年产5万吨水溶液全循环法生产尿素工艺设计.doc

1 摘 要 由于具有生产工艺简单，生产操作易于掌握；生产设备容易制造，投资较省；施用后见效快，增产显著等特点，尿素在各种肥料新品种不断涌现的情况下产销量仍持高不下。本设计介绍了尿素的性质、用途、生产方法和发展状况，详细描述了水溶液全循环法生产尿素的工艺流程，重点介绍了尿素的工业生产的过程，并对单位质量参加反应的原料进行物料衡算和热量衡算，以期获得低耗能、低污染、高产出的尿素生产工艺。关键词：尿素，全循环，发展，工艺流程 2 一、一、概述概述 （一）尿素的物理化学性（一）尿素的物理化学性质和用途质和用途 1 1尿素的物理性质尿素的物理性质 分子式：CO(NH2)2，分子量 60.06，因最早由人类及哺乳动物的尿液中发现，故称尿素。纯净的尿素为无色、无味针状或棱柱状晶体，含氮量为 46.6%，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无臭无味。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。2 2尿素的化学性质尿素的化学性质 易溶于水、醇，不溶于乙醚、氯仿。呈微碱性。可与酸作用生成盐。有水解作用。在高温下可进行缩合反应，生成缩二脲、缩三脲和三聚氰酸。加热至 160分解，产生氨气同时变为氰酸。因为在人尿中含有这种物质，所以取名尿素。尿素含氮(N)46，是固体氮肥中含氮量最高的。尿素在酸、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，加热至 150160将脱氨成缩二脲。若迅速加热将脱氨而三聚成六元环化合物三聚氰酸。（机理：先脱氨生成异氰酸（HN=C=O），再三聚）。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。与水合肼生成氨基脲 2NH3+CO2NH2COONH4CO(NH2)2+H2O 粒状尿素为粒径 12 毫米的半透明粒子，外观光洁，吸湿性有明显改善。20时临界吸湿点为相对湿度 80，但30时，临界吸湿点降至 72.5%，故尿素要避免在盛夏潮湿气候下敞开存放。目前在尿素生产中加入石蜡等疏水物质，其吸湿性大大下降。3 3尿素的用途尿素的用途 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 2 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。（二）（二）尿素的生产方法简介尿素的生产方法简介 生产尿素的方法有很多种，20 世纪 60 年代以来，全循环法在工业上获得普遍采用，最常用的是水溶液全循环法生产尿素和二氧化碳气提法生产尿素。合成氨生产为 NH3和 CO2直接合成尿素提供了原料。由 NH3和 CO2合成尿素的总反应为：2NH3+CO2CO(NH2)2+H2O。该反应是放热的可逆反应，转化率一般为 5070%。因此从合成塔出来的尿素溶液中除了尿素外，还有氮和甲铵。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 1水溶液全循环法水溶液全循环法 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：氨和二氧化碳原料的供应及净化；氨和二氧化碳合成尿素；未反应物的分离与回收；尿素溶液的加工。其生产过程如图 1 所示。3 图图 1 水溶液全循环法生产尿素工艺流程图水溶液全循环法生产尿素工艺流程图 （三）两种方法的比较（三）两种方法的比较 1 1水溶液全循环尿素工艺水溶液全循环尿素工艺 水溶液全循环法是将未反应的氨和二氧化碳,经减压加热分解分离后，用水吸收生成甲铵或碳酸铵水溶液再循环返回合成系统。