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1、年产20万吨水溶液全循环法制尿素中压系统的设计年产20万吨水溶液全循环法制尿素中压系统的设计Urea Production Process Design of Medium System in Aqueous Solution Total Recycle 200kt/a 目 录摘要IAbstractII引 言1第1章 综 述21.1尿素的物理化学性质和用途21.1.1尿素的物理性质21.1.2尿素的化学性质21.1.3尿素的用途21.2 尿素的发展史31.3 国外尿素技术市场简况31.4尿素生产方法的简介41.4.1水溶液全循环法41.4.2二氧化碳气提法5第2章 水溶液全循环法工艺流程72.
2、1 尿素的合成72.2 尿素的工艺流程7第3章 物料衡算103.1物料衡算计算条件的确定103.2 一段分解系统的物料衡算113.3二段分解系统的物料衡算123.3一段吸收系统的物料衡算13第4章 热量衡算164.1一段分解塔的热量衡算164.1.1一段分解塔的工艺条件164.1.2一段分解塔的热量计算164.1.3一段分解塔热平衡表174.2 一段吸收塔的热量衡算184.2.1一段吸收塔的工艺条件184.2.2一段吸收塔的热量计算184.2.2一段吸收塔平衡表20第5章 填料吸收塔的设计215.1塔径的计算215.2填料层高度的计算235.2.1基础数据的计算235.2.2气相传质单元数的计
3、算245.2.3气相传质单元高度的计算255.3填料层压降的计算265.4 塔体厚度的计算275.5辅助设备的选型285.5.1液体分布装置285.5.2液体再分布器285.5.3填料支承板285.5.4填料压板28结 论30致 谢31参考文献32附 录33附录A: 尿素生产中压系统工艺流程图33附录B: 填料吸收塔设备图33 年产20万吨水溶液全循环法制尿素中压系统的设计摘要：尿素是一种重要的化学肥料和工业原料，在世界范围内广泛使用。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系统的研究，在合成机理、热力学性质和工艺流程方面都有创新和进展。尿素生产工艺是典型的化工生产工艺之
4、一。目前尿素的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。由于气提法技术还有很多限制，因此选择技术比较成熟的水溶液全循环法。本文介绍了水溶液全循环法制尿素中压系统的基本概况，从尿素生产的热力学参数入手，对中压系统流程进行研究设计，以帮助指导尿素工业生产。设计的主要内容有：（1）阐述了前人对尿素生成的研究概况，分析了现存工艺流程的优缺点，在成型热力学参数的基础上，建立了合适的工艺流程；（2）根据选择的工艺流程，以尿素生产和消耗为目标，对整个流程进行了物料衡算和热量衡算。同时对生产系统的关键性设备进行了设计和选型；（3）根据设计数据，运用Auto CAD绘制了工艺流程图和主要设备装置
5、图。关键词： 水溶液全循环 物料衡算 热量衡算 设备选型 Urea production process design of medium system in aqueous solution total recycle 200kt /aAbstract：Urea is one of the important nitrogen-based fertilizers and industrial raw materials, which is widely used around the world . Since its production was industrialized in 192
6、2, urea process has attracted much research from different country. Innovation and achievement has been made in the synthesis mechanism, thermodynamic property and process flow.The urea production process is one of the typical chemical production processes. Today the world production process of Urea
7、 are total recycle of the aqueous solution , carbon dioxide stripping process, and ammonia stripping process . There are many restrictions in stripping technology, so we select the technology of total recycle of the aqueous solution, which is relatively mature .This article describes the basic profi
8、les of the urea production process , the aqueous solution of the full cycle of urea production process and characteristics. This work is started with the thermodynamic parameters of the urea production, then the process flowcharting is researched .So urea production process is developed in order to
9、guide the production.The main content of this paper are as follows: (1)urea-generated profiles, which was presented by former, is summarized the advantages and disadvantages of the existing process , establishing a suitable process forming based on the thermodynamic parameters; (2) According to the
10、chosen process , in the need of increasing yield and decreasing energy cost, we calculate material balance and heat balance of the entire process . Also, the key equipments of the production system design and select ; (3)According to the design data , we use Auto CAD to draw process flow diagrams ,
11、and major equipment installation .Key words：circulation of the aqueous solution; material balance; heat balance ; equipment selection II引 言尿素的化学名称为碳酰二胺，分子式为CO(NH2)2，分子量为60.06，含氮量为46.65%。纯尿素为无色、无味、无臭的针状或棱柱状结晶体。其用途广泛，不仅是一种用于农业生产的氮肥，而且是工业中常用的化工原料。目前国外工艺主要有斯塔米卡邦(STAMICARBON) CO2气提工艺，斯那姆氨气提工艺和东洋工程公司的改良AC
12、ES工艺。而国内公艺主要包括水溶液半循环法，水溶液全循环法，气提法。相对于国外工艺水溶液全循环法比较落后，但该工艺充分分析国内外现有尿素生产技术的各项优势，运用成熟高效的技术成果，抓住节能、节资的关键，优化工艺、优选设备显现了节能节资的优势。提高一甲液的浓度，尾气采用精洗降低消耗并避免尾气爆炸，运用多级蒸发系统，合理使用热量，充分回收低位能，降低消耗和投资，在各中、小尿素厂得到不同程度的应用其增产、节能效果均达到预期设计目标。本设计目的和意义在于了解合成尿素在国内外的发展现状，以及国内外尿素企业采用的工艺，了解各种工艺的优缺点，并结合实际情况对合成尿素车间进行合理的设计。掌握以液氨为原料，用水
13、溶液全循环法合成尿素的工艺，及工艺条件的选择，使尿素的质量达到国家的标准，满足工业和农业的使用要求，实现纯粹的无色、无味、无臭的国家优等产品。第1章 综 述1.1尿素的物理化学性质和用途1.1.1尿素的物理性质尿素的化学名称为碳酰二胺，分子式为CO(NH2)2，分子量为60.06，含氮量为46.65%。纯尿素为无色、无味、无臭的针状或棱柱状结晶体。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，密度1.335g/cm3，熔点132.7，超过熔点则分解。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。1.1.2尿素的化学性质尿素呈微碱性，可与
14、酸作用生成盐。但尿素不能使一般指示剂变色。在酸性或中性溶液中尿素有水解作用，但在60以下，尿素不发生水解作用。随着温度的升高，水解速度加快，水解程度也增大。尿素在高温下可进行缩合反应，生成缩二脲、缩三脲和三聚氰酸。在氨水等碱性催化剂作用下能与甲醛反应，缩聚成脲醛树脂1。1.1.3尿素的用途尿素的主要用途：作化肥用、作饲料用、其它工业用2。1.1.3.1化肥作用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。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
15、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。1.1.3.2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胃液长时间作用，可以造成蛋白质形态氮，故可以作为反雏动物的饲料。1.1.3.3其它作用目前，据不完全统计，全世界尿素作工业原料在总产量中占很大比重。主要有脲醛树脂、塑料、油漆、和胶黏剂，尿素的缩合物三聚氰胺是一种较好的涂料。尿素还可以用作巴比妥、洁齿剂和利尿剂等药物的原料。此外，尿素可以用作石油精制剂、纤维软化剂、炸药稳定剂等。1.2 尿素的发展史1773年，Roselle首先在尿液中发现了尿素。1828年，Wohler将氨和氰酸合成为尿素，开辟了以无机物合成有机物
