1、四川理工学院毕业论文60KT/A尿素生产水溶液全循环法工艺初步设计学生学号07031010301专业化学工程与工艺班级工艺20073指导老师四川理工学院材料与化学工程学院二一一年六月四川理工学院本科毕业设计摘要I60KT/A尿素生产水溶液全循环法工艺初步设计摘要本设计采用的是比较传统的水溶液全循环法生产尿素，将NH3、CO2在合成塔反应后，再将未转化为尿素的NH3和CO2回收并送回合成塔。再通过中压分解（一段分解器）、中压吸收塔后进入低压分解（二段分解塔）、低压吸收塔，再通过蒸发器，造粒工序，最后制得成品尿素。水溶液全循环法利于未反应物的循环，流程简单，能耗节省较大。本次设计主要对合成塔、一段
2、分解器，二段分解塔等进行的物料衡算、热量衡算,完成设备计算和选型等。绘制了带主要控制点的流程图和二段分解塔装置图。关键词尿素、合成、分解、水溶液全循环四川理工学院本科毕业设计摘要II60KT/AUREAPRODUCTIONFULLCIRCULATIONWITHWATERSOLUTIONPROCESSPRELIMINARYDESIGNABSTRACTTHISDESIGNUSESTHEMORETRADITIONALFULLCIRCULATIONWITHWATERSOLUTION,NH3,PRODUCTIONOFUREAINSYNTHESISTOWERAFTERCO2REACTION,THENNOT
3、INTOUREANH3ANDCO2RECOVERYANDBACKTOSYNTHESISTOWERAGAINTHROUGHMEDIUMVOLTAGEDECOMPOSITIONPERIODOFDECOMPOSITIONTOWER,MEDIUMVOLTAGEABSORPTIONTOWERINTOTWOSECTIONSOFLOWPRESSUREDECOMPOSITIONTOWER,LOWDECOMPOSEABSORPTIONTOWER,AGAINTHROUGHTHEEVAPORATOR,GRANULATIONPROCESS,FINALLYMADEFINISHEDPRODUCTUREAFULLCIRCU
4、LATIONWITHWATERSOLUTIONNOTCONDUCIVETOTHECYCLEOFREACTANTANDSIMPLENESS,ENERGYSAVINGCANGREATLYTHISDESIGNMAINLYTOTHESYNTHESISTOWER,ASEGMENTOFDECOMPOSITIONTOWER,TWOSECTIONSOFTHEMATERIALSUCHASDECOMPOSINGTOWER,HEATBALANCETHENUMERICALCALCULATION,COMPLETEEQUIPMENTCALCULATIONANDSELECTION,ETCTHEMAINPOINTSWITHM
5、APPEDTHEFLOWCHARTANDMAJOREQUIPMENTDEVICEFIGURE。KEYWORDSUREA,SYNTHESIS,DECOMPOSITION,AQUEOUSSOLUTIONTOTALRECYCLE四川理工学院本科毕业设计III目录第一章绪论111尿素产品的用途112尿素的性质113尿素生产的原料和工艺原理1214设计流程2141工艺流程简图2142全溶液水循环法生产尿素流程叙述315计算依据34151尿素合成塔4152一段分解分离器4153二段分解塔4154成品尿素含量4第二章物料衡算521物料流程简图522合成塔5221已知数据及反应框图5222物料计算6223合成
6、塔物料平衡数据表723一段分解分离器7231反应框图与已知数据7232物料计算8233一段分离器物料平衡数据表824二段分解塔9241反应框图与已知数据9242物料计算10243二段分解塔物料平衡数据表11第三章热量衡算1231合成塔12311设计条件412312尿素合成塔热平衡计算项目12313合成塔热量计算12314合成塔热量平衡数据表15四川理工学院本科毕业设计IV32一段分解分离器15321计算依据615322一段分解分离器热量计算15323一段分解分离器热量平衡数据表1733二段分解塔17331计算依据17332二段分解塔热量计算17333二段分解塔热量平衡数据表18第四章设备设计及
