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1、毕 业 设 计开题报告题 目:年产60万吨尿素工艺的初步设计 院系名称: 化学化工学院 专业班级: 化学工程与工艺 毕业设计（论文）开题报告1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写20004000字左右的文献综述：文 献 综 述摘要：本文通过对合成尿素的几种工艺方法进行比较，选择一个水溶液全循环法用氨和二氧化碳直接合成尿素，该方法的优点是：合成塔的转化率高，尿素装置运行比较稳定，工艺成熟，操作可靠方便，操作弹性较宽等。对合成温度压力、最佳催化剂、工艺流程等都有具体介绍。关键词：尿素 水溶液循环法 气提法 工艺设计 甲胺1.引言尿素为白色晶体或粉末，是动物体内蛋白质代谢后的
2、产物，通常被用作植物的氮肥。尿素是一种高浓度氮肥，属于中性速效肥料，也是目前使用的含氮量最高的化肥。尿素是有机态氮肥，经过土壤中脲酶的水解作用，分解成碳酸铵或碳酸氢铵后，才能被植物吸收利用，尿素属中性速效肥料，即使长期施用也不会使土壤发生板结，分解释放出的二氧化碳也可被植物吸收利用，以促进植物的光合作用。尿素易溶于水，20时每100ml水中就能溶解105g。尿素的产品形式有2种：结晶尿素呈白色针状或棱柱状晶形，吸湿性较强；粒状尿素为粒径1-2mm的半透明颗粒，外观光洁，吸湿性有明显改善。世界上每年合成氨产量达到1亿吨以上，其中约有80%的氨用来生产化学肥料，20%的作为其它化工产品的原料。因此
3、，对于氨合成工艺的研究与设计有巨大的社会效益和经济效益。2.生产尿素的工艺氨和二氧化碳在合成塔内反应，一次只有55%-72%的二氧化碳转化为尿素，从合成塔出来的物料是含有甲铵和氨的尿素混合溶液（简称尿液）。在进行尿液后处理之前，必须要将甲铵和氨分离。甲铵分解成氨和二氧化碳是尿素合成反应的逆反应，是强吸热反应，加热、减压和气提等手段可以促进这个反应的进行。围绕着如何回收和处理从合成塔里出来的反应混合物料，发展出多种尿素的生产工艺，不循环工艺和部分循环工艺:不循环工艺是指从合成塔出来的物料，经减压，达到常压，然后用蒸汽加热，将氨和二氧化碳分离出来，并将尿液送去后处理系统，氨用于生产其他铵盐；部分循
4、环工艺是把从甲铵分解器中分解出来的部分二氧化碳和氨，以甲铵水溶液的形式循环回合成塔。不循环和部分循环工艺比较简单，投资省、操作费用低，缺点是要有庞大的铵盐加工系统，经济上不合理，新的尿素厂一般则采用全循环工艺。全循环工艺：是把未转化成尿素的二氧化碳和氨，经分离后，全部循环返回至尿素合成系统。这类工艺因分解、循环的方法不同而有不同，但主要是水溶液循环法和气提法。水溶液全循环法：将未反应的氨和二氧化碳用水吸收，生成甲铵或碳酸铵水溶液后，再循环返回合成系统。气提法：主要是通过二氧化碳的作用，与合成等压的条件下，分解甲铵并将分解物返回系统使用。2.1水溶液全循环法水溶液全循环法是我国目前大多数尿素生产
5、装置所采用的方法。它的特点是合成塔内转化率高，未反应物采用三段减压分解，尾气压力、温度均较低，爆炸危险性小，但动力消耗较大，其生产工艺比较成熟，操作简单可靠方便，机泵和非标设备均为国产化。2.2二氧化碳汽提法我国从20世纪70年代才开始引进二氧化碳汽提法生产尿素装置，大部分为大型装置，特点是设备少，工艺流程短，合成压力低，动力消耗低；但是操作条件相对苛刻，腐蚀也比较严重，尾气存在燃爆危险，操作弹性小等缺点。2.3氨汽提法氨汽提法在我国还没有实现国产化，装置均为国外进口。它的特点是利用氨的自提作用，使甲铵分解率增高，因此减少了中、低压分解回收的负荷，动力消耗也随之减少，高温高压下分离的甲铵，其冷
