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1、化工工艺学第2章氮肥2023/5/20 化工工艺学第2 章氮肥第2章目录ll 2.1 氮肥ll 2.1.1 尿素ll 2.1.2 硝酸铵ll 4.2 磷酸和磷肥ll 4.3 钾肥ll 4.4 复合肥化工工艺学第2 章氮肥2.1 氮肥l l尿素是最主要的化学肥料，农业需求大，产量大，尿素是最主要的化学肥料，农业需求大，产量大，工业规模大，生产技术先进。工业规模大，生产技术先进。l l2.1.1.1 2.1.1.1 尿素的主要性质和用途尿素的主要性质和用途l l尿素尿素UreaUrea，分子式为，分子式为CO(NHCO(NH22)22，分子量，分子量60.0660.06。l l尿素易溶于水和液氨。
2、尿素有吸湿性，易潮解。尿素易溶于水和液氨。尿素有吸湿性，易潮解。l l尿素在强酸溶液中呈弱碱性，能与酸作用生成盐。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。尿素与盐类作用可生成络合物。l lCa(HCa(H22POPO44)22HH22O+CO(NHO+CO(NH22)22=CO(NHCO(NH22)22HH33POPO44+CaHPO+CaHPO44+H+H22OO2.1.1 尿素化工工艺学第2 章氮肥l l尿素在水中会水解，生成氨和二氧化碳，但常温下尿素在水中会水解，生成氨和二氧化碳，但常温下很慢。很慢。l l尿素水溶液持续加热可生成缩二脲尿素水溶液持续加热可
3、生成缩二脲l l 2NH 2NH22CONHCONH22=NH=NH22CONHCONHCONHCONH22+NH+NH33l l降低压力、升高温度和延长加热时间都会加剧上述降低压力、升高温度和延长加热时间都会加剧上述反应。但当有氨时，压力为反应。但当有氨时，压力为10.110.120.2MPa20.2MPa缩缩二二脲脲和和氨可逆向生成尿素。氨可逆向生成尿素。这这一点在尿素生一点在尿素生产过产过程中很重程中很重要。要。l l尿素最重要的用途是作肥料，含氮量尿素最重要的用途是作肥料，含氮量46%46%以上。尿以上。尿素素实际实际上是在土壤中上是在土壤中转变转变成碳酸成碳酸铵铵后水解及硝化被后水解
4、及硝化被植物吸收的。植物吸收的。化工工艺学第2 章氮肥2.1.1.2 尿素生产基本原理l l1.1.尿素合成反应的化学平衡尿素合成反应的化学平衡l l工业合成尿素的反应通常认为分两步工业合成尿素的反应通常认为分两步l l2NH2NH33(aq)+CO(aq)+CO22(aq)=NH(aq)=NH44COONHCOONH22(aq)(aq)快快l lNHNH44COONHCOONH22(aq)=CO(NH(aq)=CO(NH22)22(aq)+H(aq)+H22O O 慢慢l l第一反应放热很多，第一反应放热很多，HH11=-86.93kJ/mol;=-86.93kJ/mol;第二反应第二反应吸
5、热，吸热，HH11=28.45kJ/mol=28.45kJ/mol。l l反应体系为反应体系为55组分多相平衡体系，除化学平衡外，组分多相平衡体系，除化学平衡外，还有气液平衡：还有气液平衡：l l NH NH33(g)=NH(g)=NH33(aq)(aq)l l CO CO22(g)=CO(g)=CO22(aq)(aq)l l H H22O(g)=HO(g)=H22O(aq)O(aq)化工工艺学第2 章氮肥l l尿素生产是在高压下进行的，所以体系偏离理想溶尿素生产是在高压下进行的，所以体系偏离理想溶液很远。几个平衡计算的经验公式如下。液很远。几个平衡计算的经验公式如下。l l二氧化碳平衡转化率
6、二氧化碳平衡转化率l lxx=34.28=34.28aa-1.77-1.77aa22-29.30-29.30bb+3.699+3.699abab+0.09129+0.09129tt-0.07482-0.07482atat-5.3955.3951010-6-6tt33+0.002293+0.002293PP-112.1(2.1.1)-112.1(2.1.1)l l式中式中a,ba,b分分别为别为初始反初始反应应物中氨碳、水碳摩物中氨碳、水碳摩尔尔比；比；t t 为为反反应应温度，温度，CC；PP为为体系体系绝对压绝对压力，力，0.1MPa0.1MPa。上海化工研究院在氨碳比上海化工研究院在氨碳比
