化工工艺学第2章氮肥

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,化工工艺,学,学第2章,化工工艺,专,专业,第,2,章目录,2.1,氮,氮肥,2.1.1 尿,素,素,2.1.2 硝,酸,酸铵,4.2,磷,磷酸,和,和磷肥,4.3,钾,钾肥,4.4,复,复合,肥,肥,2.1,氮,氮肥,尿素是最,主,主要的化,学,学肥料，,农,农业需求,大,大，产量,大,大，工业,规,规模大，,生,生产技术,先,先进。,2.1.1.1,尿,尿素的主,要,要性质和,用,用途,尿素Urea，分,子,子式为CO(NH,2,),2,，分子量60.06。,尿素易溶,于,于水和液,氨,氨。尿素,有,有吸湿性,，,，易潮解,。,。,尿素在强,酸,酸溶液中,呈,呈弱碱性,，,，能与酸,作,作用生成,盐,盐。尿素,与,与盐类作,用,用可生成,络,络合物。,Ca(H,2,PO,4,),2,H,2,O+CO(NH,2,),2,= CO(NH,2,),2,H,3,PO,4,+CaHPO,4,+H,2,O,2.1.1 尿素,尿素在水,中,中会水解,，,，生成氨,和,和二氧化,碳,碳，但常,温,温下很慢,。,。,尿素水溶,液,液持续加,热,热可生成,缩,缩二脲,2NH,2,CONH,2,= NH,2,CONHCONH,2,+ NH,3,降低压力,、,、升高温,度,度和延长,加,加热时间,都,都会加剧,上,上述反应,。,。但当有,氨,氨时，压,力,力为10.1,20.2MPa,缩,缩二脲和,氨,氨可逆向,生,生成尿素,。,。这一点,在,在尿素生,产,产过程中,很,很重要。,尿素最重,要,要的用途,是,是作肥料,，,，含氮量46%以,上,上。尿素,实,实际上是,在,在土壤中,转,转变成碳,酸,酸铵后水,解,解及硝化,被,被植物吸,收,收的。,2.1.1.2,尿,尿素生产,基,基本原理,1.,尿,尿素合成,反,反应的化,学,学平衡,工业合成,尿,尿素的反,应,应通常认,为,为分两步,2NH,3,(aq)+CO,2,(aq)=NH,4,COONH,2,(aq),快,快,NH,4,COONH,2,(aq)=CO(NH,2,),2,(aq)+H,2,O,慢,慢,第一反应,放,放热很多,，,，,H,1,=-86.93kJ/mol; 第,二,二反应吸,热,热， ,H,1,=28.45kJ/mol,。,。,反应体系,为,为5组分,多,多相平衡,体,体系，除,化,化学平衡,外,外，还有,气,气液平衡,：,：,NH,3,(g)=NH,3,(aq),CO,2,(g)=CO,2,(aq),H,2,O(g)=H,2,O(aq),尿素生产,是,是在高压,下,下进行的,，,，所以体,系,系偏离理,想,想溶液很,远,远。几个,平,平衡计算,的,的经验公,式,式如下。,二氧化碳,平,平衡转化,率,率,x,=34.28,a,-1.77,a,2,-29.30,b,+3.699,ab,+0.09129,t,-0.07482,at,-5.395,10,-6,t,3,+0.002293,P,-112.1(2.1.1),式中,a,b,分别为初,始,始反应物,中,中氨碳、,水,水碳摩尔,比,比；,t,为反应温,度,度，C,；,；,P,为体系绝,对,对压力，0.1MPa。,上海化工,研,研究院在,氨,氨碳比2.5,4.5,水碳比0.21.0，,温,温度75195,C条件,得,得出的公,式,式为,x,=14.87,a,-1.322,a,2,+20.7,ab,-1.83,a,2,b,+167.6,b,-1.217,bt,+5.908,t,-0.01375,t,2,-591.1(2.1.2),注意上式,平,平衡转化,率,率以百分,数,数表示。,上述公式,间,间相互有,误,误差，一,个,个重要原,因,因是忽略,了,了惰性气,体,体影响。,一,一个较好,模,模型为：,氨基甲酸,铵,铵液相浓,度,度,K,2,，,K,4,和虚拟纯,氨,氨饱和蒸,汽,汽压可从,图,图4-1,查,查到。,模型虽比,经,经验公式,大,大有改进,，,，但未计,算,算活度系,数,数，所以,某,某些点仍,有,有较大偏,差,差。,用上述公,式,式计算时,先,先计算在,气,气相中的,量,量，再计,算,算液相中,实,实际氨碳,比,比和水碳,比,比，然后,代,代入转化,率,率公式求,解,解。,K,2,K,4,1000/,T,log,K,1000/,T,log,p,NH,3,*,尿素合成,总,总反应,2NH,3,(,l,) +CO,2,(,l,) =CO(NH,2,),2,(,l,) +H,2,O(,l,),化学平衡,常,常数的经,验,验关系为,：,：,(4.1-4),或(4.1-6),K,取决于,K,3,和甲铵离,解,解常数,K,1,。