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化工生产技术1. 化学工业的分类 化学工业既是原材料工业，又是加工工业，不仅包括生产资料的生产，还包括生产资料的生产，是一个多行业、多品种的产业。（1） 按化学工业使用的原料来划分则有：煤化工、石油化工、天然气化工、海洋化工、矿产化工、生物化工、林产化工、核化工、电化工等；（2） 按产品的用途和产品形态等分为：国防化工（军事化工）、环境化工、食品化工、日用化工、农用化工、能源化工、信息化工、材料化工、皮革化工、冶金化工、药物化工、硅酸盐化工、建筑化工等。（3） 按产品归类分为：无机化工、有机化工、高分子材料化工、精细化工等。（4） 按产品行业和工业规模可以分为：硫酸、硝酸、无机酸、纯碱、氯碱、无机盐、基本有机原料、化学肥料、农药、医药、染料、颜料、涂料、胶黏剂、合成树脂、化学纤维、合成橡胶、感光材料和磁性材料、日用化学品、表面活性剂、化学试剂、催化剂、助剂、陶瓷和无机非金属材料、水泥、玻璃、生物化工、专用精细化学品以及塑料加工、橡胶加工、化学矿冶炼、化工机械等。（5） 按统计归属分为：基本化工原料、化肥、农药、医药、有机化学品、日用品化学品、合成材料、化纤、橡胶制品、塑料制品和专业化学品等大宗门类。2. 化学工业的行业特征 化学工业的行业范围很广，归纳它们的大体特征是：（1） 发展和更新速度快（2） 设备特殊，设备投资高、更新快（3） 知识技术密集，投资和资金密集（4） 能量消耗密集和物质消耗密集（5） 有一定的规模效益（6） 环境保护和防治要求及自动控制条件比较严格3. “化工生产技术”的主要内容 化工生产技术本质上是研究化工产品的“技术”、“过程”和“方法”的学科，是用先进的和经济的技术、过程和方法生产出合乎质量要求的产品的技术。概括起来化工生产技术研究的主要内容包括三个方面：即生产的工艺流程；生产的工艺操作控制条件和技术管理控制；化工三废治理和安全、环保措施。4. “化工生产技术”的研究方法 化工产品数以百万计，按大的类型来分，也可以分为千百个类型，每个类型中各个产品生产的方法、技术、流程、设备又千差万别，因此，我们不可能去研究、介绍、熟悉每一个产品生产过程，而必须从理论高度解析化工产品的生产过程，这就是“化工生产技术”学科重要的研究方法。 依据上述化工生产技术研究的主要内容，任何一个复杂的化工产品生产过程，我们把它从技术工艺上分为三个部分，第一部分是工艺流程；第二部分是工艺操作参数；第三部分是三废治理。这三个部分既相对独立，又互相依存，互相联系。工艺流程主要体现出来的是设备或装置的一个流水线，而它的每一个设备，必须有工艺操作参数条件作为它的软件和核心。也就是说，生产的工艺操作参数条件是灵魂，而生产的工艺、设备流程是躯壳。三废治理是我们研究灵魂和躯壳时，必须铭记在心的一个“规矩”。有个这一纲领性认识，就有了化工生产技术研究的方法和思路，并可以用来指导实践。5. “化工生产技术”课程的性质、任务 “化工生产技术”是应用化工技术等化工技术专业学生的必修课。本教材根据化工生产过程的内在关系、组织特点和工艺规律，阐述化工生产技术的基本知识和基本原理；根据化工过程的特点，选择具有代表性的化工产品，介绍其工艺原理、生产方法、主要工艺条件和典型反应设备的基本结构与操作；重点学习讨论化学反应部分的工艺原理、工艺条件、反应设备的结构特点以及工艺流程等；对于物质和流量的回收及综合利用、环境保护、新工艺、新技术和新方法等，予以适当介绍。 