67kta尿素合成和分離工段工藝設(shè)計

PAGE67kt/a尿素合成和分離工段工藝設(shè)計學(xué)生：學(xué)號：專業(yè)：班級：指導(dǎo)教師：四川理工學(xué)院材料與化學(xué)工程系 二O一O年六月67kt/a尿素合成和分離工段工藝設(shè)計摘要本設(shè)計采用水溶液全循環(huán)法對尿素的合成和分離工段進行了初步設(shè)計，在設(shè)計中對尿素的生產(chǎn)方法作了調(diào)研和綜述。對合成和分離工段進行了物料衡算和熱量衡算，對二段分解塔進行了比較詳細(xì)的設(shè)備選型，最后了繪制了精餾塔的裝配圖和帶控制點的工藝流程圖。關(guān)鍵詞：尿素、合成分離、全循環(huán)法、精餾TheProcessDesignof67kt/aUreaSynthesisandSeparationSectionAbstractThesynthesisandseperationsectionsinureaplantoftotalsolutionrecyclingmethodweredesigned.Materialbalanceandenergybalanceinthesectionsofsynthesisandseparationwerecalculated.Equipmentselectionfortheseconddecompositiontowerisconsidered.Theflowsheetwithcontrollingpointandtheassemblydrawingoftheseconddecompositiontowerarepresented.keywords:urea,synthesis,separation,thewholecycle,distillation. 目錄 中文摘要 I英文摘要 II1總論 11.1概述 11.2尿素的性質(zhì) 11.3尿素工業(yè)的發(fā)展趨勢 21.4尿素的用途 21.5幾種尿素生產(chǎn)工藝簡介 31.5.1Snamprogetti公司的氨自身氣提工藝 31.5.2TEC-MTC公司的ACES工藝 31.5.3Stamicarbon公司的CO2氣提工藝 41.6CO2氣提工藝和NH3氣提工藝的比較 41.6.1工藝方面 41.6.2裝置運行情況 51.6.3設(shè)備腐蝕 51.6.4投資效益 51.7選擇取工藝及理由 51.8尿素工藝流程簡述 52物料衡算 72.1計算基準(zhǔn) 72.2合成塔物料衡算 72.2.1衡算條件 72.2.2CO2氣組成 72.2.3甲銨液組分物料量 82.2.4原料液NH3量 82.2.5循環(huán)液NH3 82.2.6尿素生成量 92.2.7甲氨生成量 92.2.8過量NH3 92.2.9生成H2O量 92.2.10合成系統(tǒng)物料衡算表 92.3預(yù)分離器的物料衡算 102.3.1衡算條件 102.3.2預(yù)分離器的出口氣體組成 102.3.3預(yù)分離器出口溶液組成 102.3.4預(yù)分離器物料衡算表 112.4一段分解塔物料衡算 112.4.1出口氣體組成 112.4.2一段分解塔出口溶液組成 122.4.3一段分解塔物料平衡表 122.5二段分解塔物料衡算 122.5.1衡算條件 122.5.2縮二脲的計算 132.5.3出口氣體中的CO2 132.5.3出口氣體中的H2O 132.5.4二段分解塔出口溶液組成 132.5.5二段分解塔物料衡算表 143熱量衡算 153.1計算基準(zhǔn) 153.2合成塔熱量衡算 153.2.1CO2氣體降溫降壓吸熱△H1 153.2.2當(dāng)量NH3氣化吸熱△H2 153.2.3固體甲銨生成時反應(yīng)熱△H3 153.2.4固體甲銨升溫吸熱△H4 153.2.5固體甲銨熔融吸熱△H5 163.2.6循環(huán)甲銨升溫吸熱△H6 163.2.7甲銨轉(zhuǎn)化成尿素時吸熱△H7 163.2.8（△H8+△H9+△H10+△H15）反應(yīng)熔融物升溫吸熱 163.2.9循環(huán)氨升溫吸熱△H11 163.2.10循環(huán)液氨氣化熱△H12 163.2.11循環(huán)氨升溫吸熱△H13 173.2.12循環(huán)氨與水混合放熱△H14 173.2.13合成塔熱損失△H17 173.2.14合成塔熱量平衡表 173.3預(yù)分離器熱量衡算 183.3.1進口液相帶入熱量 183.3.2進口氣相帶入熱量 183.3.3出口液相帶出熱量 193.3.4排出氣相帶出熱 193.3.5甲銨分解熱量 203.3.6NH4OH分解熱 203.3.7熱損失 203.3.8預(yù)分離器出口液相溫度t 203.3.9預(yù)分離器熱量衡算表 213.4一段分解塔熱量衡算 213.4.1反應(yīng)熔融物帶出熱量 213.4.2氣相中CO2帶出的熱量 223.4.3氣相中NH3帶出熱量 223.4.4氣相中H2O帶出熱量 223.4.5甲銨分解吸熱 223.4.6NH4OH分解熱 223.4.7熱損失 233.4.8一段分解熱平衡表 243.5 二段分解塔熱量衡算 243.5.1溶液帶入熱量 243.5.2加熱蒸汽供給熱量Q2 243.5.3尿液帶出熱量 243.5.4分解分解氣體帶出熱量 243.5.5甲銨分解熱 253.5.6NH4OH分解熱 253.5.7二段分解塔熱量平衡表 264主要設(shè)備選型 274.1合成塔的計算 274.1.1設(shè)計條件 274.1.2生產(chǎn)能力 274.1.3合成塔的生產(chǎn)強度： 274.1.4合成塔有效容積 274.1.5合成塔選型 274.2一段加熱器 284.2.1設(shè)計條件 284.2.2傳熱面積A 284.3一段分離器 294.3.1設(shè)計條件 294.3.2計算 294.4二段加熱器 304.4.1設(shè)計條件 304.4.2傳熱面積A 314.5二段分解塔 314.5.1全塔的理論板數(shù)及相關(guān)參數(shù) 314.5.2塔徑，塔高的計算 344.5.3溢流裝置 364.5.4流體力學(xué)的驗算 394.5.5塔板負(fù)荷性能圖 414.6輔助設(shè)備及附件的選擇 474.6.1除沫器 474.6.2裙座 474.6.3人孔 484.6.4吊柱 484.6.5接管 484.6.6附接管與法蘭的結(jié)構(gòu)簡圖 51設(shè)備一覽表 53工藝設(shè)計評述 54致謝 55參考文獻 56附圖 57\s"1,0,6485,19,,