7、2.52.54.5,4.5,水碳比水碳比0.21.00.21.0，温度，温度75195C75195C条件得出的公式条件得出的公式为为l lxx=14.87=14.87aa-1.322-1.322aa22+20.7+20.7abab-1.83-1.83aa22bb+167.6+167.6bb-1.2171.217btbt+5.908+5.908tt-0.01375-0.01375tt22-591.1(2.1.2)-591.1(2.1.2)化工工艺学第2 章氮肥l l注意上式平衡转化率以百分数表示。注意上式平衡转化率以百分数表示。l l上述公式间相互有误差，一个重要原因是忽略上述公式间相互有误差，
8、一个重要原因是忽略了惰性气体影响。一个较好模型为：了惰性气体影响。一个较好模型为：氨基甲酸铵液相浓度化工工艺学第2 章氮肥l lKK22，KK44和虚拟纯氨饱和蒸汽压可从图和虚拟纯氨饱和蒸汽压可从图4-14-1查到。查到。l l模型虽比经验公式大有改进，但未计算活度系模型虽比经验公式大有改进，但未计算活度系数，所以某些点仍有较大偏差。数，所以某些点仍有较大偏差。l l用上述公式计算时先计算在气相中的量，再计用上述公式计算时先计算在气相中的量，再计算液相中实际氨碳比和水碳比，然后代入转化算液相中实际氨碳比和水碳比，然后代入转化率公式求解。率公式求解。K2K41000/TlogK1000/Tlog
9、pNH3*化工工艺学第2 章氮肥l l尿素合成总反应尿素合成总反应l l 2NH 2NH33(ll)+CO)+CO22(ll)=CO(NH)=CO(NH22)22(ll)+H)+H22O(O(ll)l l化学平衡常数的经验关系为：化学平衡常数的经验关系为：l l(4.1-4)(4.1-4)l l或或(4.1-6)(4.1-6)l lKK取决于取决于KK33和甲铵离解常数和甲铵离解常数KK11。温度。温度190190200 200 CC时时，KK33随随TT升高而增大，升高而增大，转转化率增加。但温度化率增加。但温度很高，很高，KK11为为主，温度升高使甲主，温度升高使甲铵浓铵浓度下降，所度下降
10、，所以以总总平衡常数有一个最大平衡常数有一个最大值值，此，此时时的平衡的平衡转转化化率最高。率最高。化工工艺学第2 章氮肥图 2.1 Mavrovic 平衡转化率算图化工工艺学第2 章氮肥2.影响尿素合成反应化学平衡的因素l l(1)(1)温度的影响温度的影响l l温温度度较较低低时时平平衡衡转转化化率率随随温温度度升升高高而而增增加加，在在195195200C200C时时达达最最大大，温温度度再再高高，平平衡衡转转化化率率反反而而下下降降。尿尿素素平平衡衡转转化化率率与与温温度度的的关关系如图系如图2.22.2。l l工工业业生生产产中中，除除考考虑虑平平衡衡转转化化率率外外，还还要要考考虑
11、虑腐腐蚀蚀等等，一一般般为为180 180 200C.200C.170 180 190 200 210 170 180 190 200 210化工工艺学第2 章氮肥l l(2)(2)组成的影响组成的影响l lCOCO22过量影响小，氨过量提高转化率明显。过量影响小，氨过量提高转化率明显。l l氨碳比的影响如图氨碳比的影响如图2.3.2.3.全循环法全循环法4.04.0，汽提法，汽提法2.82.82.92.9。水碳比增加水碳比增加0.1,0.1,转化率可下降约转化率可下降约11。全。全循环法循环法0.65 0.65 0.70.7，汽提法，汽提法0.30.30.40.4。图 图 2.3 2.3化工
12、工艺学第2 章氮肥l l(3)(3)压力的影响压力的影响l l对液相反应压力影响很小。但由于体系存在气液平对液相反应压力影响很小。但由于体系存在气液平衡，操作压力不能小于平衡压力。平衡压力与温度衡，操作压力不能小于平衡压力。平衡压力与温度的关系如图的关系如图2.42.4。l l平衡压力与组成的关系很复杂，实验得出的关系如平衡压力与组成的关系很复杂，实验得出的关系如图图2.52.5。图 图 2.4 2.4 图 图 2.5 2.5 化工工艺学第2 章氮肥l l最低平衡压力下的氨碳比经验式：最低平衡压力下的氨碳比经验式：l l a aminmin=0.01519=0.01519tt+0.005626
13、+0.005626tbtb-0.7287-0.7287bb-1.78-1.781010-3-3(2.1.3)(2.1.3)l l全循环法，合成塔顶压力约全循环法，合成塔顶压力约16.7MPa16.7MPa；汽提法，合；汽提法，合成塔顶压力约成塔顶压力约11.8MPa11.8MPa。l l相平衡计算很复杂相平衡计算很复杂,综综合合诸诸因素有下列因素有下列经验经验公式公式l lPP=54.75=54.75aa-10.1-10.1abab-90.25-90.25bb-0.1502-0.1502atat+2.05910+2.059104 4 b/tb/t-3.5813.581tt+2.09910+2.
