尿素生产方法原理尿素溶液的蒸发演示

（优选）尿素生产方法原理尿素溶液的蒸发当前第1页\共有39页\编于星期三\23点低压循环的压力，一般取为0.3-0.4MPa左右。压力越低，越容易从尿液中将NH3和CO2逐出，但返回的回收液浓度将更低（即加水量↗），温度也降低。如果压力更低，就需要加更多的水才能将同样多的NH3和CO2吸收下来，也是不利的。低压分离回收当前第2页\共有39页\编于星期三\23点尿液首先进入分解器(或称分解塔)。由于压力降低而立即有大量的气体闪蒸出来。为提高NH3和CO2转入气相的分率(工业上亦称之为总氨蒸出率和甲铵分解率)，需要加热提高温度。中低压分解循环中低压循环，均包括合成尿素溶液的减压加热分解、分解气的冷凝吸收两部分。分解气的冷凝吸收条件，应力求在压力、温度和加水量之间取得最佳配合，以使加水量少，而吸收和冷凝要完全、而且不要析出固体结晶。当前第3页\共有39页\编于星期三\23点1．尿素合成液分离的原理是什么？工业上是如何对分离物进行回收的？2．气提原理是什么？常用的气提剂有哪些？气提法的优点是什么？3．尿素高压合成圈是如何构成的（过程、设备）？其主要任务是什么？4．中压循环的压力的是如何选择确定的？中压段的任务是什么？

《未反应物的分离与回收》作业题二当前第4页\共有39页\编于星期三\23点尿素生产的工艺流程

80%尿液去蒸发冷结系统

液NH3CO2氨冷器合成塔甲铵气提塔中压合成塔低压合成塔真空合成塔氨冷器2氨冷器1中压吸收塔低压吸收塔真空冷凝器lg1.8MPa155℃0.45MPa140℃0.08MPa110℃当前第5页\共有39页\编于星期三\23点2.3尿素溶液的蒸发2、理解尿素溶液加工的工艺流程。教学目标1、掌握尿素溶液蒸发的基本原理和工艺条件的选择。当前第6页\共有39页\编于星期三\23点1、尿素蒸发的基本原理尿素溶液蒸发：将溶液加热到沸腾，使其中的水汽化而与尿素分离的过程。蒸发浓缩的必要性：经减压、加热分解循环后，得到尿素含量为70%-75%，NH3和CO2含量之和在1%左右的尿素水溶液；若将其加工成固体产品，还需经过蒸发工序，浓缩成含水量较少（1%）的熔融物方可造粒。当前第7页\共有39页\编于星期三\23点2、尿素溶液蒸发过程的副反应及防止水解反应：在沸腾的尿素溶液中，水解更为剧烈。缩合反应：缩二脲的生成率随温度的增加而增加；而在一定温度下，随着尿素溶液浓度的增高。在尿素生产各工序中副反应都有可能发生，但在尿素加工过程中尤为显著。要防止水解与缩合反应，蒸发过程应在尽可能低的温度下进行，并在很短的时间内完成。当前第8页\共有39页\编于星期三\23点3、蒸发工艺条件的选择蒸发工艺条件的选择，除了应满足沸腾蒸发的一般要求外，更要尽量减少副反应的发生，以保证尿素的产量和质量。尿素溶液的蒸发涉及到尿素和水的二元体系相图当前第9页\共有39页\编于星期三\23点10压力线（气液平衡线）：溶液在该压力下的沸点相图性质：线：液固平衡线尿素的溶解度线冰的饱和线高压力时，无固相出现0.10MPa130℃0.05MPa112℃结论：尿素溶液的沸点与其浓度和蒸发操作压力有关。当前第10页\共有39页\编于星期三\23点3、小于0.0263MPa时，沸点压力线和结晶线相交，就可能产生尿素结晶。1、大于0.0263MPa，沸点压力线位于结晶线之上，不会有结晶析出。2、若采用一段蒸发将尿液从75%浓缩至99.7%，虽无结晶析出，但势必将温度提得太高，结果加剧副反应发生。蒸发操作压力的选择当前第11页\共有39页\编于星期三\23点据以上分析，采用减压蒸发可以降低尿素溶液的沸点，防止副反应的发生。实际生产过程中，蒸发过程不能在一个压力段进行，常分为两段。压力的选择必须考虑蒸发出大部分水和尿素不致结晶为宜，否则将堵塞蒸发设备的加热管道，影响操作。尿液蒸发过程的设计当前第12页\共有39页\编于星期三\23点13典型的两段蒸发的工艺条件真空减压蒸发①一段：压力0.033MPa，温度130℃，尿液从75%浓缩到95%；蒸出大量水分，随着浓度的提高，温度也不断上升，副反应明显，所以一段蒸发只能到一定的浓度。②二段：压力，温度140℃（使尿素熔融物保持流动性，防结晶），可使尿液浓缩到99.7%，且不会有结晶出现。

