年產(chǎn)20萬(wàn)噸尿素斯納姆氨汽提水解系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)

精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上專(zhuān)心---專(zhuān)注---專(zhuān)業(yè)專(zhuān)心---專(zhuān)注---專(zhuān)業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上專(zhuān)心---專(zhuān)注---專(zhuān)業(yè)年產(chǎn)20萬(wàn)噸尿素斯納姆氨汽提水解系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)TheSnamAmmoniaStrippingHydrolysisSystemDesignofAnnualOutputofTonsofUrea目錄年產(chǎn)20萬(wàn)噸尿素斯納姆氨汽提水解系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)摘要：尿素是一種重要的化學(xué)肥料和工業(yè)原料，在世界范圍內(nèi)廣泛使用。許多國(guó)家都致力于尿素生產(chǎn)系統(tǒng)的研究。在水解系統(tǒng)中，工藝水中氨、二氧化碳、尿素的解吸水解程度很重要,所以工藝?yán)淠禾幚硌b置也在不斷地改造。廢液中的氨的含量不能超過(guò)50ppm。超過(guò)此設(shè)計(jì)值，不符合排放標(biāo)準(zhǔn)。因此，本文設(shè)計(jì)主要是以年產(chǎn)20萬(wàn)噸尿素為目標(biāo)，設(shè)計(jì)水解系統(tǒng)工藝流程，并且針對(duì)水解系統(tǒng)的進(jìn)料和出料進(jìn)行物料衡算和熱量衡算，對(duì)配套的裝置解吸塔進(jìn)行設(shè)備計(jì)算和選型，從而滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，達(dá)到規(guī)定的排放要求。進(jìn)料組成：氨4.7%；尿素0.9%；二氧化碳2.1%.其余為水。出料廢液中的氨為4×10-6kg/tUr,尿素為零。生產(chǎn)組織制度：年工作為8000小時(shí)，每小時(shí)生產(chǎn)25噸尿素。關(guān)鍵詞:尿素生產(chǎn)氨汽提工藝水物料衡算熱量衡算設(shè)備計(jì)算

ThesnamammoniastrippinghydrolysissystemdesignofannualoutputoftonsofureaAbstract:Ureaisakindofimportantchemicalfertilizersandindustrialrawmaterials,whichiswidelyusedthroughttheworld.Manycountriesarecommittedtotheureaproductionsystemresearch.Becausethedesorptionofammonia、carbondioxide、ureaisimportant,condensatetreatmentplantwascontantlytransformed.Theamountofwasteliquidofammoniaisnotmorethan50ppm.Ifitismorethanthisnumber,itdoesnotmeetthestandards.Thegoalofthisdesignisannualoutputoftwohundredthousedtons.Hydrolysissystemprocessflowwasdesigned,materialbalanceandheatblanceoffeedinganddischargingwascalulatedandtheequipmentselectionsandcalculationwascarriedout,sothatthesystemmeetstherequirementsandthestandardsofemission.thecompostionoffeedingisthatammoniaisfourpointsevenpercent,ureazeropointninepecentandcarbondioxideistwopointonepecent,Inthewasteliquid,thecontentofammoniaisfourtmg/tur,andureaiszero.theorganizationofproductionsystem:eightthousandhoursperyear,ureaproductionis25tonsperhour.Keywords:Ureaproduction;Ammoniastripping;Processwater;Materialbalance;Heatbalance;Equipmentcalculation引言尿素的化學(xué)名稱(chēng)為碳酰二胺，分子式為CO(NH2)2，分子量為60.06,含氮量為46.65%。純尿素為無(wú)色、無(wú)味、無(wú)臭的針狀或棱柱狀結(jié)晶體。工業(yè)尿素因含有雜質(zhì)而呈白色或淺黃色，工業(yè)或農(nóng)業(yè)品為白色略帶微紅色固體顆粒。密度1.335g/cm3。熔點(diǎn)132.7℃。超過(guò)熔點(diǎn)則分解。尿素較易吸濕，貯存要注意防潮。尿素易溶于水和液氨，其溶解度隨溫度升高而增大。尿素的主要用途是作化肥用、作飼料用、其它工業(yè)用。中國(guó)尿素工藝始于1957年，氨氣提工藝始于1971年。隨著尿素的生產(chǎn)與工藝改進(jìn)，尿素水解解吸裝置不斷的在進(jìn)行改造，例如對(duì)塔板，以及進(jìn)入裝置時(shí)工藝水的工藝條件等。對(duì)尿素生產(chǎn)后的工藝?yán)淠褐邪?，二氧化碳，尿素的解吸回收具有很重要的意義，因?yàn)榘焙投趸际呛铣赡蛩氐闹饕?，在尿素生產(chǎn)完成后的后續(xù)工藝?yán)淠禾幚硐到y(tǒng)中，將溶液中的氨，二氧化碳解吸，尿素水解后再解吸，這樣可以將氨等組分解吸返回其他系統(tǒng)回收利用，不但可以減少原料的消耗，降低生產(chǎn)成本，防止溶液中的氨等組分對(duì)設(shè)備造成嚴(yán)重腐蝕，而且將工藝水中氨含量解吸到符合排放要求排放，是降低對(duì)環(huán)境污染程度的有效途徑。其中的解吸裝置解吸塔是為了適應(yīng)氨等組分的解吸要求，即實(shí)現(xiàn)零排放的配套裝置。第1章緒論1.1尿素的物理化學(xué)性質(zhì)和用途1.1.1尿素的物理性質(zhì)尿素的化學(xué)名稱(chēng)為碳酰二胺，分子式為CO(NH2)2，分子量為60.06，含氮量為46.65%。純尿素為無(wú)色、無(wú)味、無(wú)臭的針狀或棱柱狀結(jié)晶體。工業(yè)尿素因含有雜質(zhì)而呈白色或淺黃色，工業(yè)或農(nóng)業(yè)品為白色略帶微紅色固體顆粒。密度1.335g/cm3。熔點(diǎn)132.7℃。超過(guò)熔點(diǎn)則分解。尿素較易吸濕，貯存要注意防潮。尿素易溶于水和液氨，其溶解度隨溫度升高而增大。1.1.2尿素的化學(xué)性質(zhì)尿素呈微堿性，可與酸作用生成鹽。但尿素不能使一般指示劑變色。在酸性或中性溶液中尿素有水解作用，但在60℃以下尿素不發(fā)生水解作用。隨著溫度的升高，水解速度加快水解程度也增大。