二氧化碳气提法年产2万吨尿素化工厂的设计(共64页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上二氧化碳气提法年产2万吨尿素化工厂的设计摘 要尿素在工业上是由NH3与CO2直接合成的。本设计是二氧化碳气提法年产2万吨尿素化工厂设计；其中有二氧化碳压缩,液氨升压,合成和气提,蒸发、解析和水解以及造粒等工序。主要进行了工艺计算、设备选型，并绘制了全厂平面布置图、工艺流程图、三个车间的立面图和平面图。关键词：尿素，二氧化碳气提法，设备选型 Carbon dioxide gas formulation of The Technological Design of 20,000t Carbamide per YearABSTRACTCarbamide is directl

2、y synthesized by NH3 and Carbon dioxide in the industry. This indication is to design for a chemical factory, which is synthesizing 20,000t Carbamide per Year by NH3 and Carbon dioxide.It has the carbon dioxide compression,the liquid ammonia rises the pressure,synthesizes friendly and raises,evapora

3、tes, the analysis and the hydrolisis as well as makes the grainand so on.It includes the main equipment computation and the shaping in the technical process of Carbamide, and entire factory floor-plan, and three workshops elevation and horizontal plan.KEY WORDS： Carbamide, Carbon dioxide , Equipment

4、 type目 录 专心-专注-专业1总论1.1项目依据1.1.1课题背景纯尿素是白色，无臭的针状或棱柱状结晶体。工业产品由于含有杂质略带红色。尿素的熔点为132.7，比重为1.335g/cm3,导热系数为79.91W/（mK）。11尿素易溶于水和液氨，也能溶于醇稍溶于乙醚和酯。尿素是人工合成的第一个有机物，广泛存在于自然界中。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。因此尿素是一种常用的速效氮肥，但它除作追肥以外，还有其它多种用途：（1）调节花量（2）疏菜瓜果（3）水稻制种（4）防治虫害等。尿素产量约占我国目前

5、氮肥总产量的40，是仅次于碳铵的主要氮肥品种之一。尿素与其他氮肥相比，尿素含氮(N)46，是固体氮肥中含氮量最高的。且具有肥效高，不易吸潮结块，便于储存，运输等优点。121.1.2我国尿素产业概况由于受惠于国家继续支持农业生产发展的政策的影响下，农民种粮的积极性不断高涨，购买尿素的需要也不断高涨。据农业部门的统计，1980年至今，农业中化肥的消费量一直在增长，且已保持了二十五年的持续增长，递增率为7.3%。1980年，尿素的总消费量为1176万吨，到了2004年，尿素的总消费量上升为2689万吨。而2004年尿素的总产量才为1925.3万吨。据农业部门预测，今后化肥需求还会继续增长。到2010

6、年，尿素的需求增长量将339万吨（纯增加的部分）。而且据权威部门预计，到2030年，我国人口将达到16亿，人均粮食按400公斤计算，粮食的产量就应为6.4亿吨。要达到此目标，单靠提高播种面积是不现实的（因耕地在减少），则化肥尤其是尿素的需求是巨大的，也就迫使我们必须依靠提高尿素的产量来达到此目标，因此可以预测尿暂时只是在国内也都是有良好的市场前景的。121.2设计原则（1）遵守法则，法规，贯彻党的基本建设方针，实事求是，因地制宜（2）合理利用国家资源和财产，最大限度的发挥硬件设施的内在潜力，节约土地，减少投资，降低成本；（3）采用成熟的先进的工艺流程，设备，学习先进的生产技术，努力实现自动化。

7、现代化提高产品的科技含量；（4）一轻化工业产品批量小、品种多的特点，努力做到“一钱多用，一钱多能”，是本厂具有较强的市场适应力； 可能创造良好的劳动条件，以利于劳动工人的身心健康。1.3设计任务主要进行了工艺流程选择、物料衡算，能量衡算，主要设备选型画出工艺流程图并绘制了全厂平面布置图、各车间的平面图和立面图。1.4厂制概况1.4.1工厂组织制度本厂职工按工作性质分为：生产性人员和非生产性人员。生产人员占占全长职工的60左右，非生产人员占全厂人员的40左右，在非生产性人员中：38为科研人员（兼职行政人员），6为保安人员，10为勤杂人员。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