我国尿素厂多数采用水溶液全循环法。2.2.C0C02 2汽提法尿素工艺汽提法尿素工艺 气提法是利用某一气体在与合成等压的条件下分解甲铵并将分解物返回合成系统的一种方法。气提法是全循环法的发展，具有热量回收完全，氨和二氧化碳处理量较少的优点。此外，在简化流程、热能回收和减少生产费用筹方面也都优于水溶液全循环法是尿素生产发展的一种方向。3 3两种工艺的比较两种工艺的比较 优点；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。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。水溶液全循环尿素工艺可靠、设备材料要求不高、投资较低。CO2气提法尿素工艺生产装置的工艺流程较短，在操作调节方面比较简单、方便。能耗低、生产费用低。该工艺能够回收较高品位的甲按反应热，除本系统加热使用外还可剩余少部分富裕低压蒸汽供外系统使用。4 缺点：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CO2气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。CO2气提法生产尿素工艺装置的静止高压设备较多，有尿素合成塔、高压二氧化碳气提塔、高压甲铵冷凝器、高压洗涤器四大主要设备，它们是 CO2气提法尿素工艺生产装置的核心，其它均为低压设备，所以该尿素工艺生产装置的技术改造比较困难，改造增产潜力较小。高压二氧化碳气提塔加热需要的蒸汽品质较高，为2.5MPa，不如水溶液全循环尿素需用的蒸汽压力低。4 4尿素的发展前景与展望尿素的发展前景与展望 尿素的合成是第一次用人工方法从无机物制得有机化合物。1773 年 Rouelle 在蒸发人尿时第一次发现尿素；在 1935 年开始制造固体尿素，之后又出现了制备尿素的其他方法，包括光气与氨反应、CO2与氨反应、氰胺化钙水解等，由于种种原因，最终都未能实现工业化；唯一成为当代尿素工业化基础的是由氨和二氧化塔合成尿素的反应。1935 年开始生产固体尿素并将未转化物循环回收，逐步形成全循环法工艺。20 世纪 80 年代之后，二氧化碳气提法和氨气提法得到进一步改进、完善；同时世界上著名的尿素公司还开发了其他的先进工艺：意大利的等压双循环工艺（Isobaric Double Recycle，简称 IDR）；日本 TEC/TMC 开发了降低成本和节能新流程 ACES（Advancde Process for Cost and Energy Saving）新工艺；瑞士 Amonnia Casale 开发了分级处理合成液的气提法分流工艺等。国内情况是我国尿素的年消耗量约在 3000 万吨，即使预计今后几年有所增长，大概也不会超过 3500 万吨。现有的生产能力已经快要达到，我国今后十年内生产尿素都将过剩。本设计主要叙述水溶液全循环法的有关内容。5 二、水溶液全循环法生产尿素的原理二、水溶液全循环法生产尿素的原理 水溶液全循环法是将未反应的氨和二氧化碳经减压加热分解分离后，用水吸收生成甲铵或碳酸铵水溶液再循环返回合成系统。（一）反应原理（一）反应原理 生产尿素的原料是氨和二氧化碳，后者是合成氨厂的副产品。尿素合成反应分两步进行：氨与二氧化碳作用生成氨基甲酸铵(简称甲铵)；甲铵脱水生成尿素，其反应式为：2NH3+CO2NH2COONH4+159.47kJ NH2COONH4CO(NH2)2+H2O-28.49kJ 式是快速、强放热反应，且平衡转化率高。式是慢速微吸热的可逆反应，且需要在液相中进行。