【尿素生产中的热量衡算2400字】

尿素生产中的热量衡算1.1合成塔1.1.1计算依据（计算以25℃为基准）CO2(包括惰性气)进口的压力大小为21.7MPa(绝压)，温度125℃甲铵溶液进口压力大小为21.7MPa(绝压)，温度100℃尿素反应物出口压力大小为21.78MPa(绝压)，温度190℃按物料平衡各进出口物料组分列表如下：收入项目质量（kg）物质的量（kmol）支出项目质量（kg）物质的量（kmol）原料CO2气其中：CO2O2N2H2O原料液态氨循环液态氨甲铵溶液其中:NH3CO2H2O尿素总计741.4735.072.95.230.234567.31766.441285.50521.84435.63321.532.553431.621716.20.10.20.0233.445.0358.130.91017.310.06153.56反应后混合物其中：尿素氨基甲酸铵CO2NH3NH3H2OO2N2总计3351.61010.1769.08433.87335.3951.5613.03.95.23353.6136.816.79.99.920.01343.120.0910.19137.821.1.2计算ΔH1—CO2气体降温降压吸热22.58MPa（绝压）125℃时，i=166kcal/kg0.1MPa（绝压）25℃时，i=174kcal/kgΔH1=735.1×（166-174）=-735.1×8=-5880kcalΔH2—当量NH3降温降压及气化吸热由NH3I-logP图查：0.1MPa（绝压）25℃时，i=423kcal/kg21.7MPa（绝压）t℃时，i=Ikcal/kgΔH2=567.3（I-423）=567.3-240455kcal尿素合成反应热平衡在一个标准大气压下，25℃固体甲铵生成热为：ΔH=38061kcal/kmolΔH3=16.2×39060=636083kcalΔH4—固体甲铵升温吸热升温时热焓增值为5261.23kcal/kmolΔH4=-16.72×5360=-88000kcalΔH5—固体甲铵融熔热量甲铵在150℃时融熔热量为：ΔH=4849.53kcal/kmolΔH5=-16.2×4849.53=-81144kcalΔH6—循环甲铵液升温吸热物料衡算中甲铵液的组成为：NH3523.77kgCO(NH2)2779kg61.2%CO2437.6kg氨水497.54kg48.40%H2O312.6kg其中NH3185.89kg含氨38.4%CO(NH2)22.53kgH2O310.789kg总计1277.6kg总计1277.6kg100%取固体甲铵比热Cp=37.3kcal/(kmol·℃)取38.4%氨水比热1.26kcal/(kg·℃)=0.7×+0.4×1.2=0.8kcal/(kg·℃)ΔH6=-1276.5×0.76×(150-100)=-47905kcal尿素在150℃时的生成热为5230.11kcal/kmolΔH7=-(16.9-0.04)×5220=-16.8×5230.11=-87744kcal1.2预分离器预分离器物料平衡表序号收入项目kcal%序号支出项目kcal%12甲铵生成热过量氨混合热6351836224991.309.71234567891011CO2气降温降压当量氨降温降压固体甲铵升温固体甲铵融熔吸热循环甲铵液升温甲铵转化尿素吸热反应融熔物升温循环氨升温（ΔH11+ΔH13）循环氨气化惰性气升温热损失5890153743879958114447795877441089501113910130.45130610.832111.611.606.8512.5615.541600.012.01总计697832100总计6974221001.2.1计算依据（计算以25℃为基准）出口物料液相：1.8MPa（绝压），t℃CO(NH2)21010.1kgCO(NH2)21010.01kg40%CO2368.86kg或CO2(NH3)2653.7kg25%NH3608.4kg氨水900.8kg36%H2O576.36kg其中NH3323.5kg含氨36.6%H2O576.8kg总计2565.6kg总计2565.6kg100%气相：1.764MPa（绝压），115℃CO265.1kg1.43kmol3.4%（气）0.1MPaNH3678.4kg40kmol91.3%（气）1.41MPaH2O37.72kg2.5kmol1.7%（气）0.09MPa惰性气8.1kg0.3kmol0.5%（气）0.01MPa_____________________________________________________________总计789kg43.7kmol100%1.8MPa1.2.2计算进口的液相带入热量Cp=0.9kcal