年產30萬噸尿素生產工藝計算及流程設計摘要本次設計內容是年產三十萬噸的尿素設計工藝，論文內容是先簡單介紹尿素的物化性質，以及合成尿素的基本原理和方法。然后在設計之前有了解尿素的市場狀況，對尿素發展前景的一個簡單分析。通過比較工業生產尿素最常見的幾種方法，最后確定本次設計方法是水溶液全循環法，采用的是不間斷生產方式，包括合成，分離，結晶等最基本的工序。并對其進行了物料衡算和熱量衡算。關鍵詞：水溶液循環法；物料衡算；熱量衡算目錄TOC\o"1-3"\h\u26549第一章緒論 7232931.1尿素的物理性質和化學性質 795921.1.1尿素的物理性質 731341.1.2尿素的化學性質 7111921.1.3尿素的用途 778321.2尿素的市場狀況分析 711264第二章簡述尿素生產方法 99942.1常用尿素生產方法 995632.1.1水溶液全循環尿素工藝 923762.1.2CO2汽提尿素工藝 9310782.1.3設計工藝的確定 9139632.2生產流程敘述 10294622.2.1工藝流程簡圖 10195062.2.2水溶液全循環法流程介紹 105265第三章物料衡算 101423.1計算的原則 10278373.2原料氣的組成 11228973.2.1組成成分 11313573.3.2物質的計算 11125563.3合成系統 1247943.3.1進料的摩爾比 1298093.3.2各組分的物料計算 13101373.4初段分解系統 14321993.4.1條件 146653.4.2計算 15239983.5二段分解系統 17205903.5.1條件 17269333.5.2計算 1853233.6一段蒸發系統 1958843.6.1條件 1934583.6.2計算 2020179第四章熱量衡算 2319554.1合成塔 23257524.1.1計算依據（計算以25℃為基準） 23323804.1.2計算 2324924.2預分離器 25234614.2.1計算依據（計算以25℃為基準） 25203824.2.2計算 26103764.3一段分解系統 29270024.3.1計算依據 29176644.3.2計算 3048764.4二段分解系統 3351174.4.1計算依據（計算以25℃為基準） 33269084.4.2計算 3422105第五章尿素生產中的安全技術與三廢處理 37111435.1生產物料的安全特性 37279665.1.1氨 37236885.1.2二氧化碳 37186345.1.3氨基甲酸銨溶液和尿素溶液 37114865.2三廢的處理 372067第六章結論 381323參考文獻 39

第一章緒論1.1尿素的物理性質和化學性質1.1.1尿素的物理性質尿素的分子量為60.06，化學式是CO(NH2)2。因其在人的尿液中被發現，所以才稱為尿素，外觀是無色或白色的針狀或棒狀固體，含氮量約46.67％。密度為1.335g/cm3，熔點為132.7℃。因為尿素容易吸收空氣中的水分且易溶于水所以在存放的時候因應保持場地的干燥。1.1.2尿素的化學性質1.尿素的酸堿性：和酸反應會生成鹽，在持續加熱的情況下會發生縮合反應，生成縮二脲(C2H5N302)，縮三脲(C3H6N4O3)和氰尿酸(C3H3N3O3)2.尿素的水解反應：尿素與酸，堿和酶的作用下可發生反應可以得到氨和二氧化碳。3.尿素的縮合反應：尿素加熱到150至160度會脫氨成縮二脲，硫酸銅和縮二脲，反應是紫色的，如果快速加熱，它將脫氨并三聚為六元環化合物氰尿酸。1.1.3尿素的用途1.當作肥料，尿素是一種濃度較高的化肥，可以給植物施肥，提高產量。而且長期使用不會產生不良影響2.當作飼料，飼料中適量添加尿素有利于對牛羊等動物的消化，提高營養成分和飼料利用率。3.汽車尾氣吸收，因為尿素和水反應是吸熱反應，利用這個性質來處理發動機排放的廢氣,可降低酸雨的形成。1.2尿素的市場狀況分析查閱文獻可得，在2018年，我國尿素的生產量約為2343.2萬噸，比同期下降百分之十左右。在2021年1-5月份尿素生產量大約為2503萬噸。按照發展趨勢預測2019年上半年尿素產量大約在2590萬噸，通過這些年對市場的預測，目前尿素在工業方面的需求量逐年增長，而且這種漲勢并沒有下跌，所以相關專家預測估計到2025年尿素的年生產量可以達到3000萬噸左右。