年产400吨盐酸氨基脲车间工艺设计样本.doc

目 录
摘 要 - 3 -
Abstract - 4 -
前 言 - 7 -
第一章 总论 - 8 -
1.1 盐酸氨基脲产品概述 - 8 -
1.2 盐酸氨基脲市场特点分析 - 9 -
1.3 中国市场发展趋势 - 9 -
1.4 设计标准 - 10 -
1.5 工艺特点 - 10 -
第二章 工艺路线选择和简述 - 11 -
2.1工艺步骤和生产原理 - 11 -
2.1.1生产原理 - 11 -
2.1.2缩合反应工段步骤 - 11 -
2.1.3成盐反应工段步骤 - 11 -
2.1.4精制反应工段步骤 - 12 -
2.2 工艺步骤简图及工艺指标 - 12 -
2.2.1缩合反应工段步骤简图 - 12 -
2.2.2成盐反应工段步骤简图及工艺指标 - 13 -
2.2.3精制反应工段步骤简图及工艺指标 - 13 -
第三章 盐酸氨基脲生产工艺计算 - 15 -
3.1 物料衡算 - 15 -
3.1.1 物料衡算说明 - 15 -
3.1.2 盐酸氨基脲物料衡算 - 15 -
3.1.3 物料平衡 - 16 -
3.1.3.2 车间总物料平衡 - 17 -
3.1.3.3 盐酸氨基脲产品线物料收支表 - 19 -
3.2 能量衡算 - 19 -
3.2.1缩合反应过程热量衡算 - 20 -
3.2.1.1物料带入到设备热量 - 21 -
3.2.1.2物料离开设备所带走热量 - 21 -
3.2.1.3化学反应热 - 22 -
3.2.1.4设备向环境散失热量 - 22 -
3.2.1.5加热剂传给设备热量 - 23 -
3.2.1.6反应釜工段能量衡算一览表 - 24 -
3.2.2 成盐反应过程热量衡算 - 25 -
3.2.2.1 成盐反应釜能量步骤简图 - 25 -
3.2.2.2 物料带入到设备热量 - 25 -
3.2.2.3 物料离开设备所带走热量 - 26 -
3.2.2.4 加热剂传给设备热量 - 26 -
3.2.2.5 反应釜工段能量衡算一览表 - 27 -
3.2.3.1 物料带入到设备热量 - 28 -
3.2.3.2 物料离开设备所带走热量 - 28 -
3.2.3.3 设备向环境散失热量 - 29 -
3.2.3.4 反应釜工段能量衡算一览表 - 30 -
3.2.3 能量衡算过程及衡算结果 - 31 -
3.2.3.1缩合反应热量： - 31 -
3.2.3.2成盐反应 - 32 -
第四章 设备设计及选型 - 33 -
4.1 关键设备介绍及选型过程 - 33 -
4.1.1 FB型耐腐蚀泵 - 33 -
4.1.2 LGZ立式刮刀卸料全自动离心 - 34 -
4.1.3 水环真空泵 - 35 -
4.1.4 SZG型双锥回转真空干燥机 - 35 -
4.1.5 循环水泵 - 36 -
4.1.6 冷冻机 - 36 -
4.2 设备选型一览表 - 38 -
4.2.1 物料输送设备 - 38 -
4.2.2 储罐设备选型 - 38 -
4.2.3 换热设备设备 - 39 -
4.2.4 分离设备设备 - 39 -
4.2.5 传质设备设备 - 40 -
4.2.6 化学反应器设备选型 - 40 -
4.2.7 废酸池 - 41 -
4.3 塔设备设计结果 - 41 -
4.3.1 工艺设计 - 41 -
4.3.2 机械设计 - 42 -
第五章 车间部署设计 - 43 -
5.1 设计依据 - 43 -
5.2 部署标准 - 43 -
5.2.1 精制工段 - 43 -
5.2.2 成盐工段 - 44 -
5.2.3 缩合工段 - 45 -
第六章 项目关键污染物和污染物处理 - 47 -
6.1 盐酸氨基脲工艺废酸盐酸 - 47 -
6.2 盐酸氨基脲工艺废气氨气 - 48 -
6.3 废水污染防治方法 - 48 -
6.4 固体废物处理 - 49 -
6.5 噪声污染防治方法 - 49 -
致 谢 - 50 -
参考文件 - 51 -
附 录 - 52 -
1.工艺步骤简图 - 52 -
2.缩合工段工艺步骤图 - 53 -
3.成盐工段步骤图： - 53 -
4.打浆工段步骤图： - 54 -
前 言
作为生产盐酸氨基脲关键原料水合肼，多年来因为其下游产品发展快速，其需求量快速增加，且市场价格连续走高，中国一直大量进口水合肼。用水合肼、尿素和盐酸合成盐酸氨基脲工艺路线简单，原料易得，生产过程也易操作控制，所以此次研究关键考察尿素一水合肼法制备盐酸氨基脲合成工艺条件，以提升水合肼转化率。
为此，作者努力争取能利用所学知识并结合生产实习中实践情况，为环境保护事业贡献自己一份微薄之力。
因本人能力有限，故在设计中在所难免有部分错误。望读者给和指正，本人万分感激。