8、制：工作日=365设备维修日 =36525 =340(天)1.4.2人员配备 表1-1人员配备序号岗位名称每日班次周工作天数单班人数在册人数1门卫37442劳司26123食堂27364成品库37265锅炉房37396配电所37137一车间363108二车间363109三车间363910技术员164611车间管理员1624总计277129691.5厂址选择 1.5.1建厂依据根据各行业发展的需求，以及国际市场的需求，经政府有关部门的批准，新建厂的厂址拟选在西北地区。 新建厂的主要原料，主要来自附近的合成氨厂的二氧化碳和氨水，经再次处理而达到生产原料要求。 该地区全年平均温度20，主导风向为西北风

9、向，风力变化不大，全年平均34级。加上积极响应国家的西部大开发政策，本厂的所有经济活动必将得到政府的全力支持，并且缓解局部地区尿素需求紧张的压力，及降低了尿素在该地区出现价格浮动的可能性，有促进经济的稳定性发展。 1.5.2指导方针 （1）遵守国家的政策规定；（2）符合城市规划和工业布局；（3）利于生产，便于生活；（4）对环境不会造成威胁；（5）合理利用资源；（6）节约投资，留有余地。1.5.3选厂经过厂址选择工作组（又设计部门与工业局主管组成）依据省市委指示，经过多方磋商，考虑到地势、交通、协作等问题，作为小型尿素生产产地，厂址定在西安市郊外。主要理由如下：（1）工业布局符合安全环境保护要求

10、，地势平整，减少了三通一平的工作量，且排水良好；（2）有可靠的供电网，输、供电系统；（3）厂址附近有充足的劳动力资源，有充足的施工力量、建筑材料供应，有充足的施工、设备组装、堆放场地。 1.6环境保护及废物处理 随着世界特别是我国环境的明显恶化，国民的环境保护意识逐步提高，为了我们生存环境，为了我们自己，为了我们的子孙后代，必须保护环境。对污染源、废水、废气、废渣、噪音粉尘烟等的具体防止和处理方法主要依据环境保护法及相应的可行性研究、环保报告和初审意见来确定。 2工艺设计2.1工艺流程设计2.1.1工艺流程设计的重要性（1）工艺流程设计是工艺设计的基础。工艺流程设计是工厂设计中最主要的内容，是

11、工艺设计的核心。因为工艺流程设计的质量直接决定车间的生产产品质量、生产能力、操作条件、安全生产、三废治理、经济效益等一系列根本性问题。（2）工艺流程设计是物料衡算、设备选型的基础。从哲学角度来说，工艺流程设计是定性分析工作阶段，物料衡算是定量计算阶段。一般来说，先定性后定量，所以，工艺流程设计是物料衡算的前提和基础。2.1.2工艺流程设计的原则（1）先进性工艺流程的先进性从两个方面考虑：一方面是技术的先进；一方面是经济上的合理。两方面同等重要，缺一不可。（2）可靠性所设计的工艺流程必须可靠即经过实验室、工业小试、中试，证明技术是成熟的，生产安全可靠，才可以设计选用。（3）结合国情，因地制宜工艺

12、流程的选择从技术角度来说，应尽量采用新工艺、新技术，单从具体情况考虑，并不必选择国外的先进的技术。因为国外的技术往往价格较高，技术保密性强，没有实用价值。所以，结合实际，选择自己易于掌握和改进的技术要方便、实用。2.1.3工艺流程选择目前生产尿素的方法有：水溶液全循环法，水溶液全循环改良D法，及二氧化碳气提法，氨气提法和变换气气提法等。13由于循环法生产尿素存在动力消耗大，一次通过的尿素合成率低等诸多缺点，目前大多厂家采用汽提法生产尿素。汽提法是水溶液全循环法的一项重要改进类型。其实质是在与合成反应相等压力的条件下，利用一种气体通过反应物系(同时伴有加热)，使未反应的氨和二氧化碳通过气提法合成

