【正文】 1 水溶液全循環(huán)法尿素蒸發(fā)工段的工藝流程設(shè)計 引 言 我國是農(nóng)業(yè)大國，在農(nóng)業(yè)高速發(fā)展的今天，化肥行業(yè)也發(fā)展迅猛，在制造尿素中比較熱門的方法有水循環(huán)法，水循環(huán)法制尿素適合中國現(xiàn)階段國情，操作簡單，造價低，現(xiàn)在這種方法發(fā)展比較完善，這片設(shè)計主要對水循環(huán)法制尿素有關(guān)尿素蒸發(fā)工段的工藝流程介紹，和設(shè)備的設(shè)計。我國的化肥產(chǎn)業(yè)自動化發(fā)展還不完善，小型化工化肥廠眾多，鑒于以上原因，水溶液全循環(huán)法這個簡單易裝備的方法得到普遍應(yīng)用，為我國化肥的生產(chǎn)制造提供了大量產(chǎn)品，本文主要介紹尿素的生產(chǎn)流程，對了解我國化工生產(chǎn) 尿素非常有使用價值。僅供學(xué)生學(xué)習(xí)和參考。 2 第 1 章 尿素發(fā)展概況和主要用途 尿素發(fā)展概況 尿素別名碳酰二胺、碳酰胺、脲 。是由碳、氮、氧和氫組成的有機化合物又稱脲（與尿同音）。其化學(xué)公式為 CON2H CO(NH2)2或 CN2H4O，國際非專利藥品名稱為 Carbamide。外觀是白色晶體或粉末。它是動物蛋白質(zhì)代謝后的產(chǎn)物，通常用作植物的氮肥。尿素在肝合成，是哺乳類動物排出的體內(nèi)含氮代謝物。這代謝過程稱為尿素循環(huán)。尿素是第一種以人工合成無機物質(zhì)而得到的有機化合物尿素大量存在于人類和哺乳動物的尿中 ,是韋勒在 1828年人工合成的第一種有機化合物 ,從而打破了無機化合物和有機化合物的絕對界限。工業(yè)上由氨和二氧化碳制得。它有許多用途 ,是含氮址較高的重要氮肥 ,也可制成含氮和五氧化二磷煉制的脫蠟劑等。 [3] 尿素的主要用途 尿素 可以大量作為三聚氰胺、脲醛樹酯、水合肼、四環(huán)素、苯巴比妥、咖啡因、還原棕 BR、酞青藍(lán) B、酞青藍(lán) Bx、味精等多種產(chǎn)品的生產(chǎn)原料。 一、調(diào)節(jié)花量 為了克服蘋果地大小年，遇小年時，于花后 56周 (蘋果花芽分化的臨界期，新梢生長緩慢或停止，葉片含氮量呈下降趨勢 )葉面噴施 ％尿素水溶液，連噴 2次，可以提高葉片含氮量，加快新梢生長抑制花芽分化，使大年的花量適宜。 二、疏花疏果 桃樹的花器對尿素較為敏感但嘎面反應(yīng)較遲鈍，因此，國外用尿素對桃和油桃進行了疏花疏果試驗，結(jié)果表明，桃和油桃的疏花疏果，需要較大濃度 (％ )才能顯示出良好效果，最適合濃度為 8％ 12％，噴后 1— 2周內(nèi)，即能達(dá)到疏花疏果的目的。但是，在不同的土地條件下，不同時期及不同品種的反應(yīng)尚需進一步試驗。 三、水稻制種 3 在雜交稻制種技術(shù)中，為了提高父母本的異交率，以增加雜交稻制種量或 尿素可 作為一種非蛋白氮飼料添加劑一般都采用赤毒素噴施母本以減輕母本包頸程度或使之完全抽出；或噴施父母本，調(diào)節(jié)二者的生長，使其花期同步。由于赤霉素價格較貴，用其制種成本高。人們用尿素代替赤霉素進行實驗，在孕穗盛期、始穗期 (20％抽穗 )使用 ％ 2％尿素，其繁種效果與赤霉素類似，且不會增加株高。 四、防治蟲害 用尿素、洗衣粉、清水 4:1:400份，攪拌混勻后，可防止果樹、蔬菜、棉花上的蚜蟲、紅蜘蛛、菜青蟲等害蟲，殺蟲效果達(dá) 90％以上。 五、尿素鐵肥 尿素以絡(luò)合物的形式，與 Fe2+形成螯合鐵 。這種 尿素可作為一種非蛋白氮飼料添加劑 ， 有機鐵肥造價低，防治缺鐵失綠效果很好。此外葉面噴 ％硫酸亞鐵時加入 ％尿素，防治失綠效果比單噴 ％硫酸亞鐵好。 六 .因為尿素具有優(yōu)異的溶解染料性能 ,又有溫和的還原性 /抗氧化性及極為優(yōu)異的吸濕性 ,所以在紡織工業(yè)上是優(yōu)良的染料溶劑 /吸濕劑 /粘膠纖維膨化劑 ,樹脂整理劑 ,有廣泛的用途 .[1] 4 第 2 章 尿素的物理化學(xué)性質(zhì) 尿素的化學(xué)式： CO(NH2)2分子質(zhì)量 60為無色或白色針狀或棒狀結(jié)晶體，工業(yè)或農(nóng)業(yè)品為白色略帶微紅色固體 顆機無臭無味。