10万吨每年尿素化工厂合成设计

1、毕毕 业业 设设 计计 题 目：10 万吨/年尿素化工厂合成 工艺设计 系系 别：别： 专专 业：业： 姓姓 名：名： 学学 号：号： 指导教师：指导教师： 河南城建学院河南城建学院2021 年 5 月 20 日河南城建学院 毕业设计论文任 务 书题 目10 万吨/年尿素化工厂合成工艺设计系 别化学化工系专业化学工程与工艺班级学号学生姓名指导教师发放日期2021 年 12 月 19 日河南城建学院本科毕业设计论文任务书一、主要任务与目标：设计题目：尿素合成工艺设计设计任务：本设计采用水溶液全循环法，在减压加热的根底上，将未转化为尿素的甲铵分解和气化，从而到达将未反响物与尿素别离的目的。其中对尿

2、素合成塔和中压吸收塔做重点计算，设计合成尿素工段工艺流程，设计该工段的工艺计算，以及对装置、设备图的绘制。设计条件：由煤气化经净化而来的原料气 CO2和由氨合成塔而来的液氨，在温度 185200、操作压力 19Mpa 左右、氨碳比范围为 35、水碳比为、反响时间为 4060min 的条件下发生下面两个反响合成尿素： 2NH3(l)+CO2(g)=NH4COONH2 NH4COONH4(l)=CO(NH2)2(l)+H2 设计目标:成品尿素组成总碳N含量%以干基干缩二脲含量%水分含量%粒度%一级品90二级品90 二、主要内容与根本要求：主要内容： 1明确设计任务，查阅文献资料； 2.确定设计方案

3、，通过技术及经济筛选、比照，选定技术先进、经济效益好的设计方案； 3.明确条件，工艺参数及计算基准； 4.工艺计算，包括物料衡算及热量衡算，反响釜及吸收塔的工艺和机械强度计算；绘制带控制点流程图、主设备图、物料衡算图 ； 6.编写设计说明书。根本要求：对所涉及的化工生产过程的原理，工艺参数，流程，影响因素及控制手段有一定的掌握。按课程设计任务书的条件和要求，根据所学理论知识和技能和积累的素材，自主的，创造性的完成设计的工作。三、方案进度：接受设计任务：1 天收集资料：3 天制定设计方案提交设计开题报告：5 天设计计算：25 天设计图纸绘制：15 天编制说明书：4 天辩论：2 天合计：55 天四

4、、主要参考文献：?塔设备设计?上海科学技术出版社?化工容器及设备简明设计手册?化学工业出版社?化工设备设计根底?化学工业出版社?化工工艺设计手册?化学工业出版社?化工过程设计?化学工业出版社?化学工程手册? 化学工业出版社?无机化工工艺学? 西安交通大学出版社?合成氨生产工艺? 化学工业出版社指导教师签名： 年 月 日教研室审核意见： 建议就任务书的标准性；任务书的主要内容和根本要求的明确具体性；任务书方案进度的合理性；提供的参考文献数量；是否同意下达任务书等方面进行审核。 教研室主任签名： 年 月 日注：任务书必须由指导教师和学生互相交流后，由指导老师下达并交教研室主任审核后发给学生，最后同

5、学生毕业论文等其它材料一起存档。成绩评定毕业设计论文成绩评定成绩评定说明一、辩论前每个学生都要将自己的毕业设计论文在指定的时间内交给指导教师和评阅教师，由指导教师和评阅教师审阅，写出评语并评分。二、辩论工作结束后，辩论小组应举行专门会议按学校统一的评分标准和评分办法，在参考指导教师和评阅教师评定结果的根底上，评定每个学生的成绩。系对专业辩论小组提出的优秀和不及格的毕业设计论文 ，要组织系级辩论,最终确定成绩，并向学生公布。三、各专业学生的最后成绩应符合正态分布规律。四、具体评分标准和方法见?河南城建学院毕业设计论文工作管理规程?。班级班级 姓名姓名 学号学号综合成绩：综合成绩： 分分折合等级折

6、合等级 辩论小组组长签字 年 月 日指导教师评定意见一、评语：一、评语： 二、评分：二、评分：1理工科评分表评分工程工作态度与纪律10 分毕业设计论文完成任务情况与水平40 分数据处理、文字表达10 分根底理论和根本技能20 分创新能力20 分合 计100 分评分2文科评分表评分工程文献阅读与文献综述20 分外文翻译10 分论文撰写质量40 分学习态度10 分论证能力与创新20 分合 计100 分评分指导教师签字： 年 月 日评阅教师评定意见一、评语：一、评语：二、评分：二、评分：评分工程标准化程度10 分数据处理、文字表达10 分质 量正确性、条理性、创造性、实用性40 分成果的技术水平科学

7、性、系统性40 分合计100 分评分评阅教师签字： 年 月 日 辩论小组评定意见一、评语：一、评语：二、评分：二、评分：评分工程完成任务情况20 分毕业设计论文质量40 分表达情况15 分答复下列问题情况25 分合计100 分评分辩论小组成员签字： 年 月 日 毕业辩论说明1、辩论前，辩论小组成员应详细审阅每个辩论学生的毕业设计论文 ，为辩论做好准备，并根据毕业设计论文质量标准给出实际得分。2、严肃认真组织辩论，公平、公正地给出辩论成绩。3、指导教师应参加所指导学生的辩论，但在评定其成绩时宜回避。4、辩论中要有专人作好辩论记录。设计说明设计说明本设计采用水溶液全循环法，使用氨和二氧化碳直接合成

