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年产60万吨尿素初步设计—合成工段_开题报告及论文
毕 业 设 计
开题报告
题 目:年产60万吨尿素工艺的初步设计
院系名称: 化学化工学院 专业班级: 化学工程与工艺
毕业设计(论文)开题报告
1.结合毕业设计(论文)课题情况,根据所查阅的文献资料,每人撰写
2000~4000字左右的文献综述: 文 献 综 述
摘要:
本文通过对合成尿素的几种工艺方法进行比较,选择一个水溶液全循环法用氨和二氧化碳直接合成尿素,该方法的优点是:合成塔的转化率高,尿素装置运行比较稳定,工艺成熟,操作可靠方便,操作弹性较宽等。对合成温度压力、最佳催化剂、工艺流程等都有具体介绍。
关键词:尿素 水溶液循环法 气提法 工艺设计 甲胺
1.引言
尿素为白色晶体或粉末,是动物体内蛋白质代谢后的产物,通常被用作植物的氮肥。尿素是一种高浓度氮肥,属于中性速效肥料,也是目前使用的含氮量最高的化肥。尿素是有机态氮肥,经过土壤中脲酶的水解作用,分解成碳酸铵或碳酸氢铵后,才能被植物吸收利用,尿素属中性速效肥料,即使长期施用也不会使土壤发生板结,分解释放出的二氧化碳也可被植物吸收利用,以促进植物的光合作用。
尿素易溶于水,20℃时每100ml水中就能溶解105g。尿素的产品形式有2种:结晶尿素呈白色针状或棱柱状晶形,吸湿性较强;粒状尿素为粒径1-2mm的半透明颗粒,外观光洁,吸湿性有明显改善。世界上每年合成氨产量达到1亿吨以上,其中约有80%的氨用来生产化学肥料,20%的作为其它化工产品的原料。因此,对于氨合成工艺的研究与设计有巨大的社会效益和经济效益。
2.生产尿素的工艺
氨和二氧化碳在合成塔内,一次只有5572%的二氧化碳转化为尿素,从合成塔出来的物料是含有甲铵和氨的尿素溶液(简称尿液)。在进行尿液后之前,必须将甲铵和氨分离。甲铵分解成氨和二氧化碳是尿素合成反应的逆反应,是强吸热反应,加热、减压和气提等手段促进这个反应的进行。围绕着如何回收处理从合成塔里出来的反应混合物料,发展多种尿素的生产工艺不循环工艺和部分循环工艺:不循环工艺是指从合成塔出来的物料,经减压常压蒸汽加热,将氨和二氧化碳分离出来,尿液送去后系统,氨用于生产其他铵盐部分循环工艺是把从甲铵分解器分解出来的部分二氧化碳和氨,以甲铵水溶液的形式循环回合成塔。不循环和部分循环工艺较简单,投资省、操作费用低,缺点是要庞大的铵盐加工系统,经济上不合理,新的尿素厂则采用全循环工艺。全循环工艺是把未转化成尿素的二氧化碳和氨,经分离后全部循环返回尿素合成系统。这类工艺因分解、循环的方法不同而有不同,但主要是水溶液循环法和气提法20世纪70年代才开始引进二氧化碳汽提法生产尿素装置,大部分为大型装置,特点是设备少,工艺流程短,合成压力低,动力消耗低;但是操作条件相对苛刻,腐蚀也比较严重,尾气存在燃爆危险,操作弹性小等缺点。
2.3氨汽提法
氨汽提法在我国还没有实现国产化,装置均为国外进口。它的特点是利用氨的自提作用,使甲铵分解率增高,因此减少了中、低压分解回收的负荷,动力消耗也随之减少,高温高压下分离的甲铵,其冷凝时的热量也得到有效的利用,总能耗降低,而且运转率高,操作弹性大,安装检修方便,爆炸危险性小,工艺冷凝液可以进行二次利用,没有污染。
3.工艺选择
通过以上对水溶液全循环法、二氧化碳汽提法与氨气提法在运行、增产潜力、生产消耗以及装置设计能力等多方面进行分析比较,不难看出:二氧化碳气提法与氨气提法相比具有一定优势,主要表现在流程简单,操作效率高,设备台数少,尤其是高压设备比较少,使得投资费用大幅下降,随着物料和能耗的下降也使成本降低,从而能带给企业非常好的经济效益。水溶液全循环法与二氧化碳汽提法的综合消耗相差不大,现在有的水溶液全循环法生产尿素的企业通过改造已经达到蒸汽消耗1200kg/t尿素左右的水平,所以二氧化碳汽提法制尿素以蒸汽消耗数量较低的显著优点已经没有优势了。另外,二氧化碳汽提法的缺点也使得二氧化碳汽提法的实际竞争力降低。相反水溶液全循环法通过十几年的改造经验,越来越表现出了竞争优势:易于改造,增产潜力比较大,检修停车时间短,大修费用相对降低,操作比较熟练,生产管理经验积累的较多等。所以说在现有的技术条件下,在装置的生产能力设计方面不存在大的问题,可以做到较大生产装置的设计,本设计选择水溶液全循环尿素工艺。
传统水溶液全循环工艺是20世纪40、50年代最早实现全循环的尿素生产流程,目前中国采用水溶液全循环法的中型尿素厂有30多套, 小型厂有120多套。近几年来,这些企业在技术上不断的改进创新,这些装置的整体消耗有了大幅的下降,消耗已接近汽提工艺能耗。产量虽然上去了,但在技术上没有实质性进展,成本还较高,污染严重。随着技术的不断改进和创新,需要对现有的中小型尿素装置逐步进行技术改造,以提高装置的生产能力和技术水平,降
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