通过本课程的学习，了解化工生产原料及主要化工产品，了解不同类型的化工生产技术的特点；熟悉典型化学品的特性、合成原理和生产方法，理解化工工艺流程、工艺条件对生产得影响、典型化学反应器的基本结构和基本操作方法；掌握化工生产技术的共性，包括基本概念、基本原理和基本工艺计算，具有化工生产的基本技能、分析和处理一般的工艺问题的基本能力。学会如何把一个具有工艺条件的化学反应，通过工艺向工程的飞跃变成一个有具体生产设备组成的生产流程。本教材强调理论联系实际，重视化工生产技术基本知识、基本原理和基本技能的培养；重视分析和解决实际问题能力的培养；注重安全生产意识、经济技术观点、环境生态意识和创新意识的培养；为学生从事化工生产，具有实事求是的科学态度、良好的化工职业素质奠定基础。6. 化工生产工序 化工生产时将若干个单元反应过程、若干个化工单元操作，按照一定的规律组成生产系统，这个系统包括化学、物理的加工工序。 化学工序：即以化学的方法改变物料化学性质的过程，也称单元反应过程。化学反应千差万别，按其共同特点和规律可分为若干个单元反应过程。例如：磺化、硝化、氯化、酰化、烷基化、氧化、还原、裂解、缩合、水解等。 物理工序：只改变物料的物理性质而不改变其化学性质的操作过程，也称化工单元操作。例如：流体的输送、传热、蒸馏、蒸发、干燥、结晶、萃取、吸收、吸附、过滤、破碎等加工过程。7. 化工生产过程组成 化工产品种类繁多，性质各异。不同的化学产品，其生产过程不尽相同；同一产品，原料路线和加工方法不同，其生产过程也不尽相同。但是，一个化工生产过程一般都包括：原料的净化和预处理、化学反应过程、产品的分离与提纯、三废处理及综合利用等。（1） 生产原料的准备（原料工序） 包括反应所需的各种原、辅料的贮存、净化、干燥、加压和配制等操作。（2） 反应过程（反应工序） 以化学反应为主，同时换包括反应条件的准备，如原料的混合、预热、汽化，产物的冷凝或冷却以及输送等操作。（3） 产品的分离与提纯（分离工序） 反应后的物料是由主、副产物和未反应的原料形成的混合物，该供需时将未反应的原料、溶剂、主、副产物分离，对目的产物进行提纯精制。（4） 综合利用（回收工序） 对反应生成的副产物、未反应的原料、溶剂、催化剂等进行分离提纯、精制处理以利回收使用。（5） 三废处理（辅助工序） 化工生产过程中产生的废气、废水和废渣的处理，废热的回收利用等。8. 化学生产主要产品 化工产品是原料经化学反应转变而来，化学反应的多样性，决定了化工产品的多样性。化工产品种类繁多，这里根据化工产品的类属给出化工生产的主要产品。（1） 无机化工主要产品 无机酸主要有硫酸、硝酸、盐酸等；常用件类主要有“两碱（纯碱、烧碱）”；化学肥料，主要有氮肥、磷肥、钾肥和复合肥等；即“三酸、两碱”与化学肥料。 无机盐种类很多，主要有碳酸钙、硫酸铝、硝酸锌、硅酸钠、高氯酸钾、重铬酸钾等。 工业气体包括氧、氮、氢、氯、氨、氩、一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫等。 元素化合物主要有氧化物、过氧化物、卤化物、硫化物、碳化物、氰化物等；单质主要有氧、硅、铝、铁、钾、钠、镁、磷、氟、溴、碘等。（2） 基本有机化工主要产品 以碳氧化物及其衍生物为主的通用型化工产品，如乙烯、丙乙烯、丁乙烯、苯、甲苯、二甲苯、乙炔、萘（即“三烯、三苯、乙炔、萘”）、合成气等。这些产品是以石油、煤、天然气、等为原料，可生产初步化学加工制造的有机化工基本产品。有这些基本产品出发，经过进一步的化学加工，可生产出种类繁多、品种各异、用途广泛的有机化工产品。例如，醇、酚、醚、醛、酮、酸、酯、酐、酰胺、腈以及胺等重要的基本有机化工产品。 基本有机化工产品主要用于生产制造塑料、合成橡胶、合成纤维、涂料、黏合剂、精细化工产品及其中间体的原料，也可以直接作为溶剂、吸收剂、萃取剂、冷冻剂、麻醉剂、消毒剂等。