年产5万吨尿素工艺设计开题报告

毕 业 设 计 任 务 书 课题名称 年产5万吨尿素车间设计工艺 姓 名 学 号 -24 学 院 化学与环境工程学院 专 业 化学工程与工艺 指导教师

2014年11月10日

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毕业设计(论文)材料 （一）

一、设计的教学目的

1.了解本课题研究领域国内外的最新科研动态，通过文献资料的查阅，文献综述的撰写，设计或实验研究方案的确定等，提高分析问题和解决问题的能力；

2.培养认真细致的科学研究精神和严谨踏实的工作态度，通过扎实的科学设计或实验研究，提升研究设计能力或实验动手能力，掌握科学研究和设计的基本方法，并学会规范地撰写设计报告或科研论文；

3.培养运用理论知识解决实际问题的能力，并通过理论与实践相结合，巩固专业知识，使所学知识在设计或实验研究中得到拓展与升华。

二、设计的主要内容

1.工艺流程选择。

2.物料衡算。

3.热量衡算。

4.主要工艺设备计算和选型。

5.绘制工艺流程图。

6.车间布置设计。

三、设计的基本要求

1.根据设计或论文题目查阅文献资料，详细阅读20篇左右的参考文献，在对该领域的研究现状有较充分了解的基础上，撰写2000字以上的文献综述；

2.根据对文献的理解，结合研究课题，提出新的观点，并进行逻辑研究与论证，使设计的研究方案在保证科学性的基础上具有一定新颖性；

3.充分利用所学知识与资源进行系统的分析，通过周密的准备和扎实的研究工作，收集详实的设计或实验数据，并进行整理和分析；适时调整研究设计方案，按期完成设计或实验研究内容,并确保研究结果的真实性、科学性；

4.根据研究结果，按学校规定的设计格式要求，撰写8000-10000字左右的设计报告，做到格式规范、表述清楚、分析合理、结论可靠。

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四、进度安排

序号设计各阶段内容起止日期

1 论文选题、文献资料查阅2014.9-2014.10

2 文献综述的撰写、实验方案的初步确定2014.10

3 毕业设计开题报告、设计及研究方案的调整2014.10-2014.11

4 设计或实验研究，数据整理、分析，初稿的撰写、修改2014.11-2014.12

5 设计定稿，答辩2014年元月

五、主要参考文献

[1] 刘晓勤. 化工工艺学[M ].北京:化学工业出版社，2009，56-60.

[2] 张艳飞，李岩，栾智宇. 改良节能型全循环法尿素工艺[J]. 石油和化工节能，2010，1：15-17.

[3] 钱镜清. 水溶液全循环法尿素工艺在我国45年的发展历史—并记Q-1100节能型水溶液全循环法尿素工艺[J].化肥工业，2011，38(1)：11-15.

[4] 张洁谨，王维杰，张庆喜. 水溶液全循环法和CO2汽提法尿素生产工艺的比较[J ].氮肥技术，2006，27(4)：15-17.

[5] 柴诚敬，贾绍义，张凤宝. 化工原理.第二版.下册[M].北京:高等教育出版社，2010，230-234.

[6] 吴指南. 基本有机化工工艺学[M].北京:化学工业出版社，1999，4-5.

[7] 中国寰球化学工程公司. 氨肥工艺设计手册[M].北京:化学工业出版社，1988，54-82.

[8] 石油化学工业部设计院主编. 氮肥工艺设计手册-理化数据[M].北京:石油化学工业出版社，2002，232-236.

[9] 朱有庭，曲文海，于浦义. 化工设备设计手册[M].北京:化学工业出版社，2005，60-95.

[10] 谭蔚. 化工设备设计基础[M].天津:天津大学出版社，2005，163-194.

[11] 李长福. 改进型全循环法尿素装置设计运行总结[J].化肥设计，2011，49(1):46-51.

[12] 王颖. 750t/d尿素装置循环A系统扩能至20000kg/h CO2物料平衡[J].泸天化科技，2006，2:118-120.

[13] 林棣生. 年产四万吨尿素装置(水溶液全循环法)通用设计总结[J].化肥设计，1989，

2:17-25.

[14] 王君，祁勇，崔琨. 尿素生产工艺简介[J].中氮肥，2001，5(3):27-28.

[15] 俞晓梅，袁孝竞，塔器[M].北京:化学工业出版社，2010， 51-58，56-298.

[16] 周文. 车间布置中的一些技术问题[J].医药工程设计，1985，4:28-32.

[17] 辛向阳，张晓旭，江海霞. 水溶液全循环法尿素生产环保治理[J].小氮肥，2010，

38(9):18-19.

[18] 黄涛，王世桃，杨道金. 水溶液全循环法与ACES21法尿素生产工艺对比[J].川化，2011，3：5-10.