14、09910-2-2tt2 2(2.1.4)(2.1.4)l l式中式中 PP为为表表压压，0.1MPa0.1MPa；温度；温度175195C175195C，水碳比，水碳比0.21.00.21.0，氨碳比，氨碳比较较高高。3.3.尿素合成过程的相平衡尿素合成过程的相平衡化工工艺学第2 章氮肥l l另一个经验公式为：另一个经验公式为：l l l l 气相氨碳比 气相氨碳比l l气相中可忽略尿素和水，液相中将尿素和水看气相中可忽略尿素和水，液相中将尿素和水看成一个组分，可将体系简化为三组分。压力固成一个组分，可将体系简化为三组分。压力固定时，定时，NHNH33和和COCO22体系的相图如图体系的相图
15、如图2.62.6。图 图 2.6 2.6 化工工艺学第2 章氮肥l l压力固定时三元立体压力固定时三元立体相图如图相图如图2.72.7。l l压力固定时将各等温压力固定时将各等温面投影到平面上，可面投影到平面上，可得图得图2.82.8的三元平面的三元平面相图。相图。图 图 2.7 2.7 化工工艺学第2 章氮肥 图 图 2.8 2.8 Y化工工艺学第2 章氮肥l l从图中可看出，当压力和温度不变时，体系吸从图中可看出，当压力和温度不变时，体系吸收或散发热量，溶液组成必沿等温线移动；当收或散发热量，溶液组成必沿等温线移动；当压力不变时，化学平衡等压线与顶脊线交点的压力不变时，化学平衡等压线与顶脊
16、线交点的平衡温度最高，此时转化率最高，能耗最少。平衡温度最高，此时转化率最高，能耗最少。l l图中图中YY点表示一适宜操作点。此点温度最高，点表示一适宜操作点。此点温度最高，尿素含量高，压力最低。尿素含量高，压力最低。l l如选择更高压力，则平衡温度比上述如选择更高压力，则平衡温度比上述YY点温度点温度高。虽有利于尿素合成反应，但合成塔材料必高。虽有利于尿素合成反应，但合成塔材料必须更耐腐蚀。如选择较低压力，则平衡温度较须更耐腐蚀。如选择较低压力，则平衡温度较低，低，COCO22转化率下降。转化率下降。化工工艺学第2 章氮肥Ivazoghi 尿素合成体系热力学模型l l相平衡相平衡 l l l
17、 l化学平衡化学平衡 l l l l l l方方程程组组(yyii气气相相组组分分ii摩摩尔尔分分率率；xxii液液相相组组分分ii摩摩尔尔分率，分率，AmAm-COONH COONH22-，Ur NH2CONH2)Ur NH2CONH2)：l l物料平衡物料平衡 1.1.氨碳比氨碳比 化工工艺学第2 章氮肥l 2.水碳比 l 相平衡 l 3.l 4.l 5.化学平衡l 6.l 7.l 8.化工工艺学第2 章氮肥ll 电荷平衡ll 9.ll 归一方程ll 10.ll 11.ll 已知a,b,t由11个方程解出11个变量ll CO2平衡转化率ll x=xur/xco2+xam+xhco3+xur
18、化工工艺学第2 章氮肥相平衡常数和化学平衡常数相平衡常数和化学平衡常数KK11，KK22，KK33是温是温度的函数，其形式是：度的函数，其形式是：或或 10 10 3 3a a 10 10 2 2b b 10 10 3 3c c dd p p0 0NH3 NH3 2.51412.5141 0.28417 0.28417 2.57592.5759 14.6460 14.6460 H H0 0CO2 CO2 2.65602.6560 3.50503.5050 6.3216 18.1575 6.3216 18.1575KK1 1 9.9068 7.4296 9.9068 7.4296 5.39855
19、.3985 20.2220 20.2220 KK22 8.8226 0.8404 1.8736 8.8226 0.8404 1.8736 21.6135 21.6135 KK33 1.73521.7352 4.75064.7506 9.3576 5.6601 9.3576 5.6601 气相气相组组分逸度系数按分逸度系数按NakamuraNakamura方程方程计计算。算。液相液相组组分活度系数按分活度系数按扩扩展的展的UNIFACUNIFAC模型模型计计算。算。化工工艺学第2 章氮肥4.尿素合成反应的动力学l l(1)(1)动力学方程式动力学方程式l l静态动力学方程静态动力学方程l l流动
