，但过高的汽提温度会加 剧对设备材质的腐蚀，增加缩二脉的生成量；过高的液气比会降低汽提效率；停留时 间过长也会导致缩二脉的生成及尿素水解量的增加：液体负荷则根据降液管中液膜 厚度来确定，过大过小都会对汽提过程造成不利影响。 从尿素合成塔来的尿素溶液经过汽提塔上部的液体分布器，均匀分布到各列 管的内壁。尿素溶液沿列管内壁自上而下流动，原料二氧化碳气从塔底自列管的 中心向上通过。由于气液两相不平衡发生汽液相际传质。从总体上，这种传质方 向是从液相向气相传质。同时，在列管外面是加热蒸汽，提供管内壁物汽化时所 需要的热量。在这里尿素溶液中的大部分氨、二氧化碳和一小部分水进入气相而 使尿素溶液达到浓缩，到汽提塔的底部离开汽提塔。汽提气从汽提塔的顶部离开 汽提塔进入高压甲铵冷凝器。 尿素溶液在汽提塔列管内自上而下发生的主要过程是氨、二氧化碳和水从液 相到气相的传质。二氧化碳的传质过程是由于氨的传质而引起。在汽提管上部约1 米的范围内，二氧化碳是从气相到液相的溶解过程，使得尿素溶液的温度逐渐升 高，在汽提管中间形成一个最高温度点( 约1 9 2 ) 。在1 米以下的汽提管中，二氧 化碳才发生从液相到气相的传质过程，溶液温度才逐渐下降。另外，溶液中的尿 素有少部分发生水解，但水解量是很难计算的。根据设计值，水解尿素量约为汽 提塔入口总尿素量的4 ，但是应该考虑氨碳比升高对尿素水解有抑制作用，在计 算中取为3 5 。尿素的水解量对蒸汽的消耗量有一定影响，可以通过加热蒸汽消 耗量的实测值对尿素水解量进行估计。 汽提塔的计算过程有两种计算：一种是已知加热蒸汽包的压力计算汽提效率； 另一种是给定希望得到的汽提效率，计算所需要的加热蒸汽压力。两种计算的目 的不一样，但基本的计算过程一样。从理论上讲，如果已知合成塔出液和汽提塔 的出气，再知道加热蒸汽包的压力，即可计算出汽提塔中的其它数据。计算过程 中，将整个汽提管( 6 米) 分为6 0 段，在分割的每个汽提段中，可以认为物流的各个 3 9 重庆大学硕士学位论文4 主要设备的模拟分析计算 参数，如温度、组成等，分布均匀，通过逐段计算，最后计算出整个汽提管的汽 提过程。在每个小的汽提段中，由于液相中氨的分压大于汽相中氨的分压，氨从 液相中逸出进入汽相；液相中氨的逸出，破坏了液相中甲铵与氨和二氧化碳的平 衡，促使甲铵分解，二氧化碳在溶液中的游离溶解度很小，从而造成二氧化碳也 进入汽相，形成汽提过程。另外，在每个小的气汽提段中，尽管发生了从液相到 汽相的传质过程，但由于时间很短，气液两相也不可能达到气液平衡。传质量可 以通过传质速率方程计算，传质推动力为汽液平衡组成与实际组成的差值，计算 传质量时，还需要液膜厚度、停留时间等参数。 但是在实际计算中，上述计算( 高压回路若干个循环计算，每次汽提塔计算又 分若干次循环，每次循环计算分6 0 段，每段进行汽液平衡循环计算。) 的时间很长， 使用不方便。一般情况下采用简化计算。 根据以上分析输入物流( 2 0 7 ) 和( 1 0 7 ) 物流( 2 0 7 ) 合成塔出液的参数为： 流量：1 2 6 4 3 6 o 娃1 1 r 或4 7 7 8 5 6 k m o m 温度：1 8 2 9 0 压力：1 3 9 4 1 m p a 组分：卜 3c 0 2 u r e a h 2 0 n 20 2 h 2 蜒： 2 9 9 3 61 7 1 9 63 3 5 5 01 9 3 1 80 00 00 0 k g 1 1 r ： 3 7 8 4 9 4 2 1 7 4 2 44 2 4 18 92 4 4 2 5 30o。