年产20万吨水溶液全循环法制尿素蒸发系统.doc
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1、年产20万吨水溶液全循环法制尿素蒸发系统设计The Design of Evaporation System in Aqueous Solution Total Recycle of Producing Urea 200Kt/a 目 录摘要IAbstract.II引言1第1章 绪论21.1 尿素的性质21.2 尿素的应用领域21.2.1 尿素用作肥料21.2.2 尿素用作工业原料21.3 尿素的质量指标2第2章 国内水溶液全循环法发展过程4第3章 水溶液全循环法工艺流程63.1 尿素的合成63.2 循环回收63.3 蒸发造粒73.4 尾气吸收与解吸8第4章 物料衡算和热量衡算104.1 物料衡
2、算104.1.1 计算条件的确定104.1.2 CO2输送系统物料衡算114.1.3 尿素合成塔物料衡算124.1.4 一段分解系统物料衡算144.1.5 二段分解系统物料衡算144.1.6 闪蒸槽物料衡算154.1.7 一段蒸发器物料衡算164.1.8 二段蒸发器物料衡算174.1.9 熔融尿素输送及造粒包装物料衡算184.1.10 一段蒸发冷凝器物料衡算194.1.11 二段蒸发冷凝器物料衡算204.2 热量衡算224.2.1 闪蒸槽热量衡算224.2.2 一段蒸发器热量衡算244.2.3 二段蒸发器热量衡算28第5章 二段蒸发加热器的设计305.1 加热器设计相关数据305.2 试算并初
3、选加热器305.2.1 加热器试算305.2.2 加热器相关数据核算325.3 加热部分尺寸计算选择345.3.1 加热器壁厚345.3.2 加热器封头选择345.3.3 加热器接管选择345.4 加热器主要结构尺寸和计算结果35结论36致谢37参考文献38附录39年产20万吨水溶液全循环法制尿素蒸发系统设计 摘要:水溶液全循环法生产尿素工艺,主要包括六个方面:原料的压缩和净化、尿素的合成、中低压吸收、解吸及蒸发造粒。原料CO2由合成车间净化工段送来,液氨由氨库送来,两种反应物经加压加热送入合成塔反应生成尿素。合成塔出来的合成液中含有尿素、氨基甲酸铵、过剩的氨和水,再经过循环回收进入合成塔,整
4、个过程靠水作为循环介质。由闪蒸槽流出的尿液进入一段蒸发器的加热段加热至130,在0.033MPa压力下,尿素浓度达到96(W),进入二段蒸发加热器,加热至140,继续减压至0.0033MPa(绝),尿液浓度提高至99.7(W),尿液进入熔融泵送往造粒塔,由旋转喷头喷洒造粒。本设计主要通过参考工厂数据进行蒸发阶段的物料及热量衡算,可得出蒸发各阶段的出入物料量及热负荷,并对二段蒸发加热器进行计算设计。关键词:水溶液全循环法 物料衡算 热量衡算 二段蒸发加热器 The Design of Evaporation System in Aqueous Solution Total Recycle of
5、Producing Urea 200Kt/a Abstract:Total recycle urea solution production process , including six areas: raw materials, compression and purification, urea synthesis solution in the low absorption, desorption, evaporation and granulation. CO2 from the purification of raw materials, synthetic plant Secti
6、on sent, liquid ammonia from the ammonia library brought the two reactants into the reactor by the pressure and heat the reaction of urea. Reactor out of the synthesis solution containing urea, ammonium carbamate, excess ammonia and water. Then after recycling into the reactor, the whole process by
7、the water as the circulating medium. Outflow of urine from the flash tank into a heating section of the evaporator heated to130, the pressure in the 0.033MPa urea concentration 96% (W), into the secondary evaporator heater, heated to 140, to decompression to 0.0033MPa (absolute), urine concentration
8、s increased to 99.7% (W), the urine into the melt pump sent to the granulation tower, from the rotating nozzle spray granulation. The reference plant design data, primarily through the evaporation stage of materials and heat balance, obtained access to all parts of evaporation stage of materials and
9、 energy, then the entire section in equipment selection.And a calculation is made on evaporation heater design.Key words:Aqueous solution total recycle;Material balance;Heat balance;Secondary evaporator heaterII引 言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,并结合实际情况对水溶液全循环法制尿素蒸发系统工艺进行合理的设计。水溶液全循环法制尿素是将
