Aspen Plus对尿素合成塔的流程模拟与分析

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Байду номын сангаас
３ ４・
中 氮 肥
第 １期
固
（ Ｃ Ｐ Ｉ Ｇ Ｄ Ｐ ） 、理 想气 体 标 准 生 成焓 （ Ｄ Ｈ Ｆ Ｏ Ｒ Ｍ） 、
Ｒ Ｋ — Ｕ Ｎ Ｉ Ｆ Ａ Ｃ方程 的参 数 （ Ｒ Ｋ Ｕ） 和 二 元 交 互 参
数 （ Ｒ Ｋ Ｕ Ｋ Ａ）等 。
２ ． ４ 物 料 数 据
在 收集 到 的物料 平衡 数据 中 ，一般 没有 甲铵
的数据 ，本 文 根 据 模 拟 需 要 和 实 际情 况 对 物 流 ２ ０ ５的组成 进行 了调 整 （ 实 际生 产 中氨 基 甲酸铵 的成分 无法 检ｉ 贝 ４ ，因此在工 艺 包 和生产 的物料 衡
温 云 。乔 洁 。位 朋
（ 河南心 连心化肥 有限公司 ，河南 新 乡 ４ ５ ３ ７ ０ ０ ）
［ 摘
要 ］利用 Ａ ｓ ｐ ｅ ｎ Ｐ ｌ ｕ ｓ 对国产化二氧化碳汽 提法尿 素装置 （ １ ４ ５ ０ ｔ ／ ｄ ） 中的尿 素合成 塔进行 了流
程模拟 ，在物料衡算数据中增加 了中间产物氨基 甲酸铵 的数据 ，并 编制 了合成 塔 内两步可 逆反应动 力学 的 用 户子程序 ，通过调整反应的动力学数据 ，得到 了相对较好 的模拟结果 ，同时也指 出了本模拟 的不足 之处 。
［ 收稿 日期 ］ ２ ０ １ ６ — ０ ７ ． １ ８
方法，该方法可用于极性和非极性组分以及高度 非理想混合物系 ，是代替活性系数模型处理非理 想混合物的物性方法 ，适用于高温高压系统 。
［ 作者简介］温 云（ １ ９ ７ ８ 一） ， 男， 河南新乡人， 工程师， 主要
从事 尿素和复合肥工艺技改和研发工作 。
Ａ ｓ ｐ ｅ ｎ Ｐ ｌ ｕ ｓ 模拟流程如图 １ 。尿素合成塔采
用平推流反应器模 型 Ｒ Ｐ ｌ ｕ ｇ ，采 用 混 合 器 Ｍｉ ｘ ｅ ｒ
甲铵脱水生成尿素的反应 ：
缩二 脲生 成反 应 ：
Ｎ Ｈ ２ Ｃ Ｏ Ｎ Ｈ Ｃ Ｏ Ｎ Ｈ ２ ＋ Ｎ Ｈ ３（ ３ ）
【 修稿 日期 ］ ２ ０ １ ６ ・ ７・ ０ ３ ０
拟¨ Ｊ ，但这些模型涉及到的计算量很大 ，不利 于对操作参数进行调整。Ａ ｓ ｐ ｅ ｎ Ｐ ｌ ｕ ｓ 是一款大型 通用流程模拟软件 ，具有完备的物性系统 、完整 的单 元操 作模 型库 以及 针对 不 同操作 条件 的物 性 计算方法 。本文借助 Ａ ｓ ｐ ｅ ｎ Ｐ ｌ ｕ ｓ 软件对国产化二 氧 化碳 汽提 法尿 素装 置 中的尿 素合成 塔进 行流 程 模拟，并对模拟结果进行简单的分析 。
第１ 期 ２ ０ １ ７年 １月
中 氮
肥
Ｎｏ ．１
Ｍ— Ｓ ｉ ｚ ｅ ｄ Ｎｉ ￣ ｏ ｇ ｅ ｎ ｏ ｕ ｓ Ｆ ｅ ｒ ｔ ｉ ｌ ｉ ｚ ｅ ｒ Ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ｅ ｓ ｓ