尿素在高溫下可進(jìn)行縮合反應(yīng)，生成縮二脲、縮三脲和三聚氰酸。在氨水等堿性催化劑作用下能與甲醛反應(yīng)，縮聚成脲醛樹(shù)脂[1]。1.1.3尿素的用途尿素的主要用途:作化肥用、作飼料用、其它工業(yè)用[2]。尿素是一種高濃度氮肥,屬中性速效肥料,也可用來(lái)生產(chǎn)多種復(fù)合肥料。在土壤中不殘留任何有害物質(zhì),長(zhǎng)期施用沒(méi)有不良影響,但在造粒中溫度過(guò)高會(huì)產(chǎn)生少量縮二脲,又稱(chēng)雙縮脲對(duì)作物有抑制作用。我國(guó)規(guī)定肥料用尿素縮二脲含量應(yīng)小于0.5%?？s二脲含量超過(guò)1%時(shí),不能做種肥,苗肥和葉面肥,其他施用期的尿素含量也不宜過(guò)多或過(guò)于集中。尿素是有機(jī)態(tài)氮肥,經(jīng)過(guò)土壤中的脲酶作用,水解成碳酸銨或碳酸氫銨后,才能被作物吸收利用。因此,尿素要在作物的需肥期前4～8天施用。尿素是目前使用的含氮量最高的化肥。尿素屬中性速效肥料,長(zhǎng)期施用不會(huì)使土壤發(fā)生板結(jié)。其分解釋放出的CO2也可被作物吸收,促進(jìn)植物的光合作用。在土壤中,尿素能增進(jìn)磷、鉀、鎂和鈣的有效性,且施入土壤后無(wú)殘存廢物。尿素中氮雖不是蛋白質(zhì)形態(tài)的,但和碳水化合物一起經(jīng)過(guò)胃液長(zhǎng)時(shí)間作用可以造成蛋白質(zhì)形態(tài)氮,故可以作為反雛動(dòng)物的飼料。目前,據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),全世界尿素作工業(yè)原料在總產(chǎn)量中占很大比重。主要有脲醛樹(shù)脂、塑料、油漆、和膠黏劑,尿素的縮合物三聚氰胺是一種較好的涂料。尿素還可以用作巴比妥、潔齒劑和利尿劑等藥物的原料。此外,尿素可以用作石油精制劑、纖維軟化劑、炸藥穩(wěn)定劑等。1.2尿素發(fā)展簡(jiǎn)述1773年,Rouelle首先在尿液中發(fā)現(xiàn)了尿素。1828年,Woehler將氨和氰酸合成為尿素,開(kāi)辟了以無(wú)機(jī)物合成有機(jī)物的先河。20世紀(jì)30年代,世界上首先以一次通過(guò)法實(shí)現(xiàn)尿素的工業(yè)化生產(chǎn)。40年代中,改進(jìn)為部分循環(huán)法工藝。50年代末，實(shí)現(xiàn)水溶液全循環(huán)法工藝的工業(yè)化生產(chǎn)。之后，陸續(xù)出現(xiàn)各種水溶液全循環(huán)法工藝。60年代期間，建立起日產(chǎn)1000噸以上的單系列大型化裝置。1967年，荷蘭Snamprogetti工程公司率先開(kāi)發(fā)成功高壓等壓氣提工藝，以CO2氣作為氣提劑在日產(chǎn)220噸裝置上實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化上產(chǎn)。隨之意大利Snamprogetti工程公司開(kāi)發(fā)成功氨氣提工藝，日產(chǎn)300噸裝置投入生產(chǎn)，CO2氣提法工藝在1968年、氨氣提工藝在1971年分別建成1000噸/天，以上單系列大型化裝置。80年代初，為了進(jìn)一步降低能耗，又推出了多種節(jié)能型高壓氣提工藝，如改良CO2氣提工藝，改良氨自身氣提工藝，意大利Montedison公司開(kāi)發(fā)的IDR(IsobaricDoubleRecycle)工藝，日本ToyoEngineeringCorp.與MitsuiToatsuChemicalsInc.聯(lián)合開(kāi)發(fā)的ACES(AdvancedProcessforCostandEnergySaving)工藝等。以尿素生產(chǎn)工藝的發(fā)展歷史而言，實(shí)現(xiàn)全循環(huán)是一次工藝技術(shù)的飛躍；它割掉了尾氣氨加工制造其他氮肥的碩大尾巴；而實(shí)現(xiàn)高壓合成圈等壓氣提回收則是尿素工藝技術(shù)的又一次飛躍，在高壓圈內(nèi)回收了大量的未反應(yīng)物，從而大幅度減輕下游分解及回收的負(fù)荷，而且回收了用于分離未反應(yīng)物所耗的熱量，用來(lái)副產(chǎn)低壓蒸汽以用于下游工序，至于節(jié)能型尿素工藝的問(wèn)世，只能視為尿素氣提工藝經(jīng)過(guò)十幾年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累，作出了較為重大的合理化改造，使氨基甲酸銨生成熱更合理的回收利用，較大幅度地降低能耗，工藝技術(shù)更趨成熟，裝置運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定可靠。1.3國(guó)內(nèi)外尿素技術(shù)市場(chǎng)簡(jiǎn)況目前在世界尿素工業(yè)界認(rèn)為較先進(jìn)的是三大尿素專(zhuān)利公司的技術(shù)，它們是Snamprogetti公司的氨自身氣提工藝、TEC-MTC公司的ACES工藝、Stamicarbon公司的氣提工藝。到目前為止，全世界已建成及在建的尿素裝置總數(shù)達(dá)450套，總生產(chǎn)能力為噸/天。其中采用三大尿素專(zhuān)利公司的工藝技術(shù)建造的有348套，總生產(chǎn)能力占世界總能力的90%；采用最多的Stamicarbon公司工藝，有196套，總生產(chǎn)能力占全世界的44.4%；其次為Snamprogetti公司工藝，有68套，總生產(chǎn)能力占25.6%；再次之是TEC-MTC公司的ACES工藝，有84套，總生產(chǎn)能力占20.1%。我國(guó)已建及在建的尿素生產(chǎn)裝置共110套，總生產(chǎn)能力為58680噸/天，占世界總生產(chǎn)能力的20%。國(guó)內(nèi)尿素裝置采用的工藝技術(shù)除我國(guó)自行研發(fā)的水溶液全循環(huán)法外，世界上的主要工藝也均引進(jìn)。我國(guó)自20世紀(jì)70年代開(kāi)始引進(jìn)CO2氣提法工藝的大型裝置，目前共有15套大型裝置（全套引進(jìn)或合作設(shè)計(jì)、采購(gòu)），6套中型裝置以及2套小型裝置（均為國(guó)內(nèi)自行設(shè)計(jì)、自行制造設(shè)備）。在110套裝置中30套大、中型裝置采用國(guó)外工藝，總生產(chǎn)能力為39880噸/天，占全國(guó)總生產(chǎn)能力68%[3，4]。1.4尿素的生產(chǎn)方法簡(jiǎn)介按未反應(yīng)物的循環(huán)利用程度，尿素生產(chǎn)方法可分為不循環(huán)法、半循環(huán)法和全循環(huán)法三種。依氣提介質(zhì)的不同，分別稱(chēng)為二氧化碳?xì)馓岱ā睔馓岱?、變換氣氣提法。依照分離回收方法的不同主要分為水溶液全循環(huán)法、氣提法等。按氣提氣體的不同又可分為二氧化碳?xì)馓岱?、氨氣提法、變換氣氣提法。1.4.1水溶液全循環(huán)法20世紀(jì)60年代以來(lái)，全循環(huán)法在工業(yè)上獲得普遍采用。全循環(huán)法是將未轉(zhuǎn)化成尿素的氨和二氧化碳經(jīng)減壓加熱和分離后。全部返回合成系統(tǒng)循環(huán)利用，原料氨利用率達(dá)97%以上。