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1、 毕业（设计）论文45kt/a尿素蒸发造粒工段工艺初步设计 / 目 录第一章 绪论11.1尿素生产技术发展简介11.1.1尿素11.1.2尿素的工业生产11.2尿素生产技术现状21.3水溶液全循环工艺21.4尿素造粒31.5蒸发技术研究与发展情况31.6蒸发器的选型与设计原则31.7流程方案说明41.7.1说明41.7.2流程简图5第二章物料衡算62.1任务62.2计算依据62.2.1工艺计算62.2.2工艺流程简图62.2.3 工艺指标62.3计算基准62.4一段蒸发系统72.4.1 条件72.4.2 计算72.4.3一段蒸发器物料平衡表102.5 二段蒸发系统112.5.1条件112.5.
2、2计算112.5.3二段蒸发器物料平衡表12第三章热量衡算143.1闪蒸槽热量衡算143.1.1计算依据143.1.2计算条件143.1.3热量衡算计算过程143.1.4闪蒸槽热量平衡表152.2一段蒸发器热量衡算163.2.1计算依据163.2.2热量衡算计算过程173.2.3一段蒸发器热量平衡表193.3二段蒸发器热量衡算193.3.1计算依据193.3.2热量衡算计算过程193.3.3二段蒸发器热量平衡表21第四章设备选型224.1闪蒸槽设计选型224.1.1操作条件224.1.2 物料衡算224.1.3 体积224.1.4规格224.2一段蒸发器设计选型224.2.1已知条件224.2
3、.2传热计算234.2.3加热室计算264.2.4分离室计算274.2.5规格与参数274.3二段蒸发器设计选型274.3.1已知条件274.3.2传热计算284.3.3加热室计算314.3.4分离室计算324.3.5规格324.4造粒塔324.4.1设计条件324.4.2性能计算334.5附属设备选型364.5.1接管选型364.5.2 泵的选型384.5.3 造粒器的选型38第五章主要设备一览表39设计评述40参考文献41致42附图43第一章 绪论1.1尿素生产技术发展简介1.1.1尿素尿素是一种有机化合物，它的化学名称为脲(Urea)或者碳酰胺1 (Diamide)，结构式为NH2CON
4、H2，分子量为60.06，纯尿素是一种无色无臭、吸湿性强的呈针状或斜方棱柱状的结晶体。在自然界，尿素主要存在于人与其他食肉脊椎动物所排泄的尿液中，是蛋白质新代后元素氮的最终产物。另外，在菠菜、胡萝卜的叶子中与各种植物的幼芽中也有尿素存在。尿素是一种重要的化学肥料之一，在工农业经济发展中占有举足轻重的地位。尿素含氮量高达46.65%(质量)2，超过任何其它固体氮肥，是一种高效氮肥。尿素属于中性速效肥料，不含酸根，施于土壤中以后不会残留使土壤恶化的酸根，长期使用不会引起土质变硬、板结，而且分解出来的二氧化碳也可为植物吸收。尿素的施用与贮藏性能好，不分解，不吸潮，不结块，流动性好，无爆炸性。还可以与
5、其它化肥进行物理混配或均质造粒，以配成多营养成分的混料和复料以满足不同土质、不同作物的需要。尿素产量的10%用作工业原料，主要工业用途是生产合成高聚物、塑料、漆料，以与粘合剂。另外，尿素在医药、化纤、炸药、制革等生产中也有应用。目前，尿素工业的发展状况己成为衡量一个国家工业化水平高低的一个重要标志。1.1.2尿素的工业生产尿素是人类和动物尿液中的一种组分。1773年化学家鲁埃勒1 (Rouelle) 蒸发尿液时发现的，1824年Prout首次进行了精确分析，得出尿素的实验式，1824年德国化学家武勒2 (Friedrich Wohler)首次用氰酸合成尿素，这是人类第一次用人工方法由无机物合成
