化工工艺学第2章.ppt

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1、第2章化学肥料ChemicalFertilizer2.1氮肥(尿素、硝铵)2.2磷酸和磷肥2.3钾肥2.4复合肥《化工工艺学》第2章化学肥料化学肥料，简称“化肥”，指人工合成的对农、林、牧、渔业的动植物产品的生长有促进作用的化学产品。2.1氮肥2.1.1尿素生产工艺《化工工艺学》第2章化学肥料尿素，英文Urea，分子结构式CO(NH2)2，分子量为60.057；含氮量46.67%，工业尿素含水分、缩二脲等杂志，含氮量在46%以上，是最主要的化学肥料(氮肥)。尿素的农业需求量很大，我国约2000万吨/年；工业装置规模大，一般为50万吨/年；生产工

2、艺和设备已经非常成熟。2.1.1.1尿素的主要性质和用途◆常温常压下，尿素为固体结晶，工业尿素为白色、无臭的固体颗粒，粒径为1～2mm。◆尿素的熔点为132.7℃，密度为1.33g/cm3；◆尿素易溶于水和液氨。尿素有吸湿性，易潮解。尿素在强酸溶液中呈弱碱性，能与酸作用生成盐。尿素与盐类作用可生成络合物。◆尿素在水中会水解生成NH3和CO2，常温下很慢。故可以作为肥料使用，释放出的NH3和CO2都可为植物吸收；因水解速度缓慢，故为长效肥料。◆尿素水溶液持续加热可生成缩二脲。降低压力、升高温度、延长加热时间都会加剧上述反应。缩二脲会烧伤植物的叶和嫩

3、芽，化肥尿素中的缩二脲不能太高。《化工工艺学》第2章化学肥料2.1.1.2尿素合成的化学反应目前，工业合成尿素的方法都是在液相中由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：《化工工艺学》第2章化学肥料(1)尿素合成反应与反应物种(Species)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(AmmoniumCarbamate，简写AC，甲铵)；第二个脱水生成尿素(Urea，简写Ur)的反应为慢速吸热反应，且为显著可逆反应。《化工工艺学》第2章化学肥料①尿素生成反应为液相

4、可逆反应，应该具备一定的压力(液化NH3和CO2)和温度(保证反应速度)。②未反应原料必须循环利用，循环的NH3和CO2水溶液也必然携带一定量的水。①合成尿素的原料中有NH3、CO2和H2O，物料配比中采用NH3过量；②合成反应开始，溶液中的CO2以AC形式存在，溶液中存在NH3、AC和H2O；③合成反应过程，溶液中存在NH3、AC、H2O和Urea。(2)尿素合成的反应条件尽管反应物料中存在AC，但组分计量均用NH3、CO2、H2O和Urea的分率来表示。物料配比以及反应平衡转化率的表示都以CO2为基准组分。定义：氨碳比(a)，反应原料中

5、NH3与CO2的摩尔比为氨碳比；水碳比(b)，反应原料中H2O与CO2的摩尔比为水碳比；平衡转化率(x)，反应生成尿素的摩尔数与总CO2进料摩尔数之百分比为平衡转化率。工业合成尿素的反应条件一般为：温度t=165～195℃；压力p=12～14MPa；氨碳比a=2.5～4.5；水碳比b=0.2～1.0；转化率x=50～75％。《化工工艺学》第2章化学肥料(3)尿素合成反应的平衡转化率已知进料组成a和b，在一定t和p条件下，可以计算出CO2转化率x，以1mol的进料计算，溶液中各物质的摩尔数为：NH3的摩尔数：a－2x；CO2的摩尔数为

6、：1－x；H2O的摩尔数：b＋x；Urea的摩尔数为：x；合计：a+b－x溶液中各物质的摩尔分率和质量分率即可由此得到。《化工工艺学》第2章化学肥料对尿素合成反应平衡转化率的研究和对未反应原料循环利用的研究，是尿素生产工艺的主要内容。尿素合成反应体系远离理想溶液，对平衡转化率的计算至今以经验式为主。根据相律分析，反应体系的独立组分数3，汽液2相，自由度为3。通常将独立因素选择为温度t、氨碳比a、和水碳比b，将转化率表示为它们的函数。有些经验式中存在压力p，是因为反应体系经常有惰性气体存在。平衡转化率的计算①1969年，前苏联Kucheryav

7、yi提出：②1979年，上海化工研究院沈华民提出：《化工工艺学》第2章化学肥料③Mavrovic算图：《化工工艺学》第2章化学肥料④合成尿素CO2转化率几种算法的比较：a180℃，b=0.5190℃，b=0.5①式②式③图①式②式③图2.552.1150.1851.853.8552.3055.32.7555.4553.5555.357.0155.6759.23.058.7756.6458.659.8458.7662.63.2561.4759.4561.462.6661.5765.33.564.1561.9864.065.1564.1067.84.

8、068.8466.2068.669.4768.3271.94.2570.8567.8970.271.3070.0173.9《化工工艺学》