全循環(huán)法尿素生產(chǎn)主要包括四個(gè)基本過(guò)程：eq\o\ac(○,1)二氧化碳的壓縮；eq\o\ac(○,2)氨輸送和尿素合成；eq\o\ac(○,3)循環(huán)回收；eq\o\ac(○,4)尿素溶液的加工。我國(guó)尿素廠多數(shù)采用水溶液全循環(huán)法。水溶液全循環(huán)尿素工藝生產(chǎn)裝置的靜止高壓設(shè)備較少，只有尿素合成塔及液氨預(yù)熱器為高壓設(shè)備，其它均為中壓和低壓設(shè)備，所以該尿素工藝生產(chǎn)裝置的技術(shù)改造比較容易、方便，改造增產(chǎn)潛力較大。氨碳比控制的較高，一般摩爾比為4.0左右，工藝介質(zhì)對(duì)生產(chǎn)裝置的腐蝕性較低，由于氨碳比控制的較高，二氧化碳?xì)怏w中氧含量控制的較低，并且尿素合成塔操作壓力為19.6Mpa，操作溫度為188～190℃，所以水溶液全循環(huán)生產(chǎn)尿素工藝中二氧化碳轉(zhuǎn)化率較高，一般能達(dá)到42%-68%，經(jīng)過(guò)尿素合成塔塔板的改造，有的企業(yè)已經(jīng)達(dá)到68%以上。由于該工藝高壓設(shè)備較少，高壓系統(tǒng)停車(chē)保壓時(shí)間可以達(dá)到24h，所以生產(chǎn)裝置的中小檢修一般可以在尿素合成塔允許的停車(chē)保壓時(shí)間內(nèi)完成，減少了高壓系統(tǒng)排放的次數(shù)，降低了尿素的消耗。由于氨碳比控制的較高，中低壓分解系統(tǒng)溫度控制適當(dāng)，尿素產(chǎn)品質(zhì)量較容易控制，一般可以控制在優(yōu)級(jí)品范圍內(nèi)。水溶液全循環(huán)尿素工藝可靠、設(shè)備材料要求不高、投資較低。但也存在不足，水溶液全循環(huán)尿素工藝生產(chǎn)裝置的工藝流程較長(zhǎng)，在操作調(diào)節(jié)方面不如氨氣汽提法生產(chǎn)尿素工藝簡(jiǎn)單、方便。由于氨碳摩爾比控制得較高，一般穩(wěn)定在4.0左右，并且未反應(yīng)生成尿素的氨和二氧化碳?xì)怏w全部要經(jīng)過(guò)低壓、中壓循環(huán)吸收系統(tǒng)回收后再返回到尿素合成塔，液氨泵和一段甲銨泵的輸送量比較多，所以該工藝中液氨泵和一段甲銨泵的臺(tái)數(shù)較多，動(dòng)力消耗較多。由于該工藝高壓系統(tǒng)的操作壓力高達(dá)19.6Mpa，并且一段甲銨液的工藝要求溫度高達(dá)90℃左右，所以一段甲銨泵和液氨泵的運(yùn)行周期較短、檢修維護(hù)時(shí)間較多、維修費(fèi)用較高。二氧化碳?xì)怏w壓縮機(jī)由于出口壓力高，故其運(yùn)行周期也相對(duì)較短、維修工作量較多、維修費(fèi)用較高[5]。1.4.2二氧化碳?xì)馓岱ǘ趸細(xì)馓岱ㄊ?0世紀(jì)60年代后期開(kāi)發(fā)出的生產(chǎn)工藝，現(xiàn)在已成為世界上建廠最多、生產(chǎn)能力最大的生產(chǎn)方法。它的主要特點(diǎn)如下：(1)采用與合成等壓的原料二氧化碳?xì)馓嵋苑纸馕崔D(zhuǎn)化的大部分甲銨和游離氨，殘余部分只需再經(jīng)過(guò)一次低壓加熱閃蒸分解即可。從而免去了操作條件苛刻、腐蝕嚴(yán)重的一段甲銨泵?？s減了流程和設(shè)備，并使操作控制簡(jiǎn)化。(2)高壓冷凝器與合成等壓下冷凝氣提氣，冷凝溫度較高，返回合成塔的水量較少，有利于轉(zhuǎn)化率的提高。同時(shí)有可能利用冷凝過(guò)程生成甲銨時(shí)放出的大量生成熱和冷凝熱來(lái)副產(chǎn)低壓蒸汽，除氣提塔需不加蒸汽外，低壓分解、蒸發(fā)及解吸等工序都可以利用副產(chǎn)蒸汽，從總體上看可以降低蒸汽的消耗及冷卻水用量。(3)二氧化碳?xì)馓岱ㄖ械母邏翰糠?，，如高壓冷凝器的甲銨液及來(lái)自高壓洗滌器的甲銨液，均采用液位差使液氣物料自流返回合成系統(tǒng)，不需用甲銨泵輸送，不僅可以節(jié)省設(shè)備和動(dòng)力，且操作穩(wěn)定。但為了造成一定的位差就不得使設(shè)備之間保持一定的位差。因此，需要巨大的高層結(jié)構(gòu)來(lái)支撐設(shè)備。(4)由于采用二氧化碳?xì)馓?，所選用的合成塔操作壓力較低（14-15MPa），因此節(jié)省了壓縮機(jī)和泵的動(dòng)力消耗，同時(shí)也降低了壓縮機(jī)、合成塔的耐壓要求。便于采用蒸汽透平驅(qū)動(dòng)的離心式二氧化碳?jí)嚎s機(jī)，對(duì)強(qiáng)化設(shè)備的生產(chǎn)能力和提高熱能利用十分有利。(5)在整個(gè)流程中循環(huán)的物料量較少，動(dòng)力消耗較低。但是較低的氨碳比又使得在高壓部分物料對(duì)設(shè)備的腐蝕嚴(yán)重。另外，因氨碳比低，氨量少，故縮二脲生成量高。1.4.3氨汽提法氨汽提法就是把合成塔排出的合成反應(yīng)液，在合成壓力和較高溫度下在“汽提塔”內(nèi)與氣提氣氨、二氧化碳或惰性氣體，逆流相遇，將氨和二氧化碳從尿液中分解出來(lái)，然后將氣體導(dǎo)入一個(gè)“高壓甲銨冷凝器”內(nèi)，與新鮮氨化合并冷凝為甲銨液，放出的熱量用于副產(chǎn)蒸汽。氨汽提法尿素生產(chǎn)主要包括四個(gè)基本過(guò)程eq\o\ac(○,1)尿素合成及高壓回收;eq\o\ac(○,2)分解和回收;eq\o\ac(○,3)尿液的濃縮和造粒;eq\o\ac(○,4)工藝?yán)淠禾幚?。氨汽提法尿素工藝在操作調(diào)節(jié)方面比較簡(jiǎn)單、方便。能耗低、生產(chǎn)費(fèi)用低。該工藝的特點(diǎn)是高氨碳比，高轉(zhuǎn)化率；采用甲銨噴射泵，使合成圈內(nèi)高壓設(shè)備水平布置，不僅節(jié)省了高框架，同時(shí)也方便了安裝檢修；熱利用效率高，能耗低；操作彈性大，易于控制；爆炸危險(xiǎn)性小，原料損失少，尿素合成壓力15.5Mpa,溫度為188℃.二氧化碳轉(zhuǎn)化率為63%～65%。1.5本課題的意義和內(nèi)容1.5.1課題的意義對(duì)尿素生產(chǎn)后的工藝?yán)淠褐邪?，二氧化碳，尿素的解吸回收具有很重要的意義，因?yàn)榘焙投趸际呛铣赡蛩氐闹饕希谀蛩厣a(chǎn)完成后的后續(xù)工藝?yán)淠禾幚硐到y(tǒng)中，將溶液中的氨，二氧化碳解吸，尿素水解后再解吸，這樣可以將氨等組分解吸返回其他系統(tǒng)回收利用，不但可以減少原料的消耗，降低生產(chǎn)成本，防止溶液中的氨等組分對(duì)設(shè)備造成嚴(yán)重腐蝕，而且將工藝水中氨含量解吸到符合排放要求排放，是降低對(duì)環(huán)境污染程度的有效途徑。其中的解吸裝置解吸塔是為了適應(yīng)氨等組分的解吸要求，即實(shí)現(xiàn)零排放的配套裝置。1.5.2課題的內(nèi)容主要進(jìn)行工藝概述，工藝流程設(shè)計(jì)、物料衡算、熱量衡算、主要設(shè)備計(jì)算與選型，并繪制帶控制點(diǎn)的工藝流程圖和主要設(shè)備圖。第2章氨汽提法工藝流程2.1尿素的合成工業(yè)上是由液氨和二氧化碳直接合成尿素的，其總反應(yīng)式為：2NH3+CO2→CO(NH2)2+H2O-103.7kJ·mol實(shí)際上反應(yīng)是分兩步進(jìn)行的首先是氨與二氧化碳反應(yīng)生成氨基甲酸銨：2NH3+CO2→NH2COONH4+159.47kJ·mol該步反應(yīng)是一個(gè)可逆的體積縮小的強(qiáng)放熱反應(yīng)，在一定條件下，此反應(yīng)速率很快，容易達(dá)到平衡，且此反應(yīng)二氧化碳的平衡轉(zhuǎn)化率很高。