水溶液全循环法年产20万吨尿素分解工段设计--张章

1、课 程 设 计 说 明 书武 汉 工 程 大 学化工与制药学院课程设计说明书课题名称 水溶液全循环法年产20万吨尿素 分解工段设计专业班级 化工一班 学生学号 1206210427 学生姓名 张 章 学生成绩 指导教师 龙秉文 课题工作时间2014年12月28日至1月12日化工与制药学院武汉工程大学课程设计摘 要尿素生产工艺是典型的化工生产工艺之一。目前尿素的生产工艺主要有水溶液全循环法，二氧化碳气提法，氨气气提法。本文介绍了尿素生产工艺的基本概况，水溶液全循环法尿素生产工艺流程及特点，从尿素生产的热力学参数入手，对20万吨尿素分解工段流程进行研究设计。论文的主要内容有：（1）分析了现存工艺流

2、程的优缺点；（2）根据选择的工艺流程，以尿素生产和消耗为目标，对分解工段进行了物料衡算和热量衡算。其中从合成工段进入一段分解系统的原料摩尔流量为3665.67kmol/h（其中尿素：420.8 kmol/h，氨基甲酸胺：246.5 kmol/h，NH3：1399.25 kmol/h，H2O：852.75 kmol/h，O2：2.25 kmol/h，N2：4.618 kmol/h），热量为64113kcal/h。从二段分解系统进入蒸发工段的混合物摩尔流量为1271kmol/h，气相为276.264 kmol/h（其中CO2：25.143 kmol/h，NH3：182.05 kmol/h，H2O：

3、69.066 kmol/h），液相为995.701（CO2：4.437 kmol/h，NH3：2.269 kmol/h，H2O 553.434 kmol/h，尿素：419.11 kmol/h，缩二脲；1.45 kmol/h），热量为5575530.5kcal/h。同时对分解工段换热器设计计算得到传热面积为216.4m2，操作压力为1.8234MPa，换热管长度为6m，据此选择加热器型号为：BEM-900-2.188-256.6-6 / 25-4I，其中公称压力为2.5MPa公称直径为900mm，换热管根数为554，换热管规格为25×2.0×6000，管程为4，管程流通面积为

4、0.048 m2，管子为正三角形排列。（3）根据设计数据，运用Auto CAD绘制了工艺流程图和换热器装置图。关键词：尿素；水溶液全循环法；分解工段AbstractUrea production process is one of the typical chemical production processes. Currently the main production process of urea solution total recycle carbon dioxide gas formulation, ammonia gas formulation. This article de

5、scribes the basic overview of the urea production process, the aqueous solution total recycle urea production process and characteristics of the thermodynamic parameters of urea production from start to urea decomposition section flow study design.The main contents of this paper are: (1) Analyzes th

6、e advantages and disadvantages of existing processes. (2) According to the selection process, urea production and consumption as the target, decomposition section were material balance and heat balance. Wherein a period from the synthesis section into the decomposition system feed molar flow 3665.67

7、kmol / h (urea: 420.8 kmol / h, carbamate: 246.5 kmol / h, NH3: 1399.25 kmol / h, H2O: 852.75 kmol / h, O2 : 2.25 kmol / h, N2: 4.618 kmol / h), the heat is 64113kcal / h. Evaporation into the system from the two-stage decomposition mixture molar flow 1271kmol / h, the gas phase is 276.264 kmol / h

8、( CO2: 25.143 kmol / h, NH3: 182.05 kmol / h, H2O: 69.066 kmol / h), the liquid phase is 995.701 (CO2: 4.437 kmol / h, NH3: 2.269 kmol / h, H2O 553.434 kmol / h, urea: 419.11 kmol / h, biuret; 1.45 kmol / h), the heat is 5575530.5kcal / h. While the decomposition section calculated heat exchanger de

9、sign area 216.4m3, operating pressure 1.8234MPa, tubes length of 6m, accordingly select heater model:BEM-900-2.188-256.6-6 / 25-4I, Where in the nominal pressure 2.5MPa nominal diameter of 900mm, the number of 554 tubes, tubes specifications for the 25 × 2.0 × 6000, the tube pass is 4, the

10、 tube flow area of 0.048 m2, the tube is arranged in an equilateral triangle.(3) According to the design data, the use of Auto CAD drawing a flow chart and a heat exchanger device of FIG.Keywords: urea; aqueous solution total recycle; decomposition section目 录摘 要IAbstractIII第1章 概述11.1尿素的性质和用途11.1.1尿素