10、未反应的氨和二氧化碳用水吸收,并以水溶液的形式返回尿素合成系统,继续参加反应,生成尿素。这种循环方式包括气液分离、液体吸收、气体冷凝等几个步骤。难度在于气液分离的温度不能太高,以免使生成的尿素分解;液体吸收温度不能太低,以防出现固体结晶;返回系统的水量必须控制在最少,否则由于有水进入反应器,一次通过的尿素合成率太低,造成大量溶液循环。为此,需要仔细安排物料的循环,提高能量的利用效率,最大限度的将未反应原料返回系统而得以利用。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,动力消耗较大,尾气压力、温度均较低,爆炸危险性小。其生产工艺比较成熟,操作可靠方便,机泵和非标设备均为国产化1。农业是
11、国民经济的基础,肥料是保证农业生产不可缺少的基本生产资料,尿素是良好的中性肥料,是固体化肥中含氮量最高的品种,对土地没有残留的坏效果,并且易于储存和运输,有良好的稳定性。尿素也是常用的工业原料,所以尿素的生产在我国占有重要地位。掌握以液氨为原料,用水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。1第1章 绪论1.1 尿素的性质尿素别名碳酰二胺、碳酰胺2、脲,由碳、氮、氧和氢四种元素组成,是一种合成无有机化合物,分子式为CO(NH2)2,分子量60.06,外观为无色或白色针状结晶体或粉末,工业或农业品
12、为白色略带微红色固体颗粒,无臭无味,密度1.335g/cm3,熔点132.7。尿素溶于水、醇,不溶于乙醚、氯仿,呈微碱性3。尿素是哺乳类动物蛋白质代谢后的产物,通常用作植物的氮肥。可与酸作用生成盐,有水解作用,在酸、碱、酶作用下(酸、碱需加热)能水解生成氨和二氧化碳。对热不稳定,在高温下可进行缩合反应,加热至150160将脱氨成缩二脲、缩三脲和三聚氰酸。加热至160分解,产生氨气同时变为氰酸。1.2 尿素的应用领域尿素化学式为CO(NH2)2,在自然界中主要存在于人类和动物尿液中。不仅是用于农业生产的高效氮肥,还可作饲料,而且是工业中常用的化工原料4。1.2.1 尿素用作肥料在农业上尿素作为高
13、效氮肥使用,其产量居氮肥生产总量首位5。尿素是目前含氮量最高的化肥,含氮量高达46.65%(质量)6,尿素属中性肥料,长期施用不会使土壤发生板结。其分解释放的二氧化碳也能被作物吸收,促使植物光合作用。在土壤中尿素能增进磷、钾、镁和钙的有效性,且施入土壤中无残存废物。1.2.2 尿素用作工业原料目前据不完全统计,全世界尿素作工业原料在总产量中占很大比重。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。尿素可进一步加工成三聚氰胺甲醛树脂(蜜胺树脂)8,这种树脂作为重要的化工原料之一,在涂料、塑料、木材加工、造纸、纺织等领域有着广泛的应用。在制药方面,尿素可用来制作呋喃西林
14、、脲脂、鲁米那、利尿剂等几十种化学药品9。尿素还可用来制作炸药稳定剂、纤维软化剂、防止结冰剂、石油精制剂、塑料发泡剂、织物抗皱剂和漂白剂等等。1.3 尿素的质量指标尿素的质量指标应符合国家标准,见下表1.1:表1.1 尿素的质量指标指标名称工业指标农业指标优等一等合格优等一等合格颜色白色白色或浅色总氮含量,%46.346.346.346.346.346.3缩二尿含量,%0.50.91.00.91.01.5水分含量,%0.30.50.70.50.51.0铁含量,%0.00050.00050.0010碱度,%0.010.020.03硫酸盐含量,%0.0050.0100.020水不溶物,%0.005
15、0.0100.040粒度(0.852.80mm), %909090909090本章介绍了尿素的性质、应用领域、符合国家标准的尿素质量指标,对尿素有了初步的了解,体现出设计的目的和意义。第2章 国内水溶液全循环法发展过程 中国尿素工业化生产始于1958年在南京化肥厂尿素中试装置上,以半循环法开始,后开发了高效半循环法。于1962年半循环法工艺通过国家技术鉴定后,以此工艺设计了两套40Kt/a装置建于上海吴泾、浙江巨化。1965年2月在中试装置上完成了高效半循环法试验,同年12月上海化工研究院在日产2t试验装置上完成了水溶液全循环的工艺研究,为我国自行设计水溶液全循环工艺尿素装置提供了详细的技术数
16、据10。1966年我国引进荷兰STAMICARBO公司的两套80Kt/a水溶液全循环工艺装置在泸州天然气化工厂投产,同时化四院利用上海化工研究院测试的水溶液全循环法工艺技术数据,并借鉴进口装置的设备结构,自行设计了80 Kt/a和110 Kt/a尿素装置(整个装置的设备也均由国内生产),于1966年11月在石家庄化肥厂投入生产。直至1970年1月,湖南湘江氮肥厂新建的45Kt/a合成氨配80Kt/a尿素装置投产,可以说这是国产化的第一套水溶液全循环法工艺装置,采用的是预分离工艺,衬里式合成塔(内径1.4 m)由上海锅炉厂试制,这也是国产第一台尿塔,一吸塔精洗段为浮阀塔,也是第一台。上世纪70年
17、代开始至80年代初,我国建设80110Kt/a中型规模的尿素装置有32个厂,38套(包括两套进口),称前38套。这期间不断对中尿设计进行修改,前后共有四个版本。第四版是较为完善的一个版本,如浙江衢化、江西氨厂等都使用此版本建设。1986年我国尿素工业掀起了一个新的发展高潮,即众多的小氮肥厂进行改产尿素的技术改造,使小氮肥厂发生了质的变化,首先3套40Kt/a水溶液全循法小尿素试验装置在山东邹城、平度和河南辉县相继投产。在“七五”和“八五”期间,国家选定150家有较好条件的小氮肥厂改产尿素,共有120多个厂,其中18家厂建有两套,山东鲁西和山西临猗各建三套,投产装置中约有70%的装置改造至100
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