【正文】 ........................................................ 22 ........................................................................... 22 ,塔高的計算 ........................................................................................... 25 ....................................................................................................... 27 ............................................................................................. 29 ............................................................................................. 32 輔助設(shè)備及附件的選擇 ........................................................................................ 37 ........................................................................................................... 37 .............................................................................................................. 37 ........................................................................................................... 37 .................................................................................................... 38 .............................................................................................................. 38 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 目錄 III 的結(jié)構(gòu)簡圖 ............................................................................... 40 第五章 設(shè)備一覽表 .................................................................................................. 42 設(shè)計評述 ....................................................................................................................... 43 參考文獻 ....................................................................................................................... 45 致 謝 .............................................................................................................................. 44 附 圖 .............................................................................................................................. 46 四川理工學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計 (論文 ) 第一章 總論 1 第一章 總 論 概述 尿素是一種重要的化工產(chǎn)品 ,主要用于化學(xué)肥料的生產(chǎn) ,其在農(nóng)業(yè)和工業(yè)上有廣泛的用途 。 工業(yè)上 ,尿素主要用途是作為高聚物合成材料。工 業(yè)尿素的總消耗量約一半是作為尿素甲醛樹脂和三聚氰胺。尿素甲醛樹脂用于生產(chǎn)塑料、噴漆、粘結(jié) 劑，以及紙張、織物、皮革的浸漬劑。尿素還可作為多種用途的添加劑 ,用于醫(yī)藥和試劑生產(chǎn)中 。 農(nóng)業(yè)上 ,尿素主要是作為氮素化學(xué)肥料 ,具有一系列的優(yōu)點 。 其是中性速效肥料 ,施于土壤中以后不殘留使土壤惡化的酸根 ,而且分解出來的二氧化碳也可以為植物吸收 。 此外 ,尿素的施用及貯藏性能好 ,不分解、不吸潮、不結(jié)塊、流動性好、無爆炸性 。 由此看來 ,尿素產(chǎn)品涉及到國民經(jīng)濟和人民生活的各個領(lǐng)域 。 世界尿素主要消費地區(qū)包括西歐、北美、中東、南亞、東南亞、 東亞及其 他地區(qū)。 20xx年 ,全球尿素需求量約 噸 ,比 20xx年增長 ％ 。 未來尿素需求量的增加主要來自肥料用尿素需求的增加 ,包括尿素用 于糧食增產(chǎn)以及進一步代替其他肥料的應(yīng)用，如在西歐逐步代替硝酸銨 ,在中國逐步代替硝酸氫銨 。 尿素作為最重要的氮素化學(xué)肥料 ,在中國這樣一個農(nóng)業(yè)大國中 ,其發(fā)展是不言而喻的。同時 ,在整個世界 市場中的供不應(yīng)求 ,更為其今后的發(fā)展提供了廣闊的空間。 