第二章簡述尿素生產方法2.1常用尿素生產方法首先我們要知道的是目前國內外尿素的生產方法種類繁多。但是在工業中獲得人們普遍認同的方法是水溶液全循環法和CO2氣提法。這兩種方法是工業中最常使用的方法。其中水溶液全循環法自從在20世紀60年代被發現之后，人們就開始不斷改進和研究，目前就人們使用此方法生產尿素技術已經接近成熟。而除了這兩種方法以外，工業生產尿素還經常用到氨氣提法，此方法使用起來限制較多，因此工業用途較窄。2.1.1水溶液全循環尿素工藝水溶液全循環尿素誕生于20世紀90年代，是那個年代最為經典的設計工藝。從80年代發展到現在，為我國農業的發展做出了杰出的貢獻。在我國糧食增長的增長方面表現出了不可磨滅的作用。因為水溶液全循環尿素裝置的腐蝕性較小，且尿素成品當中的雜質含量較低，從而大大增加了生產尿素的能力，并且此方法可以提高二氧化碳和氨的一個轉換。減低副反應的發生，所以水溶液全循環法一度被廣泛的使用。2.1.2CO2汽提尿素工藝CO2汽提法誕生于20世紀60年代后期，雖然它的發現晚于水溶液全循環法，但是此方法自從發現到現在已經有了后來者居上的趨勢，目前此方法已經成為世界上建廠最多，生產能力最大的方法。但其操作性比不上水溶液全循環生產尿素裝置，其高壓設備多，改造比較困難，裝置的增產、改造潛力較小，而且此方法依賴于巨大的高層結構支撐設備。2.1.3設計工藝的確定通過對水溶液全循環法和CO2汽提法的比較，不難看出：水溶液全循環法與CO2汽提法與水溶液全循環法之間沒有什么太大的優缺點。雖然CO2氣提法目前在市場上有更大的優勢，但是，采用CO2汽提法尿素會消耗蒸汽。另外，CO2汽提尿素的降低了CO2汽提的實際競爭力。相反，通過十多年的轉換經驗，水溶液全循環工藝法顯示出更多的優越性。所以本設計保守采用水溶液全循環法。，2.2生產流程敘述2.2.1工藝流程簡圖2.2.2水溶液全循環法流程介紹從20世紀60年代以來，水溶液全循環法就得到了工業上普遍的應用。以上是水溶液全循環法的流程簡圖，本節將基于流程簡圖簡單概括本次設計中水溶液全循環法的基本步驟。首先，水溶液全循環法的原理是將為轉變成尿素的二氧化碳和氨再次減壓分離，讓其全部再次返回合成系統循環利用。是原料的利用率達到百分之九十以上。水溶液全循環法生產步驟主要分為以下四步，第一步凈化原料，第二步，兩種物質一起反應合成尿素，第三步，對未反應的物質進行分離和回收，最后進行尿素溶液的加工，包括結晶造粒等，最終得到尿素成品。第三章物料衡算3.1計算的原則1.標準：以生產的每噸尿素為標準2.終品的標準：含有N元素46.18%(以尿素為基準為98。3%左右），C2H5N3021.0%，H2O0.5%（含量）3.原材料的消耗標準：氨氣：600千克，二氧化碳：767千克4.生產一噸尿素消耗NH3的量：600?（生產一噸尿素消耗CO2的質量：767?6.其他消耗的量（約數）：造粒蒸發損失：10千克一段操作泵泄露：6千克成品包裝儲運損失:16千克解析廢液損失：22千克3.2原料氣的組成3.2.1組成成分（1）二氧化碳氣的組成二氧化碳含量98%惰性氣體2%（2）CO2進入壓縮工段壓縮機的壓力：P=0.108MPa溫度：T=275.1K（3）O2氣的組成成分O2：95%其余氣體占5%3.3.2物質的計算（1）參與到反應系統的二氧化碳氣體總量CO2量為767千克(18.02Kmol)（2）二氧化碳氣體的水蒸汽的含量二氧化碳氣的總壓：0.108MPa在323.1K的飽和水蒸氣壓：0.0077MPa故CO2氣體中水的物質的量為：18.02(3)進入參與反應工段的氧氣的量純氧在二氧化碳中占約為百分之零點五左右即：18.02(4）壓縮后的氣體成分計算：CO2在壓縮機中的損失量：1.17kmol壓縮后的CO2量：767?49.94=717.06(3)壓縮系統物料平衡表收入項目質量（kg）N（kmol）支出項目質量（kg）N（kmol）CO2氣二氧化碳惰性氣體水蒸氣O2氣其中：氧氣氮氣結果815.25785.005.0125.253.022.890.13818.2519.4617.870.131.400.09440.070.004719.57CO2氣二氧化碳氧氣氮氣水蒸氣壓縮機排出其二氧化碳水蒸氣結果743.37735.042.835.160.2474.8549.9724.93818.2917.0416.750.100.1850.0162.541.171.3819.513