温度190,200,C时，,K,3,随,T,升高而增,大,大，转化,率,率增加。,但,但温度很,高,高，,K,1,为,主,主,，,，,温,温,度,度,升,升,高,高,使,使,甲,甲,铵,铵,浓,浓,度,度,下,下,降,降,，,，,所,所,以,以,总,总,平,平,衡,衡,常,常,数,数,有,有,一,一,个,个,最,最,大,大,值,值,，,，,此,此,时,时,的,的,平,平,衡,衡,转,转,化,化,率,率,最,最,高,高,。,。,图2.1Mavrovic,平,平,衡,衡,转,转,化,化,率,率,算,算,图,图,2.,影,影,响,响,尿,尿,素,素,合,合,成,成,反,反,应,应,化,化,学,学,平,平,衡,衡,的,的,因,因,素,素,(1),温,温,度,度,的,的,影,影,响,响,温,度,度,较,较,低,低,时,时,平,平,衡,衡,转,转,化,化,率,率,随,随,温,温,度,度,升,升,高,高,而,而,增,增,加,加,，,，,在,在195,200,C,时,时,达,达,最,最,大,大,，,，,温,温,度,度,再,再,高,高,，,，,平,平,衡,衡,转,转,化,化,率,率,反,反,而,而,下,下,降,降,。,。,尿,素,素,平,平,衡,衡,转,转,化,化,率,率,与,与,温,温,度,度,的,的,关,关,系,系,如,如,图,图2.2,。,。,工,业,业,生,生,产,产,中,中,，,，,除,除,考,考,虑,虑,平,平,衡,衡,转,转,化,化,率,率,外,外,，,，,还,还,要,要,考,考,虑,虑,腐,腐,蚀,蚀,等,等,，,，,一,一,般,般,为,为180,200,C.,170180190200210,(2),组,组,成,成,的,的,影,影,响,响,CO,2,过,量,量,影,影,响,响,小,小,，,，,氨,氨,过,过,量,量,提,提,高,高,转,转,化,化,率,率,明,明,显,显,。,。,氨,碳,碳,比,比,的,的,影,影,响,响,如,如,图,图2.3.,全,全,循,循,环,环,法,法4.0,，,，,汽,汽,提,提,法,法2.8,2.9,。,。,水,碳,碳,比,比,增,增,加,加0.1,转,转,化,化,率,率,可,可,下,下,降,降,约,约1,。,。,全,全,循,循,环,环,法,法0.65,0.7,，汽提法0.3,0.4。,图 2.3,(3)压力,的,的影响,对液相反应,压,压力影响很,小,小。但由于,体,体系存在气,液,液平衡，操,作,作压力不能,小,小于平衡压,力,力。平衡压,力,力与温度的,关,关系如图2.4。,平衡压力与,组,组成的关系,很,很复杂，实,验,验得出的关,系,系如图2.5。,图 2.4,图 2.5,最低平衡压,力,力下的氨碳,比,比经验式：,a,min,=0.01519,t,+0.005626,tb,-0.7287,b,-1.78,10,-3,(2.1.3),全循环法，,合,合成塔顶压,力,力约16.7MPa；,汽,汽提法，合,成,成塔顶压力,约,约11.8MPa。,相平衡计算,很,很复杂,综合诸因素,有,有下列经验,公,公式,P,=54.75,a,-10.1,ab,-90.25,b,-0.1502,at,+2.05910,4,b/t,-3.581,t,+2.09910,-2,t,2,(2.1.4),式中,P,为表压，0.1MPa,；,；温度175195,C，水碳,比,比0.21.0，氨,碳,碳比较高,。,。,3. 尿素,合,合成过程的,相,相平衡,另一个经验,公,公式为：,气相氨碳比,气相中可忽,略,略尿素和水,，,，液相中将,尿,尿素和水看,成,成一个组分,，,，可将体系,简,简化为三组,分,分。压力固,定,定时，NH,3,和CO,2,体系的相图,如,如图2.6,。,。,图 2.6,压力固定时,三,三元立体相,图,图如图2.7。,压力固定时,将,将各等温面,投,投影到平面,上,上，可得图2.8的三,元,元平面相图,。,。,图 2.7,图 2.8,Y,从图中可看,出,出，当压力,和,和温度不变,时,时，体系吸,收,收或散发热,量,量，溶液组,成,成必沿等温,线,线移动；当,压,压力不变时,，,，化学平衡,等,等压线与顶,脊,脊线交点的,平,平衡温度最,高,高，此时转,化,化率最高，,能,能耗最少。,图中Y点表,示,示一适宜操,作,作点。此点,温,温度最高，,尿,尿素含量高,，,，压力最低,。,。,如选择更高,压,压力，则平,衡,衡温度比上,述,述Y点温度,高,高。虽有利,于,于尿素合成,反,反应，但合,成,成塔材料必,须,须更耐腐蚀,。