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1、年产20万吨尿素斯纳姆氨汽提水解系统工艺设计The Snam Ammonia Stripping Hydrolysis System Design of Annual Output of 200000 Tons of Urea目录摘要IAbstractII引言1第1章 绪论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 尿素发展简述31.3 国内外尿素技术市场简况31.4 尿素的生产方法简介41.4.1 水溶液全循环法41.4.2二氧化碳气提法51.4.3氨汽提法51.5 本课题的意义和内容61.5.1 课题的意义61
2、.5.2 课题的内容6第2章 氨汽提法工艺流程72.1 尿素的合成72.2 尿素的工艺流程72.3 水解系统工艺设计92.3.1水解系统流程92.3.2水解解吸操作中典型设备介绍及其应用102.4 主要工艺条件102.5生产组织制度11第3章 物料衡算与热量衡算123.1 物料衡算计算条件的确定123.2 氨汽提法水解系统物料衡算133.2.1高压系统物料衡算133.2.2中低压分解和回收工段物料衡算163.2.3氨回收部分物料平衡计算193.2.4真空浓缩工段213.2.5解吸水解系统物料平衡计算24第4章 主要工艺设备计算284.1 多组分的吸收与解吸计算方法简述284.1.1多组分吸收与
3、解吸中理论板数简捷计算方法介绍284.2 解吸塔工艺尺寸设计304.2.1 解吸塔的工艺条件304.2.2解吸塔的计算30第5章 水解系统的改造365.1 废水处理系统365.2 废水处理系统存在的问题及改造措施375.2.1 废水处理系统存在的问题375.2.2 改造措施385.3 分子筛干燥器压差高的原因分析及改进38结论39致谢40参考文献41附录A42附录B43年产20万吨尿素斯纳姆氨汽提水解系统工艺设计摘要：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。许多国家都致力于尿素生产系统的研究。在水解系统中，工艺水中氨、二氧化碳、尿素的解吸水解程度很重要,所以工艺冷凝液处理装置
4、也在不断地改造。废液中的氨的含量不能超过50ppm。超过此设计值，不符合排放标准。因此，本文设计主要是以年产20万吨尿素为目标，设计水解系统工艺流程，并且针对水解系统的进料和出料进行物料衡算和热量衡算，对配套的装置解吸塔进行设备计算和选型，从而满足设计要求，达到规定的排放要求。进料组成：氨4.7%；尿素0.9%；二氧化碳2.1%.其余为水。出料废液中的氨为410-6kg/tUr,尿素为零。生产组织制度：年工作为8000小时，每小时生产25吨尿素。关键词:尿素生产 氨汽提 工艺水 物料衡算 热量衡算 设备计算The snam ammonia stripping hydrolysis system
5、 design of annual output of 200000 tons of ureaAbstract:Urea is a kind of important chemical fertilizers and industrial raw materials,which is widely used throught the world.Many countries are committed to the urea production system research.Because the desorption of ammonia、carbon dioxide、urea is i
6、mportant, condensate treatment plant was contantly transformed.The amount of waste liquid of ammonia is not more than 50ppm.If it is more than this number ,it does not meet the standards. The goal of this design is annual output of two hundred thoused tons.Hydrolysis system process flow was designed
