尿素生产方法原理--尿素的合成.ppt

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1、第二章尿素生产方法原理2第一节尿素的合成一、化学平衡二、相平衡三、合成工艺条件的确定四、尿素合成塔结构的研讨一、化学平衡1、合成反应过程步骤：（1）NH3与CO2混合物形成液相，并大部分以NH4COONH2形式存在。（2）氨基甲酸铵脱水生成尿素。4一、化学平衡2、合成的化学原理：NH3(g)+CO2(g)=NH4COONH2(l)△H=-100.5KJ/mol2-2-1NH4COONH2(l)=NH2CONH2(l)+H2O(l)△H=27.6KJ/mol2-2-2总的化学反应式：NH3+CO2=NH2CONH2+H2O53、尿素的合成条件高温（180~210℃）高压（13~24

2、MPa）液相中4、相律分析组分数=物种数-独立反应数自由度数=组分数–2+相数独立变量：氨碳比、水碳比和温度6填充密度一定的时候：x=f(t,A,B,d)以液相组成和温度作为自由度的独立变量：x=f(t,a,b)故，只有体系均处于液相时，二者才一致。平衡转化率平衡转化率算图Frejacques算图Mavrovic算图图2-2-2Mavrovic平衡转化率算图9尿素合成系统的热力学模型10K1=(1-x-c)(a+b+x+2c-1)2/c(a-2+2c)2K2=x(b+x)/(1-x-c)(a+b+x+2c-1)平衡常数:11CO2平衡转化率经验公式：12尿素的水解：NH2CONH

3、2+H2O=NH3+CO2已生成的尿素：60℃以下基本不水解100℃以上才显著140℃以上水解速度剧增因此：应力求减少尿液在高温下的停留时间另外，氨含量高的尿素溶液水解速度慢5、尿素合成的副反应：13尿素的缩合：2NH2CONH2=NH3+NH2CONHCONH214尿素的异构：NH2CONH2==NH4–N=C=O==NH3+HNCO在合成条件下，几乎不存在此副反应在后续的蒸发工序中，由于溶液处于减压条件下，NH3和HNCO均转入气相，再加上蒸发温度高，促进了异构化尿素的损失。15二、相平衡尿素合成过程中相平衡关系对于合成和回收未转化物的工艺条件的确定是十分重要的相图的分类按组

4、分数划分单组分系统二组分系统三组分系统按性质组成划分蒸气压组成图沸点组成图熔点组成图温度溶解度图……按组分间相互溶解情况划分完全互溶系统部分互溶系统完全不互溶系统相律用图解的方法表示出来，即用相平衡状态图研究由一种或数种物质所构成的相平衡系统的性质（如沸点、熔点、蒸汽压、溶解度等）与条件（如温度、压力及组成等）的函数关系，这种关系的图叫相图（phasediagram）。相图基本知识相图的应用：1.工业生产中就是利用盐类溶解度的变化规律，通过对其相图的分析来分离纯盐；制备盐类的水合盐；由单盐合成各种复盐，或将复盐分解为单盐。2.指导生产流程的安排，如何选择生产工艺，制备合格

5、产品应该蒸发多少水量或者添加多少水量1.相律(1)相（phase）体系内部物理和化学性质完全均匀的部分称为相。相与相之间在指定条件下有明显的界面，在界面上宏观性质的改变是飞跃式的。体系中相的总数称为相数，用表示。气体不论有多少种气体混合，只有一个气相。液体按其互溶程度可以组成一相、两相或三相共存。固体一般有一种固体便有一个相。两种固体粉末无论混合得多么均匀，仍是两个相（固体溶液除外，它是单相）。1.相律(2)独立组分数（numberofindependentcomponent）在平衡体系所处的条件下，能够确保各相组成所需的最少独立物种数（或是能随心所欲地改变其数量的物质数目）称

6、为独立组分数。它的数值等于体系中所有物种数N减去体系中独立的化学平衡数s，再减去各物种间的浓度限制条件r。定义：C=N-(s+r)1.相律（3）自由度（degreesoffreedom）确定平衡体系的状态所必须的独立强度变量的数目称为自由度，用字母f表示。这些强度变量通常是压力、温度和浓度等。如果已指定某个强度变量，除该变量以外的其它强度变量数称为条件自由度，用表示。例如：指定了压力，指定了压力和温度，在盐水体系中，自由度为温度和盐类的浓度实例增加压力可以使冰的熔点降低为－1.104℃1)人站在冰刀上溜冰,冰刀下的冰熔化.2)细铁丝穿过冰层.冰重物【例】滑冰鞋下面的冰刀与冰接触面

7、的长度为7.62×10－2m，4.45×10－2m，60kg，求该压力下冰的熔点是多少?已知：冰的摩尔熔化热为6.01kJ.mol－1，Tf=273.2K,冰的密度为920kg.m－3水的密度为1000kg.m－3。水的相图分析2.水的相图(1)面：气相区（气态）；固相区（固态）；液相区（液态）(2)线：OA固－气平衡线（冰的饱和蒸气压曲线）；OC固－液平衡线（冰的熔点曲线）；OD液－气平衡线（水的饱和蒸气压曲线）(3)临界点D(4)三相点O冰、水和蒸气三相平衡共存(5)OB过冷