/(kg·℃)Q1=3345×0.9×(190-25)=448760kcal进口气相带入热量据空气T-S图查得：空气在21.7MPa，190℃i=85kcal/kg0.1MPa，25℃i=45.12kcal/kgQ2=8.1×(85-45.12)=317.34kcal出口液相带出热量已知：甲铵比热37.3kcal/(kmol·℃)尿素比热0.486kcal/(kg·℃)36.9%氨水比热1.1kcal/(kg·℃)=×0.26＋0.48×0.4＋1.1×0.34=0.7kcal/(kg·℃)Q3=2565×0.7×(t-25)=1777t-44525排出气相带出热设出口气相温度为118℃，CO2带出显热查CO2T-S图得：0.06MPa，118℃i=194kcal/kg0.1MPa,25℃i=174kcal/kgQCO2=65.1×(195-175)=1302kcalNH3带出显热查NH3I-logP图得：1.6MPa119℃i=462kcal/kg0.1MPa25℃i=422kcal/kgQNH3=679.3×(463-423)=27142kcal据H2OI-S图查得：0.84MPa，118℃i=649kcal/kg0.1MPa,25℃i=25kcal/kgQH2O=36.8×(649-25)=23013kcal据空气T-S图查得：0.01MPa，118℃i=68.5kcal/kg0.1MPa,25℃i=46.5kcal/kgQ空气=8.02×(67.5-45.5)=176kcalQ4=QCO2＋QNH3＋QH2O＋Q空气=1301＋27133＋22945＋178=51525kcal甲铵分解量在0.1MPa（绝压），25℃时甲铵生成热=38070kcal/kmol甲铵融熔热=4849kcal/kmol先求取1.8MPa（绝压），120℃时甲铵分解热NH4OH由118℃降温到42℃的放出的热量：取61.7%氨水比热为1.23kcal/(kg·℃)QA=1561.48×1.2×(118-41)=144659kcalNH4OH在41℃时分解吸收热量最后的状态：60.7%氨水混合热量为98kcal/kgNH3最后的状态：35.9%氨水混合热量为160kcal/kgNH3QB=953.5×95-321.6×160=-38955kcalNH3汽化热NH3在1.7MPa时汽化时的热量为263kcal/kg分解NH3量为951.50-323.6=629kgQC=629×(-263）=-164537kcalD．升温吸热NH3汽化升温吸热qNH3：1.7MPa，41℃i=409kcal/kg1.7MPa，118℃i=465kcal/kgqNH3=623×(409-464)=-33895kcal氨水升温吸热q氨水：取36.0%氨水比热为1.2kcal/(kg·℃)氨水量为900.8kgq氨水=900.8×1.11×(41-120)=-77089kcalQD=qNH3+q氨水=-(76970+33285)=-110245kcalQ6=QA+QB+QC+QD=144659-38956-164546-110353=-169224kcal热量损失取热量损失约进入热负荷的1.2%Q7=5085kcal预分离器出口液相温度t℃的求取因=0故44867317=1776t-44426+51454+47381+169214+5065则t==121.0℃出口液相带出热量Q3Q3=1779(t-46)=1779×(125-46)=1759986kcal1.3一段分解系统1.3.1计算依据进出口物料组成及工艺条件进口反应融熔物（1.78MPa,124℃）CO(NH2)21010.1kgCO(NH2)21010.1kg40.3%CO2368.8kgCO2(NH3)2653.7kg26.4%NH3609.53kg氨水900.76kg36.3%H2O578.25kg其中NH3322.52kg36.9%出口物料液相1.8MPa，160℃CO(NH2)21010.1kg，CO(NH2)21010.1kg61.4%CO252.1kg或CO2(NH3)292.2kg5.6%NH3135.3kg氨水543.4kg33.1%H2O450.2kg其中NH395.2kg含氨17.2%H2O450.2kg总计1646.6kg总计1646.67kg100%气相1.8MPa，160℃CO2317.7kg7.1kmol17.1%（气）0.3MPaNH3473.2kg27.9kmol63%（气）1.2MPaH2O129.1kg7.2kmol17%（气）0.3MPa__________________________________________________________总计919kg47.2kmol100%1.8MPa1.3.2计算反应