尿素生產(chǎn)精品課件

1、關(guān)于尿素的生產(chǎn)第一張，PPT共五十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第一節(jié) 概述尿素的性質(zhì)尿素的用途尿素的生產(chǎn)方法尿素的生產(chǎn)原料第二張，PPT共五十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月一、尿素的性質(zhì)物理性質(zhì) 顏色：純凈的尿素為無(wú)色、無(wú)味、無(wú)臭的針狀或棱柱狀結(jié)晶體，含氮量為466，工業(yè)尿素因含有雜質(zhì)而呈白色或淺黃色。 熔點(diǎn)：常壓下為1326 吸濕性：較易吸濕，其吸濕性次于硝酸銨而大于硫酸銨 溶解性：尿素易溶于水和液氨，其溶解度隨溫度升高而增大尿素還能溶于一些有機(jī)溶劑，如甲醇、苯等。第三張，PPT共五十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月一、尿素的性質(zhì)化學(xué)性質(zhì) 1.高溫下可以進(jìn)行縮合反應(yīng)，生成縮二脲、縮三脲和三聚氰酸 2.尿

2、素在強(qiáng)酸性溶液中呈弱堿性，能與酸作用生成鹽 與硝酸作用：硝酸尿素CO(NH2)2HNO3 微溶于水 與磷酸作用：磷酸尿素CO(NH2)2H3PO4 易溶于水 與硫酸作用：硫酸尿素CO(NH2)2H2SO4 易溶于水第四張，PPT共五十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月氰酸結(jié)構(gòu)組成：HOCN（正氰酸） HNCO（異氰酸） 有（正）氰酸和異氰酸兩種。注意與雷酸（H-O-N=C:）區(qū)別開(kāi)來(lái)。氰酸的游離酸是正氰酸與異氰酸二者的混合物，未曾分離開(kāi)。氰酸是有揮發(fā)性和腐蝕性的液體。有強(qiáng)烈的乙酸氣味。密度1.14。沸點(diǎn)23.6。在水溶液中顯示極強(qiáng)酸性。性不穩(wěn)定，容易聚合。水解時(shí)生成氨和二氧化碳。 與醇類作用時(shí)生成氨基

3、甲酸酯。（正）氰酸酯ROCN 易聚合，并易水解，很難得到純態(tài)物。異氰酸酯RNCO或OCNRNCO，一般是帶有不愉快氣味的液體。氰酸可由氰尿酸經(jīng)加熱分解而制得。 維勒測(cè)定了氰酸的化學(xué)成分，指出它是由碳、氮、氫、氧4種元素組成的。氰酸三聚生成氰尿酸（三聚氰酸，即2,4,6-三羥基-1,3,5-三嗪）。 三聚氰酸可能會(huì)導(dǎo)致腎結(jié)石。 尿素以氨氣為載體，硅膠為催化劑，在380-400溫度下沸騰反應(yīng)，先分解生成氰酸，并進(jìn)一步縮合生成三聚氰胺。 6 (NH2)2CO C3H6N6 + 6 NH3 + 3 CO2 如果人遭到氰酸中毒，口中會(huì)有杏仁的味道第五張，PPT共五十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月一、尿素的性

4、質(zhì)化學(xué)性質(zhì) 3. 尿素與鹽類作用生成絡(luò)合物：如尿素與磷酸一鈣作用（磷酸二氫鈣）時(shí)生成磷酸尿素CO(NH2)2H3PO4配合物和磷酸氫鈣CaHPO4即： Ca(H2PO4)2H2O十CO(NH2)2CO(NH2)2H3PO4十CaHPO4十H2O 4. 尿素與直鏈有機(jī)化合物作用也能生成絡(luò)合物：如尿素與甲醛反應(yīng)生成甲基尿素；與甲醛進(jìn)行縮合作用生成尿醛樹(shù)脂，與醇類作用生成尿烷等。 尿素能與酸或鹽相互作用的這一性質(zhì)，常被應(yīng)用于復(fù)混肥料生產(chǎn)中 第六張，PPT共五十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月二、尿素的用途用作肥料 尿素是目前使用的固體氮肥含氮量最高的化肥，其含氮量為硝酸銨的13倍，氯化銨的18倍，硫酸銨的

5、22倍，碳酸氫銨的26倍。 尿素屬中性速效肥料，長(zhǎng)期施用不會(huì)使土壤發(fā)生板結(jié)。其分解釋放出的CO2也可被作物吸收，促進(jìn)植物的光合作用。在土壤中，尿素能增進(jìn)磷、鉀、鎂和鈣的有效性，且施入土壤后無(wú)殘存廢物。用作工業(yè)原料 在有機(jī)合成工業(yè)中，尿素可用來(lái)制取高聚物合成材料，尿素甲醛樹(shù)脂可用于生產(chǎn)塑料，漆料和膠合劑等；在醫(yī)藥工業(yè)中，尿素可作為生產(chǎn)利尿劑、鎮(zhèn)靜劑、止痛劑等的原料。此外，在石油、紡織、纖維素、造紙、炸藥、制革、染料和選礦等生產(chǎn)中也都需用尿素。用作飼料 尿素可用作牛、羊等動(dòng)物的輔助飼料，動(dòng)物胃中的微生物將尿素的胺態(tài)氮轉(zhuǎn)變?yōu)榈鞍踪|(zhì)，使肉、奶增產(chǎn)。但作為飼料的尿素規(guī)格和用法有特殊要求，不能亂用。第七張