7、选型2041合成塔特性20411合成塔设计条件820412合成塔的有效容积2042一段分解加热器20421一段分解加热器设计条件20422一段分解加热器传热面积S12143一段分解分离器的作用21431设计条件21432计算过程2144二段分解加热器的作用23441设计条件23442二段分解加热器传热面积S22345二段分解塔的作用23451全塔的理论板数及其他参数24452计算浮阀塔塔高和塔径26453溢流装置28454塔板流体力学的验算30455塔板负荷性能图3346辅助设备及附属设备的选择38461裙座38462人孔38463除沫器38464基础环38465引出通道管38466接管38四
8、川理工学院本科毕业设计V467附接管和法兰的结构简图41第五章设备一览表43设计综述44参考文献45附图纸46致谢47四川理工学院毕业设计第一章绪论1第一章绪论11尿素产品的用途尿素是一种重要的化工产品,主要用于化学肥料的生产,它在农业和工业上有着广泛的用途。工业上,主要用途是生产合成高聚物、塑料、漆料，以及粘合剂。另外，尿素在医药、化纤、炸药、制革等生产中也有应用。目前，尿素工业的发展状况己成为衡量一个国家工业化水平高低的一个重要标志。农业上,因为尿素含氮量高达4665质量，超过任何其它固体氮肥，是一种高效氮肥。尿素属于中性速效肥料，不含酸根，施于土壤中以后不会残留使土壤恶化的酸根，长期使用
9、不会引起土质变硬、板结，而且分解出来的二氧化碳也可为植物吸收。尿素的施用及贮藏性能好，不分解，不吸潮，不结块，流动性好，无爆炸性。还可以与其它化肥进行物理混配或均质造粒，以配成多营养成分的混合肥料和复合肥料以满足不同土质、不同作物的需要。世界尿素主要消费地区包括西欧、北美、中东、南亚、东南亚、东亚及其他地区。2010年,全球尿素需求量约1564亿吨,比2009年增长107。未来尿素需求量的增加主要来自肥料用尿素需求的增加,包括尿素用于粮食增产以及进一步代替其他肥料的应用。尿素作为最重要的氮素化学肥料,在整个世界市场中的供不应求,更为其今后的发展提供了广阔的空间。尿素的生产工艺比较成熟,主要的生
10、产方法有不循环法,部分循环法,水溶液全循环法,气提法等。现代的尿素生产均多采用全循环法,即每次通过反应器在尿素工业中称为合成塔后再通过吸收工段将未转化为尿素的3NH和2CO回收并送回合成塔。为此,合成塔排出液含有尿素,氨和二氧化碳的水溶液要先进行组分分离,使成为多少较纯净的尿素水溶液和未反应的3NH、2CO和OH2的混合物。前者通过蒸发,浓缩,结晶或造粒而制成颗粒状尿素产品。其中水溶液全循环法是指合成反应未转化成尿素的氨和二氧化碳,经几次减压和加热分解,从尿素溶液中分离出来,然后又全部返回高压合成塔,从而提高原料氨和二氧化碳的利用率的方法1。12尿素的性质尿素,又称脲,分子式24ONCH,相对
11、分子质量0660,结构式22NHCO或22NHCONH，别名碳酰二胺。纯净的尿素是无色、无味的针状或棱柱状结晶，密度（2040为1335G/CM3,熔点1327，含氮4665。工业尿素四川理工学院毕业设计第一章绪论2是白色或者淡黄色斜方棱柱针状结晶2。尿素易溶于水，20时饱和水溶液含CONH225183,120含95。在碱性、酸性或中性溶液中，60以下时，尿素不发生水解作用，随着温度的升高水解速度加快，在大气压下加热高于80，尿素溶液水解作用转化为氨基甲酸胺。氨基甲酸铵溶于水时部分水解而生成碳酸铵，接着转化为碳酸氢铵，后者则分解为氨和二氧化碳。尿素易溶于酒精及液氨中，与氨生成络合物CONH22
12、NH3，尿素不溶于乙醚、氯仿。尿素呈微碱性，可以与酸作用生成盐，但不能使一般指示剂变色，与各种酸反应生成盐，但不能使一般指示剂变色，与各种酸反应生成盐类化合物。13尿素生产的原料和工艺原理1由氨和二氧化碳气体直接合成尿素的反应过程可分为二步进行液氨与气体二氧化碳作用生成液体氨基甲酸铵GG222423LNHCONHCONH）（）（氨基甲酸铵脱水生成尿素）（）（）（LLL22224OHNHCOCOONHNH总的反应式为）（）（）（）（LLGG222223OHNHCOCONH第一步是放热反应,反应速度极快，而且反应相当完全，反应为强放热的反应。第二步是弱吸热的化学反应,反应速度缓慢,且达到化学平衡时
