年產(chǎn)60萬(wàn)噸尿素初步設(shè)計(jì)-合成工段開(kāi)題報(bào)告及論文

畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告題目:年產(chǎn)60萬(wàn)噸尿素工藝的初步設(shè)計(jì)院系名稱(chēng):化學(xué)化工學(xué)院專(zhuān)業(yè)班級(jí):化學(xué)工程與工藝

畢業(yè)設(shè)計(jì)〔論文〕開(kāi)題報(bào)告1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)〔論文〕課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫(xiě)2000~4000字左右的文獻(xiàn)綜述：文獻(xiàn)綜述摘要：本文通過(guò)對(duì)合成尿素的幾種工藝方法進(jìn)行比擬，選擇一個(gè)水溶液全循環(huán)法用氨和二氧化碳直接合成尿素，該方法的優(yōu)點(diǎn)是：合成塔的轉(zhuǎn)化率高，尿素裝置運(yùn)行比擬穩(wěn)定，工藝成熟，操作可靠方便，操作彈性較寬等。對(duì)合成溫度壓力、最正確催化劑、工藝流程等都有具體介紹。關(guān)鍵詞：尿素水溶液循環(huán)法氣提法工藝設(shè)計(jì)甲胺1.引言尿素為白色晶體或粉末，是動(dòng)物體內(nèi)蛋白質(zhì)代謝后的產(chǎn)物，通常被用作植物的氮肥。尿素是一種高濃度氮肥，屬于中性速效肥料，也是目前使用的含氮量最高的化肥。尿素是有機(jī)態(tài)氮肥，經(jīng)過(guò)土壤中脲酶的水解作用，分解成碳酸銨或碳酸氫銨后，才能被植物吸收利用，尿素屬中性速效肥料，即使長(zhǎng)期施用也不會(huì)使土壤發(fā)生板結(jié)，分解釋放出的二氧化碳也可被植物吸收利用，以促進(jìn)植物的光合作用。尿素易溶于水，20℃時(shí)每100ml水中就能溶解105g。尿素的產(chǎn)品形式有2種：結(jié)晶尿素呈白色針狀或棱柱狀晶形，吸濕性較強(qiáng)；粒狀尿素為粒徑1-2mm的半透明顆粒，外觀光潔，吸濕性有明顯改善。世界上每年合成氨產(chǎn)量到達(dá)1億噸以上，其中約有80%的氨用來(lái)生產(chǎn)化學(xué)肥料，20%的作為其它化工產(chǎn)品的原料。因此，對(duì)于氨合成工藝的研究與設(shè)計(jì)有巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。2.生產(chǎn)尿素的工藝氨和二氧化碳在合成塔內(nèi)反響，一次只有55%-72%的二氧化碳轉(zhuǎn)化為尿素，從合成塔出來(lái)的物料是含有甲銨和氨的尿素混合溶液〔簡(jiǎn)稱(chēng)尿液〕。在進(jìn)行尿液后處理之前，必須要將甲銨和氨別離。甲銨分解成氨和二氧化碳是尿素合成反響的逆反響，是強(qiáng)吸熱反響，加熱、減壓和氣提等手段可以促進(jìn)這個(gè)反響的進(jìn)行。圍繞著如何回收和處理從合成塔里出來(lái)的反響混合物料，開(kāi)展出多種尿素的生產(chǎn)工藝，不循環(huán)工藝和局部循環(huán)工藝:不循環(huán)工藝是指從合成塔出來(lái)的物料，經(jīng)減壓，到達(dá)常壓，然后用蒸汽加熱，將氨和二氧化碳別離出來(lái)，并將尿液送去后處理系統(tǒng)，氨用于生產(chǎn)其他銨鹽；局部循環(huán)工藝是把從甲銨分解器中分解出來(lái)的局部二氧化碳和氨，以甲銨水溶液的形式循環(huán)回合成塔。不循環(huán)和局部循環(huán)工藝比擬簡(jiǎn)單，投資省、操作費(fèi)用低，缺點(diǎn)是要有龐大的銨鹽加工系統(tǒng)，經(jīng)濟(jì)上不合理，新的尿素廠一般那么采用全循環(huán)工藝。全循環(huán)工藝：是把未轉(zhuǎn)化成尿素的二氧化碳和氨，經(jīng)別離后，全部循環(huán)返回至尿素合成系統(tǒng)。這類(lèi)工藝因分解、循環(huán)的方法不同而有不同，但主要是水溶液循環(huán)法和氣提法。水溶液全循環(huán)法：將未反響的氨和二氧化碳用水吸收，生成甲銨或碳酸銨水溶液后，再循環(huán)返回合成系統(tǒng)。氣提法：主要是通過(guò)二氧化碳的作用，與合成等壓的條件下，分解甲銨并將分解物返回系統(tǒng)使用。2.1水溶液全循環(huán)法水溶液全循環(huán)法是我國(guó)目前大多數(shù)尿素生產(chǎn)裝置所采用的方法。它的特點(diǎn)是合成塔內(nèi)轉(zhuǎn)化率高，未反響物采用三段減壓分解，尾氣壓力、溫度均較低，爆炸危險(xiǎn)性小，但動(dòng)力消耗較大，其生產(chǎn)工藝比擬成熟，操作簡(jiǎn)單可靠方便，機(jī)泵和非標(biāo)設(shè)備均為國(guó)產(chǎn)化。