然后是液態(tài)甲銨脫水生成尿素，稱(chēng)為甲銨脫水反應(yīng)NH2COONH4→CO(NH2)2+H2O-28.49kJ·mol此步反應(yīng)是一個(gè)可逆的微吸熱反應(yīng),平衡轉(zhuǎn)化率一般為50%~70%,并且反應(yīng)的速率也較緩慢,是尿素合成中的控制速率的反應(yīng)。2.2尿素的工藝流程(1)尿素合成及高壓回收液氨由氨庫(kù)送來(lái)通過(guò)氨回收塔（C105）后進(jìn)入氨回收槽（V105），然后通過(guò)氨（P105A/B）加壓到2.2MPa分兩路，一路少量進(jìn)入中壓吸收塔（C101）作為頂部回流氨，另一路大量進(jìn)入高壓液氨泵（P101A/B）加壓到21.5MPa進(jìn)入甲銨噴射器（L101），作為驅(qū)動(dòng)液將來(lái)自甲銨分離器（V101）的甲銨液增壓后混合一起進(jìn)入尿素合成塔（R101）。來(lái)自合成凈化工段的CO2氣體，經(jīng)CO2壓縮機(jī)（K101A/B）五段壓縮到16.5MPa后進(jìn)入合成塔（R101）。為鈍化不銹鋼的表面，防止反應(yīng)物和生成物的腐蝕，加入CO2總體積0.4-0.6%的氧氣（空氣形態(tài)加入）。合成塔在壓力為15.5MPa、溫度為188℃，氨碳比NH3/CO2（摩爾）為3.3～3.6，水碳比H2O/CO2摩爾為0.5～0.7的條件下合成尿素，CO2轉(zhuǎn)化率為63－65%，出合成塔的反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)蝶閥HV9203流到用2.5MPa中壓蒸汽加熱的降膜式汽提塔,其操作壓力為15.0MPa。尿液順降膜交換器流下，同時(shí)被加熱，由于溶液中過(guò)剩氨的自汽提的作用，使二氧化碳沸騰出溶液，從而降低了溶液中的二氧化碳含量，為防止汽提塔的腐蝕，在汽提塔頂、底部加入從鈍化空壓機(jī)來(lái)的鈍化空氣，從中壓吸收塔塔底來(lái)的甲銨液經(jīng)高壓甲銨液泵加壓后和汽提塔氣相進(jìn)入甲銨混合器,然后進(jìn)入高壓甲銨冷凝器,在高溫高壓下冷凝，回收甲銨冷凝熱，并產(chǎn)生0.35MPa的低壓蒸汽，冷凝后的甲銨經(jīng)過(guò)甲銨分離器分離后進(jìn)入甲銨噴射器，然后被甲銨噴射器的驅(qū)動(dòng)液液氨一起帶入合成塔。甲銨分離器分離出的不凝氣體，主要含有惰性氣和少量的氨和二氧化碳，這些氣體經(jīng)控制減壓閥加壓后送到中壓分解收集罐中。(2)分解和回收分解和回收分1.76MPa中壓分解回收、0.37MPa低壓分解回收和0.035MPa真空分解回收三段降壓進(jìn)行。第一段1.76MPa中壓分解回收：汽提塔底部溶液經(jīng)降壓閥LC9202減壓到1.76MPa進(jìn)入中壓分解分離器,溶液在此閃蒸并分離，分離后尿液進(jìn)入中壓分解塔甲銨在此分解E102A殼體用0.5MPa蒸汽供熱，E102B用汽提塔蒸汽冷凝液分離器的2.5MPa蒸汽冷凝液供熱。從中壓分解塔分離器頂部出來(lái)的含有氨和二氧化碳的氣體先送到真空預(yù)濃縮器殼程中，被中壓碳銨液泵送來(lái)的碳銨液吸收，其吸收和冷凝熱用來(lái)蒸發(fā)尿液中的部分水份，然后進(jìn)入中壓冷凝器用冷卻水冷卻，最終進(jìn)入中壓吸收塔.中壓吸收塔為泡罩塔，它用氨升壓泵來(lái)的液氨和氨水泵送來(lái)的氨水共同洗滌二氧化碳。中壓吸收塔頂部含有微量惰氣的氣氨進(jìn)入氨冷凝器冷凝成液氨，收集于氨收集器,不凝氣通過(guò)氨回收塔進(jìn)入中壓惰性氣體洗滌塔,用蒸汽冷凝液經(jīng)冷卻后作吸收液吸收氨成為氨水，惰性氣體放空，其吸收熱通過(guò)中壓氨吸收塔用冷卻水帶走，氨水通過(guò)氨水泵被送到中壓吸收塔。中壓吸收塔底部溶液通過(guò)高壓甲銨泵加壓到15.5MPa送到甲銨冷凝器中，返回合成圈。第二段0.37MPa低壓分解和回收：中壓分解收集器的尿液經(jīng)減壓閥（LV9301）減壓到0.37MPa進(jìn)入低壓分解塔分離器,尿液在此閃蒸并分離后進(jìn)入低壓分解塔,分解尿液中剩余的甲銨，熱源由0.35MPa蒸汽提供。從低壓分解塔分離器頂部出來(lái)的氣體與來(lái)自解吸塔、水解器的氣體以及P103泵送過(guò)來(lái)的碳銨液和P114泵送過(guò)來(lái)的工藝?yán)淠阂黄疬M(jìn)入低壓冷凝器,用循環(huán)水進(jìn)一步冷凝，冷凝下來(lái)的碳銨液和不凝氣體進(jìn)入碳銨液儲(chǔ)槽,碳銨液通過(guò)中壓碳銨液泵（P103A/B）通過(guò)真空預(yù)濃縮器E104送到（C101），其中的惰性氣體進(jìn)入低壓惰性氣體洗滌塔（C104）,用蒸汽冷凝液冷卻后作吸收液吸收，通過(guò)低壓氨吸收塔（E112）后進(jìn)入V106，不凝氣放空。第三段0.035MPa真空分解和回收：低壓分解收集器（L103）的尿液經(jīng)減壓閥（LV9401）減壓后送到真空預(yù)濃縮分離器（V104）,尿液在此閃蒸并分離，分離后尿液進(jìn)入真空預(yù)濃縮器（E104）分解殘余的甲銨，熱源來(lái)自中壓分解氣的冷凝熱和吸收熱，尿液進(jìn)入真空預(yù)濃縮收集器（L104）后，通過(guò)尿素溶液泵（P106）泵送到真空部分，氣相被抽至一段真空濃縮系統(tǒng)進(jìn)行冷凝，冷凝后的液體去工藝?yán)淠翰糠帧?3)尿液的濃縮和造粒由P106送來(lái)的尿液被送到一段真空濃縮器（E114）,用0.35MPa蒸汽加熱，汽液混合物進(jìn)入一段真空分離器（V114）進(jìn)行汽液分離：（1）氣相與真空預(yù)濃縮分離器的氣相混合后進(jìn)入一段真空第一表冷器（E151A/B）,冷凝后液相進(jìn)入工藝?yán)淠翰郏═102）,氣相與調(diào)節(jié)一段真空系統(tǒng)操作壓力的空氣混合，通過(guò)PV9502被0.35MPa的蒸汽由一段真空系統(tǒng)第一噴射器（EJ151）抽到一段真空第二表冷器（E152）,冷凝后，液相進(jìn)入T102，氣相經(jīng)一段真空系統(tǒng)第二噴射器（EJ152）抽入到一、二段真空系統(tǒng)公用表冷器（E156）,冷凝后，液相進(jìn)入T102，氣相最終放空；（2）液相通過(guò)壓差尿液自動(dòng)進(jìn)入二段真空濃縮器（E115）。二段真空濃縮器（E115）內(nèi)的尿液被0.35MPa的蒸汽加熱后進(jìn)入二段真空分離器（V115）進(jìn)行汽液分離：（1）氣相被0.35MPa蒸汽通過(guò)二段真空系統(tǒng)第一噴射器即升壓器（EJ153）抽入到二段真空系統(tǒng)第一表冷器（E154），冷凝后液相進(jìn)入（T102）,氣相和用來(lái)調(diào)節(jié)第二段真空系統(tǒng)的空氣（由PV9509進(jìn)入）混合，由二段真空系統(tǒng)第二噴射器（EJ154）抽入到二段真空系統(tǒng)第二表冷器（E155）冷凝后，液相進(jìn)入T102，氣相被二段真空系統(tǒng)第三噴射器（EJ155）抽到一、二段真空系統(tǒng)公用表冷器（E156）,液相進(jìn)入T102,氣相最終放空；液相即尿素熔融物經(jīng)熔融尿素泵（P108）送至造粒塔（L108）造粒。開(kāi)停車(chē)過(guò)程中排出的尿液收集于尿液槽（T101）中，再經(jīng)尿液回收泵（P109A/B）輸送到尿液濃縮系統(tǒng)。