【《水溶液全循环法生产尿素的物料衡算和热量衡算计算案例》5600字】

水溶液全循环法生产尿素的物料衡算和热量衡算计算案例目录TOC\o"1-3"\h\u2394水溶液全循环法生产尿素的物料衡算和热量衡算计算案例 16167第1章物料衡算 2209481.1衡算条件的确定 2324941.1.1衡算基准：以一吨成品尿素为基准 210561.1.2原料消耗定额 3155471.1.3每吨成品尿素中的损失量 3126151.1.4每吨成品尿素CO2的损失及其分配 3214361.1.5每吨成品尿素的损失及其分配 367871.2CO2输送系统物料衡算 4287801.2.1条件 445791.2.2计算 477081.2尿素合成塔物料衡算 5227921.2.1条件 5136121.2.2计算 5140651.3一段分解系统物料衡算 6307851.1.1条件 612551.1.2计算 6163571.4二段分解系统物料衡算 7133211.2.1条件； 7205981.2.2计算 761591.5闪蒸槽物料衡算 852071.5.1条件 8269311.5.2计算 812021.6一段蒸发器物料衡算 8159781.6.1条件 875091.6.2计算 926371.7二段蒸发器物料衡算 10236611.7.1条件 10144341.7.2计算 1054251.8熔融尿素输送及造粒包装物料衡算 11137411.8.1条件 11216831.8.2计算 11180841.9一段蒸发冷凝器物料衡算 12211091.9.1条件 12240711.9.2计算 12293031.10二段蒸发冷凝器物料衡算 138041.10.1条件 13196673.10.2计算 142960第2章热量衡算 1638814.1闪蒸槽热量衡算 16192974.1.1计算依据 16282552.2.2计算 17144352.2一段蒸发器热量衡算 18213872.2.1计算依据 1881702.2.2计算 1912762.3二段蒸发器热量衡算 22194922.1.1计算依据 22216962.1.2计算 23第1章物料衡算1.1衡算条件的确定1.1.1衡算基准：以一吨成品尿素为基准物料衡算根据下列公式：式中：—输入物料总和；—输出物料总和；—损失物料总和。尿素年生产时间以8000h计，尿素的小时产量为[15]：t（3-1）国家规定尿素成品的规格[16]：含氮量46％，缩二脲的含量0.9％,水的含量0.3％,其他杂质0.1%（Wt）。1.1.2原料消耗定额年产20万吨的水溶液全循环法生产尿素的装置每吨尿素的原料消耗定额为：NH3=600kg；CO2=785kg1.1.3每吨成品尿素中的损失量总损失量：（3-2）其中：解吸废液以尿素形式排出1.97kg；造粒粉尘损耗尿素计为0.17kg；熔融尿素生成缩二脲排出氨0.17kg；成品包装储运以尿素形式排出0.57kg；一段甲铵泵泄露损失1.0kg；一段蒸发冷凝器尾气损失0.91kg；中间冷凝器尾气损失0.11kg；解吸塔尾气损失1.57kg；解吸塔废液损失0.27kg；液氨泵漏损29.01kg。合计35.75kg。1.1.4每吨成品尿素CO2的损失及其分配总损失量：（3-3）CO2分子量为44；2—每摩尔缩二脲中所消耗CO2的摩尔数，其中：废液中所带出的尿素2.5kg；造粒时损耗1.1kg；成品打包运输中损耗0.73kg；一段蒸发时喷射泵泄露0.83kg；一段蒸发冷凝器尾气损失0.07kg；尾吸塔尾气损失0.33kg；解吸废液损失0.35kg；CO2压缩机损失46.94kg。合计52.66kg1.1.5每吨成品尿素的损失及其分配以造粒粉尘形式损失0.76kg；成品包装储运损失1.77kg；解吸废液损失2.35kg；合计2.88kg。