Ｊ ａ ｎ ．２ ０ １ ７
Ａｓ ｐ ｅ ｎ Ｐ ｌ ｕ ｓ 对 尿 素合 成 塔 的流 程模 拟 与分 析
口物流 ２ ０ ３和 ２ ０ ７ 分别为从尿素合成塔流出的气
相 产物 和液 相产 物 。
铵）和少量氮气 、氧气 和氢气等 ，主要 的化 学 反应 如下 。
甲铵 生成 反应 ：
２ Ｎ Ｈ ３ ＋Ｃ Ｏ ２ 一 Ｎ Ｈ ２ Ｃ Ｏ Ｏ Ｎ Ｈ ４ － ２ Ｎ Ｈ ２ Ｃ Ｏ Ｎ Ｈ ２ Ｉ Ｎ Ｈ ２ Ｃ Ｏ Ｏ Ｎ Ｈ ４ Ｎ Ｈ ２ Ｃ Ｏ Ｎ Ｈ２ ＋Ｈ２ ０ （ １ ） （ ２ ）
０ 引 言
其 中，缩二脲在合成塔中的生成量较少 ，要
实现 缩二脲 的模 拟 比较 困难 ，本模 拟暂 不考 虑反
应 （ ３ ） 的影 响 。
尿素合成塔是尿素生产 中的关键设备之一 ， 对其进行模拟能够加深对尿素生产过程 的理解 ， 通 过对 模 拟数据 的分 析 ，有助 于对设 备 和工 艺操 作参数进行 优化调整 ，达 到提高尿素合成 转化 率 、增 产 降耗 的 目的 。有研 究 人员利 用 热力学 和
动 力学模 型 编制模 拟 程序对 尿 素合成 塔进 行 了模
反应 （ １ ） 和反 应 （ ２ ） 都 是 可 逆 反 应 ，其 中 ，反应 （ １ ） 是 强 放 热 反 应 ，反 应 速 度 很 快 ， 几 乎在 瞬 间 即可达 到化 学平 衡 ；反应 （ ２ ） 是 微 吸热反应 ，反应速 度较 慢 ，是尿 素合 成反 应 的
软件中对尿素 高压圈 的模拟实 例Ｌ ４ 为依据 ，物 料数据采用我公司国产化二氧化碳汽提法尿素装 置 （ １ ４ ５ ０ ｔ ／ ｄ ）的物料衡算数据。
２ ． １ 流程设 计
尿 素合 成塔 进 口物流 ２ ０ ２和 ２ ０ ５分别 为从 高 压 甲铵冷 凝 器 内流 出的气相 物 流和液 相物 流 ，出
将进 口物流 ２ ０ ２和 ２ ０ ５混合 得到 Ｍ Ｉ Ｘ Ｉ Ｎ物 流送 人合成塔 ，采用分 离器 Ｆ ｌ ａ ｓ ｈ ２将合成塔 出 口物 流 ＭＩ Ｘ Ｏ Ｕ Ｔ分离得 到 反应产 物 ２ ０ ３和 ２ ０ ７物 流 。
２ ． ２ 物 性 方 法
采用 基 于 Ｒ Ｋ Ｓ扩 展 方 程 的 Ｓ Ｐ — Ｐ Ｌ Ｏ Ａ Ｒ物 性
［ 关键词 ］ 尿素合成塔 ； 流程模拟 ； Ａ ｓ ｐ ｅ ｎ Ｐ ｌ ｕ ｓ ； 模 拟结果 ； 误 差分析 ［ 中图分类号 ］ Ｔ Ｑ ４ ４ １ ． ４ １ ［ 文献标 志码 ］Ｂ ［ 文章编号 ］ １ ０ ０ ４— ９ ９ ３ ２ （ ２ ０ １ ７ ） ０ １ — ０ ０ ３ ３ — ０ ３
１ 尿素 合成 反应 简介 尿素 合成 塔 中 涉及 的物 质 有 氨 、二 氧化 碳 、 尿 素 、缩 二 脲 、水 、 中 间产 物 氨 基 甲酸 铵 （ 甲
控制步骤 。这两个反应都 必须在高温 高压下进 行 ，物 系处 于液 相状 态 。
２ 流 程模 拟
本 文对 尿素合 成 塔 的模 拟 主 要 以 Ａ ｓ ｐ ｅ ｎ Ｐ ｌ ｕ ｓ