6、，PPT共五十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月尿醛樹(shù)脂（A1粉）生產(chǎn)的仿瓷餐具，高溫水解釋放出甲醛、尿素第八張，PPT共五十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月三、尿素的生產(chǎn)方法（一）發(fā)展過(guò)程1773年魯愛(ài)爾(Rouelle)于在蒸發(fā)人尿時(shí)發(fā)現(xiàn)這種晶體物質(zhì)1828年佛勒（Whler）在實(shí)驗(yàn)室首先用氨和氰酸合成了尿素： HCON十NH3CO(NH2)2 1868年巴扎羅夫(Bhsapos)提出高壓下加熱氨基甲酸銨（甲銨）脫水生成尿素的方法。 1922年首先在德國(guó)法本公司奧堡工廠實(shí)現(xiàn)了以NH3和CO2直接合成尿素的工業(yè)化生產(chǎn)，奠定了現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尿素的基礎(chǔ)。2NH3十CO2CO(NH2)2十H2O HO 該反應(yīng)特點(diǎn)

7、：放熱、可逆。轉(zhuǎn)化率50-70%。生產(chǎn)法分類（根據(jù)產(chǎn)物的循環(huán)利用程度）：不循環(huán)法、半循環(huán)法和全循環(huán)法三種 。全循環(huán)法在工業(yè)上獲得普遍采用 第九張，PPT共五十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月三、尿素的生產(chǎn)方法（二）全循環(huán)法1.全循環(huán)法的步驟氨和二氧化碳原料的供應(yīng)及凈化；氨和二氧化碳合成尿素：未反應(yīng)物的分離與回收；尿素溶液的加工。2.全循環(huán)法的分類：熱氣循環(huán)法、氣體分離（選擇性吸收）循環(huán)法、漿液循環(huán)法、水溶液全循環(huán)法、氣提法和等壓循環(huán)法等。 尿素溶液第十張，PPT共五十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月三、尿素的生產(chǎn)方法水溶液全循環(huán)法將未反應(yīng)的氨和二氧化碳用水吸收生成氨基甲酸氨或碳酸銨水溶液再循環(huán)返回合成系統(tǒng)

8、。 添加水量較多：即H2OCO2摩爾比近于1者，稱為碳酸銨鹽水溶液全循環(huán)法； 添加水量較少：基本上以甲銨溶液返回系統(tǒng)，稱為甲銨溶液全循環(huán)法。 氣提法利用某一介質(zhì)在與合成等壓的條件下分解甲銨并將分解物返回系統(tǒng)使用的一種方法。 按氣提介質(zhì)的不同又可分為：二氧化碳?xì)馓岱?、氨氣提法、變換氣氣提法 氣提法是全循環(huán)法的發(fā)展，具有熱量回收完全、低壓氨和二氧化碳處理量較少的優(yōu)點(diǎn)。此外，在簡(jiǎn)化流程、熱能回收、延長(zhǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)周期和減少生產(chǎn)費(fèi)用等方面也都優(yōu)于水溶液全循環(huán)法，是尿素生產(chǎn)發(fā)展的一種方向。 第十一張，PPT共五十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月四、尿素生產(chǎn)的原料 對(duì)原料液氨的要求：其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：氨995，水05，油1

9、0 mg/kg。對(duì)原料二氧化碳?xì)獾囊鬄椋篊O2含量985(體積分?jǐn)?shù)，干基)，H2S含量15mgm3。第十二張，PPT共五十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第二節(jié) 尿素合成的生產(chǎn)方法尿素的合成工藝條件的選擇尿素合成工藝流程尿素溶液的蒸發(fā)和造粒第十三張，PPT共五十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月液氨和二氧化碳直接合成尿素的總反應(yīng)為：2NH3(l)十CO2(g) CO(NH2)2(l)十H2O(1) H-103.7kJ/mol可逆、放熱、體積減小的反應(yīng) 第一步：液氨和二氧化碳反應(yīng)生成（氨基甲酸氨），故稱為甲銨生成反應(yīng)該步反應(yīng)特點(diǎn)：可逆、體積縮小、強(qiáng)放熱反應(yīng)。在一定條件下，此反應(yīng)速率很快，容易達(dá)到平衡。二氧化

