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氨汽提法制備尿素工藝流程分析

目錄

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11915

第1章緒論

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13085

1.1尿素的物理性質和化學性質

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21323

1.1.1尿素的物理性質

-2-

27652

1.1.2尿素的化學性質

-2-

27966

1.2尿素的用途

-3-

8659

1.2.1商業(yè)領域

-3-

19447

1.2.2工業(yè)領域

-3-

25554

1.2.3農業(yè)領域

-3-

20379

1.2.4醫(yī)藥領域

-3-

20389

1.2.5實驗室應用

-3-

11525

1.3尿素發(fā)展歷程

-3-

17757

1.4尿素生產方法簡介

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20510

1.4.1水溶液全循環(huán)法

-4-

17648

1.4.2二氧化碳汽提法

-5-

13805

1.4.3氨汽提法

-5-

2186

第2章氨汽提法制備尿素工藝流程?

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9257

2.1尿素的合成

-7-

19032

2.2氨汽提法制備尿素工藝流程

-7-

4691

2.2.1原料的凈化與壓縮

-8-

22973

2.2.2尿素的合成與汽提

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30879

2.2.3循環(huán)

-9-

780

2.2.4尿素加工

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6969

第3章工藝條件

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9793

3.1原料純度

-11-

23726

3.2溫度

-11-

31819

3.3壓力

-11-

14452

3.4水碳比

-11-

18410

3.5氨碳比

-12-

20204

3.6反應時間

-12-

22056

3.7產品質量

-12-

30300

第4章典型設備

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5112

4.1合成塔

-13-

8358

4.2噴射泵

-14-

27018

4.3汽提塔

-14-

9160

4.4洗滌器

-15-

20799

4.5精餾塔

-15-

9076

4.6高壓熱交換器

-16-

3958

4.7高壓冷凝器

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3130

第五章物料計算

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22917

5.1計算條件的確認

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21777

5.2理論用量計算

-18-

28049

5.3工業(yè)用量計算

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8790

5.3.1氨的損耗和分配

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27180

5.3.2二氧化碳的損耗及分布

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32106

5.3.3尿素的損耗及其分配

-19-

27616

5.3.4合成十萬噸尿素所需用量

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11929

結論

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第1章緒論

1.1尿素的物理性質和化學性質

1.1.1尿素的物理性質

尿素的化學名稱是碳酰二胺，是一種有機化合物，其存在于尿液中，所以又叫做尿素。M是60.055，用CO(NH2)2表示。元素以針狀晶體為主，一般為白色或白血色，無刺激性，吸濕性強，如果超過80℃的溫度，該元素易溶于乙醇和液氨，室溫水溶性為1080g/L。溶解度隨著溫度的變化而變化。

1.1.2尿素的化學性質

PH=7，是一種弱酸鹽堿性元素，PH值幾乎為中性，所以通常不變色，元素含量在60℃以上；引起水解的消散反應。隨著溫度的升高，由于分解速率和消散的程度，反應變得更加強烈。

1.2尿素的用途

目前尿素在許多領域有普遍的用途。

1.2.1商業(yè)領域

尿素在商業(yè)中也經常被使用，在一些產品中加入元素可以提高產品的質量和實用性，獲得良好的評價和效益。比如元素可以改善洗發(fā)水的味道，提高洗發(fā)產品的護發(fā)能力，加入染發(fā)劑中可以減少對染發(fā)劑的傷害。還可以加入到工廠銷售塑料，乳膠和其他粘合劑中。

1.2.2工業(yè)領域

目前，尿素在世界工業(yè)中占有重要地位，消耗了大量的工業(yè)原料，主要用于制作涂料、膠粘劑、火油精制劑、乳液、增塑劑、醛樹脂、橡膠、粉末穩(wěn)定劑等。