13、也不能使氨基甲酸铵全部脱水转化为尿素（平衡转化率不高，一般不超过5075）,它是合成尿素过程中的控制因素。氨基甲酸铵结晶不能直接脱水变成尿素，所以此反应必须在液相中进行,即尿素生成是液相反应,所以原料氨必须以液态供给,2CO则液或气态均可操作温度必须高于氨基甲酸铵的熔点（156）,而且这个过程还必须在高的压力下进行。14设计流程141工艺流程简图如图11四川理工学院毕业设计第一章绪论3废液处理回收尿素造粒蒸发分离合成图11尿素生产过程示意图142全溶液水循环法生产尿素流程叙述已脱硫的2CO在压缩之前在总管内加人2O，加入量约为2CO总量的05（体积），目的是防止合成，循环系统的设备腐蚀，然后通
14、过液滴分滴以保护2CO压缩机，经压缩至20MPA（表压）,气体温度约为125进入高压混合器。由合成氨来的液氨先经升压泵使液氨升压道25MPA。然后通过过滤器送人液氨缓冲槽的原料室中。同时由中亚循环系统冷凝器来的液氨进入氨缓冲槽的回流室，一部分作为中压吸收塔的回流氨，其余流过溢流隔板进入原料室与新鲜原料液氨混合。氨缓冲槽压力维持在17MPA（表压）左右，此是中压循环系统的压力。液氨由缓冲槽原料室进入高压泵加压到20MPA，经预热器加热到4555进入混合器，由中压吸收塔塔底来的浓氨基甲酸铵溶液温度约为9095左右，加压到20MPA表压也送入到混合器，此时反应的总物料组成为70114223OHCON
15、H。物料在塔内停留时间约为1H左右，2CO的转换率为6264。合成塔顶部物料出口温度为188190，此反应物熔融内有尿素、氨基甲酸铵、氨和水等。经减压到17MPA（表压）后进与分离器内使气压两相分开，出与分离器的液相温度为120，进入中压分解加热器到160左右，使溶液中3NH和2CO和OH2再次气化，在中压分解器内汽液两相分开，溶液送低压分离器，气体可送一段蒸发器加热室加热尿素溶液回收热量后，与与分离器出口的气体一起进中压吸收塔底部的鼓泡段（如果不回收热量可直接送中压吸收塔）。在此用低压吸收塔来的稀甲胺溶液进行吸收。约为95的气态3NH和2CO蒸汽被吸收生成甲基甲酸铵，未被吸收的气体上升到填料
16、层，与塔顶喷淋的回流氨接触（由液氨缓冲槽回流室供给），气体中的2CO几乎全部从系统中除去。因此，中压吸收塔塔顶都是纯的气氨（包括2O，惰性气体及此温度下压力的饱和水蒸气）其温度为47。气氨进入氨冷凝器冷凝为液氨后流入氨缓冲槽回流室，在中压吸收塔底部，由于进入的水蒸气冷凝，3NH和2CO生成氨基甲酸铵等，在此放出大量的热量，为保持塔底温度需从底部移出热量，因此有部分回流氨送到中压吸收塔底部。通常回流氨中90进入塔顶，10进入塔底。在塔底的稀甲胺溶液吸收了3NH和2CO四川理工学院毕业设计第一章绪论4后生成浓的氨基甲酸铵溶液，温度约为9095，近似组成为413NH，342CO，25OH2百分量比，
17、此浓甲铵溶液用高压泵送回高压混合器。由于中压循环器循环系统为17MPA（表压），不可使尿素溶液中未反应的NH3和CO2全部分离出来，所以设置有低压循环分离系统，其压力为03MPA（表压），从中压分离分离器出来的溶液减压到03MPA（表压）后经两个低压分离器使剩下的氨和氨基甲酸铵分解和逸出并进入低压吸收塔，在此用尿液蒸发的二段蒸发器和表面的冷凝器的冷凝吸收为稀的甲基甲酸铵溶液，送中压吸收塔继续吸收，未吸收的氨进入氨回收塔内用冷凝液循环吸收后放空。冷凝液吸氨达一定的浓度后送蒸氨塔，用蒸汽加热蒸出氨气回入吸收塔。从低压分离器分出的尿素溶液送人闪蒸罐，其压为59995PA（绝压）此时少量的NH3和CO
18、2，水蒸汽自尿液中气化送入一段表压面冷凝器，同时泵液温度由150下降到105110，尿液浓度大约为74（重量），送入到尿液缓冲槽，槽内尿液温度大约在95左右，应设有加热蒸汽管以维持尿液温度，防止凝固。至此转入尿液加工工序（造粒工序）。15计算依据3151尿素合成塔操作压力为（绝）2CM/221ATM操作温度为190入塔物料分子比70114223OHCONH二氧化碳转化率63152一段分解分离器操作压力为18（绝）2CM/ATM操作温度为160153二段分解塔操作压力为4（绝）2CM/ATM操作温度塔底液相温度为150塔顶气相温度为120154成品尿素含量含氮量为46折合尿素为798缩二脲为90
