年产20万吨尿素生产工艺设计.docx

尿素是一种重要化学肥料和工业原料，自从1922年尿素开始工业化生产以来，许多国家都致力于尿素生产的研究，在合成机理、热力学性质和工艺流程等各方面都有创新和突破。尿素生产工艺是比较典型化工生产工艺之一。尿素生产工艺主要有水溶液全循环法，二氧化碳气提法，氨气气提法。本文介绍尿素生产工艺的基本概况，水溶液全循环法尿素生产工艺流程及特点，从尿素生产的热力学参数入手，对尿素的生产流程进行研究设计，以帮助指导尿素工业生产。论文主要内容有：（1）阐述对尿素生成研究概况，分析现存工艺流程的优缺点，建立合适的工艺流程；（2）根据选择的工艺流程，以尿素生产和消耗为目标，进行了物料衡算和热量衡算。同时对生产系统关键性设备进行设计和选型；（3）根据设计数据，运用AUtoCAD绘制工艺流程图和主要设备装置图。关键词:尿素生产；水溶液全循环；热量衡算；物料衡算；设备选型Ureaproductionprocessdesignof200,OOOtperyearAbstractUreaisakindofimportantchemicalfertilizersandindustrialrawmaterial,ureatoindustrializedproductionsince1922,manycountriesarecommittedtotheresearchofureaproduction,thesynthesismechanism,thermodynamicpropertiesandtechnologicalprocessinmanyaspectssuchasinnovationandbreakthrough.Ureaproductiontechnologyisoneofthetypicalchemicalproductionprocess.Ureaproductiontechnologymainlywithaqueoussolutiontotalcirculationmethod,carbondioxidegas,ammoniagas.Thispaperintroducesthebasicsituationoftheureaproductionprocess,theaqueoussolutiontotalcyclemethodoftheureaproductionprocessandcharacteristics,fromthethermodynamicsparametersofureaproduction,theproductionprocessofureatostudydesign,tohelpguidetheureaproduction.Papermaincontentsare:(1)inthispaper;thegeneralresearchsituationofurea,analysistheadvantagesanddisadvantagesoftheexistingtechnologicalprocess,establishpropertechnologicalprocess;(2)accordingtotheselectionprocess,withureaproductionandconsumptionasthegoal,thematerialbalanceandheatbalance.Fortheproductionsystemkeyequipmentdesignandselection;(3)accordingtothedesigndata,theuseofAutoCADdrawingprocessflowdiagramandmainequipmentinstallationdrawing.Keywords:ureaproduction;circulationoftheaqueoussolution;heatbalance;materialbalance;equipmentselection摘要IAbstractI第1章绪论61.1 尿素的物化性质及用途61.1.1 