开题报告年产五万吨尿素的生产工艺设计.docx

本科毕业设计（论文）开题报告题目： 年产五万吨尿素的生产工艺设计课 题 类 型： 设计 实验研究 论文学 生 姓 名： 孙卫星学 号： 3110404211专 业 班 级： 化学工程与工艺112班学 院： 生物与化学工程学院指 导 教 师： 沈凤翠 讲师 开 题 时 间： 2015/3/14 2015年3月14日开题报告内容和要求1、 毕业设计研究内容和意义1.1 研究内容尿素生产以煤为原料，采用改进型CO2汽提法工艺。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，同时还要进行尿素的工艺计算、降温设备的设计、设备选型，并绘制工艺流程图，最后对整个项目进行经济分析和评价。1.2 研究意义尿素主要用作化肥，工业上还用作制造脲醛树酯、聚氨酯、三聚氰胺-甲醛树脂的原料，在医药、炸药、制革、浮选剂、颜料和石油产品脱蜡等方面也有广泛的作用。因此尿素的设计优化工艺在未来农业生产上具有重大的作用以及广阔的前景。二、毕业设计研究现状和发展趋势211尿素的国内研究现状 2010-2013年，中国尿素(折含N100%)产量整体保持稳步增长的态势，产量均高于2500万吨。2012年尿素增长率一度达到13.1%的高位，产量也是自2010年来首次突破3000万吨，达到3003.83万吨。2014年，出现了近五年来的首次下滑，与2013年3333.18相比，减产了超100万吨，为3217.83万吨。国内尿素生产技术是在小装置能力的基础上形成的，最大的生产能力只能达到20万吨/a,因其投资低，基建快、潜力大等优势，得以在近年迅速地蓬勃地发展起来。主要的工艺技术有SHS技术、高压圈尿素优化组合技术和“节能增产新工艺”技术。据统计，我国现有尿素生产企业200多个，规模分为大型（引进48万吨/年以上）、中型（1330万吨/年以上）、小型（413万吨/年），我国中小氮肥企业中90采用煤为原料，近年来产能发展较快。尿素的生产可以天然气、煤炭、重油等为原料。中国的能源储备具有“缺油、少气、有煤”的特点，与之相适应，国内尿素产业也形成了独特的工艺路线结构：中、东部企业的生产原料以煤炭为主，而西部大型装置特别是中石油下属的尿素企业均以天然气为原料。目前国内尿素原料构成比例为：煤基企业占72%，气基企业占26%，其余2%则为油基企业。制造尿素的原料是天然气、煤或石油之一和空气转化成氨和二氧化碳5。 21.2尿素的国内发展趋势水溶液全循环法是将未反应的氨和二氧化碳用水吸收生成甲铵或碳酸铵水溶液再循环返回合成系统。但该法存在以下问题：一、能量利用率低；二、一段甲铵泵腐蚀严重；三、流程过于复杂。气提法是针对水溶液全循环法的缺点而提出的。该法在简化流程、热能回收、延长运转周期和减少生产费用等方面都较水溶液全循环法。氨气提尿素法是利用氨气通入尿素合成出口溶液中，降低气相中二氧化碳的分压，从而促使液相甲铵分解和过剩氨的吸收。从世界范围来看氨气提尿素法发展非常迅速。氨气提法20世纪70年代初实现了工业化，虽不如二氧化碳气提法应用广泛，但有后来者居上的趋势。 尿素是目前使用的固体氮肥含氮量最高的化肥，其含氮量为硝酸铵的1.3倍，氯化铵的1.8倍，硫酸铵的2.2倍，碳酸氢铵的2.6倍。 按照最近的行业统计，尿素产量最大的公司是中国石化，其产量高达350万吨/年。但是由于中石化的总体收入很大，尿素所占比例还是非常小。其他的尿素大户有海南中国海油化学公司和乌鲁木齐石化总厂。与普通尿素相比，大颗粒尿素在生产应用和市场销售方面有明显的优势。在国际市场上，大颗粒尿素也十分俏销。北美市场的大颗粒尿素销售价格比普通尿素每吨高出5-10美元，在西欧市场高出10-15美元。国内目前仅有海南富岛和宁夏两个企业生产大颗粒尿素，年总产量约为100万吨左右，仅占国内尿素年总产量的3.7%左右，远远不能满足市场需求。若要达到国际上大颗粒尿素所占的比例，还需增加400万吨的年产量。因此，尿素的生产开发目前在国内仍具有较大的发展空间2。2. 2物理、化学性质 尿素是一种由碳、氮、氧和氢组成的有机化合物，分子式为H2NCONH2。相对分子质量：6006。又称尿素、碳酰胺、碳酰二胺脲，为白色无臭固体，熔点133-135，相对密度1.323(20/4)，易溶于水和乙醇，强热时分解成氨和二氧化碳。它是哺乳动物体内蛋白质代谢的最终产物，一个成年人每天的尿中可排出尿素约30克2.3尿素的生产原理由液氨和二氧化碳气体直接合成尿素的总反应式为：2NH3+CO2(NH2)2CO+H2O 这是一个可逆的放热反应。实际上，该反应分两步进行。第一步由氨与二氧化碳生成中间产物氨基甲酸铵NH4COONH2，简称甲铵。第二步是甲铵脱水生成尿素，其反应式为： 2NH3+CO2NH2CO2NH4 +15947kJ (2-1) NH2CO0NH4NH2CONH2+H2O -2849kJ (2-2)式(2-1)是强放热反应，在常压下反应速度很慢,加压下则很快。式(2-2)是温和的吸热反应。 