尿素溶液的加工

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1、尿素溶液的加工教學(xué)目標(biāo)1、理解尿素溶液蒸發(fā)的基本原理和工藝條件的選擇。2、了解尿素溶液加工的工藝流程。尿液蒸發(fā)濃縮的必要性尿素溶液經(jīng)分解、閃蒸后，得到了質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70%～75%的尿素溶液，其中氨和二氧化碳含量總和少于1%，要得到固體尿素產(chǎn)品，必須將水分除去。根據(jù)結(jié)晶尿素產(chǎn)品和粒狀尿素產(chǎn)品的要求，尿素蒸發(fā)濃度也不一樣，一般結(jié)晶法只需將尿液蒸發(fā)濃縮至80%即可，而在造粒法尿素生產(chǎn)中必須將尿液蒸發(fā)濃縮至99%以上，熔融物方可造粒。2、尿素溶液加工過(guò)程的副反應(yīng)及防止尿素生產(chǎn)過(guò)程中的副反應(yīng)主要指尿素的水解和縮合反應(yīng)，它們?cè)谀蛩厣a(chǎn)各工序中都有可能發(fā)生，但在

2、尿素加工過(guò)程中尤為顯著。在尿液蒸發(fā)時(shí)，尿素濃度不斷提高，而蒸發(fā)溫度較高且壓力較低；故尿素的水解與縮合反應(yīng)明顯加快。尿素的水解反應(yīng)尿素的水解與溫度、停留時(shí)間和尿素溶液的濃度等有關(guān)。在溫度低于80℃時(shí)，尿素水解很慢，超過(guò)80℃，速率加快，在145℃以上，有劇增的趨勢(shì)，在沸騰的尿素溶液中，水解更為劇烈。在一定溫度和濃度下，停留時(shí)間延長(zhǎng)，尿素水解率增加。尿素溶液的濃度對(duì)尿素水解也有影響，濃度越低，水解反應(yīng)越快。尿素水解的結(jié)果將降低尿素的產(chǎn)率，增加消耗定額，因此必須防止。從上面的分析可知，要防止尿素水解，蒸發(fā)過(guò)程應(yīng)在盡可能低的溫度下進(jìn)行，并在很短的時(shí)間內(nèi)完

3、成。尿素的縮合反應(yīng)在尿素生產(chǎn)過(guò)程中，縮合反應(yīng)以生成縮二脲為主。縮二脲的生成率與反應(yīng)過(guò)程的溫度、尿素濃度、停留時(shí)間和氨分壓有關(guān)。在一定的尿素濃度下，縮二脲的生成率隨溫度的增加而增加；而在一定溫度下，隨著尿素溶液濃度的增高，縮二脲的生成量也增多，如圖5-19。尿素的縮合反應(yīng)隨著停留時(shí)間的延長(zhǎng)，縮二脲生成量增多，見(jiàn)圖5-20。當(dāng)氨分壓增加，即溶液中氨濃度增大，尿素的縮合反應(yīng)會(huì)逆向進(jìn)行，縮二脲的生成率就會(huì)降低。從以上可以看出，溫度高、停留時(shí)間長(zhǎng)、氨分壓低是生成縮二脲的有利條件。對(duì)蒸發(fā)過(guò)程的要求在尿液蒸發(fā)過(guò)程中，溶液處于沸騰狀態(tài)，溫度高；而蒸發(fā)后尿液濃度提

4、高，且由于二次蒸汽的不斷排出，蒸發(fā)室內(nèi)氨的分壓很低，所以最適于縮二脲的生成。因此，蒸發(fā)過(guò)程應(yīng)在盡可能低的溫度和盡可能短的時(shí)間內(nèi)完成。3、蒸發(fā)工藝條件的選擇蒸發(fā)工藝條件的選擇，除了應(yīng)滿足沸騰蒸發(fā)的一般要求外，更要盡量減少副反應(yīng)的發(fā)生，以保證尿素的產(chǎn)量和質(zhì)量。從圖中可以看出，尿素溶液的沸點(diǎn)與其濃度和蒸發(fā)操作壓力有關(guān)。如尿素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85%時(shí)，蒸發(fā)操作壓力為0.1MPa，相對(duì)應(yīng)的沸點(diǎn)為130℃；蒸發(fā)壓力降至0.05MPa時(shí)，相應(yīng)沸點(diǎn)降為112℃。蒸發(fā)壓力降至0.05MPa時(shí)，相應(yīng)沸點(diǎn)降為112℃。由此可見(jiàn)，采用減壓蒸發(fā)可以降低尿素溶液的沸點(diǎn)，防止副反應(yīng)