o m 0 1 ：4 6 5 0 71 0 3 3 91 4 7 8 12 8 3 7 3o oo o0 0 k r n ( ) 们：l r ：2 2 2 2 44 9 4 07 0 6 3 13 5 5 80oo 物流( 1 0 7 ) 汽提塔进气的参数为： 流量：3 1 4 2 9 9k g l l r 或7 3 5 0 0k m o m 温度：1 2 0 0 0 压力：1 4 8 0 0 m p a 组分：n h 3c 0 2 u r e a h 2 0n 20 2h 2 埏： 0 0 09 5 4 9 9o o o0 4 33 3 71 0 10 3 k g 1 1 r ： 03 0 0 1 5 4 01 3 51 0 5 8 o3 1 5 98 3 i n 0 1 ：0 0 09 2 7 9 10 0 01 0 25 1 41 3 45 6 k m o 们：1 r ：06 8 2 00 7 3 7 8 9 94 1 通过模拟计算得输出物流( 2 0 1 ) 气相和物流( 2 0 8 ) 液相参数和结果 汽提塔自上而下物性分布情况见下表4 2 物流( 2 0 1 ) 气提塔出气的参数为： 流量：8 3 6 0 8 5 k g l l r 或3 2 2 7 0 1 k m o m 温度：1 8 0 3 9 压力：1 4 2 0 0 m p a 组分：n h 3c 0 2 u r e a h 2 0n 20 2h 2 k g ： 3 8 2 2 l5 4 8 3 80 0 05 8 9 59 21 10 1 k g l l r ： 3l9 5 5 64 5 8 4 9 2 0 4 9 2 8 8 7 7 1 89 0 5 9 8 m o 】：5 8 】4 43 2 2 8 3o o o8 4 7 88 50 9】5 重庆大学硕士学位论文4 主要设备的模拟分析计算 k m o 们：l r ：1 8 7 6 31 0 4 1 8 o2 7 3 62 7 6 物流( 2 0 8 ) 气提塔出液的参数为： 流量：7 4 0 1 6 8 k g l l i 或2 3 0 0 9 6 k m o l l l r 温度：1 6 8 0 0 组分：n h 3c 0 2 u r e a h 2 0n 2 k g ： 9 1 0 19 8 3 65 5 3 0 12 5 7 6 2o o k g 1 1 r ：6 7 3 6 4 7 2 8 0 34 0 9 3 2 219 0 6 8 0 0 m o l ：1 7 1 9 07 1 8 92 9 6 2 04 6 0 0 00 0 k m o 册l r ：3 9 5 51 6 5 46 81 61 0 5 8 50 2 84 9 压力：1 4 2 0 0 m p a 0 2h 2 0 00 0 0o 0 00 0 o0 表4 2 汽提塔自上而下物性分布情况 ! 毽! ：；璺! 墅! 盥1 2 翌2 1 巴璺竺! p 罂2 宝垡! 宝i 墼巴婴1 2 堂翌! ! 翌量箜：! 鲤职啦坦曼 汽提管m液相温度液相流量n h 3 含量c 0 2 含量气相温度 气相流量 竺! 墅旦丝丝墅丝墅羔! 鲤q 垒 0 0 01 8 3 3 9 o 3 01 8 6 3 4 o 6 01 8 8 9 0 o 9 01 8 8 8 1 1 2 01 8 7 8 7 1 5 01 8 6 4 5 1 8 01 8 4 7 6 2 1 01 8 2 9 3 2 4 01 8 1 0 5 2 7 01 7 9 1 9 3 0 01 7 7 4 0 3 3 01 7 5 7 2 3 6 01 7 4 1 6 3 9 01 7 2 7 5 4 2 01 7 1 5 l 4 5 01 7 0 4 5 4 8 01 6 9 5 8 5 1 01 6 8 9 l 5 4 01 6 8 4 3 5 7 01 6 8 1 4 6 o o1 6 8 o o 4 7 7 8 4 42 9 9 41 7 1 918 0 3 93 2 2 7 0 l 4 6 9 0 2 52 8 7 2l7 8 4l8 0 3 6 313 7 9 9 4 5 6 8 6 12 7 6 9 l8 2 618 0 2 03 0 15 1 2 4 4 5 0 6 72 6 8 8l8 3 5l7 9 8 72 8 9 5 9 5 4 3 3 3 。