够的安全距离，并通过树木阻隔噪音。
本项目中在厂区内一块发展用地，位于东北角，用于辅助生产设施及公用工程设施后期建设的。在工艺装置区，同样预留了一个反应车间，可用于后期其他反应工艺的扩展建设。
2.4.2主要经济技术指标
总平面布置主要经济指标如下表所示
表2-1 总平面布置经济指标
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 指标名称 厂区总面积 厂区内建筑物总面积 道路用地面积 绿化面积 围墙长度 建筑系数 绿化系数 出入口个数 单位 m2 m2 m2 m2 m % % 个 数量 100000 42777.73 24290 12071.7 1300 42.78 12.07 4 2.4.3工艺装置的布置
设计规范要求工艺装置在厂区内布置应相对集中，形成一个或几个装置街区。本项目设计中将合成车间和产品干燥与造粒车间集中布置，设置在同一街区内，这样有利于集中铺设公用工程管线以及集中控制管理，以便工艺生产流程顺畅、衔接短捷，紧凑合理，与相邻设施很好协调。此外，集中布置工艺装置有利于施工、安装和检修。
工艺生产装置宜布置在人员集中场所全年最小频率风向的上风侧，并位于散发可燃气体的储运设施全年最小频率风向的下风侧。本项目设计中，人员集中的场所诸如行政办公楼、医疗站、食堂、中心化验室、开发部等等都位于东南角，正处于全年最小频率（西风）的下风侧。
控制室的位置应该靠近主要工艺装置或主要控制设备，本项目设计中的控制中心距离工艺生产区比较靠近，又在一定的安全距离以外。控制室朝向高压或者
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有爆炸危险的生产设备区一侧的外墙，应为密闭式或控制室整体采用抗暴型结构。此外，控制室还应该避免噪音、振动以及电磁干扰较大的场所对其的干扰。本项目设计中，使用较多的树木作为隔音屏障，使得控制中心与噪音较大的工艺装置区以及机修/仪修车间隔开。
装置区内道路的布置应该满足生产操作、物料运输、设备检修、消防安全和事故急救等的要求，应力求减少道路的面积；工艺装置的内部道路应与街区外的厂区道路连接。
第三章脲甲醛缓释肥工艺流程及论证
3.1 设计目标
本项目的目标是建设一座年产5000吨脲甲醛缓释肥的化工厂，缓解国内脲甲醛缓释肥供需紧张的情况。
3.2 工艺路线分析
从工艺角度出发，工艺路线主要分为合成以及产品处理两个阶段。
3.2.1 合成阶段
尿素和甲醛在40℃，pH为1的条件下发生缩合反应，生成甲叉脲聚合物。反应步骤为：
HCHO ＋ H2NCONH2→ H2NCONHCH2OH（一羟甲基脲）
HCHO ＋ H2NCONHCH2OH→ HOCH2NHCONHCH2OH（二羟甲基脲） H2NCONHCH2OH ＋ H2NCONH2 →H2NCONHCH2NHCONH2（甲叉二脲）＋ H2O；
HOCH2NHCONHCH2OH+2H2NCONH2→H2NCOHNCH2NHCONHCH2NHCONH2（二甲叉三脲）＋ 2H2O。
甲叉二脲和二甲叉三脲继续与羟甲基脲反应，生成
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聚合度更高的聚甲叉脲。该阶段为放热反应。
聚甲叉脲通式为：H2NCONH（CH2NHCONH）nH，其中n ＝1 ～ 10。
3.2.2产品处理阶段
产品处理主要包括过滤、干燥与造粒步骤。过滤采用板框压滤机，干燥采用流化床干燥器，造粒采用滚筒造粒机。
第四章物料衡算及能量衡算
4.1 概述
本工艺是设计一套脲甲醛缓释肥生产系统，根据工艺自身特点将全流程分为三个工段：原料预处理工段、反应工段、产品干燥与造粒工段。
在原料预处理工段，利用换热器将原料加热到反应所需的温度。 在反应工段，将预热好的原料加入连续釜式反应器。
在产品干燥和造粒工段，将合成的产品经板框压滤机、流化床干燥器和造粒机，得到最终产品脲甲醛缓释肥。此工段过滤的水可循环使用。
4.2 物料衡算
在反应工段，生产条件为：水：尿素：甲醛=1：1.5：1（摩尔比）；反应温度：40度；反应时间：2小时；间歇操作，辅助时间：每批装料、卸料以及清洗时间总和为1小时，故一批原料耗时3小时。故以下计算以一批料为基准，即3小时。尿素的利用率为65%。