尿素物理性质61.1.2 尿素化学性质61.1.3 尿素用途61.2 尿素发展的简述713国内外尿素技术市场的简况71.4 尿素生产方法简介81.4.1 水溶液全循环法81.4.2 二氧化碳气提法101.5 本课题意义和内容.1.5.1 课题意义101.5.2 课题内容10第2章水溶液全循环法工艺流程112.1 尿素的合成112.2 尿素的工艺流程112.2.1 水溶液全循环法合成尿素工艺流程简图112.2.2 工艺流程122.3 主要的工艺条件132.4 生产组织制度152.5 本章小结15第3章物料衡算163.1 物料衡算计算条件确定163.2 水溶液全循环法流程物料衡算193.2.1 压缩系统物料衡算19322合成系统物料衡算20323一段分解系统物料衡算223.2,4二段分解系统物料衡算.253.2.5 一段蒸发系统物料衡算273.2.6 二段蒸发系统物料衡算303.2.7 吸收一解吸系统物料衡算323.2.8 二段吸收系统物料衡算343.2.9 一段吸收系统物料衡算373.3 本章小结38第4章热量衡算404.1 合成塔热量衡算404.1.1 合成塔工艺条件404.1.2 合成塔热量计算方404.1.3 合成塔热量计算424.1.4 合成塔热量平衡表444.2 预分离器热量衡算444.2.1 预分离器工艺条件444.2.2 预分离器热量计算464.2.3 预分离器热量平衡表484.3 一段分解塔热量衡算494.3.1 一段分解塔工艺条件494.3.2 一段分解塔热量计算494.3.3 一段分解塔热平衡表514.4 一段吸收塔热量衡算524.4.1 一段吸收塔工艺条件524.4.2 一段吸收塔热量计算534.4.3 一段吸收塔热量平衡表554.5 一段蒸发器热量衡算564.5.1 一段蒸发器工艺条件564.5.2 一段蒸发器热量计算57453一段蒸发器热量平衡表594.6 一段蒸发表面冷凝器热量衡算594.6.1 一段蒸发表面冷凝器的工艺条件594.6.2 一段蒸发表面冷凝器的热量计算594.6.3 一段蒸发表面冷凝器热量平衡表604.7 尾气吸收塔热量衡算614.7.1 尾气吸收塔工艺条件614.7.2 尾气吸收塔热量计算614.7.3 气吸收塔热量平衡表624.8 解吸塔热量衡算624.8.1 解吸塔工艺条件624.8.2 解吸塔热量计算634.8.3 解吸塔热量平衡表644.9 本章小结64第5章主要工艺设备计算665.1 一段分解塔分离器工艺尺寸设计665.1.1 一段分解塔分离器的工艺条件665.1.2 一段分解塔分离器的工艺尺寸计算665.2 一段吸收塔工艺尺寸设计675.2.1 一段吸收塔的工艺条件67522一段吸收塔的工艺尺寸计算685.3 氨冷凝器工艺尺寸设计765.3.1 氨冷凝器工艺条件765.3.2 氨冷凝器工艺尺寸计算775.4 本章小结81结论82致谢83参考文献84第1章绪论1.1 尿素物理化学性质和用途1.1.1 尿素物理性质化学式：CO(NH2)2,分子质量60.06,CO(NH2)2无色或白色针状或棒状结晶体，工业或农业品为白色略带微红色固体颗粒，无臭无味。含氮量约为46.67%。密度1.335gCm3。熔点132.7C。溶于水、醇，不溶于乙醛、氯仿。呈弱碱性。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。1.1.2 尿素化学性质尿素呈微碱性，与酸作用生成盐。尿素不能使一般指示剂变色。在酸性或中性溶液中尿素具有水解作用，而在60C以下，尿素不发生水解作用。随着温度的升高，水解速度会加快，水解程度也会增大。尿素高温下可进行缩合反应，生成缩二腺、缩三胭和三聚氟酸。在氨水等碱性催化剂作用下能和甲醛反应，缩聚成胭醛树脂。1.13尿素的用途尿素的主要用途：作为化肥、作为饲料或作为其它工业用。1.1.3.1 作化肥用尿素是种高浓度氮肥，属中性速效肥料，同样可用来生产多种复合肥料。在土壤中不会残留任何有害物质，没有不良影响，但温度过高会产生少量的缩二胭，又称双缩胭，对作物有一定抑制作用。