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1、如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!第一章 尿素工艺概况第一节 化工基础知识（一）、化学基础知识1元素、原子与分子世界上任何物质都是元素组成的。具有相同核电荷数的通一类原子叫元素。采用一定的符号来表示各种元素，叫做元素符号。尿素装置所涉及到的主要元素有：氢（H）、碳（C）、氮（N）、氧（O）、硫（S）、铬（Cr）、镍（Ni）、钼（Mo）等。分子是能够独立存在而仍具有该物质一却化学特性的最小微粒。用组成分子的各种原子的元素符号来表示这种分子，就形成了分子式。尿素装置中最常用的分子式：物质名称二氧化碳氢气空气尿素缩二脲分子式CO2H2NH2CONH2NH2CONH CONH 2物质名称氨氧气
2、氮气甲铵分子式NH3O2N2NH4COONH22化学反应当两种以上的物质相互作用产生化学变化时便发生了化学反应。用元素符号和分子表示化学反应的等式叫化学方程式。它不仅表示了化学反应过程中，反应物转化生成物的变化关系。而且还表示了反应物转化生成的过程的定量关系。1 / 1241如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!（二）、化工基础知识化工生产是以煤、石油、天然气、水、空气等天然资源或农副产品为原料，经过一系列化学变化或化学处理为主要手段，改变物质原来的性质，状态和组成，制成所需的产品。1化工单元操作化学工业的种类很多，涉及酸、碱、化肥、医药以及石油化工等，它们所采用的生产方法、工艺流程、设备
3、大小也往往千差万别，各有不同。它们之所以统归化学工业范筹，首先是因为这些工业过程中所用的原料最终变为产品，不仅在物质上发生了变化，而且一般地都伴随化学性质的变化，而这些不同的生产过程都是一些基本操作组成，如流体的流动与输送、压缩、分离、传热、蒸发、精馏、解吸、吸收、冷却、破碎等操作，我们把这些操作称为化学基本单元操作。若干单元操作串联起来就构成了一个化工产品的生产过程。在尿素的生产工艺中几乎包括了所有的化工单元操作。2化工单元操作分类按照单元操作所遵循的基本规律不同可归纳为几个基本过程：（1）、动量传递过程：包括遵循流体动力学规律的一些单元操作，如流体的流动与输送、沉降、离心泵以及固态流态化、
4、空气压缩等。2 / 1242如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!（2）、热量传递过程：简称传热过程，包括主要遵循热交换基本规律的一些单元操作，如传热、蒸发、冷凝等。（3）、质量传递过程：简称传质过程，即物质通过扩散，从一个相转移到另一个相的过程，包括蒸发、解吸、吸收、干燥等单元操作。（4）、热力过程：包括遵循热力学规律一些单元操作，如冷冻等。（5）、机械过程：包括遵循机械力学的一些单元操作，如固体的粉碎，筛分等。3化工单元操作简介（1）、传热：传热是化工生产中必不可少的操作过程。生产中的传热过程，通常都是在两种流体之间进行的。某些场合下粒状固态物料也参与传热过程，如造粒的冷却过程。实现冷
5、、热流体之间热量传递的设备称为换热器。传热的基本方式有三种：传导、对流、辐射。（2）、蒸发：通过加热使溶液中的一部分溶剂汽化并除去的操作，称之为蒸发，蒸发是一个体现传热过程基本过程的单元操作。蒸发操作一般都是在溶液的沸点下进行的。在蒸发过程中，只有溶剂是挥发性物质，溶质是不挥发的，这就是说当溶液被加热沸腾后，只有溶剂汽化，溶质在整个过程中的数量不变，这就使蒸发操作的显著特点之一。3 / 1243如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!进行蒸发操作的必备条件是：必须不断的供给热量和排除已经汽化的蒸汽。根据蒸发时压强的不同，可将蒸发操作分为常压蒸发、加压蒸发和减压蒸发三种类型。（3）、气体吸收：
