尿素计算题

一、高压系统计算题 （1）已知汽提塔内有2600根ф31×3×6000的不锈钢管，液膜厚度M=(3wu/gr2)1/3cm, w:单位长度周边的液体质量速度g/s•cm u:液体粘度cp r:液体重度，g/cm3 g:重力加速度，m/s2 入塔液体质量流量为56.6kg/s,出塔液体重量流量为32.5kg/s,尿素熔融物U=2cp r=1.05g/cm3,试计算液体在汽提塔的停留时间？（难） （1）管内周边长：2600π×25/1000=204米 入塔状态下：W1=56.6/204=0.278Kg/（m·S）=2.78g/（cm·S） 出塔状态下：W2=32.5/204=0.160Kg/（m·S）=1.60g/（cm·S） 故m1=（3×2.78×2／980／1.052）1/3=0.254cm m2=（3×1.60×2／980／1.052）1/3=0.21cm 平均膜厚2.32mm 塔内液膜总体积=π/4[（25/1000）2-（20.36/1000）2] ×6×2600=2.6m3 停留时间为60×2.6/152.5=1.02分钟 （2）已知尿素合成塔的出液组成为：NH3：31.17%，CO2：16.7%，Ur：32.7，H2O：19.43%时计算NH3/CO2，H2O/CO2和二氧化碳转化率。(较易) （2）NH3/CO2的计算： H2O/CO2的计算 CO2转化率的计算 C=转化成尿素的CO2摩尔数/原料CO2摩尔数=〔Ur〕/（1.365*〔CO2〕+〔Ur〕）=0.327/（1.365*0.167+0.327）=58.9% （3）已知汽提塔出液组成为NH3：25.23%、CO2：5.96%、Ur：44.25%，中压分解器出液组成为NH3：6.85%、CO2：1.28%、Ur：62.63%，计算中压系统NH3、CO2的分解率（中） （3）计算NH3的分解率 η= 计算CO2分解率 η= （4）设每吨尿素需合成塔进料3300kg，反应熔融物的密度约为1100kg/m3，停留时间0.8小时，计算生产强度。（易） 设备的生产强度示为单位时间内的尿素产量 （1100/3300）×（24/0.8）=10tUr/（d·m3） （5）设有甲铵溶液，处于总压0.1Mpa下，气相含NH3、CO2各占2/3和1/3，此时液相浓度是多少？如用纯CO2汽提则汽提效率是多少？ 查：HNH3=0.35Mpa·m3·Kmol-1,HCO2=3.0Mpa·m3·Kmol-1 0.1Mpa下PNH3=0.067Mpa,PCO2=0.033Mpa 则,CNH3= PNH3/ HNH3=0.067/0.35=0.19Kmol/m3 CCO2= PCO2/ HCO2=0.033/3.0=0.011Kmol/m3 则C甲铵= CNH3+ CCO2=0.201 Kmol/m3 汽提效率[1－（0.033/0.201）]×100%=84% （5）查：HNH3=035Mpa·m3·Kmol-1,HCO2=3.0Mpa·m3·Kmol-1 0.1Mpa下PNH3=0.067Mpa,PCO2=0.033Mpa 则,CNH3= PNH3/ HNH3=0.067/0.35=0.19Kmol/m3 CCO2= PCO2/ HCO2=0.033/3.0=0.011Kmol/m3 则甲铵溶液的总溶解量是0.19+0.011=0.201Kmol/m3 现用纯CO2汽提，此时PNH3=0，因此CNH3=0 又PCO2=0.1MPa，因此CCO2=0.1/3.0=0.033Kmol/m3 溶液中总溶解量是0+0.033=0.033Kmol/m3 汽提效率[1－（0.033/0.201）]×100%=84% （6）已知合成塔转化率为60%，NH3/CO2为3.5氨汽担效率60%，CO2汽提效率80%，如果高压甲铵泵停运，计算合成塔NH3/CO2变化值，若想维持NH3/CO2不变，负荷应降至多少运行？