【《年产50万吨尿素的生产方案设计》10000字（论文）】

年产50万吨尿素的生产方案设计摘要尿素，是一种白色的结晶体，我们用专业术语叫做碳酰胺,主要成分是碳(C)、氮(N)、氧(O)和氢(H)四种化合元素组成的有机化合物。尿素是固体氮肥中氮含量最高的化学肥料,在世界范围内由于尿素有着多重的价值，尿素生产及利用才被世界重视，从而占据世界首位。同时，尿素更是一种用途多元化的工业生产原料。从19世纪年尿素开始工业化的生产,世界上的多数国家都开始重视尿素生产系统的相关研究，我国尿素装置主要有水溶液全循环法（Totalcirculationofaqueoussolution）、二氧化碳汽提法（carbondioxidestripping）和氨汽提法（ammoniastripping）三种生产工艺。在国外生产尿素的方法有IDR工艺、ACES工艺等多种工艺。在我国以水溶液全循环法为主，这种方法效率低、安全性低。本设计主要对尿素的物理化学性质、生产和利用、相关安全、发展历史、发展前景和在国内以及国外的生产现状进行相对的、较为细致的分析，同时对国内外现有的形式各异的优异的生产工艺进行较为简要的详细介绍。对尿素的合成及生产进行主要化工设备的物料、热量衡算以及设备计算。参考大量国内外的相关文献，做出我认为年产50万吨尿素的最理想方案。关键词：尿素；生产；工艺；尿素装置1绪论1.1尿素1.1.1尿素的主要性质及用途在25℃的条件下，尿素是一种针状的结晶体，我们把这样的尿素叫纯态的碳酰胺。同时纯态的碳酰胺我们是看不见任何颜色，也闻不到任何味道的。纯态的碳酰胺在一定的条件下是可以呈现的斜方棱柱结晶体。我们把碳酰胺在真空且密闭的条件下进行一定的加热，我们将会看到碳酰胺升华为气体的现象。碳酰胺是溶于水（）和液氨()的，也溶于甲醇（）、甘油()，不溶于乙醚()和氯仿()。碳酰胺它的溶解度是伴随着温度的不断升高而不断变大的操作仅限于在水或者液氨中。（1）碳酰胺的常见物理化学性质：纯正的碳酰胺，它的氮元素的百分比含量为46.6%，这是理论上的数据。在常压下尿素的熔点为132.7℃，在加热温度超过熔点时尿素就会分解。堆密度为0.76，在温度达到室温（25℃）的条件时，碳酰胺的临界相对湿度其比例还是大于50%的，是75.8%。碳酰胺在一定的条件下是稳定不变的，而这个条件就是常温下、常压。但是碳酰胺在其温度达到它的熔点温度的时候，这个碳酰胺既能够异构化，而这个异构化的目的便是形成氰酸铵。这里或许不可避免的需要说一说，碳酰胺最终的分解便是氰酸和氨的产生。(1-1)我们将碳酰胺放进反应器内，然后将度不断加热使其达到130℃或者更高，此时此刻碳酰胺就会逐步的发生缩合反应。也正是碳酰胺发生的缩合反应，使得缩二脲、缩三脲、三聚氰酸缩合物。缩二脲、缩三脲等物质产生。而它们之所以会产生的根本原因还是碳酰胺分子缩合生成一分子的缩二脲，同时有一分子的氨排出。更重要的是伴随着温度的提高所产生的物质越多。反应方程式分别如下(1-2)(1-3)(1-4)所示[1][2][3]： (1-2) (1-3)(1-4)在一定的条件下对碳酰胺持续不间断的进行加热，碳酰胺的水溶液将会转化为缩二脲。这里的一定条件指的是在常压下。由此我们可以选择性的降低碳酰胺环境的压力，或是提高碳酰胺反应的温度，又或延长碳酰胺的反应时间，以上的这些方式都是有利于缩二脲的生成的。在合理的温度下，将碳酰胺放在水中，我们会观察到它的水解速率是极为缓慢的。合理的温度指的是25℃。但是碳酰胺在水中的水解速率是受温度影响的。随着温度的逐渐升高，我们将会看到碳酰胺的水解速率是不断的加快的。为了更加详细的看清，例如：当环境的温度高于60℃时，尿素的水解就有明显变化；80℃时，1小时内可使水0.5%；110℃时，1小时内的水解量可增加到3%；在温度达到145℃以上时，尿素的水解速度增加最为明显[4]。