尿素生产方法原理--合成工艺条件确定1.pptVIP

三、合成工艺条件的确定;反应（1）:快速强放热可逆反应。其平衡转化率约为98%。 反应（2）:速度较为缓慢的弱吸热可逆反应，只有在液相中才有明显的反应速度。其平衡转化率为55%～80%。;*;复习：理论基础—相平衡; NH3－CO2体系t－x图局部放大;（2）NH3－CO2－H2O－Ur四元相图结构:在三元系中加入高沸点组分Ur，或Ur和H2O混合物，指三元系发生合成反应而成的过渡态相图和稳态相图（平衡态）。;尿素合成工艺条件选择;1、温度 2、氨碳比 3、水碳比 4、压力 5、惰气含量、填充度 6、反应时间、生产强度;*;*;*;2、氨碳比;*;不利影响： （1）氨碳比升高，物系饱和蒸汽压升高，导致操作压力升高，加大机组和泵的负荷。 （2）提高氨碳比，提高了二氧化碳的转化率，但降低了氨的转化率，未反应氨的循环回收，增加了输送设备的负荷，加大了能耗。;综合以上分析，只有选择最大尿素生成速度时的氨碳比最为适宜： 对水溶液全循环法流程氨碳比以4.0左右为宜； 二氧化碳气提法流程氨碳比以2.9左右为宜。 ;*;*;*;*;*;*;工业尿塔处于气液两相流的原因：;尿素合成模型—热力学模型;尿素合成模型—甲铵生产反应中的物理变化;尿素合成模型—尿塔返混现象;尿素合成模型—尿塔沟流现象;尿素合成模型—尿塔多孔筛板;尿素合成模型—尿塔多孔筛板;尿素合成模型—Stamicarbon新型塔盘 ;尿素合成模型—Stamicarbon新型塔盘 ; 将未反应的NH3和CO2从反应液中分离并回收返回系统，是尿素工业装置的重要组成部分，对提高原料利用率和经济效益起着关键作用。 ;1、分离、回收的依据及方法;减压和加热。 若单独减压而不加热，为使分解彻底，须降压到很低的压力（甚至负压）； 若单独加热而不减压，因气液分离的温度不可太高，以免生成的尿素又重新分解，且高温引起腐蚀加剧；则仍会有相当多的NH3和CO2保留在液相中。 所以，应当选择适当的温度和压力条件，以使最大限度地将未反应的NH3和CO2从液相中逐出。在此，还需注意尽量减少水蒸气也同时逐出。;将NH3和CO2以气态形式返回是不可取的，因气体压缩功将很高，而且还有在气体中出现固体结晶(氨基甲酸铵或碳酸盐类)等技术困难。; 采用多级的理由??若希望一次降压而把未反应物全部逐出，而降压后的压力仍很高，那么就需加热到很高的温度，对设备材质提出过高的要求，并可能引起尿素的水解或其他不利的副反应。 ; 以下依次介绍各压力等级下的分解回收过程。先研讨高压气提过程，再研讨压力更低的分解循环。; 尿素装置采用气提，即在与合成压力相同的压力下将合成液中的一部分NH3和CO2气提出来，随后再冷凝为液体。 ;1．可以不用泵而直接返回合成塔； 2．气提出来的NH3和CO2混合气体所含有的水蒸气较之减压循环返回的甲铵液中的水含量少，因而有利于提高合成反应转化率； 3．气提出来的NH3和CO2混合气在高压下冷凝，冷凝温度较高，放出热量可以回收利用。;在不减压的条件下，能否将合成塔出液中未反应的NH3和CO2转入气相?; “反气提”：合成塔出口溶液组成应为液相线上的一点，设为在顶脊线的富NH3侧，如L1点。若采用CO2气提，根据相图的基本原理，过程在相图上表示为从L1点向表示CO2的C点移动。此时系统组成点进入液相区，即CO2将溶解而不能将液相中的NH3和CO2逐出，这可称为“反气提”。; 目前的气提过程均采用气液逆流流动方式，分离效果将更高，液相点可沿液相线L2l1′继续向下移动，气相点则沿气相线CA向上移动。极限情况的液相点可达l1′，非常靠近顶点E，气提效率是很显著的。 ; 以上讨论的是二氧化碳气提的条件。现再讨论氨气提。如合成塔出口溶液组成位于顶脊线的富NH3侧的L1′点，总组成将沿L1A移动。从图2-2-13可见，这时不会出现反气提，但注意富NH3侧液相线的形状与富CO2侧不同，气提的液相线沿Ll l1移动，其组成并不向E点靠近，气提效果不明显。这自然是由于NH3本身在尿液中的溶解度远大于CO2在尿液中的溶解度之故。 ; 为了提高氨气提的效率，现代的氨气提工艺采用了气提与加热并举的方法。图中线l2l2′表示更高温度的液相线。这样，液相组成所含NH3和CO2量较少，达到了气提的目的。还可看出，由于提高温度的结果，即使不通入NH3，合成塔出口溶液点Ll本身己经处于两相区而有气相出现，不必再另外引入NH3气提剂。所以NH3气提也叫热气提，在气提塔不引入NH3。;三、高压合成圈的构成; 气提塔排出的NH3和CO2混合气(并含少量水蒸气)经冷凝液化，即可作为原料自行返回合成塔。气提气的冷凝既是合成塔自热平衡的要求，又提供了能量回收的有利条件。