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1、职业技术学院 毕 业 论 文（设 计）(冶金化工系)题 目 水溶液全循环法生产尿素工艺 专 业 应用化工技术 班 级 姓 名 学 号 指导教师 完成日期 2010年6月25日-2010年10月10日 努力了的才叫梦想，不努力的就是空想！如果你一直空想的话，无论看多少正能量语录，也赶不走满满的负能量！你还是原地踏步的你，一直在看别人进步。目录摘 要1第一章 概述21.1尿素的物理化学性质和用途21.1.1尿素的物理性质21.1.2尿素的化学性质21.1.3尿素的用途21.2尿素的生产方法简介31.2.1水溶液全循环法41.2.2汽提法41.3水溶液全循环法和CO2汽提法两种方法的比较41.3.1
2、水溶液全循环尿素工艺的优、缺点51.3.2 C02汽提法尿素工艺的优、缺点61.3.3尿素的发展前景与展望6第二章 水溶液全循环法生产尿素的原理92.1化学反应92.2反应原理9第三章 水溶液全循环法的生产工艺流程113.1原料的准备113.1.1氨113.1.2二氧化碳113.2尿素的工艺流程图113.3原料的净化与输送133.3.1二氧化碳脱硫与压缩原理133.3.2液氨的净化与输送133.4尿素的合成143.4.1液氨和二氧化碳直接合成尿素143.4.2合成尿素的理论基础143.5中压分解与吸收143.6低压分解与吸收153.7尿素溶液的蒸发与造粒15第四章 物料衡算和热量衡算164.1
3、物料衡算164.1.1数据采集164.1.2基本物料衡算164.2热量衡算174.2.1数据采集174.2.2基本热量衡算18第五章 生产尿素的工艺条件及主要设备195.1生产尿素的工艺条件195.1.1温度195.1.2氨碳比205.1.3水碳比205.1.4操作压力205.1.5反应时间215.2生产尿素的主要设备215.2.1脱硫塔215.2.2合成塔215.2.3高压混合塔235.2.4中压分解加热塔235.2.5中压分解分离塔235.2.6中压吸收塔245.2.7氨冷凝器245.2.8低压分解精馏塔255.2.9低压吸收第一氨基甲酸铵冷凝器255.2.10低压吸收第二氨基甲酸铵冷凝器
4、25致谢27参考文献28摘 要受中国的基本国情决定，中国的农业发展在未来的很长一段时间里都将占据着主要的地位，化肥在农业中的地位是不可缺少的。尿素是氮肥中最主要的化肥品种，尿素占我国氮肥使用量的60%以上。近几年年以来，由于尿素产能过剩，加之成本上升、出口受限，导致尿素生产旺季不旺，市场疲软，经济效益明显下降，行业亏损加剧。这种状况是影响氮肥工业发展多种因素共同作用的结果，是氮肥工业由扩张高峰期进入加速优化调整时期的重要标志，尿素在未来的发展将进入一个全新的阶段。因此这次毕业设计主要介绍了尿素的生产原理、尿素的生产方法、尿素生产的工艺流程、生产尿素的主要设备以及相关的物料衡算和能量衡算作简要的
5、介绍。关键词：尿素；全循环；发展第一章 概述1.1尿素的物理化学性质和用途1.1.1尿素的物理性质分子式为CO(NH2)2，分子量 60.06，CO(NH2)2 为无色或白色针状或棒状结晶体，工业或农业品为白色略带微红色固体颗粒无臭无味。密度1.335g/cm3。熔点132.7。1.1.2尿素的化学性质易溶于水、醇，不溶于乙醚、氯仿。呈微碱性。可与酸作用生成盐。有水解作用。在高温下可进行缩合反应，生成缩二脲、缩三脲和三聚氰酸。加热至160分解，产生氨气同时变为氰酸。因为在人尿中含有这种物质，所以取名尿素。尿素含氮(N)46，是固体氮肥中含氮量最高的。尿素在酸、碱、酶作用下（酸、碱需加热）能水解