由造粒噴頭（L109A/B）噴出的尿素液滴在自由降落過(guò)程中冷凝固化成粒狀尿素，通過(guò)刮料機(jī)（H101）輸送到造粒塔皮帶（H102）上，然后通過(guò)尿素循環(huán)皮帶輸送機(jī)（H103）送往包裝工段進(jìn)行稱(chēng)重包裝.2.3水解系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)2.3.1水解系統(tǒng)流程來(lái)自一、二段真空系統(tǒng)（L105、L106）的含有氨和二氧化碳的工藝?yán)淠菏占冢═102）中，各處排放的碳銨液收集于碳銨液排放槽（T104）,并通過(guò)碳銨液排放泵（P116A/B）輸送到T102中。T102中的工藝?yán)淠河山馕o料泵（P114A/B）加壓經(jīng)解吸塔預(yù)熱器（E116）預(yù)熱后送到解吸塔（C102）頂部，其預(yù)熱器熱源由解吸塔廢液提供，解吸塔分上、下兩段，上段出液由水解器給料泵（P115A/B）加壓，經(jīng)過(guò)水解器預(yù)熱器（E117）預(yù)熱后送到水解器（R102）。在R102內(nèi)，尿素被3.5MPa的蒸汽所分解，水解液經(jīng)過(guò)水解器換熱器換熱后進(jìn)入解吸塔下段的頂部，解吸塔底用0.5MPa的蒸汽直接加熱，解吸塔及水解器頂部出氣與低壓分解分離器（V103）頂部出口氣體混合進(jìn)入低壓回收部分，廢液經(jīng)E116回收熱量后去界區(qū)。1碳銨液槽2解吸泵3解吸預(yù)熱器4解吸塔5水解泵6廢液槽7廢液泵8水解換熱器9水解器圖2.2氨汽提法合成尿素水解系統(tǒng)工藝流程簡(jiǎn)圖2.3.2水解解吸操作中典型設(shè)備介紹及其應(yīng)用(1)解吸塔用途：解吸工藝?yán)淠褐械陌焙投趸?，該塔為浮閥塔板。(2)操作：該塔分為兩段，下段組成。工藝水在最頂端進(jìn)料。含有NH3、CO2和尿素的工藝水經(jīng)塔上段汽提氨后，送入水解器進(jìn)行尿素水解。被處理過(guò)的水從水解器出來(lái)到下段頂部，在此剩余的NH3被直接加入到塔底的0.5MPa飽和蒸汽汽提出來(lái)，離開(kāi)塔頂?shù)臍怏w與水解塔R102頂部氣體和低壓分離器V103的氣體混合進(jìn)入E108進(jìn)行冷凝回收。2.4主要工藝條件解吸塔操作壓力0.392Mpa；操作溫度塔底液相143℃，塔頂氣相85℃，排出廢液含NH3量≤40mg/tUr,工藝條件影響如下:(1)溫度因?yàn)榧卒@的分解反應(yīng)，過(guò)量氨及游離二氧化碳的解吸都是大量吸熱的過(guò)程。所以，在設(shè)備材料允許的情況下，應(yīng)盡量提高氣提操作溫度，以利于氣提過(guò)程的進(jìn)行。但是，溫度太高則腐蝕嚴(yán)重，同時(shí)加劇副反應(yīng)的發(fā)生，這將影響尿素的產(chǎn)量和質(zhì)量。工業(yè)生產(chǎn)上，氣提塔操作溫度一般選為190度左右。通常用2.1MPa的蒸汽加熱以維持塔內(nèi)溫度。(2)壓力從氣提的要求來(lái)看，采用較低的氣提操作壓力，有利于甲銨的分解和過(guò)量氨的解吸，這樣能減少低壓循環(huán)分解的負(fù)荷，同時(shí)提高氣提效率。但是，實(shí)際生產(chǎn)中二氧化碳?xì)馓岵僮魇遣捎门c合成操作等壓的條件進(jìn)行的，因?yàn)檫@樣有利于熱量的回收，同時(shí)能降低冷卻水和能量消耗。如果采用較低的壓力，會(huì)使尿素合成率降低，從而增大氨和二氧化碳的循環(huán)量，同時(shí)還會(huì)使氣提后氣體中水含量增加，使返回甲銨液濃度降低，影響合成率。(3)液氣比氣提塔的液氣比是指進(jìn)入氣提塔的尿素熔融物與二氧化碳的質(zhì)量比，它是由尿素合成反應(yīng)本身的加料組成確定的，不可以任意改變。從理論上計(jì)算，氣提塔中的液氣比為3．87，生產(chǎn)上通?？刂圃?左右，液氣比的控制是很重要的。當(dāng)塔內(nèi)液氣比太高時(shí)，氣提效率顯著下降；液氣比太低，易行成干管。造成氣提管缺氧而嚴(yán)重腐蝕。在生產(chǎn)上，除了控制氣提塔的液氣比外，還要嚴(yán)格要求氣提塔中的液氣均勻分布。(4)停留時(shí)間尿素熔融液在氣提塔內(nèi)停留時(shí)間太短，甲銨和過(guò)量氨來(lái)不及分解，達(dá)不到氣提的要求；但停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，氣提塔生產(chǎn)強(qiáng)度降低，同時(shí)副反應(yīng)加劇，影響產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量。一般氣提塔內(nèi)尿液停留時(shí)間以1min為宜[6]。2.5生產(chǎn)組織制度法定假日和星期假日采用輪換倒班制度，采用4班倒制，連續(xù)工作制，工作日=365-設(shè)備維修日=365-35=330天,每天生產(chǎn)成品尿素/330=606t，即每小時(shí)生產(chǎn)25噸尿素。第3章物料衡算與熱量衡算尿素生產(chǎn)過(guò)程的物料衡算同其他化學(xué)生產(chǎn)過(guò)程的物料衡算一樣，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，通過(guò)計(jì)算求得加入設(shè)備和離開(kāi)設(shè)備的物料各組分的成份、重量和體積，為進(jìn)一步進(jìn)行熱量衡算、設(shè)備計(jì)算等提供定量的依據(jù)。物料衡算根據(jù)下列公式∑G入=∑G出+∑G損式中∑G—輸入物料總和；∑G—輸出物料總和；∑G—損失物料總和。對(duì)于氨汽提法尿素生產(chǎn)，由于物料的循環(huán)反應(yīng)，在計(jì)算物料平衡時(shí)，全系統(tǒng)物料平衡的完整性很重要。改變某設(shè)備的任何一個(gè)參數(shù)都會(huì)影響全系統(tǒng)的物料平衡。各設(shè)備的物料衡算，必須在全系統(tǒng)物衡算完成以后才能判斷各設(shè)備物料衡算的結(jié)果。因此對(duì)尿素生產(chǎn)后所產(chǎn)生的冷凝液的量，組分含量以及所加入的加熱蒸汽量必須進(jìn)行水解解吸系統(tǒng)的物料衡算[7]。3.1物料衡算計(jì)算條件的確定在進(jìn)行物料衡算之前，必須確定系統(tǒng)輸入、輸出、損失等物料量及計(jì)算基準(zhǔn)等計(jì)算條件。尿素物料衡算有下列各項(xiàng):(1)計(jì)算基準(zhǔn)尿素物料衡算以每年生產(chǎn)20萬(wàn)噸尿素，每年按照8000小時(shí)計(jì)算，即每小時(shí)生產(chǎn)25噸尿素。(2)處理后的工藝水氨含量為4×10-6kg/tUr，尿素含量為零，符合國(guó)家廢液排放標(biāo)準(zhǔn)。3.2氨汽提法水解系統(tǒng)物料衡算3.2.1高壓系統(tǒng)物料衡算注：R101-合成塔；V101-甲銨分離器；E101-汽提塔；E104-甲銨冷凝器；P101-高壓氨泵；P102-高壓甲銨泵；K101-CO2壓縮機(jī)圖3.1高壓合成系統(tǒng)示意圖以R101出口生成1t(1000kg)尿素為基準(zhǔn)（注：不考慮尿素在E101,E102等處水解）。