水解消耗的尿素量及其分配：一段蒸发系统5.66kg；二段蒸发系统1.83kg；合计9.49kg。循环尿素量：一段蒸发气体夹带尿素6.48kg；二段蒸发气体夹带尿素2.50kg；循环尿素量：6.48+2.50-2.35=6.63kg缩二脲生成量及其分配：二段分解系统生成6.0kg；熔融尿素输送生成kg；一段蒸发系统生成kg；二段蒸发系统生成kg；合计kg。1.2CO2输送系统物料衡算1.2.1条件CO2气体组成：加防腐空气后（干基），体积％，惰气除氧气外全部按氮计，则：CO2=29.7%N2=21.8%O2=20.5%压缩机吸入压力：；温度：T=40℃1.2.2计算进入CO2压缩系统的干CO2气体量：CO2：785kg；O2：；N2：干CO2气体量：CO2气体带入水量：H2O：CO2气体在压缩系统的损失量（干基）CO2：48kgO2：；N2：压缩后的CO2气体量(干基)CO2：kg；O2：kgN2：kg；合计:758.43kg压缩后的CO2体含水量四段水分离器泄露的水蒸汽忽略不计。40℃时，水蒸汽压力0.0074MPa气相含水量：kgCO2压缩机各段排出水量：kg1.2尿素合成塔物料衡算1.2.1条件合成塔的物料组成：NH3/CO2=1(摩尔比)；H2O/CO2=0.7（摩尔比）；操作条件：压力P=19.5±0.5MPa温度=188±2℃CO2转化率：根据以上条件可查表得CO2转化率63％[17]原料液氨带入系统的水量忽略不计。由一段吸收系统返回尿素合成塔的氨基甲酸铵溶液中的NH3/CO2=1.12（摩尔比），含循环尿素6.63kg1.2.2计算以下单位均以每吨成品尿素计算：生成尿素的计算每吨成品含尿素987kg，损失的尿素量为2.88kg，合成塔出来后分解的尿素量为9.49kg。生成缩二脲消耗尿素：kg尿素合成塔应生成尿素量：尿素：kg；消耗氨：kg；消耗二氧化碳：kg；生成水：kg。入塔CO2气体组成：CO2=737kg；O2=2.8kg；N2=18.63kg；H2O=0.29kg入塔一段甲铵溶液CO2：kg；NH3：kg；H2O：kg。尿素：6.63kg入塔液氨NH3：kg原料氨消耗定额：600kg液氨泵泄露氨：30kg故入塔原料液氨：570kg循环液氨：418.55kg出塔气液混合物尿素：kg；CO2：kg；NH3：kg；H2O：kg；O2：2.8kg；N2：18.63kg。1.3一段分解系统物料衡算1.1.1条件一段分解操作条件：压力P=1.765MPa；温度t=155~160℃一段分解效率：甲铵分解率：87.66%；总氨蒸出率：88.67%一段分解气含水量6.26%。加入防腐空气2.0m3（标）。1.1.2计算加入防腐空气加入的防腐空气含氧量为20.81%，剩余气体全部按照氮气计算。O2：kg；N2：kg一段分解气kgO2：2.8+0.6=1.4kg；N2=18,63+1.98=20.61kg一段分解系统出口尿液尿素：1.1017.65kgCO2：NH3：H2O：1.4二段分解系统物料衡算1.2.1条件；二段分解操作条件：压力P=0.30MPa；温度t=125~150℃二段分解出口物料：查表得：溶液含氨0.7%（重量）、气相含水26%（重量）、溶液含二氧化碳0.46%（重量）；二段分解系统生成缩二脲6kg。1.2.2计算生成缩二脲计算消耗尿素：kg；放出氨：kg；生成缩二脲6kg；二段分解排出气体：（3-4）（3-5）（3-6）联立解得：X=CO2=42.42kg;Y=NH3=131.13kg;Z=H2O=55.91kg二段分解排出尿液如下：尿素：；CO2：；NH3：；H2O：；缩二脲：6kg。1.5闪蒸槽物料衡算1.5.1条件闪蒸槽操作条件：压力P=0.04415MPa；温度t=106℃；累计分解效率：甲铵分解率99.1%；过量氨的蒸出率99.85%；闪蒸槽出口溶液组成：。