6 72 6 0 9l8 3 51 7 9 3 1 2 7 7 7 7 0 4 2 1 4 7 42 5 2 91 8 2 71 7 8 5 l 2 6 5 7 5 4 4 0 9 4 4 22 4 4 818 1417 7 4 22 5 3 5 9 8 3 9 7 3 0 02 3 6 51 7 9 61 7 6 0 22 4 1 3 3 3 3 8 5 0 6 82 2 8 01 7 7 21 7 4 2 82 2 8 9 7 7 3 7 2 7 5 92 1 9 21 7 4 31 7 2 1 92 1 6 5 4 5 3 6 0 3 8 5 2 1 0 11 7 0 91 6 9 7 22 0 4 0 4 7 3 4 7 9 5 32 0 0 71 6 6 81 6 6 8 41 9 1 4 9 2 3 3 5 4 7 11 9 0 81 6 2 31 6 3 5 5 1 7 8 8 8 6 3 2 2 9 4 41 8 0 61 5 7 01 5 9 8 21 6 6 2 3 5 3 1 0 3 7 81 6 9 81 5 1 21 5 5 。6 31 5 3 5 4 5 2 9 7 7 7 51 5 8 51 4 4 6 1 5 0 9 7 1 4 0 8 1 9 2 8 5 1 4 11 4 6 61 3 7 21 4 5 8 21 2 8 0 6 l 2 7 2 4 7 81 3 4 01 2 9 01 4 0 1 61 1 5 2 7 5 2 5 9 7 8 91 2 0 61 1 9 91 3 3 9 91 0 2 4 6 2 2 4 7 0 7 710 6 31o 9 712 7 2 78 9 6 2 7 2 3 4 3 4 59 1 09 8 4 1 2 0 o o 7 6 7 7 l 4 l 重庆大学硕士学位论文4 主要设备的模拟分析计算 加热蒸气用量为：3 0 8 0 2 1k 小时或3 0 8 0 2 吨，j 、时 热效率= 9 9 0 0 有效能效率= 8 2 7 7 1 气提塔加热蒸汽压力为：2 0 0 m p a n h 3 气提效率为： 7 7 。5 1 对模拟计算结果的分析和说明： 塔内c 0 2 浓度的变化情况 2 0 1 8 辎1 6 求 咖 竖1 4 期 缸 g1 2 u 1 0 o 1 23 56 汽提塔高m 图4 1 7 液相c 0 2 摩尔分率在汽提塔的分布 f 蟾4 17d i s t r i b u t i o no fc 0 2o f1 i q u i dp h 嬲em o l e - 丘氍i i lg 嬲- s t r i p p i n gt o w e r 从曲线可知，整个吸收过程分为两段：第一段为c 0 2 的微吸收阶段，此段中液 相中c 0 2 含量略有提高。结合相图5 1 分析可知，由于合成液并未正好位于顶脊线 上，而是位于顶脊线的上部，因此合成液点l 2 在沿l 2 c 向系统点s 移动的过程中， 首先需跨越顶脊线b d ，导致c 0 2 的微吸收；从另一角度分析，由于传质推动力的 作用，在此阶段可发生n h 3 的解吸和c 0 2 的吸收，也称“反汽提”。第二阶段，当 溶液越过顶脊线后，开始正常的汽提过程，液相沿等温线s l 2 向r h 2 0 ) 角移动， n h 3 及c 0 2 均不断从液相中解吸出来进入气相。计算结果同采用相图分析的结果 完全吻合。 