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毕业设计
年产
6 万吨尿素合成工艺设计
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目
录
摘 要 ............................................................................................... 1 ABSTRACT ........................................................................................... 1 第一章 总论 ............................................................................ 2 1.1 概述 ..................................................................................... 2 1.1.1 尿素的性质及用途 ......................................................... 2 1.1.2 市场需求 ......................................................................... 4 1.2 文献综述 ............................................................................. 5 1.3 设计任务来源 ..................................................................... 6 第二章 尿素生产工艺流程 .................................................... 6 2.1 生产方法的确定 ................................................................. 6 2.2 工艺流程叙述 ..................................................................... 7 2.3 工艺流程简图 ..................................................................... 8 第三章 工艺计算 .................................................................... 9 3.1 物料衡算 .............................................................................. 9 3.1.1 产量及产品质量与消耗定额 .......................................... 9 3.1.2 计算条件的确定 ........................................................... 9 3.1.3 CO 2 压缩系统 ................................................................ 11
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3.1.4 尿素合成塔 ................................................................................. 12 3.1.5 预分离器 ..................................................................................... 13 3.1.6 一段分解系统 ............................................................................. 14 3.1.7 二段分解系统 ............................................................................. 15 3.1.8 闪蒸槽 ....................................................................................... 16 3.1.9 一段蒸发器 ............................................................................... 17 3.1.10 二段蒸发器 ............................................................................. 18 3.2 热量平衡计算 ............................................................................... 19 3.2.1 尿素合成塔 ................................................................................. 19 3.2.2 一段分解系统 ............................................................................. 24 3.2.3 二段分解系统 ........................................................................... 27 3.2.4 闪蒸槽 ....................................................................................... 30 3.2.5 一段蒸发器 ............................................................................... 32 3.2.6 二段蒸发器 ............................................................................... 36 第四章 主要设备的工艺计算 .............................................. 38 4.1 尿素合成塔 ..................................................................................... 38 4.2 一段分解加热器 ........................................................................... 38 4.2.1 计算依据 ..................................................................................... 38 4.2.2 传热温差 ..................................................................................... 39 4.2.3 传热面积 ..................................................................................... 39 4.3 一段分解塔分离器 ......................................................................... 41 4.3.1 计算依据 ................................................................................... 41
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4.4 二段蒸发加热器 ........................................................................... 42 4.4.1 计算依据 ..................................................................................... 42 4.4.2 传热温差 ..................................................................................... 42 第五章 车间的布置设计 ...................................................... 44 第六章 成本估算 .................................................................. 45 6.1 尿素生产成本费用 .......................................................................... 45 6.2 全体工人工资及附加费用 .............................................................. 45 6.3 车间经费 .......................................................................................... 45 6.4 企业管理费 ...................................................................................... 46 6.5 销售费用 .......................................................................................... 46 6.6 工厂成本 .......................................................................................... 46 第七章 环境保护及安全生产 .............................................. 46 参考文献 ......................................................................................... 48 致 谢 ............................................................................................. 49
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摘
要
尿素是一种高浓度氮肥，是各种农作物的重要营养来源，在国民经济中有重要的作用。目前尿素的生产方法主要有二氧化碳气提法，水溶液全循环法。本设计采用的是水溶液全循环法。本设计进行了物料衡算和能量衡算，同时也进行了一些主要设备的工艺计算，车间平面立面布置设计，成本估算，提出了安全环保措施，并绘制了带控制点的工艺流程图、厂区布置图、车间平面立面布置图及主要设备图。
关键词：尿素
水溶液全循环法
物料衡算
热量衡算
设备的工艺计算
车间的布置设计
ABSTRACT
Urea is a high concentration of nitrogen fertilizer ,and urea is the major source of nutrition of crops, in the national economy have an important role. Urea production is currently the main method gas formulation of the reference gas, full-cycle method in aqueous solution. This design is used in full-cycle method in aqueous solution. Design tasks in accordance with the requirements for the material balance and energy balance, as well as a number of major process equipment, the layout design workshop
elevation plane, cost estimates and to take security environmental protection measures, and draw a flow chart of control point band, factory layout, plant layout flat facade and main equipment plan.