其过程为：(1-5)(1-6)(1-7)(1-8)同样的水解过程也是包含着碳酰胺作为肥料施入土壤的时候，碳酰胺在土壤里受到脲酶的影响从而发生水解反应的这个过程。但是呢，在这里我们所说的水解过程它是由两个方面所影响的，第一是温度，第二是脲酶的活性。例如：在冬季(温度在10℃左右)，水解约需7天；在夏季(温度在30℃左右)，水解只需2-3天即可[7]。众所周知的是，碳酰胺不是大分子，它是小分子的。并且碳酰胺小分子之间的静电结合力也是相对较弱的。同时碳酰胺分子中存在着高度极化的羟基团，不得不提的是碳酰胺分子中的氮原子，它是含有未配对的电子的。未配对的电子灵活性强，满足同性吸异性斥的。如此便有了生成复合物的特性例如,与与硝酸作用生成，盐类作用生成的络合物,与磷酸作用生成等[7]。尿素的用途：a.我们常说的碳酰胺是一种多元化的生产原料。其主要是三聚氰胺的生产原材料。b.碳酰胺还是一种含氮量特别高的肥料，通常的情况下我们称为高浓度氮肥。我们把碳酰胺肥料归属中性的速效肥料。其特点是可以长期不间断施用碳酰胺在土壤，不留有害物质，没有不良影响。c.医学领域中尿素有着举足轻重的作用，例如：渗透性脱水利尿药物，在生理上通过提高血浆渗透压来减轻组织水肿，同时含有尿素的某些药剂可用来提高皮肤的湿度。d.防治虫害，这方面碳酰胺也是有着特殊地位的。我们将碳酰胺与一定的物质混合后，并且搅拌混匀便合成产生了防止虫害的杀虫剂。简单的一些虫害，都是可以预防的。e.碳酰胺合成制铁肥。这是将碳酰胺以络合物的形式，和进行反应生成螯合铁。这种有机铁肥有着成本廉价，防止植物缺铁失绿的特点。f.尿素可以取代防冻的盐。它的优点是不腐蚀金属。1.2尿素的合成机理在一定的条件下我们可以将等量或不等量的二氧化碳气体和液氨反应合成碳酰胺。这里的条件是在高温、高压。只有在很高的温度和很高的压力下碳酰胺的活性更高。同时，我们将碳酰胺的合成过程分为两步进行[5]。第一步：我们合成产物氨基甲酸铵，这是有着四种元素组成的物质。反应式如下：以上的这个反应我们可以清晰的看到氨基甲酸铵的生成。很明确的说这个过程是一个强放热反应。同时还能够看到它的反应可以正向也可以逆向进行。反应物的体积是缩小的，也能检测出反应速率的快慢过程。在短时间里化学平衡。经过一系类的操作我们在反应达到平衡后最终得到的是二氧化碳转化氨基甲酸铵的百分数与之相比还是挺高的。第二步：尿素被甲铵脱水生成。反应式如下:氨基甲酸铵的脱水是一个可逆微吸热反应。我们都是知道甲铵的脱水反应必须在液相中进行。同时通过大量的实践证明了呈熔融状态或者液态的氨基甲酸铵才是这个反应进行下去的最最重要的条件。最后我们可以说说，这个反应的重要性。它属于中枢位置。这里的中枢指的是碳酰胺合成塔合成过程中的中枢。碳酰胺必不可少的合成条件：在高温达到180-210℃，在高压达到13-24MPa。1.3储存尿素的方法（1）我们为了更好地储存碳酰胺，从而在使用碳酰胺之前，我们需要首先确定装盛碳酰胺的袋子是完好无损的。因为碳酰胺储存还是特别重要的，储存不当的碳酰胺将会吸湿凝结成块，从而影响碳酰胺的质量，吸湿凝结成块的碳酰胺其不论是物理，还是化学等方面的作用都会有所影响。因此为了更好地运输碳酰胺，所有的工作人员一定要将其做到轻动手，慢抬脚，小心翼翼保存还。其次还得做到防雨防水水，将碳酰胺合理的贮存在温度干燥、环境通风的条件下。经过一系列的研究20℃是最适宜的温度。（2）如果要储存大量的尿素，必须先确保良好的通风条件，并留出通风散湿的空间。检查包装，及时封存未用完的尿素。1.4尿素的发展前景对2022年的合成碳酰胺的市场发展前景的做一个简单预测：由于2020年的新型冠状疫情的爆发，使得我国近年尿素的开工率低、供给较为紧张，因此碳酰胺肥料等行业的行情看涨。