19、含水量为30其他杂质为10四川理工学院本科毕业设计第二章物料衡算5第二章物料衡算21物料流程简图本次设计只做尿素合成分离工段的初步设计,不计算循环以及蒸发造粒工段,则物料流程简图如下预混合器NH3CO2尿素合成塔一段分离器二段分解塔蒸发工段中压分解低压分解中压吸收低压吸收图21物料流程简图22合成塔221已知数据及反应框图查3有产品中含N2量46折含尿素987,其中不包括缩二脲含N量则一段分解塔出口溶液中尿素的质量百分比1为461100571645041010二段分解塔出口溶液中尿素的质量百分比1为370100031427051003设一、二段分解塔出口的尿素溶液量分别为X,Y104T/A由尿
20、素质量守恒有对一段分解塔4617981064XATX/106494对二段分解塔3707981064YATY/104284查3知CO2转化率为64,NH3/CO241,H2O/CO207需由合成塔生成的尿素量为AT/10922579810644忽略损失转化为尿素的CO2的量为AKMOLKMOLKGAT/10879/60/10922554那么未转化为尿素的CO2的量为AKMOL/1055564361087955因此需进合成塔的CO2的总量为AKMOL/1042151055587955四川理工学院本科毕业设计第二章物料衡算6NH3的进料量为AKMOL/10222631410421555H2O的量为A
21、KMOL/10794107010421555单位105KMOL/A反应过程NH363222CO21542H2O10794NH343482CO2555H2O20667NH2CONH2987图22合成塔物料方框图222物料计算计算基准6万吨成品尿素由上有输入的各组分ATAKGMNH/107510/1077410741710222634553ATAKGMCO/10786/1048678441042154552ATAKGMOH/10941/102921941810794104552则输出的各组分ATAKGMNH/10397/101947391710482434553ATAKGMCO/10442/102
22、24444105554552ATAKGMCONHNH/10925/102592601087945522由质量守恒定律ATMOH/10723109253974429417510786442又由合成塔里的反应为QNHCONHCONH224232（第一步）QOHNHCONHCONH222224（第二步）那么生成的甲铵量ATM/103341094321055578455甲铵消耗的液氨量ATM/108911089117102555475液氨四川理工学院本科毕业设计第二章物料衡算7则过量的氨量ATM/10551089139744氨223合成塔物料平衡数据表表21合成塔的物料平衡表输入输出组分质量物质的量1
23、04T/A105KMOL/A组分质量物质的量104T/A105KMOL/ANH310756322CO26781542H2O1941079NH37394348CO2244555H2O3722067CONH22592987总计19478943总计19477957说明进出物料差AKMOL/10869105779438955,为合成反应因生成尿素而减少的摩尔数。因二氧化碳还以甲铵液形式出料则合成塔输出物料还可表示为单位104T/ACONH22592CONH22592304CO2244或NH4COONH2433222NH3739氨水922474H2O372其中NH355H2O372总计1947总计194
24、723一段分解分离器231反应框图与已知数据查3知一段分解塔出口溶液中各组分所占的百分数为CO20032NH30082H2O0272CONH220614四川理工学院本科毕业设计第二章物料衡算8一段分离器合成塔输出的溶液1947104T/A出口气体总量为A104T/A出口液体总量964104T/A求CO2求NH3求H2O求CONH22图23一段分离器物料方框简图232物料计算计算基准6万吨成品尿素由质量守恒定律有A1947964104983104T/A一段分解塔出口溶液中各组分含量为AKMOLATMNH/10564/107900820104695443AKMOLATMCO/1070/103100