当温度为 170190时，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，转化率随压力的升高而增大，转化率达到一定值后，继续提高压力，不再有明显增大，此时，几乎全部反应混合物都以液态存在。提高氨与二氧化碳的摩尔比，可增大二氧化碳的转化率，降低氨的转化率。在实际生产过程中，由于氨的回收比二氧化碳容易，因此都采用氨过量，一般氨与二氧化碳的摩尔比3。反应物料中水的存在将降低转化率，在工业设计中要把循环物料中的水量降低到最小限度。增加反应物料的停留时间能提高转化率，但并不经济。典型的工艺操作条件是温度 180200、压力 13.824.6MPa、氨与二氧化碳摩尔比2.84.5 反应物料停留时间 2540min。（二）反应机理（二）反应机理 1.1.尿素合成的基本原理尿素合成的基本原理 液氨和二氧化碳直接合成尿素的总反应为：2NH3+CO2CO(NH2)2+H2O-103.7kJ。6 这是一个可逆、放热、体积缩小的反应，反应在液相中是分两步进行的。首先液氨和二氧化碳反应生成甲铵，故称其为甲铵生成反应：2NH3+CO2NH2COONH4 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，称为甲铵脱水反应：NH2COONH4CO(NH2)2+H2O 平衡转化率一般为 50%70%，此步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反应速度反应速度 从生成尿素的反应机理可知甲铵脱水是反应的控制阶段，但甲铵脱水反应在气相中不能进行，在固相中反应速率较慢，而在液相中反应速率较快，故甲铵脱水生成尿素的反应必须在液相中进行。因此决定反应速率的因素有两个：氨和二氧化碳由气相进入液相的速率液相中甲铵脱水的速率。三、水溶液全循环法的生产工艺流程三、水溶液全循环法的生产工艺流程（一）尿素的合成（一）尿素的合成 1 1液氨和二氧化碳直接合成尿素液氨和二氧化碳直接合成尿素 总反应为：2NH3+CO2CO(NH2)2+H2O-103.7kJ 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+159.47kJ 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，客易达到平衡，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，称为甲铵脱水反应；NH2COONH4CO(NH2)2+H2O-28.49kJ 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。7 2 2合成尿素的理论基础合成尿素的理论基础 在一定条件，氨基甲酸铵的生成速度是很快的，而氨基甲酸铵的脱水速度则很慢。所以，在合成尿素的生产中，反应时间的长短和尿素合成产率的高低，直接与氨基甲酸铵的脱水速度和尿素合成反应的平衡有关。3 3尿素的工艺流程图尿素的工艺流程图 （1）水溶液全循环法合成尿素工艺流程 水溶液全循环法合成尿素工艺流程图如图 2，经过加压预热的原料液氨与经压缩后的原料二氧化碳气及循环回收来的氨基甲酸铵液一并进入预反应器。在预反应器内氨与二氧化碳反应生成氨基甲酸铵，在进入尿素合成塔，在塔内氨基甲酸铵脱水生成尿素。尿素熔融物从塔顶出来进入预分离器，将氨基甲酸铵和氨进行分离。氨基甲酸铵从预分离器底部出来进入中压循环加热器，用蒸汽加热进一步提高温度，促使残余氨基甲酸铵分解。气、液在低压循环分离器内分离。分离出来的尿液经减压至常压后，进入闪蒸槽，经减压后尿液中的氨基甲酸铵和氨几乎全部清除。自闪蒸槽出来的尿液进入尿液贮槽，用尿素溶液泵打入中压蒸发加热器及低压蒸发加热器，在不同真空度下加热蒸发，气、液分别在中压蒸发分离器及低压蒸发分离器内分离。