1.5.2计算从尿素合成塔中排出的溶液，氨含量为1245.83kg，CO2含量为435.44kg，其中过剩氨量：kg闪蒸槽排出尿液：尿素：1010.66kg；CO2：kg；NH3：kg；H2O：kg；缩二脲6kg。闪蒸槽排出气体：CO2：；NH3：；H2O：；1.6一段蒸发器物料衡算1.6.1条件一段蒸发器操作条件：压力P=0.033MPa；温度t=130℃；一段蒸发器出口溶液中尿素：水=95：4(质量比)一段蒸发气中夹带尿素的质量为，在蒸发过程生成的缩二脲为，水解的尿素量为1.6.2计算水解尿素计算：消耗尿素5.66kg；消耗水：kg；生成CO2：kg；生成NH3：kg生成缩二脲计算生成缩二：1kg；生成NH3：kg；消耗尿素：kg。一段蒸发器出口液体尿素：997.35kg；水：kg；缩二脲：。一段蒸发器出口气体尿素：6.48kg；CO2：kg；NH3：kg；H2O：279.72kg。表1.1一段蒸发器物料衡算物料闪蒸槽出口尿液一段蒸发后尿液一段蒸发蒸汽闪蒸槽出口气体组份kg/hW％kg/hW％kg/hW％kg/hW％尿素25168.7775.0824865.8295.33161.662.17缩二脲149.640.45172.580.67CO297.990.29180.292.4297.992.44NH3111.520.33179.232.41181.162.57H2O7995.2921.851041.352.006918.2791.003727.8892.99O2N2总计33521.20100.0026081.75100.007439.46100.004009.03100.00温度（℃）106130130106压力（Kpa）42.1531.3531.3542.151.7二段蒸发器物料衡算1.7.1条件二段蒸发器操作条件：压力；温度t=140℃二段蒸发蒸汽夹带尿素2.50kg，蒸发过程中水解尿素1.63kg，生成缩二脲2kg。1.7.2计算水解尿素计算：消耗尿素：1.63kg；消耗H2O：kg；生成CO2：；生成NH3：。生成缩二脲计算生成缩二脲：2kg；生成NH3：kg；消耗尿素：kg。二段蒸发器出口熔融尿素造粒、包装过程随空气及泄露尿素带走的水忽略不计，那么熔融尿素含水量3kg，尿素988.89kg；缩二脲7+2=9kg。二段蒸发器出口气体：尿素：2.50kg；CO2：2.66kg；NH3：kg；H2O：kg；1.8熔融尿素输送及造粒包装物料衡算1.8.1条件生成的缩二脲1.0kg；粉尘导致的损失尿素0.76kg；后期包装贮存损失尿素1.71kg；漏损尿素随即带走的水、缩二脲均忽略不计；空气进出造粒塔后量不变，不作计算。1.8.2计算生成缩二脲计算；消耗尿素：kg；生成缩二脲：1kg；放出氨：kg。成品尿素尿素： ；水：3kg；缩二脲 。系统排放物料氨：0.17kg；尿素：kg。1.9一段蒸发冷凝器物料衡算1.9.1条件一段蒸发冷凝器操作条件：压力；温度t=45℃；尾气带走物料：NH3=0.91kg；CO2=0.07kg；冷凝过程的不平衡程度按90％考虑，即各组分的平衡压力为气相实际分压的90％；因未冷凝气量很少，冷凝液中各组分的平衡分压按气相物料全冷凝时计算。1.9.2计算未冷凝气计算45℃时水的饱和蒸汽压为9.852KPa，冷凝液中水的摩尔数约为96％，则水蒸汽实际分压：P水=KPa据测定值，与溶液呈平衡的氨分压为7.50KPa，CO2分压为0.25KPa，故：KPaKPa漏入系统空气的分压为：KPa未冷凝气中水蒸汽H2O：kg进入一段蒸发冷凝器的空气量相等，不作计算。一段蒸发冷凝液kgkgkg尿素：6.48kg。