25、320104695442AKMOLATMOH/105614/106222720104695442AKMOLATMCONHNH/10789/1029561401046954422则一段分塔出口气体中各组分含量为由质量守恒有AKMOLATMNH/102838/1066107909375443AKMOLATMCO/10844/10213103104425442AKMOLATMOH/10116/1011106227235442与CO2形成甲铵消耗的液氨量ATM/10420172107045生成的甲铵量ATM/1055010707845溶于水的氨量ATM/105501025079044233一段分离器物
26、料平衡数据表四川理工学院本科毕业设计第二章物料衡算9表22一段分离器物料平衡表输入输出组分质量物质的量104T/A105KMOL/A组分质量物质的量104T/A105KMOL/ANH37394348CO2244555H2O3722067CONH225,92987一段分解出口气体9834977NH36603882CO2213484H2O11611一段分解出口液体9642978NH3079465CO203107H2O2621456CONH22592987总计19477957总计19477955一段分离器出口液体物料组成可表示如下单位104T/ACONH22592CONH22592614CO2031
27、或NH4COONH205557NH3079氨水317329H2O262其中NH3055H2O262总计964总计96424二段分解塔241反应框图与已知数据二段分解塔物料方框图,如图24四川理工学院本科毕业设计第二章物料衡算10二段分解塔一段分离器输出的溶液964104T/A出口气体总量为B104T/A出口液体总量842104T/A求CO2求NH3求H2O求CONH22缩二脲图24二段分解塔物料方框简图查3得二段分解塔出口溶液中各组分的质量百分数为CO200055NH300083H2O028CONH220702缩二脲00042242物料计算计算基准5万吨成品尿素二段分解塔出口液中各组分的质量为
28、AKMOLATMNH/10410/100699000830102485443AKMOLATMCO/101050/100463000550102485442AKMOLATMOH/100113/1057632280104285442AKMOLATMCONHNH/10589/10119570201024854422AKMOLATM/100340/10035400042010248544缩二脲则二段分塔出口气体中各组分质量为由质量守恒有AKMOLATMNH/10424/107201006907905443AKMOLATMCO/109150/1026010046303105442AKMOLATMOH/1
29、0441/1026010576326225442生成的甲铵量ATM/10081907810105045消耗的液氨量ATM/100357017210105045过量的液氨量ATM/100342010035700699044四川理工学院本科毕业设计第二章物料衡算11243二段分解塔物料平衡数据表表23二段分解塔物料平衡表输入输出组分质量物质的量104T/A105KMOL/A组分质量物质的量104T/A105KMOL/ANH3079465CO203107H2O2621456CONH22592987一段分解分离器出口气体124627NH3072424CO20260511H2O026144一段分解分离器
30、出口液体842235NH300699041CO2004630105H2O235761310CONH225911985缩二脲003540034总计9642978总计9642977232222GNHCONHCONHNHCONH注表中忽略该反应生成的氨气量二段分解塔出口液体物料组成可表示为单位104T/ACONH225911CONH225911703CO200463或NH4COONH20081909NH300699氨水24271288H2O23576其中NH300342H2O23576缩二脲00354缩二脲00354总计842总计842四川理工学院本科毕业设计第三章热量衡算12第三章热量衡算31合成