自2003年起，随着全球石油价格的上涨，在大幅度增长的还有生物能源的需求。全球农业种植面积的不断扩大，从而带动了农业产品价格的上涨。随着农户对农业大幅度的投入，推动着肥料需求的不断增长。同时，全球尿素的产能呈现爆发式增长，研究多年来的碳酰胺供给方向。我们可以大致的确定碳酰胺的供给由三方面影响。其一，碳酰胺的产量。每年的碳酰胺产量都是不固定的，碳酰胺产量的多少也涉及着碳酰胺的储存和安全问题。其二，库存。也是由于年产碳酰胺的不定值，影响着每年的碳酰胺能否完全利用。因为碳酰胺的损耗不定，所以有着不定的库存。库存的影响也涉及了不少的方面，不可不提的是碳酰胺储存的安全问题。其三，进口。但是呢，我们国内的碳酰胺都不能完全利用，所以进口所占的百分比就可以忽略不计了。所以，碳酰胺的进口一般可以不做主要的分析。我们国家在碳酰胺的需求方面，主要是农业。我们是农业大国，农业方面受国家管控，因此碳酰胺在农业方面的需求还是较为稳定的，所以农业方面的碳酰胺所占比例是70%。碳酰胺的需求还表现在工业方面。医学方面也简略的涉及了一些[17]。我们国家受地理位置，环境因素的影响。我们国家的能源状况是以煤炭为主的。据相关资料得知我国的煤炭储量占据全球的15%，从这个数据就可以清晰的了解到，我国煤炭储量的巨大。在众多不可再生资源里，我国的石油在全球的储量仅次于煤炭占据2.7%，我国的天然气在全球的储存量是占据最少的，为0.9%。在这个巨大的、多变的环境中间接的决定了我国的不可再生资源是以煤炭为主，最重要的是我国碳酰胺的合成必然是以储量最多的煤炭为主的。从上述了解到，在全球不论是以煤炭制碳酰胺为主导，还是以天然气制碳酰胺为主导，又或者是用其他的物质来制取碳酰胺。在生产尿素的过程中都需要先制备合成气，再加入生产合成氨，最后加入制备尿素。由于我国尿素的产能严重过剩，导致大量高成本生产尿素的企业因亏损停产。1.5尿素合成的安全问题(1)避免与皮肤和眼睛的接触。(2)碳酰胺的合成生产是避免不了在特别高的温度，特别高的压力。因为这两者是这个反应的反应特性，我们在这里所提到的最大压力蒸汽是14.8MPa，碳酰胺合成塔的温度在正常条件下的温度通常是180-183℃。由于碳酰胺合成生产过程中伴随着很多的物质，比如：具有腐蚀性、气味刺鼻不好闻的甲铵，具有轻微毒素的、气味逼人的甲醛等物质。有部分反应物当它们的浓度达到一定值就会引起工作人员的身体不适，严重的甚至会导致中毒身亡。在我们化工行业，必须小心小心再小心。必须时刻注意生产空间的环境是通风的，为自己的生命做出重视。在相关的设备里二氧化碳压缩机所产生的噪音是不容忽视的，不到耳罩坚决不进工作区间。严重的噪音，会直接导致我们的听力受损，甚至直接听不见声音。由于尿素合成生产的过程中存在多种危险因素，所以为确保安全生产必须采取相应的安全防护措施[8]。例如：我们查看网络资料知道在1995年河北迁安化工厂和21世纪初平阴鲁西等多地，发生了令人感叹的事故，大量的财物损失，多条伤亡惨剧的工作人员，都是传统的碳酰胺合成塔爆炸的受害者。我们查阅想过资料，将造成燃爆的必要条件分为两点[14]：1.碳酰胺的浓度是否达到浓度的极限，我们都知道当可燃气和助燃气在达到一定比例的时候，也就是说即将进入爆炸范围，这不是危言损听；2.碳酰胺、反应物和产物的能量是否发到了其极限，我们将混合气体处于爆炸极限时，在这个时候它是不会直接爆炸的。因为它还缺少一个因素，那就是具有着火的能源。总结上述的部分事件和相关的记载。我们都一目了然的知道了化工生产过程中的安全是多么的重要。一个小小的打盹，一个小小的失误，这都是会造成惨重的代价的。上述的两点都是爆炸事故发生所必不可少的。我们使其任意的一点不成立都是可以防止事故发生的。我们总结以上的两个条件。