20、态反应器中反应速率微分方程流动态反应器中反应速率微分方程l l通常尿素合成反应需通常尿素合成反应需30305050分分钟钟。(2.1.10)(2.1.9)化工工艺学第2 章氮肥l l(2)(2)合成塔内的传质过程合成塔内的传质过程l l合成塔内压力高，传质速率快，气体流动快。合成塔内压力高，传质速率快，气体流动快。l l反应初期，气相反应初期，气相COCO22和和NHNH33平衡分压高，向液平衡分压高，向液相传质推动力相传质推动力p-pp-p*不大。随着反应的进行，液不大。随着反应的进行，液相中生成尿素增多，气相中相中生成尿素增多，气相中COCO22和和NHNH33不断转不断转移到液相使其平衡
21、分压下降，推动力增大。移到液相使其平衡分压下降，推动力增大。l l影响塔内流动状况因素：影响塔内流动状况因素：l la.a.塔的高径比。高径比越大，塔越细长，越趋塔的高径比。高径比越大，塔越细长，越趋于置换型；于置换型；b.b.生产强度。生产强度大，流速大，生产强度。生产强度大，流速大，混合加大；混合加大；c.c.惰性气体含量。含量高，气体体惰性气体含量。含量高，气体体积大，混合加剧；积大，混合加剧；d.d.操作压力。压力高有利于操作压力。压力高有利于气体溶于液相，搅混少，压力越高越接近置换气体溶于液相，搅混少，压力越高越接近置换型。型。化工工艺学第2 章氮肥l l 置换型与混合型合成塔转化率
22、对比置换型与混合型合成塔转化率对比l l置换型置换型 0 20 40 60 80 90 95 100 0 20 40 60 80 90 95 100l l混合型混合型 0 19 35 49 63 71 76 80 0 19 35 49 63 71 76 80l l 塔内筛板数与物料停留时间的关系塔内筛板数与物料停留时间的关系l l筛板数筛板数 0 1 3 7 0 1 3 7l l停留时间停留时间/min 25 22 19.5 17/min 25 22 19.5 17l l 合成塔筛板数与转化率的测定值合成塔筛板数与转化率的测定值l l筛板数筛板数 0 2 6 0 2 6l l平衡转化率平衡转化
23、率 60.5 62.5 63.3 60.5 62.5 63.3化工工艺学第2 章氮肥l l若将塔内流动设计为置换型，在达到同样转化率若将塔内流动设计为置换型，在达到同样转化率的条件下，置换型所需的反应容积比混合型反应的条件下，置换型所需的反应容积比混合型反应容积小得多。容积小得多。l l塔内筛板较多，可以看成是由若干个串联的、混塔内筛板较多，可以看成是由若干个串联的、混合的小室组成。虽每个小室接近理想混合型，但合的小室组成。虽每个小室接近理想混合型，但就整个塔来说，其流动状况却接近理想置换型。就整个塔来说，其流动状况却接近理想置换型。生产实践表明，当物料停留时间相同时，有筛板生产实践表明，当物
24、料停留时间相同时，有筛板的塔的效率比无筛板塔高得多。当转化率相同时，的塔的效率比无筛板塔高得多。当转化率相同时，有筛板的塔生产强度大，物料停留时间较短。有筛板的塔生产强度大，物料停留时间较短。化工工艺学第2 章氮肥5.未反应物的回收及副反应l l(1)(1)未反应物的回收未反应物的回收l l为了有效利用原料，必须将产物尿素与甲铵的混为了有效利用原料，必须将产物尿素与甲铵的混合物中的甲铵分离出来循环利用。合物中的甲铵分离出来循环利用。l l甲铵分解化学反应甲铵分解化学反应l l NH NH44COONHCOONH22(ll)=2NH)=2NH33(g)+CO(g)+CO22(g)(g)l l反应
25、是吸热的，减压和加热有利于甲铵的分解。反应是吸热的，减压和加热有利于甲铵的分解。纯固体甲铵的离解压力与温度的关系可用下式纯固体甲铵的离解压力与温度的关系可用下式l l lg lgP P=-2748/2748/TT+8.2753(2.1.11)+8.2753(2.1.11)式中式中PP的单位为的单位为0.1MPa0.1MPa。分解温度过高，气相中含水量增多，不利于提高分解温度过高，气相中含水量增多，不利于提高转化率。分解压力过低，使冷凝吸收效率下降，转化率。分解压力过低，使冷凝吸收效率下降，增加动力消耗。工业上多用多段减压方式。增加动力消耗。工业上多用多段减压方式。化工工艺学第2 章氮肥l l全