10、碳的平衡轉(zhuǎn)化率很高 2NH3(1)十CO2(g) NH4COONH2(l) H-119.2kJ/mo1 第二步：液態(tài)甲銨脫水生成尿素，稱為甲銨脫水反應(yīng)NH4COONH2(1) CO(NH2)2(1)十H2O(1) H15.5kJ/mol 此步反應(yīng)特點(diǎn)：可逆、微吸熱、平衡轉(zhuǎn)化率不是很高，一般為50%-70%。速率較緩慢，是尿素合成中的控制反應(yīng)。一、尿素的合成（一）基本原理第十四張，PPT共五十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1.平衡轉(zhuǎn)化率尿素的轉(zhuǎn)化率作為衡量尿素合成反應(yīng)進(jìn)程的量度。生產(chǎn)中通常是以二氧化碳為基準(zhǔn)來(lái)定義尿素的轉(zhuǎn)化率，即：（合成反應(yīng)體系為多組分多相的復(fù)雜混合體系，且偏離理想溶液很大，故其平衡

11、轉(zhuǎn)化率很難用平衡方程式和平衡常數(shù)準(zhǔn)確計(jì)算）通常采用簡(jiǎn)化法或經(jīng)驗(yàn)公式法來(lái)計(jì)算，有時(shí)采用實(shí)測(cè)值。 （1）弗里扎克法 1948年意大利弗田扎克發(fā)表了計(jì)算平衡轉(zhuǎn)化率的公式和算圖（2）馬羅維克法美國(guó)人馬羅維克(Mavrovic)根據(jù)大型尿素合成塔連續(xù)操作測(cè)得的數(shù)據(jù)，對(duì)平衡常數(shù)K值作了修正，并給出了一種求取平衡轉(zhuǎn)化率的算圖一、尿素的合成（二）合成反應(yīng)的化學(xué)平衡第十五張，PPT共五十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2.最高平衡轉(zhuǎn)化率 （見(jiàn)下頁(yè)圖） 早期的研究認(rèn)為：只要操作壓力足夠高(高于甲銨的分解壓力)，則反應(yīng)溫度越高， 平衡轉(zhuǎn)化率越大。 以后的研究證明：當(dāng)溫度升高到某一數(shù)值時(shí)，平衡轉(zhuǎn)化率出現(xiàn)最大極限值以后，若繼

12、續(xù)升高溫度，其平衡轉(zhuǎn)化率反而下降。出現(xiàn)最高平衡轉(zhuǎn)化率的這種現(xiàn)象是與壓力無(wú)關(guān)的。 存在最高平衡轉(zhuǎn)化率的原因 ：當(dāng)溫度升高時(shí)，一方面液相中甲銨脫水轉(zhuǎn)化為尿素的數(shù)量增加；另一方面液相中的甲銨越來(lái)越多地分解為游離氨和二氧化碳，即反應(yīng)向甲銨生成的逆向移動(dòng)，致使液相中甲銨不斷減少。這兩個(gè)趨向相反的過(guò)程就導(dǎo)致了在某一溫度下出現(xiàn)最高平衡轉(zhuǎn)化率。 一、尿素的合成（二）合成反應(yīng)的化學(xué)平衡第十六張，PPT共五十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月存在最高平衡轉(zhuǎn)化率的原因？第十七張，PPT共五十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月二、工藝條件的選擇反應(yīng)溫度氨碳比水碳比操作壓力物料停留時(shí)間惰性氣體的影響第十八張，PPT共五十五頁(yè)，創(chuàng)作于2

13、022年6月二、工藝條件的選擇1. 反應(yīng)溫度的選擇在一定的溫度范圍內(nèi)，提高溫度，不但可以加快甲銨的脫水速度且有利于提高平衡轉(zhuǎn)化率。溫度過(guò)高會(huì)帶來(lái)不良影響：平衡轉(zhuǎn)化率下降（？）；尿素水解縮合等副反應(yīng)加?。缓铣上到y(tǒng)平衡壓力增加而使壓力相應(yīng)提高，壓縮功耗增大；合成溶液對(duì)設(shè)備的腐蝕加劇，因而對(duì)材料的性能要求提高。綜合考慮：合成塔上部185200合成塔下部等于或略低于操作壓力下物系平衡溫度第十九張，PPT共五十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月二、工藝條件的選擇2.氨碳比 ：原始反應(yīng)物料中NH3CO2的摩爾比，常用符號(hào)a表示 工業(yè)上采用氨過(guò)量操作，即氨碳比必須（大于2）。例：CO2氣提法尿素生產(chǎn)流程中氨碳比選擇

14、在282.9 ；一般水溶液全循環(huán)法氨碳比選擇在4左右，過(guò)量氨優(yōu)點(diǎn)：提高尿素轉(zhuǎn)化率；能與脫出的H2O結(jié)合成NH4OH ，加快甲銨的脫水速度 ，降低甲銨脫水反應(yīng)的逆反應(yīng)速率；有利于合成塔內(nèi)自熱平衡，使尿素合成能在適宜的溫度下進(jìn)行；抑制甲氨水解和尿素縮合反應(yīng)的進(jìn)行，從而提高轉(zhuǎn)化率（？）；使體系在同一溫度下加快反應(yīng)速度，從而減輕溶液對(duì)設(shè)備的腐蝕，對(duì)提高尿素的產(chǎn)量和質(zhì)量均為有利 ； 第二十張，PPT共五十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2.氨碳比 ：氨碳過(guò)高的缺點(diǎn)：過(guò)高的氨碳比導(dǎo)致氨轉(zhuǎn)化率降低，大量氨在過(guò)程中循環(huán)，增加回收設(shè)備的負(fù)荷，使能耗增大。圖5-8：a45時(shí)，繼續(xù)增大a對(duì)尿素轉(zhuǎn)化率的作用已不顯著，過(guò)高的