第一章 总论
1.1 盐酸氨基脲产品概述
1.1.1 产品介绍
盐酸氨基脲基础性质
汉字名称
盐酸氨基脲
英文名称
Semicarbazide hydrochloride 
别  名
盐酸氨基脲
分 子 式
CH5N3O.HCl
外观和性状
白色结晶性粉末
分 子 量
111.53
沸  点
——
熔  点
171-173℃
溶解性
易溶于水，不溶于无水乙醇和乙醚
密  度

稳定性
——
危险标识

关键用途
1.本品是医药工业原料，用以制取硝基呋喃类等药品；2.用作测定酮、醛试剂，色谱分析及分离激素精油溶剂；3.有机合成原料；4.也是农药中间体；
盐酸氨基脲是一个医药中间体，是关键有机合成原料，用于制备热敏统计纸上光色染料，也用于医药，农药等有机合成中间体，用于生产呋喃西林、呋喃妥因、肾上腺色腙（止血药适适用于因毛细血管损伤及通透性增加所致出血，如鼻衄、视网膜出血、咯血、胃肠出血、血尿、痔疮及子宫出血等。也用于血小板降低性紫癜） ，氢化泼尼松（　激素类药。作用于糖代谢，减轻肌体组织对损害性刺激所产生病理反应。用于阿狄森氏病、活动性风湿病、类风湿性关节炎、红斑性狠疮等胶原性疾患，严重支气管哮喘、严重皮炎等过敏过敏性疾病，眼炎及急性白血病等，亦用于一些感染综合诊疗，本品也可作为一些抗癌药品辅助药）、氢化可松（等用于肾上腺功效不全所引发疾病、类风湿性关节炎、风湿性发烧、痛风、支气管哮喘等。用于过敏性皮炎、脂溢性皮炎、瘙痒症等、也用于虹膜睫状体炎、角膜炎、巩膜炎、结膜炎，神经性皮炎，用于结核性脑膜炎、胸膜炎、关节炎、腱鞘炎、急慢性捩伤、腱鞘劳损等）药品。也用于测定醛、酮试剂。
盐酸氨基脲是合成份子印迹聚合物关键中间体。分子印迹技术是二十世纪七十年代发展起来一个分子识别技术，是模拟自然界存在分子识别作用机理，以目标分子为模板合成含有特殊分子识别功效印迹聚合物一个技术，所以它在很多领域，如色谱中对映体和异构体分离，固相萃取，化学仿生传感器，临床药品分析，膜分离技术等领域展现了良好应用前景。
1.1.2 产品用途
（1）本品是医药工业原料，用以制取硝基呋哺类等药品；
（2）用作测定酮、醛试剂，色谱分析及分离激素精油溶剂；
（3）有机合成原料；用作分析试剂和色层分析试剂。
（4）也是农药中间体，用于制呋喃西林、硝基呋喃妥因等药品。
1.2 盐酸氨基脲市场特点分析
依靠多年对间氨基苯脲盐酸盐行业研究经验，结合间氨基苯脲盐酸盐行业历年供需关系改变规律，对间氨基苯脲盐酸盐行业内企业群体进行了深入调查和研究。
汇报在宏观上分析了-世界间氨基苯脲盐酸盐行业整体和部分地域发展情况、中国间氨基苯脲盐酸盐行业宏观发展环境、中国间氨基苯脲盐酸盐行业整体发展现实状况。汇报在微观上具体分析了-行业产销贸易情况及估计、区域发展情况及前景、行业具体经济运行情况、市场竞争环境、关键企业发展情况、行业国际竞争力。在行业投资方面，汇报从宏观和微观层面分析了行业投资风险、叙述了行业投资风险防范和对策、和行业投资策略。对于行业未来发展趋势，汇报分析了行业发展方向，而且采取了科学方法估计了对行业-产值、收入、利润、资产情况。