11、的性质11.1.2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气提法3第2章 工艺说明52.1水溶液全循环法尿素分解工段流程简述52.2工艺操作条件52.2.1一段分解52.2.2二段分解5第3章 物料衡算73.1一段分解系统的物料衡算73.1.1一段分解系统的工艺条件73.1.2一段分解系统的物料计算83.2二段分解系统123.2.1二段分解系统的工艺条件条件123.2.2二段分解系统的物料计算12第4章 热量衡算154.1一段分解塔的热量衡算154.1.1进口物料组成及工艺条件154.1.2热量计算164.2二段分解塔热量衡算194.2.1二段分解塔的工艺条件

12、204.2.2二段分解塔的热量计算21第5章 一段分解加热器选型255.1一段分解加热器设计条件255.2一段分解加热器设计程序255.3一段分解加热器计算275.4一段分解加热器型号确定30第6章 安全与环保设计说明316.1水溶液全循环法尿素合成安全规范326.2日常维护与监控管理规定326.3氨水的解吸与排放问题及环保治理方法。336.4 未反应物的回收利用及环保改进措施。34结论35参考文献3739第1章 概述1.1尿素的性质和用途1.1.1尿素的性质分子式为CO(NH2)2，分子量 60.06，CO(NH2)2 为无色或白色针状或棒状结晶体，工业或农业品为白色略带微红色固体颗粒无臭无

13、味。密度1.335g/cm3。熔点132.7。易溶于水、醇，不溶于乙醚、氯仿。呈微碱性。可与酸作用生成盐。有水解作用。在高温下可进行缩合反应，生成缩二脲、缩三脲和三聚氰酸。加热至160分解，产生氨气同时变为氰酸。因为在人尿中含有这种物质，所以取名尿素。尿素含氮(N)46，是固体氮肥中含氮量最高的。尿素在酸、碱、酶作用下（酸、碱需加热）能水解生成氨和二氧化碳。对热不稳定，加热至150160将脱氨成缩二脲。若迅速加热将脱氨而三聚成六元环化合物三聚氰酸。（机理：先脱氨生成异氰酸（HN=C=O），再三聚）。在氨水等碱性催化剂作用下能与甲醛反应，缩聚成脲醛树脂。与水合肼生成氨基脲2NH3+CO2NH2C

14、OONH4CO(NH2)2+H2O粒状尿素为粒径12毫米的半透明粒子，外观光洁，吸湿性有明显改善。20时临界吸湿点为相对湿度80，但30时，临界吸湿点降至72.5%，故尿素要避免在盛夏潮湿气候下敞开存放1.1.2尿素的用途尿素是一种高浓度氮肥，属中性速效肥料，也可用来生产多种复合肥料。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脲，又称双缩脲，对作物有抑制作用。我国规定肥料用尿素缩二脲含量应小于0.5%。缩二脲含量超过1%时，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

15、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NH3和CO2直接合成尿素提供了原料。由NH3和CO2合成尿素的总反应为： 2NH3+CO2CO(NH2)2+H2O该反应是放热的可逆反应，转化率一般为50-

16、 70%。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。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：二氧化碳的压缩；氨输送和尿素合成；循环回收；尿素溶液的加工。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，

17、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内完成，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范围内。水溶液全循环尿素工艺可

18、靠、设备材料要求不高、投资较低。但也存在缺点：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。该工艺中液氨泵和一段甲铵泵的台数较多，动力消耗较多。一段甲铵泵和液氨泵的运行周期较短、检修维护时间较多、维修费用较高。运行周期也相对较短、维修工作量较多、维修费用较高。1.2.2气提法所谓气提法就是用气提剂如CO2、氨气、变换气或其他惰性气体，在一定压力下加热，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

19、合反应。故气提法是采用二段合成原理，即液氨和气体CO2在高压冷凝器内进行反应生成甲铵，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。气提塔中的反应是一个吸热、体积增大的可逆反应，只要有足够的热量，并能降低反应产物中任一组分的分压，甲铵的分解反应就能一直向右进行，气提法就是利用这一原理，当通入CO2气时，CO2的分压为1，而氨的分压趋于0，致使反应不断进行。同样，用氨气提也有相同的结果。气提法工艺是当前尿素合成生产中重要的技术改进，以水溶液全循环法相比，具有流程简化，能耗低，生产费用下降，单系列大型化，操作平