以安化公司取樣分析數(shù)據(jù)為例表3.1取樣分析數(shù)據(jù)組成%（m/m）eq\o\ac(○,8)eq\o\ac(○,10)eq\o\ac(○,11)NH335.1724.251.7CO215.175.418.3Ur31.0347.00H2O18.6323.4030.00這樣從合成塔出來(lái)的流股eq\o\ac(○,8)總量=1000/0.3103=3222kg流股eq\o\ac(○,8)各位組分量為：NH33222×0.3517=1133kg=66.65kmolCO23222×0.157=489kg=11.11kmolUrH2O3222×0.1863=600kg=33.33kmol根據(jù)R101合成塔出口各物料量，可求的進(jìn)塔各量：∵2NH2+CO2=(NH2)2CO+H2O生成的量Ur為16.67kmol∴反映掉NH333.34kmol反映掉CO216.67kmol生成的H2O16.67kmol故進(jìn)塔各組分量為：NH366.65+33.34=99.99kmol=1700kgCO211.11+16.67=22.78kmol=1222kgH2O33.33-16.67=16.66kmol=300kgNH3/CO2=99.99/27.78=3.69H2O/CO2=16.66/27.78=0.6XCO2=反應(yīng)掉的CO2/入塔CO2總量=(16.67/27.78)×100%=60%由于在R101內(nèi)生成的尿素有一部分夾在真空分離氣中，后進(jìn)入R102水解成NH3和CO2再返回R101,據(jù)經(jīng)驗(yàn)，假設(shè)每噸尿素有5kg水解，那么：從壓縮機(jī)來(lái)的流股eq\o\ac(○,4)CO2[（1000-5）/60]×44=730kg流股eq\o\ac(○,10)區(qū)中壓系統(tǒng)各組分量：NH3(1000/0.47)×0.242=515kgCO2(1000/0.47)×0.054=115kgUr1000kgH2O(1000/0.47)×0.234=498kg從甲胺分離器出來(lái)的流股eq\o\ac(○,11)個(gè)組分量：據(jù)經(jīng)驗(yàn)知：每噸尿素含50kgNH3和3kgCO2及10kg惰氣（也可通過(guò)安化公司取樣分析實(shí)測(cè)出來(lái)）。離開(kāi)高壓系統(tǒng)總物料量=流股eq\o\ac(○,14)+eq\o\ac(○,10)∴NH3515+50=565kgCO2115+3=118kgUrH2O498+0=498kg入高壓系統(tǒng)總物料流量=流股eq\o\ac(○,4)+eq\o\ac(○,11)+eq\o\ac(○,6)∴NH3565+(1000/60)×17×2=1132kgCO2118+(1000/60)×44=851kgH2O49+(1000/60)×18=198kg從高壓甲胺泵出來(lái)的流股eq\o\ac(○,11)中CO2的量為851-730=121kg∴流股eq\o\ac(○,11)中各組分量NH3(121/0.183)×0.517=342kgCO2851-730=121kgH2O(121/0.183)×0.3=198kg流股eq\o\ac(○,6)（P101加氨量）NH31132-342=790kg從汽提塔來(lái)的流股eq\o\ac(○,9)=流股eq\o\ac(○,8)-eq\o\ac(○,10)∴NH31133-515=618kgCO2489-1154=374kgH2O600-498=102kgUr從甲胺分離器底端出來(lái)的流股eq\o\ac(○,13)=流股eq\o\ac(○,9)+eq\o\ac(○,11)-eq\o\ac(○,14)∴NH3618-342-50=910kgCO2374+121-3=492kgH2O102+198-0=300kg從高壓氨泵來(lái)的流股eq\o\ac(○,7)=入塔量-流股eq\o\ac(○,4)∴NH31700-0=1700kgCO21222-730=492kgH2O300-0=300kg流股eq\o\ac(○,6)=流股eq\o\ac(○,7)-eq\o\ac(○,13)∴NH31700-910=790kgCO2492-492=0kgH2O300-0=300kg表3.2生產(chǎn)1噸尿素高壓合成系統(tǒng)物料平衡表流股號(hào)狀態(tài)溫度NH3CO2UrH2O合計(jì)℃kgeq\o\ac(○,4)氣137—730——730eq\o\ac(○,7)液1201700492—3002492eq\o\ac(○,8)液188113349810006003222eq\o\ac(○,9)氣195618374—1021094eq\o\ac(○,10)液21051511510004982128eq\o\ac(○,11)液70342121—198661eq\o\ac(○,13)液155910492—300792eq\o\ac(○,14)氣155503——53eq\o\ac(○,6)液95790———7903.2.2中低壓分解和回收工段物料衡算根據(jù)分析工取樣分析數(shù)據(jù)知表3.3取樣分析數(shù)據(jù)組成%（m/m）eq\o\ac(○,17)eq\o\ac(○,32)eq\o\ac(○,33)NH37.041.830.00CO21.120.815.8Ur63.8671.11—H2O27.9826.2954.20注：V102-中壓分離器E102-中壓分解器E106-中壓冷凝器C101-中壓吸收塔V103-低壓分離器E103-低壓分解器E108-低壓冷凝器C104-低壓惰洗塔V106-碳銨液槽圖3.2中低壓分解和回收工段示意圖∴從低壓分離器來(lái)的流股eq\o\ac(○,17)各組分量NH3(1000/0.6386)×0.0704=110kgCO2(1000/0.6386)×0.0112=18kgUr1000kgH2O(1000/0.6386)×0.2798=438kg從下端離開(kāi)低壓分離器去蒸發(fā)系統(tǒng)的流股eq\o\ac(○,32)各量為NH3(1000/0.711)×0.018=25kgCO2(1000/0.711)×0.0.008=11kgUr1000kgH2O(1000/0.711)×0.2629=370kg離開(kāi)中壓分離器的流股eq\o\ac(○,16)=流股eq\o\ac(○,10)+eq\o\ac(○,14)-eq\o\ac(○,17)∴NH3515+50-110=455kgCO2115+3-18=100kgUrH2O498-438=60kg離開(kāi)低壓分離器上端流股eq\o\ac(○,31)=流股eq\o\ac(○,17)-eq\o\ac(○,32)∴NH3110-25=85kgCO218-11=7kgUr1000-1000=0kgH2O438-370=68kg由于存在E103底部液相中NH3和CO2將在真空系統(tǒng)中蒸發(fā)出來(lái)，再加上每噸尿素有5kg夾在真空分離器中，并經(jīng)水解送到低壓系統(tǒng)中∴流股從解吸來(lái)的流股eq\o\ac(○,33)NH325+(5/60)×17×2=28kgCO211+(5/60)×44=14kgH2O[(28+14)/(5/60)]×0.542=50kg參照安化公司提供的物料平衡表及近幾年經(jīng)驗(yàn)，知低壓加洗滌水每噸尿素為10kg。