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"1總論1.1概述尿素，又稱脲，分子式CH4ON2,相對分子質(zhì)量60.055，結(jié)構(gòu)式CO(NH2)2或NH2-CO-NH2,在人類及哺乳動物的尿液中含有這種物質(zhì)，故稱尿素，是蛋白質(zhì)新陳代謝后元素氮的最終產(chǎn)物。尿素在許多生物過程中起著重要的作用[1]。尿素的生產(chǎn)成本較其他氮肥低。它的物理化學(xué)性很好，不揮發(fā)，吸濕性低，長期使用不致惡化土壤，既不會酸化土壤，也不會堿化土壤。[2]1.2尿素的性質(zhì)純尿素在室溫下是無色、無味、無臭的針狀結(jié)晶體，在一定條件下也呈斜方棱柱結(jié)晶體。尿素在常壓下的熔點是132.7°尿素的主要物理化學(xué)性質(zhì)摩爾質(zhì)量/（g/mol）60.056熔點/°C132.7（101325Pa）,150(300MPa)密度/(kg/m3)1335(25°C結(jié)晶)，1247（堆積密度/(kg/m3)750（顆粒），630~710（結(jié)晶）標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓/（KJ/mol）-333.3標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成自由焓/（KJ/mol）-197.3標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒熱/（KJ/mol）632.5比熱容/(KJ/(kg*K))1.55（25°C結(jié)晶），2.09(135熔融熱/(KJ/kg)251（132.7°C）(在水中的熔解熱（無限?。?(KJ/kg)230（25°C）(結(jié)晶熱（自飽和水溶液）/(KJ/kg)197（25°C）(固體尿素在常溫常壓下是穩(wěn)定的，受熱升華的尿素可轉(zhuǎn)變?yōu)橥之悩?gòu)物氰酸銨NH4CNO并分解為氨和氰酸:NH2CONH2====NH4CNO=====NH3+HNCO熔融態(tài)尿素在高溫下緩慢放出NH3而可縮合成多種化合物，最主要的是縮二脲NH2CONHCONH2:H2N-CO-NH2+H-NH-CO-NH2=====H2N-CO-NH-CO-NH2+NH3尿素在水溶液中緩慢水解，變?yōu)榘被姿徜@，再變?yōu)樘妓徜@，最終成為氨和二氧化碳，NH2CONH2+H2O======NH4COONH2H2O+NH4COONH2=====(NH4)2CO3(NH4)2CO3=====2NH3+CO2+H2O在通常溫度，無論在酸、堿或中性條件下尿素水溶液的水解基本不進行，僅當(dāng)溫度超過100°高濃度的尿素水溶液受熱也可以生成縮二脲及其他縮合物。尿素水溶液呈微堿性，它與強酸作用生成鹽。尿素與無機酸或鹽相互作用的性質(zhì)，在復(fù)合肥料中具有具有重要意義。尿素溶解于液氨中，形成不穩(wěn)定的氨合物NH2CONH2NH3。氨合物在45°C以上即分解。氨合物能生成堿金屬鹽，如NH2CONHM，CO(NHM)尿素能與多種有機化合物進行化學(xué)反應(yīng)，幾乎能與所有的直鏈有機化合物（如烴類、醇類、酸類、醛類等）作用[1]。1.3尿素工業(yè)的發(fā)展趨勢在目前的技術(shù)經(jīng)濟條件下，尿素的生產(chǎn)有三種方法：氣頭（以天然氣為原料）、煤頭（以煤炭為原料）、油頭（以石油為原料）。尿素企業(yè)的規(guī)模經(jīng)濟產(chǎn)能分別為100萬噸和60萬噸，分別對應(yīng)60萬噸和36萬噸的合成氨規(guī)模。我國氮肥產(chǎn)量已居世界第一，尿素產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的1/3。

據(jù)中國化工信息中心統(tǒng)計，2000年到2006年，我國尿素產(chǎn)能從3600萬噸達到了4950萬噸，年平均增長225萬噸，總裝置能力增加37.5%，平均每年遞增5.45%，開工率連續(xù)多年保持在95%以上，遠遠高于其他化肥品種的開工率。2007年中國尿素產(chǎn)能達到5400萬噸，實際產(chǎn)量也將從2000年的3070萬噸達到目前的5000萬噸以上。2008年，中國在建和擬建尿素項目已超過610萬噸，其中較大項目包括：建峰80萬噸、中石油吉林分公司104萬噸、中石油塔里木分公司80萬噸、鄂爾多斯104萬噸、四川化工控股80萬噸等。2009年已經(jīng)公布擬建項目有240萬噸，預(yù)計擴能速度較2008年有所減緩，2010年的尿素新建項目增幅將低于2009年，但增長是個趨勢。

我國尿素新上項目大多采用先進的煤氣化技術(shù)，一些靠近原料產(chǎn)地(天然氣、煤)的企業(yè)，具有較強的成本優(yōu)勢和市場競爭力，因此尿素行業(yè)新一輪優(yōu)勝劣汰勢在必行，資源和市場的整合步伐也將加快。1.4尿素的用途尿素可以做基肥、追肥、種肥和葉面肥還應(yīng)控制用量。尿素又可作為牛羊等反芻動物的蛋白質(zhì)輔助飼料，可以使肉奶增產(chǎn)。尿素在工業(yè)上的用途也很廣泛，尿素產(chǎn)量的10％用作工業(yè)原料。尿素的主要工業(yè)用途是作為高聚物合成材料。工業(yè)尿索的總消耗量約一半是作為尿素甲醛樹脂和三聚氰胺—甲醛樹脂的原料，用作塑料、噴漆、粘合劑。尿素還作為多種用途的添加劑，如用于油墨顏料、粘結(jié)劑(液化劑)、炸藥(穩(wěn)定劑)、染料(助劑)、紡織(處理劑、軟化劑)，選礦(起泡劑)，煉油(脫蠟劑)，林業(yè)(木材處理劑)等各種工業(yè)部門中。尿素還用于醫(yī)藥(如苯巴比妥、鎮(zhèn)靜劑、止痛劑、潔齒劑等)和試劑生產(chǎn)中。尿素還可以用來凈化汽車的尾氣。從尿素中得到的一種化學(xué)制品可以減少柴油發(fā)動機排放的氮氧化物達80%。尿素還是一種理想的殺蟲“農(nóng)藥”，還能用于防病，還有疏花的作用。1.5幾種尿素生產(chǎn)工藝特點簡介尿素生產(chǎn)工藝國內(nèi)外很多，然而具備上述特點并為世界尿素工業(yè)界公認(rèn)為較先進的仍屬于三大尿素專利公司的工藝技術(shù)，先將其特點分別簡介并比較如下：1.5.1我國在80年代中引進了此工藝，它的主要特點：在高壓合成圈內(nèi)，溶液中的NH3/CO2分子比高達3.4~3.6，溶液的腐蝕性大大降低，鈍化用空氣最少，惰性氣洗滌排放無燃燒爆炸之余，且氨及CO2損失少，CO2合成轉(zhuǎn)化率高。故障短期停車2~3天，設(shè)備無需排液。