15、氨碳比還會(huì)使合成物系的平衡壓力提高，而使操作壓力增大，壓縮原料功耗增加，對(duì)設(shè)備材料要求相應(yīng)提高。 圖4-9：ab連線即為不同溫度下的最低平衡壓力值的連線。如果選擇該范圍的NH3CO2比,則采用較低的操作壓力就可以達(dá)到較高的反應(yīng)溫度，并使NH3和CO2充分地轉(zhuǎn)移到液相中去。最佳氨碳比大致在2.84.2范圍內(nèi)。第二十一張，PPT共五十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月二、工藝條件的選擇 3水碳比 指合成塔進(jìn)料中H2OCO2的摩爾比，常用符號(hào)b來(lái)表示 水的來(lái)源 ：一是尿素合成反應(yīng)的產(chǎn)物，二是現(xiàn)有各種水溶液全循環(huán)法中，一定量的水會(huì)隨同未反應(yīng)的NH3和CO2返回合成塔中 。 水量增加，將導(dǎo)致尿素平衡轉(zhuǎn)化率下降。

16、水碳比增加，返回水量也增加使得尿素平衡轉(zhuǎn)化率下降，并造成惡性循環(huán)。 水的存在，有利于提高反應(yīng)物系液相的沸點(diǎn)，特別是在反應(yīng)開(kāi)始時(shí)能加快反應(yīng)速率，但從總體上，通過(guò)提高水碳比加快反應(yīng)速率利少弊多。 在工業(yè)生產(chǎn)中，總是力求控制水碳比降低到最低限度，以提高轉(zhuǎn)化率。 水溶液全循環(huán)法中，水碳比一般控制在07 1.2 ；CO2氣提法中，氣提分解氣在高壓下冷凝，返回合成塔系統(tǒng)的水量較少，因此水碳比一般在0304之間。第二十二張，PPT共五十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月二、工藝條件的選擇 4操作壓力 從尿素合成總反應(yīng)特點(diǎn)知尿素轉(zhuǎn)化率隨壓力增加而增大。 壓力過(guò)高，壓縮的動(dòng)力消耗增大，生產(chǎn)成本提高，同時(shí)，高壓下甲銨對(duì)設(shè)

17、備的腐蝕也加劇。 在一定溫度和物料比的情況下，合成物系有一個(gè)平衡壓力，工業(yè)生產(chǎn)的操作壓力一定要高于物系的平衡壓力，高13Mp。以保證物系基本以液相狀態(tài)存在，這樣才有利于甲銨的脫水反應(yīng)，有利氣相NH3和CO2轉(zhuǎn)移至液相。 從經(jīng)濟(jì)角度考慮，尿素生產(chǎn)選取某一溫度下有一平衡壓力最低的氨碳比。（如圖4-9）。第二十三張，PPT共五十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月二、工藝條件的選擇5.反應(yīng)時(shí)間 尿素合成反應(yīng)時(shí)間主要是指甲銨脫水生成尿素反應(yīng)時(shí)間。 由圖可以看出，尿素反應(yīng)時(shí)間在40min之內(nèi)，停留時(shí)間對(duì)轉(zhuǎn)化率有明顯的影響，反應(yīng)時(shí)間太短，轉(zhuǎn)化率明顯下降。但物料停留時(shí)間超過(guò)1h，轉(zhuǎn)化率幾乎不再變化。 反應(yīng)溫度為180

18、190的裝置，一般反應(yīng)時(shí)間為4060 min，其轉(zhuǎn)化率可達(dá)平衡轉(zhuǎn)化率的9095。 反應(yīng)溫度為200或更高一些的裝置，反應(yīng)時(shí)間一般為30min左右，其轉(zhuǎn)化率也接近平衡轉(zhuǎn)化率。第二十四張，PPT共五十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月6.惰性氣體含量的影響惰性氣體：不參與反應(yīng)的氣體：氫氣、氮?dú)?、空氣惰性氣體存在：氨廠來(lái)的CO2原料氣中影響：降低CO2原料氣濃度使反應(yīng)物系存在氣相，為一些NH3和CO2逸入氣相創(chuàng)造條件，從而降低轉(zhuǎn)化率占據(jù)合成塔有效容積，使物料停留時(shí)間減少，從而使轉(zhuǎn)化率下降要求：CO2純度大于98.5%第二十五張，PPT共五十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月三、尿素合成工藝流程（一）水溶液全循環(huán)法合

