我国大大小小的尿素生产装置已达几百套，其中生产能力在500kt／a及以上的大型装置有30套左右，尿素总产量已占氮肥总量的60％。随着我国加入世贸组织和国内天然气等原材料价格的持续上涨，尿素行业的竞争将日趋激烈。面对市场的巨大挑战和压力，改造尿素装置瓶颈、扩大生产能力，从而降低产品单耗成了我们急需解决的问题。 本文结合500kt／a尿素装置扩能改造任务，重点对其瓶颈工序蒸发系统进行分析研究和设计。 通过对尿素溶液在蒸发过程中热敏性质的详细分析，阐明了缩二脲生成、尿素水解反应和尿素分解反应等副反应的机理、反应速度和反应条件，发现副反应产物的生成量与蒸发温度和尿液的停留时间成递增关系。针对此热敏性质，并结合各种蒸发加热器型式的特性，选择了传热系数大、停留时间短的升膜式蒸发器作为蒸发尿液的加热器。 通过对Ur-H₂O体系平衡相图的分析发现，由于要穿越饱和溶液的结晶区，尿液从低浓度进料一次浓缩到熔融尿素是不可能的。且也不符合为减少副反应的影响对操作温度条件的要求。因此，确定尿液的蒸发，采用两段真空蒸发流程。进而由Ur-H₂O体系的平衡相图选择了适合尿液蒸发的两段真空蒸发工艺参数：一段蒸发工艺参数，温度130℃、压力32kPa（绝）（240mmHg），尿素浓度95％（质量％）；二段蒸发工艺参数，温度140℃、压力3.4kPa（绝）（25.5mmHg），尿素浓度为99.7%（质量%）。 通过对升膜式加热器传热过程的细致分析，从而确定了计算加热器传热过程的汽一液相热负荷计算模型、蒸汽冷凝液膜给热系数模型、尿液液膜给热系数模型和蒸发加热器计算方法。 在对比原设计负荷（1620此）的计算值和装置实际能力的基础上，检验了数学模型的可靠性，从而将选择的数学模型用于2000肉负荷的改造计算中，确定了蒸发加热器的改造方案。