尿素还是有机态氮肥，在土壤中有胭酶作用，水解成碳酸镂或碳酸氢镂之后，才能被作物吸收并利用。所以，尿素在作物的需肥期前一个星期施用。尿素属中性速效肥料r长期施用也不会使土壤发生板结。分解并释放出的CO2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、钾和镁的有效性，且施入土壤后无残存废物。1.1.3.2 作饲料用尿素中氮虽不是蛋白质形态的，但和碳水化合物一起经过在胃液的作用下，可以造成蛋白质而形态氮，因此可作为反雏动物的饲料。1.1.3.3 其它工业用据统计，全世界尿素作为工业原料在总产量中占很大比重。主要有胭醛树脂、塑料、油漆、和胶黏剂等，尿素缩合物三聚鼠胺是种较好的涂料飞尿素还可用作巴比妥、洁齿剂和利尿剂等药物原料。此外，尿素可用作石油精制剂、纤维软化剂、炸药稳定剂等。1.2尿素发展简述1773年，ROUelIe首先在尿液中发现了尿素。1828年，WOehIei将氨和鼠酸合成为尿素，开辟了以无机物合成有机物的先河。20世纪30年代，世界上首先以一次通过法实现尿素的工业化生产。40年代中，改进为部分循环法工艺；50年代末，实现水溶液全循环法工艺的工业化生产。之后，陆续出现各种水溶液全循环法工艺。60年代期间，建立起日产100o吨以上的单系列大型化装置。1967年，荷兰SnamPrOgetti工程公司率先开发成功高压等压气提工艺，以Co2气作为气提剂在日产220吨装置上实现了工业化上产。随之意大利SnamProgetti工程公司开发成功氨气提工艺，日产300吨装置投入生产，Co2气提法工艺在1968年、氨气提工艺在1971年分别建成100O吨/天以上单系列大型化装置。80年代初，为了进一步降低能耗，又推出了多种节能型高压气提工艺，如改良CO2气提工艺，改良氨自身气提工艺，意大利Montedison公司开发的EDR(IsobaricDoubleReCyCle)工艺，日本TOyOEngineeringCorp.MitsuiToatsuChemicalsInC.联合开发的ACES(AdvancedProcessforCostandEnergySaVing)工艺等。以尿素生产工艺的发展历史而言，实现全循环是一次工艺技术的飞跃；它割掉了尾气氨加工制造其他氮肥的硕大尾巴；而实现高压合成圈等压气提回收则是尿素工艺技术的又一次飞跃，在高压圈内回收了大量的未反应物，从而大幅度减轻下游分解及回收的负荷，而且回收了用于分离未反应物所耗的热量，用来副产低压蒸汽以用于下游工序，至于节能型尿素工艺的问世，只能视为尿素气提工艺经过十几年实践经验的积累，作出了较为重大的合理化改造，使氨基甲酸镂生成热更合理的回收利用，较大幅度地降低能耗，工艺技术更趋成熟，装置运转稳定可靠。13国内外尿素技术市场简况目前在世界尿素工业界认为较先进的是三大尿素专利公司的技术，它们是Snamprogetti公司的氨自身气提工艺、TECMTC公司的ACES工艺、Stamicaibon公司的气提工艺。到目前为止，全世界已建成及在建的尿素装置总数达450套,总生产能力为301800吨/天。其中采用三大尿素专利公司的工艺技术建造的有348套，总生产能力占世界总能力的90%,采用最多的StarliiCarbOn公司工艺，有196套，总生产能力占全世界的44.4%;其次为Snampiogetti公司工艺，有68套，总生产能力占25.6%;再次之是TECMTC公司的ACES工艺，有84套，总生产能力占20.1%。我国已建及在建的尿素生产装置共Ho套，总生产能力为58680吨/天，占世界总生产能力的20%。国内尿素装置采用的工艺技术除我国自行研发的水溶液全循环法外，世界上的主要工艺也均引进。我国自20世纪70年代开始引进Co2气提法工艺的大型装置，目前共有15套大型装置（全套引进或合作设计、采购），6套中型装置以及2套小型装置（均为国内自行设计、自行制造设备）。在110套装置中30套大、中型装置采用国外工艺，总生产能力为39880吨/天，占全国总生产能力68%341o1.4 尿素的生产方法简介按未反应物的循环利用程度，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。