8、尿素，是将未转化成尿素的氨和二氧化碳经减压加热和别离后，用水吸收生成甲铵或碳酸铵水溶液，然后全部返回合成系统循环利用，原料氨利用率可达 97%以上。水溶液全循环法主要包含以下步骤：1二氧化碳的压缩与净化， 2氨的输送及尿素的合成，3循环回收， 4尿素溶液加工， 5工艺冷凝液的分配及解吸等个步骤进行合成尿素，并围绕如何调高二氧化碳二氧化碳的转化率，减少循环量，降低能耗以及提高尿素质量来进行。首先进行工艺流程分析并根据工艺参数及有关标准进行尿素合成塔和冷凝器内的物料、热量衡算；其次就解吸塔等设备利用传质传热方程、溶液物性数据等方面的知识进行塔体的总体结构设计和计算，设计出解吸塔塔径 m，塔高 1m

9、；然后对解吸塔进行了必要的强度校核；最后绘制了主设备图和工艺流程图。 关键词关键词：尿素合成，水溶液全循环法，物料衡算，热量衡算，设备计算 Design descriptionThis design uses a total recycle of the aqueous solution, the use of ammonia and carbon dioxide, the direct synthesis of urea, is not converted into urea, ammonia and carbon dioxide, water absorption after decomp

10、ression heating and separation to generate ammonium or ammonium carbonate aqueous solution, and then all return to the cycle of synthesis systemutilization of the raw material ammonia utilization up to 97%. Full circulation of the aqueous solution of fat consists mainly of the following steps: (1) c

11、arbon dioxide compression and purification, (2) delivery of ammonia and urea synthesis, (3) recycling, (4) of the urea solution processing, (5) process condensate distribution and desorption step synthesis of urea, and focus on how the conversion rate of increase in carbon dioxide carbon dioxide, re

12、ducing the circulation rate, reduce energy consumption and improve urea quality.Process analysis of the first materials in accordance with the process parameters and standards within the urea reactor and the condenser heat balance; followed by the desorption tower and other equipment used to heat an

13、d mass transfer equations, the solution property data and other knowledge of tower body the overall structural design and calculations, design the desorption Tata diameter 0.8m high tower, 11.16m; desorbers the necessary strength check; finally draw the master map and process flow diagram.Key words:

14、 urea, water solution full recycles method, material balance, heat balance calculation, equipment目目 录录主要符号说明主要符号说明.iv1 引引 言言 .1 1尿素的物化性质和用途.1尿素的物理性质.1尿素的化学性质.1尿素的用途.11.2 尿素的生产方法简介.2水溶液全循环法.21.2.2 CO2气提法.2两种方法的比拟.3水溶液全循环尿素工艺的优、缺点.31.3.2 CO2汽提法尿素工艺的优、缺点.4尿素的开展前景与展望.41.4 水溶液全循环法流程介绍.52 2 工厂设计条件与总平面布置工厂

15、设计条件与总平面布置 .9 92.1 工厂设计条件 .92.1.1 原材料及辅助物料的资源条件.92.1.2 公用工程概述.92.1.3 劳动力资源条件.92.2 总平面布置 .9总平面布置的根本原那么.9总平面布置概述.103 3化工工艺设计化工工艺设计 .12123.1 设计根底数据.12设计条件：.123.1.2 产量及产品质量.13主要工艺控制指标.133.2.1 二氧化碳压缩机.133.2.2 二氧化碳净化.133.2.3 尿素合成塔.13一段分解.13一段吸收.143.2.6 惰气洗涤器.143.2.7 二段分解.143.2.8 二段吸收.143 闪蒸槽.143.2.10 一段蒸发

16、.14二段蒸发.143.2.12 解吸.143.3 物料平衡计算.14设计条件确实定.14二氧化碳压缩系统：.15尿素合成塔.163.3.4 一段分解系统.17二段分解系统.183.3.6 闪蒸槽.19一段蒸发器.203.3.8 二段蒸发器.203.3.9 熔融尿素输送及造粒包装系统.21一段蒸发冷凝器.22二段蒸汽冷凝器.22中间冷凝器.23系统水平衡及其分配.24二循一冷器.29二循二冷凝器.30氨冷凝器.30惰性气涤塔.31尾气吸收塔.31解吸系统.32一段吸收系统.32热量平衡计算.34尿素合成塔.34解吸塔.36氨冷凝器.37氨预热器.383.4.5 CO2压缩系统.384 设备工艺

17、计算设备工艺计算.4040尿素合成塔计算.40解析塔的计算.41计算依据.41塔板数的计算.42塔径及附属设备计算.44流体力学计算.47设计结果设计结果 .5050参考文献参考文献 .5252致致 谢谢 .5353附附 录录 .5454主要符号说明A 传热面积，m2 hw内堰高度, mA 每根管子的沸腾面积,m2 K 传热系数 kJ/(m2s C)Ab 液流面积, m2 Kc阻力系数Af 降液管截面积, m2 L 液流量 m3/hA 全塔截面积, m2 L流道长度 mAw 全塔截面积, m2 Ll流体沿管周的喷淋密度 kg/(ms)A 液相流经内堰时的最窄断面,m2 Ls液相流量 m3/sB

18、 折流板间距, m l 管长 mCp 液体的比热容, KJ/(kmolC) l 堰长 mD 塔径， m lw 堰长 mde 当量直径, m m 每层塔板泡罩个数dl 管内径, m m1换热器内换热管垂直列数do 管外径, m n 换热管总数或塔板数E 液流收缩系数, ne壳体中心线上排列管数Ev 雾沫夹带量, kg/kg 气 Nu 努赛特准数F 流道自由界面, m2 P 压力 MpaF 动能因素, Pr普兰特准数 F1 泡罩升气管面积,m2 Q 设备设负荷 kJ/hF4 泡罩的齿缝总面积,m2 q 单位热负荷 Kj/(m2s)Ft 温度校正系数, R 污垢热阻 m2s C/kJG 气体的重量速