7、, material balance and heat blance of feeding and discharging was calulated and the equipment selections and calculation was carried out,so that the system meets the requirements and the standards of emission.the compostion of feeding is that ammonia is four point seven percent , urea zero point nin
8、e pecent and carbon dioxide is two point one pecent,In the waste liquid,the content of ammonia is fourt mg/tur,and urea is zero. the organization of production system:eight thousand hours per year ,urea production is 25 tons per hour .Keywords: Urea production; Ammonia stripping; Process water; Mate
9、rial balance; Heat balance; Equipment calculation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。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。尿素的主要用途是作化肥用、作饲料用、其它工业用。中国尿素工艺始于1957年，氨气提工艺始于1971年。随着尿素的生产与工艺改进，尿素水解解吸装置不断的
10、在进行改造，例如对塔板，以及进入装置时工艺水的工艺条件等。对尿素生产后的工艺冷凝液中氨，二氧化碳，尿素的解吸回收具有很重要的意义，因为氨和二氧化碳是合成尿素的主要原料，在尿素生产完成后的后续工艺冷凝液处理系统中，将溶液中的氨，二氧化碳解吸，尿素水解后再解吸，这样可以将氨等组分解吸返回其他系统回收利用，不但可以减少原料的消耗，降低生产成本，防止溶液中的氨等组分对设备造成严重腐蚀，而且将工艺水中氨含量解吸到符合排放要求排放，是降低对环境污染程度的有效途径。其中的解吸装置解吸塔是为了适应氨等组分的解吸要求，即实现零排放的配套装置。第1章 绪论1.1 尿素的物理化学性质和用途 1.1.1 尿素的物理性
11、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
12、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。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
13、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。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。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 尿素发展简述 1773年,Rouelle首先在尿
14、液中发现了尿素。1828年,Woehler将氨和氰酸合成为尿素,开辟了以无机物合成有机物的先河。20世纪30年代,世界上首先以一次通过法实现尿素的工业化生产。40年代中,改进为部分循环法工艺。50年代末，实现水溶液全循环法工艺的工业化生产。之后，陆续出现各种水溶液全循环法工艺。60年代期间，建立起日产1000吨以上的单系列大型化装置。1967年，荷兰Snamprogetti工程公司率先开发成功高压等压气提工艺，以CO2 气作为气提剂在日产220吨装置上实现了工业化上产。随之意大利Snamprogetti工程公司开发成功氨气提工艺，日产300吨装置投入生产，CO2 气提法工艺在1968年、氨气提