多年来中国间氨基苯脲盐酸盐机行业取得了很大发展，不过行业发展中也存在部分问题，和国外相比仍有很大差距。中国制造业因为缺乏关键技术，贴牌生产仍然是“中国制造”普遍生存模式。很多高端产品表面上市中国生产，其实关键技术全部来自国外。为此，“十二五”明确指出必需坚持发挥市场基础性作用和政府引导推进相结合，科技创新和实现产业化相结合，深化体制改革，以企业为主体，推进产学研结合，让高端制造业成为国民经济先导产业和支柱产业。制造业升级和转型，对于间氨基苯脲盐酸盐行业有着深远影响和重大意义。
关键研究中国盐酸氨基脲行业产品、企业、市场、产业链等四大方面具体情况。汇报具体研究领域涵盖产品价格行情、技术特点、原材料供给、消费群体、消费结构、市场容量、地域格局、品牌竞争、企业竞争、产业政策、发展前景等各个方面，是关注中国盐酸氨基脲市场发展企业和投资者必备参考资料。
1.3 中国市场发展趋势
（1）盐酸氨基脲下游市场需求对盐酸氨基脲价格改变起着关键作用， 尤其是制药企业行业对盐酸氨基脲价格改变影响较大。
（2）因为中国盐酸氨基脲自给率较低，大量产品进口，所以中国盐酸氨基脲价格在一定程度上受到国际盐酸氨基脲价格影响。
（3）从盐酸氨基脲产能增加情况和下游需求情况来分析，需求最旺、增加最快市场为亚太地域，而亚太地域发展最快市场集中在中国大陆。
所以，中国大陆是未来几年最具潜力市场，而供给增加也恰恰集中在该区域。
1.4 设计标准
（1）认真落实落实国家相关基础建设政策、法规，合理安排建设周期，严格控制工程建设项目标生产规模和投资；
（2）严格遵照现行消防、安全、卫生、劳动保护等相关要求、规范，保障生产安全顺利进行和操作人员卫生安全；
（3）产品生产和质量指标符合国家及地方颁发各项相关标准；
（4）重视环境保护，设计中选择清洁生产工艺，在生产过程中降低“三废”排放，同时采取行之有效“三废”治理方法，落实实施“三废”治理、“三同时”标准；
（5）坚持表现“社会经济效益、环境保护效益和企业经济效益并重”标准，根据国民经济和社会发展长远计划，行业、地域发展计划，在项目调查、选择中对项目进行具体全方面论证。
1.5 工艺特点
新建车间以水合肼和尿素为原料，于102℃情况下分三批次投入尿素，再回流保温，经缩合而得氨基脲液，滤液加盐酸成盐，搅拌降温至10℃(冷冻水)，离心，盐酸母液回收套用。盐酸氨基脲粗品加食用酒精打浆，离心，得到盐酸氨基脲湿料，送双锥烘干机干燥，包装入库成品，可取得符合国家相关标准产品。
本工艺最大特点在于对废酸废气二次利用，工艺生产过程中有氨气产生，成盐过程中有废盐酸产生，在生产过程中，最大化利用氨气和盐酸，生产含有商业价值氯化铵，经试验室试验，效果良好。

第二章 工艺路线选择和简述
2.1工艺步骤和生产原理
2.1.1生产原理
第一步：尿素和水合肼反应，在110℃以下生成氨基脲，反应方程式：

第二步：氨基脲和盐酸反应生成盐酸氨基脲，反应温度控制在10℃以下。预防盐酸挥发，造成反应不完全，在盐酸过量情况下氨基脲基础完全转化，低温使盐酸氨基脲析出。
反应方程式：

