【《水溶液全循环法生产尿素的工艺计算过程案例》2700字】

水溶液全循环法生产尿素的工艺计算过程案例1.1物料衡算1.1.1计算依据在本次设计中我将以1吨（1000kg）成品尿素为基准[10]以下是我对碳酰胺成品成分的简单规格介绍：在碳酰胺中的含氮量是41.09%。在反应中生成的缩二脲所占比例0.9%。碳酰胺合成的过程中水分的占比约为0.3%。其他杂质忽略不计由于设计任务年产50万吨碳酰胺，并且碳酰胺的纯度需要达到98.7%。因此我将原料的预定消耗定量为和。每吨的产物里需要4328kg的每吨的产物里需要5858kg的1.1.2合成塔物料衡算计算所需条件查阅多数文献我得到在进合成塔里的、与水的比值：=0.65，=4.1。甲铵液中=1.1（合成塔），=0.65（合成塔）我们规定操作条件：温度T=190℃以上，压力P=21.58MPa2.气体的组成气体的组成主要以为主，这里的不是纯净的，所以包含部分的水蒸气，氧气之类的。在反应中的总的的量为：126.08kmol或5547.35kg其中：124.66kmol或5485.37kg：0.11kmol或2.05kg：0.67kmol或21.57kg：1.37kmol或38.36kg1.组分物料量的量为：含量：在氨基甲酸铵溶液的量：氨的含量：除去由气相进入：经过我们的计算可以确定的是溶液中的碳酰胺的量是：0.293kmol或17.6kg4.原料液中的的量：这里的11.69是损失的量。5.循环液里面氨的量的总量为：的剩余量：6.产物碳酰胺的生成量已知：78是甲铵的分子质量。设未转化为尿素的出塔即为：：：7.流失的氨消耗的的量为：流失的为：8.得到我们知道水是原料带入的以及反应生成的，所以睡得得到的量是：9.物料衡算表表1.1合成系统物料衡算表以每吨成品尿素为基准1.1.3预分离器的物料衡算计算的的条件（1）甲铵分解率是88%，这是我们查阅相关资料得到的。（2）氨的蒸出率在整个反应器里是很大的占十分之九。（3）甲铵分解率在预分离器里较小约为四分之三（4）气相水在预分离器的出口处的含量占据总反应的4.65%（5）气相水在分离器里的含量占总反应的17%2.出口气体组成氨：氨的蒸出量：：甲铵分解出氨的量：：总的氨的量：水蒸汽：其他的气体组分：水蒸汽为：惰性气体：：0.09kmol或2.88kg：0.18kmol或5.04kg出口处溶液的组成：：：经过我们的详细计算可以确定碳酰胺在预分离器里的量为：122.964kmol或7377.81kg4.物料衡算表表1.2预分离器的物料衡算表以每吨成品尿素为基准1.1.4一段分解塔物料衡算1.的组成·由于反应的进行出口处的气体中的不是纯净的。：蒸出的氨：甲铵分解：分解塔分解出的氨：总的氨量：水：2.出口溶液的组成：：水：碳酰胺;122.964kmol或7377.81kg物料平衡表表1.3一段分解塔物料平衡以每吨成品尿素为基准1.1.5二段分解塔物料衡算1.计算的条件反应器的甲铵分解率98.2%；反应器过量氨蒸出率99.4%；在出口气体中含有的水分25%；在分解系统中最理想的操作压力0.3924MPa；在分解系统中最理想的的可操作的温度120-150℃2.缩二脲的计算缩二脲的生成反应26010317N6M尿素的消耗量N：氨的量的M：1.出口处的气体中的，由甲铵分解得氨：加入缩合反应放出的氨：4.出口处的5.溶液的组成：：水：碳酰胺：经过我们多次的、反复的计算得到缩二脲在溶液中的含量：44.76kg或0.435kmol6.物料衡算表表1.4二段分解塔物料衡算以每吨成品尿素为基准序号输入物料kgkmol序号输出物料kgkmol1塔出口液14552.402512.8561出口气体1159.40865.3972其中362.2088.2322其中307.8686.9973977.43257.4963702.06641.29845834.952324.1644149.47417.1025尿素7377.81122.9645二段分解塔出口液13392.994447.4597其中318.2087.2328241.36614.19895463301.510尿素7325.66122.09411缩二脲44.760.435总计14552.402512.856总计14552.402512.8561.2热量衡算1.2.1计算依据对于热量衡算，我们需要注意，进口出口的气压以及温度。：21.680MPa，T=125℃甲铵：21.680MPa，T=100℃反应物：21.680MPa，T=190℃1.2.2合成塔热量衡算1.气体的在不同的条件下21.680MPa125℃i=694.21kJ/kg0.0981MPa25℃i=727.67kJ/kg吸热在不同的条件下0.0981MPa25℃时，i=1768.99kJ/kg21.680MPat℃时，i=IkJ/kg1.甲铵生成热甲铵生成热为：4.甲铵吸热我们把温度加热至150℃时，其热焓增值21997.32kJ/kmol5.甲铵熔融碳酰胺在高温150℃时生成热为20282kJ/kmol6.甲铵吸热甲铵的比热为37.4%氨水的比热5.027.甲铵转化吸热8.(+++)反应吸热查表得出：碳酰胺和甲铵的比热分别为，氨水在60.7%的比利时的比热9.氨吸热我们将氨的反应条件用温度来区别：132.5℃时，i=1120.78kJ/kgt℃时，i=IkJ/kg但是它们都有一个共同的条件21.680MPa的压力下。10.液氨气化在临界温度下气化时，其热效应为0。11.氨吸热根据以上9得出150℃时，i=1246.24kJ/kg12.氨与水混合我们在查阅部分资料后得到氨水浓度在合成塔的浓度可以确定两个百分比。当其浓度为60.7%，混合热为397.29kJ/kg；而当其浓度为37.4%，混合热为656.57kJ/kg我们将氨与水混合后在21.680MPa的压强下125℃，i=280.19kJ/kg，190℃，i=347.11kJ/kg11.