20、衡安全.运转周期长等优点。气提法主要有斯塔米卡本CO2气提法，SNAM氨气提法，IDR(等压双气提)法及ACES法等。第2章 工艺说明2.1水溶液全循环法尿素分解工段流程简述来自合成工段的原料尿素溶液，温度为124，压力为1.764MPa（G）进入一段分解加热器（E0208）被加热至160，经一段分解分离器(R0209)，出口气相组分进入造粒喷头，温度为160，压强为1.764 MPa（G）；液相组分进入二段分解塔(T0210)，温度为160，压强为1.764 MPa（G）,由二段分解加热器（E0211）循环加热。二段分解塔(T0210)出口气相组分进入二段循环第一冷凝器(E0224)，温度1

21、20，压强0.392 MPa（G）；液相组分进入闪蒸槽，去往蒸发工段，温度150，压强0.392 MPa（G）。二段分解塔（T0210）出口气相经二段循环第一冷凝器(E0224)后，进入二段循环第二冷凝器(E0225)，冷凝后氨水经氨水泵(P0227)进入惰性气体洗涤器，尾气进入尾气吸收塔被吸收。2.2工艺操作条件2.2.1一段分解操作压力： 1.765MPa操作温度： 1602.2.2二段分解操作压力： 0.392Mpa操作温度：塔底液相： 150塔顶气相： 120第3章 物料衡算3.1一段分解系统的物料衡算表3-1合成系统支出项目支出项目摩尔流量（kmol/h）摩尔分数()反应后混合物其中

22、：尿素 氨基甲酸铵 CO2 NH3NH3H2OO2N23665.67420.8246.5246.54931399.25852.752.254.61811.486.726.7213.4538.1723.260.060.14总计3665.67100 3.1.1一段分解系统的工艺条件1. 一段分解系统总的氨基甲酸铵分解率：88%2. 一段分解系统总的过量氨蒸出率：90%3. 一段分解系统预分离器的氨基甲酸铵分解率：15%4. 一段分解系统预分离器的过量氨蒸出率：66%5. 预分离器出口气相中水分含量：4.65% 6. 一段分解分离器出口气相中水分含量：17% 7. 一段分解加热器操作条件：压力P=1

23、.765Mpa，温度T=1603.1.2一段分解系统的物料计算1. 预分离器的物料衡算预分离器出口气体组成a.气体中的CO2246.5×0.15=36.975Kmol/hb.气体中的NH3由过量氨蒸汽： 1399.25×0.66=923.51 Kmol/h由氨基甲酸铵分解得： 36.975×2=73.95Kmol/h共计：923.5173.95=997.46 Kmol/hc.气体中的H2O除水以外气相中其他组成： 36.975997.4552.254.618=1041.3 Kmol/h故水量为： 1041.3×4.65100-4.65=50.78 Kmo

24、l/hd.气体中的惰性气 O2：2.25 Kmol/h N2：4.618 Kmol/h预分离器出口溶液组成a.溶液中的CO2 246.5-32.36=214.14 Kmol/hb.溶液中的NH3: （1399.25493）-997.455=894.80 Kmol/hc.溶液中的H2O 852.7550.78=801.97 Kmol/hd.溶液中的尿素 420.8 Kmol/h表3-2预分离器物料平衡表收入项目摩尔流量(kmol/h)摩尔分数（%）支出项目摩尔流量（kmol/h）摩尔分数（%）反应后混合物其中：尿素氨基甲酸铵CO2NH3NH3H2OO2N23419.178420.8246.524

25、6.54931399.2852.72.254.61811.486.726.7213.4538.1723.260.060.14预分离器出口气体其中：CO2NH3H2OO2N2预分离器出口溶液其中：CO2NH3H2O尿素1074.07836.975997.45550.782.254.6182327.09209.52894.80801.97420.831.941.0829.171.490.070.1468.066.1326.1723.4612.31总计3419.178100总计3419.1781002.一段分解塔的物料衡算一段分解塔出口气体组成a.气体中的CO2 246.5×0.88-36

26、.97=179.95 kmol/hb.气体中的NH3由过量氨蒸出： 1399.25×0.9-923.51=335.82 kmol/h由氨基甲酸分解（一段分解系统）而得： 246.5×0.88×2=433.84 kmol/h由一段分解塔分解出NH3 433.84-73.95=359.89 kmol/h故气体中总氨量为： 335.82359.89=695.71 kmol/hc.气体中的H2O (179.95695.71) ×1710017=179.35 kmol/h一段分解塔出口溶液组成a.溶液中的CO2209.52-179.94=29.58 kmol/hb