我们了可以轻易明确的知道防止碳酰胺合成爆炸的简单的基本原则是以下的两点。第一，我们将气体混合物不论是产物还是反应物都让它们一直处于爆炸极限的大范围之外。第二，我们要尽可能的消灭到一切的能够导致着火的能源火种。为自己负责，为同事负责，为家人负责。1.6国内外常用的合成方法我们在全网上查找碳酰胺的合成资料，得到在我们国家碳酰胺的合成生产主要用三种方法。老陈的水溶液全循环法、洋气的二氧化碳汽提法和氨汽提法。首先之所以会说水溶液全循环法是老陈的，最重要的是在上世纪60年代水溶液全循环法便在工业上普遍进行应用了。并且及现在而言，在我国经过浏览大量的信息可以看的出绝大多数的中小型碳酰胺装置任然在采用的是水溶液全循环法，。诚然，这个方法有优点，比如我们所看重的就是这个方法它在碳酰胺合成塔内的转化率很高。但是它的缺点也很明确，动能的消耗与其他的方法相比较大，简而言之就是在这中间的浪费很多。由于我国对这个方法的使用经验丰富法制现在就这个方法而言我们所拥有的的技术还是很成熟的。我们所查阅到的另外两个方法分别是，荷兰的Stamicarbon的二氧化碳汽提法尿素装置，意大利的Snam的氨汽提法尿素装置。以下为三种生产工艺的简要介绍：1.水溶液全循环法主要分四个基本过程：第一，我们是把合成生产碳酰胺的原材料里的二氧化碳和氨进行处理，包括对材料的净化以及供给原料的数目。第二，我们将原材料氨和二氧化碳放在一定的条件下使他们反应合成碳酰胺，此时的碳酰胺不是纯净的。第三，我们将没有发生反应的反应物进行分离并且重新的回收额一系列操作。第四，我们对合成生产出来的碳酰胺进行更进一步的精细加工。包括提升碳酰胺的浓度或者对碳酰胺的合成组分的记载[15]。2.二氧化碳汽提法：我们所说的二氧化碳汽提法其实简而言之就是利用二氧化碳或者说合成碳酰胺的原料里面有二氧化碳。二氧化碳汽提法准确的定义是把没有反应的原材料经过更进一步的处理，它们可以加热分解掉且变成气体可以简单的缝隙中跑出去，而加热分解掉的前提就是让它们合成熔融的物质。通过二氧化碳在合成压力下使得尿素熔融物气提，分解其中的甲胺，返回合成系统的过程[7]。3.氨汽提法：我们将此汽提法的工艺本质，简单的归纳到热汽提法工艺。我们将三种合成碳酰胺的方法进行比较：水溶液全循环法的优点主要体现在使用这种方法它所需要的高压设备与其他两种方法相比较要少一点，我们是用这种方法它不需要我们去找大量投资费用减轻我们的经济压力。其次我国在水溶液全循环法的较为成熟的经验可以让我们直接性的参考借鉴，不用再另辟蹊径[16]。二氧化碳汽提法的优点是主要体现在我们使用这个合成碳酰胺的制造工艺，它的操作要比水溶液全循环法所使用的生产设备要少，让生产流程更加的简化方便得多至于氨汽提法的优点和二氧化碳汽提法有相似之处，这里不做详细说明。我们针对氨汽提法的主要流程进行简要的说明：1、我们将碳酰胺在一定的条件下进行合成，反应过程中的反应杂质进行高压回收；2、我们在中压的条件下把碳酰胺进行提纯，并且把部分的氨重新回收利用；3、我们把碳酰胺在低压的条件下进行提纯，将进行一定的反应后的碳酰胺再次回收重新的加以利用；4、真空预浓缩；5、真空浓缩；6、造粒；7、有关的工艺工段水处理；8、蒸汽管网；9、对管网进行冲洗。1.7尿素的发展历史在16世纪，我们查阅相关资料得知历史上第一为发现碳酰胺的人是伊莱尔·罗埃尔（HilaireRouelle）。一直到19世纪，德国的化学家弗里德里希·维勒第一次通过使用无机物质氰酸铵（，这是一种无机化合物，它是由氯化铵和氰酸银在一定的条件下反应制得）与硫酸铵在通过人手工操作的条件下粗略的合成了碳酰胺。不知道的它原本的打算是合成另外一种物质氰酸铵，但是就是这个意外的操作使得它间接性的得到了碳酰胺。也正是这个出乎预料的操作让他千古留名。化学界的历史上有了这么浓重的一笔。