19、度, kg/( m2s) R1弯管的曲率半径,M G 尿素生产能力, t/h Rc冷流体侧的污垢热阻, m2s C/kJH 管子高度, m Re 雷诺准数,HT 踏板间距, m Rh 热流体侧的污垢热阻, m2s C/kJHd 降液管内液层高度 m 流体密度 kg/m3h 齿缝高, m r梯形的顶边与底边之比ho 降液管底部至下一块踏板的距离,m rh水力半径 mhl 有效液层阻力, m 液柱 L 液相密度 kg/m3h2 蒸汽冷凝热， kJ/kg V 气相密度 kg/m3ha 泡罩的局部阻力，m 液柱 hd 液相流出降液管的局部阻力，m 液柱 hd1 降液管底部的阻力，m 液柱 h 内堰的阻

20、力，m 液柱1d2dhds 动液封, m 液柱 hf 堰顶端到降液管内液面的距离,mhow 堰上溢流高度, m hp通过 每层塔板的气相总压降，m 液柱hr 泡罩帽缘平安高度, m hs 齿缝开度, mhss 静液封, m hT 外堰高度, mhW 泡罩下缘距踏板间距,m tm 冷流体平均温度, C 进出口堰之间的液面梯度,m T 热流体温差, Ct 有效平均温差 C t两流体之间的温度差,CP 压力降 kg/cm3 液体在降液管中的停留时间,s 他的积液排空时间 s 外表张力 N/h 塔的倾斜角度 光壁厚度 m 流体导热系数 kJ/( m2s C) 流体粘度 kgs/m2 1 引 言尿素的物

21、化性质和用途 尿素的物理性质尿素分子量，因最早由人类及哺乳动物的尿液中发现，故称尿素。纯洁的尿素为无色、无味针状或棱柱状晶体，含氮量为 46.6%，工业尿素因含有杂质而呈白色或浅黄色，工业或农业品为白色略带微红色固体颗粒无臭无味。固体尿素相对密度，2040，3。熔点，标准大气压下，。超过熔点那么分解。尿素较易吸湿，贮存要注意防潮。尿素易溶于水和液氨，其溶解度随温度升高而增大。尿素的化学性质尿素分子式：CO (NH2)2尿素结构式： 1尿素的酸碱性 尿素呈微碱性，可与酸作用生成盐，但因其碱性较弱，不能使一般的指示剂改变颜色。2尿素的水解反响 尿素的水解反响，最初是尿素转化为氨基甲酸铵，而后形成碳

22、酸铵，最后分解成氨和二氧化碳： OHCONHCONHCONHOHCOONHNHCOONHNHOHNHCO22332432422424222总反响式为： 22322222HCONHOHNHCO 在 60以下尿素在酸性、碱性或中性溶液中不发生水解反响。但是随着温度的升高，水解速率加快，水解程度增大。3尿素的缩合反响 纯尿素在加热到或者接近熔点时，开始呈不稳定性，发生缩合反响，生成缩二脲、缩三脲和三聚氰酸等物质。尿素的用途尿素是一种高浓度氮肥，属中性速效肥料，也可用来生产多种复合肥料。在土壤中不残留任何有害物质，长期施用没有不良影响， 但在造粒中温度过高会产生少量缩二脲，又称双缩脲，对作物有抑制作用

23、。我国规定肥料用尿素缩二脲含量应小于 0.5%。缩二脲含量超过 1%时，不能做种肥，苗肥和叶面肥，其他施用期的尿素含量也不宜过多或过于集中。尿素是有机态氮肥，经过土壤中的脲酶作用，水解成碳酸铵或碳酸氢铵后，才能被作物吸收利用。因此，尿素要在作物的需肥期前 48 天施用。尿素是目前使用的含氮量最高的化肥。尿素属中性速效肥料，长期施用不会使土壤发生板结。其分解释放出的 CO2也可被作物吸收，促进植物的光合作用。在土壤中，尿素能增进磷、钾、镁和钙的有效性，且施入土壤后无残存废物。1.2 尿素的生产方法简介生产尿素的方法有很多种，20 世纪 60 年代以来，全循环法在工业上获得普遍采用，最常用的是水溶

24、液全循环法生产尿素和二氧化碳气提法生产尿素。合成氨生产为 NH3和 CO2直接合成尿素提供了原料。由 NH3和 CO2合成尿素的总反响为：2NH3+CO2CO(NH2)2+H2O。该反响是放热的可逆反响，转化率一般为5070%。因此从合成塔出来的尿素溶液中除了尿素外，还有氮和甲铵。按未反响物的循环利用程度，尿素生产方法可分为不循环法、半循环法和全循环法三种。依气提介质的不同，分别称为二氧化碳气提法、氨气提法、变换气气提法。依照别离回收方法的不同主要分为水溶液全循环法、气提法等。按气提气体的不同又可分为二氧化碳气提法、氨气提法、变换气气提法。水溶液全循环法 20 世纪 60 年代以来，全循环法在

25、工业上获得普遍采用。全循环法是将未转化成尿素的氨和二氧化碳经减压加热和别离后。全部返回合成系统循环利用，原料氨利用率达 97%以上。全循环法尿素生产主要包括四个根本过程：氨和二氧化碳原料的供给及净化；氨和二氧化碳合成尿素；未反响物的别离与回收；尿素溶液的加工。1.2.2 CO2气提法所谓气提法就是用气提剂如 CO2、氨气、变换气或其他惰性气体，在一定压下加热，促进未转化成尿素的甲铵的分解和液氨气化。气提分解效率受压力、温度、液气比及停留时间的影响，温度过高会加速氨的水解和缩二脲的增加，压力过低，分解物的冷凝吸收率下降。气提时间愈短愈好，可防止水解和缩合反响。故气提法是采用二段合成原理，即液氨和