15、工艺在1971年分别建成1000吨/天，以上单系列大型化装置。 80年代初，为了进一步降低能耗，又推出了多种节能型高压气提工艺，如改良CO2气提工艺，改良氨自身气提工艺，意大利Montedison公司开发的IDR(Isobaric Double Recycle)工艺，日本Toyo Engineering Corp.与Mitsui Toatsu Chemicals Inc.联合开发的ACES(Advanced Process for Cost and Energy Saving)工艺等。 以尿素生产工艺的发展历史而言，实现全循环是一次工艺技术的飞跃；它割掉了尾气氨加工制造其他氮肥的硕大尾巴；而实
16、现高压合成圈等压气提回收则是尿素工艺技术的又一次飞跃，在高压圈内回收了大量的未反应物，从而大幅度减轻下游分解及回收的负荷，而且回收了用于分离未反应物所耗的热量，用来副产低压蒸汽以用于下游工序，至于节能型尿素工艺的问世，只能视为尿素气提工艺经过十几年实践经验的积累，作出了较为重大的合理化改造，使氨基甲酸铵生成热更合理的回收利用，较大幅度地降低能耗，工艺技术更趋成熟，装置运转稳定可靠。 1.3 国内外尿素技术市场简况 目前在世界尿素工业界认为较先进的是三大尿素专利公司的技术，它们是Snamprogetti公司的氨自身气提工艺、TEC-MTC公司的ACES工艺、Stamicarbon公司的气提工艺。
17、到目前为止，全世界已建成及在建的尿素装置总数达450套，总生产能力为301800吨/天。其中采用三大尿素专利公司的工艺技术建造的有348套，总生产能力占世界总能力的90%；采用最多的Stamicarbon公司工艺，有196套，总生产能力占全世界的44.4%；其次为Snamprogetti公司工艺，有68套，总生产能力占25.6%；再次之是TEC-MTC公司的ACES工艺，有84套，总生产能力占20.1%。 我国已建及在建的尿素生产装置共110套，总生产能力为58680吨/天，占世界总生产能力的20%。国内尿素装置采用的工艺技术除我国自行研发的水溶液全循环法外，世界上的主要工艺也均引进。我国自2
18、0世纪70年代开始引进CO2 气提法工艺的大型装置，目前共有15套大型装置（全套引进或合作设计、采购），6套中型装置以及2套小型装置（均为国内自行设计、自行制造设备）。在110套装置中30套大、中型装置采用国外工艺，总生产能力为39880吨/天，占全国总生产能力68%3，4。 1.4 尿素的生产方法简介 按未反应物的循环利用程度，尿素生产方法可分为不循环法、半循环法和全循环法三种。 依气提介质的不同，分别称为二氧化碳气提法、氨气提法、变换气气提法。依照分离回收方法的不同主要分为水溶液全循环法、气提法等。按气提气体的不同又可分为二氧化碳气提法、氨气提法、变换气气提法。 1.4.1 水溶液全循环法
19、 20世纪60年代以来，全循环法在工业上获得普遍采用。全循环法是将未转化成尿素的氨和二氧化碳经减压加热和分离后。全部返回合成系统循环利用，原料氨利用率达97%以上。全循环法尿素生产主要包括四个基本过程：二氧化碳的压缩；氨输送和尿素合成；循环回收；尿素溶液的加工。 我国尿素厂多数采用水溶液全循环法。水溶液全循环尿素工艺生产装置的静止高压设备较少，只有尿素合成塔及液氨预热器为高压设备，其它均为中压和低压设备，所以该尿素工艺生产装置的技术改造比较容易、方便，改造增产潜力较大。氨碳比控制的较高，一般摩尔比为4.0左右，工艺介质对生产装置的腐蚀性较低，由于氨碳比控制的较高，二氧化碳气体中氧含量控制的较低
20、，并且尿素合成塔操作压力为19.6Mpa，操作温度为188190，所以水溶液全循环生产尿素工艺中二氧化碳转化率较高，一般能达到42%-68%，经过尿素合成塔塔板的改造，有的企业已经达到68%以上。由于该工艺高压设备较少，高压系统停车保压时间可以达到24h，所以生产装置的中小检修一般可以在尿素合成塔允许的停车保压时间内完成，减少了高压系统排放的次数，降低了尿素的消耗。由于氨碳比控制的较高，中低压分解系统温度控制适当，尿素产品质量较容易控制，一般可以控制在优级品范围内。水溶液全循环尿素工艺可靠、设备材料要求不高、投资较低。但也存在不足，水溶液全循环尿素工艺生产装置的工艺流程较长，在操作调节方面不如
21、氨气汽提法生产尿素工艺简单、方便。由于氨碳摩尔比控制得较高，一般稳定在4.0左右，并且未反应生成尿素的氨和二氧化碳气体全部要经过低压、中压循环吸收系统回收后再返回到尿素合成塔，液氨泵和一段甲铵泵的输送量比较多，所以该工艺中液氨泵和一段甲铵泵的台数较多，动力消耗较多。由于该工艺高压系统的操作压力高达19.6 Mpa，并且一段甲铵液的工艺要求温度高达90左右，所以一段甲铵泵和液氨泵的运行周期较短、检修维护时间较多、维修费用较高。二氧化碳气体压缩机由于出口压力高，故其运行周期也相对较短、维修工作量较多、维修费用较高5。1.4.2二氧化碳气提法二氧化碳气提法是20世纪60年代后期开发出的生产工艺，现在