依照分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。1.4.1 水溶液全循环法20世纪60年代以来，全循环法在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分离后。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基本过程：二氧化碳的压缩；氨输送和尿素合成；循环回收；尿素溶液的加工。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较容易、方便，改造增产潜力较大。氨碳比控制的较高，一般摩尔比为4.0左右，工艺介质对生产装置的腐蚀性较低，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19.6MPa,操作温度为188T90C,所以水溶液全循环生产尿素工艺中二氧化碳转化率较高，一般能达到42%-68%,经过尿素合成塔塔板的改造，有的企业已经达到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达到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。但也存在不足：水溶液全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C02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4.0左右，并且未反应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，液氨泵和一段甲钱泵的输送量比较多，所以该工艺中液氨泵和一段甲镂泵的台数较多，动力消耗较多。由于该工艺高压系统的操作压力高达19.6MPa,并且一段甲镂液的工艺要求温度高达90C左右，所以一段甲镂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20.0MPa,比CO2汽提法高5.0MPa,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（10-20）xl*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达到了年产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H5】。1.4.2 二氧化碳气提法二氧化碳气提法就是把合成塔排出的合成反应液，在合成压力和较高温度下在“汽提塔”内与气提气（氨、二氧化碳或惰性气体）逆流相遇，将氨和二氧化碳从尿液中分解出来，然后将气体导入一个“高压甲镇冷凝器”内，与新鲜氨化合并冷凝为甲镂液，放出的热量用于副产蒸汽。二氧化碳气提法尿素生产主要包括四个基本过程：原料液氨和CO2的压缩；尿素合成及Co2气提；循环回收；尿素溶液的加工。CO2气提法尿素工艺生产装置的工艺流程较短,在操作调节方面比较简单、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2.89作为操作控制最佳指标进行操作，大部分未反应生成尿素的氨和二氧化碳在高压系统内循环继续反应生成尿素，只有较少部分的氨和二氧化碳需要在低压部分进行回收，液氨泵和甲钱泵的输送量比较少，所以该装置中液氨泵和甲镂泵的台数较少，动力消耗较少，并且该工艺高压系统的操作压力较低，为13.5145MPa,使液氨泵和甲钱泵的运行周期较长，维修费用较少。该工艺能够回收较高品位的甲按反应热，除本系统加热使用外还可剩余少部分富裕低压蒸汽供外系统使用。CO2气提法尿素的另一个优点就是，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H）OXK）Ot/a尿素的尿素池式冷凝器技术。