31、塔311设计条件41原料NH3L进入塔压力为221（绝）2CM/ATM,温度设为T。2原料CO2G进入塔压力为221（绝）2CM/ATM,温度125。3原料中H2OL进入塔压力为221（绝）2CM/ATM,温度100。4尿素合成塔排出反应物压力为221（绝）2CM/ATM,温度190。312尿素合成塔热平衡计算项目CO2G221大气压，125NH3L221大气压，TH2OL221大气压，100NH3L过量221大气压，TCO2G1大气压，25NH3L1大气压，25H1H2H10H2OL221大气压，150NH3L过量221大气压，1325TCH3反应氨基甲酸铵S1大气压，25氨基甲酸铵S221
32、大气压，150H5熔融氨基甲酸铵L221大气压，150H6H2OL221大气压，190汽化NH3G221大气压，1325H4NH3G221大气压，150混合液化NH3L221大气压，150NH3L221大气压，190氨基甲酸铵L水L尿素L221大气压，150221大气压，150221大气压，150水L221大气压，190H7氨基甲酸铵L尿素L221大气压，190221大气压，190H8H9H11H12H13H14H15H16图31合成塔热量平衡衡算结构简图313合成塔热量计算计算以25为基准1求CO2气体降温降压吸热1H由CO2TS图4查得221（绝）2CM/ATM,温度125时I166KGK
33、CAL/四川理工学院本科毕业设计第三章热量衡算131（绝）2CM/ATM,温度25时I174KGKCAL/求得AKCALIMH/102454166174108767412求当量NH3降温降压及汽化吸热2H由NH3PILOG图1查得221（绝）2CM/ATM,温度T时IXIKGKCAL/1（绝）2CM/ATM,温度25时I260KGKCAL/求得AKCALIIIMHXX/108914491102608917723求固体甲铵生成时的反应热3H查5氮肥工艺设计手册理化数据有1ATM下,温度25时,固体甲铵的生成热为KMOLKCALH/26990求得AKCALH/1086416110269904215
34、7534求固体甲铵升温吸热4H查5得固体甲铵由25升温至150时的热焓差值为5260KMOLKCAL/求得AKCALH/10181110526042157545求固体甲铵熔融吸热5H固体甲铵在150时的熔融热1为KMOLKCALH/4850求得AKCALH/108774748501042157556求甲铵转化为尿素时吸热6H尿素在150时的生成热为5220KMOLKCAL/求得AKCALH/102515522010879756716987HHHH反应熔融物升温吸热混合物比热查3得取598氨水的比热为054/KGKCAL尿素的比热为0476/KGKCAL甲铵的比热为0527/KGKCAL/518
35、047405405270222047603040KGKCALCP求得AKCALHHHH/1042403101501905180471977169878求液态水升温变化吸热10H定性温度为1252150100查3得125时,PC0997/KGKCAL求得10HNPCT10794AKCAL/1038510015099701075四川理工学院本科毕业设计第三章热量衡算149求液态水升温变化吸热11H定性温度为1702190150查3得170时,PC1022/KGKCAL求得11HNPCT10794AKCAL/104141501900221107510求过量氨升温吸热12H查3有221（绝）2CM/A