22、已成为世界上建厂最多、生产能力最大的生产方法。它的主要特点如下： (1) 采用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、腐蚀严重的一段甲铵泵。缩减了流程和设备，并使操作控制简化。 (2) 高压冷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
23、甲铵液及来自高压洗涤器的甲铵液，均采用液位差使液气物料自流返回合成系统，不需用甲铵泵输送，不仅可以节省设备和动力，且操作稳定。但为了造成一定的位差就不得使设备之间保持一定的位差。因此，需要巨大的高层结构来支撑设备。 (4) 由于采用二氧化碳气提，所选用的合成塔操作压力较低（14-15MPa），因此节省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，对强化设备的生产能力和提高热能利用十分有利。 (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重。另外，因氨碳比低，氨量少，故缩二脲生成量
24、高。1.4.3氨汽提法氨汽提法就是把合成塔排出的合成反应液，在合成压力和较高温度下在“汽提塔”内与气提气氨、二氧化碳或惰性气体，逆流相遇，将氨和二氧化碳从尿液中分解出来，然后将气体导入一个“高压甲铵冷凝器”内，与新鲜氨化合并冷凝为甲铵液，放出的热量用于副产蒸汽。氨汽提法尿素生产主要包括四个基本过程尿素合成及高压回收; 分解和回收; 尿液的浓缩和造粒; 工艺冷凝液处理。氨汽提法尿素工艺在操作调节方面比较简单、方便。能耗低、生产费用低。该工艺的特点是高氨碳比，高转化率；采用甲铵喷射泵，使合成圈内高压设备水平布置，不仅节省了高框架，同时也方便了安装检修；热利用效率高，能耗低；操作弹性大，易于控制；爆
25、炸危险性小，原料损失少，尿素合成压力15.5Mpa,温度为188. 二氧化碳转化率为63%65%。1.5 本课题的意义和内容 1.5.1 课题的意义 对尿素生产后的工艺冷凝液中氨，二氧化碳，尿素的解吸回收具有很重要的意义，因为氨和二氧化碳是合成尿素的主要原料，在尿素生产完成后的后续工艺冷凝液处理系统中，将溶液中的氨，二氧化碳解吸，尿素水解后再解吸，这样可以将氨等组分解吸返回其他系统回收利用，不但可以减少原料的消耗，降低生产成本，防止溶液中的氨等组分对设备造成严重腐蚀，而且将工艺水中氨含量解吸到符合排放要求排放，是降低对环境污染程度的有效途径。其中的解吸装置解吸塔是为了适应氨等组分的解吸要求，即
26、实现零排放的配套装置。1.5.2 课题的内容 主要进行工艺概述，工艺流程设计、物料衡算、热量衡算、主要设备计算与选型，并绘制带控制点的工艺流程图和主要设备图。第2章 氨汽提法工艺流程2.1 尿素的合成 工业上是由液氨和二氧化碳直接合成尿素的，其总反应式为： 2NH3+CO2CO(NH2)2+H2O-103.7kJmol 实际上反应是分两步进行的首先是氨与二氧化碳反应生成氨基甲酸铵： 2NH3+CO2NH2COONH4+159.47kJmol 该步反应是一个可逆的体积缩小的强放热反应，在一定条件下，此反应速率很快，容易达到平衡，且此反应二氧化碳的平衡转化率很高。 然后是液态甲铵脱水生成尿素，称为
27、甲铵脱水反应 NH2COONH4CO(NH2)2+H2O-28.49kJmol 此步反应是一个可逆的微吸热反应,平衡转化率一般为50%70%,并且反应的速率也较缓慢,是尿素合成中的控制速率的反应。 2.2 尿素的工艺流程 (1) 尿素合成及高压回收液氨由氨库送来通过氨回收塔（C105）后进入氨回收槽（V105），然后通过氨（P105A/B）加压到2.2MPa分两路，一路少量进入中压吸收塔（C101）作为顶部回流氨，另一路大量进入高压液氨泵（P101A/B）加压到21.5MPa进入甲铵喷射器（L101），作为驱动液将来自甲铵分离器（V101）的甲铵液增压后混合一起进入尿素合成塔（R101）。 来
