水溶液全循環(huán)法生產尿素工藝介紹(已改無錯字)
2022-07-24 00:19:23 本頁面
【正文】 吸收生成液態(tài)氨基甲酸銨，送回合成塔。中壓分解后的尿素溶液中未轉化的氨基甲酸銨需要再一次減壓后進入低壓系統(tǒng)在進行分解，實驗測得數(shù)據(jù)表明，℃以上時，分解后的液相組成僅與溫度、壓力有關，而原始溶液總成無關。尿素合成反應液經二次減壓加熱和閃蒸，將未反應物分離之后，得到溫度為95℃、濃度為73％～75％的尿素溶液，貯存于尿液貯槽。次尿液必須進一步濃縮，％，然后造粒，才便于貯存和運輸。尿素濃縮可以采用蒸發(fā)法，也可以采用結晶法。從蒸發(fā)法得到熔融狀尿素直接可以造粒，而結晶法得到固體結晶尿素，仍須加熱再熔融后進行造粒。這是由于結晶尿素易于吸潮結塊。％左右，％.前者設備較少，基建投資較少，后者投資稍有增加。具體采用哪種方法依情況而定。熔融尿素(140℃)→尿素粒子(140℃)→尿素粒子(60℃) 第四章 物料衡算和熱量衡算(1)計算范圍：以第一反應器為計算范圍，如圖41所示。(2)年生產力：10萬噸尿素(3)年開工時數(shù)：8000h。10104103kg247。8000h=12500kg/h(以1h為基準，以下計算中，不再寫h1) 圖41第一反應器進料氣體的純度（摩爾分數(shù)）氨50%，二氧化碳40%，甲銨10%；純循環(huán)甲銨的純度（摩爾分數(shù)）80%，甲銨的分解率70%，尿素的回收率60%，氨的轉化率60%，二氧化碳的轉化率60%?？偡磻匠淌剑?2NH3+CO2→CO(NH2)2+H2O分步反應方程式：2NH3+CO2→NH2COONH4+ NH2COONH4→CO(NH2)2+ 第一反應器中生成的尿素的量：12500kg247。60%==第一反應器中生成的水的量：12500kg247。60%===純循環(huán)甲銨的量：12500kg247。60%===循環(huán)甲銨的量：247。80%247。70%==48360kg進料中甲銨的量：247。10%==483600kg進料中氨的量：26200kmol247。50%=24800kmol=421600kg進料中二氧化碳的量：247。40%=15500kmol=682000kg出料中氨的量：24800kmol(160%)=9920kmol=168640kg出料中二氧化碳的量：15500kmol(160%)=6200kmol=272800kg出料中甲銨的量：==列物料衡算表，見表42。表4－2 年產10萬噸的尿素生產物料衡算表進反應系統(tǒng)的原料組成出反應系統(tǒng)的原料組成組分kmol㎏組分kmol㎏NH3992028424NH39920168640CO21550034716CO26200272800NH2COONH4483600H2ONH2COONH4CO(NH2)241820總量546740總量510788(1) ：?fHm(CO(NH2)2)=?fHm(CO2)= kJ/mol ?fHm(NH3)=?fHm(NH2COONH4)= kJ/mol ?fHm(H2O)=(2) 物料摩爾定壓熱容數(shù)據(jù)，見表43。表43 物料摩爾定壓熱容數(shù)據(jù)物質摩爾定壓熱容Cp,m/(kJ(molK)1)物質摩爾定壓熱容Cp,m/(kJ(molK)1)25℃160℃25℃160℃NH3CO2H2ONH2COONH4CO(NH2)2反應混合氣進口溫度25℃，反應溫度和出口溫度160℃。 (1) ：?rHm1=+?rHm2=Q放=24800Kmol(+)=3248304103kJ=106MJ(2) 反應混合氣帶入熱：Q帶入=(24800+15500+6200) 25kJ=107kJ=104MJ(3) 產物氣帶出熱：Q帶出=(9920+6200+++) (16025)kJ =105135kJ=104MJQ放()+Q帶入=Q帶出+Q移出Q移出= Q放() +Q帶入Q帶出 =106MJ+104MJ =106MJ(4) 列熱量衡算表，見表44。表44 年產10萬噸尿素生產熱量衡算表輸入輸出項目熱量/ MJ項目熱量/ MJ反應氣帶入熱104產物氣帶出熱104106移出熱106總計106總計106第五章 生產尿素的工藝條件及主要設備為保證產品質量并取得較好的技術經濟效益，在生產過程中需嚴格控制各項工藝條件，生產尿素的主要工藝條件如下。尿素合成的控制反應是甲銨脫水，它是一個微吸熱反應，故提高溫度甲銨脫水速度加快。溫度每升高10℃，反應速度約增加一倍，因此，從反應速率角度考慮，高溫是有利的。由實驗和熱力學計算表明，平衡轉化率開始時隨溫度升高而增大。若繼續(xù)升溫平衡轉化率逐漸下降。表51 反應溫度與二氧化碳轉化率的關系反應溫度/℃170180190轉化率∕％6060注：NH3:CO2=4, H2O:CO2=圖51溫度與轉化率的關系這是因為高溫時甲銨在液相中分解成氨和二氧化碳所造成；綜合進行考慮．尿素合成塔內部操作溫度大致為185～200℃。氨碳比是指反應物料中NH3／CO2的摩爾比，常用符號a表示。“氨過量率”是指原料中氨量超過化學反應式的理論量的摩爾百分數(shù)。兩者是有聯(lián)系的，如當原料a=2時氨過量率為0％，而a=4時，則氨過量率為100%。實驗表明，NH3過量能提高尿素的轉化率，因為過量的NH3促使CO2轉化，同時能與脫出的H2O結合成氨水。使水排除于反應之外，這就等于移去都分產物，也促使平衡向生成尿素的方向移動。再者，過剩氨還會抑制甲銨的水解和尿素的縮合等有害副反應，也有利于提高轉化率。所以，過量氨增多；平衡轉化率增大，故工業(yè)上都采用氨過量操作，即氨碳比必須大于2?！珻O2氣提法尿素生產流程中因設有高壓甲銨冷凝器移走熱量和副產蒸汽，不存在超溫問題，而從相平衡及合成系統(tǒng)壓力考慮，～。水碳比是指合成塔進料中H2O/CO2的摩爾比，常用符號b來表示。水的來源有兩方面：一是尿素合成反應的產物，二是現(xiàn)有各種水溶液全循環(huán)法中，一定量的水會隨同未反應的NH3和CO2返回合成塔中。從平衡移動原理可知：水量增加，不利于尿素的形成．它將導致尿素平衡轉化率下降。表52 水碳比的影響H2O：CO2尿素平衡轉化率水溶液全循環(huán)法中，～；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，～。尿素合成總反應是一個體積減少的反應，因而提高壓力對尿素合成有利，尿素轉化率隨壓力增加而增大。但合成壓力也不能過高，因壓力與尿素轉化率的關系并非直線關系，在足夠的壓力下，尿素轉化率逐步趨于一個定值，壓力再升高，轉化率增加很少，但同時壓縮的動力消耗增大，生產成本提高，高壓下甲銨對設備的腐蝕也加劇。對于水溶液全循環(huán)法，當溫度為190℃
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