5、的發(fā)生。但壓力的選擇必須考慮尿素不致結(jié)晶為宜，否則將堵塞蒸發(fā)設(shè)備的加熱管道，影響操作。由圖5-21可見(jiàn)，當(dāng)蒸發(fā)操作壓力大于0.0263MPa，沸點(diǎn)壓力線位于結(jié)晶線之上，不與結(jié)晶線相交，說(shuō)明在這樣的壓力下蒸發(fā)尿素溶液時(shí)，不會(huì)有結(jié)晶析出。但在此壓力下，一段蒸發(fā)將尿液從75%濃縮至99.7%，雖無(wú)結(jié)晶析出，但勢(shì)必將溫度提得太高，結(jié)果加劇副反應(yīng)發(fā)生。因此，必須將蒸發(fā)操作壓力降至0.0263MPa以下。當(dāng)蒸發(fā)操作壓力小于0.0263MPa時(shí)，沸點(diǎn)壓力線和結(jié)晶線相交，在這樣的壓力下操作，就可能產(chǎn)生尿素結(jié)晶。尿液蒸發(fā)過(guò)程的設(shè)計(jì)據(jù)以上分析，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，蒸發(fā)過(guò)

6、程不能在一個(gè)壓力段進(jìn)行，常分為兩段。一段蒸發(fā)主要考慮蒸發(fā)出大部分水，同時(shí)防止結(jié)晶的析出，選擇操作壓力應(yīng)稍大于0.0263MPa，為了控制副反應(yīng)的發(fā)生，溫度不能太高，選為130℃，尿液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從75%增至95%。尿液蒸發(fā)過(guò)程的設(shè)計(jì)二段蒸發(fā)主要是為了制得質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.7%的尿素熔融物，即要求蒸發(fā)掉幾乎全部水分。此時(shí)，操作壓力越低，越有利于水分的快速蒸發(fā)，常控制在0.0053MPa以下；為了使尿素熔融物保持流動(dòng)性，蒸發(fā)溫度還應(yīng)高于尿素的熔點(diǎn)132.7℃，故控制操作溫度137～140℃。尿素蒸發(fā)過(guò)程，除選擇溫度、壓力條件外，還應(yīng)使過(guò)程在盡可能短的時(shí)間

7、內(nèi)完成。三、尿素溶液加工的工藝流程尿液的閃蒸、過(guò)濾低壓分解后來(lái)的尿液，經(jīng)自動(dòng)減壓閥減為常壓，進(jìn)入閃蒸槽1，閃蒸槽內(nèi)壓力為0.06MPa。它的出口氣管與一段蒸發(fā)分離器6出口管連接在一起，其真空度由蒸汽噴射泵17產(chǎn)生。由于減壓，部分水分和氨、二氧化碳?xì)饣鼰幔鼓蛩販囟认陆档?05～110℃。出閃蒸槽尿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)約74%左右進(jìn)入尿液緩沖槽2，槽內(nèi)有蒸汽加熱保溫管線。然后，尿液由尿液泵3打入尿液過(guò)濾器4除去雜質(zhì)，送入一段蒸發(fā)加熱器5。一段蒸發(fā)加熱、分離在一段蒸發(fā)加熱器5內(nèi)，用蒸汽管外加熱，使尿液溫升至130℃左右。由于減壓加熱，部分水分氣化后進(jìn)入一段蒸

8、發(fā)分離器6，一般蒸發(fā)分離器內(nèi)部壓力約為0.0263～0.0333MPa，該壓力由蒸汽噴射泵17產(chǎn)生，氣液分離后，尿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為95%～