（难）fly a以进合成塔100molCO2作为计算基准， 参加反应NH3摩尔数：100×60%×2=120mol 参加反应CO2摩尔数：100×60%=60mol 未参加反应NH3摩尔数：350-120=230mol 未参加反应CO2摩尔数：100-60=40mol 高压系统回收NH3摩尔数：230×60%=138mol 高压系统回收CO2摩尔数：40×80%=32mol 高压甲铵泵停运合成塔NH3/CO2为： b若维持NH3/CO2 3.5不变，负荷应降至 [350-（230-138）]÷3.5÷100×100%=73.7% （7）合成塔投料负荷18000Nm3/h（纯度为98%），投料氨碳物料重量比以1.2计，原料液氨温度为30℃，工作流量以0.575m3/rpm,容积效率以97％计，计算该负荷下高压氨泵的转速。（中） 查液氨30℃密度为0.595kg/m3 CO2流量18000Nm3/h，18000×0.98÷22.4×44＝34650Kg/h 投料氨量：34650×1.2＝41580Kg/h 投料氨体积流量：41580÷0.595＝69.9m3/h 投料氨泵转速：69.9÷97％÷0.575＝125rpm （8）已知原料CO2加入钝化空气和原料氨的组成及流量如下： CO2流量24683NM3/h,组成CO2:97.33% N2:1.32% H2:0.99% Ar:0.11% O2:0.25%（体积） 氨流量：36375Kg/h 组成：氨：98.8％，CH4:0.09% N2:0.07% H2:0.01%,Ar:0.03% (重量)计算可燃气体爆炸限。（较难） 根据上述数据，计算惰气总量： H2为：0.99％×24683＋0.01％×36375×22.4/2=285Nm3 CH4为：0.09％×36375×22.4=46Nm3 N2为：1.32%×24683+0.07%×36375×22.4÷28=346Nm3 Ar为：0.11％×24683＋0.33％×36375÷40＝33Nm3 O2为：0.25%×24683=62 Nm3 合计772Nm3 由此可以算出： 可燃气体＝（285＋46）/772＝42.9％ 其中：H2占285/331=86% CH4占46/331=14% 惰性气体：（346＋33）/772＝49.1％ O2占:62/772=8% 可燃气体爆炸限： LLA=1/(86/4+14/5)=4.1% LHA=1/(86/74+14/15)=47.7% LLOX=1/(86/4.5+14/5.5)=4.6% LHOX=1/(86/94+14/60)=87.7% （9）已知尿素的熔融热为3460Kcal/Kmol,固体尿素比热为0.35 Kcal/Kg ℃,熔融尿素由140℃冷却成为60℃固体，设空气温升33℃，计算每吨尿素从塔顶到塔底冷却所需空气量。（较易） 每吨尿素从塔顶到塔底放热量： 3460/60×1000+0.35(140-60)×1000=97800 Kcal 需空气量：97800/(33×0.31)=9560Nm3 （10）若要将系统负荷提到120％,必须新增一台氨泵,试计算该泵的最小打量.（易） 解：满负荷氨泵的打量为103.4m3、/h 负荷升至120％，需增加的氨量为： （120％－100％）×103.4＝20.68 m3、/h （11）已知反应2NH3(l)+CO2(l)=NH2COONH4(l)测得平衡常数与温度的关系为lnKC=16290/RT-13.24 R为气体常数1.987KCAL/Kg分子·K T为绝对温度。求：166.6℃，NH3/CO2=2.5氨基甲酸氨铵的生成率。(中) 解：求KC KCal/Kg分子·K lnKC= －13.24 KC=224 2NH3 + CO2====NH2COONH4 a 1 0 a-2x 1-x x 平衡时浓度：【CO2】= 【NH3】= 【NH2COONH4】= KC= 解得：X=0.972 （12）已知高压氨泵为七联柱塞泵，柱塞直径为102㎜，柱塞冲程为178㎜，当氨泵转速为180rpm时，求每小时送出的氨量（容积效率为95％）？