摘要 通过对尿素水分超标原因分析,认为尿素过度冷却,使尿素颗粒表面水汽分压低于空气中水汽分压,空气中水分向尿素转移,尿素在沸腾床上吸湿是造成尿素水分超标的主要原因。提出解决对策和操作中应注意的事项。
关键词 尿素 水分率 造粒塔通风量 水蒸汽分压
齐鲁石化公司第二化肥厂尿素产品为白色粒状尿素,含水量:设计值0•2%,保证值0•3%;缩二脲含量:设计值0•3%,保证值0•35%。生产能力48•75×104t/a,保证值48×104t/a。由于种种原因导致成品尿素含水量高,特别是夏秋季(7~10月)的多雨高温天气,由于空气的相对湿度大,使产品尿素的含水量达到0•5%~0•6%,严重超标。
1 影响因素分析
结合生产过程实际存在的问题与实际检测的结果,原因有以下几项:
1•1 设备方面原因
1)气流干燥器中热空气含水量高。即空气加热器翅片管内水蒸汽或冷凝液漏入输送空气
中。该换热器属翅片管式换热器,热源为0•7mpa饱和蒸汽和冷凝液,管程是饱和蒸汽和冷凝液,壳程为空气,热负荷0•95gj/h。由于质量原因,经常发生泄漏。
2)熔融器列管内蒸汽或冷凝液漏入熔融尿素中。该加热器属列管式,管程走0•7mpa饱和蒸汽,壳程走熔融尿素,热负荷2•6gj/h。由于尿素具有腐蚀性,该换热器列管曾多次发生泄漏。
3)离心机分离效果下降,使进入气流干燥器的粉状尿素水分含量高。
1•2 工艺方面的原因
气流干燥器温度低,加热风量小。特别是低负荷季节,由于蒸汽冷凝液小,使气流干燥器温度达不到设计指标(120℃),考虑到负荷低时,尿素量也少,因此对尿素含水量影响不大。
1•3 粒状尿素在沸腾床冷却
熔融尿素由喷头喷出时的136℃在下落过程中与空气逆流接触冷却到80℃(刚落到沸腾床),
在这一过程中由于尿素温度较高,相应的成粒过程中的尿素表面水的蒸汽压力较高,在此过程中一般不会从空气中吸收水分,即不存在空气向尿素传质现象。只有粒状尿素在沸腾床上过度冷却,即当尿素温度接近或等于环境温度时,此时若空气中的水蒸汽分压大于尿素表面水蒸汽分压时,尿素便从空气中吸收水分。
1)夏季空气湿度
当气温为35℃时,相对湿度80%,由空气t—h图可知:干空气湿含量为0•03kg/kg。由饱和
蒸汽表查得水在35℃时的蒸汽压ps=5•62kpa。雨季时因地面与空气中有液态水存在,此时空气中的水蒸汽达到饱和,即空气的相对湿度达到ω=pw/ps=1,干空气绝对湿含量为0•063kg/kg,湿度较大,为尿素从空气中吸湿提供了条件。
2)造粒塔通风量
熔融尿素经喷头喷出后,在结晶降落的过程中,放出的热量由进塔冷空气带走。进塔气温30℃,出塔气温75℃,产品温度45℃,熔融尿素温度136℃,满负荷时产量66•7t/h(因引风机带入
大气中的尿素量难以确定,在此忽略不计,忽略塔壁散热)。
式中:gu—喷头喷洒量,设计值66•7×103kg/h;
c1—熔融尿素比热,2•093kj/kg•℃;
δt1—熔融尿素降温温差,(136-132•6)℃。
②熔融尿素结晶放出的热量
q2=guh=1•67×107kj/h (2)
式中:h—熔融尿素结晶热,251kj/kg。
③固体尿素冷却放出的热量
q3=guc3δt3=1•09×107kj/h
式中:c3—固体尿素比热,1•86kj/kg•℃;
δt3—固体尿素冷却温差,(132•6-45)℃。
④空气移走的热量
根据热平衡原理,空气移走的热量等于尿素放出的热量。
qu=q1+q2+q3=2•8×107kj/h (4)
qu=gacaδta(5)
式中:ga—通风量,m3/h;
ca—空气比热,1•303kj/m3•℃
δta—空气进出塔温差,按设计条件时δta
=(75-30)℃。
ga=qu/(caδta)=477530m3/h (6)
满负荷生产时,冷却风量为477530m3/h。由于原料供应及尿素成本问题及市场不景气,近年
来尿素装置平均负荷在60%左右,实际生产时沸腾床上的颗粒尿素处于过度冷却状态。
3) 1999年尿素含水率统计(表1)
从表1可以看出,尿素含水量随着气候变化而变化。特别在雨季时,空气湿度大,水汽分压高,水向尿素表面转移,尿素吸收空气中的水分,造成尿素含水率偏高。雨季尿素水分超标原因是尿素过度冷却,颗粒表面水汽分压低于空气中的水汽分压,使空气中的水分向尿素转移,致使水分超标。尿素在沸腾床上吸湿是造成尿素水分超标的主要原因。
2 对策
a)设备方面的原因造成水分超标,可以利用停车时对设备修复或利用大修时更换。
b)工艺方面的原因造成水分超标,可增大加热蒸汽量或将0•7mpa蒸汽改为1•2mpa蒸汽,增
大温差,提高传热速率,使指标达到设计值。
c)雨季时尿素水分超标通过提高出塔尿素与环境的温差,使尿素表面水蒸汽分压高于空气中的水蒸汽分压,避免空气向尿素传质。
d)减少造粒塔通风量。当尿素装置负荷60%时,将冷却风量减到286518m3/h;负荷80%时,将冷却风量减到382024m3/h,根据负荷及空气湿度变化相应调整冷却风量。在空气相对湿度较高时,应保持出塔尿素温度高于周围环境温度25~30℃。使尿素包装时温度稍高于大气温度或者接近大气温度。
e)降低沸腾床出料口处的溢流堰高度。调整溢流堰的高度,可以调整尿素颗粒在沸腾床上的停留时间,也就是调整尿素的冷却程度。当吸潮较多时,可以调低溢流堰高度。
f)提高造粒塔沸腾床鼓风机出口空气的温度,即设置加热器,利用加热使空气焓值增加,相对湿度降低,减少尿素吸湿,但要增加投资。通过实验比较,简单易行,行之有效的办法是调整造粒塔的通风量。
3 结语
当尿素表面水蒸汽分压高于空气中的水蒸汽分压时,水分向空气中转移,即传热的同时进行传质,尿素产品中水分降低,过程是放湿,反之是吸湿。当空气中相对湿度大时,提高出塔尿素与环境的温差,防止尿素从空气中吸湿,即调整造粒塔通风量。尿素水分含量最佳为0•3%,如果太高则强度低,易碎裂,太低会造成尿素脱水而粉化。在调整尿素水分含量时,应同时考虑到对尿素的粒度、强度等的影响,综合提高尿素的内在质量。
|