分解回收系統(tǒng)設(shè)置中壓段，提高運轉(zhuǎn)負(fù)荷變化的適應(yīng)能力，中壓甲銨冷凝熱可以合理利用于蒸發(fā)，節(jié)省蒸汽消耗。環(huán)境污染改善，中低壓排放惰性氣量少，蒸發(fā)冷凝液可經(jīng)深度水解回收利用，廢氣粉塵少。主要設(shè)備水平布置，革去了垂體布置的高框架，節(jié)省投資、便于維修。鈦材造氣塔，耐高溫氣提的腐蝕，而且當(dāng)生產(chǎn)負(fù)荷降至30%~40%時，亦能正常運轉(zhuǎn)。1．5.2TEC-MTC公司的ACES工藝ACES法工藝合成的NH3/CO2比高達4.0~4.1，故合成CO2一次轉(zhuǎn)化率高達68%；設(shè)備耐腐蝕性亦大為改善。ACES法亦設(shè)置中壓段及工藝?yán)淠幚硌b置，排放的廢水廢氣符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，短期停車2天內(nèi)不需排液，這些方面與氨氣提法雷同，不贅述，將其余特點闡述如下：能量利用更為合理。輸入界壓的高壓蒸汽首先用于蒸汽透平作動力，從中抽取中壓蒸汽用作汽提塔熱源；高壓分解的甲銨冷凝熱一部分用于副產(chǎn)低壓蒸汽作為下游設(shè)備熱源，另一部分用于加熱分離中壓尿液中未反應(yīng)物；再利用中壓甲銨熱作為尿液蒸發(fā)的熱量。高壓蒸汽一次作功，三次逐級反復(fù)利用熱量，且后2次均為物料間直接傳遞熱量，較為合理。特殊結(jié)構(gòu)的氣提塔。因進塔溶液的NH3/CO2比甚高，故在降膜氣提管之上添置了板塔板進行絕熱等壓氣提。特殊的結(jié)構(gòu)材料。采取雙相合金鋼DP-12管材及R-5板材制作氣提塔，高壓甲銨冷凝器和中壓分解塔。多年使用結(jié)果令人滿意，亦可實現(xiàn)40%低負(fù)荷正常運轉(zhuǎn)。雙相合金鋼價格比2RE-69不銹鋼、鈦材、鈷材均低。TEC開發(fā)建立起以ACES工藝為基礎(chǔ)的運轉(zhuǎn)支持系統(tǒng)，有①培訓(xùn)模擬系統(tǒng)：可培訓(xùn)開停車操作；事故處理，矯正誤動作的操作，熟練DCS,與現(xiàn)場操作協(xié)調(diào)的訓(xùn)練。②運轉(zhuǎn)遙控系統(tǒng)：給操作人員提供實際的開工程序信息，指導(dǎo)正常條件下的運轉(zhuǎn)。③故障識別系統(tǒng)：提供故障設(shè)備的診斷結(jié)論信息、發(fā)生故障的原因。1.5.3Stamicarbon公司的COCO2氣提工藝我國引進10多年，引進了14套大型裝置，國產(chǎn)化2套中型裝置，因此對此工藝的特點，眾所周知。例如：高壓合成圈的NH3/CO2分子比、溫度、壓力是所有氣提工藝中最低的，而氣提效率最高；由于出氣提塔的尿液中未反應(yīng)物含量甚低，故不再設(shè)置中壓段，而設(shè)低壓段和真空閃蒸槽；蒸發(fā)尿液所需熱源全部來源于副產(chǎn)的低壓蒸汽；高壓合成圈主要設(shè)備呈垂直重疊布置，使溶液藉重力流動等。80年代以來該法又有了如下改進：CO2氣提法為克服洗滌和排放惰性氣時燃燒或爆炸的隱患，在原料中加入鈍化空氣，壓縮后再用鉑觸媒脫除氣體中的H2。高壓洗滌器頂部改為大體積球形結(jié)構(gòu)，一旦氣體爆炸時，有足夠空間緩沖，以免損壞設(shè)備。添設(shè)工藝?yán)淠荷疃人庀到y(tǒng)，以消除環(huán)境污染。噴淋成粒塔添設(shè)加晶種裝置，在塔上部熔融尿素液滴噴灑區(qū)域內(nèi)形成微米級晶種云層，促使尿素結(jié)晶從層狀改型為交叉重疊型，提高了尿素丸粒的強度。盡量利用低位能熱量，進行直接傳遞，降低了能耗。如CO2催化脫H2的熱量利用。1.6CO2氣提工藝和NH3氣提工藝的比較1.6.1工藝方面工藝流程的比較：CO2氣提工藝比NH3氣提工藝要簡單得多主要體現(xiàn)在CO2氣提塔出口溶液只需要經(jīng)歷一個低壓分壓工段即可基本回收未轉(zhuǎn)化的CO2和NH3，而NH3氣提法除了采用低壓循環(huán)外，還增加了中壓循環(huán)，因為NH3氣提塔出口溶液中的NH3含量較高。如果NH3氣提法也只有一個低壓分解工段，就必須添加大量的水回收NH3,這必然會導(dǎo)致整個系統(tǒng)的水平衡失調(diào)，以及進合成塔的H2O/CO2比值過高。從而降低CO2轉(zhuǎn)化率，能耗也隨之升高。轉(zhuǎn)化率的比較：當(dāng)溫度、壓力等工藝條件確定以后，NH3/CO2比值便是轉(zhuǎn)化率高低的決定性因素。雖然NH3氣提工藝中CO2轉(zhuǎn)化率較高，但NH3的轉(zhuǎn)化率比CO2氣提工藝低32%，這是由于較高的NH3/CO2比值造成的。從氣提后液相組成上看，CO2氣提效果優(yōu)于NH3氣提。安全性比較：幾乎所有采用不銹鋼材料的合成系統(tǒng)都借助空氣防腐，CO2氣提工藝的加氧量占CO2原料氣的0.6%，氣提工藝占0.35%~0.45%。為徹底消除爆炸隱患，Stamicarbon公司設(shè)計了新型的球型洗滌器并配備了CO2氣的脫氫裝置，在脫氫反應(yīng)器中CO2氣體中的H2，CO與O2在鉑催化劑作用下分別生成H2O和CO2,使尿素裝置的安全性從根本上得到了保障。1.6.2裝置運行情況CO2氣提法流程簡短，設(shè)備布置緊湊，特別是整個高壓圈物料在重力作用下循環(huán)，易于操作，這是CO2氣提裝置的運轉(zhuǎn)情況略好于NH3氣提的主要原因。從目前2套系統(tǒng)的整體運行情況上看，無論是運轉(zhuǎn)率還是生產(chǎn)能力利用率，CO2氣提工藝要高于NH3氣提裝置。1.6.3設(shè)備腐蝕從國外的2種工藝所使用的設(shè)備壽命上看，CO2氣提法要高于NH3氣提法。此外，近年來Stamicarbon公司開發(fā)出的新型不銹鋼，無論在其機械強度、抗應(yīng)力腐蝕性能，甲銨溶液中的耐腐蝕性及焊接性能均優(yōu)于316L和25-22-2型材質(zhì)，并且改進后的CO2氣提工藝把高壓冷凝器由立式該為臥式，基本消除了CL-所造成的應(yīng)力腐蝕。1.6.4投資效益由于NH3氣提法的工藝比CO2氣提法工藝較長，多出一套中壓循環(huán)系統(tǒng)，在設(shè)備投資上相應(yīng)增加，但在土建投資上CO2氣提法的框架較高投資較大，從運行成本上比較，由于NH3氣提法的設(shè)備臺數(shù)多，維修復(fù)雜，操作員工也較多，因此工資福利及維修費用2部分在年總成本中所占比例較大，在總成本的長期借款部分，NH3氣提法的還貸成本要高于CO2氣提法。