.3合成系統3.3.1進料的摩爾比進料的摩爾比：氨氣/二氧化碳=4.2進料的摩爾比：水蒸氣/二氧化碳=0.64合成塔操作的必要條件：壓力P=22.12MPa尿素的生成率：65%初次吸收到達尿素合成塔的NH2COONH4溶液中：氨氣/二氧化碳=3.13.3.2各組分的物料計算（1）合成塔各組分物料量的計算二氧化碳：721.06kg或15.71kmol氧氣：2.62kg或0.07kmol氮氣：5.18kg或0.1837kmol二氧化碳：0.265kg或0.0145kmol溶液中二氧化碳的量：已知需由合成塔生成的尿素量為1007.59千克或16.79kmol。故轉化為尿素的CO2即為16.59kmol或738.76。未轉化為尿素的CO2量為：16.79×37因此，需進合成塔二氧化碳為：16.79溶液中氨氣的量：3.1溶液中水蒸氣的量：0.65溶液中的尿素：由計算條件知為2.5kg或0.042kmol（2）原來料液中氨氣的量：580?11.69（3）循環液氨氣量合成塔入口的摩爾比氨氣/二氧化碳=4.1進入的氨氣總量為：4.1循還往復的氨氣是：109.27?33.43?30.81（4）出合成塔各組分物料衡算尿素的量：1007.54其中二氧化碳的量為：9.86kmol或433.84kg氨氣的量為：2水蒸氣的量為：0.0155（5）反應過程的物料平衡表收入組分質量（kg）N（kmol）支出項目質量（kg）N（kmol）原料氣二氧化碳氧氣氮氣水蒸氣NH3(l)循環NH3(l)CH3NH2(l)其中:氨氣二氧化碳水蒸氣尿素結果743.37735.062.895.140.28568.32765.431277.56523.83437.63411.512.563252.6817.0316.730.090.180.01633.4345.0358.1030.859.9517.320.04153.57反應后混合物其中：尿素NH2COONH4(l)二氧化碳氨氣氨氣水蒸氣氧氣氮氣合計3352.641010.05769.09433.84335.23951.50613.972.845.193352.65136.7616.819.869.8719.7355.9234.160.090.19136.793.4初段分解系統3.4.1條件初段分解系統全部的NH2COONH4分解率：89%初段分解系統全部的過量NH3蒸出率：92%初段分解系統預分離器的NH2COONH4分解率：16%初段分解系統預分離器的過量NH3蒸出率：65%預分離器出口氣相中H2O蒸汽的含量：4.75%一段分解分離器出口氣相中H2O蒸汽含量：15%一段分解加熱器操作條件：壓力P=1.784MPa溫度為T=433.1K3.4.2計算（1）預分離器的物料衡算出口的氣體組成：其中的二氧化碳為：9.87其中的的氨氣由過量氨蒸出：54.95由氨基甲酸銨分解得：共計：36.90氣體中的水蒸氣為：除水以外氣相中其他組分:1.45故水量為：41.62(2)預分離器出口溶液組成溶液中的二氧化碳：9.86?1.48溶液中的氨氣:55.97+19.72?39.79=35.79kmol溶液中的水蒸氣：34.11?2.04溶液中的尿素：16.88kmol或1020.04kg（3）預分離器物料平衡表收入組分質量（kg）N（kmol）支出組分質量（kg）N（kmol）反應后混合物其中：尿素NH2COONH4二氧化碳氨氣氨氣水蒸氣氧氣氮氣總計3352.621010.04769.08433.84335.24951.49613.982.895.143352.62136.7616.839.869.8619.7255.9734.110.090.18136.76預分離器出口氣體其中：二氧化碳氨氣水蒸氣氧氣氮氣預分離器出口溶液其中：二氧化碳氨氣水蒸氣尿素總計788.1365.08678.3036.722.895.142564.49368.76608.43577.261010.043352.6243.691.4839.902.040.090.1893.078.3835.7932.0716.83136.76（1）初段分解塔出口的氣體組成氣體中的二氧化碳：9.87氣體中的氨氣：由過量氨蒸出：55.97由氨基甲酸銨分解（一段分解系統）而得：9.86由一段分解塔分解出：17.36?2.96故氣體中總氨量為：13.43氣體中的水蒸氣為：（7.20+27.83）×=7.17