26、气体 CO2在高压冷凝器内进行反响生成甲铵，而甲铵的脱水反响那么在尿素合成塔中进行。实际上，为了维持合成尿素塔的反响温度，局部甲铵的生成留在合成塔中，而不是全部在高压冷凝器中完成。两种方法的比拟水溶液全循环尿素工艺的优、缺点水溶液全循环法是将未反响的氨和二氧化碳,经减压加热分解别离后，用水吸收生成甲铵或碳酸铵水溶液再循环返回合成系统。我国尿素厂多数采用水溶液全循环法。水溶液全循环尿素工艺生产装置的静止高压设备较少，只有尿素合成塔及液氨预热器为高压设备，其它均为中压和低压设备，所以该尿素工艺生产装置的技术改造比拟容易、方便，改造增产潜力较大。氨碳比控制的较高，一般摩尔比为左右，工艺介质对生产装置

27、的腐蚀性较低，由于氨碳比控制的较高，二氧化碳气体中氧含量控制的较低，并且尿素合成塔操作压力为，操作温度为 188190，所以水溶液全循环生产尿素工艺中二氧化碳转化率较高，一般能到达 42%-68%，经过尿素合成塔塔板的改造，有的企业已经到达 68%以上。由于该工艺高压设备较少，高压系统停车保压时间可以到达 24h，所以生产装置的中小检修一般可以在尿素合成塔允许的停车保压时间内完成，减少了高压系统排放的次数，降低了尿素的消耗。由于氨碳比控制的较高，中低压分解系统温度控制适当，尿素产品质量较容易控制，一般可以控制在优级品范围内。水溶液全循环尿素工艺可靠、设备材料要求不高、投资较低。缺点是：水溶液全

28、循环尿素工艺生产装置的工艺流程较长，在操作调节方面不如 CO2气提法生产尿素工艺简单、方便。由于氨碳摩尔比控制得较高，一般稳定在左右，并且未反响生成尿素的氨和二氧化碳气体全部要经过低压、中压循环吸收系统回收后再返回到尿素合成塔，液氨泵和一段甲铵泵的输送量比拟多，所以该工艺中液氨泵和一段甲铵泵的台数较多，动力消耗较多。由于该工艺高压系统的操作压力高达 19.6 MPa，并且一段甲铵液的工艺要求温度高达 90左右，所以一段甲铵泵和液氨泵的运行周期较短、检修维护时间较多、维修费用较高。二氧化碳气体压缩机由于出口压力高达，比 CO2汽提法高，故其运行周期也相对较短、维修工作量较多、维修费用较高。水溶液

29、全循环尿素工艺的另一个缺点就是，目前国内在运行的生产装置大多为年产(1020) 104t/a(经过改造后的生产能力)，也有个别厂家经过双尿素合成塔改造后到达了年产 3010 吨，最近山东化工规划设计院也设计了年产 3040 万吨尿素的水溶液全循环法生产尿素的装置，但从单套装置的设计生产能力来说，相对于 CO2气提法生产尿素工艺的装置还相差较远。 CO2汽提法尿素工艺的优、缺点气提法是利用某一气体在与合成等压的条件下分解甲铵并将分解物返回合成系统的一种方法。气提法是全循环法的开展，具有热量回收完全，氨和二氧化碳处理量较少的优点。此外，在简化流程、热能回收和减少生产费用筹方面也都优于水溶液全循环法

30、是尿素生产开展的一种方向。CO2气提法尿素工艺生产装置的工艺流程较短，在操作调节方面比拟简单、方便。能耗低、生产费用低。该工艺的特点是采用共沸物下的 CO(NH2)2摩尔比为作为操作控制最正确指标进行操作，大局部未反响生成尿素的氨和二氧化碳在高压系统内循环继续反响生成尿素，只有较少局部的氨和二氧化碳需要在低压局部进行回收，液氨泵和甲铵泵的输送量比拟少，所以该装置中液氨泵和甲铵泵的台数较少，动力消耗较少，并且该工艺高压系统的操作压力较低，为，使液氨泵和甲铵泵的运行周期较长，维修费用较少。该工艺能够回收较高品位的甲按反响热，除本系统加热使用外还可剩余少局部富裕低压蒸汽供外系统使用。CO2气提法尿素

31、的另一个优点就是，生产装置的生产能力的范围较宽，运行都很正常稳定。并且荷兰斯塔米卡邦公司最近几年又对该工艺进行了大量研究工作，开发出了单套装置年产 100100t/a 尿素的尿素池式冷凝器技术。与传统高压甲铵冷凝器不同的是，池式冷凝器可提供一定的停留时间，使甲铵生成尿素的反响在此可到达反响平衡的 60%80%，使生产装置产能在原设计能力的根底上翻一番，并且尿素主框架高度降到 40m 以下，使操作更加方便、动力消耗又有所降低。缺点：CO2气提法生产尿素工艺装置的静止高压设备较多，有尿素合成塔、高压二氧化碳气提塔、高压甲铵冷凝器、高压洗涤器四大主要设备，它们是 CO2气提法尿素工艺生产装置的核心，

32、其它均为低压设备，所以该尿素工艺生产装置的技术改造比拟困难，改造增产潜力较小。高压二氧化碳气提塔加热需要的蒸汽品质较高，为，不如水溶液全循环尿素需用的蒸汽压力低。尿素的开展前景与展望尿素的合成是第一次用人工方法从无机物制得有机化合物。1773 年 Rouelle在蒸发人尿时第一次发现尿素；1824 年，Prout 通过分析得出尿素的实验式；1828 年德国化学家 Wohler 在实验室以氰酸和氨制的尿素；1932 年美国杜邦公司用直接合成法制取尿素氨水，在 1935 年开始制造固体尿素，之后又出现了制备尿素的其他方法，包括光气与氨反响、CO2与氨反响、氰胺化钙水解等，由于种种原因，最终都未能实