26、循环法工艺甲铵分解率全循环法工艺甲铵分解率aa、总氨蒸出率、总氨蒸出率aaNH3NH3、分解气中含水量分解气中含水量GGH2OH2O与分解温度与分解温度tt的关系如下：的关系如下：l l 中压段分解压力为中压段分解压力为1.671.671.96MPa1.96MPa时时l l aa=-8.81+0.115625=-8.81+0.115625tt 0.000346 0.000346t t 22l l a aNH3NH3=0.03837=0.03837t t 0.6160.616l l GGH2OH2O=1.216=1.2161010-10-10 t t 4.1234.123l l低压段分解压力为低
27、压段分解压力为00.29MPa.29MPa时时l l aa=0.5101+0.01903=0.5101+0.01903tt 6.09 6.091010-5-5 t t 22l l a aNH3NH3=0.271+0.0094=0.271+0.0094tt-3.13.11010-5-5 t t 22l l GGH2OH2O=1.11=1.111010-11-11 t t 4.9064.906化工工艺学第2 章氮肥l l采用气提法流程时，系统理论操作压力为采用气提法流程时，系统理论操作压力为l l式中式中PPSS为纯甲铵分解压力。为纯甲铵分解压力。0.530.53是由纯甲铵分解是由纯甲铵分解平衡常
28、数关系推出的：平衡常数关系推出的：l l从上式可看出，当用纯从上式可看出，当用纯COCO22或或NHNH33来气提时，都来气提时，都可使压力趋于无穷，理论上甲铵可完全分解。可使压力趋于无穷，理论上甲铵可完全分解。(2.1.18)化工工艺学第2 章氮肥(2)(2)尿素合成副反应尿素合成副反应l l在尿素生产过程中，主要有两类副反应：尿素在尿素生产过程中，主要有两类副反应：尿素缩合反应和水解反应。缩合反应和水解反应。l l尿素缩合成缩二脲反应尿素缩合成缩二脲反应l l 2CO(NH 2CO(NH22)22=NH=NH22CONHCONHCONHCONH22+NH+NH33l l用结晶法加工尿液时，
29、可利用缩二脲在尿素溶用结晶法加工尿液时，可利用缩二脲在尿素溶液中具有一定溶解度来控制适宜的结晶温度和液中具有一定溶解度来控制适宜的结晶温度和尿液浓度，尽可能使缩二脲保留在溶液中，获尿液浓度，尽可能使缩二脲保留在溶液中，获得含缩二脲很低的结晶尿素。含缩二脲的母液得含缩二脲很低的结晶尿素。含缩二脲的母液送合成塔使其中缩二脲部分分解，缩二脲不致送合成塔使其中缩二脲部分分解，缩二脲不致在体系中积累。在体系中积累。化工工艺学第2 章氮肥l l另一副反应水解反应另一副反应水解反应l l CO(NH CO(NH22)22+H+H22O=NHO=NH44COONHCOONH22l l NH NH44COONH
30、COONH22+H+H22O=(NHO=(NH44)22COCO33l l(NH(NH44)22COCO33=2NH=2NH33+CO+CO22+H+H22OOl l总反应式总反应式 CO(NH CO(NH22)22+H+H22O=2NHO=2NH33+CO+CO22l l当温度在当温度在6060CC以下以下时时，尿素水解，尿素水解缓缓慢；温度到慢；温度到100 C100 C时时尿素水解速度明尿素水解速度明显显加快；温度在加快；温度在145 145 CC以上以上时时，水解速度，水解速度剧剧增。尿素增。尿素浓浓度低度低时时，水，水解率大。氨也有抑制尿素水解的作用，氨含量解率大。氨也有抑制尿素水解
31、的作用，氨含量高的尿素溶液的水解率低。高的尿素溶液的水解率低。化工工艺学第2 章氮肥2.1.1.3 尿素生产工艺流程l l1.1.水溶液全循环法工艺流程水溶液全循环法工艺流程l l(1)Stamicarbon(1)Stamicarbon 水溶液全循环法水溶液全循环法l l水溶液全循环法是将未反应的氨和二氧化碳用水水溶液全循环法是将未反应的氨和二氧化碳用水吸收生成甲铵或碳酸铵水溶液返回合成系统的生吸收生成甲铵或碳酸铵水溶液返回合成系统的生产方法。典型工艺流程如图产方法。典型工艺流程如图2.9.2.9.化工工艺学第2 章氮肥 图 图 2.9 2.9 化工工艺学第2 章氮肥ll 未转化物需两段分解，