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学 生 毕 业 设 计 开 题 报 告 书 课题名称 年产5万吨尿素车间设计工艺 姓 名 学 号 -24 学

院 化学与环境工程学院 专 业 化学工程与工艺 指导教师

， 2014年 11 月 10 日

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毕业设计(论文)材料 （二）

设计题目年产5万吨尿素车间设计工艺

课题的根据：1）说明本课题的理论、实际意义

2）综述国内外有关本课题的研究动态和自己的见解

1.本课题设计的理论意义

尿素是一种重要的化学肥料和工业原料，在世界范围内广泛使用。自从1922年尿素开始工业化生产以来，许多国家都致力于尿素生产系统的研究，在合成机理、热力学性质和工艺流程方面都有创新和进展。20世纪30年代，世界上首先以一次通过法实现尿素的工业化生产。40年代中，改进为部分循环法工艺；50年代末，实现水溶液全循环法工艺的工业化生产。之后，陆续出现各种水溶液全循环法工艺。60年代期间，建立起日产1000吨以上的单系列大型化装置。80年代初，为了进一步降低能耗，又推出了多种节能型高压气提工艺，如改良CO

2

气提工艺，改良氨自身气提工艺。以尿素生产工艺的发展历史而言，实现全循环是一次工艺技术的飞跃，它解决了尾气氨加工制造其他氮肥的问题，而实现高压合成圈等压气提回收则是尿素工艺技术的又一次飞跃，在高压圈内回收了大量的未反应物，从而大幅度减轻下游分解及回收的负荷，而且回收了用于分离未反应物所耗的热量，用来副产低压蒸汽以用于下游工序。至于节能型尿素工艺的问世，只能视为尿素气提工艺经过十几年实践经验的积累，作出了较为重大的合理化改造，使氨基甲酸铵生成热更合理的回收利用，较大幅度地降低能耗，工艺技术更趋成熟，装置运转稳定可靠。

2.本课题设计的实际意义

目前世界上建厂最多的尿素工艺为CO

2汽提和NH

3

汽提。我国自20世纪70年代开

始引进CO

2

汽提工艺的大型尿素装置，目前共有15 套大型装置（全套引进或合作设计、采购），6套中型装置以及2套小型装置（均为国内自行设计、自行制造设备）。通过国内多年的实践，CO2 汽提工艺暴露出一些不足，主要是尾气易燃爆、设备腐蚀严重、操作条件苛刻、操作弹性较差。传统水溶液全循环工艺是20世纪40、50年代最早实现全循环的尿素生产流程，目前中国采用水溶液全循环法的中型尿素厂有30多套，小型厂120多套。近几年来，这些企业在技术上不断的改进创新，这些装置的整体消耗有了大幅的下降，消耗已接近汽提工艺能耗。产量虽然上去了，但在技术上没有实质性进展，成本还较高，污染严重。而对现有水溶液全循环尿素装置的改造，部分厂

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家采用卡萨里或UTI的专利技术。但上述工艺设备制造难度相对较大，制造周期长，

