过程装备与控制工程专业毕业设计 φ800热套式尿素合成塔设计.docx
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过程装备与控制工程专业毕业设计φ800热套式尿素合成塔设计
四川理工学院毕业设计
Φ800热套式尿素合成塔设计
学生:
学号:
专业:
过程装备与控制工程
班级:
200
指导教师:
周
四川理工学院机电工程系
二O一三年六月
毕业设计(论文)任务书
设计(论文)题目:
Φ800热套式尿素合成塔设计
学院:
机械工程学院专业:
过程装备与控制工程班级:
2009级1班学号:
0914*******
学生:
指导教师:
周敏
接受任务时间2013年3月1日
系主任(签名) 院长(签名)
1.毕业设计(论文)的主要内容及基本要求
设计(论文)的原始数据
年产7万吨尿素,塔体为热套式。
2.指定查阅的主要参考文献及说明
①《机械设计手册》,机械工业出版社
②GB150-98《钢制压力容器》以及《相关标准》
③《机械制图》,清华大学出版社
④《材料与零部件》,《化工设计手册》编写组,上海人民出版社
⑤《高压容器设计》,上海人民出版社
⑥《尿素生产工艺》
期刊主要有:
《中氮肥》、《化工设计通讯》、《化工机械》、《化肥工业》
3.进度安排
设计(论文)各阶段名称
起止日期
1
资料收集,阅读文献,完成开题报告
3月1日至3月20日
2
完成所有结构设计和设计计算工作
3月21日至4月21日
3
完成所有图纸绘制
4月22日至5月22日
4
完成设计说明书
5月23日至6月1日
5
完成图纸和说明书修改,答辩准备和毕业答辩
6月2日至6月10日
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。
自从1922年尿素开始工业化生产以来,许多国家都致力于尿素生产系统的研究,在合成机理热力学性质和工艺流程方面都有创新和进展。
尿素生产工艺是典型的化工生产工艺之一。
目前尿素的生产工艺主要有:
水溶液全循环法、二氧化碳气提法、氨气提法。
由于气提法技术还有很多限制,因此选择技术比较成熟的水溶液全循环法。
本设计介绍了尿素生产工艺的基本概况,水溶液全循环法尿素生产工艺流程及特点,对尿素生产流程进行研究设计,以帮助指导尿素工业生产。
本设计阐述了前人对尿素生成的研究概况,分析了现存工艺流程的优缺点,建立了合适的工艺流程;根据选择的工艺流程,以尿素生产和消耗为目标,对整个流程进行了物料衡算和热量衡算。
同时对生产系统的关键性设备进行了设计和选型;根据设计数据,绘制了主要设备装置图及零件图。
关键词:
热套式;尿素;合成塔;设计
ABSTRACT
Ureaisoneoftheimportantnitrogen-basedfertilizersandindustrialrawmaterials,whichiswidelyusedaroundtheworld.Sinceitsproductionwasindustrializedin1922,ureaprocesshasattractedmuchresearchfromdifferent.Innovationandachievementhasbeenmadeinthesynthesismechanism,thermodynamicpropertyandflowsheeting.Theureaproductionprocessisoneofthetypicalchemicalproductionprocesses.TodaytheworldproductionprocessofUreaaretotalrecycleoftheaqueoussolution,carbondioxidestrippingprocess,ammoniastrippingprocess.Therearemanyrestrictionsinstrippingtechnology,soweselectthetechnology,totalrecycleoftheaqueoussolution,whichisrelativelymature.Thisdesigndescribesthebasicprofilesoftheureaproductionprocess,theaqueoussolutionofthefullcycleofureaproductionprocessandcharacteristics.Thisworkisstartedwiththethermodynamicparametersoftheureaproduction,ureaproductionprocessisdevelopedinordertoguidetheproduction.
Thisdesigndescribesthepreviousgenerationofurea,analyzestheadvantagesanddisadvantagesoftheexistingprocess,theestablishmentofanappropriateprocess;dependingonthechosenprocess,ureaproductionandconsumptionasthegoal,thewholeprocesshasbeenmassbalanceOperatorsandheatbalance.Whiletheproductionofkeyequipmentforthesystemdesignandselection;accordingtothedesigndata,mappingofthemainequipmentinstallationdrawingsandpartdrawings.