基本有机化工产品的用量和生产能力都很大。例如乙烯，2000年中国年产量达470.0万t，消耗量为1115.0万t。（3） 高分子化工主要产品 高分子化工产品是通过聚合反应获得的相对分子质量高达的高分子化合物。按用途分，高分子化工产品有塑性、合成橡胶以及橡胶制品、合成纤维、涂料和黏合剂等；按功能分，有通用、特种高分子化工产品。 通用高分子化工产品产量较大、应用广泛，如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯，涤纶、腈纶、锦纶，丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶、乙丙橡胶等。（4）精细化工主要产品（5）生物化工主要产品9.原料预处理的原则（1）必须满足工艺要求（2）简单可靠的预处理工艺（3）充分利用反应和分离过程的余热及能量（4）尽量不要产生新的污染，不要造成损失。（5）尽量研究和采用先进技术（6）投资节省，设备维护简便（7）尽量有原料生产厂家精制10.分离方法（1）气体的产物 气体的净制 从气体产物中分离出要用的物质（2） 液体产物的分离 从液体产物中除去固体颗粒 从不互溶的液体中除去其中一种液体 溶液增浓 将互溶的液体分离成不同组分 将液体产物全部或部分变为固体（3） 固体产物的分离 固液分离 固体的干燥11. 分离流程方案选择（1） 明确分离目标（2） 确定可行的分离方法（3） 确定分离流程经验规则和注意事项 反应产物有固体物的，不论它们是目的产物还是废弃物，一般要率先分离出来，以免使管道设备堵塞，流程不顺。 反应产物中对目的产物尤其是有害的物质必须首先除去，甚至不惜能量的利用合理与否，这是工艺的要求。通常在经济产品的收率是最终的砝码，因为最终的产品利润最大。不能因为考虑能量的“合理”，而牺牲了产品的收率。 首先分离反应产物中对后续工艺有害的物质。比如精馏过程，从能量上考虑应当由挥发度从低到高逐级取出，但有时高沸点物质会聚合、会凝絮甚或较黑较脏，也要先把它分出。然后再降温从低沸物到高沸物地分离。第一步似乎浪费了能量，但对流程和工艺有利。 尽量优先把产物中未反应原料分出来，循环数用，如果原料宝贵更应如此。 最难分离的组分或要求特高的产物应从分离系统中先选出粗产物，在设计精制分离方案。不要希望过早地分离出来，更不主张一次分离就得倒高纯产物。 尽量选用简单的分离方法，能用机械分离的先用机械法。一般是机械法物理法物理化学法化学法的顺序，无论从操作和能量上都是合理的。 一般情况下，或者先取出最少的组分，或者先取出最多的组分。 一般情况下，分离的流程先易后难，容易除去的先除去，容易拿到的先拿到。 尽量把多种杂质一次性除去，在研究从杂质中回收有用副产物。12. 化工三废的来源（1） 化工生产的原料、中间体、半成品或成品。 化学反应不完全 原料不纯 跑、冒、滴、漏（2） 化工生产过程中排放的废弃物 燃料燃烧 冷却水 副反应 反应的转化物和添加物 分离过程13. 主要设备选择（1） 反应器的选择 反应动力学要求 热量传递的要求 质量传递过程与流体动力学过程的要求 工程控制的要求 机械工程要求 技术经济管理的要求（2） 精馏设备的选择 能力大、效率高、结构简单 可靠性好 满足工艺要求 塔板压力降要小14.T90-2脱硫反应方程式脱H2S的化学吸收反应 催化氧化析硫反应 脱有机硫的化学吸收反应 有机硫化物的催化氧化反应 副反应 若气体中含有HCN，则有如下反应： 15.