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Key words: Urea;
full-circulation
with water
solution; material balance; heat balance ; calculation of the process equipment; equipment layout design
第一章
总论
1.1 概述
1.1.1 尿素的性质及用途
尿素别名碳酰二胺、碳酰胺、脲 。是由碳、氮、氧和氢组成的有机化合物， 又称脲（与尿同音）。分子式为 CO(NH2)2 ， 无色或白色针状或棒状结晶体， 工业或农业品为白色略带微红色固体颗机无臭无味。密度 1．335g/cm3 。熔点 132 ．7℃。溶于水、醇，不溶于乙醚、氯仿。呈微碱性。可与酸作用生 成盐。有水解作用。在高温下可进行缩合反应，生成缩二脲、缩三脲和三 聚氰酸。加热至 160 ℃分解，产生氨气同时变为氰酸。因为在人尿中含有这 种物质，所以取名尿素。尿素含氮 (N)46 ％，是固体氮肥中含氮量最高的。尿素在酸、碱、酶作用下（酸、碱需加热）能水解生成氨和二氧化碳。
尿素对热不稳定，加热至 150~160 ℃将脱氨成缩二脲。若迅速加热将脱氨而三聚成六元环化合物三聚氰酸。（机理：先脱氨生成异氰酸（ HN=C=O ）， 再三聚。）与乙酰氯或乙酸酐作用可生成乙酰脲与二乙酰脲。在乙醇钠作 用下与丙二酸二乙酯反应生成丙二酰脲 （又称巴比妥酸， 因其有一定酸性）
。在氨水等碱性催化剂作用下能与甲醛反应，缩聚成脲醛树脂。与水合肼作 用生成氨基脲。
2NH +CO 3 →NH 2 COONH 2 →CO(NH 4 ) +H 2 2 O 尿素易溶于水，在 20℃ 2 时 100 毫升水中可溶解 105 克，水溶液呈中性反应。尿素产品有两种。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 1～2 毫米的半透明粒子，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
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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。
尿素是一种高浓度氮肥，属中性速效肥料，也可用了生产多种复合肥料。在土壤中不残留任何有害物质，长期施用没有不良影响。畜牧业可用 作反刍动物的饲料。
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期前 4～8 天施用。
它可以大量作为三聚氰胺、脲醛树酯、水合阱、四环素、苯巴比妥、咖啡因、还原棕 BR、酞青蓝 B、酞青蓝 Bx、味精等多种产品的生产原料。尿素还有以下很多用途：
一、调节花量 为了克服苹果地大小年，遇小年时，于花后 5-6 周(苹果花芽分化的临界期，新梢生长缓慢或停止，叶片含氮量呈下降趋势)叶面喷施 0.5％尿素水溶液，连喷2 次，可以提高叶片含氮量，加快新梢生长抑制花芽分化，使大年的花量适宜。
二、疏花疏果 桃树的花器对尿素较为敏感但嘎面反应较迟钝，因此，国外用尿素对桃和油桃进行了疏花疏果试验，结果表明，桃和油桃的疏花疏果，需要较大浓度(7.4％)才能显示出良好效果，最适合浓度为 8％-12％，喷后 1—2 周内， 即能达到疏花疏果的目的。但是，在不同的土地条件下，不同时期及不同品种的反应尚需进一步试验。
三、水稻制种 在杂交稻制种技术中，为了提高父母本的异交率，以增加杂交稻制种量或不育系繁种量，一般都采用赤毒素喷施母本以减轻母本包颈程度或使之完全抽出；或喷施父母本，调节二者的生长，使其花期同步。由于赤霉素价格较贵，用其制种成本高。人们用尿素代替赤霉素进行实验，在孕穗盛期、始穗期(20％抽穗)使用 1.5％-2％尿素，其繁种效果与赤霉素类似，且不会增加株高。
四、防治虫害 用尿素、洗衣粉、清水4:1:400 份，搅拌混匀后，可防止果树、蔬菜、棉花上的蚜虫、红蜘蛛、菜青虫等害虫，杀虫效果达 90％以上。
五、尿素铁肥 尿素以络合物的形式，与Fe2+形成螯合铁。这种有机铁肥造价低，防治缺铁失绿效果很好。此外叶面喷 0.3％硫酸亚铁时加入 0.3％尿素，防治失绿效果比单喷 0.3％硫酸亚铁好。
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1.1.2 市场需求
国内部分地区尿素价格稳中略升。东北地区淡储市场及出口订单的成交对ft 东、ft西、河北 、河南等地区尿素价格带来的支撑逐渐显现出来 ，目前ft西及ft东地区个别大厂 10 月份的订单已经基本排满 ，所以出厂报价缓慢上调 ,高端已经重回 1500 元／吨略高的水平。不过上调以后的价格成交量不多 ，近期厂家所执行的主要都是前期 1470～1480 元／吨 上下接的订单。西北地区暂时没有用肥需求 ，各大厂家都还在忙着联储，实际出厂成交价格不太明朗。不过从目前新疆地区代理 商批发报价一般在 1570～1620 元／,甘肃地区代理商批发 1640 元／吨左右，以陕西地区代理商批发 l570～l580 元／吨的价格推算，实际出厂价格约在 l500～l550 元／吨的水平。现在中下游市场采购的积极性非常低，尿素产品基本都以联储的形式积压在了上游代理商的仓库里。
综合来看 ，近段时间一直表现平淡的市场较开始有所好转，虽然在供大于求的现状下整体行情仍...