所以，從經(jīng)濟角度上看CO2氣提法工藝占有優(yōu)勢。近年來，Stamicarbon公司經(jīng)過10余年的研發(fā)，在工藝布置、設(shè)備結(jié)構(gòu)及鑄造等方面均作了重大改進，并推出了2000-TM尿素生產(chǎn)工藝使得原材料消耗近似于理論值，并提高了合成轉(zhuǎn)化率，使框架高度由52m降至26m，投資較低10%，大大簡化了工藝流程，其最主要的改進措施是將尿素合成塔和甲銨冷凝器合并成一個高壓容器池式反應(yīng)器。在市場競爭中所處的優(yōu)勢地位使得NH3氣提工藝近年來幾乎沒有明顯的進步，其最大的改進是氣提塔列管用襯鈷雙金屬不銹鋼替代鈦材。可以說，在技術(shù)進步這個環(huán)節(jié)上NH3氣提工藝已經(jīng)落后了。1.7選取工藝及理由水溶液全循環(huán)法工藝較為成熟，在我國得到快速的發(fā)展，除了具有噸尿素投資省、材料易得，國內(nèi)能成套制造外，更為重要的是中國尿素工作者對該法進行了技術(shù)創(chuàng)新，如采用預(yù)分離—預(yù)精餾工藝，一吸塔外加外冷器等，使原裝置產(chǎn)能大幅度提高，消耗大幅度下降，成為具有新內(nèi)涵改進型的水溶液全循。結(jié)合本次設(shè)計綜合考慮選用該工藝[6]。1.8尿素工藝流程簡圖圖1.1尿素生產(chǎn)流程簡圖水溶液全循環(huán)法尿素生產(chǎn)工藝改造技術(shù)，其特征在于經(jīng)CO2壓縮機壓縮至220kg/cm2、125℃的CO2氣體，從合成塔底部加入原料氨經(jīng)液氨過濾器過濾，進入液氨緩沖槽，來自氨冷凝器的循環(huán)液氨進從液氨緩沖槽，其中一部分與原料液氨混合后，經(jīng)液氨泵加壓200kg/cm2后送往液氨預(yù)熱器進行預(yù)熱，然后送至合成塔底部，在220kg/cm2壓力,t=190℃條件下在合成塔內(nèi)進行尿素合成反應(yīng)，反應(yīng)物自塔頂經(jīng)減壓閥減壓至18kg/cm2，排至預(yù)分離器，進行分離，液相由塔底流出，經(jīng)一段分解加熱器，由123.4℃加熱至160℃，然后進入一段分解分離器，氣相由塔頂出去返回重復(fù)利用，液相由塔底流出再次經(jīng)減壓閥，進入二段分解塔，在4kg/cm2，120-150℃條件下進行二次分離。此設(shè)有二段分解加熱器，操作條件是4kg/cm2，150℃2物料衡算2.1計算基準(zhǔn)成品規(guī)格以一噸成品尿素為基準(zhǔn)[3]粒狀尿素成品規(guī)格為：含氮量46%（折合成尿素98.7%）縮二脲0.9%水份0.3%其他雜質(zhì)0.1%原料消耗定額年產(chǎn)67×103t尿素通用設(shè)計采用的原料消耗定額為NH3 580CO2 7852.2合成塔物料衡算2.2.1衡算條件進合成塔NH3/CO2=4.1（摩爾比）H2O/CO2=0.65（摩爾比）合成塔操作條件壓力P=21.58MPa（表壓）溫度T=19尿素合成率63%液氨純度為99.8%2.2.2CO2氣組成743.37kg或17.00其中CO2:735.06kg或16.71kmolO2:2.89kg或0.09N2:5.14kg或0.1847H2O:0.28kg或0.0152.2.3甲銨液組分物料量溶液中CO2含量未轉(zhuǎn)化為尿素的CO2量為16.79×37/63=9.861kmol或433.8除去由氣相進入只CO2即為氨基甲酸銨溶液之中CO2量，即為：16.79+9.8=26.65kmol或1172.6除去由氣相進入只CO21172.69-735.06=437.6326.65-16.71=9.94kmol溶液中的氨量：甲銨液中NH3/CO2=3.1NH3：3.1×9.94=30.814kmol或523.8溶液中的H2O量：合成塔內(nèi)H2O/CO2=0.65（摩爾比）H2O：26.65×0.65-0.0156=17.306kmol或311.5溶液中的尿素：由計算條件知為2.5kg或0.0422.2.4原料液NH3量高壓氨泵漏損11.69kg[4]NH3：580-11.69=568.31kg或2.2.5循環(huán)液NH3NH3/CO2=4.1(摩爾比)進塔總NH3量為：4.1×26.65=109.265kmol或1857.505kg返回氨量：109.265-34.43-30.81=45.025kmol或765.425kg2.2.6尿素生成量1007.54+2.5=1010.04kg或16.8322.2.7甲氨生成量設(shè)未轉(zhuǎn)化為尿素的CO2均以甲銨的形態(tài)出塔即為9.86kmol或9.86×78=769.08kg其中：CO2 ：9.86kmol或433.84kgNH3：2×9.86=19.72kmol或355.242.2.8過量NH3生成尿素耗NH3：16.79×2=33.58kmol或570.86kg過量NH3為109.265-33.58-19.72=55.965kmol或951.405kg2.2.9生成H2O量原料及甲銨帶入水分及尿素反應(yīng)生成水之和：0.0156+17.3045+16.79=34.111kmol或613.998kgN2和O2量無變化同入口量2.2.10合成系統(tǒng)物料衡算表表2.1合成系統(tǒng)物料平衡以每噸成品尿素為基準(zhǔn)序號輸入物料kgkmol序號輸出物料kgkmol1原料CO2氣743.3717.00031反應(yīng)后混合物3352.6136.762其中：CO2735.0616.712其中：尿素1010.0416.8323O22.890.093甲銨溶液769.089.864N25.140.18474｛CO2NH3｝｝443.849.865H2O0.280.01565355.2419.726原料液氨568.3133.436NH3951.40555.9657循環(huán)液氨765.42540.0257H2O613.99834.1118甲銨溶液1275.5058.09658O22.890.099其中：NH3523.83830.8149N25.140.184710CO2437.639.9411H2O311.50817.30612尿素2.50.042總計3352.6148．