交换工艺流程 来自压缩二段出口的半水煤气进入饱和塔底部与顶部喷淋而下的热水逆流接触，将气体温度提高到118140，并饱和一定量的蒸汽从塔顶出来进入汽水分离器（2#系统直接进入主热交），在此与外来蒸汽混合后，进入热交F1与中变炉出口变换气换热，预热至300左右，经中变电炉（2#系统中变电炉设置在旁路上）进入中变炉一段、二段与触媒进行反应，CO降至58；出中变炉经F1换热降温，进入第一调温水加F2（一段冷却器），进一步降低温度后进入低变炉一段反应，在此CO进一步得到降低；出来进入第二调温水加F3（二段冷却器），换热降温后进入低变炉二段进行最终反应；出来进入第三调温水加F4回收余热，降低变换气温度，然后进入热水塔底部，与顶部喷淋而下的热水逆流接触，回收蒸汽和显热，降低变换气温度至110以下；出来进入软水预热器F5，进一步换热降温；接着进入循环水冷却器F6，降温至40，最后送往变脱。气体自下部进入变换气脱硫塔，与顶部喷淋下来的脱硫液逆流接触，脱去H2S，净化后气体经过除沫器后从塔顶出来，经出口气体分离器分离水及杂质后送至压缩机三入（2#直接送大变压吸附）。变换热水塔出口热水经热水泵加压送往F4，与低变出口气体换热后进入F3，吸收低变一段出口气体的部分热量后再进入F2，与热交F1出口气体换热，温度达到150 左右，最后热水进入饱和塔顶部喷淋而下，与半水煤气逆流接触，热水经过水封回到热水塔进行循环使用。在变脱塔内吸收H2S后的脱硫液，从塔底部出来，经调节阀减压至氧化再生槽喷射器，负吸空气使溶液得到再生，再生的溶液经液位调节器进入贫液槽，然后经贫液泵送至变脱塔顶部，与从塔底来的气体逆流接触吸收H2S后，再从塔底出来，如此循环使用。再生槽内溶液氧化，浮出硫泡沫，经溢流至泡沫槽，由泡沫泵送至半脱熔硫釜熔硫。16.二氧化碳精脱硫工艺流程自CO2压缩二出来的CO2气体，经顶部依次进入氧化铁脱硫槽，脱出CO2气体中的H2S，从底部出来到水洗塔，气体经软水洗涤后进入加热器，与尿素来的0.3MPa蒸汽换热，将气体温度提高至70130，然后从顶部进入水解槽进一步反应将COS转化成H2S，从底部出来后进入冷却器将气体温度降至35以下，从顶部进入活性炭脱硫槽，最后脱除气体中的H2S+COS+CS2，从底部出来后进入过滤器，分离气体中的粉尘、水分，最后送入CO2压缩三入。17.循环水纤维过滤器流程该设备的结构特点是：在过滤器的滤层上端设有可改变纤维密度的调节装置。运行时，水从上至下通过滤层。此时，纤维密度调节装置推动纤维向下运动，滤层被加压后，密度逐渐加大，使滤层沿水流动方向的截面逐渐缩小，相应的滤层孔隙直径逐渐减小，实现了深层过滤。当滤层被污染需再清洗再生时，清洗水从下至上通过滤层。这时，纤维密度调节装置自动将纤维滤层拉开处于放松状态，达到理想的清洗效果。18. 工艺指标（1）变换部分系统进口压力 0.95MPa蒸汽压力 1.01.38MPa变换炉触媒层温度 根据其活性调整中变炉触媒热点温度波动范围 10低变炉触媒热点温度波动范围 10低变进口气体温度 160中串低饱和塔出口煤气温度 118变换气中CO含量（不联醇） 1.5（联醇根据甲醇负荷定）变换出口温度 40饱和热水塔总固体 500ppm变换F6的液位 545（2）变脱部分系统进口压力 0.85MPa系统压差 0.05MPa贫液泵出口压力 1.2MPa变换气温度40（冬季），50（夏季）脱硫液温度 40变脱塔出口硫化氢含量 10mg/Nm3总碱 2840g/LPH值 8.58.9悬浮硫 1.0g/LT90-2 3050ppm变脱塔液位 3080贫液槽 3080再生槽液位 硫泡沫处于溢流状态贫液泵电机电流 289A泡沫泵电机电流 29.4A（3）二氧化碳精脱硫部分压力 10MPa空速 10002000h1入口 H2S50 g/m3出口 H2S0.05 g/m3温度 580（4）纤维过滤器处理水 210t/h，旁路过滤最大操作压力 0.6MPa 使用时进出口压差 0.2MPa清洗空气压 0.050.1MPa反洗时间 2040min/次19. 