13、。本设计采用二氧化碳气提法尿素生产合成。二氧化碳气提法工艺流程主要包括：二氧化碳压缩,液氨升压,合成和气提,蒸发.解析和水解以及造粒等工序。工艺流程：合成氨来的二氧化碳气体,经过二氧化碳液滴分离器与来自合成氨装置的工艺空气混合进入二氧化碳压缩机.液氨来自合成氨装置,压力2.3 MPa (绝压).温度为20,进入高压氨泵的入口。 液氨经高压氨泵加压送到高压喷射器作为喷射原料,将高压洗涤器来的氨基甲酸铵液带入高压冷凝器.合成液从合成塔上升到正常液位,温度上升到183左右,在塔内停留约1小时,二氧化碳转化率约58%,相当于平衡转换率的90%.合成液从溢流管溢流从塔底排出,经液位控制阀流入气提塔的上部

14、,经液体分布器均匀流入每根气提管,沿管壁形成液膜下降,与气提塔底进入的二氧化碳气在管内逆流接触进行气提,气提管外用2.1MPa 蒸汽加热,将大部分氨基甲酸铵分解和过剩氨解吸,氨蒸出约86%,氨基甲酸铵分解率为75%,气提后尿液由塔底引出,这时合成液中含有8%的氨和10%的二氧化碳,经自动减压阀的控制,合成液中41.5%的二氧化碳和69%的氨得到闪蒸,由于降压,氨基甲酸铵和过剩氨进一步分解。气化而吸取尿液中的大部分热量,使溶液温度从170降到107,气液混合物进入精馏塔.在塔内进行气液分离,分离后的尿液含极少的氨基甲酸铵和过剩氨,主要是水和尿素,从精馏塔底部引出,液体经液位控制阀流入闪蒸槽,在闪

15、蒸槽内,有相当部分的水。二氧化碳和氨被闪蒸出来,闪蒸气进入冷凝气去冷凝,离开闪蒸槽的尿液浓度约73%,流入尿液贮罐。从气提塔顶出来的气体,与新鲜的氨及高压洗涤器来的氨基甲酸铵在14.2MPa下混合进入高压甲铵冷凝器,原料液氨和回收的氨基甲酸铵液反应,大部分生成氨基甲酸铵,其反应热由管间副产蒸汽带走。在冷凝器中冷凝反应后的氨基甲酸铵及未反应的氨、二氧化碳气分两路进入尿素合成塔底部,在此未反应的氨二氧化碳继续反应,同时氨基甲酸铵液脱水生成尿素,尿素合成塔顶部引出的气体进入高压洗涤器。由高压甲氨泵打来的氨基甲酸铵液经由洗涤塔顶部中央循环管,进入填料段与上升的气体逆流相遇,气体中的氨和二氧化碳被吸收,

16、吸收后的氨基甲酸铵液由填料层下部引入高压喷射泵循环使用。未被吸收的气体进入尾气吸收塔进行处理,惰性气体由塔顶放空.液体进入氨水槽循环使用。由精馏塔顶部出的气体与解析塔出的气体混合进入低压甲铵冷凝器,与低压甲铵冷凝器液位槽来的溶液在管间相遇,冷凝并吸收,后气液在液位槽内进行分离,液体经高压甲铵泵升压到14.2 MPa进入高压洗涤器。气体进入中压吸收器,被吸收的液体进入液位槽,未被吸收的进入尾气吸收塔处理。尿液贮罐的尿液经给料泵进入蒸发系统。一段蒸发分离器和二段蒸发分离器,尿液进入造粒塔。分离的气体均含一定的氨和二氧化碳,冷凝后进入氨水槽。蒸发系统回收的稀氨水进入氨水槽大部分经解析塔给料泵和解析塔

17、换热器进入解析塔解析.解析后的废液由塔底排出.分解气由塔顶引用到低压甲铵冷凝器回收利用.闪蒸系统来得液体含有氨二氧化碳较多,用工艺泵送低压吸收塔,吸收后,气体进入尾气吸收塔处理放空.液体进入中压吸收塔后,进入液位槽回收利用。32.1.4设计参数生产的产品（尿素）的规格：符合GB2440-81标准，含氮量0.46，水分1.0，碱度（以NH3表示）0.03，粒度（=0.82.5mm）0.91。 3工艺计算和设备选型3.1物料衡算 本设计衡算是理想化,中间生成的少数缩二尿,忽略计算.只进行理论计算。4合成系统： 3.1.1 合成塔(1) 操作条件：3 反应温度183,操作压力14.2 MPa, 转化