kg或129.06kg（2）初段分解塔出口溶液組成溶液中的CO2：8.38?7.2溶液中的NH3：35.79?27.83溶液中的水：32.07?7.17溶液中的尿素：16.83kmol或1010.04kg（3）初段分解塔物料平衡表收入組分質量（kg）N（kmol）支出組分g質量（kg）N（kmol）預分離器出口溶液其中：二氧化碳氨氣水蒸氣尿素總計2564.49368.76608.43577.261010.042564.4993.078.3835.7932.0716.8393.07一段分解塔出口氣體其中：二氧化碳氨氣水蒸氣初段分解塔出口溶液其中：二氧化碳氨氣水蒸氣尿素總計918.92316.70473.16129.061645.5752.06135.27448.201010.042564.4942.207.2027.837.1750.871.187.9624.9016.8393.073.5二段分解系統3.5.1條件一段及二段分解系統總的氨基甲酸銨分解率：98.2%一段及二段分解系統總的過量氨蒸出率：99.4%二段分解塔出口氣體內含水：25%(摩爾%)二段分解系統的操作壓力：P=0.392MPa二段分解加熱器的操作溫度：150℃二段分解塔操作溫度：130-165℃3.5.2計算（1）縮二脲生成反應：2(NH2)2CO→NH2CONHCONH2+NH3↑反應消耗尿素量:6×放出NH3量:6×17（2）二段分解塔出口氣組成氣體中的CO2：9.86氣體中的NH3：由二段分解塔蒸出的過量氨：55.97由氨基甲酸銨分解得氨：2加入縮合反應放出氨，共計：5.26氣體中的H2O：(1.0+7.318)(3)二段分解塔出口溶液組成溶液中的CO2：1.18?1.0=0.18kmol溶液中的NH3：7.96溶液中的水分：24.90溶液中的尿素：1010溶液中的縮二脲：6.0(4)二段分解系統物料平衡表收入項目質量(kg)物質的量(kmol)支出項目質量(kg)物質的量(kmol)一段分解塔出口溶液其中：CO2NH3H2O尿素總計1645.5752.06135.27448.201010.041645.5750.871.187.9624.9016.8350.87二段分解塔出口氣體其中：CO2NH3H2O二段分解塔出口溶液其中：CO2NH3H2O尿素縮二脲總計218.5444.25124.4349.861427.037.8111.83398.341003.056.01645.5711.0881.0057.3182.7739.7820.180.7022.1316.7140.05850.873.6一段蒸發系統3.6.1條件操作壓力0.0445MPa在一段、二段分解及閃蒸槽中總的氨基甲酸銨分解率：99.1%在一段、二段分解及閃蒸槽中總的過量氨蒸出率：99.85%出閃蒸槽尿液濃度：76%（質量）按尿素/(尿素+水)計，其余組分不計出一段蒸發器尿液濃度：96%（質量）（同上）3.6.2計算(1)閃蒸槽的物料衡算 閃蒸槽出口氣體中的NH3和CO2氣體中的CO2：9.86氣體中的NH3：由氨基甲酸銨分解得：0由過量氨蒸出得：55.97共計：0.178+0.252=0.43kmol(2)閃蒸槽出口溶液組成：溶液中的CO2：0溶液中的NH3：0溶液中的尿素：16.714kmol或1003.05溶液中的縮二脲：0.058kmol溶液中的水：1003閃蒸槽出口氣體中的H2O：398.34(3)閃蒸槽物料平衡表收入項目質量(kg)物質的量(kmol)支出項目質量(kg)物質的量(kmol)二段分解塔來溶液其中：二氧化碳氨氣水蒸氣尿素C2H5N302總計1427.047.8211.83398.311003.026.01427.0239.7840.190.7122.1416.7130.05439.785閃蒸槽出口氣體其中：二氧化碳氨氣水蒸氣閃蒸槽出口溶液其中：二氧化碳氨氣水蒸氣尿素C2H5N302總計92.843.957.3381.561334.233.864.56316.726.01003.061427.215.0420.0830.454.5234.740.0970.2717.680.05216.71539.756(4)一段蒸發器物料衡算一段蒸發器內生成縮二脲反應的計算一段蒸發器內生成縮二脲量由物料平衡計算條件知為1.0㎏或0.01kmol其反應方程式為：2(NH2)2CO→NH2CONHCONH2+NH3↑使用尿素的量：1×=1.16㎏或0.019kmol得到氨氣的量：1×=0.17㎏或0.01kmol一段蒸發器內尿素水解反應的計算一段蒸發器內尿素水解量由物料衡算條件知為4.5㎏或0.075kmol(NH2)2CO+H2O→CO2+2NH36018442×174.5xyz水解消耗H2O：x=18×=1.35㎏或0.075kmol水解生成CO2：y=44×=3.3㎏或0.075kmol水解生成NH3：z=17×2×=2.55㎏或0.15kmol蒸發汽組成（5）蒸發汽中夾帶的尿素在冷凝后進入尾氣吸收塔并在解析塔底廢液中排出，根據物料平衡計算條件知該部分尿素量為：0.36㎏或0.006kmol蒸發汽中的CO2：0.091+0.075=0.166kmol或7.19㎏蒸發汽中的NH3：0.27+0.01+0.15=0.43kmol或7.24㎏（6）一段蒸發后尿液組成尿液中的尿素：1003.05-(1.16+4.5+0.36)=997.03㎏或16.614kmol尿液中的縮二脲：0.058+0.01=0.068kmol或7.0㎏尿液中的H2O：997．03×=41.54㎏或2.31kmol蒸發汽中H2O：316.75-1.35-41.54=273.86㎏或15.215kmol（7）一段蒸發器物料平衡表收入項目質量(㎏)N(kmol)支出項目質量(㎏)N(kmol)閃蒸槽出口尿液其中：二氧化碳氨氣水蒸氣尿素C2H5N302總計1334.313.874.53316.761003.066.11334.3434.7330.090.2717.616.7140.05834.733一段蒸發汽其中：二氧化碳氨氣水蒸氣尿素一段蒸發后尿液其中：尿素C2H5N302水蒸氣總計288.667.187.23273.860.371045.51997.047.541.561334.2715.8140.1630.4515.220.00718.9716.650.072.3234.39

第四章熱量衡算4.1合成塔4.1.1計算依據（計算以25℃為基準）CO2(包括惰性氣)進口的壓力大小為21.7MPa(絕壓)，溫度125℃甲銨溶液進口壓力大小為21.7MPa(絕壓)，溫度100℃尿素反應物出口壓力大小為21.78MPa(絕壓)，溫度190℃按物料平衡各進出口物料組分列表如下：收入項目質量（kg）物質的量（kmol）支出項目質量（kg）物質的量（kmol）原料CO2氣其中：CO2O2N2H2O原料液態氨循環液態氨甲銨溶液其中:NH3CO2H2O尿素總計744.4735.072.95.230.234567.31766.441285.50524.84435.63321.532.553431.621716.20.10.20.0233.445.0358.130.91017.310.06153.56反應后混合物其中：尿素氨基甲酸銨CO2NH3NH3H2OO2N2總計3351.61010.1769.08433.87335.3954.5613.03.95.23353.6136.816.79.99.920.01343.120.0910.19137.824.1.2計算ΔH1—CO2氣體降溫降壓吸熱22.58MPa（絕壓）125℃時，i=166kcal/kg0.1MPa（絕壓）25℃時，i=174kcal/kgΔH1=735.1×（166-174）=-735.1×8=-5880kcalΔH2—當量NH3降溫降壓及氣化吸熱由NH3I-logP圖查：0.1MPa（絕壓）25℃時，i=423kcal/kg21.7MPa（絕壓）t℃時，i=Ikcal/kgΔH2=567.3（I-423）=567.3-240455kcal尿素合成反應熱平衡在一個標準大氣壓下，25℃固體甲銨生成熱為：ΔH=38061kcal/kmolΔH3=16.2×39060=636083kcalΔH4—固體甲銨升溫吸熱升溫時熱焓增值為5261.23kcal/kmolΔH4=-16.72×5360=-88000kcalΔH5—固體甲銨融熔熱量甲銨在150℃時融熔熱量為：ΔH=4849.53kcal/kmolΔH5=-16.2×4849.53=-81144kcalΔH6—循環甲銨液升溫吸熱物料衡算中甲銨液的組成為：NH3523.77kgCO(NH2)2779kg61.2%CO2437.6kg氨水497.54kg48.40%H2O312.