与传统高压甲镂冷凝器不同的是，池式冷凝器可提供一定的停留时间，使甲钱生成尿素的反应在此可达到反应平衡的60%80%,使生产装置产能在原设计能力的基础上翻一番，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。CO2气提法也存在缺点：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、高压甲镂冷凝器、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，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较困难，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2.5MPa,不如水溶液全循环尿素需用的蒸汽压力低。CO2气提工艺还暴露出一些不足，主要是尾气的易燃爆，设备腐蚀严重、操作条件苛刻、操作弹性较差叫1.5 本课题的意义和内容1.5.1 课题的意义传统的水溶液全循环工艺是20世纪40、50年代最早实现全循环的尿素生产流程，目前我国采用水溶液全循环法的中型尿素厂有30多套，小型厂120套，但是年产3040万吨的大型尿素厂很少。本课题在总结国内外先进尿素工艺技术的基础上，建立年产40万吨水溶液全循环尿素生产模型，进行研究设计，从而实现大型尿素厂水溶液全循环法的生产。1.5.2 课题的内容主要进行工艺流程选择、物料衡算、能量衡算、主要设备选型，并绘制了工艺流程图和全厂平面布置图。第2章水溶液全循环法工艺流程2.1 尿素的合成工业上是由液氨和二氧化碳直接合成尿素的，其总反应式为：2NH3÷CO2-CO(NH2)2+H2O103.7kJmol实际上反应是分两步进行的，首先是氨与二氧化碳反应生成氨基甲酸镂：2NH3+CO2-NH2coONH4+159.47kJmol该步反应是一个可逆的体积缩小的强放热反应，在一定条件下，此反应速率很快，客易达到平衡，且此反应二氧化碳的平衡转化率很高。然后是液态甲镂脱水生成尿素，称为甲镂脱水反应：NH2COONH4ACO(NH2)2+H2O-28.49kJmol此步反应是一个可逆的微吸热反应，平衡转化率一般为50%70%,并且反应的速率也较缓慢，是尿素合成中的控制速率的反应。2.2 尿素的工艺流程2.2.1 水溶液全循环法合成尿素工艺流程1水溶液全循环法合成尿素工艺流程简图见图2-10鼻上渣氟臼彘¥-mitKCO COitfBC气水不激气体(II)气！浮合物一相h合成若一吸外冷湿A一段呗牧啕f一一气桁汽液/合物W气相一H在ft雄煽M便工0塔气招二股甲械液图2T水溶液全循环法尿素工艺流程简图.2.2工艺流程1.二氧化碳压缩来自脱碳工段的二氧化碳气体经分离器分离后进入C02压缩机;经五段压缩至21.61Mpa,气体温度约为125C,送往尿素合成塔。1 .氨的输送和尿素合成原料液氨经过氨过滤器过滤后进入液氨缓冲槽的原料室中。由中压循环系统返回的液氨，进入液氨缓冲槽的回流室。一部分作为吸收塔的回流氨，多余的液氨流过溢流隔板进入原料室，与新鲜原料氨混合。混合后的液氨进入高压液氨泵，被加压到2L61Mpa,然后去液氨预热器加热至4060°C进入尿素合成塔。原料Co2气体、液氨、循环回收工序来的甲钱液同时送入尿素合成塔底部，其组成NH3CO2=4KH2OCo2=0.65,在约为21.57MPa（绝压），190C的条件下合成。气液混合物自下而上经等温内件及多块塔板，保证2540min的停留时间，约有63%的Co2转化为尿素。2 .循环回收尿素合成塔的反应产物经减压至L765Mpa后进入预分离器,在此分离出闪蒸气体后，溶液自流至预蒸镭塔，与来自一段加热器的热气体逆流接触，进行蒸储，使液相中的部分甲钱与过剩氨进一步分解、气化，同时气相中的水蒸汽部分冷凝，蒸馀后的尿液自下而上进入蒸汽加热器管内，在蒸汽的加热作用下约88%的甲镂在此分解。