产万吨尿素工艺设计方案 .docx

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1、精品名师归纳总结摘 要尿素工业化生产以来的百余年间，始终是肥料工业生产的主要品种。本设计是年产 10 万年吨尿素二氧化碳气提法化工工艺的设计。也介绍了尿素的性质、用途、生产方法和市场的进展状况。尿素生产以煤为原料，采纳改进型CO2 汽提法工艺。尿素合成中有二氧化碳压缩，液氨升压，合成和气提，蒸发、解读和水解以及造粒等工序。主要进行了尿素的工艺运算、降温设备的设计、设备选型，并绘制工艺流程图。关键词： 尿素，二氧化碳气提法，设计运算可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结前 言用于尿素生产的CO2 中都含有肯定量的 CO、H2、CH4、N2 及硫化物等。这是由于 CO2 来源于脱碳后的解

2、读气，无论采纳什么方法脱碳，在脱碳液吸取CO2的同时，仍溶解了肯定量的CO、H2 、CH4、N2 及硫化物等，当脱碳溶液再生时这些气体伴同 CO2 一同被解读出来，另外，通过加空气到CO2中以对设备进行防腐爱护。上述气体在整个工艺过程中极少或完全不冷凝，并随未反应的NH 3 及 CO2 由合成塔顶排放出来，经过高压洗涤塔吸取大部分氨及CO2，气体混合物中 H2、CO、CH4 和 O2 浓度急剧上升，这些可爆气体的存在是尿素生产的最大安全隐患。尿素主要产品为合成氨、尿素、纯碱、氯化铵、精甲醇、复合肥、精细化工产品和热电产品。尿素生产以煤为原料，采纳改进型CO2 汽提法工艺。 CO2 中带有肯定量

3、的 CO、H2、CH4、N2 及硫化物等，既存在可燃气体爆炸的安全隐患，又有硫对设备腐蚀的担忧。国内已有尿素系统发生爆炸的先例。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结一、总 论一）概述尿素原料主要是二氧化碳和氨。尿素产品用途广泛，其主要用作化肥。工业上 仍用作制造脲醛树酯、聚氨酯、三聚氰胺-甲醛树脂的原料，在医药、炸药、制革、浮选剂、颜料和石油产品脱蜡等方面也有广泛的作途。据统计，我国现有尿素生产企业 200 多个，规模分为大型 引进 48 万吨/年以上）、中型 13 30 万吨 /年以上）、小型 413 万吨/年），我国中小氮肥企业中90采纳煤为原料，近年来产能进展较快。据统计，

4、20052007 年尿素新建装置增加产能累计987 万吨，加上现有装置产能的自然增长， 2005 2007 年我国累计增加尿素产能 1340 万吨，到 2007 年底尿素产能达到 5300 万吨以上。估计 2021 2021年新建装置产能为 715 万吨，到 2021 年底全国尿素产能将达到 6000 万吨。1. 产品用途尿素主要用作化肥。工业上仍用作制造脲醛树酯、聚氨酯、三聚氰胺-甲醛树脂的原料，在医药、炸药、制革、浮选剂、颜料和石油产品脱蜡等方面也有广泛的作途。尿素加热至 200时生成固态的三聚氯酸 即氰尿酸）。三聚氰酸的衍生物三氯异氰尿酸、二氯异氰酸钠、异氰尿酸三 2-羟乙酯）、异氰尿酸

5、三 烯丙基）酯、三 3， 5-二叔丁基 -4-羟基苄基）异氰酸酯、异三聚氰酸三缩水甘油醚、氰尿酸三聚氰胺络合物等有很多重要应用。前两者是新型高档消毒、漂白剂，三氯异氰尿酸全世界总所产才能超过 8 万吨4。2. 尿素的基本信息1）尿素分子式： CH4N2O。相对分子质量： 6006。2）外观：无色或白色针状，或棒状结晶体，工业品为白色略带微红固体颗粒，无臭无味。3）密度： 1 335g/mm。4）熔点： 1327C。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结5）溶解性：溶于水、醇，不溶于乙醚、氯仿，呈微碱性。6）CAS 号:57-13-63. 产品市场需求国内大部分的区尿素市场行情基本平稳

6、，市场需求清淡，市场信心不足。国内尿素市场需求连续疲软，但在国际尿素价格涨势不减的情形下，国内尿素出口形势向好，受出口影响局部的区尿素价格显现了小幅波动，然而国内需求市场气氛连续冷清，市场成交较为有限，因此市场价格波动甚微，市场人士估计尿素市场行情将连续以稳为主，不乏小幅调整。西北市场：西北的区尿素市场行情平稳。陕西主流报价在1600 元/吨左右，市场批发价在 1600 元/吨左右。甘肃主流报价在1520 元/吨左右，市场批发价在 1600 元/吨左右。新疆主流报价在1600 元/吨，市场批发价在1680 元/吨左右。宁夏的区主流报价在 1570 元/吨，市场发价在 1620 元/吨左右。4.