36、TM,温度T时IXIKMOLKCAL/221（绝）2CM/ATM,温度1325时I268KMOLKCAL/得AKCALIIIMHXX/10554147410268891397771211求过量液氨汽化热13HNH3在临界温度下汽化,其热效应为0,求得AKCALH/01312求过量氨升温吸热14H查4得221（绝）2CM/ATM,温度1325I268KMOLKCAL/221（绝）2CM/ATM,温度150I298KMOLKCAL/求得AKCALIMH/1016526829810891397771413求过量氨与水混合热15H反应熔融物中氨溶于水形成氨水浓度为598最终状态氨水浓度为598,混合热
37、为95KMOLKCAL/NH3最初状态氨水浓度为100,混合热为0KMOLKCAL/NH3求得AKCALH/1055229510891397771514求合成塔热损失17H查3得年产11万吨的尿素生产设计中,损失为HKCALH/22466417以一年工作330天计算,求得AKCALH/1079801152433022466471715合成塔热平衡因0171171H故有01079801811552255147441453842403251587747864161891449124547XXII解得KGKCALIX/67150查NH3,IPLOG图1T443四川理工学院本科毕业设计第三章热量衡算1
38、5亦即氨的预热温度为443求得AKCALH/10632061067150260891772AKCALH/103264510671505510147477712314合成塔热量平衡数据表合成塔热量平衡数据表见表31表31合成塔热量平衡表输入输出输入项目热量百分率107KCAL输出项目热量百分率107KCAL甲铵生成热416186100CO2气降温降压5424130当量氨降温降压20663496固体甲铵升温吸热81111949固体甲铵熔融吸热747871797甲铵转化为尿素吸热51521238反应熔融升温吸热40342969液态水升温吸热1110HH979024过量氨升温吸热1412HH81032
39、1947过量氨汽化热00过量氨与水混合热52251255热损失8079201总计416186100总计41618610032一段分解分离器321计算依据61进口反应熔融物18（绝）2CM/ATM,温度为1242出口物料液相182CM/ATM,温度为160气相182CM/ATM,温度为160322一段分解分离器热量计算以25为计算基准有1反应熔融物带入的热量查6可知反应熔融物的比热为0517/KGKCAL四川理工学院本科毕业设计第三章热量衡算16求得AKCALTMCQP/31059962512451701074197712反应熔融物带出的热量取1742氨水的比热为12/KGKCAL，尿素的比热为
40、0476/KGKCAL甲铵的比热为363/KGKCAL/714032902161404760057078336KGKCALCP求得AKCALTMCQP/102929251607140104697723气相中CO2带出的热量由CO2TS图7查得178绝）CM/ATM2,温度160时,I196KMOLKCAL/1（绝）2CM/ATM,温度25时,I174KMOLKCAL/求得AKCALQ/106846174196103127734气相中NH3带出的热量查NH3,IPLOG图7得1405（绝）2CM/ATM,温度160时,I485KMOLKCAL/1（绝）2CM/ATM,温度25时,I422KMOL
41、KCAL/求得AKCALQ/108415422485100667745气相中H2O带出的热量包括蒸发潜热查H2OSI图7得217（绝）2CM/ATM,温度160时,I624KMOLKCAL/1（绝）2CM/ATM,温度25时,I25KMOLKCAL/求得AKCALQ/109658256241011775气相带出的热量总和为求得AKCALQQQ/106511211096588415684677543）6热负荷输入输出QQQ615432QQQQQ求得6Q710359966511212929AKCAL/1032105477热损失由文献6取进热负荷的11求得AKCALQ/106111011321054