表1.2一吨尿素换算成25t／h可得物料衡算物料二段喷射泵B用蒸汽二段蒸发后尿液二段蒸发蒸汽入二表冷气体组份kg/hW％kg/hW％kg/hW％kg/hW％尿素24707.0498.8062.355.8062.352.16缩二脲222.460.90CO227.432.3527.430.95NH329.442.4729.441.02H2O99.76100.0075.880.30956.2588.912751.9395.47O211.470.40N211.470.40总计99.76100.0025008.28100.001075.47100.002882.61100.00温度（℃）188.9045140压力（KPa）1226.2531.351.349.811.10二段蒸发冷凝器物料衡算1.10.1条件二段蒸发冷凝器操作条件：压力P=2.93KPa；温度t=15℃；冷凝液NH3/CO2=2.5（摩尔比)；因泄露进出系统的空气量不作计算；因未冷凝气中氨含量很小，故设其全冷凝时的浓度与实际浓度相差不大，溶液中氨的体积摩尔浓度为1.5mol/L。15℃时，水的饱和蒸汽压为1.704KPa，溶液水的摩尔浓度约为94％；设各组分与溶液呈平衡的分压为实际气相分压的90％。计算（1）据上述条件可求得各组分平衡分压为：NH3：；CO2：；H2O：；各组分气相实际分压为：;;;;设气相中有kg，,则：;;联立解得，未冷凝气中： XCO2H2O：kg（2）二段蒸发冷凝液：CO2：kgNH3：kgH2O：kg尿素：2.50kg表1.3二段蒸发冷凝器物料衡算物料二表冷出口液体二表冷未冷凝气体入二循一冷冷凝液入二循二冷冷凝液组份kg/hW％kg/hW％kg/hW％kg/hW％尿素62.352.201.832.0358.522.03缩二脲`CO227.430.971.680.8925.750.89NH329.431.041.810.9627.620.96H2O2711.7395.7940.1977.80181.1396.122769.8696.12O211.4722.20N211.4722.20总计2830.95100.0051.66100.00188.46100.002881.76100.00温度（℃）40404040压力（KPa）9.819.81311.92255.06续表物料造粒塔粉尘损失入喷头熔融尿素尿素损失尿素成品组份kg/hW％kg/hW％kg/hW％kg/hW％尿素18.800.00824739.3298.6845.52100.002467598.70缩二脲249.41.002501.00CO2NH32.1180.0022.110.02H2O8522.671.3975.880.30750.30O256565.9622.51N2186141.7572.09总计251257.45100.0025008.28100.0045.52100.0025000100.00温度（℃）65.5140~70~70压力（Kpa）101.00101.00101.00101.00第2章热量衡算闪蒸槽热量衡算计算依据闪蒸槽的收入物料与支出物料如下表：表2.1闪蒸槽的收入物料与支出物料表收入物料支出物料二段分解塔出口尿液0.3MPa125~150℃闪蒸槽出口气体尿素1010.68kg压力0.04MPa甲胺10.81kg温度106℃缩二脲6kgNH32.62kg氨2.60kgCO25.39kg水628.27kgH2O302.86kg合计1660.36kg合计312.87kg闪蒸槽出口尿素溶液如下表：表4-2闪蒸槽出口尿素溶液压力温度尿素缩二脲.氨甲胺水合计0.04MPa106℃1010.66kg6.0kg2.27kg5.42kg321.41kg1347.76kg由于甲胺与闪蒸槽中的蒸出残氨量很小，所以对分解热的计算过程可作适当的简化。