（易） 解：每小时送出的氨量为 F=3.14×( )2×(178/1000)×180×60×95%×7=104.4m3/h （13）已知尿素合成塔容积为150m3，出口熔融液组分为NH332.36%、CO213.33%、Ur33.75%、H2O20.56%，请问在日产1760t的负荷下物料在合成塔内的停留时间是多少？（熔融液比重为900Kg/m3） 解：各组分进塔物料量为： NH3：（1760/24/0.3375）×0.3236=70.31t CO2：（1760/24/0.3375）×0.1333=28.96t Ur：1760/24=73.33t H2O：（1760/24/0.3375）×0.2056=44.67t 忽略惰气质量，则停留时间为T=0.9*150/（70.31+28.96+73.33+44.67）=0.62h即37min 二、中低压计算题 (1) 中压放空氨损失计算：已知CO2负荷28000Nm3/h，加空气后CO2纯度为98%，中压系统压力PI09305为1.6Mpa（绝），排汽温度40℃，放空气相组成NH3 2%（体积），液氨纯度按100%计，40℃时水蒸汽压力为0.0075Mpa，假定惰气全部在中压放空。（中） （1）A进入中压系统惰气量 28000×（1－98%）=560Nm3/h B中压放空中的惰气含量 1－[2%+（0.0075/1.6）×100%]=97.53% C总的放空量 560/97.53%=574.18 Nm3/h D氨损失为 (2) 已知工艺冷凝液系统处理量45T/h，其中NH3:6.2% CO2:1.25%,Ur:1.0%,计算水解气相为120℃和130℃两种状况下的带水量。（较难） 查120℃饱和水蒸气压为0.202Mpa,130℃饱和水蒸气压为0.275 Mpa 氨蒸馏回收摩尔数：45000×6.2％÷17＝164Kmol 尿素水解回收氨摩尔数：45000×1％÷60×2＝15 Kmol 气相中回收氨总摩尔数：164＋15＝179 Kmol CO2蒸馏回收摩尔数：45000×1.25％÷44＝13 Kmol 尿素水解回收CO2摩尔数：45000×！％÷60＝7.5 Kmol 气相中回收CO2总摩尔数：13+7.5=20.5 Kmol 水解系统回收气相中氨和CO2总摩尔数：179＋20.5＝199.5 Kmol 120℃时回收的气相含水量：199.5×0.202/（0.35－0.202）＝4901Kg/h 130℃时回收的气相含水量：199.5×0.275/（0.35－0.275）＝13167Kg/h (3) 已知汽提塔出液和中压分解器出液的组成： NH3 CO2 Ur H2O 气提塔出液 23.86 5.84 44.94 25.36 中压分解器出液 6.39 1.37 62.08 30.16 试计算ηNH3、ηC02和ηH2O。 （3）ηNH3=0.806 ηC02=0.830 ηH2O=0.139 三、蒸发系统计算题 (1) 已知尿液贮槽有效容积176m3，如果蒸发或皮带系统故障停运检修6小时，尿素装置需降到多少负荷才不会导致尿液槽漫液？ 真空预浓缩器贮槽尿液浓度84%，尿液密度1.15t/m3,尿液槽双罐容积176m3×2=3.52m3液位达90%以上时即会溢流 1）单位时间允许流入双罐尿液槽中尿液量 352×0.9×1.15÷6=60.72T/h 2)单位时间流入尿液量折成纯尿素流量 60.72×84%=51t/h 3)允许运行负荷 51÷72.9×100%=69.9% (2) 已知尿素的熔融热为3460Kcal/Kmol,固体尿素比热为0.35 Kcal/Kg ℃,熔融尿素由140℃冷却成为60℃固体，设空气温升33℃，计算每吨尿素从塔顶到塔底冷却所需空气量。 