42、7778加入的蒸汽负荷量求得AKCALQ/1083106510611321054778选用125（绝）2CM/ATM，温度1889的饱和水蒸汽为加热介质，查3得,水的冷凝潜热为KGKCALR/475由RWQ8可得，加热介质的量为四川理工学院本科毕业设计第三章热量衡算17ATRQW/1042247510831065778323一段分解分离器热量平衡数据表一段分离器热量平衡数据表见表32表32一段分解塔热量平衡表输入输出输入项目热量百分率107KCAL输出项目热量百分率107KCAL反应熔融物带入996534832加热蒸汽供给1065835168反应熔融物带出92924506气相CO2468622
43、7气相氨41582016气相水65893195热损失116056总计206236100总计20623610033二段分解塔331计算依据1进二段分解塔尿素溶液温度T160,压力P4（绝）2CM/ATM。2出二段分解塔尿素溶液温度为T150出二段分解塔气体温度为T120。3二段分解塔气体各组分分压求得CO238072659104ATMNH3722762444ATMH2O9202764414ATM332二段分解塔热量计算1溶液带入热量由一段分解塔的热量计算有AKCALQ/102929712尿素溶液带出的热量由于尿素溶液中CO2、NH3、缩二脲的含量甚微,故在计算中不予考虑,那么尿素溶液的浓度如下H
44、2O23576104T/A285CONH225911104T/A715合计82686104T/A100查图1793有715的尿液的比热容为/0211KGKCALCP求得AKCALQ/1028105525150021110268687723分解的气体带出的热量四川理工学院本科毕业设计第三章热量衡算18查文献6有对CO2039（绝）2CM/ATM,温度120时,I190KGKCAL/1（绝）2CM/ATM,温度25时,I174KGKCAL/求得AKCALQCO/1016417419010260772对NH3270（绝）2CM/ATM,温度120时,I473KGKCAL/1（绝）2CM/ATM,温度
45、25时,I423KGKCAL/求得AKCALQNH/103642347310720773对H2O091（绝）2CM/ATM,温度120时,I648KGKCAL/1（绝）2CM/ATM,温度25时,I25KGKCAL/AKCALQOH/10981612564810260772AKCALQQQQOHNHCO/10142021098161361647732324热负荷输入输出QQQ4132QQQAKCAL/102232810292914202281055775热损失查6取热损失为进热负荷的16求得AKCALQ/1087144161029297756加热蒸汽供给热量求得AKCALQ/093431087
46、142232876选用125（绝）2CM/ATM，温度1889的饱和水蒸汽为加热介质，查6得，水的冷凝潜热为KGKCALR/475由WRQ6可求得，加热介质的量为ATRQW/1072204751009343776333二段分解塔热量平衡数据表表33二段分解塔热量平衡表输入输出输入项目热量百分数107KCAL输出项目热量百分数107KCAL尿素溶液带入92927303加热蒸汽供给343092697尿素溶液带出1055288294气相带出热202141589四川理工学院本科毕业设计第三章热量衡算19热损失1487117总计127229100总计127229100四川理工学院本科毕业设计第四章设备计
47、算及选型20第四章设备计算及选型41合成塔特性该塔是不锈钢衬里,空的高压容器。塔的外筒为多层卷焊受压容器,也可以整体锻造。内部衬有一层耐腐蚀的不锈钢板,使筒体和尿素甲铵腐蚀介质隔离。外壳保温,防止热量外散,不设置内件,塔的高径比较大。在塔内,氨基甲酸铵脱水生成尿素。411合成塔设计条件8已知1CO2转化率632生产能力小时吨/67243301064G以330天,24小时/天计412合成塔的有效容积确定合成塔的生产强度查图418尿素合成塔生产强度与转化率的关系查得为132/3米日吨生产强度GV24实际选取/281321367243米日吨则实际生产强度为/61021767243米日吨选用的尿素合成塔为衬里的高压容器12合成塔内流动的自始至终都是气液二相混合物中小型厂的合成塔为空筒,不设置内件,其高径比在20左右,流体基本呈平推流选取内径1000MM,H25000MM,VHR2197M3