预分离器分离出的气体至一段吸收外冷凝器。预蒸储塔底排出的液相减压后至二段分解塔。来自预蒸储塔的气体与二甲镀液在降膜式真空预浓缩气器的热能回收段加热尿液，出热能回收的气液混合物与预分离气体混合后进入一段吸收外冷凝器，在软水的循环冷却作用下，气体发生冷凝，出一段吸收外冷凝器的气液混合物进入一段吸收塔，未被吸收的气体被来自惰性洗涤器的浓氨水与来自液氨缓冲槽的回流氨进一步吸收，一段吸收塔顶排出的气体氨进入氨冷凝器,不凝气体至惰性洗涤器，在惰性洗涤器内被来自二段循环第二冷凝器的氨水吸收，尾气经减压后至尾气吸收塔。惰性洗涤器排出的氨水至一段吸收塔顶部，一段吸收塔底部的浓氨基甲酸镂溶液用高压甲氨泵加压后至尿素合成塔。O预蒸镭塔排出的尿液经减压后至二段分解塔,与来自二段分解加热器的气体逆流接触后进入加热段被蒸汽加热，分解尿液中残留的过剩氨和甲镀。出加热段的气液混合物经分离后，尿液经减压后至降膜式真空预浓缩器，二段分解塔顶排出的气体与来自水解系统的解吸气混合后进入二段循环第一冷凝器，被二段蒸发表面冷凝液吸收，生成的二段甲镀液由甲钱泵送往真空预浓缩器的热能回收段。出二段循环第一冷凝器的气体在二段循环第二冷凝器内继续被二段蒸发表面冷凝液吸收，生成的氨水由氨水泵送往惰性洗涤器，尾气至尾气吸收塔。惰性洗涤器与二段循环第二冷凝器的尾气混合后进入尾气吸收塔被碳镂液吸收后进入碳镂液槽贮存，尾气通过放空总管放空。3 .尿液加工二段分解塔排出的尿液经减压后切线进入真空预浓缩蒸镭器的分离段，在0.044MPa压力下，尿液中所含残余的CO2、游离氨以及大部分水分蒸发出去,与液体经分布器，从换热管顶部沿管内壁向下流动形成液膜，避免蒸发的蒸汽逸出液膜表面到管中心的空间，在真空抽吸下向上流动，液膜沿管壁流下。预蒸储塔出口气相与二段甲钱夜在真空预浓缩器克侧反应,将尿液浓度有76%提高到96%（重量分数），真空预浓缩器的尿液流至收集槽，通过尿液给料泵送往蒸发分离器，在0.003MPa（绝压）下，被浓缩到约为99.7%（质量分数）的熔融尿素，再由熔融尿素泵送往位于造粒塔顶部的旋转喷头进行造粒，造粒塔底部得到的成品颗粒尿素由皮带输送机送至包装系统进行包装1叫4 .3主要工艺条件1. 二氧化碳压缩机操作压力一段入口五段出口操作温度一段入口五段出口CO2气体纯度Co2气体中含氧量CO2气体中含硫量2. 尿素合成塔操作压力操作温度入塔物料nh3co2（分子比）h2oco2（分子比）二氧化碳转化率3. 一段分解操作压力操作温度2.94Kpa21.57Mpa40 125 >98%0.5% （体积 比） 15mgnF21.57Mpa 1904.10.65 63%1.765Mpa4. 一段吸收操作压力1.765MPa操作温度塔底液相I（XrC塔顶气相50出塔甲镀液组成NH3/CO2（分子比）3.1H2O/CO2（分子比）L85. 二段分解操作压力操作温度塔底液相塔顶气相6. 二段吸收操作压力操作温度7. 一段蒸发操作压力操作温度入口尿液出口尿液出口尿液的浓度8. 二段蒸发操作压力操作温度出口尿液温度出口尿液浓度0.392Mpa1501200.392Mpa40 26.66Mpa98 130 96%3.33Kpa14099.7%0.392Mpa9. 解吸143操作压力85操作温度<0.4Kgt尿素塔底液相塔顶气相46%排出废液含NH3量09%10. 成品尿素03%含氮量0.1%缩二胭含水量其他杂质以上是水溶液全循环尿素生产的主要工艺参数o11. 生产组织制度法定假日和星期假日采用轮换倒班制度，采用4班倒制，连续工作制：工作日二365设备维修日二36545=320天每天生产成品尿素：400000/320=1250t12. 本章小结本章主要讨论了水溶液全循环法尿素生产的工艺路线，以及尿素生产的主要工艺条件。第3章物料衡算尿素生产过程的物料衡算同其他化学生产过程的物料衡算一样，根据质量守恒定律，通过计算求得加入设备和离开设备的物料各组分的成份、重量和体积，为进一步进行热量衡算、设备计算、化工管道计算等提供定量的依据。物料衡算根据下列公式：式中：入一输入物料总和；2G出一输出物料总和；损一损失物料总和。