这个操作彻底的拉开了我们人工合成有机物的序幕，有了它作为起点，人们的思维开始有了方向性的进展。碳酰胺的出现，也证明了流传于世的活性轮是错误的。它具有开辟历史的地位，象征了有机化学的诞生。2尿素装置简介（水溶液全循环法）本文我们选用水溶液全循环法合成尿素的工艺。具体操作有反应器：合成塔、分解塔、压缩机、加热塔等。原料是二氧化碳和氨，我们将两者进行加工处理反应合成碳酰胺。尿素装置是在20世纪80年代经我国国家计委批准立项的，一同建成的还有合成氨装置。在1994年正式开工建设，正式建成投产是在1996年。水溶液全循环法合成尿素的工艺与其他两种工艺相比较为成熟，并且在我国有着快速的发展，当然除了具有尿素的大量投资、材料获取简单方便，国内可以成套的制造，更为之重要的是技术创新方面在我国得到了全面的支持，就比如采用预分离的预精馏工艺等，大幅度提高原装置产能，大幅度的下降消耗，成为了具有新思路，新概念的改进型的水溶液全循。结合以上的分析本次没计综合考虑选用水溶液全循环法工艺。2.1水溶液全循环法工艺流程路线及说明图2.1水溶液全循环法工艺流程路线水溶液全循环法合成生产尿素工艺是先让通过压缩机，使其进入到预混器里。同时氨进入到过滤器过滤，再经过液氨缓冲槽、高压泵进入预混器。是二者在预混器里混合，混合物进入到合成塔并且送至底部。我们使合成塔达到一定的条件，让里面的混合物发生反应。反应物经过一段分解塔、二段分解塔、加热器最终形成我们所要得到的产物。从上图2.1可以直白的看到加热器一段分解塔或二段分解塔之间产物的循环利用[6]。

2.2合成原理我们把能够合成碳酰胺的原料：氨和二氧化碳，合成碳酰胺的的反应分两步进行[11]:第一步，我们将生成氨基甲酸铵，通过利用氨与二氧化碳之间的放热反应。第二步，我们把氨基甲酸铵（也被称为甲铵）进一步的脱水从而生成碳酰胺，（1）（2）反应方程式（1）这是一个不可逆反应。通过实践我们可以得出这个过程是在极短的时间内完成的。这个过程中还伴随着大量热能量的流失。最后氨与二氧化碳的反应器器转化率挺高。这是一个平衡反应。反应方程式（2）这是一个很明显的可逆反应。通过实践我们知道这个过程所需要的时间远大于化学方程式（1），并且在这个过程中它是吸热的，但是吸收的这个热量不多。最后这个过程是需要在液相中进行的。我们将温度放置为的高温时，此时此刻的两者间的摩尔比为2.0。我们将其压力放到可以使反应物维持在液态的程度，这个时候的甲铵转化成碳酰胺的转化率(以计)为50%；并且我们可以清晰地看到甲铵转化成碳酰胺的反应速率是受到温度影响的。伴随着温度的大幅度变化而其转化率的变化也是不可忽视的。我们将温度保持在一定的条件下不变时，这个时候的转化率是受到压力影响的。伴随压力的逐步升高而它的转化率也是在不断变大的，直到这个转化率达到一定数值之后，我们继续的提高反应器的压力，此时的转化率不再变化，准确地说是不增大了。然后我们可以看到反应器里的所有反应混合物都在以液态的方式而存在的[6]。我们为了提高两者之间的摩尔比，可以选择将二氧化碳的转化率通过不同的方式来提高，也可以通过用降低氨的转化率来显示出二氧化碳转化率的增大。然而我们在实际生产过程中，因为条件的限制，只能通过简便的方式来达成目的。在这里氨的回收明显要比二氧化碳的回收容易的多。因为我们采用的是氨过量的方法，所以在这个反应物料中通过加入水分进一步的来将降低反应的转化率，我们为了达到目的需要将工业设计里的水量降到反应允许的最小的限度。我们为了增加反应物的转化率，通过延长反应物料所的停留的时间，但是这个方法不建议用，成本和收入是不成正比的。3工艺计算3.1物料衡算3.1.1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3.1.2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=3.1（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38.36kg3.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3.1合成系统物料衡算表以每吨成品尿素为基准3.1.3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3.2预分离器的物料衡算表以每吨成品尿素为基准3.1.4一段分解塔物料衡算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3.3一段分解塔物料平衡以每吨成品尿素为基准3.1.5二段分解塔物料衡算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：3.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3.4二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318.2087.2328241.36614.19895463303.510尿素7325.66122.09411缩二脲44.760.435总计14552.402512.856总计14552.402512.8563.2热量衡算3.2.1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℃3.2.2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/kg3.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/kg13.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3.2.3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/kg3.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（951.49-323.51）=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+1559335.79-1477463.13-2819045.79+157704.47t=106.5℃出口液相带出热量9.热量衡算表表3.6预分离器的热量衡算以每吨成品尿素为基准3.2.4一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/kg3.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：653.68-92.18=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323.51-95.15=228.36kg（3）升温吸热氨气1.164MPa30℃i=1703.75kJ/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+262033.583+7895.62Q=3759300.478.一段分解热平衡表3.2.5二段分解塔热量衡算1.溶液带入热量2.加热蒸汽供给热量 3.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133828.18k