6、凝时的热量也得到有效的利用，总能耗降低，而且运转率高，操作弹性大，安装检修方便，爆炸危险性小，工艺冷凝液可以进行二次利用，没有污染。3.工艺选择通过以上对水溶液全循环法、二氧化碳汽提法与氨气提法在运行、增产潜力、生产消耗以及装置设计能力等多方面进行分析比较，不难看出：二氧化碳气提法与氨气提法相比具有一定优势，主要表现在流程简单，操作效率高，设备台数少，尤其是高压设备比较少，使得投资费用大幅下降，随着物料和能耗的下降也使成本降低，从而能带给企业非常好的经济效益。水溶液全循环法与二氧化碳汽提法的综合消耗相差不大，现在有的水溶液全循环法生产尿素的企业通过改造已经达到蒸汽消耗1200kg/t尿素左右的
7、水平，所以二氧化碳汽提法制尿素以蒸汽消耗数量较低的显著优点已经没有优势了。另外，二氧化碳汽提法的缺点也使得二氧化碳汽提法的实际竞争力降低。相反水溶液全循环法通过十几年的改造经验，越来越表现出了竞争优势：易于改造，增产潜力比较大，检修停车时间短，大修费用相对降低，操作比较熟练，生产管理经验积累的较多等。所以说在现有的技术条件下，在装置的生产能力设计方面不存在大的问题，可以做到较大生产装置的设计，本设计选择水溶液全循环尿素工艺。传统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，目前中国采用水溶液全循环法的中型尿素厂有30多套, 小型厂有120多套。近几年来，这些企业在技术上
8、不断的改进创新，这些装置的整体消耗有了大幅的下降，消耗已接近汽提工艺能耗。产量虽然上去了，但在技术上没有实质性进展，成本还较高,污染严重。随着技术的不断改进和创新，需要对现有的中小型尿素装置逐步进行技术改造，以提高装置的生产能力和技术水平，降低消耗、消除污染和保证工厂的生产安全。根据目前国内的技术水平,完全有能力对这此装置进以国产化模式进行改造。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，原料氨利用率高达97%以上。全循环法尿素生产主要包括四个基本过程：氨和二氧化碳原料的供应及净化；氨和二氧化碳合成尿素；未反应物的分离与回收；尿素溶液的加工。4.尿素尿素
9、的合成反应1.甲铵生成反应：2NH3(l)+CO2(g)=NH4COONH2(l)该反应是强放热可逆反应，在低温液相中反应很快，转化率也很大，在加压情况时反应速率会增大。2.甲胺脱水：NH4COONH2(l)=CO(NH2)(l)+H2O(l)该反应为微吸热可逆反应，速度较慢，为控速步骤，转化率大概约为5070。3.尿素合成副反应在尿素生产过程中，主要有两类副反应：尿素缩合反应和水解反应。（1）尿素缩合成缩二脲反应2CO(NH2)2=NH2CONHCONH2+NH3用结晶法加工尿液时，可利用缩二脲在尿素溶液中具有一定溶解度来控制适宜的结晶温度和尿液浓度，尽可能使缩二脲保留在溶液中，获得含缩二脲
10、很低的结晶尿素。含缩二脲的母液送合成塔使其中缩二脲部分分解，缩二脲不致在体系中积累。（2）另一副反应水解反应CO(NH2)2+H2O=2NH3+CO2当温度在60以下时，尿素水解缓慢；温度到100时尿素水解速度明显加快；温度在145以上时，水解速度剧增。尿素浓度低时，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。总结: 本设计主要通过对尿素合成的各个工艺方法进行比较，选择最佳设计方案，并对该方案的工艺流程、主要装置、反应条件等作了具体设计，并且给出工艺流程图和主要设备装配图，在设计中，对以前所学的专业课知识有了一定的复习巩固，培养了自己合理安排事物和逻辑思考能力，对自己的能