,。如选择较,低,低压力，则,平,平衡温度较,低,低，CO,2,转化率下降,。,。,Ivazoghi 尿,素,素合成体系,热,热力学模型,相平衡,化学平衡,方,程,程,组,组(,y,i,气,气,相,相,组,组,分,分,i,摩,尔,尔,分,分,率,率,；,；,x,i,液,液,相,相,组,组,分,分,i,摩,尔,尔,分,分,率,率,，,，Am,-,COONH,2,-,，Ur,NH2CONH2),：,：,物,料,料,平,平,衡,衡1.,氨,氨,碳,碳,比,比,2.,水,水,碳,碳,比,比,相,平,平,衡,衡,3.,4.,5.,化,学,学,平,平,衡,衡,6.,7.,8.,电,荷,荷,平,平,衡,衡,9.,归,一,一,方,方,程,程,10.,11.,已,知,知a,b,t,由,由11,个,个,方,方,程,程,解,解,出,出11,个,个,变,变,量,量,CO,2,平,衡,衡,转,转,化,化,率,率,x,=,x,ur,/,x,co2,+,x,am,+,x,hco3,+,x,ur,相,平,平,衡,衡,常,常,数,数,和,和,化,化,学,学,平,平,衡,衡,常,常,数,数,K,1,，,K,2,，,K,3,是,温,温,度,度,的,的,函,函,数,数,，,，,其,其,形,形,式,式,是,是,：,：,或,10,3,a,10,2,b,10,3,c,d,p,0,NH3,2.5141,0.28417,2.5759,14.6460,H,0,CO2,2.6560,3.5050,6.321618.1575,K,1,9.90687.4296,5.3985,20.2220,K,2,8.82260.84041.8736,21.6135,K,3,1.7352,4.7506,9.35765.6601,气相组,分,分逸度,系,系数按Nakamura方,程,程计算,。,。,液相组,分,分活度,系,系数按,扩,扩展的UNIFAC,模,模型计,算,算。,4.,尿,尿素合,成,成反应,的,的动力,学,学,(1),动,动力学,方,方程式,静态动,力,力学方,程,程,流动态,反,反应器,中,中反应,速,速率微,分,分方程,通常尿,素,素合成,反,反应需30,50,分,分钟。,(2.1.10),(2.1.9),(2),合,合成塔,内,内的传,质,质过程,合成塔,内,内压力,高,高，传,质,质速率,快,快，气,体,体流动,快,快。,反应初,期,期，气,相,相CO,2,和NH,3,平衡分,压,压高，,向,向液相,传,传质推,动,动力,p-p,*不大,。,。随着,反,反应的,进,进行，,液,液相中,生,生成尿,素,素增多,，,，气相,中,中CO,2,和NH,3,不断转,移,移到液,相,相使其,平,平衡分,压,压下降,，,，推动,力,力增大,。,。,影响塔,内,内流动,状,状况因,素,素：,a.塔,的,的高径,比,比。高,径,径比越,大,大，塔,越,越细长,，,，越趋,于,于置换,型,型；b.生产,强,强度。,生,生产强,度,度大，,流,流速大,，,，混合,加,加大；c.惰,性,性气体,含,含量。,含,含量高,，,，气体,体,体积大,，,，混合,加,加剧；d.,操,操作压,力,力。压,力,力高有,利,利于气,体,体溶于,液,液相，,搅,搅混少,，,，压力,越,越高越,接,接近置,换,换型。,置换型,与,与混合,型,型合成,塔,塔转化,率,率对比,置换型0204060809095100,混合型019354963717680,塔内筛,板,板数与,物,物料停,留,留时间,的,的关系,筛板数0137,停留时,间,间/min252219.517,合成塔,筛,筛板数,与,与转化,率,率的测,定,定值,筛板数026,平衡转,化,化率60.562.563.3,若将塔,内,内流动,设,设计为,置,置换型,，,，在达,到,到同样,转,转化率,的,的条件,下,下，置,换,换型所,需,需的反,应,应容积,比,比混合,型,型反应,容,容积小,得,得多。,塔内筛,板,板较多,，,，可以,看,看成是,由,由若干,个,个串联,的,的、混,合,合的小,室,室组成,。,。虽每,个,个小室,接,接近理,想,想混合,型,型，但,就,就整个,塔,塔来说,，,，其流,动,动状况,却,却接近,理,理想置,换,换型。,生,生产实,践,践表明,，,，当物,料,料停留,时,时间相,同,同时，,有,有筛板,的,的塔的,效,效率比,无,无筛板,塔,塔高得,多,多。当,转,转化率,相,相同时,，,，有筛,板,板的塔,生,生产强,度,度大，,物,物料停,留,留时间,较,较短。