32、三段吸收，流程较长且分解压力不高，分解气的冷凝热除小部分被利用外，其余须用冷却水移走，能耗较高。此外，循环甲铵液量大，甲铵泵易腐蚀，且发生结晶堵塞时，操作维修麻烦。化工工艺学第2 章氮肥2.气提法尿素生产工艺流程l l(1)(1)气提原理气提原理l l气提法是水溶液全循环法的发展，在简化流程、气提法是水溶液全循环法的发展，在简化流程、热能回收、延长运转周期和减少生产成本等方热能回收、延长运转周期和减少生产成本等方面比全循环法优越。合成反应液加热分解所需面比全循环法优越。合成反应液加热分解所需温度太高，降低压力降低了分解温度，但又使温度太高，降低压力降低了分解温度，但又使循环动力增加。循环动力增
33、加。l l气提法是在高压下操作的带有化学反应的解吸气提法是在高压下操作的带有化学反应的解吸过程。气提中甲铵分解过程。气提中甲铵分解l l NH NH44COONHCOONH22(ll)=2NH)=2NH33(g)+CO(g)+CO22(g)(g)l l 只要供给热量、降低只要供给热量、降低NHNH33或或COCO22的分压都可使的分压都可使反应向右进行。反应向右进行。化工工艺学第2 章氮肥l l甲铵分解后由于温度较高，氨可从液相中逸出。甲铵分解后由于温度较高，氨可从液相中逸出。COCO22与氨作用生成甲铵盐量也减少，从而间接与氨作用生成甲铵盐量也减少，从而间接可逐出可逐出COCO22。l l如
34、通入惰性气体，同样降低如通入惰性气体，同样降低COCO22和和NHNH33的分压，的分压，也可使甲铵分解，可用合成氨生产中的变换气。也可使甲铵分解，可用合成氨生产中的变换气。生产中多用生产中多用COCO22。l l(2)Stamicarbon CO(2)Stamicarbon CO22气提法流程气提法流程l l此法是目前建厂最多，生产能力最大的方法。此法是目前建厂最多，生产能力最大的方法。其流程如图其流程如图2.102.10。l l流程主要特点：流程主要特点：l la.a.用原料用原料COCO22气提，省去了中压分解回收系统，气提，省去了中压分解回收系统，简化了流程。简化了流程。化工工艺学第2
35、 章氮肥l lb.b.高压冷凝器冷凝温度高，热能利用好；返回高压冷凝器冷凝温度高，热能利用好；返回合成塔水量少，有利于转化；高压液可自流至合成塔水量少，有利于转化；高压液可自流至合成塔，节省动力合成塔，节省动力.l lc.c.合成塔操作压力较低，节省动力。合成塔操作压力较低，节省动力。l l不足是氨碳比较低影响转化率，高架设备维修不足是氨碳比较低影响转化率，高架设备维修不便。不便。图 图 2.10 2.10 化工工艺学第2 章氮肥 图 图 2.10 2.10 化工工艺学第2 章氮肥氨汽提法工艺流程l l主要工序主要工序:尿素的合成和高压回收尿素的合成和高压回收,尿素的提纯和尿素的提纯和中、低压
36、回收，尿素的浓缩与造粒，水解和解吸中、低压回收，尿素的浓缩与造粒，水解和解吸等。等。l l尿素合成和高压回收尿素合成和高压回收l lC0C022加加入入少少量量空空气气后后进进人人离离心心式式C0C022压压缩缩机机K-1K-1，加加压压(绝绝对对压压力力)到到16MPa(16MPa(绝绝)送送入入尿尿素素合合成成塔塔R-1R-1。液液氨氨分分两两路路送送出出：一一路路到到中中压压吸吸收收塔塔C-1C-1；另另一一路路液液氨氨加加压压到到22MPa(22MPa(绝绝),),送送往往高高压压液液氨氨预预热热器器E-7E-7，用用低低压压蒸蒸汽汽冷冷凝凝液液预预热热。预预热热后后的的液液氨氨作作为
37、为甲甲铵铵喷喷射射泵泵L-1L-1的的驱驱动动流流体体，利利用用其其过过量量压压头头，将将甲甲铵铵分分离离器器V-1V-1压压力力稍稍低低的的甲甲铵铵液液，升升压压到到尿尿素素合合成成塔塔压力。压力。化工工艺学第2 章氮肥l l出出合合成成塔塔的的反反应应物物到到汽汽提提塔塔E-1E-1。汽汽提提塔塔是是一一个个降降膜膜式式加加热热器器，所所需需热热量量由由2.4MPa 2.4MPa(绝绝)饱饱和和蒸蒸汽汽供供给给。合合成成塔塔的的反反应应产产物物在在汽汽提提管管呈呈膜膜状状向向下下流流动动时时被被加加热热。氨氨自自溶溶液液中中沸沸腾腾，使使溶溶液液中中的的C0C022体体积积分分数数降降低低
38、。汽汽提提塔塔顶顶部部的的馏馏出出气气和和来来自自中中压压吸吸收收塔塔并并经经过过高高压压甲甲铵铵预预热热器器E-6E-6预预热热过过的的甲甲铵铵液液，全全部部进进入入高高压压甲甲铵铵冷冷凝凝器器E-5E-5。在在高高压压甲甲铵铵冷冷器器中中，除除少少量量惰惰性性气气体体外外，全全部部混混合合物物均均被被冷冷凝凝。汽汽液液混混合合物物在在甲甲铵铵分分离离器器V-IV-I中中分分离离。甲甲铵铵由由喷喷射射泵泵送送往往合合成成塔塔。从从甲甲铵铵分分离离器器顶顶部部出出来来的的不不凝凝气气体体，其其中中主主要要组组分分是是惰惰性性气气体体。但但也也有有少少量量在在冷冷凝凝器器内内未未反反应应的的氨氨
