尿素溶液的加工

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1、尿素溶液的加工教学目标1、理解尿素溶液蒸发的基本原理和工艺条件的选择。2、了解尿素溶液加工的工艺流程。尿液蒸发浓缩的必要性尿素溶液经分解、闪蒸后，得到了质量分数为70%～75%的尿素溶液，其中氨和二氧化碳含量总和少于1%，要得到固体尿素产品，必须将水分除去。根据结晶尿素产品和粒状尿素产品的要求，尿素蒸发浓度也不一样，一般结晶法只需将尿液蒸发浓缩至80%即可，而在造粒法尿素生产中必须将尿液蒸发浓缩至99%以上，熔融物方可造粒。2、尿素溶液加工过程的副反应及防止尿素生产过程中的副反应主要指尿素的水解和缩合反应，它们在尿素生产各工序中都有可能发生，但在

2、尿素加工过程中尤为显著。在尿液蒸发时，尿素浓度不断提高，而蒸发温度较高且压力较低；故尿素的水解与缩合反应明显加快。尿素的水解反应尿素的水解与温度、停留时间和尿素溶液的浓度等有关。在温度低于80℃时，尿素水解很慢，超过80℃，速率加快，在145℃以上，有剧增的趋势，在沸腾的尿素溶液中，水解更为剧烈。在一定温度和浓度下，停留时间延长，尿素水解率增加。尿素溶液的浓度对尿素水解也有影响，浓度越低，水解反应越快。尿素水解的结果将降低尿素的产率，增加消耗定额，因此必须防止。从上面的分析可知，要防止尿素水解，蒸发过程应在尽可能低的温度下进行，并在很短的时间内完

3、成。尿素的缩合反应在尿素生产过程中，缩合反应以生成缩二脲为主。缩二脲的生成率与反应过程的温度、尿素浓度、停留时间和氨分压有关。在一定的尿素浓度下，缩二脲的生成率随温度的增加而增加；而在一定温度下，随着尿素溶液浓度的增高，缩二脲的生成量也增多，如图5-19。尿素的缩合反应随着停留时间的延长，缩二脲生成量增多，见图5-20。当氨分压增加，即溶液中氨浓度增大，尿素的缩合反应会逆向进行，缩二脲的生成率就会降低。从以上可以看出，温度高、停留时间长、氨分压低是生成缩二脲的有利条件。对蒸发过程的要求在尿液蒸发过程中，溶液处于沸腾状态，温度高；而蒸发后尿液浓度提

4、高，且由于二次蒸汽的不断排出，蒸发室内氨的分压很低，所以最适于缩二脲的生成。因此，蒸发过程应在尽可能低的温度和尽可能短的时间内完成。3、蒸发工艺条件的选择蒸发工艺条件的选择，除了应满足沸腾蒸发的一般要求外，更要尽量减少副反应的发生，以保证尿素的产量和质量。从图中可以看出，尿素溶液的沸点与其浓度和蒸发操作压力有关。如尿素质量分数为85%时，蒸发操作压力为0.1MPa，相对应的沸点为130℃；蒸发压力降至0.05MPa时，相应沸点降为112℃。蒸发压力降至0.05MPa时，相应沸点降为112℃。由此可见，采用减压蒸发可以降低尿素溶液的沸点，防止副反应

5、的发生。但压力的选择必须考虑尿素不致结晶为宜，否则将堵塞蒸发设备的加热管道，影响操作。由图5-21可见，当蒸发操作压力大于0.0263MPa，沸点压力线位于结晶线之上，不与结晶线相交，说明在这样的压力下蒸发尿素溶液时，不会有结晶析出。但在此压力下，一段蒸发将尿液从75%浓缩至99.7%，虽无结晶析出，但势必将温度提得太高，结果加剧副反应发生。因此，必须将蒸发操作压力降至0.0263MPa以下。当蒸发操作压力小于0.0263MPa时，沸点压力线和结晶线相交，在这样的压力下操作，就可能产生尿素结晶。尿液蒸发过程的设计据以上分析，实际生产过程中，蒸发过

6、程不能在一个压力段进行，常分为两段。一段蒸发主要考虑蒸发出大部分水，同时防止结晶的析出，选择操作压力应稍大于0.0263MPa，为了控制副反应的发生，温度不能太高，选为130℃，尿液的质量分数从75%增至95%。尿液蒸发过程的设计二段蒸发主要是为了制得质量分数为99.7%的尿素熔融物，即要求蒸发掉几乎全部水分。此时，操作压力越低，越有利于水分的快速蒸发，常控制在0.0053MPa以下；为了使尿素熔融物保持流动性，蒸发温度还应高于尿素的熔点132.7℃，故控制操作温度137～140℃。尿素蒸发过程，除选择温度、压力条件外，还应使过程在尽可能短的时间

7、内完成。三、尿素溶液加工的工艺流程尿液的闪蒸、过滤低压分解后来的尿液，经自动减压阀减为常压，进入闪蒸槽1，闪蒸槽内压力为0.06MPa。它的出口气管与一段蒸发分离器6出口管连接在一起，其真空度由蒸汽喷射泵17产生。由于减压，部分水分和氨、二氧化碳气化吸热，使尿素温度下降到105～110℃。出闪蒸槽尿液质量分数约74%左右进入尿液缓冲槽2，槽内有蒸汽加热保温管线。然后，尿液由尿液泵3打入尿液过滤器4除去杂质，送入一段蒸发加热器5。一段蒸发加热、分离在一段蒸发加热器5内，用蒸汽管外加热，使尿液温升至130℃左右。由于减压加热，部分水分气化后进入一段蒸

8、发分离器6，一般蒸发分离器内部压力约为0.0263～0.0333MPa，该压力由蒸汽喷射泵17产生，气液分离后，尿液质量分数约为95%～