6kg其中NH3185.89kg含氨38.4%CO(NH2)22.53kgH2O310.789kg總計1277.6kg總計1277.6kg100%取固體甲銨比熱Cp=37.3kcal/(kmol·℃)取38.4%氨水比熱1.26kcal/(kg·℃)=0.7×+0.4×1.2=0.8kcal/(kg·℃)ΔH6=-1276.5×0.76×(150-100)=-47905kcal尿素在150℃時的生成熱為5230.11kcal/kmolΔH7=-(16.9-0.04)×5220=-16.8×5230.11=-87744kcal4.2預分離器預分離器物料平衡表序號收入項目kcal%序號支出項目kcal%12甲銨生成熱過量氨混合熱6351836224991.309.71234567891011CO2氣降溫降壓當量氨降溫降壓固體甲銨升溫固體甲銨融熔吸熱循環甲銨液升溫甲銨轉化尿素吸熱反應融熔物升溫循環氨升溫（ΔH11+ΔH13）循環氨氣化惰性氣升溫熱損失5890153743879958114447795877441089501113910130.45130610.832111.611.606.8512.5615.541600.012.01總計697832100總計6974221004.2.1計算依據（計算以25℃為基準）出口物料液相：1.8MPa（絕壓），t℃CO(NH2)21010.1kgCO(NH2)21010.01kg40%CO2368.86kg或CO2(NH3)2653.7kg25%NH3608.4kg氨水900.8kg36%H2O576.36kg其中NH3323.5kg含氨36.6%H2O576.8kg總計2565.6kg總計2565.6kg100%氣相：1.764MPa（絕壓），115℃CO265.1kg1.43kmol3.4%（氣）0.1MPaNH3678.4kg40kmol91.3%（氣）1.41MPaH2O37.72kg2.5kmol4.7%（氣）0.09MPa惰性氣8.1kg0.3kmol0.5%（氣）0.01MPa_____________________________________________________________總計789kg43.7kmol100%1.8MPa4.2.2計算進口的液相帶入熱量Cp=0.9kcal/(kg·℃)Q1=3345×0.9×(190-25)=448760kcal進口氣相帶入熱量據空氣T-S圖查得：空氣在21.7MPa，190℃i=85kcal/kg0.1MPa，25℃i=45.12kcal/kgQ2=8.1×(85-45.12)=317.34kcal出口液相帶出熱量已知：甲銨比熱37.3kcal/(kmol·℃)尿素比熱0.486kcal/(kg·℃)36.9%氨水比熱1.1kcal/(kg·℃)=×0.26＋0.48×0.4＋1.1×0.34=0.7kcal/(kg·℃)Q3=2565×0.7×(t-25)=1777t-44525排出氣相帶出熱設出口氣相溫度為118℃，CO2帶出顯熱查CO2T-S圖得：0.06MPa，118℃i=194kcal/kg0.1MPa,25℃i=174kcal/kgQCO2=65.1×(195-175)=1302kcalNH3帶出顯熱查NH3I-logP圖得：1.6MPa119℃i=462kcal/kg0.1MPa25℃i=422kcal/kgQNH3=679.3×(463-423)=27142kcal據H2OI-S圖查得：0.84MPa，118℃i=649kcal/kg0.1MPa,25℃i=25kcal/kgQH2O=36.8×(649-25)=23013kcal據空氣T-S圖查得：0.01MPa，118℃i=68.5kcal/kg0.1MPa,25℃i=46.5kcal/kgQ空氣=8.02×(67.5-45.5)=176kcalQ4=QCO2＋QNH3＋QH2O＋Q空氣=1301＋27133＋22945＋178=51525kcal甲銨分解量在0.1MPa（絕壓），25℃時甲銨生成熱=38070kcal/kmol甲銨融熔熱=4849kcal/kmol先求取1.8MPa（絕壓），120℃時甲銨分解熱NH4OH由118℃降溫到42℃的放出的熱量：取61.7%氨水比熱為1.23kcal/(kg·℃)QA=1564.48×1.2×(118-41)=144659kcalNH4OH在41℃時分解吸收熱量最后的狀態：60.7%氨水混合熱量為98kcal/kgNH3最后的狀態：35.9%氨水混合熱量為160kcal/kgNH3QB=953.5×95-324.6×160=-38955kcalNH3汽化熱NH3在1.7MPa時汽化時的熱量為263kcal/kg分解NH3量為951.50-323.6=629kgQC=629×(-263）=-164537kcalD．