尿素生產(chǎn)工藝及技術特點

#n出口=0.9333.333n出口=0.93334.7+1.364x19.1在用尿素合成塔液相出口的組分求算進入尿素合成塔總物料的水碳比時要扣除反應時生成的水，具體說明如下：進入尿素合成塔物料中HO的摩爾數(shù)n=2進口進入尿素合成塔物料中co的摩爾數(shù)2出尿素合成塔物料中HO的摩爾數(shù)一反應生成HO的摩爾數(shù)

—22轉化成尿素的CO的摩爾數(shù)+游離co的摩爾數(shù)

223.333xHO的質量分數(shù)一尿素的質量分數(shù)2尿素的質量分數(shù)+1.364xCO的質量分數(shù)2式中3.333——尿素摩爾質量與HO摩爾質量的比；2尿素摩爾質量與CO摩爾質量的比。2例如：尿素合成塔液相出口組成如下，尿素：34.7%,CO：19.1%,NH：29.2%,23根據(jù)水碳比計算公式計算尿素合成塔液相進口的水碳比如下：n進口=0.3623.333x17n進口=0.36234.7+1.364x19.13.9.3水尿比（^O/Ur）的計算水尿比是指反應物料中水的摩爾數(shù)與尿素摩爾數(shù)（HO/Ur）的比。物料水尿2比（以h表示）的計算公式推導如下：物料中HO的摩爾數(shù)_3.333xHO的質量分數(shù)—2—2

物料中ur的摩爾數(shù)尿素的質量分數(shù)式中3.333——尿素摩爾質量與HO摩爾質量的比。2例如：尿素合成塔液相出口組成如下，尿素：34.7%，CO：19.1%，NH：29.2%23根據(jù)水尿比計算公式計算如下：h=3.333x17=1.63334.7所以，尿素合成塔液相出口的水尿比是1.633。3.9.4CO2轉化率計算通常將CO轉化成尿素的程度定義為尿素的轉化率，即

尿素轉化率Nq轉化率二X100%尿素轉化率Nq轉化率二X100%2原料中CO的摩爾數(shù)2CO轉化率（以叮cc表示）計算公式推導如下：2CO2_轉化成尿素的CO摩爾數(shù)innc7%—原料中CO的摩爾數(shù)X°2=轉化成尿素的0。2的摩爾數(shù)X100%—轉化成尿素的CO的摩爾數(shù)*游離CO的摩爾數(shù)X°22=尿素的質量分數(shù)X100%尿素的質量分數(shù)+1.364xCO的質量分數(shù)％°2式中1.364——尿素摩爾質量與CO摩爾質量的比。2例如：尿素合成塔液相出口組成如下，尿素：34.7%,CO：19.1%,NH：29.2%,23根據(jù)CO轉化率計算公式計算如下：234.734.734.734.7+1.364x19.2x100%=57%所以，尿素合成塔內的CO轉化率為57%。2氣提效率計算氣提效率是表示尿素合成反應經(jīng)過尿素氣提塔的氣提，沒有生成尿素的物料被分解的程度，是衡量氣提塔工作好壞的度量，氣提效率是氣提塔內氨的提出率其表達式是（a表示）：X100%轉化成尿素的NH?的摩爾數(shù)

進入氣提塔的NHX100%3氣提效率計算公式推導如下：轉化成尿素的NH的摩爾數(shù)［“少a=3x100%進入氣提塔的NH的總摩爾數(shù)3=轉化成尿素的NH。的摩爾數(shù)x100%TOC\o"1-5"\h\z—轉化成尿素的NH+游離NH的摩爾數(shù)%°33=2x尿素的摩爾數(shù)x100%—2x尿素的摩爾數(shù)+游離NH的摩爾數(shù)%°3=尿素的質量分數(shù)x100%尿素的質量分數(shù)+1.765xNH的質量分數(shù)％°3式中1.765——尿素摩爾質量與2倍NH的摩爾質量的比。3上面公式，嚴格地講是尿素合成—氣提系統(tǒng)總的氨轉化率，在尿素合