6、生成氨和二氧化碳。对热不稳定，加热至150160将脱氨成缩二脲。若迅速加热将脱氨而三聚成六元环化合物三聚氰酸。（机理：先脱氨生成异氰酸（HN=C=O），再三聚。）与乙酰氯或乙酸酐作用可生成乙酰脲与二乙酰脲。在乙醇钠作用下与丙二酸二乙酯反应生成丙二酰脲（又称巴比妥酸，因其有一定酸性）。在氨水等碱性催化剂作用下能与甲醛反应，缩聚成脲醛树脂。与水合肼生成氨基脲2NH3+CO2NH2COONH4CO(NH2)2+H2O尿素易溶于水，在20时100毫升水中可溶解105克，水溶液呈中性反应。尿素产品有两种。结晶尿素呈白色针状或棱柱状晶形，吸湿性强。粒状尿素为粒径12毫米的半透明粒子，外观光洁，吸湿性有明显
7、改善。20时临界吸湿点为相对湿度80，但30时，临界吸湿点降至72.5，故尿素要避免在盛夏潮湿气候下敞开存放。目前在尿素生产中加入石蜡等疏水物质，其吸湿性大大下降。 1.1.3尿素的用途尿素的用途非常广泛，它不仅可以用作肥料，而且还可以用作反刍动物的饲料以及某些工业的原料。尿素是一种高浓度氮肥，属中性速效肥料，也可用了生产多种复合肥料。在土壤中不残留任何有害物质，长期施用没有不良影响。畜牧业可用作反刍动物的饲料。但在造粒中温度过高会产生少量缩二脲，又称双缩脲，对作物有抑制作用。我国规定肥料用尿素缩二脲含量应小于0.5。缩二脲含量超过1时，不能做种肥，苗肥和叶面肥，其他施用期的尿素含量也不宜过多
8、或过于集中。尿素目前使用的固体氮化肥中含氮量最高的。尿素的含氮量是硝酸铵的1.3倍，为氯化铵的1.8倍，为石灰氮的2.3倍，碳酸氢铵的2.6倍。尿素是一种良好的中性肥料，适用于各种土壤和各种农作物。它既可以作追肥，又可以作基肥；可以干施，又可以湿施，对作物根部和叶面都可以施用。尿素在施用过程中，不会在土壤中留下任何有害物质，而且分解释放出的二氧化碳，还促使植物进行光和作用。所以长期施用尿素的土壤不会变质。尿素可以作为单一肥料使用，也可与其他氮、磷、钾肥料组成混合（或复合）肥料施用，如尿素磷酸铵等。尿素与甲醛作用，还可制成脲醛长效化肥。粒状尿素的吸湿性和结块性都比其他氮肥小，并具有良好的稳定性。
9、因此，在运输、贮存和施用过程中氮的损失都较少。但是，尿素中缩二脲具有抑制种子发芽和生长的作用，施用时必须注意，含缩二脲过高的尿素不能作为拌种肥料。尿素用作饲料仅限于反刍类动物的精饲料。尿素中的氮虽不是蛋白质形态的，但和碳水化合物一起经过胃液长时间的作用，可以造成蛋白质形态的氮，故可以作为反刍动物的饲料。按蛋白质的价值来比较，1kg尿素的氮量，等于2.62.8kg蛋白质的含氮量，约等于6kg豆饼或2225kg大麦的含氮量。作为饲料用的尿素规格和用法有特殊的要求，不能乱用，而且饲喂前必须经过试验。在有机合成工业中，尿素主要用作合成塑料的原料，如生产脲醛树脂和有机玻璃。在医药工业中，纯尿素可用作利尿
10、剂，生产制药原料氨基甲酸乙酯以及作为安眠药、镇静剂、止痛剂、麻醉剂、甜味剂等的原料。在石油工业中，尿素用来制造化学络合物，用作石油精炼过程的脱蜡剂。在合成纤维中尿素时一种合成纤维尤纶的原料。尿素还可以用于纺织品的人工防皱和作为处理麻纱的软化剂。国防工业上尿素用作炸药的稳定剂。在选框中尿素作为起泡剂。在制革及颜料、涂料、染料、等生产过程中，也都要使用尿素。1.2尿素的生产方法简介生产尿素的方法有很多种，20世纪60年代以来，全循环法在工业上获得普遍采用，最常用的是水溶液全循环法生产尿素和二氧化碳气提法生产尿素。 合成氨生产为NH3和CO2直接合成尿素提供了原料。由NH3和CO2合成尿素的总反应为