1.2.3農業(yè)領域

尿素主要用于農業(yè)肥料和飼料的應用。

化學配方表明，該元素含氮量高，是一種有效的肥料。對調節(jié)花量、減少產量、提高產量有較好的效果，長期施用不會對土壤造成破壞。

哺乳類動物在飼料中攝入營養(yǎng)物質后，形成胃液作用所需的營養(yǎng)氮，在一定程度上保證了家禽飼料的營養(yǎng)平衡。

1.2.4醫(yī)藥領域

從人體皮膚可以從尿素中吸收水分并具有保濕作用。它是最流行的護膚面料。皮膚科在各種藥物中添加元素，增加皮膚水分，愈合皮膚毛孔，改善水痘。添加護手霜、沐浴露、沐浴露、沐浴露、皮下液體等元素，添加元素的比例為3-5%，該元素還可用于醫(yī)療封閉繃帶。

1.2.5實驗室應用

尿素在很多實驗室被用做許多化學反應、物理行為和實驗室研究項目。例如，為什么我們可以改變蛋白質的性質？這些性質都需要進一步的研究。

1.3尿素發(fā)展歷程

18世紀70年代尿素由LuEr在人的尿液中發(fā)現尿素，19世紀30年代，沃納在嘗試各種實驗之后，研制出第一種合成尿素的方法，19世紀80年代末，德國人發(fā)現液氨和氣態(tài)二氧化碳可以合成尿素。二十世紀30年代，世界上第一家生產元素的工廠誕生。1930年，用氨和二氧化碳直接合成尿素的方法出現，隨著科技的不斷發(fā)展，1935年，研究者和開發(fā)人員提出了現代水溶液世界方法的起源。

因尿素合成反應非理想反應，因現實因素誤差的存在，會有一定量的氨氣和二氧化碳沒有成功轉化為尿素，所以早期工業(yè)通過與別種以氨為原料的生產裝置聯合工作。1950年科學家開始嘗試循環(huán)利用未反應物，于是先后研究出半循環(huán)法和全循環(huán)法工藝。隨著科技發(fā)展，現代工業(yè)可使用能完全回收氨、二氧化碳并循環(huán)利用的全循環(huán)法。

1967年，二氧化碳汽提法合成尿素工藝在荷蘭面世，隨后氨汽提法合成尿素工藝在意大利面世，二者先后投入生產，很大程度的提高了尿素的合成速率。

現代尿素工業(yè)的技術水平越來越高，尿素年產量也逐漸提高，尿素也在世界各個領域得到廣泛的應用。

1.4尿素生產方法簡介

當前市場上已經不再使用氰氨化鈣制備尿素的方法，目前市場上大多使用氨與二氧化碳直接合成尿素的方法。

在化學反應中,二氧化碳的置換率大約是50-70%。制備尿素時為了有效減少對原料浪費，工藝中會采用接受或者連續(xù)地接管并進行循環(huán)利用未經過反應的原材料，根據循環(huán)利用方式的差異，其生產工藝一般可以劃分為三種。

不循環(huán)法：從名字中可以得知，原料只反應一次，不回收，氨和二氧化碳不再次利用，反應后直接排放，原料利用率低，但由于收益低所以不適用現代工業(yè)合成。

半循環(huán)法：半循環(huán)法是將未檢出的氨返回合成系統(tǒng)的基本原料中二次使用，有效的半循環(huán)法是將合成系統(tǒng)的基本原料中所有未讀試劑返回合成系統(tǒng)中再次使用，即使第二次反應完成，非反應物料也沒有被排出去，半循環(huán)法比非循環(huán)法節(jié)省了部分原料，收益高，但是在現代工藝中并不常用。

全循環(huán)法：合成元素的非活性原料經過多次回收，基本解決了糟蹋材料的問題，讓材料的變成其他物質的速度加快。原料少，結束后不用打點，現代技術主要采用這種方法制備尿素。

1.4.1水溶液全循環(huán)法

20世紀50年代以后，這種方法在工業(yè)生產中發(fā)揮了重要作用，特別是沒有轉化成溶液的原料的回收，循環(huán)塔的再活化和再利用，玻璃二氧化碳被氨水吸收，高壓泵循環(huán)塔中的液氨和銨溶液在銨溶液中再次發(fā)生反應。