33、现工业化；唯一成为当代尿素工业化根底的是由氨和二氧化塔合成尿素的反响。1932 年，美国 DU Pont 公司用氨和二氧化碳直接合成尿素并副产氨水；1935 年开始生产固体尿素并将未转化物循环回收，逐步形成全循环法工艺。20 世纪 50 年代世界各国推出多种溶液全循环工艺流程，类型有：热气循环法；悬浮液循环法；气体别离循环法；水溶液全循环法等。其中，仅水溶液全循环法成功获得了工业应用：未反响的氨和二氧化碳以气态形式与尿素水溶液别离后，用水吸收为水溶液，再用泵送回系统。其工艺包括气液别离、液体吸收、气体冷凝几个步骤。当时工业化应用较成功的技术有美国 Chemico 法、Du Pont 法和瑞士的

34、Incenta 法。另外，法国 Pechiney 推出未反响物以不同溶剂选择性吸收循环流程。20 世纪 60 年代，尿素工业开展的特点是：其一，尿素装置趁于单系列大型化，装置能力到达 1000t/a1500t/a；其二，气提法工艺被广泛采用。气提法是针对水溶液全循环法的缺点而开发的一种工艺，其实质是在与合成反响相等压力条件下，利用一种气体通过反响物系同时伴有加热是未反响的氨或二氧化碳被带出。因此，先后出现了二氧化碳气提法由 Stamiearbon 开发，使尿素生产的能耗大为降低 ；氨气提法由意大利 Snam Progetu 开发 ，1966 年建成第一个氨气提法尿素工厂；日本 Toyo Koa

35、tsu 全循环改进 C 法合成压力高达 25MPa，温度为 200，转化率 72%和 D 法；美国的 UTI 热循环法。20 世纪 80 年代之后，二氧化碳气提法和氨气提法得到进一步改进、完善；同时世界上著名的尿素公司还开发了其他的先进工艺：意大利的等压双循环工艺Isobaric Double Recycle，简称 IDR ；日本 TEC/TMC 开发了降低本钱和节能新流程 ACESAdvancde Process for Cost and Energy Saving新工艺；瑞士Amonnia Casale 开发了分级处理合成液的气提法分流工艺等。与原有二氧化碳气提法相比，具有以下特点：一是采

36、用了新型高效的塔盘；二是开发了卧式池式冷凝器取代原立式高压冷凝器；三是降低了尿素主框架的高度；四是增设了二氧化碳脱氢装置，使二氧化碳气中氢气体积分数由约 0.5%降到了 500.05 以下，确保尿素洗涤系统平安运行。1.4 水溶液全循环法流程介绍水溶液全循环法生产工艺流程详见图,流程说明如下:(1)二氧化碳的压缩与净化:原料二氧化碳经一二段压缩到1.128MPa(绝),冷却除油除水后,送往二氧化碳净化工序,经脱硫后,净化气体经三四五段压缩至20.69(绝),约 125送往尿素合成预反响器.(2)氨的输送及尿素的合成:原料液氨经液氨过滤器后,与循环液氨共同进入液氨缓冲器,经液氨泵加压至 20.6

37、9(绝),送往液氨预热器,被蒸汽冷凝液加热至约 70,送往预反响器.原料二氧化碳气体液氨和循环回来的一段甲铵液在预反响器中混合后,送往尿素合成塔的底部,其组成为4.1(摩尔比), 0.65(摩尔比), 32/NHCO22/H O CO在 19.712MPa(绝),188的合成条件下,经过足够的停留时间,约有 64%的的 CO2转化为尿素.反响熔融物自塔顶排出,尿素合成塔的压力由出口压力调节阀控制.(3)循环回收 尿素合成塔的反响熔融物经出口压力调节阀减压至 1.765MPa(绝),进入一段分解塔的顶部,在此分理出闪蒸气体后,溶液自流至中部蒸馏段,与一段分解加热器来的热气体逆流接触,进行换热蒸馏

38、,使液相中的局部甲铵与过剩氨分解气化进入气相,同时气相中的局部水蒸气冷凝尿素溶液自蒸馏段下部进入一段分解加热器,在此约有 88%的甲铵分解,约 155160的气液混合物上升分解塔底局部离为两相,液相自塔底排出,经减压送往二段分解塔,气相自下而上的通过蒸馏段自塔顶排出,送往一段蒸发段进行热能回收.一段分解系统的防腐气体自一段分解加热器的尿液入口管道上补入.一段分解气与二段甲铵液在一段蒸发器的热能回收段混合后,局部冷凝,气液混合物进入一段吸收冷凝器,进一步冷凝后,进入一段吸收塔进行吸收,塔底排出的一段甲铵液,经一段甲铵泵加压后送至尿素合成预反响器,塔顶排出的气体进入氨冷凝器,在此冷凝的氨送往液氨缓

39、冲槽,未冷凝的气体进入惰气洗涤器,被来自二循二冷凝器的氨水吸收,尾气减压送至尾气吸收塔,浓氨水送至吸收塔的顶部. 一段分解塔排出的尿素溶液,减压至0.392MPa(绝),送至二段分解塔的顶部, 与二段分解加热器来的热气体逆流接触,被蒸汽加热到 135140,尿素溶液中残存的甲铵与过剩氨在此根本气化进入气相,气液混合物别离后,溶液减压送至闪蒸槽,气体自顶部排出,与来自解吸系统的解吸气混合后进入二循一冷凝器,在此,被蒸发冷凝液吸收,生成的二段甲铵送往一段蒸发的热能回收段.出二循一冷凝器的气体在二循二冷凝器内继续被蒸发冷凝液吸收,生成的氨水由氨水泵送往惰气洗涤器,尾气去尾气吸收塔.惰气洗涤器尾气与二