当前第13页\共有39页\编于星期三\23点4、尿素溶液加工的工艺流程

当前第14页\共有39页\编于星期三\23点闪蒸：低压分解后来的尿液，经自动减压阀减为常压，进入闪蒸槽1，闪蒸槽内压力为0.06MPa。它的出口气管与一段蒸发分离器6出口管连接在一起，其真空度由蒸汽喷射泵17产生。由于减压，部分水分和氨、二氧化碳气化吸热，使尿素温度下降到105～110℃。出闪蒸槽尿液质量分数约74%左右进入尿液缓冲槽2，槽内有蒸汽加热保温管线。然后，尿液由尿液泵3打入尿液过滤器4除去杂质，送入一段蒸发加热器5。尿液的闪蒸、过滤作用：可减少加热蒸汽的耗量。当前第15页\共有39页\编于星期三\23点一段蒸发加热、分离在一段蒸发加热器5内，用蒸汽管外加热，使尿液温升至130℃左右。由于减压加热，部分水分气化后进入一段蒸发分离器6，一般蒸发分离器内部压力约为0.0263～0.0333MPa，该压力由蒸汽喷射泵17产生，气液分离后，尿液质量分数约为95%～96%，进二段蒸发加热器7。当前第16页\共有39页\编于星期三\23点二段蒸发加热、分离在二段蒸发加热器7内，用蒸汽加热至140℃左右，其压力维持在0.0033MPa。由于减压加热，残余水分气化后进入二段蒸发分离器8进行气液分离。二段蒸发加热器的真空度靠蒸汽喷射泵18、20、22产生。二段蒸发分离器出来的尿液质量分数为99.7%，进入熔融尿素泵9，打入造粒塔。当前第17页\共有39页\编于星期三\23点18①长管升膜式蒸发器：溶液停留时间短，表面传热系数大。②预蒸发器：将尿液预先浓缩，减少加热蒸汽的耗量。③蒸汽喷射器：实现减压操作。

5、蒸发过程主要设备当前第18页\共有39页\编于星期三\23点尿液浓缩过程合成塔：40%汽提塔：45%中压甲铵分解器：60%低压甲铵分解器：70%真空预浓缩器：85%一段蒸发加热器：95%二段蒸发加热器：99.7%造粒当前第19页\共有39页\编于星期三\23点20