水溶液全循環(huán)法所需的預熱器通常為低壓或高壓，只有利用尿素的合成塔和液氨預熱器才能生產出高壓的設備，所以，這個工藝生產的尿素組分對于操作人員的技術要求不是很高，設備維修晉級時比較容易、安全，提升空間較大，水溶液的總循環(huán)量大。水溶液全循環(huán)法工藝可以更精準地控制氨碳比，通常液氨和二氧化碳摩爾比為4.0，反應的平衡轉化率較高，原料利用率較高，且初級產品質量也多為優(yōu)質品。

該方法也存在一些不足，特別是由于生產過程工藝周期長，機械操作和手動控制不如其他的方法方便、簡單，使得電子產品的總生產能力遠遠低于CO2汽提法。

1.4.2二氧化碳汽提法

二氧化碳汽提法工作原理：與元素合成工作壓力相同，用粗二氧化碳吸入尿素合成液。氨基甲酸銨分解后返回尿素合成反應器進行反應。汽提后，尿素溶液通過傳熱分解，分解產物與稀氨一起返回高壓系統(tǒng)。

以前二氧化碳汽提法常用高壓甲銨冷凝器，隨著科學技術的發(fā)展，冷卻機逐漸被取代。樹干冷卻器可以為尿素的合成提供更多的反應時間。整個反應的第二部分反應完全靈敏，轉化率接近60-80%，提高了工藝的生產能力，減少了原料的浪費。

CO2汽提法的缺點是：產品生產需要高壓氣體萃取裝置H2SO4合成氣提塔、干二氧化碳硫酸塔和高壓三氯化銨，硫酸冷凝器分為4個高壓硫酸凈化廠，這在生產中起著重要作用，使得人工技術在生產過程中的使用條件非常高，而且設備的絕緣保護和改造難度很大。

1.4.3氨汽提法

氨汽提法的工作原理：讓廢棄的液體和空氣中的水沸騰的氣體直接實行來往，使得廢棄的液體中的揮發(fā)性或者有毒的化學物質按一定的比例均勻地分散出來放在氣相中除去，從而實現了從廢水中分離各種化學污染物的主要目的。

氨汽提法的工藝流程：前幾個工藝階段與目前采用氫汽二氧化碳或氫汽輪機提法的氣體工藝處理流程第一個的階段相似，然而，在注入使用氨的氣體通過一個新的高壓水解回路后，添加了在一個中壓中對其溶液進行氣體分解和合成水泥漿水解回收的一個重要步驟，最后的高壓階段用于對水分和泥漿的氣體水解回收過程。但是，早期的氨汽提法也被細分為早期的新型氨汽提法和新型的早期氨汽提法，不過，無論是早期的新型氨汽提法還是新型的早期氨汽提法，都主要是在對氨汽尿素提法制備時的工藝和生產流程上沒有很多大的竄改，所以目前現代中國社會對這兩種不同類型的早期氨汽尿素提法基本上都不可能做出明確的合理區(qū)別。而且與一般工業(yè)使用的有機二氧化碳尿素蒸餾和氨汽法工藝相比，氨汽蒸餾提法的工藝流程主要技術優(yōu)勢之一就是由于利用尿素蒸餾制備的主要原材料在整個生產工藝流程應用以及設備過程中的綜合生產總量和循環(huán)利用能力非常多，與之與此相應的，氨汽蒸餾提法整個工藝流程的生產時間和材料耗時費用可以算來說相對還是比較多的。但是氨汽汽油提法的尿素工藝技術制備所需要生產配制出來的各種尿酸元素品種和質量比較高，且由于氨汽汽油提法的尿素工藝制備應用技術設備的工藝技術流程先進性優(yōu)化水平很好，氨汽汽油提法的尿素工藝制備應用技術設備對工藝技術流程基本原理的設置條件很低，操作過程上也是一種比較簡單但是可以輕松完成的。而且與一般來說，比起我們傳統(tǒng)的使用二氧化碳鹽酸蒸餾汽輪機提法所說的需要可以調節(jié)到的溫水等其他任何輔助燃料制備處理系統(tǒng)，氨基酸蒸餾汽輪機提法并不需要其他的任何輔助燃料制備再次處理。