合成塔热损失=-407442.22kJ/t合成塔的热平衡-183540.48+4316.31×(I-1768.99)+19841748.247-2742185.911-2528411.382-293011.923-2677912.84+454596.6728+5562.876×(I-1120.78)+0-697918.42+186146.50-4054.01-46196388.97=0I=4761.1212kJ/kg查得I-logP图得到t=46℃14热量平衡表1.2.3预分离器热量衡算1.液相带入的热量 由于查阅书籍得到进口液相的反应熔融比热为2.气相带入热量我们查得空气在不同的压强，不同的温度下的热量分别是：在压强21.680MPa，温度190℃的热量i=355.47kJ/kg在压强0.0981MPa，温度25℃的热量i=190.28kJ/kg1.液相带出热量我们假设预分离器出口液相的温度为t℃，然后根据甲铵比热和151.81kJ/kmol尿素比热1.99kJ/kg℃35.9%氨水比热4.6002kJ/kg℃4.排出带出热查T-S图0.060MPa118℃，i=811.31kJ/kg0.0981MPa25℃，i=727.67kJ/kg气带出显热查I-logP图[12]1.612MPa，118℃，i=1932.08kJ/kg0.0981MPa，25℃，i=1764.80kJ/kg气带出显热查T-S图0.0833MPa118℃，i=2714.118kJ/kg0.0981MPa25℃，104.55kJ/kg惰性气体带出显热(按空气计)根据空气T-S图0.011MPa118℃，i=282.285kJ/kg0.098MPa25℃,i=190.281kJ/kg38004.67+828785.41+691806.92+738.791559335.79kJ5.甲铵分解的热量在0.0981MPa，25℃，甲铵的生成热为159166.92kJ/kmol甲铵的熔融热为20282.7kJ/kmol甲铵在1.7058MPa，120℃的分解热为q=-133828.182kJ6.的分解热将分解过程解析如下[13]118℃41℃41℃A:取60.7%氨水比热5.018kJ/kg℃最初态：60.7%氨水混合热为397.29kJ/kg最终态：35.9%氨水混合热为664.938kJ/kgC：在1.612MPa时汽化热为1095.65kJ/kg分解的量为（951.49-321.51）=627.98kJD：升温吸热604875.69-1215264.02-688065.13-1520592.33=-2819045.79kJ7.反应的热损失取热量损失约进入热负荷的1.19%8.出口液相对温度t的求取因1876315.99+1326.48=61045.702t-1526142.545+1559335.79-1477461.13-2819045.79+157704.47t=106.5℃出口液相带出热量9.热量衡算表表1.6预分离器的热量衡算以每吨成品尿素为基准1.2.4一段分解塔的热量衡算1.带出的热量反应熔融物比热计算取17.51%氨水比热4.6002kJ/kg℃尿素比热1.991kJ/kg℃甲铵比热151.807kJ/kg℃反应熔融物带入的热量2.带出的热量由T-S图查【12】0.301MPa160℃，i=848.95kJ/kg0.0981MPa25℃，i=727.67kJ/kg1.带出的热量我们查资料得出在不同的压强和温度下的热量：1.164MPa160%i=2036.63kJ/kg0.0981MPa25%i=1764.8kJ/kg4.带出的热量根据i-s图0.3MPa160℃，i=2776.85kJ/kg0.0981MPa25℃，i=104.55kJ/kg气相带出的热量总和：5.分解吸热甲铵分解量：651.68-92.18=561.50kg=7.2kmol甲铵分解热：133828.18kJ/kmol6.甲铵分解吸热35.9%的氨水降温放热取比热为4.6kJ/kg℃（1）分解热查图得知：最初态：35.9%氨水混合热为664.94kJ/kg最终态：17.5%氨水混合热为815.49kJ/kg分解热:（2）氢汽的比热1.164MPa30℃，汽化比热为1144.2kJ/kg分解的量为321.51-95.15=228.36kg（3）升温吸热氨气1.164MPa30℃i=1701.75kJ/kg1.164MPa160℃i=2040.82kJ/kg17.51%氨水，取其比热为4.6kJ/kg℃7.热损失一段分解塔的热平衡求取加入蒸汽热负荷7963503+Q=6853272.422+3636038.949+963562.896+262031.583+7895.62Q=3759300.478.一段分解热平衡表1.2.5二段分解塔热量衡算1.溶液带入热量2.加热蒸汽供给热量 1.尿液带出的热量尿液带出的热量查图得知，71.6%的尿液=2.84kJ/kg℃分解气体带出的热量（1）0.035MPa120℃i=811.31kJ/kg0.0981MPa25℃i=727.67kJ/kg（2）0.259MPa120℃i=1969.72kJ/kg0.0981MPa25℃i=1768.99kJ/kg（3）0.0981MPa120℃i=2714.12kJ/kg0.0981MPa25℃i=104.55kJ/kg5.甲铵的分解热1.766MPa120℃时甲铵分解热为133828.18kJ/kmol6.分解热最初溶液中的量为最终溶液中的量为分解量为最初溶液中的=324.164/41.032=7.90最终溶液中的=291.09/238.94=1.22平均在常温常压下氨的分解热为35254.26kJ/kmol-氨水降温降压放热-氨水在0.0981MPa,20℃下分解吸热在压强温度分别为：0.0981M