探索尿素合成塔优化分析

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1、四川大学硕士学位论文尿素合成塔优化分析姓名：刘正全申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：王煤;高俊勇20040101尿素合成塔优化分析专业化学工程研究生刘正全指导教师王煤高俊勇尿素合成塔是建峰化工总厂化肥厂尿素合成的关键设备，自1993年开车运行以来，由于原设计的不足，合成塔的C02转化率长期达不到设计值(原设计值为67％，实际运行最高能达到63％，平均约60％)，造成汽提塔(300E01)的热负荷加大，出液温度低，使负荷后移，加重了后续设备分解回收负担和放空损失；同时C02转化率低带来了游离反应物增多，分解用蒸汽量增加，汽提塔

2、汽提效率降低，高压甲铵冷凝器副产蒸汽量降低等后果。因此。提高尿素合成塔C02转化率是降低能耗，提高尿素产量，增加效益的关键。本文利用化工热力学，传递现象，化工流体力学，化学反应工程，化学反应器理论，尿素合成理论等知识，结合建蜂化工总厂尿素合成塔的设计和运行情况，对合成塔进行了装置改造和操作优化的分析。通过理论分析和对实际的尿素合成塔的温度分布情况的考察认为：虽然一般来说甲铵合成是快反应，甲铵脱水生成尿素是慢反应，但由于合成甲铵的反应是在气相C02与液相氨间进行，其宏观反应速度既与化学反应速度有关，也与气相物料扩数到气液相界面的速度有

3、关，所以甲铵合成的宏观速率受扩散控制；而整个尿素合成反应的速度也受到甲铵合成的宏观速度的影响。同时，尿素合成的化学反应，除影响尿素化学平衡的3个独立变量外，还与物料在尿素合成塔内的流动状态、物料的纯净程度、物料停留时间、气液混合程度以及物料间的传热传质速度有关。通过分析原设计存在的不足，找出了相应的合理的改进办法。为提高C02转化率，优化尿素合成塔的操作，根据建峰厂的实际情况，提出了以下优化措施：1、适当提高氨碳比；2、尽量降低水碳比：3、选择最佳的舍成塔操作温度；———旦型查堂三墼堡兰生些兰垒丝兰4、用约0．3％纯氧代替～l％的防

4、腐蚀用空气：5、改造原合成塔的塔板结构使其更有效地增加气液两相之间的混合程度并合理调整化学反应的停留时间分布，加速热量和质量的传递：6、增设预混反应器。分析了尿素合成塔操作优化的经济技术可行性，以及在新的操作条件及新合成塔塔板情况下设备的腐蚀状况及其对策。通过分析和论证，为建蜂化工总厂今后对尿素合成塔的操作优化和设备改造提供了理论依据和具体的方向及措施。关键词：尿素合成塔；分析；优化尿素台成塔优化分析TheOptimumAnalyseofUreaSynthesisReactorMajor：ChemicalengineeringPos

5、tgraduate：LiuZhengquanSupervisors：WangMeiGaoJunyongTheUreasynthesisreactoristhekeyequipmentofureasynthesisinJianfengFertilizerplant．Sinceithasbeenrunfrom1993，duetotheshortcomingsoftheoriginaldesign，C02conversionrateislowerthanthedesign，(thedesignvalueis67‰theactuallyhi

6、gllestvaluewas63％，theaverageWas60％)’andincreasesthecaloricburdenofthestripper(300E01)，meanwhilethedesignareaof300E01isnotenoughforheatexchange，andtheoutletliquidtemperatureislow．Itcausestheburdenmovetodownstreamequipmentsandincreasesthedecompositionrecoveryburdenofthef

7、otlowingequipments．BecauseofthelowrateoftheC02conversion，thesteamconsunq【ptionincreasesfordecompositionandresultsinthelowefficiencyofstrippingtowerandthefallofst『eamofthecondenserofhighpressureAM．Therefore，iftheconversionrateofC02inureaconvertercanbeincreased，andthesyn

8、thetieefficiency,alsotheyieldofureadailywillbeincreasethatbringhi曲economicefficiencyforJianfengFertilizerplant，Inthis