7、 尿素产量2006 年全国尿素总产量 45786 万吨实物），同比增长 101%,其中大型引进装置企业生产尿素1287 9 万吨 占全国尿素的28% ）。 2007 年尿素产量49875 万吨，同比增长10 9%,其中大型引进装置生产1316 3 万吨 占全国26 4%）。 2021 年全国生产尿素约51041 万吨，同比增加 102%，其中大型引进装置生产 13239 万吨， 占全国 24 5%）。可以看出，近两年，全国尿素产量年增长率基本在 10%以上，其中大化肥增长率与全国产量增长率持平。2CO+H2O这是一个可逆的放热反应。实际上，该反应分两步进行。第一步由氨与二氧化碳生 成中间产物氨

8、基甲酸铵NH 4COONH 2，简称甲铵。其次步是甲铵脱水生成尿素，其可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结反应式为：2NH 3+CO2NH 2CO2NH 4+159 47kJ 2-1 NH 2 CO2NH 4NH 2CONH2 +H2O-2849kJ 2-2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结式2-1是强放热反应，在常压下反应速度很慢,加压下就很快。式 2-2是温顺的吸热反应。当温度为 170190,氨与二氧化碳的摩尔比为 2 0，压力高到足以使反应物得以保持液态时，甲铵转化成尿素的转化率 以 CO2 计为 50。其反应速率随温度的提高而增大。当温度不变时，转化率随压力

9、的上升而增大，转化率达到肯定值后，连续提高压力，不再有明显增大，此时，几乎全部反应混合物都以液态存在。三、尿素的生产方法一）水溶液全循环法水溶液全循环法是20 世纪 60 岁月以来的经典生产工艺。水溶液全循环法为尿素生产的进展做出了重大奉献，不仅使生产才能大大增加而且使二氧化碳和氨的消 耗大大降低，因此它曾经被广泛的采纳。该法存在的主要问题有以下几点。1. 能量利用低。尿素合成系统总的反应是放热的，但因加入大量过剩氨以调剂反应温度，反应热没有利用。2. 一段甲铵泵腐蚀严峻。高浓度甲铵液在9095 度时循环入合成塔，加剧了对甲铵泵的腐蚀，因此一段甲铵泵修理频繁，是水溶液全循环法的突出弱点。3.

10、流程过于复杂。二）氨气提法氨气提法 20 世纪 70 岁月初实现了工业化，虽然不如二氧化碳气提法应用广可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结泛，但现在有后来居上的趋势。含氨量高，回收反应热多，设备腐蚀低，机械设备投资少，操作稳固。三）二氧化碳气提法二氧化碳气提法是20 世纪 60 岁月后期开发出的生产工艺，现在已成为世界上建厂最多、生产才能最大的生产方法。它的主要特点如下。1. 采纳与合成等压的原料二氧化碳气提以分解未转化的大部分甲铵和游离 氨，残余部分只需再经过一次低压加热闪蒸分解即可。从而免去了操作条件苛刻、腐蚀严峻的一段甲铵泵。缩减了流程和设备，并使操作掌握简化2。2. 高压冷

11、凝器与合成等压下冷凝气提气，冷凝温度较高，返回合成塔的水量较少，有利于转化率的提高。同时有可能利用冷凝过程生成甲铵时放出的大量生成热和冷凝热来副产低压蒸汽，除气提塔需不加蒸汽外，低压分解、蒸发及解吸等工序都可以利用副产蒸汽，从总体上看可以降低蒸汽的消耗及冷却水用量。3. 二氧化碳气提法中的高压部分，如高压冷凝器的甲铵液及来自高压洗涤器的甲铵液，均采纳液位差使液气物料自流返回合成系统，不需用甲铵泵输送，不仅可以节约设备和动力，且操作稳固。但为了造成肯定的位差就不得使设备之间保持肯定的位差。因此，需要庞大的高层结构来支撑设备。4. 由于采纳二氧化碳气提，所选用的合成塔操作压力较低14-15MPa）