4 2 4 高压洗涤器 设备简介 洗涤器分上、中、下三个部分( 如图4 1 8 所示) ：上部为防爆空间，中部为气 液分离空间，下部为循环吸收空间。设备总重为3 9 5 0 0 t ，设计压力：管内1 6 o m p a ， 管外1 3 m p a ，工作压力：管内1 3 9 3m p a ，管外o 。3 9m p a ；设计温度为1 9 0 ，工 作温度进口壳程1 3 1 ，管程1 1 6 1 8 3 ，出口壳程1 4 3 ，管程1 6 5 1 6 5 ，传热面 积1 1 8 m 2 ，材料为3 1 6 l 不锈钢。 4 2 重庆大学硕士学位论文4 主要设备的模拟分析计算 来自 3 0 1 一f 3 0 8 图4 1 8 高压洗涤器示意图 f i g 4 18s k 鼬c hd i a 黟锄o fi l i g l l p r e s s 珊e ds y r i i l g e 、对反应过程分析 在高压洗涤器中，用低压系统返回的浓甲铵溶液在合成压力下吸收尿素合成 塔出气中的氨和二氧化碳，使其中的大部分氨和二氧化碳被吸收下来在合成压力 下直接进入合成塔循环利用。合成塔的出气经过洗涤器上部的防爆空间，又从底 部进入循环吸收；低压回收液从顶部进入洗涤器，沿中心管到达中部的分离空间， 在这里和循环吸收溶液混合。循环溶液和回收溶液混合之后，沿中心管下降，到 达底部与合成气混合，再沿中心管周围的列管上升，最后到达中部的气液分离空 间。在中心管和周围的换热列管之间的大量循环溶液保证了气液两相的充分接触。 在分离空间，气体从中心管夹层中到洗涤器顶部离开，液体有一部分离开洗涤器， 一部分和低压回收液混合进行循环。 循环段列管的内外物料并流换热，管外冷却水的出口温度直接反映了管内循 环液的出口温度，即气液分离空间的温度四】。通过控制循环冷却水的出口温度， 即可控制分离空间的温度，从而控制对氨和二氧化碳的吸收程度。 根据以上分析输入物流( 2 0 3 ) 和3 0 1 f ( 3 0 8 ) 得出以下模拟计算结果： 物流( 2 0 3 ) 合成塔出气的参数为： 流量：1 3 5 1 4 o k 刚 1 r 或5 7 5 0 0 k m o m 温度：1 8 3 8 8 压力：1 3 9 4 7 m p a 组分：n h 3c 0 2 u r e a h 2 0n 20 2h 2 k g ： 4 8 8 1 2 4 1 31 2 o o o3 4 0 15 7 16 70 7 4 3 重庆大学硕士学位论文4 主要设备的模拟分析计算 k g 脏： 6 5 9 6 45 5 8 3 o04 5 9 77 7 1 89 0 59 8 m o l ：6 7 3 6 02 2 0 6 20 0 04 4 374 7 94 98 4 k n l o 们：l r ：3 8 7 - 31 2 6 9 02 5 52 7 52 84 9 物流3 0 1 f ( 3 0 8 ) 流量：3 6 6 4 4 6 8k g h r 通过模拟计算得输出物流( 2 0 4 ) 2 0 3 c 气相和( 2 0 6 ) 2 0 3 c 液相参数结果 物流( 2 0 4 ) 2 0 3 c 出气的参数为： 流量：2 2 1 4 8 k 虮l r 或9 1 2 0 k m o m 温度：1 6 3 3 1 压力：1 3 8 4 7 m p a 组分：n h 3c 0 2 u r e a h 2 0n 20 2h 2 k g ： 3 0 6 7 92 8 4 5 70 0 01 3 5 93 4 8 54 0 94 4 k g l l r ： 6 7 9 56 3 0 2o3 0 17 7 1 89 0 59 8 i n o l ：4 3 7 4 81 5 7 0 30 0 01 8 3 33 0 2 13 1 05 3 3 k m o m l r ：3 9 91 