40、循二冷凝器尾气混合后进入尾气吸收塔被蒸发冷凝液吸收,溶液送至碳氨储槽,尾气放空.(4)尿素溶液加工:二段分解塔排出的尿素溶液减压至约 0.044MPa(绝)后进入闪蒸槽,在此气液别离,约 74%的尿液送往一段蒸发器,在约 0.033MPa(绝)下,尿素溶液经热能回收段和蒸汽加热段被加热到 130,浓度约 96%.溶液进入二段蒸发器,在约 0.033MPa(绝),140下浓缩得到含水 0.5%的熔融尿素,由熔融尿素泵送往造粒塔.闪蒸气与一段蒸发气均送往一段蒸发冷凝器,未凝气放空.二段蒸发气与进入二段蒸发冷凝器,未凝气进入中间冷凝器,继续冷凝,未凝气放空.(5)工艺冷凝液分配与解吸:碳氨液槽分为一

41、段蒸发冷凝液室二段蒸发冷凝液室和碳氨液室.二段蒸发冷凝液贮存于二段蒸发冷凝液室,由蒸发冷凝液泵送往二循一冷凝器和二循二冷凝器,缺乏局部引入一段蒸发冷凝液.一段蒸发冷凝液与中间冷凝液贮存于一段蒸发冷凝液室,由尾气吸收泵送入尾气吸收塔顶作为吸收液,尾气吸收塔底部得到的碳氨液送至碳氨液室.系统各处的排放液也进入碳氨液室.碳氨液由解吸泵送至解吸换热器,与来自解吸塔底部的解吸废液进行换热后进入解吸塔上部,经蒸馏后,塔顶得到的气体,进入解吸冷凝器,局部冷凝,冷凝液返回解吸塔顶部作为回流液,气相进入二循一冷凝器,解吸废液经换热器回收热量后,排往污水处理装置.附图：工艺流程图41235791214131568

42、1710去冷凝真空系统尿素成品去回收系统 CO2氨基甲酸铵液液氨1116图 3-1 水溶液全循环法合成尿素示意流程图1-预反响器；2-尿素合成塔；3-预别离器；4-中压循环加热器；5-中压循环别离器；6-精馏塔；7-低压循环加热器；8-低压循环别离器；9-闪蒸槽；10-尿素贮槽；11-尿素溶液泵；12-一段蒸发加热器；13-一段蒸发别离器；14-二段蒸发加热器；15-二段蒸发别离器；16-熔融尿素泵； 17-造粒塔经过加压预热的原料液氨与经压缩后的原料二氧化碳气及循环回收来的氨基甲酸铵液一并进入预反响器。在预反响器内氨与二氧化碳反响生成氨基甲酸铵，在进入尿素合成塔，在塔内氨基甲酸铵脱水生成尿素

43、。尿素熔融物从塔顶出来进入预别离器，将氨基甲酸铵和氨进行别离。氨基甲酸铵从预别离器底部出来进入中压循环加热器，用蒸汽加热进一步提高温度，促使剩余氨基甲酸铵分解。气、液在低压循环别离器内别离。别离出来的尿液经减压至常压后，进入闪蒸槽，经减压后尿液中的氨基甲酸铵和氨几乎全部去除。自闪蒸槽出来的尿液进入尿液贮槽，用尿素溶液泵打入中压蒸发加热器及低压蒸发加热器，在不同真空度下加热蒸发，气、液分别在中压蒸发别离器及低压蒸发别离器内别离。低压别离器出口尿液浓度达 99.7%质量以上，用熔融尿素泵打入造粒塔，经造粒喷头撒成尿粒，在塔低得到成品尿素。预别离器、中压循环别离器、低压循环别离器及精馏塔顶部出来的氨

44、和二氧化碳，进入回收系统。回收的氨与二氧化碳以液氨或氨基甲酸铵的形式返回合成系统循环使用。一段蒸发别离器、二段蒸发别离器及闪蒸槽出来的气体，大局部水蒸气和少量的氨去冷凝、真空系统，回收剩余氨后放空。2 工厂设计条件与总平面布置2.1 工厂设计条件2.1.1 原材料及辅助物料的资源条件本设计中主要原料是氨气和二氧化碳，而厂址将选平顶山市附近，邻近平顶煤田,因此原料的来源极为方便。 公用工程概述 厂址选在平顶山市的郊区，有可靠的供电网，输、供电系统，附近有铁路、国道，交通便利，水力设施齐全.2.1.3 劳动力资源条件 厂区地处平顶山市郊区,并且与省会郑州靠近,因此人力资源极其丰富.2.2 总平面布

45、置 总平面布置的根本原那么1 总平面布置首先必须满足生产要求，以最大限度的保证生产作业线的连接、短捷、方便，从原料进厂到成品出厂，整个流程必须符合生产工艺要求，力求做到流程线路畅通、连续、短捷、防止交叉进行 ，是各种物料的输送距离为最小。同时，应将水电汽等公用工程耗量大的车间，尽量集中布置，已形成负荷中心与供给来源靠近，是各种公用系统介质的工程管线减少和输送距离最短，到达节约能源。2 要能够充分结合场地优势、地位、地貌等有利条件，因地制宜，紧凑布置，节约土地，少占良田，少拆房屋，提高土地利用率。3 大多数厂房，特别是主要生产车间的布置，应考虑到日照方位和主导风向，保证自然通风，厂前区和防污染的