每吨尿素从塔顶到塔底放热量： 3460/60×1000+0.5(140-60)×1000=97800 Kcal/t 需空气量：97800/(33×0.31)=9560Nm3/t (3) 尿液贮槽积有80m3的尿液，尿液温度100℃，浓度80％，计算重新蒸发熔融尿素需耗低压蒸汽量。 尿液提浓至99.7％需蒸发水量：尿液密度1.18g/cm3 80×1.18×(99.7%-80%)=18.6吨 蒸发出的水分所需耗热量：18600×539＝10025400 Kcal 1） 45MPa低压蒸汽冷凝热：553 Kcal/Kg 蒸发所需低压蒸汽量：10025400÷553＝18100＝18.1T (4) 设37％浓度的甲醛溶液单价为1200元/吨，尿素中甲醛含量要求0.18％，如日产尿素1800吨，忽略其它地方甲醛损失，每吨尿素1100元，求加甲醛厚每吨尿素增加成本及每年增加成本（一年按生产55万吨考虑）？ 纯甲醛单价为1200/0.37＝3243.24元 日产尿素1800吨，则每天需消耗纯甲醛1800×0.18％＝3.24吨 每天甲醛费用：3243.24×3.24＝10508.11元 加甲醛后每天增加成本：（10508.11－3.24×1100）＝6944.11元 每吨尿素增加成本：6944.11/1800＝3.858元/吨 一年增加成本为：3.858×55＝212.181万元 (5) 求99.7％熔融尿素在140℃的饱和蒸汽压？ 高浓度尿素溶液水蒸气压力可用经验式PU=ф1.107×P,式中ф为H2O/Ur，摩尔比；P为纯水在温度t下的蒸汽压。 高浓度尿素溶液水蒸气压力可用经验式PU=ф1.107×P,式中ф为H2O/Ur，摩尔比；P为纯水在温度t下的蒸汽压。 解：ф＝ ＝0.0100353 140℃下水蒸气压力为0.361MPa PU=(0.0100353)1.107×0.361×1000=2.217Kpa (6) 对于抗压强度为0.5×105Pa的尿素，其允许堆高是多少？ 对于尿素散装贮存时，一个圆锥形料堆底部的平均压力P= d×h (d为尿素的堆密度，740㎏/m3，h为堆高，m) 堆中心最大压力Pmax＝ d×h 对于抗压强度为0.5×105Pa的尿素而言，其堆高为 h= Pmax= 5/9.8=10.34m 四、压缩机计算题 (1) 机组一段二氧化碳吸入量为28000NM3/H,如需控制CO2气体中O2的含量为0.3％，计算需加空气量？ 、解： 加空气量： EMBED Equation.3 (2) 在二氧化碳压缩机透平功率及各蒸汽参数（温度，压力）不变的情况下，试计算没减少1T/H注汽，抽气和复水量的变化？（高压蒸汽焓值：3380Kj/Kg、抽汽焓值：3100Kj/Kg、注汽焓值：2750Kj/Kg、乏汽焓值：2580Kj/Kg） 解： 因减少注汽所损失的功率由减少的抽气量对低压段做功来补充，设抽气量减少F吨/小时，则有： 1×（2750－2580）=F×（3100－2580） F=0.33吨/时 则复水减少1－0.33＝0.67吨/时 (3) 在二氧化碳压缩机透平功率及各蒸汽参数（温度，压力）不变的情况下，试计算注汽不变的情况下增加1T/H高压蒸汽，透平抽气和复水量如何变化？ 解： 由于增加了高压蒸汽，则高压段增加的功率应由低压段负荷减少来得到平衡，设复水量减少F吨/时,则有： F(3100-2580)=1×(3380-3100) F=0.54吨/时 则抽气增加1＋0.54＝1.54吨/时 (4) 二氧化碳压缩机四段参数如下，试计算四段轴功率（忽略机械损失）：入口：P1=8.3Mpa,T1=50℃,出口：P2=15.4Mpa, T2=110℃,流量27300NM3/h.。 解： m= hP= ＝1.38÷0.38×189×323×（ ＝41 KJ/㎏ P=41×27300÷22.4×44÷3600=610 KW (5) 算压缩机出口温度。入口：T1=30℃,P1=0.15Mpa,出口压力0.6Mpa，k=1.35。 