升溫吸熱NH3汽化升溫吸熱qNH3：1.7MPa，41℃i=409kcal/kg1.7MPa，118℃i=465kcal/kgqNH3=623×(409-464)=-33895kcal氨水升溫吸熱q氨水：取36.0%氨水比熱為1.2kcal/(kg·℃)氨水量為900.8kgq氨水=900.8×1.11×(41-120)=-77089kcalQD=qNH3+q氨水=-(76970+33285)=-110245kcalQ6=QA+QB+QC+QD=144659-38956-164546-110353=-169224kcal熱量損失取熱量損失約進入熱負荷的1.2%Q7=5085kcal預分離器出口液相溫度t℃的求取因=0故44867317=1776t-44426+51454+47381+169214+5065則t==124.0℃出口液相帶出熱量Q3Q3=1779(t-46)=1779×(125-46)=1759986kcal4.3一段分解系統4.3.1計算依據進出口物料組成及工藝條件進口反應融熔物（1.78MPa,124℃）CO(NH2)21010.1kgCO(NH2)21010.1kg40.3%CO2368.8kgCO2(NH3)2653.7kg26.4%NH3609.53kg氨水900.76kg36.3%H2O578.25kg其中NH3322.52kg36.9%出口物料液相1.8MPa，160℃CO(NH2)21010.1kg，CO(NH2)21010.1kg61.4%CO252.1kg或CO2(NH3)292.2kg5.6%NH3135.3kg氨水543.4kg33.1%H2O450.2kg其中NH395.2kg含氨17.2%H2O450.2kg總計1646.6kg總計1646.67kg100%氣相1.8MPa，160℃CO2317.7kg7.1kmol17.1%（氣）0.3MPaNH3473.2kg27.9kmol63%（氣）1.2MPaH2O129.1kg7.2kmol17%（氣）0.3MPa__________________________________________________________總計919kg47.2kmol100%1.8MPa4.3.2計算反應融熔物帶入熱量Q1=176023kcal反應融熔物帶出熱量反應融熔物比熱的計算：取17.5%氨水比熱1.1kcal/(kg·℃)尿素比熱0.5kcal/(kg·℃)甲銨比熱36.3kcal/(kmol·℃)=×0.05+0.5×0.6+1.1×0.3=0.69kcal/(kg·℃)Q2=1646.6×0.7×(160-25)=151385kcal據CO2T-S圖查：0.3MPa，160℃i=203kcal/kg0.1MPa，25℃i=174kcal/kgQ3=317.17×(203-174)=9174kcal據NH3I-logP圖查得：1.2MPa，160℃i=487kcal/kg0.1MPa，25℃i=422kcal/kgQ4=472×(487-422)=30756kcal據H2OI-S圖查得：0.3MPa，160℃i=664kcal/kg0.1MPa，25℃i=25kcal/kgQ5=129.1×(665-26)=82369kcal氣相帶出熱量總和為：Q3+Q4+Q3=9184+30855+82569=123408kcal甲銨分解吸熱甲銨分解量653.7-92.2=561.5kg或7.2kmol甲銨分解熱32011kcal/kmolQ6=7.2×32011=230417kcalNH4OH分解熱，先降溫再分解，然后氣化，最后升溫A.36%氨水降溫放熱取36%氨水比熱為1.1kcal/(kg·℃)QA=901.87×1.1×（160-30）=128820kcalB.NH4OH分解熱（吸熱）最初狀態氨水濃度為36%NH3，混合熱為160kcal/kgNH3最終狀態氨水濃度為18%NH3，混合熱為196kcal/kgNH3分解熱QB=95.2×195-323.5×160=18544-51458=-328894kcalC.