第三步：利用盐酸氨基脲易溶于水，呈酸性，微溶于热醇，不溶于无水乙醇和乙醚性质，利用热酒精对初制盐酸氨基脲进行提纯。
2.1.2缩合反应工段步骤
1.来自水合肼储罐99.9%水合肼由泵打入计量罐再送至缩合反应釜；2.将软化水按百分比送入反应釜；3.冷凝器中循环水打开，打开高温蒸汽阀门，向反应釜夹套内通入高温蒸汽，使水合肼回流一段时间，直至温度达成102℃；4.经过一段时间（50min）恒温回流后，把计量罐中尿素送入反应釜内，开启氨气尾气吸收装置，保持温度恒定在102℃，反应240min,直到有浑浊现象产生；5.将反应产物送入压力过滤机，用水洗滤渣，滤渣搜集集中外委处理。
2.1.3成盐反应工段步骤
1.向反应釜夹套内通入冷却水；2.将加压过滤完氨基脲溶液送入成盐反应釜，打开搅拌桨，均匀搅拌，直到反应物（氨基脲）温度平衡(24℃)，停止通入冷却水，换通冷冻水，向反应釜夹套内通入冷冻水（10℃），直至反应物温度再次平衡；3.将称量好盐酸缓慢注入反应釜，在搅拌浆作用下，盐酸和氨基脲缓慢反应生成盐酸氨基脲，滴加盐酸时间控制在150min；4.盐酸滴加完成在反应60min，保持60min直到反应物完全析出；5.停止搅拌桨，将析出产物送入离心机，得到白色晶体，废液送至废酸处理池。
2.1.4精制反应工段步骤
1.将成盐反应制得初制盐酸氨基脲送入精制反应釜中；2.打开列管式换热器高温蒸汽阀门和酒精阀门，将热酒精注入精制反应釜，直到没过物料量为止；3.关闭列管式换热器高温蒸汽阀门及酒精阀门；4.打开精制反应釜搅拌桨，搅拌30min。5.将精制产物及废液送入离心机；6.从离心机中出来白色晶体送入双锥真空干燥机中，废液送入酒精缓冲罐中，等候精馏再利用。
2.2 工艺步骤简图及工艺指标
2.2.1缩合反应工段步骤简图
以下图所表示，缩合工段工艺步骤简图：
水合肼及软化水
尿素
高温蒸汽入口
高温蒸汽出口
反应产物及杂质
压力过滤机
缩合反应釜
滤液送至成盐工段
外委处理
水合肼计量罐
快速熔解槽
废氨气送去吸收池

缩合工艺步骤简图
反应釜内压力 ≤0.17Mpa
反应釜温度 102℃
氨基脲 66.7%
搅拌桨转速 30 r/min
回流时间 50min
尿素量 460kg
水合肼 443kg
反应时间 240min
2.2.2成盐反应工段步骤简图及工艺指标
以下图所表示，成盐工段工艺步骤简图：
成盐反应釜
离心机
上一工段滤液
来自计量罐盐酸
冷却水入口
冷冻水入口
冷却水出口
冷冻水出口
白色沉淀物及废液
废液送去废酸处理
送至精制工段
盐酸计量罐

图成盐工艺步骤简图
反应滤液温度　 　 10℃
冷却水温度： 24℃
冷冻水温度： 10℃
盐酸滴加时间： 150min
盐酸量： 1120kg
氨气量 162kg
2.2.3精制反应工段步骤简图及工艺指标
以下图所表示，打浆工段工艺步骤简图：
打浆反应釜