6、气体吸收是利用适当的液体吸收剂来处理气体混合物，以使其中的一种或多种组分由气相转入液相的操作。吸收的基本依据是利用气体混合物中各个组分在吸收剂中的溶解度的不同，从而将其中溶解度最大组份分离出来。尿素装置中吸收塔的操作是为了回收气体中有效成分，如氨；同时减少有害气体（NH3、H2S等）对环境的污染。由此可见，吸收操作与提高产品质量，增加产量，降低消耗，消除污染，保证人身体健康具有密切的关系。吸收操作的好坏，在很大程度上取决于能否选择一种适宜的吸收剂。（4）、干燥：利用加热时固体物料中的湿分（包括水分或其它溶剂）汽化并出去的操作成为干燥。根据热能传给湿物料的方法不同，干燥可分为：间接加热干燥、对流
7、干燥、辐射干燥和介电加热干燥。（5）、解吸：解吸是吸收的逆过程，传热方向与吸收方向相反溶质由液相向气相传递。其目的是回收液体中的溶质和使吸收剂再生循环使用。（6）、蒸馏：化工生产中为了达到提纯或回收有效组份的目的，常常需要对液体均相混合物进行分离，蒸馏就是分离液体均相混合物的单元操作，对混合物的分离总是利用其中各组分某种性质的差异，蒸馏操作就是借助于液体混合物中各组份挥发能力的差异而达到分离的目的。5 / 1245如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!按蒸馏方式与分离程度分类，可分为简单蒸馏、平衡蒸馏（或叫闪蒸）和精馏。（7）、闪蒸：为连续操作的定常过程，带有一定压力和温度的尿液，经节流阀
8、急剧减压至规定压力进入闪蒸器中。在闪蒸器中与规定的压力下部分料液迅速汽化，从顶部进入冷凝器中被冷凝成液体（其中易挥发组份含量较高），进入下一工序。另一部分为气化的液体中易挥发的组分含量较高，由闪蒸器底部抽出（成为底部产品）。（8）、精馏：工业上的精馏分离通常采用连续操作。其主要设备包括精馏塔、再沸器（或循环加热器）、冷凝器等。按操作压强分：可分为常压、加压、减压精馏。3化工过程的基本规律对千变万化的各种化工生产过程都可以将其单元操作归纳在几个化工基本生产过程中，并遵循其各自的基本规律，但这些基本过程又同时遵循着某些共同的规律，掌握和运用这些过程的共同规律，有助于我们从工程观点出发去分析某个过程
9、技术生的可行性和经济上的合理性，这些共同的规律是：5 / 1245如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!（1）、质量守恒：在化工生产中，随着过程的进行，物质在不断的起着变化，但在一个固定的系统或固定的设备内，它必须符合：输入的物料输出的物料量物料的损失量（2）、能量守恒：在化工生产中，除了物质的变化，还必然伴随着能量的转换，例如：在流体流动与输送中，就存在流体的位能、动能、静压能或外加机械能的转化问题，在热量的传递过程和质量传递过程中，也存在着冷热流体之间以及环境之间的热量交换问题。根据能量守恒定律，在任何一个系统中：输入的物料输出的物料量物料的损失量（3）、平衡关系：在化工生产过程中，像
10、固体的溶解与结晶、气体的吸收等操作过程，都是在一定条件下由不平衡向平衡状态转化，以达到过程进行的最大限度。一个过程在一定条件下能否进行，能进行到什么程度，都可以由平衡关系推知。同时还能为生产操作条件的选择和改进提供依据。（4）、过程的速率：平衡关系只说明过程的方向和极限，而过程进行的快慢在工程上是比平衡关系更重要。单位时间里的各种过程进行的变化称之为过程的速率。过程的速率越高，设备的生产能力越大，在同样产量的条件下，设备尺寸可以越小。过程的速率可以用如下基本关系表示：6 / 1246如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!过程的速率过程的推动力过程的阻力过程的推动力是过程在某一瞬间状态的因素