39、和和C0C022。把把这这些些不不凝气减压后，送往中压分解器凝气减压后，送往中压分解器E-2E-2的底部。的底部。l l高压甲铵冷凝器高压甲铵冷凝器E-5E-5内，高压高温的气体冷凝时，可内，高压高温的气体冷凝时，可产生产生0.45MPa(0.45MPa(绝绝)的蒸汽。的蒸汽。化工工艺学第2 章氮肥l l尿素提纯和中低压回收尿素提纯和中低压回收 l l尿尿素素提提纯纯分分33个个阶阶段段以以减减压压方方式式进进行行。第第一一阶阶段段压压力力(绝绝)为为1.8MPa1.8MPa；第第二二阶阶段段压压力力(绝绝)为为0.45MPa0.45MPa；第第三三阶段压力阶段压力(绝绝)为为0.035MPa
40、0.035MPa。l l1.8MPa1.8MPa压力压力(绝绝)下的一级提纯和回收下的一级提纯和回收l l由由汽汽提提塔塔E-1E-1底底部部排排除除的的残残余余C0C022含含量量较较低低的的溶溶液液，减减压压膨膨胀胀到到1.8 1.8 MPa MPa(绝绝)，进进入入降降膜膜分分解解器器E-2E-2。在在此此，溶溶液液中中尚尚未未分分解解的的甲甲铵铵进进一一步步分分解解，并并增增加加底底部部溶溶液液的尿素浓度。的尿素浓度。l l中中压压分分解解器器分分为为两两部部分分：顶顶部部为为分分离离器器V-2V-2，在在溶溶液液进进入入管管束束之之前前，在在分分离离器器中中先先释释放放出出，然然后后
41、进进入入下下部部管管束束，残残余余甲甲铵铵在在此此进进行行分分解解。该该反反应应所所需需热热量量由由来来自自汽汽提提塔塔的的2.2 2.2 MPa MPa(表表)冷冷凝凝液液提提供供,在在分分解解段段的的上上部部壳壳程程由由0.6 0.6 MPa(MPa(绝绝)，158158CC的的蒸蒸汽汽提提供供。氨氨的的质质量量分数分数为为66-7%,-7%,OO22的质量分数为的质量分数为11.00%-2-2.0%.0%。化工工艺学第2 章氮肥l l顶顶部部分分离离器器V-2V-2排排出出的的含含富富氨氨和和COCO22的的气气体体，送送往往真真空空浓浓缩缩器器E4E4壳壳程程。在在那那里里被被由由贮贮
42、槽槽V-6V-6来来的的碳碳氨氨液液部部分分地地吸吸收收冷冷凝凝。真真空空浓浓缩缩器器壳壳侧侧的的汽汽-液液混混合合物物，在在中中压压冷冷凝凝器器E10E10中中最最终终冷冷凝凝。在在这这个个冷冷凝凝器器中中，COCO22几几乎乎全全部部被被吸吸收收。从从中中压压冷冷凝凝器器来来的的汽汽液液混混合合物物，进进人人中中压压吸吸收收塔塔C1C1的的下下部部。从从溶溶液液中中分分离离出出来来的的气气相相，进进入入上上部部精精馏馏段段。残残余余的的C0C022被被吸吸收收，氨氨被被精精馏馏。回回流流氨氨是是用用液液氨氨升升压压泵泵从从液液氨氨贮贮槽槽V-5V-5抽抽出出送送到到中中压压吸吸收收塔塔的的
43、。塔塔底底的的甲甲铵铵液液经经高高压压甲甲铵铵泵泵加加压压，再再经经高高压压甲甲铵铵预预热热器器E6E6预预热热后后，返回到合成部分的高压甲铵冷凝器返回到合成部分的高压甲铵冷凝器E-5E-5。化工工艺学第2 章氮肥ll 带有20-100 106CO2和惰性气体的气体氨，由中压吸收塔C-1精馏段顶出来，在氨冷凝器E-9中冷凝。被冷凝的液氨和含有的氨的惰性气体，送往液氨贮槽V-5；含有饱和氨的惰性气体，被送往降膜式的中压氨吸收塔E-11。在这里与冷凝液逆流接触，将气氨回收，吸收热被冷却水移走。塔底的氨水溶液，经氨水泵返回到中压吸收塔精馏段，惰性气体放空。ll 化工工艺学第2 章氮肥l l0.45
44、MPa(0.45 MPa(绝绝)的第二级提纯和回收的第二级提纯和回收l l离离开开中中压压分分解解器器E-2E-2底底部部的的溶溶液液被被减减压压到到0.45MPa 0.45MPa(绝绝)，并并进进入入降降膜膜式式低低压压分分解解器器E-3E-3。底底部部出出液液中中氨氨的的质质量量分分数数为为1.01.0-2.0-2.0，C0C022的的质质量量分分数数为为0.30.31.11.1。所所需需热热量量由由0.45 0.45 MPa MPa(绝绝)的的饱饱和和蒸蒸汽汽供供给给。底底部部排排出出液液的的温温度度为为138138CC。l l离离开开分分离离器器V-3V-3顶顶部部的的气气体体与与经经