27、.溶液中的NH3 894.79-695.71=199.08 kmol/hc.溶液中的H2O801.97-179.35=622.62 kmol/hd.溶液中的尿素 420.8 Kmol/h表3-3一段分解塔物料平衡表收入项目摩尔流量(kmol/h)摩尔分数(%)支出项目摩尔流量(kmol/h)摩尔分数(%)预分离器出口溶液其中：CO2NH3H2O尿素4664.18419.051789.591603.94841.69.038.4534.4618.08一段分解塔出口气体其中：CO2NH3H2O一段分解塔出口溶液其中：CO2NH3H2O尿素2110.01359.891391.42358.72544.1

28、759.16398.171245.24841.645.347.7329.97.7154.661.278.5626.7618.08总计4654.18100总计4654.181003.氨冷凝器的物料衡算氨冷凝器出口气体组成氨冷凝器内温度为38，此温度下氨饱和蒸汽压为1.5MPa故惰性气分压为：0.3MPa惰性气分子数为（O2+N2） 2.25+4.618=6.868 kmol/h出口气相中NH3的分子数为 6.868×1518-15=34.338 kmol/h氨冷凝器冷凝的液氨量（不包括一般吸收塔的回流氨量，该部分回流氨量由热量衡算确定）根据合成物料衡算为1125.75kmol/h进氨冷

29、凝器的气氨总量 1125.75+34.338=1160.088kmol/h表3-4氨冷凝器的物料平衡表收入项目摩尔流量(kmol/h)摩尔分数(%)支出项目摩尔流量(kmol/h)摩尔分数(%)氨-惰性气其中：NH3O2N21166.8671160.0872.254.61799.420.190.4液氨惰性气其中：NH3O2N21125.734.3372.254.61796.482.90.190.4总计1166.867100总计1166.867100注：表中不包括一段吸收塔的回流氨量，该回流氨量由热量衡算确定。3.2二段分解系统3.2.1二段分解系统的工艺条件条件一段及二段分解系统总的氨基甲酸铵

30、分解率：98.2%一段及二段分解系统总的过量氨蒸出率：99.4%二段分解塔出口气体内含水：25%（摩尔分率）二段分解系统的操作压力：0.4Mpa（绝）二段分解加热器操作温度：150二段分解塔操作温度：1201503.2.2二段分解系统的物料计算1.二段分解系统生成缩二脲的计算由计算条件知在二段分解系统前生成缩二脲kmol。为简化计算起见可并入此处计算。缩二脲生成反应： 2（NH2）2CONH2CONHCONH2+NH3 2×60 103 17 x y反应消耗尿素量x： x=1.45×2×60103=1.689 kmol/h放出NH3量y： y=1.4×1

31、7103=0.239 kmol/h2.二段分解塔出口气体组成气体中的CO2: 246.5×(0.982-0.88)=25.143 kmol/h气体中的NH3:由二段分解塔蒸出的过量氨 1399.25×(0.994-0.9)=131.529 kmol/h由氨基甲酸铵分解得氨 2×25.143=50.286 kmol/h加入缩合反应放出氨，共计： 131.529+50.286+0.239=182.054 kmol/h气体中的H2O (25.143+182.054) ×25(100-25)=69.066 kmol/h3.二段分解塔出口溶液组成溶液中的CO2 2

32、9.58-25.143=4.437 kmol/h溶液中的NH3 199.085-(131.529+50.286)=17.269 kmol/h溶液中的水分 622.5-69.066=553.434 kmol/h溶液中的尿素 420.8-1.689=419.111 kmol/h溶液中的缩二脲:1.45kmol/h表3-5二段分解系统物料平衡表收入项目摩尔流量(kmol/h)摩尔分数(%)支出项目摩尔流量(koml/h)摩尔分数(%)一段分解塔出口尿液其中：CO2NH3H2O尿素1271.9629.58199.085622.5420.82.3315.6548.9433.08二段分解塔出口气体其中：C

33、O2NH3H2O二段分解塔出口溶液其中：CO2NH3H2O尿素缩二脲276.26425.143182.0569.066995.7014.4372.269553.434419.111.4521.921.9814.315.43总计1271.96100总计1271.96 100第4章 热量衡算4.1一段分解塔的热量衡算表4-1一段分解塔物料衡算平衡表收入项目kg/h支出项目kg/h预分离器出口液CO2NH3H2O尿素9219.115211.51514435.4625248.0一段分解塔出气其中 CO2 NH3 H2O一段分解塔出液其中 CO2 NH3 H2O 尿素22972.957917.58118