离心机
双锥真空干燥机
残夜酒精缓冲罐
残夜酒精反应釜

精馏塔
初制产物
酒精入口
精制产物及残液酒精
残液酒精
提纯后酒精
精制产物
包装送入仓库

图打浆工艺步骤简图
酒精温度 50℃
酒精量： 800kg
盐酸氨基脲湿料 818kg
盐酸氨基脲成品 750kg
精制残渣 15kg
真空干燥损失酒精 3kg

第三章 盐酸氨基脲生产工艺计算
3.1 物料衡算
3.1.1 物料衡算说明
（1）计算基准：t/a
（2）如未尤其说明，计算过程中包含到相关物料组成及组分要求，均按质量分数计，物料流量单位为kg/h。
（3）成盐反应中除了预想中盐酸氨基脲和尿素发生缩合反应生成氨基脲外，也会伴伴随尿素本身缩合反应，生成副产物缩二脲，鉴于主反应和副反应转化率全部不会百分百，脲液中除氨基脲外还有未反应尿素，在反应工段说明中有所提及，在水合肼和尿素反应过程中为了提升项目标经济性，使水合肼充足反应，尿素应过量且分批加入，避免尿素短时间内局部过量引发副反应超标。未反应尿素溶解在脲液中经过滤后进入结晶反应釜，尿素会和盐酸反应生成氯化铵。当然，副反应即使不可避免，但能够经过控制反应条件，降低副反应转化率，使其处于可控范围内。
（4）反应工艺指标：氨基脲选择性为66.3%，水合肼转化率94.1% ，所以收率为62.3% 。
3.1.2 盐酸氨基脲物料衡算
按年产400t盐酸氨基脲计，每十二个月300个工作日，天天16h间歇生产，则天天生产1333kg计作1333kg/d，据此算出所需原料量。
(1）缩合反应：

(2）成盐反应：

盐酸

盐酸氨基脲
氨基脲

盐酸氨基脲产品：400000kg（300d16h）=83.33kg/h
纯盐酸氨基脲：83.3399%=82.5kg/h
氨基脲： 82.575g/mol111.5g/mol=55.49kg/h
纯原料量：纯水合肼：55.4950 g/mol75 g/mol =36.99kg/h
尿素：55.4960 g/mol75 g/mol =44.39kg/h
盐酸：55.4936.5 g/mol75 g/mol =21.01kg/h
年原料供给量
中间产物氨基脲：400t99%75 g/mol111.5 g/mol=266.37t
水合肼: 400t99%50 g/mol111.5 g/mol =177.58t
177.5880%=221.98t
尿素：400t99%60 g/mol111.5 g/mol =213.09t
213.09（0.6670.98）=326t
盐酸：400t99%36.5 g/mol111.5 g/mol =129.63t
129.6331%=418.16t
伴随两个副反应：
副反应一:大约有52.09t尿素发生缩合反应

260g/mol 103g/mol
52.09t
年产缩二脲量：52.09t103(602)=44.71t
氨气产生量：52.09t17（260）=7.38t
副反应二：大约有35.84t尿素和盐酸反应

60g/mol 53.52=107 g/mol

35.84t
年产氯化铵量：35.84t10760=63.91t
表3-5 原料产物明细
项目
原料供给量t/a
规格
纯供给t/a
理论需求t/a
水合肼
221.98
80%
188.81
177.58
尿素
326
98%
319.48
213.09
盐酸
418.16
31%
132.73
129.63

产物

缩二脲
——
——
——
氨基脲
——
——
266.37
盐酸氨基脲
99%
400
——
选择性
66.6%
转化率
94.1%
——
3.1.3 物料平衡
3.1.3.1 N元素平衡
（1）原料中含氮量
水合肼中含氮量: 221.98t80%(2850)=99.45t
尿素中含氮量: 32698%(2860)=149.09t
（2）产品中及损失氮元素总量：
盐酸氨基脲中含氮量： 400t99%(42 111.5)=149.17t
氨气尾气中含氮量： 71.08t（1417）=61.87t
滤渣（缩二脲）中含氮量：44.71t（42103）=18.23t
废盐酸母液（氯化铵）含氮量：63.91t（1453.5）=16.72t
酒精蒸馏残液及真空泵废水含氮量：1.88t
物料步骤简图：图3-2N元素平衡图
产品盐酸氨基脲500t中含N149.17