高压设备易腐蚀，流程较长，改造投资费用较高。所以本课题设计结合国内外先进尿

素工艺技术对国内小中型尿素装置进行增产改造，使其投资少、见效快。

3.国内外研究动态

NH

汽提工艺在上世纪80 年代以后在世界上的竞争力不断上升，此工艺操作安3

全、设备腐蚀问题小、加氧量少、尾气无燃爆问题、操作要求不苛刻，且操作弹性大，

低位能的热量回收利用较好。只是钛材汽提塔制造难度大，且易冲刷腐蚀。司南普吉

提公司目前已采用Cr25Ni22Mo2管衬锆的双金属管作为汽提塔列管，较好地解决了设

汽提工艺在世界上的竞争中仍备冲刷腐蚀问题，且设备制造难度大大下降。目前，NH

3

处于领先的地位。

日本东洋工程公司在20 世纪80 年代初与三井东压共同开发了先进的低成本低

能耗尿素工艺（简称ACES工艺）。如今世界上已有11套采用ACES 工艺的尿素装置，

我国也有两套尿素装置采用此工艺，但有两套装发生了爆炸事故，因此在一定程度上

影响了ACES工艺在世界上的竞争力。

我国尿素工业化生产始于1958年南京化肥厂的水溶液半循环法尿素中试装置，

后开发了高效半循环法。1962年，半循环法尿素工艺通过国家技术鉴定，并以此工艺

设计了2套40Kt/a生产装置，分别建于上海吴泾和浙江巨化。1965年12月，上海化

工研究院在2t/d试验装置上完成了水溶液全循环法尿素工艺的研究测定，为我国1966

年自行设计水溶液全循环法尿素工艺装置提供了详细的技术数据。直至1986年，小

型尿素装置工艺设计中的技术进步已优于引进工艺，初步形成了中国特色的水溶液全

循环法尿素工艺。并且通过近30年来不断的技术创新，我国的水溶液全循环法尿素

装置以具备大型生产装置的生产能力，其竞争力不断加强，并且潜力依旧巨大。

4.本人见解

由于气提法技术还有很多限制，水溶液全循环尿素工艺生产装置相对于其他的生

产装置来说水溶液全循环尿素工艺可靠、设备材料要求不高、投资较低。其静止高压

设备较少，只有尿素合成塔及液氨预热器为高压设备，其他均为中压和低压设备，所

以该尿素工艺生产装置的技术改造比较容易、方便，改造增产潜力较大。水溶液全循

环尿素装置的运行都比较稳定，生产负荷的加减调节比较方便，操作弹性范围较宽；

增产潜力比较大, 均达到了其设计生产能力的160%～200% ；产品质量控制较好，正

常负荷生产时一般能控制到优级品范围内。通过对水溶液全循环法装置的改进，现如今是非常适合小氮肥企业的尿素工艺，其投资少、见效快、改造空间大的特点对我国技术和经济的发展益处颇大。

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课题的主要内容:

1.工艺流程选择

2.物料衡算

3.热量衡算

4.主要工艺设备计算和选型

5.绘制工艺流程图

6.车间布置设计

研究方法：

文献研究法：通过调查相关尿素生产的文献来获得资料，了解尿素生产的历史和现状，进行比较从而了解不同的尿素生产工艺的优缺点，确定设计的生产方法。

模拟法：通过对年产5万吨尿素生产工艺的流程和装置进行模拟研究，来掌握实际尿素生产装置和流程。

个案研究法：通过研究尿素装置生产的个案，加以分析。弄清水循环法尿素装置的流程和特点，加深对水循环法尿素生产工艺的理解。

完成期限和采取的主要措施：

1.文献查找，材料准备： 2014.10

2.确定设计方案： 2014.10.25

3.导师通过，开题： 201

4.11

4.进行课题和计算相关数据： 2014.11

5.初稿撰写，修改： 2014.12

6.论文定稿，答辩： 2015.1

主要参考资料：

[1] 刘晓勤. 化工工艺学[M ].北京:化学工业出版社，2009，56-60.

[2] 张艳飞，李岩，栾智宇. 改良节能型全循环法尿素工艺[J]. 石油和化工节能，2010，1：15-17.

[3] 钱镜清. 水溶液全循环法尿素工艺在我国45年的发展历史—并记Q-1100节能型水溶液全循环法尿素工艺[J].化肥工业，2011，38(1)：11-15.

汽提法尿素生产工艺的比

[4] 张洁谨，王维杰，张庆喜. 水溶液全循环法和CO

2

较[J ].氮肥技术，2006，27(4)：15-17.

[5] 柴诚敬，贾绍义，张凤宝. 化工原理.第二版.下册[M].北京:高等教育出版社，2010，230-234.

[6] 吴指南. 基本有机化工工艺学[M].北京:化学工业出版社，1999，4-5.

[7] 中国寰球化学工程公司. 氨肥工艺设计手册[M].北京:化学工业出版社，1988，54-82.

[8] 石油化学工业部设计院主编. 氮肥工艺设计手册-理化数据[M].北京:石油化学工业出版社， 2002，232-236.

[9] 朱有庭，曲文海，于浦义. 化工设备设计手册[M].北京:化学工业出版社，2005，60-95.

[10] 谭蔚. 化工设备设计基础[M].天津:天津大学出版社，2005，163-194.

[11] 李长福. 改进型全循环法尿素装置设计运行总结[J].化肥设计，2011，49(1):46-51.

物料平衡[J].泸天

[12] 王颖. 750t/d尿素装置循环A系统扩能至20000kg/h CO

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化科技，2006，2:118-120.

[13] 林棣生. 年产四万吨尿素装置(水溶液全循环法)通用设计总结[J].化肥设计，1989，2:17-25.

[14] 王君，祁勇，崔琨. 尿素生产工艺简介[J].中氮肥，2001，5(3):27-28.

[15] 俞晓梅，袁孝竞，塔器[M].北京:化学工业出版社，2010， 51-58，56-298.

[16] 周文. 车间布置中的一些技术问题[J].医药工程设计，1985，4:28-32.

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[17] 辛向阳，张晓旭，江海霞. 水溶液全循环法尿素生产环保治理[J].小氮肥，2010，38(9):18-19.

[18] 黄涛，王世桃，杨道金. 水溶液全循环法与ACES21法尿素生产工艺对比[J].川化，2011，3:5-10.

指导教师意见：

签名： 2014 年11月11日