2.2二氧化碳汽提法我國(guó)從20世紀(jì)70年代才開(kāi)始引進(jìn)二氧化碳汽提法生產(chǎn)尿素裝置，大局部為大型裝置，特點(diǎn)是設(shè)備少，工藝流程短，合成壓力低，動(dòng)力消耗低；但是操作條件相對(duì)苛刻，腐蝕也比擬嚴(yán)重，尾氣存在燃爆危險(xiǎn)，操作彈性小等缺點(diǎn)。2.3氨汽提法氨汽提法在我國(guó)還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，裝置均為國(guó)外進(jìn)口。它的特點(diǎn)是利用氨的自提作用，使甲銨分解率增高，因此減少了中、低壓分解回收的負(fù)荷，動(dòng)力消耗也隨之減少，高溫高壓下別離的甲銨，其冷凝時(shí)的熱量也得到有效的利用，總能耗降低，而且運(yùn)轉(zhuǎn)率高，操作彈性大，安裝檢修方便，爆炸危險(xiǎn)性小，工藝?yán)淠嚎梢赃M(jìn)行二次利用，沒(méi)有污染。3.工藝選擇通過(guò)以上對(duì)水溶液全循環(huán)法、二氧化碳汽提法與氨氣提法在運(yùn)行、增產(chǎn)潛力、生產(chǎn)消耗以及裝置設(shè)計(jì)能力等多方面進(jìn)行分析比擬，不難看出：二氧化碳?xì)馓岱ㄅc氨氣提法相比具有一定優(yōu)勢(shì)，主要表現(xiàn)在流程簡(jiǎn)單，操作效率高，設(shè)備臺(tái)數(shù)少，尤其是高壓設(shè)備比擬少，使得投資費(fèi)用大幅下降，隨著物料和能耗的下降也使本錢(qián)降低，從而能帶給企業(yè)非常好的經(jīng)濟(jì)效益。水溶液全循環(huán)法與二氧化碳汽提法的綜合消耗相差不大，現(xiàn)在有的水溶液全循環(huán)法生產(chǎn)尿素的企業(yè)通過(guò)改造已經(jīng)到達(dá)蒸汽消耗1200kg/t尿素左右的水平，所以二氧化碳汽提法制尿素以蒸汽消耗數(shù)量較低的顯著優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)沒(méi)有優(yōu)勢(shì)了。另外，二氧化碳汽提法的缺點(diǎn)也使得二氧化碳汽提法的實(shí)際競(jìng)爭(zhēng)力降低。相反水溶液全循環(huán)法通過(guò)十幾年的改造經(jīng)驗(yàn)，越來(lái)越表現(xiàn)出了競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)：易于改造，增產(chǎn)潛力比擬大，檢修停車(chē)時(shí)間短，大修費(fèi)用相對(duì)降低，操作比擬熟練，生產(chǎn)管理經(jīng)驗(yàn)積累的較多等。所以說(shuō)在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，在裝置的生產(chǎn)能力設(shè)計(jì)方面不存在大的問(wèn)題，可以做到較大生產(chǎn)裝置的設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)選擇水溶液全循環(huán)尿素工藝。傳統(tǒng)水溶液全循環(huán)工藝是20世紀(jì)40、50年代最早實(shí)現(xiàn)全循環(huán)的尿素生產(chǎn)流程，目前中國(guó)采用水溶液全循環(huán)法的中型尿素廠有30多套,小型廠有120多套。近幾年來(lái)，這些企業(yè)在技術(shù)上不斷的改良創(chuàng)新，這些裝置的整體消耗有了大幅的下降，消耗已接近汽提工藝能耗。產(chǎn)量雖然上去了，但在技術(shù)上沒(méi)有實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，本錢(qián)還較高,污染嚴(yán)重。隨著技術(shù)的不斷改良和創(chuàng)新，需要對(duì)現(xiàn)有的中小型尿素裝置逐步進(jìn)行技術(shù)改造，以提高裝置的生產(chǎn)能力和技術(shù)水平，降低消耗、消除污染和保證工廠的生產(chǎn)平安。根據(jù)目前國(guó)內(nèi)的技術(shù)水平,完全有能力對(duì)這此裝置進(jìn)以國(guó)產(chǎn)化模式進(jìn)行改造。全循環(huán)法是將未轉(zhuǎn)化成尿素的氨和二氧化碳經(jīng)減壓加熱和別離后，全部返回合成系統(tǒng)循環(huán)利用，原料氨利用率高達(dá)97%以上。全循環(huán)法尿素生產(chǎn)主要包括四個(gè)根本過(guò)程：氨和二氧化碳原料的供給及凈化；氨和二氧化碳合成尿素；未反響物的別離與回收；尿素溶液的加工。4.尿素尿素的合成反響1.甲銨生成反響：2NH3(l)+CO2(g)=NH4COONH2(l)該反響是強(qiáng)放熱可逆反響，在低溫液相中反響很快，轉(zhuǎn)化率也很大，在加壓情況時(shí)反響速率會(huì)增大。2.