12、，因此节约了压缩机和泵的动力消耗，同时也降低了压缩机、合成塔的耐压要求。便于采用蒸汽透平驱动的离心式二氧化碳压缩机，对强化设备的生产才能和提高热能利用非常有利。5. 在整个流程中循环的物料量较少，动力消耗较低。但是较低的氨碳比又使得在高压部分物料对设备的腐蚀严峻。另外，因氨碳比低，氨量少，故缩二脲生成量高。通过以上综述及比较，本设计我选用了二氧化碳气提法生产尿素。四、工艺条件及工艺流程概述和流程图一）工艺流程概述和流程图可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结1. 工艺流程概述由液氨和二氧化碳合成尿素反应液从合成塔1 底部排出，经液位掌握阀流入气提塔 2 的顶部，温度约为183 度，经

13、液气分布器匀称流入气提塔内，与气提塔底部进入的二氧化碳气在管内逆流气提，气提塔管外用21MPa 蒸汽加热，将大部分甲铵和过剩氨分解及解吸，气提后尿液由塔底引出，经自动减压阀降压到03MPa。由于降压，甲铵和过剩氨进一步分解、气化，吸取尿液内部的热量，使溶液温度下降到约 107 度。气液混合物进入精馏塔3，喷洒在鲍尔环填料上，然后尿液从精馏塔填料段底部送入循环加热器4，被加热到约 135 度时，返回精馏塔下部分别段。在此气液分别，分别后的尿液含甲铵和过剩氨极少，主要是尿素和水，由精馏塔底 部引出，经减压后再进入真空蒸发系统。气提塔顶部出来的气体 含氨气 40%，二氧化碳 60%），进入高压甲铵冷

14、凝器5 内，与高压喷射器来的原料液氨和回收的甲铵液反应，大部分生成甲铵，其反应热由管外副产蒸汽移走。反应后的甲铵液及未反应的氨气、二氧化碳气分两路进入尿素合成塔底部，在此未反应的氨、二氧化碳连续反应，同时甲铵脱水生成尿素。 尿素合成塔顶部引出的未反应气，主要含氨、二氧化碳及少量水、氮气、氢气、氧 气等气体，进入高压洗涤器6 上部的防爆空间，再引入高压洗涤器下部的浸没式冷凝器冷却管内。管外用封闭的循环水冷却，使管内布满甲铵液，未冷凝的气体在此 鼓泡通过，其中氨和二氧化碳大部分被冷凝吸取，含有少量氨、二氧化碳及惰性气 体再进入填料段。由高压甲铵泵16 打来的甲铵液经由高压洗涤器顶部中心循环管，进入

15、填料段与上升气体逆流相遇，气体中的氨和二氧化碳再次被吸取。吸取氨 和二氧化碳的浓甲铵液温度约160 度，由填料段下部引入高压喷射器循环使用。未被吸取的气体由高压洗涤器顶部引出经自动减压后进入吸取塔7 下部，气体经吸取塔两段填料与液体逆流接触后，几乎将氨和二氧化碳全部吸取，惰性气体由塔顶放空。精馏塔下部分别段出来的气体经气囱与喷淋液在填料段逆流接触，进行传质和传热。尿液中易挥发组分氨、二氧化碳从液相解吸并扩散到气相，气体中难挥发组可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结分水向液相扩散，在精馏塔底得到难挥发组分尿素和水含量多的溶液。气相得到易挥发组分氨、二氧化碳的气体，这样降低了精馏塔出口

16、气体中的水含量，利于削减循环甲铵液中的水含量。由精馏塔顶引出的气体和与解吸塔 11 顶部出来的气体一并进入低压甲铵冷凝器 8，同低压甲铵冷凝器液位槽 9 的部分溶液在管间相遇，冷凝并吸取，其冷凝热和生成热靠循环泵 14 和冷却器 15 强制循环冷却，然后气、液混合进入液位槽 9 进行分别。被分别的气体进入吸取器 10 的鲍尔环填料层，吸取剂是由吸取塔来的部分循环液和吸取器本身的部分循环液，经由吸取器循环泵17和吸取器循环冷却器18 冷却后喷洒在填料层上，气液在吸取器填料层逆流接触， 将气体中氨和二氧化碳吸取，未吸取的惰性气体由塔顶放空，吸取后的部分甲铵液 由塔底排出，经高压甲铵泵16 打入高压