合成過程是一個漫長的過程，需要大量的設備和人工技術。由于合成塔NH3/CO2摩爾比比較高從而可以達到自汽提的效果。

第2章氨汽提法制備尿素工藝流程?

2.1尿素的合成

現如今的工業(yè)設計產業(yè)上常使用的制備碳酰胺（尿素）的方法有很多，其中較為常用的就是直接進行工業(yè)合成的方法，其反應的公式為：

2NH3+CO2→CO(NH2)2+H2O

這種直接的進行工業(yè)合成法一共有兩個階段，首先是將需要檢測的樣品使用NH3和樣品還有二氧化碳一起進行充分的反應就可以生成我們所需要的乙酰氨基二苯甲酸銨，其反應為：

2NH3+CO2→NH2COONH4

一般情況下這種反應發(fā)生的都非常迅速，就同下列方程式我們就可以得到一定的結論。這個反應是可逆的并且制備效率非常高、制備時體積越來越小的一種反應。此反應的發(fā)生使得二氧化碳的轉變?yōu)槠渌镔|的效率非?？捎^，反應也非常容易達到穩(wěn)定。

其次，是將常用的甲銨脫水形態(tài)的尿素進行充分的反應，這類反應一般被稱為甲銨脫水反應：

NH2COONH4→CO(NH2)2+H2O

由上述公式我們可以得到一定的結論，這個反應的過程中是吸熱的。而且一般情況下甲銨都可以一般以上的進行轉化。但是此反應過程比較緩慢，所以整個制備的過程中，我們可以把控反應的進度。但是因為反應所需要的比較苛刻，所以一般不容易達到穩(wěn)定的狀態(tài)。

2.2氨汽提法制備尿素工藝流程

圖2-1氨汽提法流程

2.2.1原料的凈化與壓縮

氨和苯的二氧化碳反應制備二苯甲銨的化學反應雖然在常溫下也依然能順利地繼續(xù)進行,但是整個反應的進行速度卻相當遲緩。它的化學反應運動速率幾乎全都是與環(huán)境的流體靜力壓強的平方常數成一個正比,且壓力會隨著氣體溫度的不斷升高而逐漸有所謂的增加。當分解反應減小溫度完全達到最高值后,即迅速地開始減小,而且由于當分解反應的減小速度已經完全達到了可以操作一定壓力下的氨基甲銨酸鈉分解反應溫度時,則對于該分解反應的減小速度將慢慢變得幾乎為零。一般來說,壓力控制范圍不得大于10mpa,溫度控制在150℃以上時,反應幾乎是發(fā)生在剎那間的。

銨脫水后生成一種尿素的而且反應，其中的化學反應時間和速度很慢，它是第一步當中核心支配關鍵。由于氯化鈉和乙二酸酯的生成反應速度很快，因此，合成氯化鈉和尿素的反應速率實質上也就是氯化鈉和甲銨的脫水反應。在不同的溫度下，按甲銨摩爾配料比(NH3:CO2=2:1)的順序進行二氧化碳合成尿素合成比率曲線(即二氧化碳轉化率曲線)。結果表明，隨著溫度的升高，純氨基甲酸銨的干燥速率和氧化速率均增大。當反應溫度低于二甲基銨的熔點時，固體二甲基銨的脫水非常緩慢。隨著反應的進行，尿素和水逐漸形成，液相逐漸出現。反應速度加快，因此，尿素的合成只能在氨基甲酸銨熔融時進行。