,5.,未,未反,应,应物的,回,回收及,副,副反应,(1),未,未反应,物,物的回,收,收,为了有,效,效利用,原,原料，,必,必须将,产,产物尿,素,素与甲,铵,铵的混,合,合物中,的,的甲铵,分,分离出,来,来循环,利,利用。,甲铵分,解,解化学,反,反应,NH,4,COONH,2,(,l,)=2NH,3,(g)+CO,2,(g),反应,是,是吸,热,热的,，,，减,压,压和,加,加热,有,有利,于,于甲,铵,铵的,分,分解,。,。纯,固,固体,甲,甲铵,的,的离,解,解压,力,力与,温,温度,的,的关,系,系可,用,用下,式,式,lg,P,=,-,2748/,T,+8.2753(2.1.11),式中,P,的单,位,位为0.1MPa,。,。,分解,温,温度,过,过高,，,，气,相,相中,含,含水,量,量增,多,多，,不,不利,于,于提,高,高转,化,化率,。,。分,解,解压,力,力过,低,低，,使,使冷,凝,凝吸,收,收效,率,率下,降,降，,增,增加,动,动力,消,消耗,。,。工,业,业上,多,多用,多,多段,减,减压,方,方式,。,。,全循,环,环法,工,工艺,甲,甲铵,分,分解,率,率,a,、总,氨,氨蒸,出,出率,a,NH3,、分,解,解气,中,中含,水,水量,G,H2O,与分,解,解温,度,度t,的,的关,系,系如,下,下：,中压,段,段分,解,解压,力,力为1.67,1.96MPa,时,时,a,=-8.81+0.115625,t,0.000346,t,2,a,NH3,=0.03837,t,0.616,G,H2O,=1.216,10,-10,t,4.123,低压,段,段分,解,解压,力,力为0,.29MPa,时,时,a,=0.5101+0.01903,t,6.09,10,-5,t,2,a,NH3,=0.271+0.0094,t-,3.1,10,-5,t,2,G,H2O,=1.11,10,-11,t,4.906,采用,气,气提,法,法流,程,程时,，,，系,统,统理,论,论操,作,作压,力,力为,式中,P,S,为纯,甲,甲铵,分,分解,压,压力,。,。0.53是,由,由纯,甲,甲铵,分,分解,平,平衡,常,常数,关,关系,推,推出,的,的：,从上,式,式可,看,看出,，,，当,用,用纯CO,2,或NH,3,来气,提,提时,，,，都,可,可使,压,压力,趋,趋于,无,无穷,，,，理,论,论上,甲,甲铵,可,可完,全,全分,解,解。,(2.1.18),(2),尿,尿,素,素合,成,成副,反,反应,在尿,素,素生,产,产过,程,程中,，,，主,要,要有,两,两类,副,副反,应,应：,尿,尿素,缩,缩合,反,反应,和,和水,解,解反,应,应。,尿素,缩,缩合,成,成缩,二,二脲,反,反应,2CO(NH,2,),2,=NH,2,CONHCONH,2,+NH,3,用结,晶,晶法,加,加工,尿,尿液,时,时，,可,可利,用,用缩,二,二脲,在,在尿,素,素溶,液,液中,具,具有,一,一定,溶,溶解,度,度来,控,控制,适,适宜,的,的结,晶,晶温,度,度和,尿,尿液,浓,浓度,，,，尽,可,可能,使,使缩,二,二脲,保,保留,在,在溶,液,液中,，,，获,得,得含,缩,缩二,脲,脲很,低,低的,结,结晶,尿,尿素,。,。含,缩,缩二,脲,脲的,母,母液,送,送合,成,成塔,使,使其,中,中缩,二,二脲,部,部分,分,分解,，,，缩,二,二脲,不,不致,在,在体,系,系中,积,积累,。,。,另一副反,应,应水解,反,反应,CO(NH,2,),2,+ H,2,O =NH,4,COONH,2,NH,4,COONH,2,+ H,2,O =(NH,4,),2,CO,3,(NH,4,),2,CO,3,= 2NH,3,+ CO,2,+ H,2,O,总反应式CO (NH,2,),2,+ H,2,O =2NH,3,+ CO,2,当温度在60,C以下,时,时，尿素,水,水解缓慢,；,；温度到100,C时尿,素,素水解速,度,度明显加,快,快；温度,在,在145,C以,上,上时，水,解,解速度剧,增,增。尿素,浓,浓度低时,，,，水解率,大,大。氨也,有,有抑制尿,素,素水解的,作,作用，氨,含,含量高的,尿,尿素溶液,的,的水解率,低,低。,2.1.1.3,尿,尿素生,产,产工艺流,程,程,1. 水,溶,溶液全循,环,环法工艺,流,流程,(1)Stamicarbon 水,溶,溶液全循,环,环法,水溶液全,循,循环法是,将,将未反应,的,的氨和二,氧,氧化碳用,水,水吸收生,成,成甲铵或,碳,碳酸铵水,溶,溶液返回,合,合成系统,的,的生产方,法,法。