对于溶液全循环法尿素生产，由于物料的循环反应，在计算物料平衡时，全系统物料平衡的完整性很重要。改变某设备的任何一个参数都会影响全系统的物料平衡。各设备的物料衡算，必须在全系统物衡算完成以后才能判断各设备物料衡算的结果。因此对尿素生产过程必须进行全系统的物料衡算。3.1 物料衡算计算条件的确定在进行物料衡算之前，必须确定系统输入、输出、损失等物料量及计算基准等计算条件。尿素物料衡算有下列各项：1. 计算基准尿素物料衡算常以每吨成品（含N246%尿素）为基准2. 成品规格按国家标准规定口刃。粒状尿素成品规格：（重量比）含氮量46%（折合成尿素98.7%,不包括缩二腺含氮量）缩二胭0.9%水份0.3%其他杂质0.1%3. 原料消耗额生产尿素的原料NH3和CO?的消耗定额，可根据中间试验车间及同类型生产车间测定的数据确定。年产40万吨尿素车间通用设计采用的原料消耗定额为：NH3580Kgt成品尿素CO2785Kgt成品尿素每吨成品中NH3损失量：NH3消耗定额与成品中尿素和缩二胭所含NH3量之差NH3损失量。可按下式计算:=16.3Kg(987x349x51580-1160.06103.16式中：60.06尿素分子量；103.16一缩二胭分子量；34.06、51.09分别为尿素及缩二胭中含NH3量。5. NH3损失量在系统中具体分配根据中间试验车间及同类型生产车间测定数据确定。可参考下列数据：f¾压液氨泵漏损11.69Kg解吸塔废液中排出0.48Kg尾气吸收塔放空损失0.65Kg二段蒸发冷凝器排出0.9IKg一段蒸发喷射器放空损失L14Kg造粒塔损失0.68Kg成品包装运输损失0.75Kg总计16.3Kg6. 每吨成品中Co2损失量：C02消耗定额与成品中尿素和缩二胭所含C02量之差即为C02损失量。可按下式计算：f978x449x88A780+=33.32160.06103.16/*33)式中：44、88分别为尿素及缩二胭中CCh含量。其余同前式。7. CO2损失量在系统中具体分配D二氧化碳压缩机损失49.94Kg矍解吸塔废液排出0.58KgR二段蒸发冷凝液排出1.13Kg冒造粒塔损失0.88Kg成品包装运输损失0.97Kg总计53.5Kg8. 每吨成品在制造过程中尿素的损失量及其在系统中的分配解吸塔废液中排出0.36Kg二段蒸发冷凝液排出L2KgL2Kg 1.33Kg造粒塔放空粉尘损失成品包装运输损失总计4.09Kg9. 生产过程中水解消耗的尿素量及在系统中具体分施一段蒸发系统4.5Kg二段蒸发系统1.5Kg总计6.0Kg10.缩二腺在各处的生成量二段分解系统前6.0Kg一段蒸发系统前LOKg二段蒸发系统前2.0Kg总计9.0KgIL尿素缩合成缩二腺需耗用尿素量可由下式计算：=10.45Kg103.16式中：120.12两个尿素分子量;103.16一缩二胭分子量。987.00Kg10.45Kg4.09Kg6.00Kg12 .成品中尿素含量及各项尿素损失量成品中含尿素量成品中含缩二胭消耗尿素量生产过程中损失的尿素量7Z4-Yr工口Tt77411Atk*.总计1007.54Kg13 .在系统中循环的尿素该部分尿素系随二段蒸发冷凝液返回合成塔。取为总产量的0.25%即2.5Kgo14 .解吸塔废液中各组分的数量由上列条件即可算出：尿素340.48-0.36x-0.36Kg60.06=0.27KgNH3440.58-036x-x-60.06=0.3IKgCO215 .排出的二段蒸发冷凝液中各组分量由上列条件即可算出:尿素l2Kg0.91-1.2x=0.23Kg44=0.25Kgc0260.063.2水溶液全循环法流程物料衡算3.2.1 压缩系统的物料衡算3.2.1.1 压缩系统的工艺条件1. 二氧化碳气的组成（干气，体积比）CO299%惰性气1%（按N2计）总S量15mgzm3（可忽略）2. CO2气体进入压缩机温度：4（Co压缩机吸入压力：3.923KPao吸入大气压以Iatm为基准。3. Co2气体内水蒸汽含量按吸入条件下饱和水蒸汽含量计算。40C时饱和水蒸汽压力为7.375KPa4. 