18、率58.0； 入塔混合物H中： n()：n()=2.89 n()：n()=0.34 气相量n()液相量n()=0.31 气相物料中： 占总的13(体积) n()：n()=5.55 惰性气体0.2(体积)出塔气G物料组成：(体积) 22 7.4惰性气体 70.6；(2) 计算：a进塔混合物H：转化率为583生产41.6kmol的尿素需： n()：n()=2.89 n()=207.2kmoln()：n()=0.34 n()=24.4kmol 设在惰性气体物质的量为n(x)含量为0.2,则： n(x)=0.6kmol n(H)=71.7+207.2+24.4+0.6 =303.9kmol 又气相量n

19、()液相量n()=0.31 n()=232.0kmol n()=71.9kmol n()中各组分： 占总的的13% n()=9.3kmol 又 n()：n()=5.55 n()=51.2 kmol n()=71.9-51.2-9.3-0.6=10.8kmol n()各组分： n()=71.7-9.3=62.4kmol n()=202.7-51.2=156kmol n()=24.4-10.8=13.6kmolb出塔气G的组成：7.4%(体积)惰性气体 0.6kmol则：0.6/7.4%=8.122% n()=1.8kmol70.6% n()=5.7kmolc出塔液F：生成的尿素物质的量41.6k

20、mol需41.6kmol 83.2kmol 同时生成41.6kmol .则F的物料中： n()=71.7-5.3-41.6=28.3kmoln()=207.2-5.7-83.2=118.3kmoln()=24.4+41.6=66kmol表3-1物料平衡表 惰气 合计kmol 输 入HKmol%Kmol% 9.3 51.2 10.8 0.6 71.9 12.9 71.2 15.1 0.8 62.4 156 13.6 23226.9 67.2 5.9 输出G Kmol%Kmol% 1.8 5.7 0.6 8.1 22 70.6 7.4 28.3 118.3 66 41.6 254.2 11.1 4

21、6.5 22 16.4 F3.1.2气提塔 (1) 操作条件：进塔气K(体积)98.5%,1.5%惰性气体进塔液F 254.2 kmol 其中： 41.6kmol n() 28.3kmol n()118.3kmol n()66kmol 在气提过程中有(体积)： 73%86%12%从液体中蒸出；(2) 计算：a进塔气K生产41.6 kmol 需41.6 kmol,则 =41.6/0.985=42.2 kmol 惰气含量1.5% 0.01542.2=0.6 kmol b去精馏塔D：合成液中有73%86%12%从液体中蒸出,则D物料中：n()=28.3(1-0.73)=7.6kmoln()=118.

22、3(1-0.86)=16.2kmoln()=66(1-0.12)=58kmolc去高压甲铵冷凝器：n()=41.6+28.3-7.6=62.3kmoln()=118.3-16.2=102.1kmoln()=66-58=8kmoln(惰气)=0.6kmoln(E)=173kmol表3-2气提塔物料平衡表 惰气 合计输入原料气Kmol% 41.6 0.6 42.2 98.5 1.528.3 118.3 66 41.6 254.2 11.1 46.5 26 16.4合成塔Kmol %输出去精馏塔Kmol%kg% 7.6 16.2 58 41.6 123.4 6.2 13.1 47 33.7334.4

23、 275.4 1044 2496.5 4150.3 8 6.6 25.2 60.262.3 102.1 8 0.6 173 86 59 4.7 0.32741.2 1735.7 144 17.4 4638.3 59.1 37.4 3.7 0.4去高压冷凝器Kmol%kg% 3.1.3高压甲铵冷凝器 (1) 操作条件： 气提塔物料： n(E)=173kmol 其中： n()=62.3 kmol n()=102.1 kmol n()=8 kmol n(惰气)=0.6kmol去合成塔H物料： n(H)=303.9 kmol 其中： n() n()9.3 kmol n()51.2 kmol n()10