低压分离器出口尿液浓度达 99.7%（质量）以上，用熔融尿素泵打入造粒塔，经造粒喷头撒成尿粒，在塔低得到成品尿素。412357912141315681710去冷凝真空系统尿素成品去回收系统 CO2氨基甲酸铵液液氨1116 8 图图 2 2 水溶液全循环法合成尿素示意流程图水溶液全循环法合成尿素示意流程图 1-预反应器；2-尿素合成塔；3-预分离器；4-中压循环加热器；5-中压循环分离器；6-精馏塔；7-低压循环加热器；8-低压循环分离器；9-闪蒸槽；10-尿素贮槽；11-尿素溶液泵；12-一段蒸发加热器；13-一段蒸发分离器；14-二段蒸发加热器；15-二段蒸发分离器；16-熔融尿素泵；17-造粒塔 预分离器、中压循环分离器、低压循环分离器及精馏塔顶部出来的氨和二氧化碳，进入回收系统。回收的氨与二氧化碳以液氨或氨基甲酸铵的形式返回合成系统循环使用。一段蒸发分离器、二段蒸发分离器及闪蒸槽出来的气体，大部分水蒸气和少量的氨去冷凝、真空系统，回收残余氨后放空。（2）合成尿素工艺流程 水溶液全循环法合成尿素工艺流程简图如图 3，由造气炉产生的半水煤气脱碳后，其中大部分的二氧化碳由脱碳液吸收、解吸后，经油水分离器，除去二氧化碳气体中携带的脱碳液，进入二氧化碳压缩机系统，由压缩机出来的二氧化碳气体压力达到 16 kg 后进入尿素合成塔。从合成氨车间氨库来的液氨进入氨储罐，经过氨升压泵加压进入高压液氨泵，加压至 20kg 左右，经过预热后进入甲铵喷射器作为推动液，将来自甲铵分离器的甲铵溶液增压后混合一起进入尿素合成塔。尿素合成塔内温度为 186190，压力为 200kg 左右,NH 3/CO2的摩尔比和 H2O/CO2的摩尔比控制在一定的范围内。合成后的气液混合物进入一段分解，进行气液分离，将分离气相后的尿液送入二段分解，进一步见混合物中的气相除去。净化后的尿液依次进入闪蒸槽、一段蒸发、二段蒸发浓缩，最后得到尿素熔融物，用刮料泵输送到尿素造粒塔喷洒器，经在空气中沉降冷却固化成粒状尿素，并通过尿素塔底机用运输皮带送往储存包装车间。9 图图 3 水溶液全水溶液全循环法生产尿素工艺流程简图循环法生产尿素工艺流程简图 从一段分解、二段分解出来的气相含有未反应的氨和二氧化碳，分别进入一段吸收和二段吸收，氨和二氧化碳被后面闪蒸、一段蒸发、二段蒸发工段冷凝下来的冷凝水吸收混合形成水溶液，用泵送入尿素合成塔；一段吸收后剩余的气体进入惰洗器稀释后，与二段吸收的残余气体混合进入尾气吸收塔，与一段蒸发、二段蒸发工段气相冷凝除去水后残余的气体混合后放空。（二）原料的准备（二）原料的准备 合成尿素的主要原料是液氨和气体二氧化碳，二者分别是合成氨厂的主副产品，所以合成氨和尿素生产装置设在一起，联合生产。1.1.氨的性质氨的性质 氨的分子式为 NH3，分子量为 17.03，在常温常压下是无色的具有特殊刺激性的气体，在低温高压下可以液化，当温度低于 77.7以下时，氨可以成为具有臭味的无色结晶，其主要物理性质如下：临界温度 132.4 临界压力（绝压）MPa 11.15 临界比容(m3)4.26 密度（气体在标准状态下）（L）760 尿素生产对液氨质量的要求其质量分数为：氨99.5，水0.5，油10 mg/kg。2 2二氧化碳二氧化碳 二氧化碳是无色气体，在一定条件下可以液化，在强烈冷却时可以变为固体，成为干冰，其分子式为 CO2，分子量为 44，其临界压力为 7.29MPa，临界温度为 31，临界密度为 0.486gcm3，标准状态下气体密度为 1.997gL,液体的密度为 0.9248gcm3，沸点为 56.2，熔点为 78.48.尿素生产对原料二氧化碳气的要求为：CO2含量98.5%（体积分数）H2S 含量15mg/m3。