流股eq\o\ac(○,38)H2O10kg（實(shí)際生產(chǎn)中可根據(jù)加水量進(jìn)行調(diào)整）離開(kāi)低壓冷凝器到惰洗塔的流股eq\o\ac(○,34)=流股eq\o\ac(○,31)+eq\o\ac(○,33)∴NH385+28=113kgCO27+14=21kgH2O68+50=118kg離開(kāi)惰洗塔到中壓冷凝器的流股eq\o\ac(○,35)=流股eq\o\ac(○,34)+eq\o\ac(○,38)從惰洗塔最頂端離開(kāi)的流股eq\o\ac(○,39)中未考慮含NH3和CO2，（實(shí)際生產(chǎn)中可進(jìn)行修正）∴NH3113+0=113kgCO221+0=21kgH2O118+10=128kg進(jìn)中壓冷凝器的流股eq\o\ac(○,18)=流股eq\o\ac(○,16)+eq\o\ac(○,35)∴NH3445+13=568CO2100+21=121H2O60+128=188流股eq\o\ac(○,25)和流股eq\o\ac(○,28)計(jì)算詳見(jiàn)下面分析流股eq\o\ac(○,28)NH330kgH2O10kg流股eq\o\ac(○,25)NH396kg從上端離開(kāi)中壓吸收塔流股eq\o\ac(○,19)=流股eq\o\ac(○,18)+eq\o\ac(○,28)+eq\o\ac(○,25)-eq\o\ac(○,11)∴NH3568+30+96-342=352kg表3.4生產(chǎn)1噸尿素中低壓物料平衡表流股號(hào)狀態(tài)溫度NH3CO2UrH2O合計(jì)℃kgeq\o\ac(○,10)液21051511510004982128eq\o\ac(○,11)液70342121—19661eq\o\ac(○,14)氣155503——53eq\o\ac(○,16)氣140455100—60615eq\o\ac(○,17)氣1581101810004381566eq\o\ac(○,18)混合物150568121—188877eq\o\ac(○,19)氣42.5352———352eq\o\ac(○,28)液4030——1040eq\o\ac(○,25)液3796———96eq\o\ac(○,32)液14025111000370405eq\o\ac(○,31)氣125857—68160eq\o\ac(○,34)液4011321—118252eq\o\ac(○,38)液42———1010eq\o\ac(○,35)液4011321—128262eq\o\ac(○,33)氣852814—50923.2.3氨回收部分物料平衡計(jì)算查惰氣含量與氨冷凝關(guān)系圖[8]，只要知道了氨進(jìn)、出口的溫度和壓力，便可計(jì)算出氨冷凝的量P=1.7Mpa,T=42.5℃時(shí)，eq\o\ac(○,19)的Yin=0.015，氣相中每100mol惰氣含NH3=(1-0.015)/0.015=65.67molP=1.68Mpa,T=38℃，查圖知，流股eq\o\ac(○,21)的Yin=0.1，每100mol惰氣含有NH3=(1-0.1)/0.1=9mol注：C105-氨回收塔V105-氨手槽E109-氨冷凝器C101-中壓吸收塔C103-中壓惰洗塔E111-中壓氨吸收塔P101-高壓氨泵平P105-氨升壓泵P107-氨液槽圖3.3氨回收的示意圖∴未冷凝氨含量=9/65.67=0.13mol流股eq\o\ac(○,21)中未冷凝氨量為NH3352×0.13=46kg流股eq\o\ac(○,20)=流股eq\o\ac(○,19)-eq\o\ac(○,21)∴NH3352-46=306kg流股eq\o\ac(○,27)（新鮮氨量）為：NH3[(1000-5)/60]×17×2=564kg在P=1.66Mpa,T=35℃，查圖[8]知，eq\o\ac(○,22)Yin=0.15∴氣相中每100mol惰氣含NH3為：(1-0.15)/0.15=5.66mol未冷凝的氨含量為：5.66/65.67=0.086mol流股eq\o\ac(○,22)中未冷凝NH3含量為352×0.086=30kg流股eq\o\ac(○,23)=流股eq\o\ac(○,20)+eq\o\ac(○,21)+eq\o\ac(○,27)-eq\o\ac(○,22)NH3306+46+564-30=886kg流股eq\o\ac(○,25)=流股eq\o\ac(○,23)-eq\o\ac(○,6)所以NH3為886-790=96kg假設(shè)流股eq\o\ac(○,29)不含NH3，流股eq\o\ac(○,30)中每產(chǎn)1噸尿素加水10kg,(生產(chǎn)中可根據(jù)實(shí)際進(jìn)行修正)，從取樣分析知流股eq\o\ac(○,28)中含氨%為76%（m/m）所以流股eq\o\ac(○,28)=流股eq\o\ac(○,22)+eq\o\ac(○,30)-eq\o\ac(○,29)NH330+0-0=30kgH2O(30/0.76)×(1-0.76)=10kg表3.5生產(chǎn)1噸尿素氨回收工段物料平衡表流股號(hào)狀態(tài)溫度NH3H2O合計(jì)℃kgeq\o\ac(○,19)氣42.5352—352eq\o\ac(○,20)氣38306—306eq\o\ac(○,21)氣3846—46eq\o\ac(○,22)氣3530—30eq\o\ac(○,27)液30564—564eq\o\ac(○,23)液37886—886eq\o\ac(○,6)液37790—790eq\o\ac(○,28)液4030—30eq\o\ac(○,25)液3796—96eq\o\ac(○,29)液45———eq\o\ac(○,30)液42—19193.2.4真空濃縮工段根據(jù)安化公司取樣工分析表3.6可知表3.6取樣分析表組成%（m/m）eq\o\ac(○,41)eq\o\ac(○,51)eq\o\ac(○,54)NH30.390.02—CO20.100.01—Ur84.9994.9699.75H2O14.525.010.25氣相中夾帶尿素假設(shè)第一真空為3kg,第二真空為2kg,(實(shí)際可分析E151,E154的含量)。那么，流股eq\o\ac(○,41)的總料量為1000/0.849=1177kg注：V104-真空預(yù)濃縮器分離器E113-真空預(yù)濃縮器E114-第一真空濃縮器V107-第一真空分離器E115-第二真空濃縮器V108-第二真空分離器P106-尿素溶液泵P108-熔融尿素泵圖3.4真空工段示意圖∴流股eq\o\ac(○,41)各組分量NH31177×0.039=4.6kgCO21177×0.001=1.2kgUr1000kgH2O177-4.6-1.2-1000=171.2kg流股eq\o\ac(○,40)=流股eq\o\ac(○,32)-eq\o\ac(○,41)∴NH325-4.6=20.4kgCO211-4.12=9.8kgUr1000-1000=0kgH2O370-171.2=198.8kg流股eq\o\ac(○,51)各組分量NH3[(1000-3)/0.946]×0.0002=0.2kgCO2[(1000-3)/0.946]×0.0001=0.1kgUr1000-3=997kgH2O[(1000-3)/0.946]×0.0501=52.6kg流股eq\o\ac(○,50)=流股eq\o\ac(○,41)-eq\o\ac(○,51)NH34.6-0.2=4.4kgCO21.2-0.1=1.1kgUr1000-997=3kgH2O171.2-52.6=11806kg流股eq\o\ac(○,54)各組分量Ur997-2=995kgH2O995/0.9975×0.0025=2.5kg流股eq\o\ac(○,53)=流股eq\o\ac(○,51)-eq\o\ac(○,54)∴NH30.2-0.2=0kgCO20.1-0=0.1kgUr997-995=2kgH2O52.6-2.5=50.1kg流股eq\o\ac(○,52)=加入蒸汽量+流股eq\o\ac(○,40)+eq\o\ac(○,50)+eq\o\ac(○,53)據(jù)經(jīng)驗(yàn)知每噸尿素加入水蒸氣的量為大約為128kg,∴NH320.4+4.4+0.2=25kgCO29.8+1.1+0.1=11kgUr3+2=5kgH2O128+198.8-118.6+50.1=496kg表3.7生產(chǎn)1噸尿素真空濃縮工段物料平衡表流股號(hào)狀態(tài)溫度NH3CO2UrH2O合計(jì)℃kgeq\o\ac(○,32)液140251110003701406eq\o\ac(○,40)氣10020.49.8—198.8229eq\o\ac(○,41)液1024.61.21000171.21177eq\o\ac(○,50)氣1284.41.13118.6127eq\o\ac(○,51)液1280.20.1299752.61045eq\o\ac(○,53)氣1360.20.1250.152.4eq\o\ac(○,54)液136——9952.5997.5eq\o\ac(○,52)液45251154965373.2.5解吸水解系統(tǒng)物料平衡計(jì)算為了提高水解、解吸溫度，目前流股eq\o\ac(○,42)不用，即為零。