在计算尿素溶液中带入、带出热量时，可以忽略其它成分的存在。尿素溶液浓度在闪蒸槽进口和出口之间差异较小，浓缩热可忽略。2.2.2计算尿素溶液带入热量Q1：取尿素水溶液平均比热容[7]；尿素水溶液带出热量Q2：熔出口温度设为t℃，水溶液尿素的平均比热容设为； KJ甲胺分解热Q3：甲胺熔融热：20306KJ/Kmol甲胺生成热：-159350KJ/Kmol； 氨水分解热Q4：气氨在水中积分溶解热为：入口氨水1.08%2048.44KJ；出口氨水0.34%2050.77KJ；KJ闪蒸槽带走热量Q5：设气体出口温度为100℃；各组分焓值如下所示：0.101Mpa、25℃时氨=1766.485KJ/Kg0.004Mpa、100℃时氨=1931.01KJ/Kg0.101Mpa、25℃时二氧化碳=728KJ/Kg0.001Mpa、100℃时二氧化碳=792.96KJ/Kg0.101Mpa、25℃时水=102.6KJ/Kg热损失Q6：闪蒸槽规格φ=550，H=2910，保温厚度90mm；散热面积：m3；温层表面温度与环境温度差值；据尿素合成塔热量平衡计算得散热量为：每吨尿素热损失： 闪蒸槽热量平衡 解得℃，与假设尿素出口温度基本相符。2.2一段蒸发器热量衡算2.2.1计算依据收入物料从闪蒸槽来的尿素溶液；温度；尿素；甲胺；缩二脲；氨；水kg；合计1347.76kg。出一段蒸发器尿素溶液压力；温度130℃;尿素997.35kg;缩二脲7.0kg；水41.99kg；合计1046.34kg。一段蒸发气体压力；温度130℃；尿素6.48kg；NH3：7.77kg；CO2：8.07kg；H2O：279.72kg合计302.04kg出一段蒸发器热能回收段物料一段蒸发器尿素出口温度为100℃，压力为0.04MPa，取尿素溶液含水18%。设甲胺和过剩的氨气全部在此分解进入气相，设缩二脲的生成，尿素的水解全部发生在加热段。液相：100℃0.04MPa；尿素1010.66kg；缩二脲6.0kg；水180.22kg；合计1196.88kg；气相：NH32.63kg0.0009MPa；CO21.06kg0.0003MPa；H2O141.19kg0.0388MPa；合计150.88kg；2.2.2计算尿素溶液带入热量Q1据闪蒸槽热量平衡计算： KJ甲胺分解热Q2甲胺熔融热20306KJ/Kmol，甲胺生成热-159350KJ/Kmol则Q2为：5.42氨水分解热Q3气氨在水中溶解热为：氨水浓度：；则溶解热：490.1447KJ/Kg 出热能回收段尿素溶液带出Q4取尿素水溶液平均比热容2.625KJ/kg，则： 出热能回收段气相带出Q5各组分焓值如下[19]：0.101Mpa，25℃时氨=1766.485KJ/Kg0.0009Mpa，100℃时氨=1932.263KJ/Kg0.101Mpa，25℃二氧化碳=728KJ/Kg0.0003Mpa，100℃时二氧化碳=792.96KJ/Kg0.101Mpa，25℃时水=102.6KJ/Kg0.0388Mpa，101℃时水=2661.024KJ/K=48368KJ尿素水解热Q625℃时尿素生成热为28470.2KJ/Kmol;甲胺生成热159350KJ/Kmol;甲胺熔融热20306KJ/Kmol;一段蒸发水解尿素2.5kg;KJ尿素浓缩热Q7进入一段蒸发器尿素溶液中尿素与水之比：（摩尔比）离开一段蒸发器尿素溶液中尿素与水之比：（摩尔比）尿素与水之比为1.362时，尿素溶解热：;尿素与水之比为0.139时，尿素溶解热：;出一段蒸发器气体带出热量Q8各组分焓值如下[19]：0.0006MPa，130℃时，i（氨）=1999.952KJ/Kg;0.0003MPa，130℃时，i（二氧化碳）=800.665KJ/