尿素合成工艺中的热量衡算计算案例综述
1闪蒸槽热量衡算
1.1计算依据
闪蒸槽的收入物料与支出物料如下表：
表4.1闪蒸槽的收入物料与支出物料表
收入物料
支出物料
二段分解塔出口尿液
0.3MPa125~150℃
闪蒸槽出口气体
尿素1010.68kg
压力0.04MPa
甲胺10.81kg
温度106℃
缩二脲6kg
NH34.62kg
氨4.60kg
CO25.39kg
水628.27kg
H2O304.86kg
合计1660.36kg
合计314.87kg
闪蒸槽出口尿素溶液如下表：
表4-2闪蒸槽出口尿素溶液
压力
温度
尿素
缩二脲.
氨
甲胺
水
合计
0.04MPa
106℃
1010.66kg
6.0kg
2.27kg
5.42kg
323.41kg
1347.76kg
由于甲胺与闪蒸槽中的蒸出残氨量很小，所以对分解热的计算过程可作适当的简化。在计算尿素溶液中带入、带出热量时，可以忽略其它成分的存在。尿素溶液浓度在闪蒸槽进口和出口之间差异较小，浓缩热可忽略。
1.2计算
尿素溶液带入热量Q1：
取尿素水溶液平均比热容[7]；
尿素水溶液带出热量Q2：
熔出口温度设为t℃，水溶液尿素的平均比热容设为；
KJ
甲胺分解热Q3：
甲胺熔融热：20306KJ/Kmol甲胺生成热：-159350KJ/Kmol；
氨水分解热Q4：
气氨在水中积分溶解热为：
入口氨水1.08%2048.44KJ；
出口氨水0.34%2050.77KJ；
KJ
闪蒸槽带走热量Q5：
设气体出口温度为100℃；各组分焓值如下所示：
0.101Mpa、25℃时
氨=1766.485KJ/Kg
0.004Mpa、100℃时
氨=1933.01KJ/Kg
0.101Mpa、25℃时
二氧化碳=728KJ/Kg
0.001Mpa、100℃时
二氧化碳=794.96KJ/Kg
0.101Mpa、25℃时
水=104.6KJ/Kg
热损失Q6：
闪蒸槽规格φ=550，H=2910，保温厚度90mm；
散热面积：
m3；
温层表面温度与环境温度差值；
据尿素合成塔热量平衡计算得散热量为：
每吨尿素热损失：
闪蒸槽热量平衡
解得℃，与假设尿素出口温度基本相符。
4.2一段蒸发器热量衡算
1.1计算依据
收入物料
从闪蒸槽来的尿素溶液；温度；尿素；甲胺；缩二脲；氨；水kg；合计1347.76kg。
出一段蒸发器尿素溶液
压力；温度130℃;尿素997.35kg;缩二脲7.0kg；水41.99kg；合计1046.34kg。
一段蒸发气体
压力；温度130℃；
尿素6.48kg；NH3：7.77kg；CO2：8.07kg；H2O：279.72kg合计302.04kg
出一段蒸发器热能回收段物料
一段蒸发器尿素出口温度为100℃，压力为0.04MPa，取尿素溶液含水18%。设甲胺和过剩的氨气全部在此分解进入气相，设缩二脲的生成，尿素的水解全部发生在加热段。
液相：100℃0.04MPa；
尿素1010.66kg；
缩二脲6.0kg；
水180.22kg；
合计1196.88kg；
气相：NH34.63kg0.0009MPa；
CO23.06kg0.0003MPa；
H2O143.19kg0.0388MPa；
合计150.88kg；
1.2计算
尿素溶液带入热量Q1
据闪蒸槽热量平衡计算：
KJ
甲胺分解热Q2
甲胺熔融热20306KJ/Kmol，甲胺生成热-159350KJ/Kmol
则Q2为：
5.42
氨水分解热Q3
气氨在水中溶解热为：
氨水浓度：；则溶解热：490.1447KJ/Kg
出热能回收段尿素溶液带出Q4
取尿素水溶液平均比热容2.625KJ/kg，则：
出热能回收段气相带出Q5
各组分焓值如下[19]：
0.101Mpa，25℃时
氨=1766.485KJ/Kg
0.0009Mpa，100℃时
氨=1934.263KJ/Kg
0.101Mpa，25℃
二氧化碳=728KJ/Kg
0.0003Mpa，100℃时
二氧化碳=794.96KJ/Kg
0.101Mpa，25℃时
水=104.6KJ/Kg
0.0388Mpa，101℃时
水=2661.024KJ/K
=48368KJ
尿素水解热Q6
25℃时尿素生成热为28470.2KJ/Kmol;
甲胺生成热159350KJ/Kmol;
甲胺熔融热20306KJ/Kmol;
一段蒸发水解尿素4.5kg;
KJ
尿素浓缩热Q7
进入一段蒸发器尿素溶液中尿素与水之比：（摩尔比）
离开一段蒸发器尿素