尿素生产方法原理--合成工艺条件的确定1.ppt

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%。3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910112、氨碳比13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。161718192021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Lll1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。由此可见高压圈主要包括合成、分离(汽提或汽化)和热回收冷凝三个环节。高压圈内的物流循环可以依靠重力自流也可以利用进入高压圈的原料流股压力(例如液液喷射器)用以克服流动阻力不必另设驱