10（三）原料的净化与输送（三）原料的净化与输送 （1）二氧化碳脱硫与压缩原理 a.脱硫 原料二氧化碳是合成氨装置生产的副产物，其中含有极少量的硫化物（主要是硫化氢）。为了减少硫化氢对尿素设备及管道的腐蚀，首先必须对其进行脱硫。方法有干法和湿法，干法较常用，可以达到很高的净化度，但只有当空气中的硫化氢含量较低时才能应用（98%（体积），愈纯愈好。五、生产尿素的主要设备五、生产尿素的主要设备（一）脱硫塔（一）脱硫塔 该塔为圆柱形立式设备，其作用是在加压的条件下（2.0MPa），脱出二氧化碳中 的硫化氢。含硫化氢的二氧化碳气体，自上而下通过多层氢氧化铁脱硫剂，发生脱硫反应，从塔的底部流出。为了提高脱硫效率，一般采用多塔并联和串联的组合方式。由于脱硫反应是在常压和加压的条件下进行，故该设备外壳为 16Mn 材质制作，其结构示意图如图 6。15 图图 6 脱硫塔结构简图脱硫塔结构简图（二）合成塔（二）合成塔 合成塔是尿素合成的关键设备之一，液氨与二氧化碳在塔内反应，最后生成尿素。尿素合成塔在较高的压力下操作，因而应符合高压容器要求，工业生高压筒体一般采用较大的高径比。尿素的合成是在较高温度下操作，外壳需要保温，保持热量不扩散。尿素的合成反应需要一段时间，所以塔内需要有足够的空间，反应中不需要外加催化剂和换热装置，所以合成塔为空筒形式，有的内装有塔板，以防物料的返混。尿素合成反应液具有强烈的腐蚀作用，塔内壁采用耐腐蚀材料衬里，现在一般用超低碳奥氏体不锈钢、高铬锰不锈钢或钛作为衬里或内套。外壳为整体锻造或多层钢板卷焊制成的高压圆筒，顶盖于筒体的密封结构，也可以采用强制式的，目前都采用强制式的，其结构图如图 7。16 图图 7 套筒式合成塔结构简图套筒式合成塔结构简图（三）中压分解加热器（三）中压分解加热器 中压分解加热器为立式列管换热器，壳体为碳钢，列管及顶、底盖为不锈钢。中压分解加热器的主要作用是将合成塔出口反应液中未反应的液态游离氨、二氧化碳及氨基甲酸铵加热分解成气相氨与二氧化碳，中压分解加热器如图 8。图图 8 中压分解加热器中压分解加热器 1-尿素合成反应液进口；2-中压分解气液出口；3-加热蒸汽进口；4-冷凝液出口；5，6-放气阀；7-压力表接管 （四）中压分解分离器（四）中压分解分离器 中压分解分离器为立式旋风分离装置，气体从切线方向有接管进入器内，产生离心力，液滴依靠重力而下沉。分离后的气体经喇叭形排气管通过不锈钢丝网除沫层，从顶部出口管 3 排出。设置喇叭形排气管的目的是使气体中冷凝液沿着椎体流向中间，防止冷凝液再被进口气体带走，其结构示意图如图 9 -17-图图 9 旋风分离器旋风分离器（五）氨冷凝器（五）氨冷凝器 氨冷却器的作用是将中压吸收塔塔顶排出的气体氨冷凝成液氨。该设备为卧式列管式热交换器，用碳钢制成。水在管内流动，气氨由冷凝器接管 1 进入，管见内装折流板 15 块，气体沿管间曲折通过，冷凝的液氨向下流动。接管 7 进入液氨缓冲槽。为了将气氨充分冷凝下来，通常串联两个氨冷却器，第一氨冷凝器中未冷凝的气体从 体从接管 2 排出进入第二氨冷凝器。冷却水与气氨逆向流动。从第二氨冷凝器来的冷却水由接口 3 进入第一冷凝器后，再经出口接管 4 排出。冷凝器通冷却水前必须将排气阀 5 打开，保证冷却水充满列管，提高冷凝效果，其结构图如图 10。图图 10 氨冷凝器结构简图氨冷凝器结构简图 1-人孔盖；2-人孔短节；3-球形封头；4-管箱；5-隔板；6-管板；7-换热管；8-低压壳体；9-折流板；10-支撑板 -18-（六）低压吸收第一氨基甲酸铵冷凝器（六）低压吸收第一氨基甲酸铵冷凝器 低压吸收第一氨基甲酸铵冷凝器是立式不锈钢列管换热器，它的主要作用是把低压分解气及解吸塔来的解吸气冷凝和吸收为稀的氨基甲酸铵，其结构简图如图 11。