流股eq\o\ac(○,90)即eq\o\ac(○,52)流股eq\o\ac(○,99)=流股eq\o\ac(○,90)+LS量+HS量-eq\o\ac(○,33)注：C102-解吸塔E116-解析塔預(yù)熱器E117-水解預(yù)熱器R102-水解器P115-水解器給料泵圖3.5廢水處理工段示意圖流股eq\o\ac(○,90)中氨的百分含量為(25/537)×100%=4.66%；二氧化碳的百分含量為(11/537)×100%=2.05%；尿素的百分含量為(5/537)×100%=0.931%;水的含量為92.36%工藝條件（1）工藝水在解吸塔頂部進(jìn)入頂部溶液量溫度t=85℃（2）加熱蒸汽用0.5Mpa,溫度為151.7℃。（3）解吸塔與水解器出口氣體溫度（t=85℃P=0.392Mpa）水解蒸汽溫度220CO214Kg0.318Kmol26.32KpaNH328Kg1.647Kmol135.9KpaH2O50Kg2.77Kmol228.60Kpa共計(jì)92Kg4.735Kmol392Kpa（4）解吸塔排出液溫度t=69.9℃解吸水解系統(tǒng)的熱量計(jì)算（以25℃為計(jì)算基準(zhǔn)）eq\o\ac(○,1)熱量收入塔頂進(jìn)液帶入熱量Q1:溶液的焓i=85kcal/Kg,1kcal=4.1804KJQ1=537×（85-25）=.488KJ/Kg=32220kcal加熱蒸汽帶入熱量:設(shè)加熱蒸汽用量為GP=0.5MpaT=151.7℃i=.2752.8kJ/Kg=658.5Kcal/KgQ2=（658.5-25）G=633.5Gkcal水解器水蒸氣加入量為M:p=3.5MPai=2794.9kJ/Kg=668.58Kcal/Kg帶入的熱量為Q3=(668.58-25)M=643.58M熱量收入總和Q入=32220+633.5Gkcal+643.58Meq\o\ac(○,2)熱量支出排出氣體帶出熱量:據(jù)CO2T—S查得P=26.3KpaT=85℃時(shí)i=186kcal/KgP=1atmT=25℃時(shí)i=174kcal/KgQ3=14(186-174)=168kcal據(jù)NH3I—logP查得P=135.9KpaT=85℃時(shí)i=440kcal/KgP=1atmT=25℃時(shí)i=422kcal/KgQ4=28(440-420)=560kcal據(jù)H2OI—S圖查得P=228.6KpaT=85℃時(shí)i=640kcal/KgP=1atmT=25℃時(shí)i=25kcal/kgQ5=50(640-25)=30750kcal排出廢液帶出熱量:排出廢液按水計(jì),其焓為143kcal/KgQ6=587.4(143-25)kcal氨解吸熱:解吸氨量為1.647-0.4/44=1.638kmol氨的解吸熱為8460kcal/kmol所以Q7=84601.638=13857.4kcalCO2解吸熱:CO2解吸熱為5880kcal/kmolQ8=58800.318=1869.84kcal5熱損失:取熱損失為進(jìn)入熱負(fù)荷的1.5%Q9=(.488+633.5G)0.015氨與二氧化碳的中和熱為Q中和=0..1=5997.5kcal熱量支出總和Q出=Q3+Q4+Q5+Q6+Q7+Q8+Q9+Q中和由熱量平衡Q入=Q出G+M+496=50+587.4所以G≈125KgM≈18kg解吸塔預(yù)熱器預(yù)熱工藝水槽中的換熱量：比熱按水計(jì)，Cp=1千卡/公斤537（125-45）1=42960千卡從解吸塔出來(lái)的廢液為587.4kg，由于氨和二氧化碳含量很少，所以熱容仍按照水來(lái)計(jì)，Cp=1千卡/公斤，所以有熱量平衡可得587.4（143-t)=42960千卡t=69.9℃表3.8生產(chǎn)1噸尿素解吸水解系統(tǒng)物料平衡表流股號(hào)狀態(tài)溫度NH3CO2UrH2O合計(jì)℃kgeq\o\ac(○,33)氣852814—5092eq\o\ac(○,99)液1434×10-6——587.4587.4eq\o\ac(○,90)液4525115496537表3.9轉(zhuǎn)換成25噸尿素廢水處理工段物料平衡表流股號(hào)狀態(tài)溫度NH3CO2UrH2O合計(jì)℃kgeq\o\ac(○,33)氣85700350—12502300eq\o\ac(○,99)液14310-4——1468514685eq\o\ac(○,90)液456252751251240013425所以有物料衡算可計(jì)算出每小時(shí)生產(chǎn)25噸尿素所產(chǎn)生的工藝水為53725=13425kg/h氨的百分含量為4.66%，二氧化碳的百分含量為2.05%，尿素的百分含量為0.931%，水的百分含量為92.36%。由安化公司提供的數(shù)據(jù)可知解吸塔的操作溫度為塔底液相143℃，塔頂氣相85℃，塔操作壓力為0.392Mpa,當(dāng)年產(chǎn)二十萬(wàn)噸尿素時(shí)，每小時(shí)由工藝?yán)淠翰蹃?lái)的工藝水為13425kg,溫度為大約45℃，從解吸塔排出的廢液為14695kg溫度為143℃解吸塔熱量平衡見(jiàn)表3.10表3.10生產(chǎn)1噸尿素解吸水解系統(tǒng)熱量平衡表熱量輸入kcal熱量輸出kcal塔頂進(jìn)液帶入熱量32220解吸塔加熱蒸汽帶入熱量82312.5水解器水蒸氣加入熱量11403共計(jì).5氨560二氧化碳168水30750氨與二氧化碳中和熱5997.85廢液帶出熱量69478.4氨解吸熱13933.62二氧化碳解析熱1869.84熱損失3177.79共計(jì).5第4章主要工藝設(shè)備計(jì)算4.1多組分的吸收與解吸計(jì)算方法簡(jiǎn)述4.1.1多組分吸收與解吸中理論板數(shù)簡(jiǎn)捷計(jì)算方法介紹（1）吸收因子法解吸塔中塔板數(shù)的計(jì)算方法采用的是解吸因子法，計(jì)算過(guò)程所用到的計(jì)算公式推導(dǎo)類(lèi)似多組分吸收的公式推導(dǎo)。吸收過(guò)程公式推導(dǎo)如下以v表示氣相流股中組分i的流率，以l表示液相流股中組分i的流率，對(duì)n板作i組分的物料衡算ln-ln-1=vn+1-vn(4-1)任一組分i的相平衡關(guān)系可表示為y=Kx也就是說(shuō)v/V=Kl/L整理后的l=（L/KV）·v=Av（4-2）A定義為吸收因子或吸收因數(shù)。它是綜合考慮了塔內(nèi)氣液兩相流率和平衡關(guān)系的一個(gè)數(shù)群。L/V值大，想平衡常數(shù)小，有利于組分的吸收。用吸收因子代入物料衡算式消去ln和ln-1vn=(vn+1+An-1vn-