19、成段流程（二）氣提法流程（見(jiàn)未反應(yīng)物的分離與回收，與其合并）第二十六張，PPT共五十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月水溶液全循環(huán)法合成段工藝流程第二十七張，PPT共五十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月8中90%的CO2與NH3反應(yīng)被轉(zhuǎn)化為甲胺+循環(huán)來(lái)的甲胺溶液9中剩余的CO2被轉(zhuǎn)化成甲胺，同時(shí)甲胺脫水生成尿素3包括原料室和回流室氧氣：防腐蝕作用第二十八張，PPT共五十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月四、未反應(yīng)物的分離與回收從尿素合成塔排出的物料：尿素、水，未轉(zhuǎn)化甲銨、過(guò)量氨、二氧化碳、少量的惰性氣體。分離回收的原則：未轉(zhuǎn)化物料完全回收并盡量減少水分含量，盡量減少副反應(yīng)的發(fā)生分離與回收的方法：減壓加熱法、氣提法第

20、二十九張，PPT共五十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（一）減壓加熱法1.分離與回收的基本原理(1)分離原理 在一定的條件下，甲銨可以分解為氨和二氧化碳，其反應(yīng)式為： NH4COONH2 = 2NH3十CO2 HO分解反應(yīng)特點(diǎn)：可逆、吸熱、體積增大的反應(yīng)，降低壓力或提高溫度對(duì)甲銨的分解是有利的。溶液中游離NH3和CO2的溶解度也隨溫度升高、壓力降低而減小，故對(duì)NH3和CO2的解吸也是有利的。溫度對(duì)分離的影響：采用高溫對(duì)分解和解吸有利；但副反應(yīng)和腐蝕加重，過(guò)高的分解溫度是不可行。壓力對(duì)分離的影響：采用低壓有利于分解和解吸徹底，但如果合成反應(yīng)液的分解過(guò)程始終在最低的壓力下進(jìn)行，則回收工序回收低壓力的NH

21、3和CO2混合氣體再送回合成工序，必然耗費(fèi)很多升壓的機(jī)械能，還要添加大量的水才能將分解出來(lái)的NH3和CO2回收下來(lái)，而這將導(dǎo)致合成工序水碳比過(guò)大，轉(zhuǎn)化率下降。此外，在低壓下回收NH3與CO2時(shí)，由于其溫度低，放出的熱量也不好利用。工業(yè)采用多段減壓加熱分解、多段冷凝吸收的方法。解決了上述矛盾，保證未轉(zhuǎn)化物全部分解和回收。水溶液全循環(huán)法一般采用中、低壓兩段分解和二段吸收的方法。 第三十張，PPT共五十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月水溶液全循環(huán)法兩段減壓分解過(guò)程：第一步將尿素熔融物減壓到17MPa左右，并加熱到約160，使之第一次分解，稱為中壓分解。第二步再減壓到03MPa并加熱到約147使之第二次分解

22、，稱為低壓分解。在中經(jīng)過(guò)兩次降壓分解后，甲銨的分解率已達(dá)97以上過(guò)量氨的蒸出率可達(dá)98以上。殘余部分再進(jìn)入蒸發(fā)系統(tǒng)減壓蒸發(fā)使殘余的氨和二氧化碳全部分解。第三十一張，PPT共五十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 (2)回收原理 熔融尿液中甲銨分解出來(lái)的NH3和CO2 ，必須通過(guò)吸收設(shè)備將其冷凝吸收，然后將吸收的濃甲銨液和液氨分別用泵送回合成塔中繼續(xù)使用。把NH3和CO2回收為稀甲銨液和濃甲銨液的過(guò)程中的反應(yīng)為：NH3+H2O = NH3H2O H0 2NH3+CO2 = NH2COONH4 H0 反應(yīng)特點(diǎn)：可逆、放熱、體積縮小反應(yīng)，提高壓力和降低溫度對(duì)反應(yīng)有利。水溶液全循環(huán)法兩段減壓吸收過(guò)程：是分解的

23、逆過(guò)程，由于分解過(guò)程是多段的順流操作，所以吸收過(guò)程采用多段的逆流操作。先在低壓吸收塔中用含NH3 、 CO2較少的稀氨水與含NH3 、 CO2較少的氣體（低壓分解出來(lái)的）接觸吸收成稀甲銨液，然后在中壓吸收塔中再用稀甲銨液去吸收含氨、二氧化碳濃度較高的氣體(中壓分解出來(lái)的)，制得濃甲銨液返回合成塔。逆流操作的優(yōu)點(diǎn)：返回合成系統(tǒng)水量少，吸收率高，吸收設(shè)備的生產(chǎn)能力較大。第三十二張，PPT共五十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 2分離與回收的工藝條件 (1)溫度的選擇 分解溫度的選擇。 水溶液全循環(huán)法 ：中壓分解溫度一般控制在160左右。低壓分解溫度，一般控制在147左右。 吸收溫度的選擇。 中壓吸收塔底