含氮量約為 %。密度1． 335g/cm3。熔點 132． 7℃溶于水、醇，不溶于乙醚、氯仿。呈現(xiàn)弱堿性。 化學(xué)性質(zhì) :可與酸作用生成鹽。有水解作用。在高溫下可進行縮合反應(yīng)，生成縮二脲、縮三脲和三聚氰酸。加熱至 160℃分解，產(chǎn)生氨氣同時變?yōu)榍杷?。因為在人尿中含有這種物質(zhì)，所以取名尿素。尿素含氮 (N)46％，是固體氮肥中含氮量最高的。 生產(chǎn)方法：工業(yè)上用液氨和二氧化碳為原料，在高溫高壓條件下直接合成尿素。 化學(xué)反應(yīng)如下： 2NH3+CO2→ NH2COONH4→ CO(NH2)2+H2O 尿素在酸、堿、酶作用下（酸、堿需加熱）能水解生成氨和二氧化碳。對熱不穩(wěn)定，加熱至 150~160℃將脫氨成縮二脲。若迅速加熱將脫氨而三聚成六元環(huán)化合物三聚氰酸。與乙酰氯或乙酸酐作用可生成乙酰脲與二乙酰脲。在乙醇鈉作用下與丙二酸二乙酯反應(yīng)生成丙二酰脲（又稱巴比妥酸，因其有一定酸性）。在氨水等堿性催化劑作用下能與甲醛反應(yīng)，縮聚成脲醛樹脂。尿素易溶于水，在 20℃時 100毫升水中可溶解 105克，水溶液呈中性反應(yīng)。 尿素產(chǎn)品有兩種。結(jié)晶尿素呈白色針狀或棱柱狀晶形，吸濕性強。粒狀尿素為粒徑 1～ 2毫米的半透明粒子，外觀 光潔，吸濕性有明顯改善。 20℃時臨界吸濕點為相對濕度 80％，但 30℃時，臨界吸濕點降至 ％，故尿素要避免在盛夏潮濕氣候下敞開存放。目前在尿素生產(chǎn)中加入石蠟等疏水物質(zhì)，其吸濕性大大下降。尿素是一種高濃度氮肥，屬中性速效肥料，也可用于生產(chǎn)多種復(fù)合肥料。在土壤中不殘留任何有害物質(zhì)，長期施用沒有不良影響。畜牧業(yè)可用作反芻動物的飼料。但在造粒中溫度過高會產(chǎn)生少量縮二脲，又稱雙縮脲，對作物有抑制作用。我國規(guī)定肥料用尿素縮二脲含量應(yīng)小于 ％?？s二脲含量超過 1％時，不能做種肥，苗肥和葉面肥，其他施用期的尿素含量也 不宜過多或過于集中。 5 第 3 章 尿素生產(chǎn)工藝簡介 尿素的合成 原料氣二氧化碳由合成車間凈化工段送來，在進入二氧化碳壓縮機之前，為防止合成、循環(huán)系統(tǒng)的腐蝕，加入二氧化碳總量的百分之 （體積）的氧氣，然后進二氧化碳壓縮機，經(jīng)五段壓縮至 20MPa，溫度 約 125度進入尿素合成塔。 由氨庫送來的液氨進入液氨緩沖罐，與中壓循環(huán)系統(tǒng)回收的液氨匯合后，其中一部分作為一段吸收塔回流，其余液氨進入高壓氨泵加壓到 20MPa，經(jīng)氨預(yù)熱器預(yù)熱到 55~55度進入合成塔。 從一段吸收塔來的溫度 88~92度的氨基甲酸銨溶液，經(jīng)一段甲銨泵加壓到20MPa 進入合成塔，合成塔操作壓力為 177。 ，溫度為 188177。 2度，在合成塔內(nèi)有 62~63%的二氧化碳轉(zhuǎn)化為尿素。 [4] 水溶液全循環(huán)工藝 水溶液全循環(huán)工藝雖屬 60 年代技術(shù)水平，但由于我國尿素工藝研究和工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展過程中均以該工藝為主，因此積累了工藝設(shè)計、設(shè)備制造、操作技術(shù)和生產(chǎn)管理的豐富經(jīng)驗，為小氮肥廠改產(chǎn)尿素提供了豐富技術(shù)，使小尿素裝置投產(chǎn)以后即能穩(wěn)定運行。小尿素裝置發(fā)展迅速，是適合我國國情的，充分發(fā)揮了原小氮肥廠的優(yōu)勢。 引進時的傳統(tǒng)工藝 在中壓分解前設(shè)置預(yù)分離器，以減輕一段分解加熱器的負(fù)荷，出預(yù)分離器的氣相單獨進入一吸塔。一段分解氣 (160℃ )中含有較高的水蒸氣分壓，通過一蒸加熱器熱利用段后進入一吸塔，一甲液返回合成塔，使入塔H2O/CO2分子比較高 (~) ,合成塔 CO2轉(zhuǎn)化率在 63％。