氨气尾气含N62.54

滤渣(缩二脲)含N18.23
原材料水合肼含N99.45

废盐酸母液中含N16.72

原材料尿素N149.09
酒精蒸馏残液中含N1.7825

真空泵废水中含N0.0975

累计：248.54
累计：248.54

图3-2 N元素平衡图 单位：t/a

从上图可清楚看出氮元素物流走向，氮元素含量并不会经过反应釜后降低，氮元素只不过改变了存在形式而已，总量并没有递减或失去平衡。氮元素存在于生产全过程，废酸母液、酒精蒸馏残夜、真空泵废水中均含有氮元素且含量不低，目标产品中氮元素含量只占到总量60.01%，这充足表明该过程原子利用率不高，甚至能够说很低快要二分之一氮元素流失，若该生产过程只生产一个目标产物即盐酸氨基脲不是不行，以现在其市场行情不用担心无利可图，但这不符合绿色化学理念，没有充足利用原材料。本方案将针对这一问题提出处理方案以提升氮元素综合利用率。
3.1.3.2 车间总物料平衡
（1）物料平衡
对生产车间进行物料总平衡分析，涵盖各生产工段，可得下表：
表3-6 盐酸氨基脲车间总物料平衡表 单位：t/a
操作单元
输入
输出
进入下一步
排放
循环
名称
输入量
名称
输出量
名称
输出量
名称
输出量
缩合
过滤
水合肼
221.98
脲液
438

氨气
71.08

尿素
326

滤渣
44.53

水
8

成盐
结晶、离心
脲液
438
粗品
423.46
废母液
431.95
盐酸
母液
214.68
盐酸
418.16

精制（打浆）
粗品
423.46
湿料
173.52
无组织排放乙醇(一)
1.644
酒精回收
411.48
食用酒精
429.37

残液
7.75

干燥
湿料
433.79
产品
400
废水带走
32.43

无组织排放乙醇（二）
1.25

产品
400

水合肼
（2) 工艺步骤示意简图
真空

高位槽
氨气71.80

冷凝
器

缩合反应釜
8水+221.98水合肼
二级氨
吸收装置

真空泵
尿素326

盐酸418.16

过
滤
器
真空

滤渣(缩二脲)44.53
高位槽

脲液438

食用酒精17.89

成盐
反应釜
酒精循环
429.37

母液套用214.68

离心机
粗品423.46
地槽
废母液431.95

打浆

酒精回收411.48

乙醇无组织排放1.644

离心机

产品400
干燥机
湿料433.79

乙醇无组织排放1.25
酒精回收剩下残液7.75

双锥干燥机废水带走32.43

图3-3 盐酸氨基脲工艺物料平衡图 单位：t/a

该图清楚显示了整个步骤物流走向，是步骤框图具体化，涵盖生产过程包含物流方方面面，对照此图我们能够读出大量实用数据，这些数据粗略反应了动态生产过程质量平衡。
3.1.3.3 盐酸氨基脲产品线物料收支表
(1）依据以上物料平衡进行综合汇总分析可得下表：
表3-7 物料收支表
项目
物料名称
规格
质量流量kg/d
年需求量t/a
原料
水合肼
80%
740
221.98
尿素
98%
1087
326
盐酸
31%
1394
418.16
中间产物
氨基脲
--------
887.9
266.37
产品
盐酸氨基脲
99%
1333
400
(2）损失说明：考虑理论计算和实际生产差距以上数据仅供参考,但该数据可近似反应实际生产情况能够采信。数表表明原材料到产品收支平衡，元素遵守质量守恒定律。
3.2 能量衡算
基础数据
碳比热容C：；
氢比热容H：；
氧比热容O：
氮比热容N：
3.2.1缩合反应过程热量衡算
缩合反应工段包含：5个缩合反应釜、2台压力过滤机、1个尿素速熔器
对1个缩合反应釜进行热量衡算，物料进出情况图3-4：
缩合反应釜
140℃尿素
24℃纯水
24℃水合肼
102℃蒸汽
50℃水
90℃混合物

图3-4缩合反应釜能量衡算（1个周期）
盐酸氨基脲生产为间歇式，反应过程不考虑消耗于提升设备本身温度热量()，整个过程中能量情况参考表3-16（见后面）。
3.2.1.1物料带入到设备热量
由公式：
计算比热容得到：