典型,工,工艺流程,如,如图2.9.,图 2.9,未转化物,需,需两段分,解,解，三段,吸,吸收，流,程,程较长且,分,分解压力,不,不高，分,解,解气的冷,凝,凝热除小,部,部分被利,用,用外，其,余,余须用冷,却,却水移走,，,，能耗较,高,高。此外,，,，循环甲,铵,铵液量大,，,，甲铵泵,易,易腐蚀，,且,且发生结,晶,晶堵塞时,，,，操作维,修,修麻烦。,2. 气,提,提法尿素,生,生产工艺,流,流程,(1)气,提,提原理,气提法是,水,水溶液全,循,循环法的,发,发展，在,简,简化流程,、,、热能回,收,收、延长,运,运转周期,和,和减少生,产,产成本等,方,方面比全,循,循环法优,越,越。合成,反,反应液加,热,热分解所,需,需温度太,高,高，降低,压,压力降低,了,了分解温,度,度，但又,使,使循环动,力,力增加。,气提法是,在,在高压下,操,操作的带,有,有化学反,应,应的解吸,过,过程。气,提,提中甲铵,分,分解,NH,4,COONH,2,(,l,)= 2NH,3,(g)+ CO,2,(g),只要供给,热,热量、降,低,低NH,3,或CO,2,的分压都,可,可使反应,向,向右进行,。,。,甲铵分解,后,后由于温,度,度较高，,氨,氨可从液,相,相中逸出,。,。CO,2,与氨作用,生,生成甲铵,盐,盐量也减,少,少，从而,间,间接可逐,出,出CO,2,。,如通入惰,性,性气体，,同,同样降低CO,2,和NH,3,的分压，,也,也可使甲,铵,铵分解，,可,可用合成,氨,氨生产中,的,的变换气,。,。生产中,多,多用CO,2,。,(2)Stamicarbon CO,2,气提法流,程,程,此法是目,前,前建厂最,多,多，生产,能,能力最大,的,的方法。,其,其流程如,图,图2.10。,流程主要,特,特点：,a.用原,料,料CO,2,气提，省,去,去了中压,分,分解回收,系,系统，简,化,化了流程,。,。,b. 高,压,压冷凝器,冷,冷凝温度,高,高，热能,利,利用好；,返,返回合成,塔,塔水量少,，,，有利于,转,转化；高,压,压液可自,流,流至合成,塔,塔，节省,动,动力.,c. 合,成,成塔操作,压,压力较低,，,，节省动,力,力。,不足是氨,碳,碳比较低,影,影响转化,率,率，高架,设,设备维修,不,不便。,图 2.10,图 2.10,氨汽提法,工,工艺流程,主要工序: 尿素,的,的合成和,高,高压回收, 尿素,的,的提纯和,中,中、低压,回,回收，尿,素,素的浓缩,与,与造粒，,水,水解和解,吸,吸等。,尿素合成,和,和高压回,收,收,C0,2,加入少量,空,空气后进,人,人离心式C0,2,压缩机K-1，加,压,压(绝对,压,压力)到16MPa(绝),送,送入尿素,合,合成塔R-1。液,氨,氨分两路,送,送出：一,路,路到中压,吸,吸收塔C-1；另,一,一路液氨,加,加压到22MPa,出合成塔,的,的反应物,到,到汽提塔E-1。,汽,汽提塔是,一,一个降膜,式,式加热器,，,，所需热,量,量由2.4MPa(绝),饱,饱和蒸汽,供,供给。合,成,成塔的反,应,应产物在,汽,汽提管呈,膜,膜状向下,流,流动时被,加,加热。氨,自,自溶液中,沸,沸腾，使,溶,溶液中的C0,2,体,积,积,分,分,数,数,降,降,低,低,。,。,汽,汽,提,提,塔,塔,顶,顶,部,部,的,的,馏,馏,出,出,气,气,和,和,来,来,自,自,中,中,压,压,吸,吸,收,收,塔,塔,并,并,经,经,过,过,高,高,压,压,甲,甲,铵,铵,预,预,热,热,器,器E-6,预,预,热,热,过,过,的,的,甲,甲,铵,铵,液,液,，,，,全,全,部,部,进,进,入,入,高,高,压,压,甲,甲,铵,铵,冷,冷,凝,凝,器,器E,高压甲铵冷凝器,E-5,内，高压高温的气体冷凝时，可产生,0.45MPa (,绝,),的蒸汽。,尿,素,素,提,提,纯,纯,和,和,中,中,低,低,压,压,回,回,收,收,尿,素,素,提,提,纯,纯,分,分3,个,个,阶,阶,段,段,以,以,减,减,压,压,方,方,式,式,进,进,行,行,。,。,第,第,一,一,阶,阶,段,段,压,压,力,力(,绝,绝),为,为1.8MPa,；,；,第,第,二,二,阶,阶,段,段,压,压,力,力(,绝,绝),为,为0.45MPa,；,；,第,第,三,三,阶,阶,段,段,压,压,力,力(,绝,绝),为,为0.035MPa,。,。,1.8MPa,压,压,力,力(,绝,绝),下,下,的,的,一,一,级,级,提,提,纯,纯,和,和,回,回,收,收,由,汽,汽,提,提,塔,塔E-1,底,底,部,部,排,排,除,除,的,的,残,残,余,余C,0,2,含,量,量,较,较,低,低,的,的,溶,溶,液,液,，,，,减,减,压,压,膨,膨,胀,胀,到,到1.8MPa(,绝,绝),，,，,进,进,入,入,降,降,膜,膜,分,分,解,解,器,器E-2,。