45、解解吸吸塔塔回回流流泵泵送送来的解吸冷凝液汇合，首先被送往高压来的解吸冷凝液汇合，首先被送往高压l l甲甲铵铵预预热热器器E-6E-6部部分分地地吸吸收收和和冷冷凝凝，然然后后进进入入低低压压甲甲铵铵冷冷凝凝器器E-8E-8。冷冷凝凝液液送送人人碳碳铵铵液液贮贮槽槽V-6V-6。惰惰性性气气体体在在低低压压氨氨吸吸收收器器E-12E-12中中被被洗洗涤涤后后排排放放。l l 化工工艺学第2 章氮肥l l0.035 MPa(0.035 MPa(绝绝)的第三级提纯与回收的第三级提纯与回收l l由由低低压压分分解解器器底底部部来来的的溶溶液液，减减压压到到0.035 0.035 MPa MPa(绝绝
46、)进进入入降降膜膜式式真真空空浓浓缩缩器器E-4E-4，在在此此进进一一步步浓浓缩缩尿尿液液。此此设设备备分分为为两两部部分分：释释放放出出的的闪闪蒸蒸汽汽在在V-4V-4被被分分离离并并送送往往真真空空系系统统冷冷凝凝；溶溶液液进进入入真真空空浓浓缩缩器器E-4E-4，残残留留的的甲甲铵铵在在此此被被分分解解。底底部部尿尿液液浓浓度度由由7070上上升升到到8585，所所需需热热量量由由来来自自中中压压分分解解分分离离器器顶顶部部的的气气体体与与中中压压碳碳铵铵液液泵泵送送来来的的碳碳铵铵液液在在此此汇汇合合进进行行吸吸收收冷冷凝凝的的冷冷凝凝热热供供给给。底底部部尿尿液液通通过过尿尿素素溶
47、溶液液泵送往真空部分。泵送往真空部分。化工工艺学第2 章氮肥l l水解和解吸水解和解吸 l l来来自自真真空空系系统统的的含含有有氨氨和和C0C022的的水水，用用工工艺艺冷冷凝凝液液泵泵经经解解吸吸塔塔废废水水换换热热器器E-18E-18预预热热后后送送往往解解吸吸塔塔C-2C-2，此此塔塔的的操操作作压压力力(绝绝)为为0.45MPa0.45MPa。工工艺艺冷冷凝凝液液经经解解吸吸塔塔废废水水换换热热器器被被塔塔底底流流出出的的净净化化水水预预热热后后，从从第第4545块块塔塔板板进进料料。含含有有水水、尿尿素素、少少量量氨氨和和COCO22的的工工艺艺冷冷凝凝液液，在在上上塔塔初初步步汽
48、汽提提后后，用用水水解解器器给给料料泵泵，经经水水解解器器预预热热器器E-19E-19，被被水水解解器器出出来来的的溶溶液液预预热热后后，送送到到水水解解器器R-2R-2。在在水水解解器器用用2.3 2.3 MPa MPa(绝绝)的的蒸蒸汽汽，使使尿尿素素全全部部水水解解成成氨氨和和COCO22.由由水水解解器器出出来来的的气气体体减减压压后后进进入入解解吸吸塔塔上上部部，与与解解吸吸塔塔出出气气汇汇合合，进进人人解解吸塔顶冷凝器吸塔顶冷凝器E-17E-17冷凝。冷凝。化工工艺学第2 章氮肥l l冷冷凝凝液液到到回回流流槽槽V-9V-9，用用解解吸吸塔塔回回流流泵泵一一路路送送解解吸塔顶作回流
49、液，另一路去高压甲铵吸塔顶作回流液，另一路去高压甲铵l l热热器器与与低低压压分分离离器器分分离离出出的的气气体体混混合合，在在此此冷冷凝以预热高压甲铰液。水解后的液体，经水解凝以预热高压甲铰液。水解后的液体，经水解l l预预热热器器E-19E-19换换热热后后，进进入入解解吸吸塔塔下下塔塔顶顶部部。下下塔利用通人低压饱和蒸汽的再沸器，进一步塔利用通人低压饱和蒸汽的再沸器，进一步l l吸吸出出氨氨和和COCO22。由由解解吸吸塔塔下下塔塔底底部部出出来来的的净净化化废废水水，与与进进解解吸吸塔塔的的工工艺艺冷冷凝凝液液换换热热后后，送送出出尿尿素界区可作锅炉给水。素界区可作锅炉给水。，化工工艺
50、学第2 章氮肥化工工艺学第2 章氮肥2.1.1.4 尿素的结晶与造粒l l1.1.结晶尿素的生产结晶尿素的生产l l尿素母液必须蒸发浓缩至尿素母液必须蒸发浓缩至80808585,再送入再送入结结晶器冷晶器冷却到却到505065C65C结结晶析出尿素。晶析出尿素。对结对结晶而言，尿液晶而言，尿液浓浓度越高越好，温度越低越好，但度越高越好，温度越低越好，但为为避免粘度避免粘度过过高高影响流影响流动动，避免，避免结结晶晶过细过细影响影响过滤过滤，结结晶温度通晶温度通常控制在常控制在606065C 65C，且，且缓缓慢慢搅搅拌，使成大晶粒。拌，使成大晶粒。l l另一方法是将蒸另一方法是将蒸发发和和结结