5518總計3352.6136.762.3預(yù)分離器的物料衡算2.3.1衡算條件總的甲銨分解率為88%總的氨過量蒸出率90%預(yù)分離器的甲氨分解率15%預(yù)分離器的出口氣相水分含量4.65%（摩爾比）一段分解分離器出口氣相水分含量17%2.3.2預(yù)分離器的出口氣體組成CO2：9.86×0.15=1.479kmol或65.076由過量氨蒸出：NH3：55.97×0.66=36.94kmol或6由甲銨分解：NH3：1.48×2=2.96kmol或50.32共計36.94+2.96=39.90kmol或678.3kg氣體中的H2O： 除水以外氣相中其他組分：1.48+39.90+0.09+0.18=41.65kmol故水量為：41.65×4.65/（100-4.65）=2.0312kmol或36.56惰性氣體：O2：0.09kmol或2. N2：0.18kmol或5.2.3.3預(yù)分離器出口溶液組成溶液中的CO29.86-1.48=8.38kmol或3溶液中的NH3（55.97+19.72）-39.9=35.79kmol或608.43溶液中的H2O34.11-2.04=32.07kmol或577.26溶液中的尿素為16.832kmol或1010.04kg2.3.4預(yù)分離器物料衡算表表2.2預(yù)分離器物料平衡以每噸成品尿素為基準(zhǔn)序號輸入物料kgkmol序號輸出物料kgkmol123456789反應(yīng)混合物其中：尿素甲銨溶液｛CO2NH3｝NH3H2OO2N23352.61010.04769.08433.84335.24951.4056013.9982.895.14136.7616.8329.869.8619.7255.96534.1110.090口氣體其中：CO2NH3H2OO2N2出口溶液其中CO2NH3H2O尿素788.85865.076678.3036.5622.885.042564.45368.72608.43577.261010.0443.691.47939.902.03120.090.1893.078.3835.7932.0716.832總計3352.6136.76總計3352.6136.762.4一段分解塔物料衡算2.4.1出口氣體組成氣體中的CO29.859×0.88-1.479=7.197kmol或316.67氣體中的NH3過量氨蒸出：55.97×0.9-36.94=13.433kmol或228.361由甲銨分解：9.86×0.88×2=17.36kmol或295.12kg由一段分解塔分解出的氨：17.36-2.96=14.4kmol或244.8kg總氨量： 13.433+14.4=27.833kmol或473.161kg氣體中的H2O：（7.2+27.83）×17/（100-17）=7.175或129.147kg2.4.2一段分解塔出口溶液組成溶液中的CO2：8.38-7.2=1.18kmol或5溶液中的NH3：35.79-27.83=7.96kmol或135.32kg溶液中的水：32.07-7.17=24.9kmol或448.2kg溶液中的尿素：16.832kmol或1010.04kg2.4.3一段分解塔物料平衡表表2.3一段分解塔物料平衡以每噸成品尿素為基準(zhǔn)序號輸入物料kgkmol序號輸出物料kgkmol12345出口溶液其中CO2NH3H2O尿素2564.45368.72608.43577.261010.0493.078.3835.7932.0716.832123456789出口氣體其中：CO2NH3H2O一段分解塔出口液其中CO2NH3H2O尿素918.978316.67473.161129.1471645.4851.92135.32448.21010.0442.2057.19727.8337.17550.8721.187.9624.916.832總計2564.4593.07總計2564.4593.072.5二段分解塔物料衡算2.5.1衡算條件一段及二段分解系統(tǒng)總的甲氨分解率98.2%一段及二段分解系統(tǒng)總的過量氨蒸出率99.4%二段分解塔出口氣體內(nèi)含水25% 二段分解系統(tǒng)操作壓力0.3924MPa二段分解系統(tǒng)溫度120-150℃2.5.2縮二脲的計算 縮二脲的生成反應(yīng)2（NH2）2CO→NH2CONHCONH2+NH3↑2×6010317x6y反應(yīng)消耗的尿素量x=6×2×60/103=6.99kg或0.1165放出NH3量yy=6×17/103=0.99kg或0.0582.5.3出口氣體中的CO29.86.×(0.982-0.88)=1.0057kmol或44.252氣體中的NH3由甲銨分解得氨1.×2=2kmol或34加入縮合反應(yīng)放出氨5.26+2+0.058=7.318kmol或124.4062.5.3出口氣體中的H2O（1+6.801）×25/（100-25）=2.773kmol或49.9142.5.4二段分解塔出口溶液組成溶液中的CO2：1.18-1=0.18kmol或7.92kg溶液中的NH3：7.96-（5.26+2）=0.7kmol或11.9溶液中的水分：24.9-2.77=22.13kmol或398.34溶液中的尿素：1010.04-6.99=1003.05kg或16.718kmol溶液中的縮二脲：6kg或0.0582.5.5二段分解塔物料衡算表表2.4二段分解塔物料衡算以每噸成品尿素為基準(zhǔn)序號輸入物料kgkmol序號輸出物料kgKmol12345塔出口液其中CO2NH3H2O尿素1645.4851.92135.32448.21010.0450.871.187.9624.916.832123457891011出口氣體其中：CO2NH3H2O二段分解塔出口液其中CO2NH3H2O尿素縮二脲218.57244.252124.40649.9141427.7827.9211.9398.341003.056.0011.09671.00577.3182.77339.7860.180.722.1316.7180.058總計1645.4850.87總計1645.4850.873熱量衡算3.1計算基準(zhǔn)CO2氣進口氣壓為21.680MPa,T=125甲銨溶液進口壓力21.680MPa，T=100尿素反應(yīng)物出口壓力為21.680MPa，T=1903.2合成塔熱量衡算3.2.1CO2氣體降溫降壓吸熱△H1由CO2T-S圖查[8]21.680MPa125℃時，i=694.210.0981MPa25℃時，i=727.67△H1=735.06×（694.21-727.67）=-24595.108kJ3.2.2當(dāng)量NH3氣化吸熱△H2由NH3I-logP圖查[5]0.0981MPa25℃時，i=1768.9921.68MPat℃時，i=IkJ/kg△H2=568.31×（I-1768.99）3.2.3固體甲銨生成時反應(yīng)熱△H31大氣壓時，25℃△H=159166.92kJ/kg△H3=16.71×159166.92=2659679.233kJ3.2.4固體甲銨升溫吸熱△H4由25℃升溫至150℃時熱焓增值△H4=-16.71×21997.32=-367575.2172kJ3.2.5固體甲銨熔融吸熱△H5△H5—循環(huán)甲銨液升溫吸熱尿素在150℃時生成熱為20282.7△H5=-16.71×20282.7=-338923.917kJ3.2.6循環(huán)甲銨升溫吸熱△H6取固體甲銨比熱為Cp=151.81kJ/kmol.