尿素生产技术 教学课件 作者 池永庆 编第三章 尿素的合成.ppt

《尿素生产技术 教学课件 作者 池永庆 编第三章 尿素的合成.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、尿素生产技术第三章尿素的合成第一节尿素合成的基本原理第二节尿素合成的工艺条件第一节尿素合成的基本原理一、合成尿素的反应机理工业上尿素的生产都是用液氨与二氧化碳反应直接合成的，总反应式为2NH3（L）+CO2(g)CO(NH2)2(L)+H2O(L)+Q（3-1）这是一个体积缩小的、可逆的放热反应。从反应机理研究有很多解释，一般认为合成尿素的反应分为两步进行。第一步甲铵的生成：氨与二氧化碳反应，首先生成液体中间产物氨基甲酸铵（简称甲铵）。该反应即使在常温常压下也很容易发生，其化学反应式为：2NH3（

2、L）+CO2(g)NH4COONH2（L）+Q1（3-2）第二步甲铵的脱水：甲铵是一种很不稳定的化合物，在一定的条件下分子内可以脱水生成尿素，其脱水反应式为NH4COONH2（L）CO(NH2)2（L）+H2O（L）-Q2（3-3）二、氨基甲酸铵的性质纯净的甲铵是带有浓烈氨味、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↑1.甲铵的离解压力所谓甲铵离解压力，是指在一定温度条件下，固体或液体甲铵表面上氨与二氧化碳气相

3、混合物的平衡压力。甲铵的离解压力随温度升高而急剧增加，用数学表达式如下:logPs=-2748/T+8.2753（3-4）利用固体甲铵离解压力公式采用外推法近似求取液体甲铵的离解压力：lgPL=-2346.58/T+7.2789（3-5）图3-1固体氨基甲酸铵的离解压力与温度的关系图2.甲铵的熔化温度甲铵的熔化温度尚无定值，其主要原因如下。（1）固体甲铵在加热过程中受到加热速度和甲铵脱水反应的影响（2）水对甲铵熔化温度的影响图3-2甲铵-尿素体系相图图3-3甲铵-水体系相图3.甲铵的溶解性甲铵的溶

4、解性主要指甲铵在水、液氨等中溶解度的变化规律。（1）甲铵易溶于水（2）甲铵在液氨中的溶解情况图3-4NH3-NH4COONH2二元体系相图三、氨基甲酸铵的生成2NH3（g）+CO2(g)NH4COONH2（S）+Q1（3-6）2NH3（L）+CO2(L)NH4COONH2（L）+Q2（3-7）2NH3（L）+CO2(g)NH4COONH2（L）+Q3（3-8）1.甲铵生成的化学平衡生产上甲铵的化学平衡常数有以下三种表示方法。第一种情况2NH3（g）+CO2(g)NH4COONH2（s）+Q1第二种

5、情况2NH3（g）+CO2(g)NH4COONH2（L）+Q2K1=第三种情况2NH3（L）+CO2(g)NH4COONH2（L）+Q3图3-5、图3-6氨基甲酸铵体系平衡常数四、甲铵脱水生成尿素1.尿素生成反应的化学平衡合成尿素的化学反应如下：2NH3（L）+CO2(g)NH4COONH2（L）+Q1（3-2）NH4COONH2（L）CO(NH2)2（L）+H2O（L）-Q2（3-3）总反应式2NH3（L）+CO2(g)CO(NH2)2(L)+H2O(L)+Q（3-1）（2）按有过量氨存在的化学

6、反应平衡来计算（3）按实际生产的反应平衡来计算图3-7弗里扎克平衡转化率算图图3-8马罗维克平衡转化率算图2.尿素合成的反应速率从生成尿素的反应机理可知，甲铵脱水速率缓慢，是尿素合成总反应的控制步骤，尿素合成的速率取决于甲铵的脱水反应速率。但甲铵脱水反应在气相中不能进行，在固相中反应速率很慢，只有在液相中反应速率较快，故甲铵脱水生成尿素的反应必须在液相中进行。甲铵脱水速率与温度的关系如图2-9所示。图3-9甲铵脱水反应速率与温度关系图图3-10甲铵脱水反应速率与温度的关系第二节尿素合成的工艺条件一

7、、水溶液全循环法尿素合成的工艺条件1.温度条件的选择甲铵脱水的反应是尿素合成的控制步骤，它是一个微吸热、体积缩小的可逆反应。总反应速率取决于加铵脱水的速率。升高合成塔内操作温度，甲铵脱水的反应速率加快，尿素的合成反应速率加快，平衡常数增大，二氧化碳转化率升高。如温度每升高10℃，反应速率约增加一倍，因此，从提高反应速率或提高设备单产能力角度考虑，尽量采用高温操作对该合成反应有利。图3-11尿素平衡转化率与温度的关系图3-12不同氨碳比和水碳比时(NH3／CO2=4)CO2转化率实测数据2.氨碳比的

8、选择氨碳比是指原始反应物料中氨与二氧化碳的摩尔比，常用符号a来表示。“氨过量率”是指原料中氨量超过化学反应的理论量的摩尔百分数。图3-13不同温度下，NH3与CO2混合物的平衡压力3.水碳比的选择水碳比是指合成塔进料中水与二氧化碳的摩尔比，常用符号b来表示。合成塔中水的来源由两部分组成：一是尿素合成反应中甲铵脱水生成尿素时的副产物，二是现有各种水溶液全循环法中，一定量的水会随同回收来的未反应的氨和二氧化碳以甲铵水溶液的形式返回合成塔中的。4.操作压力的选择尿素合成总反应是一个体积缩