当温度为170190,氨与二氧化碳的摩尔比为20，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。2.4尿素的生产方法（一）水溶液全循环法 水溶液全循环法是20世纪60年代以来的经典生产工艺。水溶液全循环法为尿素生产的发展做出了重大贡献，不仅使生产能力大大增加而且使二氧化碳和氨的消耗大大降低，因此它曾经被广泛地采用。该法存在的主要问题有以下几点。1能量利用低。尿素合成系统总的反应是放热的，但因加入大量过剩氨以调节反应温度，反应热没有利用。2一段甲铵泵腐蚀严重。高浓度甲铵液在9095度时循环入合成塔，加剧了对甲铵泵的腐蚀，因此一段甲铵泵维修频繁，是水溶液全循环法的突出弱点。3流程过于复杂6。（二）氨气提法 氨气提法20世纪70年代初实现了工业化，虽然不如二氧化碳气提法应用广泛，但现在有后来居上的趋势。含氨量高，回收反应热多，设备腐蚀低，机械设备投资少，操作稳定8。（三）二氧化碳气提法二氧化碳气提法是20世纪60年代后期开发出的生产工艺，现在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。1采用与合成等压的原料二氧化碳气提以分解未转化的大部分甲铵和游离氨，残余部分只需再经过一次低压加热闪蒸分解即可。从而免去了操作条件苛刻、腐蚀严重的一段甲铵泵。缩减了流程和设备，并使操作控制简化1。 2高压冷凝器与合成等压下冷凝气提气，冷凝温度较高，返回合成塔的水量较少，有利于转化率的提高。同时有可能利用冷凝过程生成甲铵时放出的大量生成热和冷凝热来副产低压蒸汽，除气提塔需不加蒸汽外，低压分解、蒸发及解吸等工序都可以利用副产蒸汽，从总体上看可以降低蒸汽的消耗及冷却水用量2。 3二氧化碳气提法中的高压部分，如高压冷凝器的甲铵液及来自高压洗涤器的甲铵液，均采用液位差使液气物料自流返回合成系统，不需用甲铵泵输送，不仅可以节省设备和动力，且操作稳定。但为了造成一定的位差就不得使设备之间保持一定的位差。因此，需要巨大的高层结构来支撑设备7。4由于采用二氧化碳气提，所选用的合成塔操作压力较低（14-15MPa），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4。5在整个流程中循环的物料量较少，动力消耗较低。但是较低的氨碳比又使得在高压部分物料对设备的腐蚀严重。另外，因氨碳比低，氨量少，故缩二脲生成量高3。通过以上综述及比较，本设计我选用了二氧化碳气提法生产尿素。三、毕业设计研究方案及工作计划3.1 研究方案1查阅相关资料，并写出开题报告一篇，翻译外文文献一篇。并写出简要的设计方案。拟定基本设计方案。2根据方案第一步设计尿素生产流程以及过程中液氨升压，合成和气提，蒸发、解析和水解以及造粒等工序进行理论分析，并且进行尿素的工艺计算、还有降温设备的设计。3物料衡算和热量衡算。4计算依据，绘制出工艺流程图。5 主要设备设计及设备参数确定。3.2 工作计划 根据毕业设计任务书及拟订的工作计划，按时完成各个时期的工作任务。（1）通过查阅各种参考文献，首先确定一套可行的年产5万吨的尿素工艺方法。（2）根据所学知识，且通过对所查资料的学习统筹掌握要做的设计的具体内容。（3在上面基础上写好完整的工艺流程，接着进行物料和热量衡算，并对主要设备进行选型和计算，最后用AUTO-CAD画出工艺流程图、车间设备布置图、主体设备图。 详细工作计划安排如下：4.14.5：翻译一篇与论文题目相关的英文文献。4.64.20：准备设计材料，完成工艺流程的设计。4.215.18：根据所选方案对设计进行物料衡算和热量衡算，和塔设备的计算。5.196.1：撰写设计说明书，作好工艺流程、设备设计的CAD图形。6.26.8：在指导老师的指点下优化设计，完善设计过程。6.96.18：提交毕业论文，准备论文答辩。 四 、参考文献1高涛，次会玲，CO2汽提法尿素生产工艺研究J，2012.06.18（3）：45-512应贤强，尿素生产工艺物料中二氧化碳测定方法的改进J，2014.5.01. 16（3）：20-253宣凤琴，CO2气提法和NH3气提法尿素生产技术的比较J，安徽化工，2001.11 (4)：31-384吴丹，尿素流程工艺二氧化碳汽提塔的模拟D，大连理工大学； 20025王云霞，赵合庄，改进型CO2气提法尿素工艺技术的应用J，化肥工业；2002.10.28(4)：11-186周庆伟，尿素生产工艺计算与优化软件的研究J，浙江工业大学；1998，15（1）：197刘金银， 氮肥生产工M ，化学工业出版社, 2005 8刘振河， 化工生产技术M ， 高等教育出版社, 20079M.J.Stovrop.HJ.HK.Modjsen.Department of Energy Enjineering.Ashrae Transaction. 1980, 19(3): 39640310S.M.Lemkowitz.Journal of applied Chemistry and Bioteechnology.Journal , 1990, 19(3): 320350