°C取37.4%氨水比熱5.02kJ/kmol.°CCp=0.611×151.81/78+0.389×5.02=3.142kJ/kg.°C△H6=-1275.5×3.142×(150-100)=-200381.05kJ3.2.7甲銨轉(zhuǎn)化成尿素時吸熱△H7尿素在150°C時的生成熱為21830.04△H7=-（16.832-0.042）×21830.04=-366526.37kJ3.2.8（△H8+△H9+△H10+△H15）反應(yīng)熔融物升溫吸熱尿素比熱Cp=1.991kJ/kg.°C甲銨比熱Cp=151.8/78=1.946kJ/kg.°C60.7%氨水比熱Cp=5.018kJ/kg.°CCp=1.991×0.302+1.946×0.23+5.018×0.468=3.397kJ/kg.°C（△H8+△H9+△H10+△H15）=3344.59×3.397×(190-150)=-454462.8892kJ3.2.9循環(huán)氨升溫吸熱△H11NH321.680MPa（絕）132.5℃時，i=1120.7821.680MPa（絕）t℃時，i=IkJ/kg△H11=765.44×（I-1120.78）kJ3.2.10循環(huán)液氨氣化熱△H12NH3在臨界溫度下氣化時，其熱效應(yīng)為0△H12=03.2.11循環(huán)氨升溫吸熱△H21.680MPa132.5℃時，i=1120.7821.68MPa150℃時，i=1246.24△H13=-765.44×（1246.24-1120.78）=-96032.1kJ3.2.12循環(huán)氨與水混合放熱△H氨水濃度為60.7%混合熱為397.29kJ/kgNH3氨水濃度為37.4%混合熱為656.57kJ/kgNH3△H14=951.49×397.29-656.57×185.88=255974.23kJ△H16—惰性氣體升溫吸熱在21.68MPa125℃時，i=280.1921.68MPa190℃時，i=347.11△H16=-8.12×（347.11-280.19）=-543.39kJ3.2.13合成塔熱損失△H17△H17=-54616.92kJ/t尿素合成塔熱平衡-24595.108+568.31×（I-1768.99）+2659679.233-367575.2172-338923.917-200381.05-366526.37-454462.8892+765.44×（I-1120.78）+0-96032.1+255974.23-543.39-54616.92=0I=638.22kJ/kg查據(jù)NH3I-logP圖查t=46△H2=692.92×（I-1771.02）=692.92×(638.22-1771.02)=-784939.776kJ△H11=765.44×（I-1120.78）=765.44×（638.22-1120.78）=-369370.7264kJ3.2.14合成塔熱量平衡表表3.1合成塔熱量平衡以每噸成品尿素為基準(zhǔn)序號輸入熱量kJ%序號輸出熱量kJ%12甲銨生成熱過量氨混合熱2659679.23302256.1389.7910.211234567891011CO2降溫降壓當(dāng)量氨降溫固體甲銨升溫甲銨熔融吸熱循環(huán)甲銨升溫甲銨轉(zhuǎn)化吸熱反應(yīng)物升溫循環(huán)氨升溫(ΔH11+ΔH13)循環(huán)氨汽化惰性氣體升溫?zé)釗p失24595.108784939.776367575.217338923.917200381.05366526.37454462.889369370.7260543.3954616.920.8326.5012.4111.446.7712.3815.3412.4700.021.84總計2961935.36100總計2961935.361003.3預(yù)分離器熱量衡算3.3.1進口液相帶入熱量反應(yīng)熔融比熱為CP=3.4kJ/kg℃[5]Q1=3344.59×3.4×(190-25)=1876314.993.3.2進口氣相帶入熱量據(jù)空氣T-S圖查[5]得空氣在21.680MPa，190℃i=355.470.0981MPa,25℃i=190.28Q2=8.03×(355.47-190.28)=1326.48kJ3.3.3出口液相帶出熱量設(shè)預(yù)分離器出口液相溫度為t℃甲銨比熱151.81kJ/kmol尿素比熱1.99kJ/kg·℃35.9%氨水比熱4.6002kJ/kg·℃Cp=151.81/78×0.254+1.99×0.393+4.6002×0.353=2.9Q3=2564.49×2.898×(t-25)=7431.892t-185797.33.3.4排出氣相帶出熱查CO2 T-S圖0.060MPa118℃i=810.0981MPa25℃i=727.67Qco2=65.08×(811.31-727.67)=5443kJNH3氣帶出顯熱查NH3I-logP[5]圖1.612MPa，118℃i=1932.080.0981MPa，25℃i=1764.80QNH3=678.3×(1932.08-1764.8)=113466kJH2O氣帶出顯熱據(jù)H2OT-S圖查0.0833MPa，118℃i=2714.1180.098MPa25℃i=104.55QH2O=36.72×(2714.118-104.55)=95823kJ惰性氣體帶出顯熱（按空氣計）根據(jù)空氣T-S圖0.011MPa118℃i=282.2850.0981MPa25℃i=190.281Q空氣=8.03×（282.285-190.281）=738kJQ4=Qco2+QNH3+QH2O+Q空氣=5443+113466+95823+738=215470kJ3.3.5甲銨分解熱量在0.0981MPa時，25甲銨生成熱159166.92kJ/kmol甲銨熔融熱20282.7kJ/kmol甲銨在1.7058MPa,120℃分解熱為q=-133Q5=1.48×（-133828.182）=-198065.71kJ3.3.6NH4OH分解熱將NH4OH分解過程解析如下[6]：NH4OH（液）——→NH4OH（液）——→NH4OH（液）+氨水（35.9%）118℃41℃A:取60.7%氨水比熱5.018kJ/kg·℃QA=1565.47×5.018×(118