解： T2=T1× =303×( ℃ (6) 100%负荷下二氧化碳压缩机一段入口温度为31℃，压力为0.15Mpa，二段入口温度为30℃，压力为0.55Mpa，求二段入口分离器每小时分离水量。 解： 查得31℃和30℃时，水的饱和蒸汽压力为：0.00433Mpa、0.00458Mpa。 则一段入口含湿量为： ㎏/㎏CO2 二段入口含湿量为： ㎏/㎏CO2 d=d1-d2=0.00756 ㎏/㎏CO2 Gw=55000×0.00756=416 ㎏ (7) 二氧化碳透平蒸汽消耗如下，试计算透平功率：主蒸汽53.5T/H,注汽7.3 T/H,抽气35 T/H，已知主蒸汽焓值3380KJ/Kg,注汽焓值2750 KJ/Kg，抽气焓值3100 KJ/Kg，乏汽焓值2580 KJ/Kg。 解： P= (8) 转速7900转时，压缩机功率为6400KW，估算转速8100转时，压缩机功率。 解： 因叶轮多变能量头与叶轮转速的平方成正比，则有： P=( )2×6400＝6728KW (9) 透平复水量为30T/H，温度50℃，乏汽压力12.5Kpa（饱和），复水器冷却水进口温度30℃，出口温度40℃，求冷却水消耗量？ 解： 查12.5Kpa饱和水蒸气焓值为2587Kj/Kg,50℃蒸汽冷凝液焓值为210Kj/Kg,则有： W= EMBED Equation.3 ＝1705吨/小时 (10) 二氧化碳压缩机高压缸型号为2bcl306/a,求透平8400转时高压缸牙轮到圆周线速度，增速箱增速比为1.456 解 C= m/s (11) 二氧化碳气体摩尔组成如下：CO2:98%、N2:1.3%、H2:0.4%、O2：0.3％,求气体平均分子量。 解 M= (12) 已知透平高压喷嘴蒸汽进口参数为：500℃，12.0Mpa,喷嘴出口蒸汽参数为：440℃，11.0Mpa,求喷嘴的理想出口速度。 解 查得喷嘴进气焓值为3350Kj/Kg,出气焓值为3196Kj/Kg,，根据理论公式，喷嘴出口速度为： C= ＝555m/s (13) 日产尿素1800吨，求二氧化碳压缩机的打量，CO2%:98. 解 根据尿素反应方程式：CO2+2NH3=CO(NH2)2+H2O有： FCO2= =28571NM3/H _1102487498.unknown _1102943949.unknown _1955091447.unknown _1955091737.unknown _1955157765.unknown _1955159552.unknown _1955159017.unknown _1955092517.unknown _1955091496.unknown _1102945148.unknown _1955091051.unknown _1102944011.unknown _1102488266.unknown _1102943519.unknown _1102943808.unknown _1102943036.unknown _1102487834.unknown _1102487904.unknown _1102487727.unknown _1101735928.unknown _1101745404.unknown _1102487370.unknown _1102487443.unknown _1101745907.unknown _1101746072.unknown _1101745500.unknown _1101744964.unknown _1101745080.unknown _1101744707.unknown _1101742707.unknown _1101726509.unknown _1101730233.unknown _1101735894.unknown _1101727233.unknown _1101723752.unknown _1101725639.unknown _1101723063.unknown