概念：利用尿素的溶解度随温度的降低而降低的关系，将较高温度下的尿素溶液冷却而析出。2.4尿素的结晶和造粒缺点：结晶尿素呈粉末或细晶，不便于施用，易结块。优点：结晶尿素的加工过程中温度较低，副反应少，可作低缩二脲含量的化肥使用，也用于工业。2.4.1尿素的结晶当前第20页\共有39页\编于星期三\23点21①常压法：在常压下将尿素溶液浓缩至接近饱和，即送入结晶器，液体冷却至50-65℃，即有尿素结晶析出。结晶长大，与母液进行分离，再经干燥器干燥，获得水含量小于1%的结晶尿素产品。②真空法：来自低压回收循环的尿液（75%）直接进入真空结晶器内，同时蒸发与结晶，在0.01MPa和60℃下，水分蒸发而进入过饱和区，进而有结晶析出。水分蒸发的热量由溶液的显热和尿素结晶热提供。2、结晶尿素的生产方法当前第21页\共有39页\编于星期三\23点22①常压法：设备少，流程简单，但结晶热未得利用，蒸汽和冷却水消耗大。②真空法：有效利用结晶热，防止缩二脲积累。不同结晶方法的优缺点当前第22页\共有39页\编于星期三\23点232.4.2尿素的造粒农业使用的尿素产品绝大多数均加工成具有一定粒度的颗粒。1、粒状尿素产品的优点：流动性能好，不易吸潮和结块，便于储存和运输。造粒方法：造粒塔造粒和造粒机造粒当前第23页\共有39页\编于星期三\23点24原理：将温度约140℃的尿素质量分数达99.7%的高浓度溶液送往几十米的高空，通过喷头的小孔喷洒出来，形成液滴自高空滴落，与自下而上的空气逆流接触而凝固冷却，且将少量水分蒸发而得到产品，粒度为1-2mm。2、造粒塔造粒当前第24页\共有39页\编于星期三\23点25造粒塔降低高度的方法A.强制通风：延长颗粒的下落时间，强化冷却。B.塔底设置流态化床：使床中空气与颗粒间的传热得到强化，使颗粒继续冷却。造粒塔的构造圆筒形混凝土结构，内部有防腐涂层。塔直径18-20m，生产能力1500-1700t/d。自然通风利用烟囱效应使空气自然流动，简单，被广泛采用。当前第25页\共有39页\编于星期三\23点26B.在尿液中加入少量甲醛（不大于0.2%）：提高产品抗冲击强度和抗压强度。提高颗粒机械强度的方法A.晶种造粒：在造粒塔底部送入磨碎的尿素粉末（尿素99%，硬脂酸钙1%，小于2μm），粉末在塔内上升的过程中与下降的尿素熔融体接触，成为晶种，再长大成粒。当前第26页\共有39页\编于星期三\23点27A.排出的尿素粉尘和氨气难于处理，污染环境。B.强度不高，不适于长途散装运输。C.粒度不均匀，不能造出大于2.5mm又有足够强度的颗粒。D.固化时间短，难以形成致密坚实的颗粒。造粒塔造粒的缺点当前第27页\共有39页\编于星期三\23点28原理：尿素熔融物在稍高于其固化温度下被喷洒在已有的颗粒之上，使颗粒长大，直到达到所要求的粒度。造粒机的种类：盘式造粒、转鼓造粒、流化造粒3、造粒机造粒当前第28页\共有39页\编于星期三\23点流化床造粒机转鼓造粒机盘式造粒机当前第29页\共有39页\编于星期三\23点30流化床造粒机的生产原理雾化空气：进入雾化喷嘴使尿液雾化。进入喷嘴之前需预热到高于尿素的结晶温度以防堵塞喷嘴。流化空气：使床层保持流化状态晶种：使雾化的尿素熔融液包覆在其表面而凝固，放出的结晶热用于进一步蒸发。当前第30页\共有39页\编于星期三\23点31颗粒长大的机理A.团块：粒子利用溶液作为粘结剂而互相附着在一起，这种作用产生的颗粒不够均匀，机械性能差；B.层化：颗粒的成长是在粒子表面进行一层一层的涂覆，得到类似“洋葱”的结构；C.累积：即大量的微小溶液液滴连续地喷洒在颗粒表面并不断蒸发固化。是连续长大和干燥的过程。当前第31页\共有39页\编于星期三\23点32流化床造粒工艺流程图累积机理：提供了致密均匀的结构，并促进了水分的蒸发和颗粒的干燥，而且颗粒流化态避免颗粒长时间接触，不至于团块。筛分机与粉碎机可控制颗粒粒度在2-8mm范围内变化当前第32页\共有39页\编于星期三\23点尿素熔融液加入少量的甲醛（0.5%左右），可提高产品强度，减少粉尘。与造粒塔中作用一样。洗涤塔：将造粒机和冷却器的空气用工艺冷凝液洗涤，回收尿素粉末，得到尿素含量约为45%的洗涤液，再送回蒸发系统。当前第33页\共有39页\编于星期三\23点转鼓造粒机—后改进为帘幕涂布法主要设备：水平放置的旋转圆筒，分为造粒段和冷却段。机理：颗粒尿素在筒内转动时呈现帘幕状跌落，熔融尿素通过喷嘴连续喷洒在造粒段的滚动粒子表面上，粒子被熔融物包涂而长大。长大的颗粒通过内堰流进造粒机的冷却段，被逆流导入的空气所冷却和固化，同时除去粉尘。当前第34页\共有39页\编于星期三\23点盘式造粒机主要设备：与水平成60-65°的旋转圆盘，盘上有颗粒滚动。机理：有返料从靠近转盘的最高点处加入，在盘上不断滚动。尿素含量在98%以上，温度145℃的熔融物经喷嘴雾化为极细的雾滴，喷洒在滚动着的返料层上，将细粒子层层包覆而逐渐长大。由于受到重力和离心力，颗粒越大，随盘转动而上升的高度越降低，最后滚到转盘的下边缘而落到下面的冷却器中。当前第35页\共有39页\编于星期三\23点36造粒机所得产品的优点A.水分和缩二脲低B.产品颗粒大（2.0-4.0mm）且可调节C.颗粒抗压强度高（为造粒塔产品的5-6倍）且不易吸湿、结块。D.对环境污染少（空气用量少，且含尘量低）当前第36页\共有39页\编于星期三\23点通过造粒装置

解决尿素粒径问题的途径：选用大颗粒造粒喷头，使80%的尿素颗粒直径大于2mm；采用流化床冷却装置，降低入袋温度，解决超产后易结块问题，将颗粒与粉尘分开；采用北京达立科公司开发的双转鼓流化床大颗粒尿素技术，尿素颗粒直径可达4～6mm，国内已有2家采用此技术；原有的造粒系统不动，将增产的尿素在造粒之前取出，用尿素熔融液来生产氮磷钾复合肥，目前上海化工研究院正在几家小尿素厂中实施该技术。