工艺过程：将尿素溶解于水，加入甲醛，用硝酸调pH为1左右，反应1小时，过滤得到滤饼，滤饼含水50%，干燥滤饼的产品。干燥热源和反应加热热源为天然气或低压蒸汽。
分析过程：计算过程以氮元素为基准
由文献等资料确定尿素到脲甲醛产品的过程中N的转化率为65%
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（XN=65%），反应釜为间歇式操作，反应时间为2小时，辅助时间：每批装料、卸料以及清洗时间总和为1小时，故一批原料耗时3小时。故以下计算以一批料为基准，即3小时。选定产品实际含水量为2%。
表4-1物质摩尔质量表
物质 摩尔质量水 18.02 尿素 60.06 甲醛 30.03 氮 14.00 氢氧化钠 硝酸 40.01 63.01 g/mol 设计过程按年工作日300天；作业制度：三班制；实际过程中一天运行24h/d,一年进料批数为2400次以年产5000吨为准，共需要尿素总量：5000*0.37/（0.65*0.46）=6187.3假设过滤干燥及包装过程产品损失为1%则实际需要尿素：M1=6187.3/0.99=6250t/批次，得每批次加料量:m=6250/2400=2.6042t/批次
计算过程：(以每批次三小时为基准)
选定尿素加料量为m1=2.6042t/批次，或者m1=0.8681t/h=868.1kg/h 故n1=868.1/60.06=14.4533 kmol/h 以摩尔比得：
水的摩尔流量：n2=n1/1.5=9.636 kmol/h，或者n2=19.272 kmol/批次 水的质量流量：m2=n2*18.02=173.64 kg/h 甲醛摩尔流量：n3=n1/1.5=9.636 kmol/h
工业甲醛质量流量：m3=9.636*30.03/0.36=803.803 kg/h
氢氧化钠质量流量：由于要使羟甲基化反应阶段pH=7.5，故c(OH-)=10^-6.5mol/L，氢氧化钠为强电解质，假设在水中完全电离，则所需实际氢氧化钠溶液质量为
m（NaOH（aq））=（347.28+1607.606*0.64）*40*10^(-6.5)/0.3=0.06 g/批料，所需质量很小，不计入物流中
硝酸质量流量：在亚甲基化反应阶段pH=1.0，故c(H+)=0.1 mol/L， 总的反应过程中尿素与甲醛以1.5:1反应 在此时水的总量为
m(H2O)= 457.88+1607.606*（1-0.36）=1486.7kg/批料
共需要硝酸的量为：m（工业硝酸）=1486.7*0.1*63.0129/0.68=13.777kg/批
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料
取m（工业硝酸）=4.592kg/h 反应釜2出料量：
农用级尿素m1=868.1*(1-0.65)=303.823 kg/h
工业甲醛m2=803.803-868.1*0.46*0.65*30.03/14.0037/1.5=242.185 kg/h 产品质量（以最终产品计）：m=868.1*0.46*0.65/0.37= 701.519kg/h 产品质量（以绝干物料计）：m=701.519*（1-0.01）=694.444 kg/批料 水：m3==173.64+1607.606*（1-0.36）/3=495.567kg/h
表4-2反应工段物料衡算表
组分名称 CH2O CH4ON2 UF H2O HNO3 系统进料（kg/h） 803.803 868.067 0 173.64 4.592 系统出料（kg/h） 242.185 303.823 694.444 495.567 4.592 第五章设备设计及选型
5.1、反应器的设计
5.1.1 反应器概述
本反应器中主要进行尿素和甲醛（摩尔比为1.5:1）在40℃下进行先加成后缩合反应，最终生成聚甲叉脲，其通式为：H2NCONH（CH2NHCONH）nH，其中n ＝1～ 10。
本设计采用全混流反应器，和间歇反应器相比有许多优点：
1．全混流反应器可连续操作，自动化程度高，有利于大型化工生产。 2．在反应釜内，反应速率均匀，稳定性强。
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