17、洗涤器作吸取剂。蒸发系统回收的稀氨水进入氨水槽 24，大部分经解吸塔给料泵 20 和解吸塔热交换器 21，打入解吸塔 11 顶部，塔下用 04MPa 蒸汽加热，使氨水分解，分解气由塔顶引出去低压甲铵冷凝器，分解后的废水由塔底排放 5。2. 工艺流程图图 1二氧化碳气提、循环、回收过程的工艺流程1- 合成塔 2- 气提塔 3- 精馏塔 4- 循环加热器5-高压甲铵冷凝器6-高压洗涤器7- 吸取塔可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结8- 低压甲铵冷凝器9-液位槽 10-吸取器 11- 解读塔 12-吸取塔循环泵13- 循环冷凝器14- 循环泵 15- 冷却器 16- 高压甲铵泵17-

18、吸取器循环泵18- 吸取器循环冷却器19- 闪蒸槽冷液泵20-解读塔给料泵 21- 解读塔热交换器 22- 吸取塔给料升压泵23- 顶部加料冷却器24-氨水槽二）工艺条件1. 温度由于甲铵的分解反应，过量氨及游离二氧化碳的解吸都是大量吸热的过程。所以，在设备材料答应的情形下，应尽量提高气提操作温度，以利于气提过程的进 行。但是，温度太高就腐蚀严峻，同时加剧副反应的发生，这将影响尿素的产量和质量。工业生产上，气提塔操作温度一般选为190 度左右。通常用 2 1MPa的蒸汽加热以维护塔内温度。2. 压力从气提的要求来看，采纳较低的气提操作压力，有利于甲铵的分解和过量氨的解吸，这样能削减低压循环分解

19、的负荷，同时提高气提效率。但是，实际生产中二氧化碳气提操作是采纳与合成操作等压的条件进行的，由于这样有利于热量的回 收，同时能降低冷却水和能量消耗。假如采纳较低的压力，会使尿素合成率降低， 从而增大氨和二氧化碳的循环量，同时仍会使气提后气体中水含量增加，使返回甲铵液浓度降低，影响合成率。3. 液气比气提塔的液气比是指进入气提塔的尿素熔融物与二氧化碳的质量比，它是由尿 素合成反应本身的加料组成确定的，不行以任意转变。从理论上运算，气提塔中的 液气比为 387，生产上通常掌握在 4 左右，液气比的掌握是很重要的。当塔内液气比太高时，气提效率显著下降。液气比太低，易行成干管。造成气提管缺氧而严 重腐

20、蚀。在生产上，除了掌握气提塔的液气比外，仍要严格要求气提塔中的液气均 匀分布。4. 停留时间尿素熔融液在气提塔内停留时间太短，甲铵和过量氨来不及分解，达不到气提可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结的要求。但停留时间过长，气提塔生产强度降低，同时副反应加剧，影响产品产量和质量。一般气提塔内尿液停留时间以1min 为宜。五、工艺运算用常压精馏塔分别尿素 -二氧化碳混合液。要求年产 10 万吨尿素 年生产天数为320 天），其含量为 90%，进料组成为 40%，塔釜残液组成为 0 1%以上均为尿素的质量分数），泡点进料，进料温度为160 度， R=1 5Rmin，物系的相对挥发度为 17

21、，试运算： 1）进料量及塔釜残液量 kmol/h ）。 理论塔板数 8 。可依据精馏塔的物料衡算来求得进料液 F、塔顶的馏出液 D和塔釜液 W公式：总物料平稳FD+W51易挥发组分平稳F XF DX D+WXw5 2 式中 F 原料液摩尔流量， kmol h。D 馏出液摩尔流量， kmolh。 W 釜残液摩尔流量， kmol h。XF 料液中易挥发组分的摩尔分数。XD 馏出液中易挥发组分的摩尔分数。 XW 釜残液中易挥发组分的摩尔分数。解： 1）由题意可知，尿素的物质量：n=m/M=10 106/60=166667kg/kmolD=n/t=10 106/6032024=217kmol/hD/F

22、=X F- Xw /X D- Xw217/F=04-0001/0 9-0001F=493 kmol/h由 F=D+W，得W=F-D=49 3-217=276 kmol/h可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结所以：进料量 F=493 kmol/h。塔釜残液量 W=27 6 kmol/h xq=1704/1+17-104=053 Rmin= XD - yq/ yq -xq=09-053/0 53-04=2 846所以，回流比 R=15Rmin=1 5 2 846=42691- X W/ X W/lg =lg0 4/1-04/1-0 001/0 001/ lg1 7=138所以： R-