28、自合成净化工段的CO2气体，经CO2压缩机（K101A/B）五段压缩到16.5MPa后进入合成塔（R101）。为钝化不锈钢的表面，防止反应物和生成物的腐蚀，加入CO2总体积0.4-0.6%的氧气（空气形态加入）。合成塔在压力为15.5MPa、温度为188，氨碳比NH3/CO2（摩尔）为3.33.6，水碳比H2O/CO2摩尔为0.50.7的条件下合成尿素，CO2转化率为6365%，出合成塔的反应产物经蝶阀HV9203流到用2.5MPa中压蒸汽加热的降膜式汽提塔,其操作压力为15.0MPa。尿液顺降膜交换器流下，同时被加热，由于溶液中过剩氨的自汽提的作用，使二氧化碳沸腾出溶液，从而降低了溶液中的二
29、氧化碳含量，为防止汽提塔的腐蚀，在汽提塔顶、底部加入从钝化空压机来的钝化空气，从中压吸收塔塔底来的甲铵液经高压甲铵液泵加压后和汽提塔气相进入甲铵混合器,然后进入高压甲铵冷凝器,在高温高压下冷凝，回收甲铵冷凝热，并产生0.35MPa的低压蒸汽，冷凝后的甲铵经过甲铵分离器分离后进入甲铵喷射器，然后被甲铵喷射器的驱动液液氨一起带入合成塔。甲铵分离器分离出的不凝气体，主要含有惰性气和少量的氨和二氧化碳，这些气体经控制减压阀加压后送到中压分解收集罐中。(2) 分解和回收分解和回收分1.76MPa中压分解回收、0.37MPa低压分解回收和0.035MPa真空分解回收三段降压进行。第一段1.76MPa中压分
30、解回收：汽提塔底部溶液经降压阀LC9202减压到1.76MPa进入中压分解分离器,溶液在此闪蒸并分离，分离后尿液进入中压分解塔甲铵在此分解E102A壳体用0.5MPa蒸汽供热，E102B用汽提塔蒸汽冷凝液分离器的2.5MPa蒸汽冷凝液供热。从中压分解塔分离器顶部出来的含有氨和二氧化碳的气体先送到真空预浓缩器壳程中，被中压碳铵液泵送来的碳铵液吸收，其吸收和冷凝热用来蒸发尿液中的部分水份，然后进入中压冷凝器用冷却水冷却，最终进入中压吸收塔.中压吸收塔为泡罩塔，它用氨升压泵来的液氨和氨水泵送来的氨水共同洗涤二氧化碳。中压吸收塔顶部含有微量惰气的气氨进入氨冷凝器冷凝成液氨，收集于氨收集器,不凝气通过氨
31、回收塔进入中压惰性气体洗涤塔,用蒸汽冷凝液经冷却后作吸收液吸收氨成为氨水，惰性气体放空，其吸收热通过中压氨吸收塔用冷却水带走，氨水通过氨水泵被送到中压吸收塔。中压吸收塔底部溶液通过高压甲铵泵加压到15.5MPa送到甲铵冷凝器中，返回合成圈。第二段0.37MPa低压分解和回收：中压分解收集器的尿液经减压阀（LV9301）减压到0.37MPa进入低压分解塔分离器,尿液在此闪蒸并分离后进入低压分解塔,分解尿液中剩余的甲铵，热源由0.35MPa蒸汽提供。从低压分解塔分离器顶部出来的气体与来自解吸塔、水解器的气体以及P103泵送过来的碳铵液和P114泵送过来的工艺冷凝液一起进入低压冷凝器,用循环水进一步
32、冷凝，冷凝下来的碳铵液和不凝气体进入碳铵液储槽,碳铵液通过中压碳铵液泵（P103A/B）通过真空预浓缩器E104送到（C101），其中的惰性气体进入低压惰性气体洗涤塔（C104）,用蒸汽冷凝液冷却后作吸收液吸收，通过低压氨吸收塔（E112）后进入V106，不凝气放空。第三段0.035MPa真空分解和回收：低压分解收集器（L103）的尿液经减压阀（LV9401）减压后送到真空预浓缩分离器（V104）,尿液在此闪蒸并分离，分离后尿液进入真空预浓缩器（E104）分解残余的甲铵，热源来自中压分解气的冷凝热和吸收热，尿液进入真空预浓缩收集器（L104）后，通过尿素溶液泵（P106）泵送到真空部分，气相被
33、抽至一段真空浓缩系统进行冷凝，冷凝后的液体去工艺冷凝液部分。(3) 尿液的浓缩和造粒由P106送来的尿液被送到一段真空浓缩器（E114）,用0.35MPa蒸汽加热，汽液混合物进入一段真空分离器（V114）进行汽液分离：（1）气相与真空预浓缩分离器的气相混合后进入一段真空第一表冷器（E151A/B）,冷凝后液相进入工艺冷凝液槽（T102）,气相与调节一段真空系统操作压力的空气混合，通过PV9502被0.35MPa的蒸汽由一段真空系统第一喷射器（EJ151）抽到一段真空第二表冷器（E152）,冷凝后，液相进入T102，气相经一段真空系统第二喷射器（EJ152）抽入到一、二段真空系统公用表冷器（E1