图图 11 低压吸收第一氨基甲酸铵冷凝器低压吸收第一氨基甲酸铵冷凝器 1-上管箱；2-上管板；3-出水口；4-壳体；5-换热；6-膨胀节；7-下管板；8-入水口；9-排气口 （七）氨吸收塔（七）氨吸收塔 吸收塔是一立式填料塔，它的主要作用是吸收高、低压循环系统尾气中的氨气，其结构如图 12。图图 12 氨吸收塔氨吸收塔 六、物料衡算和热量衡算六、物料衡算和热量衡算 （一）（一）物料衡算物料衡算 年产 5 万吨水溶液全循环法生产尿素，进料量中 NH3 60%，CO230%,氨基甲铵10%。(1)计算范围以反应器为计算范围，如图 13 所示。-19-CO2氨基甲酸铵液液氨液氨氨基甲酸铵尿素CO2H2O 图图 13 尿素物料衡算示意图尿素物料衡算示意图 (2)反应式为 总反应方程式：2NH3+CO2CO(NH2)2+H2O 分步反应方程式：2NH3+CO2NH2COONH4+159.47kJ NH2COONH4CO(NH2)2+H2O-28.49kJ (3)计算任务 原料消耗量和产物生成量。(4)选择数据 尿素回收率 60%；NH3 的转化率 80%；纯循环氨基甲铵 90%；CO2 的转化率 80%；循环氨基甲铵转化率 100%。(5)计算过程 生成尿素的物质的量为 17%601054=4900 kmol=294000 kg 生成水的物质的量为 4900kmol=88200kg 纯循环氨基甲铵的物质的量为 4900kmol=382200 kg 原料中循环氨基甲铵的物质的量为%904900=5444.4 kmol=424663.2 kg 原料的物质的量为%10%904900=54444.4 kmol 进料中 NH3的物质的量为%10%904900 60%=32666.7kmol=555333.9kg 进料中 CO2的物质的量为%10%904900 10%=16333.3kmol=718665.2kg 出料中 NH3的物质的量为%10%904900 60%(1-80%)=6533.34kmol=111066.78kg 出料中 CO2的物质的量为 30%(180%)=3266.66kmol=143733.04kg -20-出料中环氨基甲铵的物质的量为 30%=16333.3kmol=1273997.4kg(6)列物料衡算表 见表 3。表表 3 物料衡算表物料衡算表 物料名称 相对分子质量 输入 输出 质量/kg 物质的量/kmol 质量/kg 物质的量/kmol NH3 17 555333.9 32666.7 111066.78 6533.34 CO2 44 718665.2 16333.3 143733.04 3266.66 NH2COONH4 78 424663.2 5444.4 1273997.4 16333.3 CO(NH2)2 60 294000 4900 H2O 18 88200 4900 总计 1698662.3 54444.4 1910997.22 35933.3 （二）热量衡算（二）热量衡算 年产 5 万吨水溶液全循环法合成尿素中第一反应器的物料衡算数据作热量衡算。(1)计算任务 输入热量和输出热量。(2)选择数据 298K 标准生成热如下：fHm(CO2)=393.51kJ/mol；fHm（H2O）=285.838 kJ/mol fHm(NH3)=46.19 kJ/mol；fHm（CO(NH2)2）=333.19 kJ/mol fHm（NH2COONH4）=21.92 kJ/mol 表表 4 各物料的定压热容各物料的定压热容（298K 时的时的 Cp,m）物料名称 Cp,m J/(mol.K)NH3 35.65 CO2 37.12 NH2COONH4 69.37 CO(NH2)2 6.75 H2O 33.57 根据 Cp,m=a+bT+cT 或 Cp,m=a+bT+cT 计算初始温度为 25升到 180时的 Cp,m，热损失为反应放热量的 10%。