34、27.073228.341140.961301.523384.4411207.1625248.064113.9764113.974.1.1进口物料组成及工艺条件1.进口反应熔融物（1.8MPa,124）CO(NH2)2 25248kg/h CO(NH2)2 25248kg/h 39.3%CO2 9219.1kg/h 或 CO(NH3)2 16342kg/h 25.4%NH3 15211.51kg/h 氨水 22519.2kg/h 35.3%H2O 14435.46 其中 NH3 8087.75kg/h 含氨 35.9% H2O 14431.5kg/h 总计 64114.07kg/h 总计 64

35、114.07kg/h 100%2.出口物料液相1.8MPa,160CO(NH2)2 25248kg/h CO(NH2)2 25248kg/h 61.37%CO2 1301.52kg/h 或 CO(NH3)2 2453kg/h 5.61%NH3 3384.44kg/h 氨水 22519.2kg/h 33.02%H2O 11202.16kg/h 其中 NH3 2378.7kg/h 含氨 17.51% H2O 11205kg/h 总计 82282.25kg/h 总计 41141.12kg/h 100%气相1.8Mpa,160 CO2 7917.58kg/h 17.06% 0.307MPaNH3 11

36、827.07kg/h 65.96% 1.187MPaH2O 3232.8kg/h 16.99% 0.306MPa 总计 22977.45kg/h 100% 1.8MPa 4.1.2热量计算1.反应融熔物带入热量Q1=4398075kcal2.反应融熔物带出热量反应融熔物比热的计算：取17.51%氨水比热 1.1kcal/kg· 尿素比热 0.476kcal/kg· 甲胺比热 36.3kcal/kg· Cp=36.378×0.056+0.476×0.614+1.1×0.33=0.681kcal/kg·Q2=41141.12&#

37、215;0.681×160-25=3782309kcal/h3.气相中C02带出热量据CO2 I-S图查：0.307MPa 160 i=203kcal/kg0.1MPa 25 i=174kcal/kgQ3=7917.58×203-174=229609kcal/h4.气相中NH3带出热量据NH3 I-logP图查得：1.187MPa 160 i=487kcal/kg0.1MPa 25 i=422kcal/kgQ4=11825.57×487-422=768759kcal/h5.气相中H2O带出热量据H20 i-S图查得：0.306MPa 160 i=664kcal/k

38、g0.1MPa 25 i=25kcal/kgQ5=3228.3×664-25=2062883kcal/h气相带出热量总和为：Q3+Q4+Q5=229609+768759+2062883=306125kcal/h6.甲胺分解吸热甲胺分解量 16342-2304.5=14027.5kg甲胺分解热 32001kcal/kmolQ6=359.89×32001=11520360kcal/h7.NH4OH分解热NH4OH分解过程可解析为以下过程：QBQDQCQANH4OH 降温（A） NH4OH 分解（B）NH3（液）+氨水气化（C）NH3（气）+氨水 升 温 NH3（气）+氨水35.

39、9%氨水降温放热取35.9%氨水比热为1.1 kcal /kg·QA=22519.2×1.1×160-30=3220245.6kcal/hNH4OH分解热(吸热)查图得：最初状态氨水浓度为35.9%NH3，混合热为159 kcal/kgNH3最初状态氨水浓度为17.5%NH3，混合热为195 kcal/kgNH3分解热 QB=2378.7×195-8087.7×159=-822097.8kcal/h氨气化热1.187 MPa 30 NH3汽化热为273.6 kcal/kg分解NH3量为8087.7-2387.7=5700 kg/hQc=5709

40、×-273.6=-1561982.4 kg/h升温吸热氨气 11.87MPa 30 i=407.4 kcal/kg11.87MPa 160 i=488 kcal/kgQNH3=5709×407.4-488=-460145.4kcal/h17.51%氨水，取其比热为1.1 kcal /kg·Q氨水=13583.7×1.1×30-160=-1942476.2kcal/hQD=Q氨+Q氨水=-1942476.2-460145.4=-2402621.6kcal/hQ7=QA+QB+QC+QD =3220253-822096.5-1561982.5-24