23、Rmin/R+1=4 269-2846/4269+1=027 N-Nmin/N+2=0 35将 Nmin=13 8 代入上式，求得 NN=223不包括再沸器 用逐板运算法可求得 N=22不包括再沸器 六、设计总结在高校的学习过程中，毕业设计是一个重要的环节，是我们步入社会参加实际工程建设的一次极好的演示，我非常有幸能提早把毕业设计和实际工程有机的结合起来在高校的学习过程中 10。这次毕业设计受益匪浅，让我能够把所学同工程实际生产相结合。在此设计前对前人的同类设计进行了探讨讨论后，从中领悟了设计原理及方法，然后就结合自己的一些学问及体会进行并完成了我自己毕业设计，现在我把整个设计过程所获得的学问

24、及体会进行一个总结，通过这些体会期望能给自己今后的学习工作供应帮 助。这次毕业设计让我更加熟识了从理论到实践的跨过。从起初的查阅图书，到现在的设计胜利，这中间有很多值得回味的的方。并且也是我对课本学问一次回忆，可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结特殊是工艺运算使我更熟识了化工原理中的有关运算。也对合成尿素的生产工艺更加明白，特殊是二氧化碳气提法生产工艺的把握。也明白了尿素生产的技术水平。这次的设计，从选题到实现，几乎都是自己独立完成的。整个过程中，从需求分析到设计、测试，我都力求规范化和文档化，努力让自己以前学的学问运用到本网站的开发中，尽量保证整个系统的开发进度和质量，顺当完成这

25、次的毕业设计， 为自己的高校生涯画上一个完善的句号。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结参考文献1 付艳华气提法尿素生产工艺的比较 J安徽职业技术学院学报， 2007, 01 2 宣凤琴 CO2 气提法和 NH 3 气提法尿素生产技术的比较 J安徽化工， 2001, 043 杨波，周海生物质乙醇制乙烯技术讨论进展J化工技术与开发 , 202112 :27-324 余映慧, 高雪果胶生产工艺及其在食品中的应用J现代农业科技 , 2021, 23 :351-3525 吴丹尿素流程工艺二氧化碳汽提塔的模拟D 大连理工高校 , 2002 6 赵家凤，薛荣书，姜德军，蒋文华尿素合成条件下甲胺

26、冷凝器物料平稳运算J化学工程， 1995, 04 7 杨东尿素合成塔塔板改造 D 四川高校 , 2003 8 万勇改良型 Kellogg 大型氨厂物料和能量衡算软件的开发讨论D 四川高校 , 20029 余慧俐，李剑，张仁超尿素装置技改后产品缩二脲含量高的缘由及解决措施J川化， 2005,0310 李凤华，魏顺安高压甲胺冷凝器和尿素合成塔的模拟运算J化学工业与工程, 1996,0111 张震尿素合成塔塔板的现状与进展 J大氮肥， 2000,0512 万勇尿素合成塔高效塔板的应用 J大氮肥， 1998,03可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结致谢感谢我的导师孔严谨细致、一丝不苟的作风

27、始终是我工作、学习中的榜样。他循循善诱的教诲和不拘一格的思路赐予我无尽的启发。感谢师兄师姐对我的帮忙和指点。没有他们的帮忙和供应资料对于我一个对化工学问不熟的我来说要想在短短的一个月内完成毕业设计是几乎不行能的事情。做毕业设计期间及多年来的学习和生活中，曾经遇到了很多的困难，但在同学、老师亲人的帮忙及自己的不断努力下得以一一解决，于此不断的增加了自己的学问，让我懂得怎样去生活。谨在此向多年来赐予我关怀和帮忙的老师、同学和伴侣表示诚心的感谢！感谢在此论文设计过程中孔老师对我的指导。是他们让我感受到了集体的力气，怎样才会让一个集体的合作更好，以及一起工作时给我帮忙和支持。感谢孔老师给我的设计所供应的帮忙。感谢在我以前的学习中给我指导和支持的老师及师兄，没有他们的帮忙就没有现在所取的成果，在此我诚心感谢他们，我会在以后的学习和工作中不断努力用实际行动来报答他们对我的苦心栽培！可编辑资料 - - - 欢迎下载