,。,在,在,此,此,，,，,溶,溶,液,液,中,中,尚,尚,未,未,分,分,解,解,的,的,甲,甲,铵,铵,进,进,一,一,步,步,分,分,解,解,，,，,并,并,增,增,加,加,底,底,部,部,溶,溶,液,液,的,的,尿,尿,素,素,浓,浓,度,度,。,。,中压分解器,分,分为两部分,：,：顶部为分,离,离器V-2,，,，在溶液进,入,入管束之前,，,，在分离器,中,中先释放出,，,，然后进入,下,下部管束，,残,残余甲铵在,此,此进行分解,。,。该反应所,需,需热量由来,自,自汽提塔的2.2 MPa (表)冷凝液提,供,供,在分解,段,段的上部壳,程,程由0.6MPa(,绝,绝)，158,C,的蒸汽提供,。,。氨的质量,分,分数为6-7%,O,2,的质量分数,为,为,1,.,0,%,-2,.0%。,顶部分离器,V-2排出,的,的含富氨和CO,2,的气体，送,往,往真空浓缩,器,器E4壳,程,程。在那里,被,被由贮槽V-6来的碳,氨,氨液部分地,吸,吸收冷凝。,真,真空浓缩器,壳,壳侧的汽-,液,液混合物，,在,在中压冷凝,器,器E10,中,中最终冷凝,。,。在这个冷,凝,凝器中，CO,2,几乎全部被,吸,吸收。从中,压,压冷凝器来,的,的汽液混合,带有20-100,0.45MPa (,绝,绝)的第二,级,级提纯和回,收,收,离开中压分,解,解器E-2,底,底部的溶液,被,被减压到0.45MPa (绝),，,，并进入,降,降膜式低压,分,分解器E-3。底部出,液,液中氨的质,量,量分数为1.0-2.0，C0,2,的质量分数,为,为0.3,1.1,。,。所需热量,由,由0.45MPa(绝)的饱,和,和蒸汽供给,。,。底部排出,液,液的温度为138,C。,离开分离器V-3顶部,的,的气体与经,解,解吸塔回流,泵,泵送来的解,吸,吸冷凝液汇,合,合，首先被,送,送往高压,甲铵预热器E-6部分,地,地吸收和冷,凝,凝，然后进,入,入低压甲铵,冷,冷凝器E-8。冷凝液,送,送人碳铵液,贮,贮槽V-6,。,。惰性气体,在,在低压氨吸,收,收器E-12中被洗涤,后,后排放。,0.035MPa(,绝,绝)的第三,级,级提纯与回,收,收,由低压分解,器,器底部来的,溶,溶液，减压,到,到0.035 MPa(绝)进,入,入降膜式真,空,空浓缩器E-4，在此,进,进一步浓缩,尿,尿液。此设,备,备分为两部,分,分：释放出,的,的闪蒸汽在V-4被分,离,离并送往真,空,空系统冷凝,；,；溶液进入,真,真空浓缩器,E-4，残,留,留的甲铵在,此,此被分解。,底,底部尿液浓,度,度由70,上,上升到85,，所需热,量,量由来自中,压,压分解分离,器,器顶部的气,体,体与中压碳,铵,铵液泵送来,的,的碳铵液在,此,此汇合进行,吸,吸收冷凝的,冷,冷凝热供给,。,。底部尿液,通,通过尿素溶,液,液泵送往真,空,空部分。,水解,和,和解,吸,吸,来自,真,真空,系,系统,的,的含,有,有氨,和,和C0,2,的水,，,冷凝,液,液到,回,回流,槽,槽V-9,，,，用,解,解吸,塔,塔回,流,流泵,一,一路,热器与低压分离器分离出的气体混合，在此冷凝以预热高压甲铰液。水解后的液体，经水解,预热器E-19换热后，进入解吸塔下塔顶部。下塔利用通人低压饱和蒸汽的再沸器，进一步,吸出氨和CO,2,。由解吸塔下塔底部出来的净化废水，与进解吸塔的工艺冷凝液换热后，送出尿素界区可作锅炉给水。 ，,2.1.1.4,尿,尿,素,素的,结,结晶,与,与造,粒,粒,1.,结,结晶,尿,尿素,的,的生,产,产,尿素,母,母液,必,必须,蒸,蒸发,浓,浓缩,至,至80,85,再,送,送入,结,结晶,器,器冷,却,却到,50,65C结,晶,晶析,出,出尿,素,素。,对,对结,晶,晶而,言,言，,尿,尿液,浓,浓度,越,越高,越,越好,，,，温,度,度越,低,低越,好,好，,但,但为,避,避免,粘,粘度,过,过高,影,影响,流,流动,，,，避,免,免结,晶,晶过,细,细影,响,响过,滤,滤，,结,结晶,温,温度,通,通常,控,控制,在,在,60,65C,，,，且,缓,缓慢,搅,搅拌,，,，使,成,成大,晶,晶粒,。,。,另一,方,方法,是,是将,蒸,蒸发,和,和结,晶,晶过,程,程同,时,时在,真,真空,结,结晶,器,器中,进,进行,。,。操,作,作温,度,度60C,、,、压,力,力90kPa,时,时尿,液,液平,衡,衡浓,度,度为72%。,结,结晶,产,产生,水,水蒸,气,气抽,到,到真,空,空冷,凝,凝器,冷,冷凝,。