年产5万吨尿素分离工段工艺和厂区初步设计——毕业设计

年产5万吨尿素分离工段工艺和厂区初步设计——毕业设计XX职业技术学院毕业设计（论文）XX应用化工技术专业题目：年产5万吨尿素分离工段工艺和厂区初步设计毕业时间： 2012 年 6 月学生姓名： XX指导教师： XX班级： X二○一一年六月二十日酒泉职业技术学院2012届各专业毕业论文（设计）成绩评定表姓名X 班级X专业应用化工生产技术指导教师第一次指导意见设计题目有些问题，“尿素分离工段工艺设计”是你设计的工艺吗？不是！你应该写清楚年产量为多少的尿素分离工段工艺设计。

这是用别人的工艺，进行自己的设计！011年4月 1日指导教师第二次指导意见论文题目与内容相符，逻辑顺序合理，计算基本符合要求，但是格式问题较多，没有按照论文格式要求进行修改，希望参照学院化工系网站的论文格式要求进行修改，章节之间注意分页011年5月11 日指导教师第三设计文档结构合理，层次基本清楚，对业务的阐述较为清晰，逻辑结构基本合理，功能基本次指导意见达到了常规业务的要求，格式规范，能运用所学理论和有关专业知识，有一定的分析、解决问题能力。

论文部分格式还存在问题。

011年6 月 5日指导教师评语及评分设计文档结构合理，层次清楚，对业务的阐述清晰，逻辑结构合理，功能达到了常规业务的要求，格式规范，较好地运用了所学理论和有关专业知识、技术知识。

成绩：良好签字（盖章）2011 年 6月 13日答辩小组评价意见及评分成绩：签字（盖章）年月日教学系毕业实践环节指导小组意见签字（盖章）年月日学院毕业实践环节指导委员会审核意见签字（盖章）年月日说明：1、以上各栏必须按要求逐项填写.。

2、此表附于毕业论文 (设计)封面之后。

摘要本次设计采用水溶液全循环法合成、分离尿素,单一的设计了分离工段这一步。

首先对分离工段进行了物料和热量衡算。

其次在计算的基础上,根据计算结果对主要设备进行选型。

最后初步设计了厂区建设布置及其三废处理。

本设计主要包括尿素生产过程的分离工段工艺设计，分离工段的物料衡算、热量衡算及设备选型，工厂布置设计及其三废处理。

主要设计图包括尿素生产分离工段工艺流程图、物料简图及全厂布置图。

关键词：尿素，工艺设计，物料衡算一、绪论（一）尿素1．尿素的概况尿素外观为白色晶体或粉末，是动物蛋白质代谢后的产物，通常用作植物的氮肥。

尿素是哺乳动物排出体内含氮代谢物的形式。

它在肝合成，其过程被称为尿素循环。

别名：碳酰二胺、碳酰胺、脲分子式：CO(NH2)2因为在人尿中含有这种物质，所以取名尿素，尿素含氮量46%，是固体氮肥中含氮量最高的。

尿素易溶于水，在20℃时100ml水中可溶解105g，水溶液呈中性反应。

尿素产品有2种：结晶尿素呈白色针状或棱柱状晶形，吸湿性强。

粒状尿素为粒径1-2mm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。

尿素是生理中性肥料，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中缩二脲含量应小于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前4-8天施用。

施用：尿素适用于作基肥和追肥，有时也用作种肥。

尿素在转化前是分子态的，不能被土壤吸附，应防止随水流失，转化后形成的氨也易挥发，所以尿素也要深施覆土。

2．尿素的市场状况目前在国际市场上，尿素产品通常以大颗粒形式销售，国内绝大多数生产企业生产的尿素颗粒较小，均匀度差，且有粘连现象，严重影响产品的外观质量。

产品在包装、运输及储存过程中还易吸潮结块，直接影响产品的销售和施用时肥效的发挥。

因此，生产大颗粒尿素产品是提高产品质量的重要途径，也是今后尿素技术改造的发展趋势。

进入2008年下半年以来，美国次贷危机引发的国际金融危机传导至煤、石油等大宗初级商品，引发了化肥成本的变化，同时这种变化也引发了多年来化肥产能过剩与高价位抑制需求的潜在矛盾的集中爆发，化肥市场日益下滑。

由于受到国际市场原材料的影响，导致化肥成本的暴跌，尤其是硫磺等原材料的暴跌引发了国内化肥市场的剧变。

原材料货紧价扬造成的生产成本刚性上涨。

中国尿素生产原料煤、石油、天然气等都属资源性产品，同时又是能源性产品，中国经济的高速增长导致能源出现空前短缺，价格也一再飙升。

外电评价：中国的能源危机依赖自身的力量三两年内无法解决。

原材料对尿素供应造成的影响主要在两方面：一方面是成本的刚性上涨，产成品价格下降幅度有限，从这方面来讲，尿素价格上涨至十多年行情低迷后的恢复性上涨。

另一方面原料紧张加上运输等方面的限制，许多厂家处于停产半停产状态。

从全球农业来看，粮食的需求呈刚性增长，虽然全球的经济增长速度明显放缓，甚至正在逐渐影响中国的经济发展，但从近期的发展态势看，与化肥产业关系十分紧密的农业发展趋势总体依然向好的方向发展，具体表现为粮食价格在逐渐提高，这给化肥产业提供了相对良好的发展环境，农业总体形势的稳定，是对化肥市场信心的一种基础。