這樣在實際操作中，操作必須高溫進行，過程溫度不得低于甲銨的熔點152℃。但因為甲銨屬于一種極不穩(wěn)定的有機物質，在室溫常壓下60℃左右即可將其完全分解并生成為好的氨氣和少量二氧化碳，為了能夠保持好的甲銨不被氨氣分解，操作時的穩(wěn)定壓力必須不得超過了操作溫度下的低于甲銨離解時的壓力。所以鹽酸尿素的生物合成催化反應一定必須要在極度高溫或者特別是極度低壓下進行才能完全實現。

圖2-2裝置的氨走向流程

2.2.2尿素的合成與汽提

準備液體氨氣作為原始燃料放入合成氨氣的儀器中經過升溫加壓等預處理后，將所得到的液體氨氣流入合成塔中。而提純過后的二氧化碳需要經過一定的化學處理降低其中的氫的含量。將處理過后的二氧化碳進行充分壓縮后，將其通入汽提塔內進行反映的媒介。而剩余的二氧化碳氣體則放入尿素塔中進行尿素的反應。轉化的速度也是需要特別關注的，當這個速度越來越快且達到預期效果時，可以在一氧化碳氣提的基礎上，把之前沒有任何變動的甲胺進行分散解析，多出來的氨水可以在反應之后進行冷凍凝固，經過一系列的操作之后再把其送到之前把純度提高的那個工序里面。

剛開始，二氧化碳氣體需要進入冷凝管內與甲銨進行充分的融合，然后加高壓進入冷卻器。其次，回收氨氣和二氧化碳氣體。最后，經過高度壓強后的噴射器放入冷凝管的下方，然后將融合好的液體噴射在尿素塔中。

2.2.3循環(huán)

多次反復循環(huán)這個程序操作起來是十分簡單的，其首先必須要重視的就是加熱這個問題，地點在塔出樣處的尿液那里，在此基礎上還要把二氧化碳和氨氣趕走，主要操作是用水試劑把它們沾走。至于我們?yōu)槭裁匆杏懟厥绽枚嘤嗟陌睔夂投趸?，可歸結于反應的不完全性，有很多多余的被二氧化碳吸收回去啦。拋開來講，我們還要注意循環(huán)這個詞匯，提到這個詞我們就很明顯的可以知道物質不單單被利用一次，而是它進行了一次工作之后再返回原來工作的地方反復的工作生產。循環(huán)過程中不僅有分離物質這一個工作量，還可以進行降溫冰凍工作。我們先來了解一下分解是怎么個具體構成，其結構主要有瞬間蒸發(fā)槽、研究分析塔等儀器。

從氣提塔這個里面出來的多種物質相互作用結合而成的混合物，出來要求必須經歷降壓這個環(huán)節(jié)，直至一直到零點三毫帕，經過一系列的相關操作，會慢慢地變大，由于空間變廣，甲胺也變得十分活躍，都在分離之后蒸發(fā)了，也就是我們常常所說的氣化。但它也不會一成不變地在一個地方待著，它會到物料上，呈液體的形態(tài)悄悄溜走，在此過程中還可以增加氨氣和一氧化碳的量。在此之后會有氣體和液體的混合物在循環(huán)器中溜走，在一個塔中氣體和液體被分別對待，它們的尿液經過特殊的調試，被安全傳送到瞬間蒸發(fā)槽，在里面經過一系列的加工處理再傳出去，吸收特定的氣體。需要注意的是進入冷凝管的順序也有一定的要求，最開始進去的應該是原本的氣體，其次是解附吸收后剩余的氣體。這些剩余的氣體和氨水兩者之間互幫互助，相互影響，在被冷凍處理之后可以被輸送到物料表面上。在低壓洗滌器頂部出口管線上裝有壓力調節(jié)閥，用后噴灑在低壓洗滌器填料層上。儀器里的構造有一個叫做壓力調節(jié)閥，它的作用是用其掌控壓力的大小。多類氣體在物料層和其它領域的氨水相互作用，有一小部分的氨氣和二氧化碳氣體被收取，剩余多了的氣體經過竄走排到了大氣中，吸收塔里面的液體也被安置在了氨水槽里面。