6、了有机物。1868年俄国化学家巴扎罗夫在密封管长时间加热氨基甲酸铵和碳酸氨制成了尿素，为后来用二氧化碳和氨气合成尿素指明了方向。到上世纪初，工业规模的合成氨生产开始形成，为合成尿素提供了便宜的氨和二氧化碳原料3。各国研究者对此反应进行了大量的实验研究，为工业化奠定了基础。进入20世纪60年代后，随着合成氨大型化技术的兴起，与之配套的尿素生产也进入了大型化时代，单套装置的日产能力达到0.52.0kt。这时获得应用的几种尿素生产技术基木上都是采用水溶液全循环方式4，但在不同工序又各有特点。总的方向是:闭路循环、能量综合利用、单系列、大机组、不断朝向进一步降低成本、降低能耗、提高质量、减少污染的方向
7、发展。大体上，现代尿素生产工艺流程如下图：1.2尿素生产技术现状尿素是世界上使用最为广泛的化学肥料，其产量居氮肥生产总量的首位6。当前，尿素工业的发展状况已成为衡量一个国家工业化水平高低的一个重要标志7。许多国家都耗费大量的人力、物力和财力致力于尿素生产系统的研究，如尿素合成反应机理，物系热力学性质与传递性质的研究8。在工艺流程方面，旧的流程不断得到改进以求能在激烈的竞争中争得一席之地。我国自五十年代末开始发展尿素工业，并引进、消化、吸收了国外先进技术，但国产尿素无论是在能耗、物耗还是自动控制或者是在生产安全性等方面都与国外先进技术有较大差距，而且对环境的影响也远比国外严重。尤其是中国加入WT
8、O后，国的化肥行业将面临更为严峻的挑战，由于受原料、燃料价格等多种因素的影响，国产尿素的成本较高，欧美等国的优质化肥将陆续进入我国，迫切需要提高我国尿素工业的水平。1.3水溶液全循环工艺水溶液全循环工艺虽属60年代技术水平，但由于我国尿素工艺研究和工业生产发展过程中均以该工艺为主，因此积累了工艺设计、设备制造、操作技术和生产管理的丰富经验5，为小氮肥厂改产尿素提供了丰富技术，使小尿素装置投产以后即能稳定运行。小尿素装置发展迅速，是适合我国国情的，充分发挥了原小氮肥厂的优势。引进时的传统工艺在中压分解前设置预分离器，以减轻一段分解加热器的负荷，出预分离器的气相单独进入一吸塔。一段分解气(160)
9、中含有较高的水蒸气分压，通过一蒸加热器热利用段后进入一吸塔，一甲液返回合成塔，使入塔H2O/CO2分子比较高(0.700.75) ,合成塔CO2转化率在63。此工艺的主要缺点是甲铵生成热没有充分利用，而在一、一段分解未反应物时却需耗用大量蒸汽，吸收时又用大量冷却水加以冷却，吨尿素消耗蒸汽设计值为1.7吨(负荷高时，实耗1.5吨)，吨尿素汽耗比气提法工艺高0.60.7吨。1.4尿素造粒到目前为止，直接用于农业肥料的尿素绝大部分是通过造粒塔造粒的，这是最广泛的使用方法；少数人颗粒尿素则是采用流化床造粒设备造粒的。造粒塔造粒的喷头可以为旋转型，固定型和振动型三类形式。广泛使用的是旋转型造粒喷头。造粒
10、塔的通风方式有自然通风和机械通风。利用空气的热压头进行自然通风的尿素造粒塔始建于20世纪60年代初期。由于该型塔体较高，塔径较大，塔空气速度低，塔顶排出的尿素粉尘含量较少，因而环境污染较少；另外出于顶部不设通风机，管理方便，运行费用低，性能可靠。中国建造的尿素造粒塔大都采用自然通风型。在国外亦越来越多地采用自然通风造粒。造粒塔造粒的喷头可以为旋转型，固定型和振动型三类形式。广泛使用的是旋转型造粒喷头。造粒塔的通风方式有自然通风和机械通风。塔。只有当塔顶安装固定喷头造粒，塔径小而风量要求大或安装粉尘同收设备，要求风压较大时或者是地方当局限制塔的高度时才采用机械通风造粒塔。采用机械通风的优点是塔高