34、56）,冷凝后，液相进入T102，气相最终放空；（2）液相通过压差尿液自动进入二段真空浓缩器（E115）。二段真空浓缩器（E115）内的尿液被0.35MPa的蒸汽加热后进入二段真空分离器（V115）进行汽液分离：（1）气相被0.35MPa蒸汽通过二段真空系统第一喷射器即升压器（EJ153）抽入到二段真空系统第一表冷器（E154），冷凝后液相进入（T102）,气相和用来调节第二段真空系统的空气（由PV9509进入）混合，由二段真空系统第二喷射器（EJ154）抽入到二段真空系统第二表冷器（E155）冷凝后，液相进入T102，气相被二段真空系统第三喷射器（EJ155）抽到一、二段真空系统公用表冷器（
35、E156）,液相进入T102,气相最终放空；液相即尿素熔融物经熔融尿素泵（P108）送至造粒塔（L108）造粒。开停车过程中排出的尿液收集于尿液槽（T101）中，再经尿液回收泵（P109A/B）输送到尿液浓缩系统。由造粒喷头（L109A/B）喷出的尿素液滴在自由降落过程中冷凝固化成粒状尿素，通过刮料机（H101）输送到造粒塔皮带（H102）上，然后通过尿素循环皮带输送机（H103）送往包装工段进行称重包装.2.3水解系统工艺设计2.3.1水解系统流程来自一、二段真空系统（L105、L106）的含有氨和二氧化碳的工艺冷凝液收集于（T102）中，各处排放的碳铵液收集于碳铵液排放槽（T104）,并通
36、过碳铵液排放泵（P116A/B）输送到T102中。T102中的工艺冷凝液由解吸塔给料泵（P114A/B）加压经解吸塔预热器（E116）预热后送到解吸塔（C102）顶部，其预热器热源由解吸塔废液提供，解吸塔分上、下两段，上段出液由水解器给料泵（P115A/B）加压，经过水解器预热器（E117）预热后送到水解器（R102）。在R102内，尿素被3.5MPa的蒸汽所分解，水解液经过水解器换热器换热后进入解吸塔下段的顶部，解吸塔底用0.5MPa的蒸汽直接加热，解吸塔及水解器顶部出气与低压分解分离器（V103）顶部出口气体混合进入低压回收部分，废液经E116回收热量后去界区。1碳铵液槽 2解吸泵 3解吸
37、预热器 4解吸塔 5水解泵 6废液槽 7废液泵 8水解换热器 9水解器图2.2 氨汽提法合成尿素水解系统工艺流程简图2.3.2水解解吸操作中典型设备介绍及其应用(1) 解吸塔用途：解吸工艺冷凝液中的氨和二氧化碳，该塔为浮阀塔板。(2) 操作：该塔分为两段，下段组成。工艺水在最顶端进料。含有NH3、CO2和尿素的工艺水经塔上段汽提氨后，送入水解器进行尿素水解。被处理过的水从水解器出来到下段顶部，在此剩余的NH3被直接加入到塔底的0.5MPa饱和蒸汽汽提出来，离开塔顶的气体与水解塔R102顶部气体和低压分离器V103的气体混合进入E108进行冷凝回收。2.4 主要工艺条件解吸塔操作压力0.392
38、Mpa；操作温度塔底液相143，塔顶气相85，排出废液含NH3量40mg/tUr,工艺条件影响如下: (1) 温度 因为甲铵的分解反应，过量氨及游离二氧化碳的解吸都是大量吸热的过程。所以，在设备材料允许的情况下，应尽量提高气提操作温度，以利于气提过程的进行。但是，温度太高则腐蚀严重，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的蒸汽加热以维持塔内温度。 (2) 压力 从气提的要求来看，采用较低的气提操作压力，有利于甲铵的分解和过量氨的解吸，这样能减少低压循环分解的负荷，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用
39、与合成操作等压的条件进行的，因为这样有利于热量的回收，同时能降低冷却水和能量消耗。如果采用较低的压力，会使尿素合成率降低，从而增大氨和二氧化碳的循环量，同时还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，不可以任意改变。从理论上计算，气提塔中的液气比为387，生产上通常控制在4左右，液气比的控制是很重要的。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蚀。在生产上，除了控制气提塔的液气比外，还要严格要求气提塔中的液气均匀分布
40、。 (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6。2.5生产组织制度 法定假日和星期假日采用轮换倒班制度，采用4班倒制，连续工作制，工作日=365-设备维修日=365-35=330天,每天生产成品尿素200000/330=606t，即每小时生产25吨尿素。第3章 物料衡算与热量衡算尿素生产过程的物料衡算同其他化学生产过程的物料衡算一样，根据质量守恒定律，通过计算求得加入设备和离开设备的物料各组分的成份、重量和体积，为进一步进行热量衡算