甲胺脫水：NH4COONH2(l)=CO(NH2)(l)+H2O(l)該反響為微吸熱可逆反響，速度較慢，為控速步驟，轉(zhuǎn)化率大概約為50－70％。3.尿素合成副反響在尿素生產(chǎn)過(guò)程中，主要有兩類(lèi)副反響：尿素縮合反響和水解反響。〔1〕尿素縮合成縮二脲反響2CO(NH2)2=NH2CONHCONH2+NH3用結(jié)晶法加工尿液時(shí)，可利用縮二脲在尿素溶液中具有一定溶解度來(lái)控制適宜的結(jié)晶溫度和尿液濃度，盡可能使縮二脲保存在溶液中，獲得含縮二脲很低的結(jié)晶尿素。含縮二脲的母液送合成塔使其中縮二脲局部分解，縮二脲不致在體系中積累?！?〕另一副反響－水解反響CO(NH2)2+H2O=2NH3+CO2當(dāng)溫度在60℃以下時(shí)，尿素水解緩慢；溫度到100℃時(shí)尿素水解速度明顯加快；溫度在145℃以上時(shí)，水解速度劇增。尿素濃度低時(shí)，水解率大。氨也有抑制尿素水解的作用，氨含量高的尿素溶液的水解率低?？偨Y(jié):本設(shè)計(jì)主要通過(guò)對(duì)尿素合成的各個(gè)工藝方法進(jìn)行比擬，選擇最正確設(shè)計(jì)方案，并對(duì)該方案的工藝流程、主要裝置、反響條件等作了具體設(shè)計(jì)，并且給出工藝流程圖和主要設(shè)備裝配圖，在設(shè)計(jì)中，對(duì)以前所學(xué)的專(zhuān)業(yè)課知識(shí)有了一定的復(fù)習(xí)穩(wěn)固，培養(yǎng)了自己合理安排事物和邏輯思考能力，對(duì)自己的能力有全方位的提高。參考文獻(xiàn)：[1]王君,祁勇,崔琨.尿素生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)介[J].中氮肥，2001(3):27-29.[2]李珊珊，尿素合成工藝的比擬[J].科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2021(20):215-216.[3]張沽謹(jǐn),王維杰,張慶喜.水溶液全循環(huán)法尿素工藝技術(shù)在我國(guó)的開(kāi)展[J].氮肥技術(shù)，2006，27(4):15-17.[4]宣鳳琴.CO2氣NH3氣提法尿素生產(chǎn)技術(shù)的比擬[J].2001，112(4):7-8.[5]劉孝弟，劉志臣.尿素合成反響過(guò)程分析[J].化肥工業(yè)，2021,37(1):17-24.[6]張艷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畢業(yè)設(shè)計(jì)〔論文〕開(kāi)題報(bào)告２．本課題要研究或解決的問(wèn)題和擬采用的研究手段〔途徑〕：設(shè)計(jì)解決的問(wèn)題：1、參考文獻(xiàn)的查閱和整理；2、工藝方法分類(lèi)并確定最正確工藝；3、完成開(kāi)題報(bào)告和文獻(xiàn)綜述；4、工藝流程的選擇；5、工藝計(jì)算及主要設(shè)備的選擇；6、主要設(shè)備的選型；7、繪制總平面圖，工藝流程圖，豎向布置圖和主要設(shè)備圖；8、非工藝設(shè)計(jì)條件；研究的主要問(wèn)題：水溶液全循環(huán)法的動(dòng)力消耗比擬大，本設(shè)計(jì)將對(duì)局部裝置設(shè)計(jì)和工藝流程進(jìn)行改良，爭(zhēng)取在本錢(qián)和環(huán)境污染等問(wèn)題上有很好的改觀；對(duì)尿素合成工藝進(jìn)行研究，改良生產(chǎn)條件；對(duì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的選型和非標(biāo)設(shè)備的工藝計(jì)算。畢業(yè)設(shè)計(jì)〔論文〕開(kāi)題報(bào)告3．時(shí)間進(jìn)度安排：1、第1-2周查閱有關(guān)資料、整理文獻(xiàn)，確定工藝方法，簡(jiǎn)單給出工藝流程，完成開(kāi)題報(bào)告；2、第3周確定最終的工藝流程，并完善開(kāi)題報(bào)告；3、第4-5周完成熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)計(jì)算4、第6-7周主演設(shè)備選型及計(jì)算5、第8-10周完成工藝流程圖及主要設(shè)備裝備圖6、第11周設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的編寫(xiě)

畢業(yè)設(shè)計(jì)〔論文〕開(kāi)題報(bào)告指導(dǎo)教師意見(jiàn)：1．對(duì)“文獻(xiàn)綜述〞的評(píng)語(yǔ)：2．對(duì)本課題的深度、廣度及工作量的意見(jiàn)和對(duì)設(shè)計(jì)〔論文〕結(jié)果的預(yù)測(cè)：3．時(shí)間