11、可以大大降低;风速和风压恒定，不受外界气流的影响，有利于造粒过程的优化。其缺点是增加了电耗，空气携带粉尘较多。机械通风有塔底送风、塔顶抽风以与塔底送风和塔顶抽风三种型式。1.5蒸发技术研究与发展情况蒸发是重要的化工单元操作之一，它在工业生产中的应用十分广泛。蒸发操作可在加压、常压、真空下进行。为了保证产品生产过程的系统压力，则蒸发需要在加压状态下操作;对于热敏性物料，为了保证产品质量，在较低温度下浓缩，则需要采用真空操作以降低溶液沸点;若要回收利用低位热能，采用真空操作也是有利的，因为在真空下热源与被蒸发溶液间的温度差比常压下增大，从而加速了热量传递过程。但由于沸点低，溶液的粘度也相应增大，而
12、且设置真空发生系统，也需要增加设备和动力。因此，一般无特殊要求的溶液，采用常压蒸发是最佳的。1.6蒸发器的选型与设计原则蒸发器是一个大的热能消耗装置，由于能源价格不断地提高。因此，在系统工程中以与蒸发装置本身，如何降低能耗，有效地利用各种余热更加重要。多效蒸发依然是研究的重点，其最佳化参数有:效数、温度差、浓度比、年经营效用和总传热面积等。蒸发器的结构型式种类繁多，应结合具体的蒸发任务来加以选择11。首先，必须考虑的因素是溶液的物化性质，确保蒸发浓缩产品的质量。被蒸发的溶液均具有一定的特性，包括组成、粘性、热敏性、发泡性、腐蚀性，以与在蒸发过程中是否易结晶、结垢，是否含有固体悬浮物等。这些性质
13、对蒸发器的造型起着至关重要的作用。如对于高浓度的溶液不适宜于采用升膜式蒸发器，因为其二次蒸汽流速不够，从而难以形成良好的传热膜；高粘度的溶液因流动性差，则可选择刮板薄膜式蒸发器或强制循环蒸发器;热敏性的溶液易分解、异构、缩聚等，应选择储液量少、停留时间短的膜式蒸发器；有结晶或易结垢的溶液一般应选用强制循环式或外加热式以避免结晶物附着管壁或结垢:易发泡的溶液不宜在真空下蒸发，同时应选用升膜式、强制循环式或外加热式等破泡能力强的蒸发器。当几种型式的蒸发器均能适应溶液性质时，可结合经济性和可行性确定。其次，传热效果是选用和设计蒸发器应考虑的重要问题，蒸发器所需传热面积的大小，决定着设备费用，在一样的
14、额定生产负荷下，良好的传热效果可节约投资，而在设各面积一定的条件下又可提高生产能力。为尽量缩短蒸发加热时间，减少尿液蒸发过程中副反应的发生，本设计的一段，二段蒸发器都选用升膜蒸发器进行蒸发。1.7流程方案说明1.7.1说明本设计是尿素蒸发，造粒工段初步设计，蒸发段采用二效串联蒸发，之前用闪蒸槽进行预蒸。二段分解塔来的压力为4kg/cm2，温度为150的尿液通过操作压力为0.45kg/cm2，操作温度为98的闪蒸槽减压预蒸后，98的尿液有尿液泵输送进入一段蒸发器进行蒸发，压力为0.272kg/cm2，温度为130的蒸发气体和同闪蒸槽的蒸发气体进入一段蒸发表明冷凝器后进行循环，温度为130的熔融尿
15、素通过熔融尿素泵输送到第二段蒸发器进行蒸发操作。130的蒸发蒸汽由管道输送到二段表面冷凝器进行冷却后，进行循环。130的熔融尿素进入二段蒸发器蒸发后温度提高到140尿素进一步浓缩后由熔融尿素泵输送到造粒塔进行冷却造粒制成产品。1.7.2流程简图产品蒸汽蒸汽蒸汽闪蒸槽一段蒸发器二段蒸发器造粒塔二段分解塔来料图1-2 尿素蒸发造粒流程简图第二章 物料衡算2.1任务4.5万吨/年尿素蒸发造粒2.2计算依据2.2.1工艺计算1， 规模：4.5万吨/年。2， 年操作时间：8000小时，三班连续生产。3， 理论产量：4.5万吨/年 = 5625 kg/h2.2.2工艺流程简图闪蒸槽一段蒸发器二段蒸发器造粒塔产品气体气体气体图2-1 流程简图2.2.3 工艺指标本设计工艺参数13如下：1， 闪 蒸 槽： 操作压力：