2.2.4尿素加工

現將儀器壓強控制在0.044MPa中進行反應，控制壓強是為了讓甲銨進充分的拆分。之后讓尿素從塔里反應后流入閃蒸槽內進行快速閃蒸。在經過反應結束后得到的尿素需要再一次進行蒸發(fā)分離（蒸發(fā)時的溫度必須達到130℃才可以進行反應）。此時的尿素含量可以線型上升，最高可高達95%。經過第一次反映的后所得的尿素需要進行二次蒸發(fā)反應（溫度為140℃），這時我們可以得到的尿素濃度為最高值。得到的產物還要進行進一步分析拋離。將所得的產物放入尿素泵中直接傳遞到噴嘴上。然后將溶液噴射在造粒塔的橫截面中，在噴射中得尿素進入到空氣中時會有大量的熱。而尿素這事已將下降到精餾塔的底端這樣就得到我們所需要的尿素。之后讓制備好的尿素經過市場營銷包裝，放入市場。

第3章工藝條件

3.1原料純度

生產尿素對原料中液氨和CO2的純度控制很嚴格，液氨的含量要大于等于99.5%，其中N2、H2等雜質的含量要比0.5%少。

原料二氧化碳氣體的CO2含量不能低于98.5%，硫化物等影響反應的雜質含量不能高于1.5%。

3.2溫度

在生產尿素的反應中，影響反應的最重要因素是溫度，在現代工業(yè)控制領域，反應轉化率與溫度成正比，但是漲幅逐漸持平，一旦達到特定溫度，轉化率就開始下降。所以，通過對現實的綜合分析，目前工業(yè)制備尿素的操作溫度控制在185-190℃范圍內。

3.3壓力

合成尿素的平衡壓力不是固定的，它受到原料配比、溫度等操作條件的影響。在氨汽提法制備尿素的工藝中對壓力有影響的主要有溫度，C/N比，W/C比等。

因為溫度對物料壓力的影響最為明顯，所以在物料構件中形成了隨溫度的升高而迅速增大的定量平衡壓力。

壓力的最低點和臨界點也受氨碳比的影響，但生產過程中壓力的控制范圍還取決于溫度。

3.4水碳比

水碳比越高代表反應物中水的濃度的越高，水分越高越不利于尿素合成的化學平衡，氨的轉化效率越低。在實際生產中，將水碳比降到最小，是生產控制的重要指標。

水碳比的大大提高也是具有一些好處：水碳比越高，壓力平衡要求越低，對設備和技術工況的要求也越低。同時，提高液體靶系統(tǒng)的沸點和靶系統(tǒng)的冷凝溫度，可以呢更有效地吸收熱能。

綜合考慮各種因素，目前生產過程中水碳比為0.6-0.7。

3.5氨碳比

原料中氨和二氧化碳的比例大于NH3/CO2=2的氨稱為過量氨，它將CO2轉化為尿素并與生產的水結合，移走部分生成物，還能有效的抑制損耗尿素的副反應，使化學平衡朝著正向移動，并提高CO2轉化率。而且，還可以減少設備的腐蝕，延長設備的使用壽命。

氨碳比每提高0.2%，可以提高1-1.5%，但實驗表明，當水碳比為0.2-1.0時，氨碳比＜3.63，平衡轉化率隨氨碳比增加而有所提高，氨碳比＞3.63時，隨著氨碳比的增加，平衡轉化率反而下降，所以反應的最高氨碳比為3.63。

3.6反應時間

以平衡和轉化率為衡量標準，反應時間越長，反應越徹底，反應越接近平衡，轉化率越高。但如果反應時間較長，系統(tǒng)的生產能力會隨著反應時間的增加而降低。反應時間越長，就越需要通過對綜合質量的各方面評估來檢驗。