Keywords:
thermalsleeve;urea;synthesistower;design
第一章概述
1.1尿素及其生产概况
尿素工业化生产以来的百余年间,一直是肥料工业的主要产品。
本设计是以年产7万吨尿素,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、生产方法和市场烦人发张情况。
尿素生产以煤为原料,采用改进型二氧化碳气提工业。
尿素合成中有二氧化碳压缩、液氨升压、合成和气提、蒸发、解析和水解以及造粒等工序,主要进行了尿素的工艺计算。
1.2尿素主要用途
尿素产品用途广泛,其主要用作农业,工业上还用作制造脲醛树脂、聚氨酯、三聚氰胺、甲醛树脂的原料。
在医药、炸药、制革、浮选剂、颜料和石油产品的脱蜡等方面也有广泛用途。
据统计,我国现有尿素生产企业200多家,规模大小不一,我国氮肥企业中90%采用煤为原料,因此近年来产能发展较快。
尿素在国内的生产情况:
2009年7月,全国尿素产量为263万吨,08年同期为229万吨。
我国尿素新上项目大多采用先进的煤气化技术,一些靠近原料产地(天然气、煤)的企业具有较强的成本优势和市场竞争力。
因此,尿素行业新一轮优胜劣汰势在必行,资源和市场整合步伐也将加快。
1.3尿素的性质
1.3.1尿素的物理性质
尿素化学名为碳酰二胺,其分子式为CO(NH2)2。
纯尿素为无色,无味,无臭的结晶体。
含氮量为46.64%,是固态氮肥中含氨量最高的一种氮肥。
在造粒过程中,若高温(高于133℃)处理,会产生缩二脲,缩二脲含量超过2%时,对作物种子和幼苗均有毒害作用。
尿素易溶于水,20℃时,100公斤水中可溶解105公斤尿素。
工业产品为白色或浅黄色的结晶。
尿素的比重为1.335(20℃)自然堆积的尿素每重0.7~0.75吨,或称堆积比重为0.7~0.75。
粒状尿素堆积时,其斜面与水平面成25~27°角,这角度称为堆积角。
易溶于水。
溶于水时需吸收热量,每溶解1克尿素需吸收57.8卡热量。
固体尿素加热到132.6℃时(1大气压下),开始熔化,熔化时吸收的热称为熔融热。
尿素熔融热为42.1卡1克。
继续加热熔化尿素时,部分尿素将分解汽化,同时在熔融尿素中生成缩而脲、缩三脲、三聚氰酸等缩和物。
在加压、高温,或在催化剂存在时,尿素能缩合成三聚氰胺。
1.3.2尿素的化学性质
1.3.2.1呈微碱性,可以与酸作用生成盐。
但尿素不能使一般指示剂变色。
1.3.2.2水解作用:
在酸性、碱性或中性溶液中。
在60ºC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(在80℃,一小时内可以水解0.5%;110℃,一小时内可增加到3%)。
水解作用可以视为如下的反应:
CO(NH2)2+H2O→NH4COONH2
NH4COONH2+H2O→(NH4)2CO3
(NH4)2CO3→2NH3+CO2+H2O
1.3.2.3缩合反应:
尿素在高温下可以进行缩合反应,生成缩二脲,缩三脲和三聚氰酸。
1.3.2.4与甲醛的缩合反应:
尿素和甲醛作用生成尿甲醛缩合物,此缩合物可作为尿醛塑料的原料,也是一种很好的缓效肥料。
1.4二氧化碳气提法生产尿素
二氧化碳气提法是20世纪60年代后开发的生产工艺,现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:
采用合成等压的原料二氧化碳气提以分解未转化的大部分甲胺和游离氨,残余部分只经过一次低压加热闪蒸分解即可,从而失去了操作条件苛刻、腐蚀严重的一段甲胺泵缩减了流程和设备,并使操作控制简化。
高压冷凝器与合成等压下冷凝提气,冷凝温度较高,返回合成塔的水量减少,有利于转化率的提高,同时有利于冷凝过程生成甲胺时放出的大量生成热和冷凝热来副产低压蒸汽,除汽提塔不需要加热外,低压分解、蒸发分解等工序都可以利用副产蒸汽,从整体上看可以降低在蒸汽的消耗及冷却用水量。
二氧化碳气提法中的高压部分,如高压冷凝器的甲胺液来自高压洗涤器的甲铵液,均采用液位差使液气物料自留返回合成系统,不需甲胺泵输送,不仅可以节省设备和动力,且操作稳定。
但为了造成一定的液位差就不得使设备之间保持一定的液位差。
因此也需要巨大的高层结构来支撑设备。
由于采用二氧化碳气提法,所选用的合成塔操作压力较低,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。
在整个流程中循环的物流量较少,动力消耗较低。
但是较低的氨碳又使得高压部分对设备的腐蚀严重。
另外,因氨碳较低,氨量少,故缩二脲生产量高。
1.5工艺流程介绍
1.5.1二氧化碳压缩
来自脱碳工段的二氧化碳气体经分离器分离后进入CO2压缩机;经五段压缩至21.61Mpa,气体温度约为125℃,送往尿素合成塔。
1.5.2氨的输送和尿素合成
原料液氨经过氨过滤器过滤后进入液氨缓冲槽的原料室中。
由中压循环系统返回的液氨,进入液氨缓冲槽的回流室。
一部分作为吸收塔的回流氨,多余的液氨流过溢流隔板进入原料室,与新鲜原料氨混合。
混合后的液氨进入高压液氨泵,被加压到21.61Mpa,然后去液氨预热器加热至40~60℃进入尿素合成塔。
原料CO2气体、液氨、循环回收工序来的甲铵液同时送入尿素合成塔底部,其组成NH3/CO2=4.1、H2O/CO2=0.65,在约为21.57Mpa(绝压),190℃的条件下合成。
气液混合物自下而上经等温内件及多块塔板,保证25~40min的停留时间,约有63%的CO2转化为尿素。
1.5.3循环回收
尿素合成塔的反应产
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