46、车间放在上风向，产生粉尘、烟、热等的车间及易燃库布置在下风向。4 各车间之间注意满足防火、卫生等国家平安规定，各种厂房按性质分区集中。对易燃易爆的各类储罐和由危险性的库房油库、危险品库 ，应力求远离火源和人员往来集中地，一般应布置在厂区边缘，主导风向的下风向以及地势较低的地段。5 人流、物流各行其道，路线短捷，防止交叉。6 综合管线统筹安排，防止干扰，力求管线短，拐弯少。7 近期建设和远期开展相结合，主要生产车间留有适当的开展余地，但必须注意与城市建设和地域总体规划相适应，轻化工工厂变化较快，综合利用较广，加工深度较深，大多数工艺流程更新快，这要求在设计实现留有较大的预留地，以满足工厂开展变化

47、的需要。8 为示踪平面图具有建筑艺术性，厂房形状要规那么简单，是道路径直，厂房中心线保持垂直或平行。9 采取各种措施，提高建筑系数和场地利用稀疏。建筑系数一般为25%40%，场地利用系数一般为 50%60%，这是总平面设计的主要技术经济指标。总平面布置概述1各车间布置:以控制室为核心,便于操作.2 生产区布置：该尿素生产车间采用露天式生产模式，各工段按流程的顺序建设，本设计中呈 U 型。3 辅助车间布置：以生产车间为中心，根据总平面布置原那么，综合各种因素对各个辅助车间布置如下： a 维修车间：远离厂区前，降低噪音污染，在主力生产车间附近，便于设备维修。b 锅炉房：布置在用蒸汽较多的地方，且是

48、主导风向的下风向。c 变配电站：靠近电力负荷中心，缩短了电线路线，减少了投资，且在水处理车间的上风向，煤堆场的平行风向。d 水处理车间：靠近负荷中心，处理每日生产车间所需的工业用水，并提供局部生活用水。3 运输设备布置：车库油库均布置在主干道边缘，道路设计为主力干道，宽 10 米，行道每边各 1 米，车间引道 6 米，这样有利于消防和道路的改造。4 堆场和仓库：布置在主导风向的下风向，置于厂区边缘，靠近主生产车间，且位于主力干道边缘。这样有利于原料或产品的进厂和出厂，且有利于火灾发生时，消防车的顺利到达出事地点。5 行政管理机构和福利区：办公楼位于厂前区且位于主导风向的上风向。6 绿化和美化区

49、：本厂的绿化包括生产区福利区的绿化带。既有专门的绿化区，也有环绕厂房及其他建筑物的绿化带。绿化带以草坪为主，路旁加种树木。这样，可使场区空气得以净化，噪音减小，美化和改善了环境的卫生条件，使本厂的小环境小气候得以明显改善。注：为了不阻碍管道的布置及消防的要求，各生产工段的周围不设绿化带。综上所述，平面布置有以下几个特点：1 厂房建筑物的布置与生产工艺流程相适应。原料半成品和成品形成整个顺序，尽量保证流水作业，防止逆行和交叉；2 锅炉房水泵房配电站等辅助车间尽量靠近其主要部门，以缩短期间距离，节省投资；3 由前区到生产区主要干道，应防止与主要运输道路交叉；4 尽量使大多数厂房向阳背风防止瓦斯等，

50、尽可能使各厂区有条件采用自然采光和自然通风等；5 按防火标准的要求，保证建筑物之间的距离，符合规定；6 根据卫生标准的要求，保证厂区内卫生符合规定；7 根据环境开展的要求，生产区设在有废渣处理系统废水处理系统废气处理系统等设施 ；8 考虑工厂今后的开展，在控制室附近留有建筑余地,便于增设车间；9 尽量做到以生产区为轴线，再考虑辅助车间行政楼和道路的安排。3化工工艺设计3.1 设计根底数据设计条件：(1)界区条件：设计年生产量 10 万吨尿素合成工艺(2) 原料液氨：纯度99.5%(重量%) 温度30 含油量10ppm 数量：压力：(绝)(3)原料二氧化碳气体：纯度95.7%(体积，干基加防腐空

51、气后) 压力：(绝) 含氧 0.50.6%(体积，干基) 温度： 3540 硫化物：3气体(气体状态 数量：，0) 3 (进尿素合成塔，气体状态，0.101Mpa,0)(4)蒸汽： 质量：含氯离子0.5ppm 温度： 191 压力：(绝) 数量： (6) 冷却水： 品质：氯离子(加缓冲剂后) 压力：进界区 0.588Mpa(绝) 出界区 0.294Mpa(绝) 污垢系数：10-4温度 进界区32，冬季不得低于 20 出界区038 稳定性： 70以下 腐蚀性：70以下对碳钢不锈钢无腐蚀 数量 ： 1060 t/h (7) 脱盐水： 质量：氯离子510-3g/l 出界区：(绝)稳定性：90以下 温

52、度：进界区，常温，出界区，-80 压力：进界区(绝) 数量：13t/h(8) 仪表空气： 质量：无油，无水，无尘，无杂质 露点：在最低压力下至少比环境温度低 10 压力：Mpa(绝) 温度：环境温度 数量:245m3/h(气体状态，0) 产量及产品质量(1) 产量： 设计产量，日产尿素 333 吨(2)产品质量： 符合 GB244091 国家农用尿素标准(3) 消耗定额： 以吨尿素为准，液氨：吨，二氧化碳：吨，冷却水：180 吨主要工艺控制指标 二氧化碳压缩机 操作压力 ： 操作温度： 一段入口：0.1052 Mpa(绝) 一段入口：35 五段出口：20.595 Mpa(绝) 五段出口：125