4 301 72 7 52 84 9 物流( 2 0 6 ) 2 0 3 c 出液的参数为： 流量：3 3 9 0 2 9 埏1 1 i 或1 5 1 5 2 9 k m 0 1 l l r 温度：1 6 3 3 l 压力：1 3 8 4 7 m p a 组分：n h 3c 0 2 u r e a h 2 0n 20 2h 2 k g ： 4 1 6 1 43 7 0 5 4o o o2 1 3 3 10 00 00 0 蚝触： 1 4 1 0 8 41 2 5 6 2 5o7 2 3 2 0o o0 m o l ：5 4 6 6 918 8 3 80 0 02 6 4 9 30 0o o0 0 k m o 坍_ l r ：8 2 8 42 8 5 404 0 1 40oo 4 2 5 尿素蒸发器 设备简介 尿素蒸发器包括尿素一段加热蒸发器和二段加热蒸发器，如图4 1 9 所示。蒸 发器的结构是，下部为列管式换热器，上部为气液分离空间。一段蒸发器：上段 容积为5 2 m 3 ，换热管为2 5 2 r r 皿，7 0 1 根，l = 5 5 m ，换热面积为2 9 5 m 2 ；下段 容积为2 8 2 m 3 ，换热管为巾2 5 2 衄，7 0 l 根，l _ 2 5 m ，换热面积为1 2 8 3 m 2 ；材 料均为3 1 6 l 不锈钢。筒体i ：d n l l o o ，巾= 1 6 m m ，l = 1 3 8 6 n l m ，简体i i ：d n l l o o ， = 1 6 n 1 i n ，l = 7 1 0 n u n ：筒体的材料均为1 6 m i 畎。一段蒸发分离器的容积为4 5 8 m 3 。 二段蒸发器：容积为1 1 i n 3 ，换热管为3 8 2 m m ，2 0 6 根，l = 2 0 0 0 i l 埘，换热面积 为4 7 1 i n 2 ；简体i ：d n 8 0 0 ，= 1 0 n m ，l = 5 5 6 m m ，筒体i i ：d n 8 0 0 ，= 10 1 1 埘， l = 5 7 2 5 m m ；筒体的材料均为1 6 m n r 。二段蒸发分离器的容积为2 4 n 1 3 。 重庆大学硕士学位论文 4 主要设备的模拟分析计算 图4 1 9 尿素蒸发器示意图 f i g4 19s k e t c hd i a g r a m0 fu r e v a p o 姻土o r 对反应过程分析 尿素溶液自下而上从换热管内流过；列管壳侧为加热蒸汽。尿素溶液被加热， 其中的水、以及少量的氨和二氧化碳被加热汽化，尿素溶液得到浓缩。另外，在 蒸出的汽相中会夹带少量的尿素，夹带量由经验数据给出( 每段为总尿素量的o 4 0 6 ) ；也有一部分尿素被水解，水解量也由经验数据给出( 每段为总尿素量的0 3 o 5 呦忉。 每段加热蒸发器最后的温度、压力都可以实测，可以作为已知数据。尿素和 水的溶液，是两组分体系【2 1 1 。当保持气液两相平衡时，根据自由度分析，有两个 自由度。因此，当蒸发的温度、压力两个参数被给定时，气液两相的组成也被确 定，再根据尿素量即可计算出气液两相的流量【3 0 】。 但在实测数据中，加热蒸汽侧的蒸汽压力也是己知的，该压力不等于蒸汽管 网的压力。这是因为，节流阀的调节可以改变加热蒸汽的压力，从而改变蒸汽的 冷凝( 饱和) 温度和传热温差，达到控制尿素溶液浓度的目的。 计算过程中的由于一段蒸发的输出物流( 4 0 1 ) 即为二段蒸发器的进料输入物 流，此处将一二段蒸发器的输入物流合为一块，没有单独输入二段蒸发器的进料 ( 4 0 1 ) 物流，只在结果中分别体现。 物流( 3 1 7 ) 进一段蒸发器的尿液参数为： 流量：6 4 0 1 6 8 k g l l r 或1 8 0 0 9 6 k m o