3.7產品質量

世紀制造尿素要嚴格按照國家標準執(zhí)行：最高質量的要求是含氮量小于48.3%，含水量小于0.5%，縮二脲量含量小于1.0%。低一級的標準是：含氮量小于46.0%，含水量大于1.0%，含縮二脲含氮量小于1.5%的產物。

第4章典型設備

4.1合成塔

尿素合成塔的最大用處是，使尿素與氨基甲酸銨的柱內反應。此外，在高壓冷凝器中還有非常規(guī)的二氧化碳和氮氣與銨發(fā)生反應。

反應材料從底部輸入進入合成塔，尿素合成塔被篩板分隔為九個相鄰的小室。往上流動的汽泡正確地把各個室中的反應物混合適度。篩板設計漏洞較少，所以液體只能從底室流向頂式。因此，該裝置由9個串聯反應器組成，通過控制原料消耗時間，提高了轉化率。

在塔頂有一個內部加熱管，液體混合物通過磁性管輸送到高壓熱交換器。初級合成塔頂部的氣體混合物主要由氨、二氧化碳和非反應性雜質氣體組成。氨和二氧化碳從洗滌器中回收，從原料氣出口進入高壓洗滌器。

圖4-1尿素合成塔

4.2噴射泵

噴射泵是氨合成的重要組成部分，它以流體流動和能量轉換的形式工作，噴射泵的高度不高于輸送氣體和流體的工作對象。在這類生產中，噴射泵主要是采用蒸汽機械流體作為一種起加工作用的流體，所以我們通?？梢砸卜Q之為蒸汽噴射泵或者也就是使用蒸汽機的專用噴射器。

圖4-2噴射器

工作原理：噴射孔通過壓力燈以極快的速度噴射水蒸氣，并通過高速運動形成一定的壓力空間，在其周圍高速液體中產生低壓氣體和蒸汽。合成的物質溢向膨脹管，物質變動減小，液體壓力逐漸增大，導致物料輸送到外界。

4.3汽提塔

該裝置是生產氨的專用裝置，在零部件制造中起著決定意義。它的作用是把氣體通過液體的時候，把其中無效成分帶走的設備。

特別要注意工作質量、手工操作、設備性能和使用壽命，因為設備直接關系到整體完成度，設計了生產能力和最終產品質量的綜合因素。

汽提塔的運行原理：二氧化碳等氣體加熱后，與二氧化碳相關試劑反向觸碰，將分解合成液轉化為二氯甲烷分解合成液，回收二氧化碳，反應少，回收的玻璃氨在蒸汽塔高壓環(huán)內不轉化為合成元素的有機原料，經過兩步反應之后，大大提升了尿素的生產率，減少了原料的鋪張。

與采用二氧化碳汽提法所需要的汽提塔不同點就在于:氨汽提管箱內部安裝了填料層,CO2汽提塔內部無任何填料層。氨汽提塔上下兩個部位結構對稱，可以進行倒頭操作，CO2汽提塔不能進行倒頭操作。

4.4洗滌器

洗滌器的主要任務是將氣體中的污染物分離，用氣體除塵、吸入、冷卻、濕潤。除干燥外，該系統(tǒng)應用廣泛，性價比高，結構簡單，操作方便，清洗能力強，但設備各部分的防腐能力、使用過程中廢水及廢棄物的排放、吸煙等問題，煤煙產生的有害氣體會影響工作質量和使用壽命。要多加留心。

圖4-3洗滌器

4.5精餾塔

蒸餾塔的主要功能之一是蒸餾，故稱蒸餾塔，蒸餾塔分為特勒蒸餾塔、中城蒸餾塔、連續(xù)蒸餾塔和間歇蒸餾塔。

工作過程：蒸汽從蒸餾塔底部流出，升起到塔底，和突然下降的液體接觸，在兩側反應過程中，下降的液體從略微蒸發(fā)的化學成分中排出，進入氣體。氣體中的流體化學物質被一點點轉移到向下流淌的液體中。當氣體接近塔頂時，揮發(fā)性化合物的濃度一點點變大，并在塔底附近下沉，液體中的揮發(fā)性化合物進一步滾動分離，從而實現了萃取塔分離的主要目的。

