尿素合成的基本原理ppt课件.ppt

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1、第三章尿素的合成合成尿素的主要原料合成尿素的主要原料是液氨和气体二氧化碳。氨（NH3）在常温常压下为无色、具有特殊刺激气味的气体，易溶于水并呈碱性。在低温高压下易液化，当温度低于-77.7℃以下时，氨可以成为具有臭味的无色结晶体。二氧化碳（CO2）常温常压条件下是一种具有窒息性的无色气体，在一定条件下可以液化，在强烈冷却时可以变为固体（俗称干冰）。2第一节尿素合成的基本原理一、尿素合成的基本原理目前，工业合成尿素的方法都是液NH3和CO2反应合成的，属于有气相存在的液相反应，如下图所示。反应被认为分两步进行：氨基甲酸铵的生成（液体）是一个体积缩小的、可逆的、反应速率较快的强放热反应，在

2、较短的时间内就可达到化学平衡，并且达到平衡后二氧化碳转化为氨基甲酸铵的百分数很高。3控制反应氨基甲酸铵的脱水是一个微吸热的可逆反应。氨基甲酸铵脱水生成尿素的反应速率比较缓慢，要用较长的时间才能达到平衡。根据化学平衡理论可知，即使达到化学平衡也不能使氨基甲酸铵全部脱水转化为尿素，总反应速率的快慢取决于氨基甲酸铵脱水的速率，因此该反应是合成尿素过程申的控制反应或称之为控制步骤。氨基甲酸铵脱水生成尿素的反应必须在液相中进行，即氨基甲酸铵要呈熔融状态（或液体），这是尿素合成反应的首要条件。4上述两个反应中，第一个反应为快速放热反应，反应程度很大，生成溶解态的氨基甲酸铵(简写AC，甲铵)；第二个

3、脱水生成尿素(Urea，简写Ur)的反应为慢速吸热反应，且为显著可逆反应。2NH3(l)+CO2(g)≒CO(NH2)2(l)+H2O(l)可逆、放热、体积减小的反应5二、氨基甲酸铵的性质纯净的氨基甲酸铵是带有浓烈氨味、无色透明的结晶体，而且很不稳定。在常压下不到60℃的温度就可完全分解为气体氨和二氧化碳。NH4COONH2=NH3↑+CO2↑尿素合成反应的第一步要求生成液态氨基甲酸铵，因此要了解尿素合成，首先必须了解氨基甲酸铵的主要性质以及生成液态氨基甲酸铵所必须具备的条件。61.氨基甲酸铵的离解压力是指在一定温度条件下，固体或液体氨基甲酸铵表面上氨与二氧化碳气相混合物的平衡压力。生

4、产中为防止生成的氨基甲酸铵分解为氨与二氧化碳，所选择的生产操作压力必须高于其相应温度下平衡压力，以保证第二步反应的顺利进行。氨基甲酸铵的离解压力仅与温度有关。氨基甲酸铵的离解压力很难准确测定。因氨基甲酸铵在受热一旦熔化时，便有部分氨基甲酸铵转化成尿素和水，所生成的尿素和水分直接影响氨基甲酸铵的熔点，影响测定的准确性。7实验测得，固体氨基甲酸铵在不同温度下的离解压力数值如图3-1所示。可以看出，当温度为59℃时，氨基甲酸铵的离解压力为0.lMPa，说明在常压下氨基甲酸铵温度高于59℃条件下是极易分解的。8随着加热的进行、温度升高将伴随氨基甲酸铵脱水反应，脱水生成的尿素和水降低了氨基甲酸铵

5、的熔化温度，直接影响测定结果的准确性。一般认为纯氨基甲酸铵的熔化温度在152～155℃范围内，在工程设计和研究时一般选用154℃作为氨基甲酸铵的熔化温度。2.氨基甲酸铵的熔化温度（尚无定值）（1）固体氨基甲酸铵在加热过程中受到加热速度和氨基甲酸铵脱水反应的影响9当氨基甲酸铵中含有尿素和水分时熔点会下降，如图3-2所示。当氨基甲酸铵中含有10%的尿素时，氨基甲酸铵的熔化温度降低到148℃，尿素含量增加至20%时，氨基甲酸铵的熔化温度降低到1380C，在98℃时出现最低共熔点，所对应的组成为51%的氨基甲酸铵和49%的尿素。10（2）水对氨基甲酸铵熔化温度的影响从图3-2中曲线变化趋势可以

6、看出，水的存在对氨基甲酸铵熔化温度有较大影响，当氨基甲酸铵溶液中含水10%时，熔化温度降到142℃，含水20%时，熔化温度降到120℃。11如图3-3所示，图中曲线以上区域为液相区，曲线下方为固液两相共存区，固相的组成随温度、氨基甲酸铵及水的组成不同而不同，在曲线上出现最低共熔点A及两个转熔点B和C。在-13～5℃范围内，曲线AB表示碳酸铵的饱和曲线，当温度高于5℃时，曲线BC表示(NH4)2CO3·2NH4HCO3复盐的饱和曲线，曲线CD为氨基甲酸铵的饱和曲线，只有当温度高于60℃时，才完全可能是氨基甲酸铵与水组成的体系。123.氨基甲酸铵的溶解性（1）氨基甲酸铵易溶于水由图3-3可

7、以看出，氨基甲酸铵同其他铵盐一样易溶于水，在水中的溶解度随温度的升高而增大；当氨基甲酸铵溶液达到一定浓度后，降低温度至60℃以下时，氨基甲酸铵就有可能转变为其他铵的碳酸盐。13（2）氨基甲酸铵在液氨中的溶解情况氨基甲酸铵在液氨中的溶解情况如图3-4所示。当温度低于118.5℃时，氨基甲酸铵几乎不溶于液氨中，温度在118.5℃时其溶解度发生了较大变化，氨基甲酸铵与液氨形成了两种共轭溶液：一种以液氨为主体，其中溶有3%氨基甲酸铵的A溶液；另一种是以