同理计算出水比热容 。
有前面物料平衡计算可知
，，，，
反应前温度为，反应后温度为。

具体各物质能量参考：表3-8物料带入到缩合反应釜中热量
表3-8 物料带入到缩合反应釜中热量

24℃纯水
24℃水合肼
140℃尿素
进入物料质量 kg
26.4
756.94
1098.64
平均比热容 （J/mol℃）
3.394
4.137
2.817
物料带入热量 kJ
2150.44
75155.06
74276.85
物料带入热量 kJ
151486.07
物料进入反应釜时因为物料本身自带热量，上表反应出进入物料基础热力学参数。
3.2.1.2物料离开设备所带走热量
和物料带入能量计算方法一样可得：。
具体各物质能量参考：表3-9物料离开缩合反应釜所带走热量（）
表 3-9 物料离开缩合反应釜所带走热量（）

水
氨气
氨基脲
尿素
输出温度 ℃
80
80
80
80
输出质量 kg
243.36
233.34
273.78
375.44
平均比热容（J/mol℃）
3.394
4.947
2.556
2.817
物料带走热量 kJ
66077.11
92346.63
55982.53
84609.16
物料带走热量 kJ
299015.44
物料进入反应釜后维持温度在102℃，物料被加热，反应完成后外界加入热量会被带出如上表所表示。
3.2.1.3化学反应热
参与聚合反应反应物质量为：
反应物质量：
水合肼：756.94kg , 尿素：1098.64 kg
生成物质量：
氨气：233.34kg ,水：243.36kg,氨基脲：273.78 kg
反应中放热：
尿素：36136 kJ ， 水合肼:29254.4 kJ;
反应中吸热：
氨气：8190.4 kJ， 水：29085.6kJ ，氨基脲：44211.2 kJ
总放出热量：16092.8 kJ
具体各物质能量参考：表3-10化学反应热
表3-10 化学反应热力学参数（）
物质
质量（kg）
反应热(KJ/mol）
能量（kJ）
尿素
1098.64
505.33
36316
水合肼
756.94
194.17
29254.4
氨气
233.34
53.76
8190.4
水
243.36
193.46
29085.6
氨基脲
273.78
285.16
44211.2
放出能量
16092.8kJ
尿素和水合肼在102℃条件下发生缩合反应，该反应是吸热反应，由外界供热，上表给出了参入反应各个物质热力学参数。
3.2.1.4设备向环境散失热量
可按下式计算：

式中—表示散热面积，；
—表示散热系数，；
—表示设备表温，；
—表示环境温度，；
—表示反应时间，h。
；

；
3.2.1.5加热剂传给设备热量
高温蒸汽流量：50，进入温度，出去温度：
高温蒸汽比热容：
有公式：
kJ
具体各物质能量参考：表3-11蒸汽传输热量
表3-11蒸汽传输热量（）

进入温度 ℃
离开温度 ℃
流量
时间 h
热量 kJ
高温蒸汽
102
50
50
3
518909
因尿素和水合肼是吸热反应，且在温度维持在102℃时达成最优反应收率。热量由外界供入，传热介质是蒸汽，上表反应了蒸汽进出反应釜是温度和流量。
压力过滤机
90℃混合物

滤渣80℃
80℃滤液
压力过滤机能量步骤简图

图3-5压力过滤机能量步骤简图
经缩合反应后，过量尿素未反应完，经过压力机过滤，出去溶液中固体，将滤液送入下一个工段。压力过滤机中能量情况如表3-12
表3-12 加压过滤
热散失
传热系数
时间
能量（kJ）
285
1h
109440
滤渣(80℃)
质量
68642.06
168kg

滤液(80℃)
质量
206300.96
246.77kg
自反应釜出来脲液含有副产品缩二脲，若不将其除去会影响后续产品质量，缩二脲以固体形式存在经过加压过滤加紧其过滤速率，上表反应了上述过程。
3.2.1.6反应釜工段能量衡算一览表
表3-13 反应釜工段能量衡算一览表
工艺指标
数值
工艺指标
数值
物料带入热量
151224.52
环境散失热

加热剂传给热量
518909
初始温度

反应热效应
16092.8
反应后温度

物料带走热量
419948.54
进水温度

反应釜中进出物料温度带入热量，发生化学反应吸收热量，外界补充热量三股热流达成平衡，经计算得出上表。
3.2.2 成盐反应过程热量衡算
3.2.2.1 成盐反应釜能量步骤简图
成盐反应工段包含：5个成盐反应釜,对1个成盐反应釜进行热量衡算，物料进出情况图6