24、.8 kmol n(惰气)=0.6kmol n() n()62.4 kmol n()=156 kmol n()13.6 kmol 液氨： 99.5% 0.5%；3 (2) 计算： a 液氨 ： 生成的尿素41.6 kmol需83.2 kmol , 则 83.2/0.995 =83.6kmol n()=83.60.5%=0.4 kmol b 高压洗涤器(液)物料： n()=9.3+62.4-62.3=9.4 kmol n()=51.2+156-102.1-83.2=21.9 kmol n(惰气)=0.6-0.6=0 n()=10.8+21.9+16=16 kmol表3-3高压甲铵冷凝器物料平衡表

25、 惰气 输入去高压洗涤 器Kmol%Kg% 9.4 21.9 16 19.9 46.3 33.8 413.6 372.3 288 38.5 34.7 26.8 气提 塔Kmol% 62.3 102.1 8 0.6 36 59 4.7 0.3 液氨99.5% 1421.6kg输(合成塔）出Kmol%Kg%9.3 51.2 10.8 0.612.9 71.2 15.1 0.8409.2 870.4 194.4 17.427.4 58.4 13 1.2 Kmol%Kg% 62.4 156 3.6 26.9 67.2 5.9 2745.6 2652 244.8 48.7 47 4.3放空A合成塔G3.

26、1.4高压洗涤器低压甲胺冷凝器C 去高压冷凝器(1) 操作条件： I物料： n() 9.4 kmol n() 21.9 kmol n() 16 kmol； G物料： n() 1.8 kmol n() 5.7 kmol n(惰气) 0.6 kmol； a放空气体 惰性气体 0.6 kmol； (2) 计算： 低压甲铵冷凝器C物料：n()=9.4-1.8=7.6 kmoln()=21.9-5.7=16.2 kmoln()=16 kmol n(C)=7.6+16.2+16=39.8 kmol表3-4物料平衡图 惰气 合计输入合成塔Gkmol%Kg% 1.8 5.7 0.6 18.1 22 70.6

27、7.4 79.2 96.9 17.4 193.5 40.9 50.1 8.9低压甲铵冷凝器Ckmol%Kg% 7.6 16.2 16 39.8 19.1 40.7 40.2 334.4 275.4 288 897.8 37.4 30.7 32.9输出去高压冷凝 器kmol%Kg%9.4 21.9 16.0 47.319.9 46.3 33.8413.6 372.3 288 1073.9 38.5 34.7 26.8 放空气体kmolKg 0.6 17.43.1.5 精馏塔去低压甲胺冷凝器气提塔来来去闪蒸槽(1) 操作条件： 气提塔来4150.3Kg 其中： 334.4Kg 275.4Kg 10

28、44Kg 2496.5Kg 出液中(质量)： 69% 28.6% 1.7% 0.7%； 考虑尿素在精馏塔中全部转到闪蒸槽中；(2) 计算： 去闪蒸槽液体： =2496.5Kg 占69%,则： =2496.5/0.69 =3618.1Kg =3618.10.7% =25.3Kg =3618.11.7% =61.5Kg =1034.8Kg 出塔气去低压甲铵冷凝器物料： =334.4-25.3 =309.1Kg =275.4-61.5=213.9Kg =1044- 1034.7=9.2Kg表3-5物料平衡列表 合计 输 入从气提塔来kmolKg% 7.6 16.2 58 41.6 123.4 334

29、.4 275.4 1044 2496.5 4150.3 8 6.6 25.2 60.24150.3输出出塔液kmolKg% 0.6 3.6 57.4 41.6 103.2 25.3 61.5 1034.7 2496.5 3618.1 0.7 1.7 28.6 694150.3出塔气kmol%Kg7.0 12.6 0.5 20.134.8 61.2 2.5309.1 213.9 9.2 532.2去氨水槽3.1.6闪蒸槽精馏塔来去一段蒸发器(1) 操作条件： 从精馏塔来液： 3618.1Kg 其中： 2496.5Kg 25.3Kg 61.5Kg 1034.8Kg 闪蒸后液中 ：含量73% 0.2