11、距离平衡状态因素的差额。在流体流动过程中，它表现为位差或压差；在传热过程中它是冷热流体的温差；在传质过程中，它是物质的浓度差。构成过程阻力的因素很多，而且同样是因过程的性质不同而不同，提高过程速率的途径在于加大过程的推动力和减少过程的阻力。第二节 尿素的性质尿素，是由于人及哺乳动物的尿液中含有这种物质而得名。分子式为CO(NH2)2或写成H2NCONH2。 NH2化学结构式：OC NH2在尿素工业生产中，常用符号“Ur”来表示尿素。 1、物理性质纯粹的尿素为无色、无味、无嗅的针状或柱状晶体。工业尿素因含有杂质常为白色、淡黄色或淡红色。纯尿素的理论含氮量为46.65，分子量为60.06。2、化学
12、性质尿素呈微碱性，但不能使一般指示剂变色，与酸作用可生成盐类。例如，尿素与硝酸反应生成硝酸CO(NH2)2HNO3。尿素与磷酸作用生成磷酸尿素CO(NH2)2H3PO4。7 / 1247如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!尿素与盐类相互作用可生成络合物。例如，尿素与硝酸钙反应生成Ca(NO3)2. 4CO(NH2)2。尿素与磷酸一钙作用时，反应如下：Ca(NO3)2 . H2OCO(NH2)2 CO(NH2)2.H3PO4 （磷酸钙） （磷酸尿素） Ca(H2PO4) H2O (磷酸氢钙)尿素能与酸或盐相互作用的性质，在复合肥料生产中具有重要意义。尿素在水中易产生水解作用，生成氨和CO2
13、；在高温下易发生缩合反应，生成缩二脲、缩三脲等。这两个性质在尿素生产中都是不利因素，是较为重要的。在盐酸作用下，尿素同甲醛反应生成甲基尿素；在中性溶液中与甲醛反应生成二甲基尿素。第三节 尿素合成的基本原理（一）、工业上生产尿素是在高温高压条件下进行的。一般认为是在液相中分两步完成。第一步：氨和二氧化碳在水存在下生成甲铵：2NH3（液）+CO2（气） NH4COONH2（液）第二步：甲铵脱水生成尿素NH4COONH2（液） CO（NH2）2（液）+H2O（液）上述反应是在高温下进行的。第一步反应只要能及时移去反应热，反应进行很快且易达到化学平衡，而第二步反应即使在液态和供给热量中利用第一步反应热
14、的条件下，平衡转化率只能达到5070%。所以第二步反应是尿素生产的控制步骤。9 / 1249如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!合成尿素总的反应式为：2NH3（液）+CO2（气） （NH2）2 CO（液）+H2O+Q亦即合成尿素的总反应为逆放热反应。（二）、氨基甲酸铵的生成（1）、工业生产中的甲铵生成反应式为：2NH3（液）+CO2（气） NH4COONH2（液）+Q（2）、甲铵生成的反应速度常温、常压下，甲铵生成的速度相当缓慢，而且甲铵极易分解；但当压力在980kPa以上，温度超过150时，甲铵生成反应几乎瞬时就可完成；液相中的二氧化碳大部分转化为甲铵。而且反应速度几乎与压力的平方成正
15、比。在一定的范围内提高温度也能提高甲铵的生成速度。由此可见，为了加快甲铵生成速度，必须采用较高压力和与此压力相适应的温度。（3）、尿素的生成、甲铵脱水生成尿素的化学平衡甲铵脱水生成尿素的反应为：NH4COONH2（液） CO（NH2）2（液）+H2OQ9 / 1249如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!上述反映在一定的温度，压力下进行，是一个可逆吸热反应。、甲铵脱水生成尿素的反应速度由尿素合成的反应机理可知，甲铵脱水是反应的控制步骤，即决定尿素合成的速度。甲铵脱水的反应速度体现于二氧化碳转化率与温度、时间的关系。第四节 尿素相关工艺及比较（一）、尿素技术方案的选择国际尿素生产工艺较多，但国内尿素生产工艺主要有：水溶液全循环法，CO2汽提法，氨汽提法三种