融熔物带入热量Q1=176023kcal反应融熔物带出热量反应融熔物比热的计算：取17.5%氨水比热1.1kcal/(kg·℃)尿素比热0.5kcal/(kg·℃)甲铵比热36.3kcal/(kmol·℃)=×0.05+0.5×0.6+1.1×0.3=0.69kcal/(kg·℃)Q2=1646.6×0.7×(160-25)=151385kcal据CO2T-S图查：0.3MPa，160℃i=203kcal/kg0.1MPa，25℃i=174kcal/kgQ3=317.17×(203-174)=9174kcal据NH3I-logP图查得：1.2MPa，160℃i=487kcal/kg0.1MPa，25℃i=422kcal/kgQ4=472×(487-422)=30756kcal据H2OI-S图查得：0.3MPa，160℃i=664kcal/kg0.1MPa，25℃i=25kcal/kgQ5=129.1×(665-26)=82369kcal气相带出热量总和为：Q3+Q4+Q3=9184+30855+82569=123408kcal甲铵分解吸热甲铵分解量653.7-92.2=561.5kg或7.2kmol甲铵分解热32011kcal/kmolQ6=7.2×32011=230417kcalNH4OH分解热，先降温再分解，然后气化，最后升温A.36%氨水降温放热取36%氨水比热为1.1kcal/(kg·℃)QA=901.87×1.1×（160-30）=128820kcalB.NH4OH分解热（吸热）最初状态氨水浓度为36%NH3，混合热为160kcal/kgNH3最终状态氨水浓度为18%NH3，混合热为196kcal/kgNH3分解热QB=95.2×195-323.5×160=18544-51458=-328894kcalC.氨汽化热1.2MPa30℃NH3汽化热为21.6kcal/kg分解氨量为323-95=227kgQC=228.34×（-272.6）=62489kcalD.升温吸热氨气1.2MPa，30℃i=408.4kcal/kg1.2MPa，160℃i=489kcal/kgQNH3=228.4×（408.4-489）=-18404kcal17.5%氨水，取其比热为1.1kcal/(kg·℃)Q氨水=531.4×1.1×（30-160）=-77700kcalQD=QNH3+Q氨水=-77700-18407=-96106kcalQ7=QA+QB+QC+QD=128910-32894-62579-96107=-62656kcal热损失取进入热负荷~1.1%Q8=1889kcal设所需加热蒸汽热量为QQ1+Q=Q2+Q3+Q4+Q5+Q6+Q7+Q817623+Q=151385+122508+230507+62758+1889Q=392724kcal1.4二段分解系统1.1.1计算依据（计算以25℃为基准）进二段分解塔尿素溶液温度t=160℃，压力P=0.4MPa（绝压）出二段分解塔尿素溶液温度t=150℃出二段分解塔气体温度t=120℃第二段分解气各组分的压力：CO2：0.4×=0.4MPaNH3：0.4×=2.7MPaH2O：0.4×=0.1Pa第二段分解塔溶液的组成CO27.91kg0.2kmol甲铵13.1kgNH311.4kg0.7kmol或氨水401.1kgH2O398.6kg21.12kmol其中NH35.7kg尿素1001.kg16.5kmolH2O399.0kg尿素1001.1kg缩二脲6.00.06kmol缩二脲6.0kg_____________________________________________________________________总计1421.1kg总计1426.1kg1.1.2计算（1）溶液带入热量Q1=151345kcal加热蒸汽供给热量Q2（2）尿液带出的热量因为尿素溶液中含CO2、NH3、缩二脲含量较少，所以在计算中不考虑，则尿液浓度为：H2O397.44kg27.4%尿素1003.05kg72.6%_______________________________合计1400.4100%查图的71%尿液Cp=0.69kcal/(kg·℃)Q3=1431.03×0.8×（150-25）=121238kcal分解气体带出热量CO20.04MPa,120℃i=194kcal/kg0.1MPa,25℃i=174kcal/kgQCO2=41.23×（194-174）=885kcalNH30.1MPa,120℃i=471kcal/kg0.01MPa,25℃i=423kal/kgQNH3=125.44×（471-423）=6073kcalH2O0.01MPa,120℃i=643kcal/kg0.01MPa,25℃i=25kcal/kgQH2