4.6高壓熱交換器

高壓熱交換器的結構為立式管殼式，通常使用蒸汽加熱。高壓熱交換器中的熔融物都來源于尿素合成塔，而全部氣體逆流通過高壓氣體和元件熱交換器進入熱交換器以增加蒸汽，反應所需的熱量被管外的水蒸汽吸收。

高壓汽提換熱器中的液體分離器是系統(tǒng)的重要組成部分，液體分離器是影響高壓氣體技術性能的重要因素之一?？刹豢梢跃鶆蚍植荚趽Q熱管上，此外，每根管中還應存放一層液膜。如果管內沒有液體，或管內表面不能被液體保持濕潤，拆除干燥的墻壁和管道。因此，對設備的選材、尺寸和安裝的要求都很嚴格。全部的液體分配器應耐腐蝕，防止負荷分配不均造成酸洗效率下降和設備損壞。

圖4-4高壓熱交換器

4.7高壓冷凝器

高壓冷凝器是由高壓換熱器產生的氨、銨、液態(tài)二氧化碳等有機物的混合物在管箱中進行第一次反應的一種重要裝置。來自高壓熱交換器的NH3和甲銨液CO2與其他有機氣體的混合物也通過連接管直接從頂管中排出。上管箱高壓排氣中的液氨、氨基甲酸銨等有機混合物也通過連接管從上管頂部直接進入。液體首先進入右側防撞缸，然后進入分配器。

反應產生的熱量被殼外面沸水吸收，當材料離開板時，大約88%的氨通過正常反應轉化成銨，而其余的氨處于氣態(tài)。CO2也是這個情況。剩余的氨氣從下罐涌入合成塔，甲銨從下管箱底折返輸送到尿素合成塔。

圖4-5高壓冷凝器

第五章物料計算

5.1計算條件的確認

計算標準：以1t成品尿素的制備作為計算標準。

制品規(guī)范：含氮量≥46%，縮二脲含量≤1.0%，水的含量≤0.5%。

計算依據：總反應方程式2NH3+CO2→CO(NH2)2+H2O。

5.2理論用量計算

二氧化碳和氨反應生成尿素在理想狀態(tài)下根據總反應方程式可知：生產每噸尿素所需原料質量如下：

二氧化碳所需用量：

氨所需用量：

5.3工業(yè)用量計算

現實條件下生產尿素存在很多不可避免的誤差，在生產過程中二氧化碳、氨的轉化率、副反應的生成、設備誤差等都會導致二氧化碳、氨和尿素的損耗。

在我國現代工業(yè)生產中每噸年均生產4×104t尿素設備通用化工工程設計所采用噸尿素原材料消耗的定額范圍為:

NH3600kgCO2785kg

5.3.1氨的損耗和分配

生產每t尿素的氨的總消耗量：

式中的103含義是縮二脲的摩爾質量，60表示的是尿素的摩爾質量，17代表氨的摩爾質量，3表示1mol縮二脲中消耗的氨的摩爾數，2表示1mol中尿素所消耗的氨的摩爾數。

氨的消耗主要有以下幾種：

通過尿素析出解吸中的廢液2.036kg

一段時以尿素形式泄露甲銨泵0.005kg

以尿素形式排出造粒灰塵0.85kg

熔融尿素過程中生成縮二脲剩余的氨0.165kg

尿素成品包裝貯運排出0.567kg

一段甲銨泵泄漏損失1.0kg

一段蒸發(fā)冷凝器尾氣損失0.911kg

中間冷凝器尾氣損失0.114kg

尾吸塔尾氣損失1.668kg

解吸塔廢液損失0.272kg

系統(tǒng)泄漏29.294kg

總共36.882kg

5.3.2二氧化碳的損耗及分布

生產每t尿素的二氧化