,。,结晶,后,后的,尿,尿素,经,经分,离,离干,燥,燥就,可,可得,成,成品,尿,尿素,。,。,2.,粒,粒,状,状尿,素,素的,生,生产,粒状,尿,尿素,不,不易,吸,吸湿,和,和结,块,块，,便,便于,包,包装,运,运输,和,和贮,藏,藏，,施,施用,方,方便,。,。所,以,以目,前,前尿,素,素生,产,产一,般,般都,用,用造,粒,粒塔,造,造粒,。,。造,粒,粒塔,生,生产,能,能力,大,大、,操,操作,简,简单,、,、生,产,产费,用,用低,，,，只,是,是一,次,次投,资,资大,。,。,入塔,尿,尿液,浓,浓度,要,要求,99.5%,温,度,度约140,C,熔,熔融,尿,尿素,均,均匀,喷,喷入,塔,塔内,，,，自,上,上而,下,下与,下,下部,向,向上,的,的冷,气,气流,换,换热,冷,冷却,固,固化,成,成粒,。,。由,于,于上,下,下翻,腾,腾运,动,动，,最,最后,在,在下,部,部形,成,成球,状,状颗,粒,粒。,影响,造,造粒,的,的主,要,要因,素,素有,：,：流,量,量、,熔,熔融,液,液浓,度,度和,温,温度,、,、空,气,气温,度,度和,流,流量,等,等。,熔,融,融,液,液,浓,浓,度,度,99.5%,尿,尿,液,液,可,可,能,能,粘,粘,壁,壁,和,和,结,结,块,块,。,。,增,增,大,大,通,通,风,风,量,量,可,可,以,以,延,延,长,长,颗,颗,粒,粒,下,下,落,落,时,时,间,间,，,，,强,强,化,化,颗,颗,粒,粒,冷,冷,却,却,，,，,降,降,低,低,塔,塔,高,高,。,。,但,但,通,通,风,风,量,量,过,过,大,大,会,会,使,使,塔,塔,顶,顶,夹,夹,带,带,过,过,多,多,尿,尿,素,素,粉,粉,尘,尘,。,。,在,塔,塔,底,底,设,设,一,一,个,个,沸,沸,腾,腾,床,床,冷,冷,却,却,段,段,可,可,强,强,化,化,冷,冷,却,却,。,。,但,但,需,需,强,强,制,制,通,通,风,风,，,，,尿,尿,素,素,粉,粉,尘,尘,较,较,大,大,，,，,必,必,须,须,在,在,塔,塔,顶,顶,设,设,粉,粉,尘,尘,洗,洗,涤,涤,和,和,回,回,收,收,装,装,置,置,。,。,尿,液,液,喷,喷,入,入,塔,塔,内,内,时,时,混,混,入,入,固,固,体,体,尿,尿,素,素,晶,晶,种,种,，,，,可,可,以,以,改,改,进,进,造,造,粒,粒,质,质,量,量,，,，,提,提,高,高,尿,尿,素,素,颗,颗,粒,粒,的,的,粒,粒,度,度,、,、,均,均,匀,匀,度,度,和,和,冲,冲,击,击,强,强,度,度,，,，,降,降,低,低,成,成,品,品,含,含,水,水,量,量,。,。,为,防,防,止,止,造,造,粒,粒,过,过,程,程,结,结,块,块,，,，,可,可,往,往,尿,尿,液,液,中,中,加,加,甲,甲,醛,醛,，,，,甲,甲,醛,醛,在,在,蒸,蒸,发,发,工,工,序,序,前,前,或,或,后,后,加,加,入,入,均,均,可,可,，,，,其,其,加,加,入,入,量,量,很,很,少,少,，,，,要,要,保,保,证,证,产,产,品,品,中,中,甲,甲,醛,醛,含,含,量,量,0.2%,。,。,2.1.2,硝,硝,酸,酸,铵,铵,2.1.2.1,硝,硝,酸,酸,铵,铵,的,的,主,主,要,要,性,性,质,质,和,和,用,用,途,途,1.,硝,硝,酸,酸,铵,铵,的,的,主,主,要,要,性,性,质,质,硝酸铵(AmmoniumNitrate),分子,式,式NH,4,NO,3,分子量80.04。氮含,量,量35%.硝铵易,溶,溶于水，,在,在水中的,溶,溶解度如,表,表2.3,。,。固态硝,铵,铵有5种,晶,晶形，缓,慢,慢冷却时,，,，晶形从, 连续,变,变化。若,从,从125,C迅速,冷,冷却到32.2,C,则,则可从晶,型,型,直接转,化,化成晶型,。温度,低,低于,32.2,C的,菱,菱形晶型,和,和正方晶,型,型最稳定,。,。,晶型,温,温度范,围,围/,C,密度/(g,cm,-3,),晶,晶格体积/(10,-10,m),3, 立方169.6,125.285.2, 正方125.2,84.21.69163.7, 菱,形,形84.2,32.31.66313.7,菱形、八,面,面晶体,32.3, -17,1.726155.4,正,正方-17, -501.725633.8,在硝铵受,潮,潮和晶型,转,转变时有,结,结块现象,，,，给生产,和,和应用带,来,来不便。,硝铵受热,分,分解，110,C时加,热,热按下式,分,分解：,NH,4,NO,3,= HNO,3,+ NH,3,但速度慢,，,，温度150,C才明,显,显分解。