41、、设备计算等提供定量的依据。 物料衡算根据下列公式G入=G出+G损式中G输入物料总和； G输出物料总和； G损失物料总和。对于氨汽提法尿素生产，由于物料的循环反应，在计算物料平衡时，全系统物料平衡的完整性很重要。改变某设备的任何一个参数都会影响全系统的物料平衡。各设备的物料衡算，必须在全系统物衡算完成以后才能判断各设备物料衡算的结果。因此对尿素生产后所产生的冷凝液的量，组分含量以及所加入的加热蒸汽量必须进行水解解吸系统的物料衡算7。3.1 物料衡算计算条件的确定在进行物料衡算之前，必须确定系统输入、输出、损失等物料量及计算基准等计算条件。尿素物料衡算有下列各项: (1) 计算基准 尿素物料衡算
42、以每年生产20万吨尿素，每年按照8000小时计算，即每小时生产25吨尿素。(2) 处理后的工艺水氨含量为410-6kg/tUr，尿素含量为零，符合国家废液排放标准。3.2 氨汽提法水解系统物料衡算3.2.1高压系统物料衡算 注：R101-合成塔；V101-甲铵分离器；E101-汽提塔；E104-甲铵冷凝器；P101-高压氨泵；P102-高压甲铵泵；K101-CO2压缩机图3.1 高压合成系统示意图以R101出口生成1t(1000kg)尿素为基准（注：不考虑尿素在E101,E102等处水解）。以安化公司取样分析数据为例表3.1取样分析数据组成 %（m/m） NH3 35.17 24.2 51.7
43、CO2 15.17 5.4 18.3 Ur 31.03 47.00 H2O 18.63 23.40 30.00这样从合成塔出来的流股总量=1000/0.3103=3222kg流股各位组分量为：NH3 32220.3517=1133kg=66.65kmol CO2 32220.157=489kg =11.11kmolUr 1000kg=16.67kmolH2O 32220.1863=600kg=33.33kmol根据R101合成塔出口各物料量，可求的进塔各量：2NH2+CO2=(NH2)2CO+H2O生成的量Ur 为16.67kmol反映掉NH3 33.34kmol 反映掉CO2 16.67km
44、ol 生成的H2O 16.67kmol故进塔各组分量为：NH3 66.65+33.34=99.99kmol=1700kgCO2 11.11+16.67=22.78kmol=1222kgH2O 33.33-16.67=16.66kmol=300kgNH3/CO2=99.99/27.78=3.69H2O/CO2=16.66/27.78=0.6XCO2=反应掉的CO2/入塔CO2总量=(16.67/27.78) 100%=60%由于在R101内生成的尿素有一部分夹在真空分离气中，后进入R102水解成NH3和CO2再返回R101,据经验，假设每吨尿素有5kg水解，那么：从压缩机来的流股CO2 （100
45、0-5）/60 44=730kg流股区中压系统各组分量：NH3 (1000/0.47) 0.242=515kgCO2 (1000/0.47) 0.054=115kgUr 1000kgH2O (1000/0.47) 0.234=498kg从甲胺分离器出来的流股个组分量：据经验知：每吨尿素含50kgNH3和3kgCO2及10kg惰气（也可通过安化公司取样分析实测出来）。离开高压系统总物料量=流股+ NH3 515+50=565kgCO2 115+3=118kgUr 1000+0=1000kgH2O 498+0=498kg入高压系统总物料流量=流股+NH3 565+(1000/60) 172=113
46、2kgCO2 118+(1000/60) 44=851kgH2O 49+(1000/60) 18=198kg从高压甲胺泵出来的流股中CO2的量为851-730=121kg流股中各组分量NH3 (121/0.183) 0.517=342kgCO2 851-730=121kgH2O (121/0.183) 0.3=198kg流股（P101加氨量）NH3 1132-342=790kg从汽提塔来的流股=流股-NH3 1133-515=618kg CO2 489-1154=374kg H2O 600-498=102kgUr 1000-1000=0kg从甲胺分离器底端出来的流股=流股+-NH3 618-342-50=910kg CO2 374+121-3=492kg H2O 102+198-0