从化肥行业整体看，全球氮肥新增产能持续增长，产量持续扩大，总体市场是供大于求。

出口限制加剧国内供应过剩，市场竞争激烈，行业整合趋势明显。

2010－2012年预计新增产能1285万吨，2010年至2012年尿素产能进一步扩大，产量持续增长，供应大于需求趋势加剧。

尿素市场受困于供求失衡，解困也只能从缓解供需矛盾上找突破口。

如果国家不主动对尿素行业过剩的产能进行淘汰，尿素市场将依靠价格这支“指挥棒”自我调整。

由于供过于求，价格维持低迷，一些技术落后的产能将在一场优胜劣汰的“大清洗”中消失，尿素供给量会逐步下降，同时随着国家各项强农惠农政策落实，农民投肥积极性回升，尿素需求量逐步上升，价格随之上升，尿素市场在供求双方“一降一升”中缩小差距，并最终回归供需平衡状况。

中国09年尿素总产能超过6000万吨，而且10年将在此基础上增加8%至6500万吨。

考虑到大部分新增项目的投产将在10年下半年启动再加上全球经济下滑带来的负面效应，预计11年尿素产量将同比提高4.8%至5900万吨。

同时考虑到政府对农业的扶持政策带来的积极效应以及相对磷肥和钾肥价格相对较低，市场预计2011年尿素需求将同比上升5%至5160万吨，这意味着产能过剩的幅度将于2011年持平。

（二）生产工艺1．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，经减压至常压并用蒸汽加热，将氨和二氧化碳分离出来，尿液送去后加工系统，氨用于生产其他的铵盐。

部分循环工艺是把从甲铵分解器内分解出来的部分氨和二氧化碳，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，投资较省、操作费用也较低，缺点是要附设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。

2．全循环工艺把未转化成尿素的氨和二氧化碳，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（即解吸法）。

3．全循环尿素工艺水溶液全循环尿素装置的运行都比较稳定，生产负荷的加减调节比较方便，操作弹性范围较宽;增产潜力比较大，均达到了其设计生产能力的160%一200%;产品质量控制较好，正常负荷生产时一般能控制到优级品范围内。

水溶液全循环尿素装置的腐蚀性较轻，特别是尿塔和中压分解、加热设备的腐蚀速率都比较小，正常生产时系统氧含量一般控制在0.5%-0.6%(体积)即可满足要求;再就是水溶液全循环尿素工艺的高压系统设备较少，中低压系统设备停车检修比较方便，所以无论是系统大修还是平常的中小检修都比较方便、所用时间比较短，并且水溶液全循环尿素工艺的氨碳比控制较高，停车时尿塔保压时间一般为24h 。

水溶液全循环尿素工艺经过十几年的改造，消耗下降较明显。

其电耗一般可以控制在145 --155kw·h/t 尿素(包括循环水的动力消耗)，电耗的高低主要与系统负荷的大小、二氧化碳转化率的高低、冷凝器的传热效果、以及生产综合管理水平有关。

水溶液全循环尿素工艺的蒸汽消耗一般可以控制在1200一1400kg/t 尿素，有个别厂家已降到1200k 幼尿素以下，蒸汽消耗的高低与系统负荷的大小加热器的传热效果、以及生产综合管理水平有关，但更重要的是取决于对整套尿素装置热力系统的合理改造以及高效传热传质设备的使用。

水溶液全循环尿素工艺的氨耗一般可以控制在575一580kg/t 尿素，部分生产综合管理渺子的企业已降至575k/t 尿素以下。

在循环冷却水消耗方面，通过对系统热能回收的改造以及工艺操作方法的调整优化，冷却水消耗已降至接近于C02汽提法尿素生产工艺的循环冷却水消耗水平。

（三）环境保护与废物处理随着世界特别是我国环境的明显恶化，国民的环境保护意识逐步提高，为了我们的生存环境，为了我们自己，为了我们的子孙后代，必须保护环境。

对污染源、废水、废气、废渣、噪音粉尘烟等的具体防止和处理方法主要依据《环境保护法》及相应的可行性研究、环境报告和初审意见来确定。

二、合成工艺设计（一）合成工艺原理1．循环法由液氨和二氧化碳气体直接合成尿素的反应过程可分为二步:液氨与气体二氧化碳作用生成液体氨基甲酸铵:Q NH CO NH CO NH +=+224232 氨基甲酸铵脱水生成尿素:Q O H NH CO COONH NH -+=22224)(总反应式为: O H NH CO CO NH 22223)(2+=+第一步是放热反应,反应速度很快;第二步是略微吸热的化学反应,反应速度较慢,且达到化学平衡时也不能使氨基甲酸铵全部脱水转化为尿素,它是合成尿素过程中的控制因素。

氨基甲酸铵脱水反应必须在液相中进行,即尿素生成是液相反应,所以原料氨必须以液态供给,2CO 则液或气态均可;操作温度必须高于氨基甲酸铵的熔点,而且还必须在高的压力下进行。

2．分离工段流程去闪蒸槽NH 3CO 2去中压吸收去低压吸收预混器过滤器液氨缓冲槽压缩机高压泵加热器加热器尿素合成塔一段分解塔二段分解塔图1尿素合成分离工段工艺流程图流程简介：从合成氨工段来的液氨通过过滤器送入液氨缓冲槽,缓冲槽压力维持在MPa 7.1(表压)左右。

液氨由缓冲槽经液氨高压泵加压到MPa 1.22后与来自2CO 压缩机的2CO (MPa 1.22,℃125)(含循环的全部水分)一起进入预混器,此时反应的总物料组成:7.0:1:1.4::223 O H CO NH ,然后送入合成塔。