Cp,m(CO2)=44.14+9.04 103 4538.54 10-5 4532 =4095164 -21-=4.1 103kJ/(mol.K)Cp,m(NH3)=26.79+25.48 103 453+(1.665)4532 =1.15 104kJ/(mol.K)Cp,m（H2O）=30.12+11.3 103 453 =5.12 103kJ/(mol.K)(3)计算过程 298K 反应热效应：rHm()=21.9+393.51+2 46.19=463.99 kJ/(mol.K)rHm()=285.838333.19+21.9=597.13 kJ/(mol.K)Q(298K)放热=rHm=32666.7103(463.99 80%597.13 20%)=8.22 106MJ Q带入=(29400 35.65+9799.98 37.12+4900 69.37)298=5.22 105kJ=522MJ Q带入=(65333.34 1.15 104+3266.66 4.1 103+4900 5.12 103+16333.3 69.37+49006.75)(453-298)=1224MJ Q损失=8.22 106MJ 10%=8.22 105MJ Q移出=Q(298K)放热+Q带入Q带出Q损失 =8.22 106MJ+522MJ1224MJ8.22 105MJ=7397 MJ(4)列热量衡算表 见表 5。表表 5 热量衡算表热量衡算表 输入 输出 项目 热量/MJ 项目 热量/MJ 反应带入热 522 反应带出热 1224 移出热 7397 298K 反应放热 8.22 106 热损失 8.22 105 总计 8220522 总计 830621 -22-致 谢 三年的大学生活很快就结束了，回味这三年的生活仍然历历在目。还记得年三前刚踏进校门那一刻，我还是一个对大学的所有一切都充满好奇的新生，本次设计能够顺利完成，首先我要感谢我的母校，是她为我们提供了学习知识的土壤，使我们在这里茁壮成长；其次我要感谢化学工程系的老师们，他们不仅教会我们专业方面的知识，而且教会我们做人做事的道理；尤其要感谢在本次设计中给与我大力支持和帮助的孔祥波老师，正是在孔老师的悉心指导和耐心修改下，我的论文才得以完稿。孔老师学识渊博、治学严谨，待人平易近人，在孔老师的悉心指导中，我不仅学到了扎实的专业知识，也在怎样处人处事等方面收益很多，同时他对工作的积极热情、认真负责的态度，给我留下了深刻的印象，使我受益非浅。在此我谨向孔老师表示衷心的感谢和深深的敬意。感谢所有的任课老师，是你们让我学到了很多知识；教会了我许多专业技能；给我的论文提供了很大的帮助。你们教给我的知识能让我在今后的人生大道更加坦途，让我走得更加自信。在此我衷心地祝愿你们永远健康、快乐。感谢所有的朋友，和你们一起走过的三年是令我一生难忘的三年。与你们的在一起的时光是快乐的。是你们的热情、善良让我变得更加自信、坚强。未来的工作和生 -23-活中，我们仍将一路同行。三年，在人生的旅途中，不算太长；但这却是不可重来的珍贵的三年。虽然这三年有很多遗憾，但我并没有虚度。我要再次深深感谢所有的人，祝你们身体健康，工作顺利！谢谢！参考文献 1 刘振河化工生产技术M北京：高等教育出版社，2007 年 2 王铁牛化学工艺M北京：化学工业出版社，2007 年 3 刘金银氮肥生产工M北京：化学工业出版社，2005 年 4 张文辉氮肥的生产工艺J磷肥与复肥，1992,(4):70.5 张允湘氮肥及复合肥工艺学M北京:化学工业出版社，2008 年 6 化肥工业大全编辑委员会编化肥工业大全M化学工业出版社1988 年 7 袁一尿素M化学工业出版社1997 年