-41)=604875.69kJ最初態(tài)：60.7%氨水混合熱為397.29kJ/kgNH3最終態(tài)：35.9%氨水混合熱為664.938kJ/kgNH3QB=323.51×664.938-951.49×397.29=-162903.37kJC:NH3在1.612MPa時汽化熱為1095.68kJ/kg分解NH3量為（951.49-323.51）=627.98kgQC=(-1095.68)×627.98=-688065.13kJD:升溫吸熱QD=qNH3+q氨水=-（321967.998+139193.688）=-461161.686kJQ6=QA+QB+QC+QD=604875.69-162903.37-688065.13-461161.686=-707254.496kJ3.3.7熱損失取熱量損失約進入熱負(fù)荷的1.19%Q7=21140.01kJ3.3.8預(yù)分離器出口液相溫度t℃的求取因1876314.99＋1326.48＝7431.892t-185797.3＋215471.44＋198065.71＋707254.496＋21140.01ｔ＝123.994出口液相帶出熱量Q3Q3=7431.892t-185797.3=7431.892×123.994-185797.3=735712.717kJ3.3.9預(yù)分離器熱量衡算表表3.2預(yù)分離器熱量衡算以每噸成品尿素為基準(zhǔn)序號輸入熱量kJ%序號輸出熱量kJ%12反應(yīng)熔融帶入氣相帶入1876315132699.930.0712345反應(yīng)熔融物排出氣相甲銨分解熱NH4OH分解熱熱損失7357122154701980657072542114039.1811.4710.5537.671.13總計1877641100總4一段分解塔熱量衡算3.4.1反應(yīng)熔融物帶出熱量反應(yīng)熔融物比熱計算取17.51%氨水比熱4.6002kJ/kg·℃ 尿素比熱1.991kJ/kg·℃甲銨比熱151.807kJ/kmol·℃Q2=1645.57×2.85×（160-25）=633133.058kJ反應(yīng)熔融物帶入的熱量Q1=735712kJ3.4.2氣相中CO2帶出的熱量由CO2T-S圖查[5]0.301MPa160℃i=848.950.0981MPa25℃i=727.67Q3=316.7×（848.95-727.67）=38409.376kJ3.4.3氣相中NH3帶出熱量由NH3I-logP圖查[5]1.164MPa160℃i=2036.630.0981MPa25℃i=1764.8Q4=473.16×（2036.63-1764.8）=128619.083kJ/kg3.4.4氣相中H2O帶出熱量根據(jù)H2Oi-s圖[5]0.3MPa160℃i=2776.850.0981MPa25℃i=104.55kJ/kgQ5=129.06×（2776.85-104.55）=344887.038kJ氣相帶出熱量總和為Q3+Q4+Q5=38409.376+128619.083+344887.038=511915.497kJ3.4.5甲銨分解吸熱甲銨分解量653.68-92.18=561.50kg=7.2kmol甲銨分解熱133828.18kJ/kmolQ6=7.2×133828.18=963562.896kJ3.4.6NH4OH分解熱35.9%氨水降溫放熱取比熱為4.6kJ/kg·℃QA=900.77×4.6×（160-30）=538660.46kJNH4OH分解熱查圖得:最初狀態(tài)氨水濃度為35.9%NH3，混合熱為664.94kJ/kgNH3最終狀態(tài)氨水濃度為17.5%NH3，混合熱為815.49kJ/kgNH3分解熱QB=95.15×815.49-323.51×664.9=-137507.926kJ氫汽比熱1.164MPa30℃NH3汽化比熱為1144.2分解NH3量為323.51-95.15=228.36kgQC=228.36×（-1144.2）=-261289.512升溫吸熱氨氣1.164MPa30℃i=1703.751.164MPa160℃i=2040.82QNH3=228.36×（1703.75-2040.82）=-76973.305kJ17.51%氨水，取其比熱為4.6kJ/kg·℃Q氨水=543.35×4.6×（30-160）=-324923.3kJQD=Q氨+Q氨水=-324923.3-76973.305=-401896.605kJQ7=QA+QB+QC+QD=538660.46-137507.926-261289.512-401896.605=-262033.583kJ3.4.7熱損失Q8=7895.62kJ一段分解塔熱平衡求取加入蒸汽熱負(fù)荷Q1+Q=Q2+（Q3+Q4+Q5）+Q6+Q7+Q8 735712+Q=633133.058+511915.497+963562.896+262033.583+7895.62Q=1642827.986kJ3.4.8一段分解熱平衡表表3.3一段分解熱平衡以每噸成品尿素為基準(zhǔn)序號輸入熱量kJ%序號輸出熱量kJ%12反應(yīng)熔融物加熱蒸汽供給735712164282830.9369.071234567反應(yīng)熔融物氣相CO2氣相氨氣相水甲銨分解NH4OH分解熱損失63313338409128619344887963563262033789626.621.615.4114.5040.5111.020.33總計2378540100總計2378540100二段分解塔熱量衡算3.5.1溶液帶入熱量Q1=633133.058kJ3.5.2加熱蒸汽供給熱量Q23.5.3尿液帶出熱量尿液帶出熱量查圖71.6%尿液CP=2.84kJ/kg·℃Q3=1427.03×2.84×(150-25)=506595.65kJ3.5.4分解氣體帶出熱量CO20.035MPa120℃i=811.310.0981MPa25℃i=727.67QCO2=44.25×（811.31-727.67)=3701.07kJNH30.259MPa120℃i=1969.720.0981MPa25℃i=1768.99QNH3=124.43×(1969.72-1768.99)=24976.83kJH2O0.0981MPa120℃i=2714.120.0981MPa25℃i=104.55QH2O=49.86×(2714.12-104.55)=130113.16kJQ4=3701.07+24976.83+130113.16=158791.06kJ3.5.5甲銨分解熱1.766MPa120℃時甲銨分解熱為133828.18Q5=1.00×133828.18=133828.18kJ3.5.6NH4OH分解熱最初溶液中的NH3量為7.96-2×1.18=5.6kmol最終溶液中的NH3量為0.7-2×0.18=0.34kmolNH4OH分解量為5.6-0.34=5.26kmol最初溶液中的H2O/NH3=24.9/5.6=4.45最初溶液中的H2O/NH3=22.13/0.34=65平均在常溫常壓下氨的分解熱為35254.26kJ/kmolQA—氨水降溫降壓放熱QA=543.35×4.6×(120-20)=249941kJQB—氨水在0.0981MPa，20℃QB=-35254.26×5.26=-185437.408kJQC—氨氣升溫升壓吸熱0.0981MPa20℃i=1768.990.3924MPa120℃i=1965.54Qc=5.26×17×(1768.99-1965.54)=-17575.501kJQD—氨水升溫吸熱因二段分解塔出口液相中含氨量少。