尿素的生產(chǎn)工藝比較成熟 ,主要的生產(chǎn)方法有 :不循環(huán)法 ,部分循環(huán)法 ,水溶液全循環(huán)法 ,氣提法 等 。 現(xiàn)代的尿素生產(chǎn)均多采用全循環(huán)法 ,即每次通 過反應(yīng)器 (在尿素工業(yè)中稱為合成塔 )后再 通過吸收工段 將 未轉(zhuǎn)化為尿素的 3NH 和 2CO 回收并送回合成塔 。 為此 ,合成塔排出液 (含有尿素 ,氨和二氧化碳的水溶液 )要先進行組分分離 ,使成為多少較 純凈的尿素水溶液和未反應(yīng)的 3NH 、 2CO 和 OH2 的混合物 。 前者通過蒸發(fā) ,濃縮 ,結(jié)晶或造粒而制成顆粒狀尿素產(chǎn)品 。 其中 水溶液全循環(huán)法是 指合成反應(yīng)未轉(zhuǎn)化成尿素的氨和二 氧化碳 ,經(jīng)幾次減壓和加熱分解 ,從尿素溶液中分離出來 ,然后又全部返回高壓合成塔 ,從而提高原料氨和二氧化碳的利用率的方法。 尿素的性質(zhì) 尿素 ,又稱脲 ,分子式 24ONCH ,相對分子質(zhì)量 ,結(jié)構(gòu)式 22)(NHCO 或22 NHCONH ?? 。 在人及哺乳動物的尿液中含有這種物質(zhì) ,故稱為尿素 ,是蛋白質(zhì)新陳代謝后的最終產(chǎn)物 。 尿素在許多是生物 過程中起著重要 的作用 。 四川理工學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計 (論文 ) 第一章 總論 2 尿素可以看做是碳酸的二酰胺 。 碳酸 32COH 是含有一個羰基的二元羰酸 ,所以尿素又稱為碳酰二胺 。 純尿素在室溫下是無色、無味、無臭的針狀結(jié)晶體 ,在一定條件下也呈斜方棱柱結(jié)晶狀 。 尿素在常壓下的熔點是 ℃ ,在高壓 (幾千 大氣壓 )下尿素轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌?,熔點也有所變化 。 在真空下加熱尿素可直接升華為氣體 。 尿素易溶于水和液氨 ,也溶于甲醇、乙醇、甘油、不溶于 乙醚 和氯仿 。 尿素在水或液氨中的溶解度均隨溫度的升高而增加 。 固 體尿素在常溫常壓下是穩(wěn)定的 ,受熱升華的尿素可轉(zhuǎn)變?yōu)橥之悩?gòu)物氰酸銨 CNONH4 ,并分解為氨和氰酸。熔融態(tài)尿素在高溫下緩慢放出 3NH 而可縮合成多種化合物 ,最主要的是縮二脲 22CON HC ON HNH ,尿素的縮合產(chǎn)物還有多種 ,其組成與溫度、壓力、加熱速度及催化劑有關(guān)。 尿素在水溶液中緩慢水解 ,變?yōu)榘被姿徜@ ,再變?yōu)樘妓徜@ ,最終成為氨和二氧化碳。尿素水溶液呈微堿性 ,它與強酸作用生成鹽 。尿素與鹽類相互作用生成絡(luò)合物 ,這些 性質(zhì)在復(fù)合肥料的生產(chǎn)中具有重要的意義。 合成 工藝原理 水溶液全循環(huán)法 由液氨和二氧化碳氣體直接合成尿素的反應(yīng)過程可分為二步 : ① 液氨與氣體二氧化碳作用生成液體氨基 甲酸銨 : QNHCONHCONH ??? 224232 ② 氨基甲酸銨 脫水生成尿素 : QOHNHCOC O O N HNH ??? 22224 )( 總反應(yīng)式為 : OHNHCOCONH 22223 )(2 ??? 第一步是放 熱反應(yīng) ,反應(yīng)速度很快 。第二步是略微吸熱的化學(xué)反應(yīng) ,反應(yīng)速度較慢 ,且達到化學(xué)平衡時也不能使氨基甲酸銨全部脫水轉(zhuǎn)化為尿素 ,它是合成尿素過程中的控制因素 。 氨基甲酸銨 脫水反應(yīng)必須在液相中進行 ,即尿素生成是液相反應(yīng) ,所以原料氨必須以液態(tài)供給 , 2CO 則 液或氣態(tài)均可 。操作溫度必須高于氨基甲酸銨的熔點 ,而且還必須在高的壓力下進行 。 設(shè)計流程 工藝流程簡圖 如圖 11: 四川理工學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計 (論文 ) 第一章 總論 3 去 閃蒸 槽N H3C O2去 中壓 吸收去 低壓 吸收預(yù)混器過 濾 器液 氨緩 沖 槽壓 縮 機高 壓 泵加熱器加熱器尿素合成塔一段分解塔二段分解塔 圖 11 尿素合成分離工段工藝流程圖 流程簡述 從 合成氨 工段 來 的液氨通過過濾器送入液氨緩沖槽 ,緩沖槽壓力維持在 (表壓 )左右。 液氨由緩沖槽經(jīng)液氨 高壓 泵加壓到 后 與來自 2CO 壓縮機的 2CO ( , ℃125 )(含循環(huán)的全部水分 )一起進入預(yù)混 器 ,此時反應(yīng)的總物料組成 : :1::: 223 ?OHCONH ,然后送 入合成塔 。 該塔是不銹鋼襯里的高壓容器 ,在此氨基甲酸銨脫水生成尿素 。 物料在塔內(nèi)停留時間約 h1 左右 , 2CO 的轉(zhuǎn)化率為 %64 。 合成塔頂部物料出口溫度為 ℃190 ,此反應(yīng)熔融物內(nèi)有尿素、氨基甲酸銨、氨和水等 。 經(jīng)減壓到 (表壓 )后進一段分解分離器 ,分離 ,降溫到℃124 時進入到一段分解加熱器加熱到 ℃160 左右 ,使溶液中的氨、二氧化碳和水再次氣化 。 在一段分解分離器內(nèi)氣液兩相分開 ,溶液送二段分解 塔 ,氣體送往中壓吸收系統(tǒng) 。 二段分解塔用來進一步除去一段分解 分離器未完全除去的 3NH 和 2CO ,其操作壓力為 ,操作溫度為 ℃120 ,是一精餾的過程 。 塔頂出口氣 則送往低壓吸收系統(tǒng) ,同中 壓吸收 系統(tǒng)吸收的氣體一起作為循環(huán)之用，塔底出口溶液送去閃蒸，通過蒸發(fā)除 去多余的水分， 以 達到濃縮的目的 。 主要 工藝 條件 尿素合成塔 操作壓力 21 atm(絕 ) 操作溫度 ℃190 入塔物料 )(/ 23 分子比CONH )(/ 22 分子比COOH 四川理工學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計 (論文 ) 第一章 總論 4 二氧化碳轉(zhuǎn)化率 %64 一段分 離 器 操作壓力 18 atm(絕 ) 操作溫度 ℃160 二段分解 塔 操作壓力 4 atm(絕 ) 操作溫度 塔底液相 ℃150 塔頂氣相 ℃120 成品尿素 含氮量 %46 (折合尿素 % ) 縮二脲 % 含水量 %