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1、水溶液全循环法生产尿素工艺毕业论文（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一完成日期2010年6月25日-2010年10月10日名目摘要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尿素的进展前景与展望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、.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原料的预备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液氨和二氧化碳直截了当合成尿素143.4.2合成尿素的理论基础143.5中压分解与吸取143.6低压分解与吸取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物料衡算164.1.1数据采集164.1.2差不多物料衡算164.2热量衡算174.2.1数据采集174.2.2差不多热量衡算18第五章生产尿素的工艺条件及要紧设备
3、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反应时刻215.2生产尿素的要紧设备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中压吸取塔245.2.7氨冷凝器245.2.8低压分解精馏塔255.2.9低压吸取第一氨基甲酸铵冷凝器255.2.10低压吸取第二氨基甲酸铵冷凝器25致谢27参考文献28受中国的差不多国情决定，中国的农业进展在以后的专门长一段时刻里都将 占据着要紧的地位，化肥在农业中的地位是不可缺少的。尿素是氮肥中最要
4、紧的 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。这种状况是阻碍氮肥工业进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，尿素在以后的进展 将进入一个全新的时期。因此这次毕业设计要紧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、生产尿素的要紧设备以及相关的物料衡算和能量衡算作简要的介 绍。关键词：尿素；全循环；进展第一章概述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, C
5、O(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 132.7C。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、缩三脲和三聚氤酸。加热至160C 分解，产生氨气同时变为氤酸。因为在人尿中含有这种物质，因此取名尿素。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)能水解生成氨和二氧化碳。对热不稳固，加热至150160C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氤酸。(机理：先脱氨
6、生 成异氤酸(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+CO2一NH2COONH4CO(NH2)2+H2O尿素易溶于水，在 20C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毫米的半透亮 粒子，外观光洁，吸湿性有明显改善。20C时临界吸湿点为相对湿度80%，但 30C时，临界吸湿点降至72.5%，故尿素要幸免在盛夏潮湿气
7、候下放开存放。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专门广泛，它不仅能够用作肥料，而且还能够用作反刍动物的饲 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，长期施用没有不良阻碍。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.
8、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。它既能够作追肥，又能够作 基肥；能够干施，又能够湿施，对作物根部和叶面都能够施用。尿素在施用过程 中，可不能在土壤中留下任何有害物质，而且分解开释出的二氧化碳，还促使植 物进行光和作用。因此长期施用尿素的土壤可不能变质。尿素能够作为单一肥料 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，并具有良好的稳固性。因此，在运输、贮存和施用过程中氮的缺失 都较少。然而，尿素中
9、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状的，但和碳水化合物一起通过胃液长时刻的作 用，能够造成蛋白质形状的氮，故能够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专门的要求，不能乱用， 而且饲喂前必须通过试验。在有机合成工业中，尿素要紧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，纯尿素可用作利尿剂，生产制药原 料氨基甲酸乙酯以及作为安眠药
10、、冷静剂、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。尿素还能够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固剂。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专门多种，20世纪60年代以来，全循环法在工业上获得 普遍采纳，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直截了当合成尿素提供了原料。由NH3和CO2合 成尿素的总反应为:2NH3+CO2CO(N
11、H2)2+H2O该反应是放热的可逆反应，转化率一样为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纳。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。全循环法尿素生产要紧包括四个差不多过程：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要紧分为水溶液全循环法、气提
12、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，用水吸取生成甲铵或 碳酸铵水溶液再循环返回合成系统。我国尿素厂多数采纳水溶液全循环法。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进展，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.是尿素生产进展的一种方向。本设计要紧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水溶液全循环尿素工艺
13、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，因此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。氨碳比操纵的较高，一样摩尔比为 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不锈钢或一般不锈钢材质即可，因此对设备、 管道用材料相关于二氧化碳汽提工艺来说要低一些。由于氨碳比操纵的较高，二 氧化碳气体中氧含量操纵的较低，同时尿素合成塔操作压力为19.6MPa，操作温 度为188190C，因此水溶液全循环尿素工艺的二氧化碳转化率较高，一样能
14、达到42%68%，通过尿素合成塔塔板的改造，有的企业差不多达到68%以上。 由于该工艺高压设备较少，高压系统停车保压时刻能够达到24h，因此生产装置 的中小检修一样能够在尿素合成塔承诺的停车保压时刻内完成，减少了高压系统 排放的次数，降低了尿素的消耗。由于氨碳比操纵的较高，中低压分解系统温度 操纵适当，尿素产品质量较容易操纵，一样能够操纵在优级品范畴内。水溶液全 循环尿素工艺生产装置的数量在我国现时期尿素生产中占有绝对优势，通过该工 艺尿素企业和科研、设计、制造等单位的共同努力研究、探讨和生产实践体会的 积存总结，水溶液全循环尿素工艺生产装置从设计、建筑、技术改造、工艺操作 到生产综合治理都积
15、存了相当丰富的体会，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，在操作调剂 方面不如CO2汽提法尿素工艺简单、方便。由于氨碳摩尔比操纵得较高，一样 稳固在4.0左右，同时未反应生成尿素的氨和二氧化碳气体全部要通过低压、中 压循环吸取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，因此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，同时一段甲铁液的工艺要求温度高达90C 左右，因此一段甲钱泵和液氨泵的运行周期较短、检修爱护时刻较多、修理费用 较高。二氧化碳气体压缩机由于出口压力高达20.0MPa，比CO2汽提法高5.0MPa， 故其运行周期也相对较短、修理工作量较多、修理费用较高。水溶液全循环尿素 工艺的另一个缺点确实是，目前国内在运行的生产装置大多为年产 （1020） x104t/a(通过改造后的生产能力)，也有个别厂家通过双尿素合成塔改造后达到了 年产30x10吨，最近山东化工规划设计院也设计了年产3040万吨尿素的水溶 液全循环尿素装置，但从单套装置的设计生产能力来说，相关于CO2汽提法尿