11、力有全方位的提高。参考文献：1王君,祁勇,崔琨.尿素生产工艺简介J. 中氮肥，2001(3):27-29.2李珊珊，尿素合成工艺的比较J.科技情报开发与经济，2010(20):215-216.3张沽谨,王维杰,张庆喜.水溶液全循环法尿素工艺技术在我国的发展J. 氮肥技术，2006，27(4):15-17.4宣凤琴.CO2气NH3气提法尿素生产技术的比较J.2001，112(4):7-8.5刘孝弟，刘志臣.尿素合成反应过程分析J.化肥工业，2010,37(1):17-24.6张艳飞，李岩，栾智宇.节能型水溶液全循环法尿素生产工艺J.辽宁化工，2009，38(3)：203-204.7张玉亭,聂巨亮
12、.汽提法尿素生产工艺J.河北化工,2010,33(5):56-588孙盛杰,杨树禹.浅谈尿素的工艺流程及设计特点J.科技论坛,2004,52(1):26-27.9张洁谨,王维杰,张庆喜.水溶液全循环法CO2汽提法尿素生产工艺的比较J.氮肥技术,2006,27(4):15-17.10钱镜清.水溶液循环法尿素工艺技术在我国的发展J.化肥工业,1999,27(1):3-7.11钱镜清.水溶液全循环法尿素工艺在我国45年的发展历程并记Q-1100节能型水溶液全循环法尿素工艺J.化肥工业,2011,38(1):11-16.12刘志臣,刘孝弟.水溶液全循环法尿素新技术应用总结与探讨J.化肥设计,2007,
13、45(1):13-15,35.13万朝阳.二氧化碳汽提法和氨汽提法尿素深度水解工艺比较J.大氮肥,2009,32(4):287-289.14薛明,魏岩,胡文生氨汽提尿素合成技术简介J.广东化工,2012,39(10):93-94.15胡平松.尿素合成系统运行分析M.华东理工大学出版社,2010.16刘正全.尿素合成塔优化分析J.大氮肥,2004,27(2):83-87.17李国良,孙悦,李冬才,王建,蔡振华.尿素合成塔检验探讨J.学术论坛.2012(27):255-256.18张同福,宋子兴,窦义兵.40万t/a尿素装置工艺选择及运行小结J.氮肥技术,2012,33(4):11-1419唐文骞
14、,韩喜民.水溶液全循环法尿素装置设计技术及改造方案J. 1999, 9( 2):13-15.20汪家铭.节能型水溶液全循环尿素生产技术的开发与应用J.工程科技I有机化工，2011(3):5-8.21杨金欧.全循环尿素生产装置中各点物料量计算的简便方法J.化工设计,1997,23(4):1-5.22石洪强.水溶液全循环尿素生产工艺节能技改总结J. 氮肥技术,2011,32(1):26-29.23杨朝合,肖显华.水溶液全循环法尿素生产工艺节能降耗技术研究M.中国石油大学出版社,2011.24吴幼青,芮胜波. 尿素水溶液全循环装置节能扩产改造M.华东理工大学出版社，2012.25陈慧玲.水溶液全循环
15、法尿素装置改造总结J.小氮肥,2011,39(11):14-16.毕业设计（论文）开题报告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：设计解决的问题： 1、参考文献的查阅和整理；2、工艺方法分类并确定最佳工艺；3、完成开题报告和文献综述；4、工艺流程的选择；5、工艺计算及主要设备的选择；6、主要设备的选型；7、绘制总平面图，工艺流程图，竖向布置图和主要设备图；8、非工艺设计条件；研究的主要问题： 水溶液全循环法的动力消耗比较大，本设计将对部分装置设计和工艺流程进行改进，争取在成本和环境污染等问题上有很好的改观；对尿素合成工艺进行研究，改进生产条件；对标准设备的选型和非标设备的工艺计算。毕业设计（论文）开题报告3时间进度安排：1、第 1-2 周 查阅有关资料、整理文献，确定工艺方法，简单给出工艺流程，完成开题报告；2、第 3 周 确定最终的工艺流程，并完善开题报告；3、第 4-5 周 完成热力学和动力学计算4、第 6-7 周 主演设备选型及计