故氨水濃度很稀。取其比熱CP=4.182kJ/kg·℃QD=404.05×4.182×(20-120)=-168973.71kJQ6=QA+QB+QC+QD=249941-185437.408-17575.501-168973.71=-122045.619kJ熱損失：取熱損失為進熱負(fù)荷的1.6%Q7=10705.92kJ因故Q2==506595.65+133828.18+122045.619+158791.06+10705.92-633133.058=298833.371kJQ2=298833.371kJ3.5.7二段分解塔熱量平衡表表3.4二段分解塔熱量平衡以每噸成品尿素為基準(zhǔn)序號輸入熱量kJ%序號輸出熱量kJ%12尿素溶液帶入蒸汽供給熱量63313329883367.9432.0612345尿素溶液帶出甲銨分解熱NH4OH分解熱氣相帶出熱熱損失5065961338281220451587911070654.3614.3613.0917.041.15總計931966100總計9319661004主要設(shè)備選型4.1合成塔的計算4.1.1設(shè)計條件CO2的轉(zhuǎn)化率η=63%4.1.2生產(chǎn)能力G=8.46t/h（按連續(xù)生產(chǎn)330天計）4.1.3合成塔的生產(chǎn)強度：查得13.2t/d·m34.1.4合成塔有效容積實際選取V=19m3裕度為24%[實際生產(chǎn)強度：4.1.5合成塔選型選用的尿素合成塔為襯里的高壓容器合成塔內(nèi)流動的自始至終都是氣液二相混合物.中小型廠的合成塔為空筒,不設(shè)置內(nèi)件,其高徑比在20左右,基本呈平推流.選取內(nèi)徑1150mm,H=22900mm,V==23.786m3,材質(zhì):0Cr18Ni12Mo24.2一段加熱器起加熱的作用,尿素液混合物在此進行加熱分解,溫度達到160℃,使溶液中的氨、二氧化碳和水汽化。4.2.1設(shè)計條件(1)操作壓力:P=18atm(絕)(2)操作溫度:進加熱器尿液溫度t1=12出加熱器尿液溫度t2=160℃(3)加熱蒸汽條件壓力:P汽=12.5atm(絕)溫度:t汽=188.9℃冷凝溫度:t凝=188.9℃冷凝潛熱:r=1986.45(4)熱負(fù)荷Q=1642367.59KJ/t尿素(5)物料濃度進加熱器尿液濃度:39.30%出加熱器尿液濃度:61.37%(6)有效平均溫度（7）經(jīng)核算后傳熱系數(shù)4.2.2傳熱面積A由已知條件得傳熱量為Q=8.46×1642367.59KJ/h選用加熱器有[10]:為浮頭式單殼程換熱器選用加熱器傳熱面積=90㎡公稱直徑DN=600mm,公稱壓力PN=2.5×106MPa,管程數(shù)Np=2,殼程數(shù)1,列管長度l=3m,管子規(guī)格?25×2.5mm,管束圖型號A規(guī)格型號FD600-90-25-2,材質(zhì):Cr18Ni12Mo2Ti4.3一段分離器在一段分離器內(nèi)氣液二相分開,液相部分送至二段分解塔,氣相部分送去中壓吸收系統(tǒng)。液相部分為尿素、水、NH3、CO2；氣相部分為水、NH3、CO2。4.3.1設(shè)計條件(1)操作壓力P=18atm(絕)(2)操作溫度t=160℃4.3.2計算1.氣相密度查文獻[1]知:表4-1NH3,CO2,H2O的臨界溫度,臨界壓力值組分NH3CO2H2O臨界溫度℃132.331.0374.2臨界壓力PCatm111.372.9218.3混合氣體的假臨界溫度℃混合氣體的假臨界壓力對比溫度對比壓力查氣體的通用壓縮系數(shù)圖[1],得壓縮系數(shù)為Z=0.96氣相密度為2.液相密度將液相視為尿素溶液,查尿素溶液的蒸汽壓力和比重圖[1],可得濃度為61.3%的尿素溶液密度為11103.空速4.氣相負(fù)荷5.分離器截面積6.分離器直徑考慮到負(fù)荷變化及壓力波動,選取一段分離器直徑為那么,材質(zhì):Cr18Ni12Mo2Ti4.4二段加熱器起加熱的作用,從一段分離器出來的液相部分(尿素液、氨、水等)在此進行加熱,使各組分汽化,溫度達到150℃。4.4.1設(shè)計條件(1)操作壓力:P=4atm(絕)(2)操作溫度:進加熱器尿液溫度t1=1出加熱器尿液溫度t2=150℃(3)加熱蒸汽條件壓力:=12.5atm(絕)溫度:=188.9℃冷凝溫度:=188.9℃冷凝潛熱:r=1986.45(4)熱負(fù)荷Q=291799×8.46kJ/h=2468619.54kJ/h(5)物料濃度進加熱器尿液濃度:61.37%出加熱器尿液濃度:72.0%(6)有效平均溫度(7)計算得4.4.2傳熱面積A選用加熱器查[10]有:為浮頭式單殼程換熱器Dg=400mm,Pg=40,管程數(shù)2,殼程數(shù)1,列管長度3m,列管直徑19mm,管束圖型號A規(guī)格型號FB400-25-40-2,材質(zhì):Cr18Ni12Mo2Ti4.5二段分解塔二段分解塔用來進一步除去一段分離器未完全除去的和,其操作壓力為,進料溫度為160℃,塔頂操作溫度為,塔底操作溫度為150℃,是一精餾的過程,在塔內(nèi)同時進行多次部分汽化和部分冷凝的過程,可使混合液得到幾乎完全的分離。4.5.1全塔的理論板數(shù)及相關(guān)參數(shù)(1)按揮發(fā)度降低的順序查得為:CO2、NH3、H2O、CO(NH2)2.依據(jù)分離要求：塔頂出料有CO2、NH3、H2O塔底出料有CO2、NH3、H2O、尿素、少量縮二脲根據(jù)前面物料衡算知：尿素、NH3、H2O在二段分解塔出口溶液中占的比重最多,因此為關(guān)鍵主份，現(xiàn)在選取2種物質(zhì)分別為重組分和輕組分，為方便二段分離塔的設(shè)計，規(guī)定NH3為