在CO2气体中含氮量。由防腐条件确定，取为0.5%（体积比）。5. 氧气的组成（体积比）。2:95%,N2:5%6. CO2气体经五段压缩最终压力为21.57MPa（表），最终温度为125C。7. Co2气体进五段的压力为7.99MPa（表），温度为40C。32L2压缩系统物料计算1.进入系统的Co2气体总量7853=397.3111CO2质量为785Kg,体积为1976（L976Yo2在标准状况下的密度，KgZm3）Co2气体中的惰性气（包括H2、N2;为简化计算均按N2计）397.3x=4.01m34cll二八一99,4.01xl.23=5.01Kg（1.25N2在标准状况下的密度，Kg/n?）,故进入车间Co2气体量为：397.3÷4.01=401.31m32.CO2气体中含水分CO2气的总压：98.13+3.923=102.053Mpa40时饱和水蒸汽压力为7.375KPa,故CC）2气中水含量为：731518.02x=25.2Kg102.053-7.315F纯02在C02气中占0.5%（体积比）即401.31x7=2.0211?99.52.02X1.429=2.89Kg（1.42902在标准状况下的密度，Kgm3）2.02x-=OJlin3随02带入的N2量为95,0.11xl.20.13Kg故进入系统的。2气总量为2.02÷0.11=2.1313,2.89+0.13=23.02Kg4.压缩后的气体成分计算CO2在压缩机中的损失量为49194-3=25.2n49.4Kg1.976压缩后的CO2量为785-49.4=735.16Kg,397.3-25.2=372.111?压缩后的惰性气量为N2:4.01+0.11=4.12m3,5.01+0.13=5.14Kg,O2:2.02m3,2.89Kg3.2.L3压缩系统物料平衡表J压缩系统物料平衡见表3-1表3.1压缩系统物料平衡表输入输出组分质量/Kg体积/n?组分质量/Kg体积川？9气743.39378.240Co2气815.21401310其中：CO2735.06372.100其中：CO2785.00397.3000,2.890.090惰性气5.914.010N）5.140.185”onU.Sn9202气3.022.130压缩机排出74.8625.200其中：O22.892.020其中：CO249.9425.200N91只n1mH2O24.92总计818.23403.330总计818.23403.330322合成系统的物料衡算3.2.2.1合成系统的工艺条件1.进合成塔NHbCO2=4.1,H2OCO2=0.65（分子比）2 .合成塔的操作条件压力P=2L57Mpa,温度T=190°C3 .尿素合成率（即CO2转化率）63%o4 .液氨纯度为99.8%,其中所含水分在计算中略去不计。5 .通过合成塔前后惰性气及氧气量无变化。6 .由一段吸收返回合成塔的甲镂溶液中，NH3CO2=3.1（分子比）7 .22.2合成系统的物料计算1.进入合成塔各组分物料量的计算C02气量由前节压缩系统物料衡算得知为743.369Kg,17.000Kmol其中：CO2：735.06Kg,16.71KinolO2:2.89Kg,0.09KinolN2:5.14Kg,0.184KinolH2O:0.279Kg,0.0155Kmol氨基甲酸镂溶液中各组分的物料量a）溶液中CO2量已知需由合成塔生成的尿素量为1007.54Kg,16.79Kmol故转化为尿素的CO2即为738.76Kg,16.79Kinol3716.79x=9.86K1110I。巾为转化为尿素的CO2为63,433.84Kg故进合成塔的Co2总量为：16.79+9.86=26.65KmOI,1172.69Kg除去由气相进入的C02即为氨基甲酸钱溶液中的C02量，即为：1172.69-735.06=437.63Kg,9.94Kinolb）溶液中NH3量根据已知条件，甲镂液中分压16.67-9.33=7.34Kpa故溶液中含NH3:3.1X9.94=30.8IKmoL523.84Kgc）溶液中H2O量