成塔內轉化率沒有大的變化時，它可以近似地反映出氣提塔的氣提效率。以氣提塔液相出口組成為例計算，尿素：57.9%，CO：8.7%，NH：6.7%23根據(jù)氣提效率計算公式計算如下：57.9a=x100%=83.04%57.9+1.765x6.73.9.6簡單物料平衡計算3.9.6.1低壓甲銨液濃度計算根據(jù)氣提塔液相出口組成，我們可以粗略地計算低壓甲銨冷凝液的濃度。這里我們假設氣提塔液相出口中的NH和CO全部被吸收成為甲銨液，如果計算出低32壓甲銨冷凝液中的HO量則就可以計算低壓甲銨冷凝液的濃度。下面通過對高壓系2統(tǒng)作HO平衡來計算低壓甲銨冷凝液中的HO量。22進入高壓系統(tǒng)的H02帶出高壓系統(tǒng)的H2O1、尿素合成反應生成的H01、氣提塔液相出口帶出的H2O2、低壓甲銨冷凝液帶入的H2O2、高壓洗滌器氣相出口帶出的H2O3、原料NH和CO帶入的H0322假若忽略原料NH和CO帶入的HO和高壓洗滌器氣相出口帶出的H0,則高壓3222系統(tǒng)作HO平衡關系為：2尿素合成反應生成的HO+低壓甲銨冷凝液帶入的HO22=氣提塔液相出口帶出的HO2例如以1摩爾尿素為計算基準。若氣提塔液相出口組成為尿素：57.9%CO:8.7%,NH:6.7%,HO：26.7%,則氣提塔液相出口帶出的HO的摩爾數(shù)為:2322氣提塔液相出口帶出=(26.7/28)氣提塔液相出口帶出=(26.7/28)(57.9/60)=1.537摩爾。有1摩爾尿素的生成，必有1摩爾HO的生成，所以尿素合成反應生成的HO也等22于1摩爾,所以低壓甲銨冷凝液帶入的HO2=氣提塔液相出口帶出的HO—尿素合成反應生成的HO22=1.537—1=0.537摩爾；氣提塔液相出口帶出的叫=冊=0?408摩爾;

氣提塔液相出口帶出的CO=（8.7/44）=0.205摩爾。2（57.9/60）這樣，就可以計算出低壓甲銨冷凝液的濃度如下：NH:-0.408%1730.408x17氣提塔液相出口帶出的CO=（8.7/44）=0.205摩爾。2（57.9/60）這樣，就可以計算出低壓甲銨冷凝液的濃度如下：NH:-0.408%1730.408x17+0.205x44+0.537x18x100%=27.07%CO-0.205x4420.408x17+0.205x44+0.537x18x100%=35.20%HO-0.537x180.408x17+0.205x44+0.537x18x100%=37.73%。3.9.6.2蒸發(fā)量計算例如進一段蒸發(fā)加熱器尿素溶液的質量分數(shù)為0.73,密度1150kg/m3,體積流量90m3/h，尿素溶液經(jīng)過加熱流出一段蒸發(fā)加熱器后尿素溶液的質量分數(shù)為0.95，密度1200kg/m3。求：（1）一段蒸發(fā)加熱器蒸發(fā)出水的質量流量是多少？（2）流出一段蒸發(fā)加熱器的尿素溶液的體積流量是多少？解（1）進一段蒸發(fā)加熱器尿素溶液的質量流量為q=90X1150=103500kg/hm尿一段蒸發(fā)加熱器蒸發(fā)出水為q=q(1-?)二103500x(1-'"水'"尿x20.75両)二23968kg/h2）流出一段蒸發(fā)加熱器的尿素溶液的體積流量為qvrr溶m_-尿~P103500—23968=66.27m3/h簡單熱量計算3.9.7.1熱負荷的計算例如利用冷凝器來冷凝某蒸餾塔的上升蒸汽。已知要冷凝的蒸汽量為3480.5kg/h，其組成和各組分的汽化潛熱的數(shù)值如下：質量分數(shù)（x）汽化潛熱（r）/（kJ/kg）ii組分10.01512.4組分20.96489.3組分30.032263.8試求該冷凝器的熱負荷。解：多組分混合物冷凝時的換熱量可根據(jù)Q=q工xr式求得mii式中蒸汽的質量流量為已知，q=3480.5kg/h=0.967kg/s,m其他數(shù)據(jù)如上表所示則Q=qYxr=0.967X(0.01X5l2.4+0.96X489.3+0.03X2263.8)mii=0.967X(5.124X469.728+67.914)=524.97kJ/s=524.97kW計算換熱介質流量計算換熱介質的用量，確定加熱劑或冷卻劑的消耗量，是工業(yè)生產(chǎn)上經(jīng)常要碰到的問題之一。解決問題的依據(jù)是對系統(tǒng)進行熱量衡算。在進行這類計算時，特別是當換熱器中靠近環(huán)境一側流體與環(huán)境之間的溫差較大時，不僅要考慮到冷、熱流體本身之間的熱交換，同時還要考慮到與環(huán)境之間的熱交換，即要考慮到操作過程中的熱損失。對于保溫良好的換熱器，通常把熱損失估計為總熱量的3%?5%左右。例如尿素裝置有許多地方工藝需要利用冷凝器來冷凝蒸汽，如蒸發(fā)造粒工序，就是利用蒸發(fā)冷凝器來冷凝噴射器產(chǎn)生的工藝蒸汽和二次蒸汽。假如蒸發(fā)造粒工序噴射器產(chǎn)生的二次蒸汽的熱負荷為433.67KW，蒸發(fā)冷凝器的冷卻水的進口溫度為290K(17°C),出口溫度為300K(27°C)。設冷卻水走管外。試求每小時冷卻水的消耗量。解：由于冷卻水走管外，與環(huán)境之間的溫差較小，不需要考慮熱損失，因此，可以根據(jù)Q=qc△t式求冷卻水的消耗量，根據(jù)定性溫度300+290=295K,mP2查得水的物性參數(shù)如下：c=4.18kJ/(kg?K)P=990kg/m3。P△t=300-290=10C