41、02622 =-1566448kcal/h热损失 取进入热负荷1.1%Q8=47200kcal/h一段分解塔热平衡求取加入蒸汽热负荷设所需加热蒸汽量为QQ1+Q=Q2+Q3+Q4+Q5+Q6+Q7+Q84398075+Q=3782309.5+3061252.5+5760180+1606948+47200Q=9859315 kcal /h则一段分解塔所需加热蒸汽热量为9859315 kcal/h表4-2一段分解塔热量平衡表序号收入项目kcal/h%序号支出项目kcal/h%12反应融熔物带入加热蒸汽供给4398075985931530.869.21234567反应融熔物带出气相 CO2气相氨气相

42、水甲胺分解NH4OHA分解热损失378230929609.57687592062883576018016069484720026.51.615.3914.4740.4011.270.76总计10299120100总计142573901004.2二段分解塔热量衡算表4-3二段分解塔热量衡算收入项目kg/h支出项目kg/h一段分解塔出口尿液其中 CO2NH3H20尿素41139.21301.53381.71120525251二段分解塔出口气体其中 CO2NH3H2O二段分解塔出口尿液其中 CO2NH3H2O尿素缩二脲5463.51106.23110.71246.535675.7195.2295.7

43、995.8250.76150总计82278.5总计41139.24.2.1二段分解塔的工艺条件计算依据（计算以25为准）1.进二段分解塔尿素溶液温度t=160；压力P=0.4 MPa（绝）2.出二段分解塔尿素溶液温度t=1503.出二段分解塔气体温度t=1204.二段分解器各组份分压： CO2： 0.4×1.0011.088=0.036 MPa NH3： 0.4×7.31811.088=0.264 MPaH2O： 0.4×2.7711.088=0.1 MPa5.二段分解塔出口溶液组成CO2： 195.2 kg/h 甲胺 348.2kg/hNH3： 295.7 kg

44、/h 或 氨水 10101.2kg/hH2O 995.8 kg/h 其中 NH3 142.7kg/h尿素 25076.2 kg/h H2O 9958.5kg/h缩二脲 150 kg/h 尿素 25076.2kg/h 缩二脲 150kg/h总计 71351.5 kg/h 总计 35675.7kg/h4.2.2二段分解塔的热量计算1.溶液带入热量根据一段分解塔的热量计算Q1=3782309.5 kcal /h2.加热蒸汽供给热量Q23.尿素带出热量由于尿素溶液中含有CO2、NH3、缩二脲含量甚微，古在计算中不予考虑，则尿液浓度：H2O 9961.812 kg/h 28.4%尿素 25076.25

45、kg/h 71.6%合计 35038.062 kg/h 100%查图得 71.6% 尿液 CP=0.68 kcal /kg·Q3=35675.7×0.68×150-25=3032438.7 kcal /h4.分解气体带出热量 CO2 0.036 MPa 120 i=194 kcal /kg 0.1 MPa 25 i=174 kcal /kgQCO2=1106.2×194-174=22124 kcal/hNH3 0.264 MPa 120 i=471 kcal /kg 0.1 MPa 25 i=423 kcal /kg QNH3=3110.7×4

46、71-423=1499325 kcal/hH2O 0.1 MPa 120 i=649 kcal /kg 0.1 MPa 25 i=25 kcal /kgQH2O=1426.5×649-25=777816 kcal/hQ4=22124+1499325+777816=949266 kcal/h5.甲胺分解热1.8MPa ，120时甲胺分解热为32001kcal/kmol甲胺分解量为25.00kmolQ5=25.00×32001=800025 kcal6.NH4OH分解热最初溶液中NH3量为199.08-2×29.58=139.92 kmol最终溶液中NH3量为17.2

47、69-2×4.437=8.395 kmolNH4OH分解量为 139.92-8.395=131.529 kmol最初溶液中H2O/NH3=622.5/139.92=4.45最终溶液中H2O/NH3=553.434/8.395=65平均 4.45+652=34.7在常温常压下俺的分解热为8430kcal/kmol (查图)求取0.4MPa 120时氨的分解热：0.4 MPa，120，17.51%氨水 NH3（气） 0.4 MPa，120 氨水120QA 降温降压 QC 升温升压 QD0.1 MPa，20，17.51%氨水 分 解 NH3（气）0.1 MPa，20 氨水1 MPa，20QA 氨水降温降压放热QA=13583.72×1.1×(120-20)=1494209.7kcal/hQB 氨水在0.1 MPa 20下分解吸热QB=-8430×263.059=1108793 kcal/hQC 氨水升温升压吸热 1 MPa 20 i=423 kcal/kg 4 MPa 120 i=470 kcal/kgQC=131.529×17×(423-470)=-1