24、部溫度一般控制在9095 低壓吸收過(guò)程 ，一般低壓吸收溫度選為40左右。（2）壓力的選擇 中壓分解壓力一般選用17MPa。低壓分解的壓力控制在03MPa左右。 (3)中壓吸收溶液H2O/CO2的選擇 一般選擇吸收液的H2O/CO2為18左右 第三十三張，PPT共五十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 3分離與回收的工藝流程第三十四張，PPT共五十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（二）氣提法 概念：氣提就是利用一種氣體通入尿素合成塔出口溶液中，降低氣相中NH3或CO2的分壓，從而促使液相甲銨分解和過(guò)剩氨的解吸。因而氣提氣可以為氨，二氧化碳或其他情性氣體。 分類：用氨氣提叫氨氣提法，用二氧化碳?xì)馓峤卸趸細(xì)馓?/p>

25、法，用合成氨的變換氣或合成氣氣提，統(tǒng)稱為聯(lián)尿法。 從世界范圍來(lái)看，NH3氣提法發(fā)展迅速，但從國(guó)內(nèi)來(lái)看，CO2氣提法應(yīng)用較多，主要介紹CO2氣提法。第三十五張，PPT共五十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月(二)氣提法1.氣提法分解甲銨的基本原理NH4COONH2(1)= 2NH3(g)+ CO2(g) HO反應(yīng)特點(diǎn)：吸熱、體積增大、可逆反應(yīng)平衡向右移動(dòng)的條件：供給足夠的熱量，降低氣相中NH3與CO2中某一組分分壓,達(dá)到分解甲銨的目的氣提法：在保持合成塔等壓的條件下，在供熱的同時(shí)，采用降低氣相中NH3或CO2一組分(或NH3與CO2都降低)分壓的辦法來(lái)分解甲銨的過(guò)程。第三十六張，PPT共五十五頁(yè)，創(chuàng)作于

26、2022年6月(二)氣提法1.氣提法分解甲銨的基本原理平衡常數(shù): Kpp*2NH3.p*CO2. 如果平衡總壓為p：Kpp*2NH3p*CO2(pyNH3)2(pyCO2)p3y2NH3yCO2 當(dāng)氣相中NH3/CO22(即純甲銨分解)時(shí)，若甲銨的離解壓力為ps，則NH3的分壓為2/3 ps，CO2的分壓為1/3ps 故：Kpp*2NH3p*CO2(2/3 ps)2(1/3 ps)4/27 ps 3 等溫條件下，平衡總壓與分解壓力關(guān)系：第三十七張，PPT共五十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月(二)氣提法1.氣提法分解甲銨的基本原理由式可知，當(dāng)用純的CO2或NH3氣提時(shí)，取任何操作壓力都小于總壓，都能

27、使甲胺分解。純甲銨在一定溫度下的離解壓力ps是個(gè)常數(shù)。在一定溫度下，當(dāng)操作壓力小于平衡總壓p時(shí)，則甲銨完全分解。由上式知，當(dāng)用純CO2(或純NH3)氣提時(shí)， yCO2 (或yNH3)近似為1，相反yNH3或（yCO2）的數(shù)值趨近于0，故不論用純CO2或純NH3氣提時(shí)，都能使p值無(wú)窮大。CO2 氣提原理：CO2與NH3作用生成銨鹽而溶解于固相中，現(xiàn)在隨著液相中NH3濃度減少，CO2溶解度也就隨之減小，因而尿液中的CO2一定能逸出，故氣提劑CO2先溶解后驅(qū)出。這就是用CO2氣提不僅能逐出溶液中NH3而且還能逐出溶液中CO2的緣故。第三十八張，PPT共五十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月(二)氣提法2.氣

28、提循環(huán)的工藝條件 (1)溫度 溫度高有利于氣提：甲銨的分解反應(yīng)、過(guò)量NH3及游離CO2的解吸都是大量吸熱的過(guò)程。在設(shè)備材料允許的情況下，應(yīng)盡量提高氣提操作溫度。 溫度不能過(guò)高：否則腐蝕嚴(yán)重，同時(shí)加劇副反應(yīng)的發(fā)生，這將影響尿素的產(chǎn)量和質(zhì)量。 工業(yè)生產(chǎn)中使用溫度：氣提塔操作溫度一般選為190左右。通常用21MPa的蒸汽加熱，以維持塔內(nèi)溫度。 (2)壓力 較低的操作壓力有利于甲銨的分解和過(guò)量氨的解吸，。 實(shí)際生產(chǎn)中CO2氣提操作采用與合成操作等壓的條件進(jìn)行的，既利于熱量的回收，又能降低冷卻水和能量消耗。如果采用較低的壓力，會(huì)使尿素合成率降低，從而增大NH3和CO2的循環(huán)量，同時(shí)還會(huì)使氣提后氣體中水含