此工藝的主要缺點是甲銨生成熱沒有充分利用，而在一段分解未反應(yīng)物時卻需耗用大量蒸汽，吸收時又用大量冷卻水加以冷卻，一噸尿素消耗蒸汽設(shè)計值為 噸 (負(fù)荷高時，實耗 噸 )，噸尿素汽耗比氣提法工藝高 ~ 噸。 6 第 4 章 蒸發(fā)技術(shù)研究 應(yīng)用范圍 蒸發(fā)是重要的化工單元操作之一，它在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用十分廣泛。蒸發(fā)操作可在加壓、常壓、真空下進行。為了保證產(chǎn)品生產(chǎn)過程的系統(tǒng)壓力，則蒸發(fā)需要在加壓狀態(tài)下操作 。對于熱敏性物料，為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，在較低溫度下濃縮，則需要采用真空操作以降低溶液沸點 。若要回收利用低位熱能，采用真空操作也是有利的，因為在真空下熱源與被蒸發(fā)溶液間的溫度差比常壓下增大，從而加速了熱量傳遞過程。但由于沸點低，溶液的粘度也相應(yīng)增大，而且設(shè)置真空發(fā)生系統(tǒng)，也需要增加設(shè)備和動力。因此，一般無特殊要求的溶液，采用 常壓蒸發(fā)是最佳的。 蒸發(fā)器的設(shè)計原則 蒸發(fā)器是一個大的熱能消耗裝置，由于能源價格不斷地提高。因此，在系統(tǒng)工程中以及蒸發(fā)裝置本身，如何降低能耗，有效地利用各種余熱更加重要。多效蒸發(fā)依然是研究的重點，其最佳化參數(shù)有 :效數(shù)、溫度差、濃度比、年經(jīng)營效用和總傳熱面積等。 蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)型式種類繁多，應(yīng)結(jié)合具體的蒸發(fā)任務(wù)來加以選擇。首先，必須考慮的因素是溶液的物化性質(zhì)，確保蒸發(fā)濃縮產(chǎn)品的質(zhì)量。被蒸發(fā)的溶液均具有一定的特性，包括組成、粘性、熱敏性、發(fā)泡性、腐蝕性，以及在蒸發(fā)過程中是否易結(jié)晶、結(jié)垢，是否含有固體懸浮物 等。這些性質(zhì)對蒸發(fā)器的造型起著至關(guān)重要的作用。如對于高濃度的溶液不適宜于采用升膜式蒸發(fā)器，因為其二次蒸汽流速不夠，從而難以形成良好的傳熱膜；高粘度的溶液因流動性差，則可選擇刮板薄膜式蒸發(fā)器或強制循環(huán)蒸發(fā)器 。熱敏性的溶液易分解、異構(gòu)、縮聚等，應(yīng)選擇儲液量少、停留時間短的膜式蒸發(fā)器；有結(jié)晶或易結(jié)垢的溶液一般應(yīng)選用強制循環(huán)式或外加熱式以避免結(jié)晶物附著管壁或結(jié)垢 :易發(fā)泡的溶液不宜在真空下蒸發(fā)，同時應(yīng)選用升膜式、強制循環(huán)式或外加熱式等破泡能力強的蒸發(fā)器。當(dāng)幾種型式的蒸發(fā)器均能適應(yīng)溶液性質(zhì)時，可結(jié)合經(jīng)濟性和可行性確定。 其次，傳熱效果是選用和設(shè)計蒸發(fā)器應(yīng)考慮的重要問題，蒸發(fā)器所需傳熱面積的大小，決定著 7 設(shè)備費用，在相同的額定生產(chǎn)負(fù)荷下，良好的傳熱效果可節(jié)約投資，而在設(shè)各面積一定的條件下又可提高生產(chǎn)能力。 [2]劉家琪，《分離過程》 為盡量縮短蒸發(fā)加熱時間，減少尿液蒸發(fā)過程中副反應(yīng)的發(fā)生，本設(shè)計的一段，二段蒸發(fā)器都選用升膜蒸發(fā)器進行蒸發(fā)。 蒸發(fā)操作的流程 蒸發(fā)是采用加熱的方法，使含有不揮發(fā)性雜質(zhì)（如鹽類）的溶液沸騰，除去其中被汽化單位部分雜質(zhì)，使溶液得以濃縮的單元操作過程。 蒸發(fā)操作廣泛用于濃縮各種不揮發(fā)性物質(zhì)的水溶 液，是化工、醫(yī)藥、食品等工業(yè)中較為常見的單元操作?；どa(chǎn)中蒸發(fā)主要用于以下幾種目的： ① 獲得濃縮的溶液產(chǎn)品； ② 將溶液蒸發(fā)增濃后，冷卻結(jié)晶，用以獲得固體產(chǎn)品，如燒堿、抗生素、糖等產(chǎn)品； ③