尿素装置水解系统的模拟与技术改进

摘要

尿素生产过程中,每吨尿素会产生约0.7吨的工艺冷凝水溶液,其中含有一定量的氨、二氧化碳和尿素,需要处理回收后方能排放。该工艺冷凝液由尿素水解系统处理,其中的尿素用高压蒸汽水解为水和二氧化碳,之后通过精馏得到浓缩后的氨、二氧化碳水溶液返回合成系统。水解系统要消耗大量蒸汽,因此其良好的运行工况对环境保护和尿素装置的节能减排均具有重要意义。
　　本文详细介绍了尿素水解系统各设备模拟计算所需要的数学模型,包括汽液平衡模型、汽液相物流的焓值计算模型、尿素水解动力学模型和复杂精馏塔模型。汽液平衡的核心是活度系数和液相真实物种组成的计算;物流焓值计算需要设定相同的标准态以及合理的变化途径以求取物流焓的相对值。因尿素水解系统中的物系为低浓度弱电解质体系,故尿素水解动力学采用适用于低浓度的模型。复杂精馏塔计算模型比较成熟,采用三对角矩阵泡点法,但水解过程中有化学反应,故应采用反应精馏塔的计算模型。
　　基于上述数学模型,用Fortran程序设计语言编程,完成了水解系统水解塔和解吸塔的严格模拟计算。计算结果与生产数据吻合较好,表明所用数学模型能够较好描述尿素水解系统。利用模拟程序,对蒸汽流量、操作压力等影响因素进行分析,提出了尿素水解系统了优化操作的调整方向。
　　最后对现有工艺提出了改进建议,并对改进工艺进行了模拟计算,结果表明改造后仍可达到良好的工艺和经济效果,证明了改造的可行性,并指出了塔型选择的方向,为设备改造打下一定基础。