67kta尿素合成和分离工段工艺设计(5)

四川理工学院毕业设计(论文) 物料衡算

2.5.5 二段分解塔物料衡算表

表2.4 二段分解塔物料衡算

以每吨成品尿素为基准

序号 1 2 3 4 5

输入物料

kg

kmol

序号 1 2 3 4 5 7 8 9 10 11

总计

1645.48 50.87

输出物料

kg

Kmol 11.0967 1.0057 7.318 2.773

塔出口液 1645.48 50.87 其中CO2 NH3 H2O 尿素

51.92

1.18

出口气体 218.572 其中：CO2 44.252 NH3 H2O

124.406 49.914

135.32 7.96 448.2 1010.04

24.9 16.832

二段分解 塔出口液 其中CO2 NH3 H2O 尿素 缩二脲 总计

1427.782 39.786 7.92 11.9 398.34 1003.05 6.00

0.18 0.7 22.13 16.718 0.058

1645.48 50.87

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四川理工学院毕业设计(论文) 热量衡算

3 热量衡算

3.1 计算基准

CO2气 进口气压为21.680 MPa, T=125℃ 甲铵溶液 进口压力 21.680 MPa ，T=100℃ 尿素反应物 出口压力为 21.680 MPa ，T=190℃

3.2 合成塔热量衡算

3.2.1 CO2气体降温降压吸热△H1

由CO2T-S图查[8]

21.680MPa 125℃时， i=694.21 kJ/kg 0.0981MPa 25℃时， i=727.67 kJ/kg △H1=735.06×（694.21-727.67）=-24595.108kJ

3.2.2 当量NH3气化吸热△H2

由NH3 I-logP图查[5]

0.0981MPa 25℃时， i=1768.99 kJ/kg 21.68MPa t℃时， i=I kJ/kg △H2=568.31×（I-1768.99）

3.2.3 固体甲铵生成时反应热△H3

1大气压时，25℃固体甲铵生成热为 △H=159166.92 kJ/kg

△H3=16.71×159166.92=2659679.233kJ

3.2.4 固体甲铵升温吸热△H4

由25℃升温至150℃时热焓增值21997.32kJ/kmol △H4=-16.71×21997.32=-367575.2172kJ

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四川理工学院毕业设计(论文) 热量衡算

3.2.5 固体甲铵熔融吸热△H5

△H5—循环甲铵液升温吸热

尿素在150℃时生成热为20282.7kJ/kmol △H5=-16.71×20282.7 =-338923.917kJ

3.2.6 循环甲铵升温吸热△H6

取固体甲铵比热为Cp=151.81 kJ/kmol.°C 取37.4%氨水比热5.02 kJ/kmol.°C

Cp=0.611×151.81/78+0.389×5.02=3.142 kJ/kg.°C △H6=-1275.5×3.142×(150-100)=-200381.05 kJ

3.2.7 甲铵转化成尿素时吸热△H7

尿素在150°C时的生成热为21830.04 kJ/kmol △H7=-（16.832-0.042）×21830.04=-366526.37 kJ

3.2.8（△H8+△H9+△H10+△H15）反应熔融物升温吸热

尿素比热Cp=1.991 kJ/kg.°C

甲铵比热Cp=151.8/78=1.946 kJ/kg.°C 60.7%氨水比热Cp=5.018kJ/kg.°C

Cp=1.991×0.302+1.946×0.23+5.018×0.468=3.397kJ/kg.°C

（△H8+△H9+△H10+△H15）=3344.59×3.397×(190-150)=-454462.8892 kJ

3.2.9 循环氨升温吸热△H11

NH3 21.680MPa（绝） 132.5℃时，i=1120.78 kJ/kg

21.680MPa（绝） t℃时， i=I kJ/kg

△H11=765.44×（I-1120.78）kJ

3.2.10 循环液氨气化热△H12

NH3在临界温度下气化时，其热效应为0

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四川理工学院毕业设计(论文) 热量衡算

△H12=0

3.2.11 循环氨升温吸热△H13

21.680MPa 132.5℃时， i=1120.78 kJ/kg 21.68MPa 150℃时， i=1246.24 kJ/kg △H13=-765.44×（1246.24-1120.78）=-96032.1kJ

3.2.12 循环氨与水混合放热△H14

氨水浓度为 60.7% 混合热为 397.29 kJ/kgNH3 氨水浓度为 37.4% 混合热为 656.57 kJ/kgNH3 △H14=951.49×397.29-656.57×185.88=255974.23kJ △H16—惰性气体升温吸热

在21.68MPa 125℃时， i=280.19 kJ/kg 21.68MPa 190℃时， i=347. 11 kJ/kg △H16=-8.12×（347.11-280.19）=-543.39kJ

3.2.13 合成塔热损失△H17

△H17=-54616.92kJ/t尿素 合成塔热平衡 ??H1?17?0

-24595.108+568.31×（I-1768.99）+2659679.233-367575.2172-338923.917 -200381.05 -366526.37 -454462.8892+765.44×（I-1120.78）+0-96032.1 +255974.23-543.39-54616.92=0 I=638.22 kJ/kg

查据NH3 I-logP图查 t=46℃

△H2=692.92×（I-1771.02）=692.92×(638.22-1771.02)=-784939.776kJ △H11=765.44×（I-1120.78）=765.44×（638.22-1120.78）=-369370.7264kJ

3.2.14 合成塔热量平衡表

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四川理工学院毕业设计(论文) 热量衡算

表3.1 合成塔热量平衡

以每吨成品尿素为基准 序号 输入热量 1 2

甲铵生成 热

kJ

%

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

总计

2961935.36 100

输出热量 CO2降温降压 当量氨降温

kJ

%

24595.108 0.83 784939.776 26.50

2659679.23 89.79

过量氨混 合热

固体甲铵升温 367575.217 12.41 甲铵熔融吸热 338923.917 11.44 循环甲铵升温 200381.05 6.77 甲铵转化吸热 366526.37 12.38 反应物升温 循环氨升温

454462.889 15.34

302256.13 10.21

(ΔH11+ΔH13) 369370.726 12.47 循环氨汽化

0

0 0.02 1.84

惰性气体升温 543.39 热损失 总计

54616.92

2961935.36 100

3.3 预分离器热量衡算

3.3.1 进口液相带入热量

反应熔融比热为 CP=3.4 kJ/kg℃[5] Q1=3344.59×3.4×(190-25)=1876314.99

3.3.2 进口气相带入热量

据空气T-S图查[5]得

空气在 21.680 MPa ，190℃ i=355.47 kJ/kg 0.0981 MPa , 25℃ i=190.28 kJ/kg Q2=8.03×(355.47-190.28)=1326.48 kJ

3.3.3 出口液相带出热量

设预分离器出口液相温度为t℃

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