缩合反应釜
25℃盐酸溶液
80℃滤液
25℃冷却水
40℃冷却水
10℃盐酸氨基脲溶液
8℃冷却水
15℃冷却水

图3-6成盐反应工段能量步骤简图
成盐反应过程需要用冷却水及冷冻水降温故此过程不考虑设备损失热量
3.2.2.2 物料带入到设备热量
由公式：
反应前温度：滤液，盐酸
反应后温度：
由公式：
计算比热容得到：
滤液平均比热容：
40%盐酸：
水比热容：

具体各物质能量参考：表3-14物料带入到成盐反应釜中热量（）
表3-14 物料带入到成盐反应釜热量（）

滤液
盐酸溶液
进入温度 ℃
80
19.2
进入物料质量 kg
246.77
753.34
平均比热容 （J/mol℃）
3.826
2.361
物料带入热量 kJ
75530.75
426870.32
物料带入热量 kJ
118217.78
物料从过滤装置以一定温度进入成盐反应釜会带入热量，基础参数经计算列表如上。
3.2.2.3 物料离开设备所带走热量
和物料带入能量计算方法一样可得：
kJ
表3-15 离开成盐反应釜所带走热量（）

盐酸氨基脲和盐酸溶液
输出温度 ℃
10
输出质量 kg
1000.104
平均比热容（J/kJ℃）
3.526
物料带走热量 kJ
36203.77
3.2.2.4 加热剂传给设备热量
值为正表示需要对设备进行加热，负值为冷却。
即 需要冷却。
利用夹套通冷凝水冷却。
冷却水常温进水，出水温度；
水比热容 ；
所需冷却水量 ；
即天天需要冷却水量为。
具体各物质能量参考：表16冷却水冷冻水热量
表3-16 冷却水冷冻水热量（）

进入温度 ℃
离开温度 ℃
流量
时间h
热量 kJ
冷却水
24
40
50
1.5
945000
冷冻水
8
15
50
1.5
151
3.2.2.5 反应釜工段能量衡算一览表
表3-17 反应釜工段能量衡算一览表
工艺指标
数值
工艺指标
数值
物料带入热量
118217.78
初始温度

加热剂传给热量
-2457000
进水温度（冷却水）

物料带走热量
36203.77
进水温度（冷冻水）

3.2.3 精制反应过程热量衡算
24℃粗产品
80℃乙醇溶液

缩合反应釜

30℃盐酸氨基脲溶液

图 3-7精制反应过程中能量步骤简图
3.2.3.1 物料带入到设备热量
由公式：
计算比热容得到：
乙醇
盐酸氨基脲
乙醇质量 盐酸氨基脲质量
由得
表3-18 物料带入到精制反应釜热量（）

80℃乙醇溶液
24℃粗产品
进入物料质量 kg
246.77
753.34
平均比热容 （J/kg℃）
2.412
2.233
物料带入热量 kJ
47617.74
40372.4
物料带入热量 kJ
87989.14
3.2.3.2 物料离开设备所带走热量
和物料带入能量计算方法一样可得：

表3-19 物料离开精制反应釜所带走热量（）

盐酸氨基脲和乙醇混合溶液
输出温度 ℃
30
输出质量 kg
602.61
平均比热容（J/mol℃）
3.126
物料带走热量 kJ
74817.6
3.2.3.3 设备向环境散失热量
可按下式计算：

式中—表示散热面积，；
—表示散热系数，；
—表示设备表温，；
—表示环境温度，；
—表示反应时间，h。
；

；
3.2.3.4 反应釜工段能量衡算一览表
反应工段全过程物料进出反应物料能量平衡
表 3-20 反应釜工段能量衡算一览表
工艺指标
数值
物料带入热量
87989.14
环境散失热量

物料带走热量
74817.6

3.2.3 能量衡算过程及衡算结果
3.2.3.1缩合反应热量：
表3-21 缩合反应釜热负荷计算

物质
质量（t）
平均热容（J/mol. ℃）
能量（kJ）
输入
25℃纯水
25.31
33.63
11822813.4
25℃尿素
32