氨汽化熱1.2MPa30℃NH3汽化熱為24.6kcal/kg分解氨量為323-95=227kgQC=228.34×（-272.6）=62489kcalD.升溫吸熱氨氣1.2MPa，30℃i=408.4kcal/kg1.2MPa，160℃i=489kcal/kgQNH3=228.4×（408.4-489）=-18404kcal17.5%氨水，取其比熱為1.1kcal/(kg·℃)Q氨水=534.4×1.1×（30-160）=-77700kcalQD=QNH3+Q氨水=-77700-18407=-96106kcalQ7=QA+QB+QC+QD=128910-32894-62579-96107=-62656kcal熱損失取進入熱負荷~1.1%Q8=1889kcal設所需加熱蒸汽熱量為QQ1+Q=Q2+Q3+Q4+Q5+Q6+Q7+Q817623+Q=151385+122508+230507+62758+1889Q=392724kcal4.4二段分解系統4.4.1計算依據（計算以25℃為基準）進二段分解塔尿素溶液溫度t=160℃，壓力P=0.4MPa（絕壓）出二段分解塔尿素溶液溫度t=150℃出二段分解塔氣體溫度t=120℃第二段分解氣各組分的壓力：CO2：0.4×=0.4MPaNH3：0.4×=2.7MPaH2O：0.4×=0.1Pa第二段分解塔溶液的組成CO27.91kg0.2kmol甲銨13.1kgNH311.4kg0.7kmol或氨水404.1kgH2O398.6kg21.12kmol其中NH35.7kg尿素1004.kg16.5kmolH2O399.0kg尿素1004.1kg縮二脲6.00.06kmol縮二脲6.0kg_____________________________________________________________________總計1424.1kg總計1426.1kg4.4.2計算（1）溶液帶入熱量Q1=151345kcal加熱蒸汽供給熱量Q2（2）尿液帶出的熱量因為尿素溶液中含CO2、NH3、縮二脲含量較少，所以在計算中不考慮，則尿液濃度為：H2O397.44kg27.4%尿素1003.05kg72.6%_______________________________合計1400.4100%查圖的71%尿液Cp=0.69kcal/(kg·℃)Q3=1434.03×0.8×（150-25）=121238kcal分解氣體帶出熱量CO20.04MPa,120℃i=194kcal/kg0.1MPa,25℃i=174kcal/kgQCO2=44.23×（194-174）=885kcalNH30.1MPa,120℃i=471kcal/kg0.01MPa,25℃i=423kal/kgQNH3=125.44×（471-423）=6073kcalH2O0.01MPa,120℃i=643kcal/kg0.01MPa,25℃i=25kcal/kgQH2O=49.9×（6450-25）=31213kcalQ4=QCO2+QNH3+QH2O=886+594+311114=37651kcal（3）甲銨分解熱1.72MPa，120℃時甲銨分解熱為32002kcal/kmol甲銨分解量為1.00kmolQ5=1×32021=32021kcal（4）NH4OH分解熱剛開始溶液中NH3量為7.9-2×1.2=5.6kmol最后溶液中NH3量為0.71-2×0.2=0.35kmolNH4OH分解量為5.60-0.4=5.3kmol剛開始溶液中H2O/NH3=24.8/5.6=4.35平均=34.8QA氨水降溫降壓放熱QA=543.34×1.1×（120-20）=59789kcalQB氨水在0.1MPa，20℃下分解吸熱QB=-8346=-44452kcalQC—氨氣升溫升壓吸熱0.1MPa，20℃i=424kcal/kg0.4MPa，120℃i=471kcal/kgQC=5.3×17×（423-470）=-4201calQD氨水升溫吸熱因為第二段分解系統的出口液相中含氨量較少，所以氨水濃度稀，取它的比熱Cp≈1kcal/(kg·℃)QD=404.1×1×（-20-120）=-40415kcalQ6=