11、： 2NH3+CO2CO(NH2)2+H2O该反应是放热的可逆反应，转化率一般为50- 70%。按未反应物的循环利用程度，尿素生产方法可分为不循环法、半循环法和全循环法三种。1.2.1水溶液全循环法20世纪60年代以来，全循环法在工业上获得普遍采用。全循环法是将未转化成尿素的氨和二氧化碳经减压加热和分离后。全部返回合成系统循环利用，原料氨利用率达97%以上。全循环法尿素生产主要包括四个基本过程：氨和二氧化碳原料的供应及净化；氨和二氧化碳合成尿素；未反应物的分离与回收；尿素溶液的加工。其生产过程如图1-1所示。图1-1 全循环法生产尿素的工艺流程简图1.2.2汽提法依照分离回收方法的不同主要分为
12、水溶液全循环法、气提法等。水溶液全循环法是将未反应的氨和二氧化碳,经减压加热分解分离后，用水吸收生成甲铵或碳酸铵水溶液再循环返回合成系统。我国尿素厂多数采用水溶液全循环法。气提法是利用某一气体在与合成等压的条件下分解甲铵并将分解物返回合成系统的一种方法。按气提气体的不同又可分为二氧化碳气提法、氨气提法、变换气气提法。气提法是全循环法的发展，具有热量回收完全，氨和二氧化碳处理量较少的优点。此外，在简化流程、热能回收和减少生产费用筹方面也都优于水溶液全循环法是尿素生产发展的一种方向。本设计主要叙述讲解水溶液全循环法的有关内容。1.3水溶液全循环法和CO2汽提法两种方法的比较1.3.1水溶液全循环尿
13、素工艺的优、缺点水溶液全循环尿素工艺生产装置的静止高压设备较少，只有尿素合成塔及液氨预热器为高压设备，其他均为中压和低压设备，所以该尿素工艺生产装置的技术改造比较容易、方便，改造增产潜力较大。氨碳比控制的较高，一般摩尔比为4.0左右，工艺介质对生产装置的腐蚀性较低，除尿素合成塔衬里为尿素级316L材质外，其他设备和管道使用316L不锈钢或普通不锈钢材质即可，所以对设备、管道用材料相对于二氧化碳汽提工艺来说要低一些。由于氨碳比控制的较高，二氧化碳气体中氧含量控制的较低，并且尿素合成塔操作压力为19.6MPa，操作温度为188190，所以水溶液全循环尿素工艺的二氧化碳转化率较高，一般能达到42%6
14、8%，经过尿素合成塔塔板的改造，有的企业已经达到68%以上。由于该工艺高压设备较少，高压系统停车保压时间可以达到24h，所以生产装置的中小检修一般可以在尿素合成塔允许的停车保压时间内完成，减少了高压系统排放的次数，降低了尿素的消耗。由于氨碳比控制的较高，中低压分解系统温度控制适当，尿素产品质量较容易控制，一般可以控制在优级品范围内。水溶液全循环尿素工艺生产装置的数量在我国现阶段尿素生产中占有绝对优势，经过该工艺尿素企业和科研、设计、制造等单位的共同努力研究、探讨和生产实践经验的积累总结，水溶液全循环尿素工艺生产装置从设计、建造、技术改造、工艺操作到生产综合管理都积累了相当丰富的经验，是具有中国小氮肥企业特色的最成熟的尿素工艺。但其缺点是：水溶液全循环尿素工艺生产装置的工艺流程较长，在操作调节方面不如CO2汽提法尿素工艺简单、方便。由于氨碳摩尔比控制得较高，一般稳定在4.0左右，并且未反应生成尿素的氨和二氧化碳气体全部要经过低压、中压循环吸收系统回收后再返回到尿素合成塔，液氨泵和一段甲按泵的输送量比较多，所以该工艺中液氨泵和一段甲按泵的台数较多，动力消耗较多。由于该工艺高压系统的操作压力高达19.6 MPa，并且一段甲铁液的工艺要求温度高达