53、 二氧化碳净化 净化后二氧化碳气体含硫量3(气体状态， ，0) 操作压力： Mpa(绝) 操作温度：40 尿素合成塔 操作压力: 19.712 Mpa(绝) 操作温度:顶部，188；底部，184 入塔物料：NH3/C02(摩尔比)4.1 H2O/C02(摩尔比) 二氧化碳转化率64%一段分解 操作压力1.765 Mpa(绝) 操作温度 155160一段吸收 操作压力1.765 Mpa(绝) 操作温度：塔顶50；塔底 9095 一段甲铵液组成：NH3/C02(摩尔比) 3.121 H2O/C02(摩尔比)1.9 出塔气相 C02量100ppm 惰气洗涤器操作温度：45，尾气含氧5%(体积%) 二

54、段分解 操作压力：0.2450.343 Mpa(绝) 操作温度140 二段吸收 操作压力：0.2450.343 Mpa(绝) 操作温度40闪蒸槽 操作压力：0.044 Mpa(绝) 操作温度 95100 一段蒸发 操作压力：0.0270.033 Mpa(绝) 操作温度130 出口尿液浓度 9596%二段蒸发 操作压力： 0.0033 Mpa(绝) 操作温度140 出口尿液浓度99.5% 解吸操作压力：0.350.392 Mpa(绝) 操作温度：塔底液相143 解吸废液含氧量 0.07%(重量) 物料平衡计算设计条件确实定计算基准:以一吨尿素为基准.成品规格:含氮量 46%(折合尿素 98.5%

55、)(其中未含缩二脲含氮量) 缩二脲 1.0% 水 0.5%每吨原料消耗定额为：NH3：580kg C02:785kg每吨尿素成品损耗氨的量 kg总损耗量：580-985217/60-10317/103= kg每吨尿素成品损耗二氧化碳的量：总损耗量：785-98544/60-10244/103=54.123 kg每吨成品尿素的损耗及其分配：以造粒粉尘形式损失：1.5kg 一段甲铵泵泄露：0.009kg 成品包装储运损失:1.0kg 解析废液损失： kg 共计：水解消耗的尿素量及其分配： 一段蒸发系统：4.5 kg 二段蒸发系统：1.5 kg 共计：6.0 kg循环尿素量：一段蒸发气体夹带尿素：4

56、.779 kg 二段蒸发气体夹带尿素：3.421 kg 循环尿素量：-0.009=4.598 kg kg缩二脲生成量及其分配： 二段分解系统生成：kg 一段蒸发系统生成：1.0 kg 一段蒸发系统生成：熔融尿素输送生成：1.0 kg 共计：10.0 kg二氧化碳压缩系统：条件 组成：C02：95.7% N2：3.8% 02 ：0.5% 气体含硫量忽略不计 参数：P=0.1053Mpa t=35 C计算(1) 进入二氧化碳压缩系统的干二氧化碳气体量 C02：785kg 或 kmol N2：0kmol 或 kg 02 ：0.5=kmol 或 kg 干二氧化碳气体量：785+=kg 或 17.840

57、9+0=kmol(2) 二氧化碳气体带入水量H2O: kmol 或 kg(3)二氧化碳气体在压缩系统的损失量(干基) C02：或 1.0925kmol N2：或 1.215kg 02 ：或 3kg(4)压缩后的二氧化碳气体量(干基) C02：或 N2：kg 或 kmol02 ：2.854kg 或 5kmol 计：kg 或 kmol(5)压缩后二氧化碳气体含水量：40时，水蒸汽压力故气相含水量：17.4669()kmo 或 kg(6)二氧化碳压缩机各段排出水量 H2o:kg 或尿素合成塔条件：(1)尿素合成塔原始物料组成：NH3/C02(摩尔比)=4.1 H2O/C02=0.7 (摩尔比) (2

58、)操作条件： 压力 p=19.712Mpa 温度 t=188(3)C02转换率：64%(4)由一段吸收系统返回尿素合成塔的 氨基甲酸铵溶液中的 NH3/C02(摩尔比)，含循环尿素计算：(1)生成尿素的计算: 每吨成品尿素含尿素：985kg 损失尿素：6.102kg 水解尿素 kg 生成缩二脲消耗尿素：102 尿素合成塔应生成尿素量：尿素：9 或消耗氨：2或消耗二氧化碳：/60或生成水：或(2)入塔原料二氧化碳气体 由二氧化碳压缩系统物料平衡可知： C02：或 16.7484kmol N2 ：5kmol 或 kg 02 ： 5kmol 或 2.671kg H2O：kg 或 2kmol(3)入塔

59、一段甲铵溶液 C02：44/(60)或 9.5212kmol H2O：18/(60)6kg 或 kmol NH3：或尿素：或 kmol(4)入塔液氨 NH3：17/(60)或 原料氨消耗定额：580kg 液氨泵泄露氨： 故入塔原料液氨：580-29.294=55 或 32.3945kmol循环液氨：1325.826-550.706=77 或 kmol(5)出塔气液混合物 尿素：或C02：11kg 或 kmol H2O：16kg 或 kmol NH3：kg 或 kmol NH3：2.671kg 或 5kmol N2：kg 或 35kmol 一段分解系统 条件(1)一段分解条件：压力

60、：Mpa；温度：155160，取 158 (2)一段分解效率：甲铵分解率：87.66%；总氨蒸出率：88.67% (3)一段分解气含水量：6.26% (4)参加防腐空气3(标)计算(1)参加防腐空气 空气的摩尔标准体积按 L 计，含氧量取 20.81%，其余按氨计，空气含水量忽略不计。 ：2kmol 或 kg N2：2()kmol 或 kg(2)一段分解气：C02：kg 或 kmol NH3：kg 或 kmol 02：2.kg 或 1kmol N2：kg 或 053kmolH2O:(364.762+1116.678+)()或(3)一段分解系统出口尿液尿素：或 C02：或 NH3：或 H2O：或