30、% 0.7% 26.1%；3(2) 计算： 输出液： =2496.5Kg =2496.5/0.73 =3416.7Kg=3416.70.2% =6.8Kg =3416.70.7% =23.9Kg =3416.726.1%=889.4Kg 输出气： =25.3-6.8 =18.4Kg =61.5-23.9=37.6Kg =1034.7-889.4=145.4Kg表3-6物料平衡表： 合计Kg输入从精馏塔来Kgkmol% 25.3 61.5 1034.7 2496.5 3618.1 0.6 3.6 57.4 41.6 103.2 0.7 1.7 28.6 693618.1输出输出液kmolKg%

31、0.15 1.4 49.4 41.6 92.55 6.8 23.9 889.4 2496.5 3416.7 0.2 0.7 26.1 733618.1输出气Kgkmol%18.4 37.6 145.4 201.40.42 2.2 8.1 10.723.7 20.6 75.73.1.7一段蒸发器计算同上可得出以下数据;表3-7物料平衡表 合计输入从闪蒸槽来kmolKg% 0.15 1.4 49.4 41.6 92.55 6.8 23.9 889.4 2496.5 3416.6 0.2 0.7 26 73输出输出液kmolKg% 6.7 41.6 47.3 120.4 2496.5 2616.9

32、4.6 95.4输出气Kgkmol%6.8 23.9 769 799.70.15 1.4 42.7 0.3 3.2 96.53.1.8 低压甲铵冷凝器精馏塔顶气去高压洗涤器解析液塔(1) 操作条件： 精馏塔顶气体物料： n() 7.02 kmol n() 12.6 kmol n() 0.51 kmol 去高压洗涤器物料： n() 7.6 kmol n() 16.2 kmol n() 16.0 kmol(2) 计算： 解析液中： n()=7.6-7.02 =0.58 kmol n()=16.2-12.6 =3.6 kmol n()=16-0.51 =15.49 kmol表3-8物料平衡表 合计输

33、入精馏塔顶气Kgkmol% 309.1 213.6 9.2 532.2 7.02 12.6 0.51 20.13 34.8 61.2 2.5897.7解析塔液来kmolKg% 0.58 3.6 15.49 19.67 25.5 61.2 278.8 365.5 6.9 16.7 76.4输出去高压洗涤器物料kmolKg% 7.6 16.2 16 39.8334.4 275.4 278 365.5 37.4 30.7 32.9 897.8P3.1.9解析系统物料衡算氨水槽液低压甲胺冷凝器排出液FW(1) 操作条件： 从氨水槽液中(重量) ： 6% 2.95% 91.05% ； 废液中 0.07%

34、 0.7% 99.84%； 出塔气： n()0.58 kmol n() 3.6 kmol n() 15.49 kmol；(2) 计算： 依物料平衡： 平衡； F= W + P 6%F=0.07%W+61.2 P=365.5 则解之得： F=1027.6Kg W=662.2Kg 从氨水槽中来物料： n()=1027.66%=61.66Kg n()=1027.62.95%=30.34Kg n()=1027.6-61.66-30.34=935.6Kg 排出液物料： n()=662.20.07%=0.46Kg n()=662.20.7%=4.86Kg n()=162.2-0.46-4.86=656.9

35、Kg表3-9物料平衡表输 入输 出 气输 出 液Kmol Kg %(重量) Kg kmol %(体积) Kmol Kg %(重量) 0.69 30.34 2.9525.5 0.58 2.950.11 4.86 0.73.63 61.66 6.061.2 3.6 18.300.03 0.46 0.0751.98 935.6 91.05278.8 15.49 78.75 36.5 656.9 99.233.2能量衡算3.2.1.合成塔(1) 物料及操作条件(183 14.2MPa)塔进料H t=167 P=14.2 MPa气相 Kmol %(体积) Kg %(重量) P/ MPa 9.3 12.9 409.2 27.4 1.8 51.2 71.2 870.4 58.4 10.1惰性气体 0.6 0.8 17.4 1.2 0.2 10.8 15.1 194.4 13.0 2.1合计 7