,温度再高,至,至185200,C，分,解,解生成氧,化,化亚氮和,水,水：,NH,4,NO,3,= N,2,O +2H,2,O,此反应略,微,微放热。,当迅速加,热,热到130C，,发,发生剧烈,分,分解并有,微,微弱火花,2NH,4,NO,3,= 2N,2,+ O,2,+ 4H,2,O,当温度高,于,于400,C反应,极,极迅猛并,可,可发生爆,炸,炸,4NH,4,NO,3,= 3N,2,+ 2NO,2,+ 8H,2,O,一般以上,各,各反应在,硝,硝铵分解,时,时都可发,生,生，只是,在,在某一条,件,件以某一,反,反应为主,。,。为了保,证,证生产、,贮,贮藏、运,输,输及使用,过,过程中的,安,安全，必,须,须严格控,制,制原料、,半,半成品和,成,成品中的,杂,杂质含量,和,和温度条,件,件。,2.,硝,硝铵的主,要,要用途,硝铵也是,重,重要的氮,肥,肥，特别,适,适用于温,度,度低的旱,田,田。还是,制,制造复合,肥,肥料的原,料,料。,硝铵是炸,药,药的主要,原,原料。,硝铵还是,制,制麻醉剂,的,的原料。,2.1.2.2,硝,硝酸铵,的,的生产方,法,法,1.,中,中和法,(1)中,和,和过程,氨与硝酸,中,中和一向,是,是工业生,产,产硝铵的,主,主要方法,。,。,NH,3,+ HNO,3,= NH,4,NO,3,这是放热,反,反应，放,热,热量与硝,酸,酸浓度和,反,反应温度,有,有关。热,效,效应与浓,度,度关系如,图,图2.12。,HNO,3,/%,中和热,充分利用,中,中和反应,热,热制取高,浓,浓度硝酸,铵,铵溶液是,生,生产过程,的,的关键。,安,安排合理,，,，基本不,补,补充热量,就,就行。,操作压力,在,在0.15MPa,以,以下为常,压,压中和，,该,该压力以,上,上为加压,中,中和。,加压中和,的,的优点是,可,可利用浓,硝,硝酸，热,利,利用率高,，,，所得硝,铵,铵浓度高,。,。,直接利用,中,中和热会,引,引起化合,态,态氮的损,失,失。常压,操,操作，当,硝,硝酸浓度,大,大于58%时中和,反,反应热使,体,体系温度,迅,迅速升高,到,到140,160,C,远,高,高于硝酸,液,液的最高,恒,恒沸点121.9,C，增,加,加氮的损,失,失。,氨与硝酸,的,的气相反,应,应不完全,，,，应尽量,在,在液相中,进,进行。所,以,以气氨应,先,先进入中,和,和器的循,环,环溶液中,。,。,影响氮损,失,失的因素,：,：,a.温度,过,过高；b.硝酸浓,度,度高，蒸,出,出水分多,，,，夹带的N多；c.氨纯,度,度低，排,放,放惰性气,体,体损失氮,多,多；d.,碱,碱性条件,比,比酸性条,件,件损失大,，,，实际生,产,产硝酸略,多,多，游离,硝,硝酸控制,为,为00.1g/,l,; e.,中,中和器的,设,设计造成,气,气液接触,不,不良或有,局,局部氨积,累,累都会加,剧,剧氮损失,。,。,(2)蒸发,过,过程,中和后硝酸,铵,铵溶液较稀,，,，需进行蒸,发,发浓缩。,蒸发一般采,用,用两段蒸发,，,，第一段用,立,立式液膜式,蒸,蒸发器。物,料,料停留时间,很,很短，硝铵,不,不易热分解,。,。采用的真,空,空度常为66.7,73.3kPa.,经一段蒸发,后,后，硝铵溶,液,液粘度增大,，,，第二段用,卧,卧式蒸发器,。,。操作真空,度,度为80kPa左右。,2. 转化,法,法,指利用复合,肥,肥料生产中,的,的副产物硝,酸,酸钙与CO,2,、NH,3,反应或者与,碳,碳酸铵反应,生,生成硝铵。,Ca(NO,3,),2,+CO,2,+2NH,3,+H,2,O=2NH,4,NO,3,+CaCO,3,(s),Ca(NO,3,),2,+(NH,4,),2,CO,3,=2NH,4,NO,3,+CaCO,3,(s),过滤后再进,行,行蒸发等操,作,作可得硝酸,铵,铵产品。,硝酸钙溶液,中,中常含有硝,酸,酸镁，因此,碳,碳酸铵要过,量,量。过量太,多,多会生成二,元,元盐MgCO,3,(NH,4,),2,CO,3,4H,2,O沉淀，同,时,时损失氮。,转化温度一,般,般为4555C，,反,反应通常在30分钟内,完,完成。,转化过程通,常,常分两段，,第,第一段主要,按,按原料中硝,酸,酸钙完全反,应,应加入碳酸,铵,铵和硝酸钙,，,，第二段则,添,添加碳酸铵,对,对反应过程,进,进行调整。,碳酸铵的总,量,量使反应后,悬,悬浮液中过,剩,剩碳酸铵保,持,持为812g/,l,。,过磷酸钙生,产,产过程两个,阶,阶段的特点,。,。,