四川理工学院毕业设计(论文) 热量衡算
3.5 二段分解塔热量衡算
3.5.1溶液带入热量
Q1=633133.058kJ
3.5.2 加热蒸汽供给热量Q2 3.5.3尿液带出热量
尿液带出热量
查图 71.6% 尿液 CP=2.84 kJ/kg·℃ Q3=1427.03×2.84×(150-25)=506595.65kJ
3.5.4分解气体带出热量
CO2
0.035 MPa 120℃ i=811.31 kJ/kg 0.0981 MPa 25℃ i=727.67 kJ/kg Q CO2=44.25×（811.31-727.67)=3701.07 kJ
NH3
0.259 MPa 120℃ i=1969.72 kJ/kg 0.0981 MPa 25℃ i=1768.99 kJ/kg Q NH3=124.43×(1969.72-1768.99)=24976.83 kJ
H2O
0.0981 MPa 120℃ i=2714.12kJ/kg
0.0981 MPa 25℃ i=104.55 kJ/kg Q H2O =49.86×(2714.12-104.55)=130113.16 kJ Q4=3701.07+24976.83+130113.16=158791.06 kJ
3.5.5 甲铵分解热
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1.766 MPa 120℃时甲铵分解热为133828.18 kJ/kmol Q5=1.00×133828.18=133828.18 kJ
3.5.6 NH4OH分解热
最初溶液中的NH3量为 7.96-2×1.18=5.6 kmol 最终溶液中的NH3量为 0.7-2×0.18=0.34 kmol NH4OH分解量为 5.6-0.34=5.26 kmol 最初溶液中的H2O / NH3=24.9/5.6=4.45 最初溶液中的H2O / NH3=22.13/0.34=65
平均在常温常压下氨的分解热为35254.26 kJ/kmol
QA—氨水降温降压放热
QA=543.35×4.6×(120-20)=249941 kJ QB—氨水在0.0981 MPa，20℃下分解吸热
QB=-35254.26×5.26=-185437.408kJ QC—氨气升温升压吸热
0.0981 MPa 20℃ i=1768.99kJ/kg 0.3924 MPa 120℃ i=1965.54 kJ/kg Qc=5.26×17×(1768.99-1965.54)=-17575.501 kJ QD—氨水升温吸热
因二段分解塔出口液相中含氨量少。故氨水浓度很稀。取其比热CP=4.182 kJ/kg·℃
QD=404.05×4.182×(20-120)=-168973.71 kJ
Q6= QA+ QB+QC+QD=249941-185437.408-17575.501-168973.71=-122045.619kJ 热损失：取热损失为进热负荷的1.6% Q7=10705.92 kJ 因 ?Q1?7?0 故Q2=?Q3?7?Q1
=506595.65+133828.18+122045.619+158791.06+10705.92-633133.058 =298833.371kJ Q2=298833.371kJ
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3.5.7 二段分解塔热量平衡表
表3.4 二段分解塔热量平衡
以每吨成品尿素为基准 序号 输入热量 1 2
kJ
%
序号 输出热量
尿素溶液带出 甲铵分解热 NH4OH分解热 气相带出热 热损失 总计
kJ 506596 133828 122045 158791 10706 931966
% 54.36 14.36 13.09 17.04 1.15 100
尿素溶液带入 633133 蒸汽供给热量 298833
67.94 1 32.06 2
3 4 5
总计 931966 100
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四川理工学院毕业设计(论文) 主要设备选型
4 主要设备选型
4.1 合成塔的计算
4.1.1设计条件
CO2的转化率 η=63%
4.1.2 生产能力
G =8.46t/h（按连续生产330天计）
4.1.3 合成塔的生产强度：
查得 13.2 t/d·m3
4.1.4 合成塔有效容积
V?24?8.46?15.38m313.2实际选取 V=19m3 裕度为24%[7] 实际生产强度：
24?8.46?10.69t/d?m3194.1.5 合成塔选型
选用的尿素合成塔为衬里的高压容器合成塔内流动的自始至终都是气液二相混合物.中小型厂的合成塔为空筒,不设置内件,其高径比在20左右,基本呈平推流.
选取内径??1150 mm ,H=22900 mm ,V=?r2h=23.786m3,材质:0Cr18Ni12Mo2
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四川理工学院毕业设计(论文) 主要设备选型
4.2一段加热器
起加热的作用,尿素液混合物在此进行加热分解,温度达到160℃,使溶液中的氨、二氧化碳和水汽化。
4.2.1设计条件
(1)操作压力: P=18atm(绝)
(2)操作温度: 进加热器尿液温度 t1=123.8℃ 出加热器尿液温度 t2=160℃ (3)加热蒸汽条件
压力: P汽=12.5atm(绝) 温度: t汽=188.9℃ 冷凝温度: t凝=188.9℃ 冷凝潜热: r=1986.45kJ/kg (4)热负荷
Q =1642367.59 KJ/t尿素 (5)物料浓度
进加热器尿液浓度:39.30%
出加热器尿液浓度:61.37 % (6)有效平均温度?tm
?tm?(t凝?t1)?(t凝?t2)
t凝?t1lnt凝?t2(188.9?123.8)?(188.9?160)
188.9?123.8ln188.9?160 ??44.6℃
（7）经核算后传热系数 k?4223.8kJ/(m2?h?℃)
4.2.2传热面积A
由已知条件得传热量为Q =8.46×1642367.59 KJ/h QA?
k?t8.46?1642367.59?
4223.8?44.6?73.76m2
选用加热器有[10]:为浮头式单壳程换热器 选用加热器传热面积=90㎡
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