29、量增加，使返回甲銨液濃度降低，影響合成率。 第三十九張，PPT共五十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月(二)氣提法2.氣提循環(huán)的工藝條件(3)液氣比 是指進(jìn)入氣提塔的尿素熔融物與CO2的質(zhì)量比。 由尿素合成反應(yīng)本身的加料組成確定的，不可以任意改變。從理論上計(jì)算，氣提塔中的液氣比為387，生產(chǎn)上通常控制在4左右。 液氣比太高：氣提效率顯著下降； 液氣比太低：易形成干管。造成氣提管缺氧而嚴(yán)重腐蝕。在生產(chǎn)上，除了控制氣提塔總的液氣比外，還要嚴(yán)格要求氣提塔中的液氣均勻分布。 (4)停留時(shí)間 停留時(shí)間太短：甲銨和過(guò)量氨來(lái)不及分解，達(dá)不到氣提的要求； 停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)：氣提塔生產(chǎn)強(qiáng)度降低，同時(shí)副反應(yīng)加劇，影響產(chǎn)品產(chǎn)量

30、和質(zhì)量。 一般氣提塔內(nèi)尿液停留時(shí)間以l min為宜。第四十張，PPT共五十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第四十一張，PPT共五十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（1）1(尿素合成塔)底部尿液183度2頂部（汽提塔）（CO2氣提，2.1Mp蒸汽加熱） 自動(dòng)減壓閥（鉀氨進(jìn)一步分解、 CO2 解吸，107度）3上段（精餾塔） 4循環(huán)加熱器（加熱至135度）3下段（精餾塔）減壓真空蒸發(fā)系統(tǒng)（2）2（氣提塔）頂部氣體（NH340%,CO260%）5(高壓冷凝器)+原料液氨+回收鉀氨一起反應(yīng)大部分生成甲胺分兩路進(jìn)入合成塔底部。第四十二張，PPT共五十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月四、尿素溶液的蒸發(fā)和造粒 除去水分： 從

31、尿素合成反應(yīng)液中分離出的溫度為95，質(zhì)量分?jǐn)?shù)約7075的尿素溶液。 固體尿素分類：結(jié)晶尿素、顆粒尿素 結(jié)晶法：是在母液中產(chǎn)生結(jié)晶的過(guò)程。一般將尿液蒸發(fā)濃縮至80即可。結(jié)晶尿素具有純度高、縮二尿含量低的優(yōu)點(diǎn)。形狀為粉末或細(xì)晶狀：一般用于工業(yè)生產(chǎn)的原料或生產(chǎn)復(fù)合肥料，不宜直接做氮肥施用。 造粒法： 沒(méi)有母液存在下強(qiáng)制結(jié)晶過(guò)程。生產(chǎn)中必須將尿液蒸發(fā)濃縮至99以上，熔融物方可造粒。形狀：球狀小顆粒，機(jī)械強(qiáng)度高、耐磨性好、有利于深施保持肥效，但縮二尿含量偏高。第四十三張，PPT共五十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月四、尿素溶液的蒸發(fā)和造粒（一）尿素溶液的蒸發(fā)1CO(NH2)2-H2O二元體系相圖 (1)尿素溶

32、液的冷卻結(jié)晶過(guò)程 AE：冰飽和線；BE:尿素結(jié)晶飽和線四個(gè)區(qū)域說(shuō)明；以a為例說(shuō)明結(jié)晶過(guò)程a點(diǎn)（溫度、組成、狀態(tài)）降低溫度，a將沿著直線aa向a點(diǎn)移動(dòng) a1尿素溶液達(dá)到飽和 進(jìn)一步降溫則尿素析出結(jié)晶 （a2 ）a2時(shí)的固液比尿素析出質(zhì)量/尿素溶液質(zhì)量(a2a2)/(a2ta2)可見(jiàn)，隨溫度降低，體系中固液比就增大，尿素結(jié)晶析出量也會(huì)增大。a3對(duì)應(yīng)的溫度為最低共溶點(diǎn)，低于該溫度會(huì)析出冰液相尿素+液冰+液冰+尿素第四十四張，PPT共五十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1.CO(NH2)2-H2O二元體系相圖 （2）尿素溶液的蒸發(fā)過(guò)程 對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)點(diǎn)a進(jìn)行等溫蒸發(fā) ，則a點(diǎn)沿著直線ata向ta點(diǎn)移動(dòng) a4時(shí)，

33、溶液達(dá)到飽和狀態(tài) 繼續(xù)蒸發(fā)，析出尿素結(jié)晶達(dá)到ta時(shí)，全部變成尿素 蒸發(fā)要選取適宜溫度：要高于尿素溶液的結(jié)晶溫度，既不影響蒸發(fā)過(guò)程的正常進(jìn)行（否則將堵塞蒸發(fā)設(shè)備的加熱管道，影響操作。 ），又可以縮短蒸發(fā)時(shí)間 ；但是不能過(guò)高，否則引起尿素溶液副反應(yīng)的發(fā)生 四、尿素溶液的蒸發(fā)和造粒（一）尿素溶液的蒸發(fā)第四十五張，PPT共五十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2.尿素蒸發(fā)過(guò)程的副反應(yīng)及防止副反應(yīng)：尿素的水解反應(yīng)、縮合反應(yīng) （1）水解反應(yīng)（生成反應(yīng)的逆反應(yīng)）溫度影響：溫度低于80時(shí)，尿素水解很慢，超過(guò)80，速率加快145以上，有劇增的趨勢(shì) 尿液濃度影響：濃度越低，水解反應(yīng)越快 停留時(shí)間影響：溫度和濃度 一定，停