Q(c△tQ(c△t)433.674.18x10=10.37二kg/s=3600X10.37=37.42m3/h9993.9.7.3計算飽和蒸汽冷凝量例如某一段蒸發(fā)加熱器需要64.17X106kJ/h的熱量來完成工作，求用0.3Mpa的飽和蒸汽來加熱，需要多少蒸汽？解：在一段蒸發(fā)加熱器內只發(fā)生蒸汽冷凝過程，0.3Mpa飽和蒸汽的冷凝熱r為2139kJ/kg。蒸汽量q為mQ64.17xQ64.17x106qm十=30x103kg/h計算離心泵有效功率和效率離心泵效率的高低與泵的大小、類型以及加工的狀況有關，一般小泵為50?70%，大泵可達90%左右。由于泵在運轉時可能出現(xiàn)超負荷的情況，因此，制造廠配的電動機往往按泵軸功率N的1.1?1.2倍來配備。泵銘牌上所標出的軸功率和電動機功率，都是軸以常溫下的清水、其密度取1000kg/m3而計算的。例如已知一臺離心泵的流量為70.37m3/h，揚程為50.5m，輸送液體的密度為998.2kg/m3，泵的效率為70%，試計算電動機的功率。解：（1）計算有效功率N=QHPg=（70.37/3600）X50.5X998.2X9.81=9.69X103W=9.69kW效（2）計算軸功率N9.69N=亠=二13.8Kw軸耳0.70（3）計算電動機功率N=1.2N=1.2X13.8=16.7kW電軸由于電動機的功率是有標準的，從電機樣本中查出應為17kW。

理想氣體計算如果氣體分子之間沒有任何力的作用，且氣體分子不具有體積，這樣的氣體稱理想氣體。實際存在的氣體具有一定體積，分子之間有引力和斥力的相互作用這樣的氣體稱為真實氣體。在高溫低溫下，氣體的體積較大，氣體分子本身所占有的體積與總體積相比之下間距離較大而忽略不計，這樣真實氣體可達到一種狀態(tài)，即理想氣體定律可以適用于這種狀態(tài)，并達到要求的精確度。這時我們就可以把真實氣體當作理想氣體。在實際計算中，如缺乏數(shù)據(jù)，對低壓與高溫下的真實氣體，可近似地作理想氣體。理想氣體狀態(tài)方程，理想氣體的溫度、壓力、體積之間的關系可用下述理想氣體狀態(tài)方程表示：PV=nRT式中P氣體的壓力，kPa或kN/m2；T――氣體所處的溫度，K；N氣體的物質的量，kmol；Vn摩爾氣體在壓力為P，溫度為T時占有的總體積，m3；R——摩爾氣體常數(shù)，其值為8.314kJ/(kmol?K)例如二氧化碳氣體進入某設備入口處的壓力為2.35X102kPa，溫度為380°C。若輸入的質量流量為50kg/h，求該設備入口處每小時輸入二氧化碳的體積。解：以1小時為計算基準已知：P=2.35X102kPaT=380C=653K二氧化碳氣的物質的量n==kmolM44根據(jù)理想氣體狀