34、留時(shí)間延長(zhǎng)尿素水解率增加水解缺點(diǎn)：將降低尿素的產(chǎn)率,增加消耗定額 影響因素：濃度、溫度、停留時(shí)間(2) 縮合反應(yīng)縮合反應(yīng)以生成縮二脲為主 尿液濃度一定：縮二脲的生成率隨溫度的升高而增加；溫度一定：隨著尿素溶液濃度的增高，縮二脲的生成量也加多；（圖4-21）停留時(shí)間的延長(zhǎng)：縮二脲生成量增多 （圖4-22）四、尿素溶液的蒸發(fā)和造粒（一）尿素溶液的蒸發(fā)降低副反應(yīng)發(fā)生：蒸發(fā)過(guò)程應(yīng)在盡可能低的溫度下進(jìn)行，并應(yīng)在很短的時(shí)間內(nèi)完成 。第四十六張，PPT共五十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第四十七張，PPT共五十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1.CO(NH2)2-H2O二元體系相圖分析（1）溫度（沸點(diǎn)）選擇要結(jié)合壓力

35、選擇尿素的沸點(diǎn)與蒸汽壓的關(guān)系（濃度一定）：如圖：如尿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85時(shí)，蒸發(fā)操作壓力01MPa，相對(duì)應(yīng)的沸點(diǎn)為130，蒸發(fā)壓力降到005MPa時(shí)，相應(yīng)沸點(diǎn)降為l12。 采用減壓蒸發(fā)可以降低尿素溶液的沸點(diǎn)，防止副反應(yīng)的發(fā)生。但沸點(diǎn)不能低于尿液結(jié)晶點(diǎn)，所以壓力的選擇必須以尿素不致結(jié)晶為宜，否則將堵塞蒸發(fā)設(shè)備的加熱管道，影響操作。 四、尿素溶液的蒸發(fā)和造粒（二）尿素蒸發(fā)工藝條件的選擇（溫度、壓力） 第四十八張，PPT共五十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（3）壓力的選擇： 0.0263以上溫度太高，產(chǎn)生副反應(yīng)；以下，與結(jié)晶線相交。產(chǎn)生結(jié)晶 當(dāng)蒸發(fā)操作壓力大于00263MPa時(shí)，沸點(diǎn)壓力線位于結(jié)晶線之上，不

36、與結(jié)晶線相交，即此壓力下，但采用一段蒸發(fā)將尿液從75濃縮至997，不會(huì)析出結(jié)晶,但必將溫度提得太高，加劇副反應(yīng)發(fā)生; 當(dāng)蒸發(fā)操作壓力小于00263MPa時(shí)，沸點(diǎn)壓力線和結(jié)晶線相交，在這樣的壓力下操作，就可能產(chǎn)生尿素結(jié)晶。 （4）溫度和壓力選擇值： 實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，常分為兩段，解決以上矛盾。 一段蒸發(fā)：蒸發(fā)出大部分水，同時(shí)防止結(jié)晶的析出，選擇操作壓力稍大于0. 0263MPa，同時(shí)控制副反應(yīng)的發(fā)生，溫度不能過(guò)高，選為130，尿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)從75增至95。二段蒸發(fā)：制備得質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.7%的尿素熔融物，蒸發(fā)掉幾乎全部水分。此時(shí)，操作壓力越低越利于水分的快速蒸發(fā)，常控制在0.0053MPa以下。為了

37、使尿素熔融而保持流動(dòng)性，蒸發(fā)溫度應(yīng)高于尿素的結(jié)晶溫度1327，故控制操作溫度在137140 （5）尿液蒸發(fā)過(guò)程，除選擇溫度、壓力條件外，還應(yīng)使過(guò)程在盡可能短的時(shí)間內(nèi)完成第四十九張，PPT共五十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月四、尿素溶液的蒸發(fā)和造粒（三）尿素的結(jié)晶與造粒方法 將尿液蒸濃到997的熔融體造粒成型。此為蒸發(fā)造粒法，是目前應(yīng)用最廣泛的方法。產(chǎn)品中縮二脲含量在0809之間。 將尿液蒸濃到80后送往結(jié)晶器結(jié)晶，將所得結(jié)晶尿素快速熔融后造粒成型。此為結(jié)晶造粒法，用于制造低縮二脲含量(0. 3)的粒狀尿素。 將尿液蒸濃到約80后在結(jié)晶機(jī)中于40下析出尿素，目前常用的是有母液結(jié)晶法，此外還用一種無(wú)母液結(jié)晶法。目前大多數(shù)尿素工廠都采用造粒