化工生产过程工艺参数的确定（1） 温度 反应方程和化学平衡 反应特性 温度的限制条件（2） 压力 反应方程和化学平衡 反应速率 后续分离系统的要求 压力的限制因素（3） 原料配比 某一反应物要求有很高的转化率可提高其反应速率 反应物和产物分离 分离循环费用（4） 反应时间和转化率 转化率和所需反应时间的关系。 各种转化率下的产品分布 计算产品和原料分离回收所需的各种物性数据。 各种物料主、副产品和公用工程的价格。 反应系统和分离系统的设备价格。 反应时间和化学平衡的关系。 反应时间和反应速率的关系。 回收的物能消耗。（5） 催化剂20. 合成氨工艺操作条件（1） 氨合成催化剂 催化剂组成 催化剂的还原和活性保持（2） 温度（3） 压力（4） 空间速率（5） 合成塔进口气体组成21.合成尿素总反应式由液氨与二氧化碳气体直接合成尿素的总反应式为：2NH3(液)+CO2(气)DCO(NH2)2(液)+H2O(液)+Q这是一个可逆的放热反应22.合成尿素的两个步骤合成尿素分两步进行：第一步由氨与二氧化碳生成中间产物甲铵，其反应式为： 2NH3(液)+CO2(气)D NH2COONH4(液) +Q1第二步由甲铵脱水生成尿素，其反应式为(合成尿素过程中的控制反应)： NH2COONH4(液)D CO(NH2)2(液)+H2O(液)-Q223.使甲铵液处于液相状态的条件使甲铵液处于液相状态的条件：温度必须高于甲铵液熔点(154)；压力必须高于甲铵液平衡压力。24.尿素反应进行程度的表示方法以尿素的产率表示尿素的反应进行程度，由于尿素的生产都采用过剩氨，因此用二氧化碳转化率(XCO2)来表示尿素的产率。XCO2=转化成尿素的CO2100反应液中尿素的重量0.733100 CO2的总量 尿素的重量0.733 + CO2的重量25.反应温度对二氧化碳转化率的影响反应温度对二氧化碳转化率的影响：二氧化碳平衡转化率随反应温度升高而逐渐增大，在温度为190200之间出现一个最高值，而后二氧化碳平衡转化率随着反应温度的上升而下降，因为甲铵脱水生成尿素的反应是合成尿素过程的控制反应，此反应吸热，因而提高反应温度对生成尿素有利，但二氧化碳平衡转化率在190200后随着反应温度的升高而降低的原因，是由于甲铵离解平衡常数上升，在尿素合成反应中起主导作用，使甲铵的平衡浓度下降，导致合成效率下降。26.氨碳比对二氧化碳转化率的影响氨碳比对二氧化碳转化率的影响：在水碳比一定时，氨碳比越高，CO2转化率增加；当氨碳比(NH3/ CO2)=2时XCO2为40；当氨碳比(NH3/ CO2)=3时 XCO2为54，当氨碳比(NH3/ CO2)=4时 XCO2为67.5。27.水碳比对二氧化碳转化率的影响增加了水即增加了生成物的浓度，不利于尿素的生成。因此水碳比的增高，将使CO2转化率下降；在尿素生产过程中，水碳比(H2O/ CO2)增加0.1，二氧化碳转化率则降低1。28.压力对二氧化碳转化率的影响压力对二氧化碳转化率的影响：在合成尿素的过程中，压力不是一个独立的变数，它是依赖于温度，氨碳比及水碳比而定。合成尿素的操作压力一般较平衡压力稍高。所谓平衡压力即反应达到气液相之间的物理平衡，也达到了化学平衡，此时物系的压力。若操作压力低于平衡压力，不但氨从液相中逸出，使液相中过剩氨降低，同时会使甲铵分解，从而降低了CO2转化率。29.影响合成尿素的反应速度的因素合成尿素的反应速度常用单位时间内所能达到的CO2转化率表示(即尿素生成速度)，其影响因素如下：温度的影响：在多数温度下，对于相同的反应时间，随着温度的增加，CO2转化率也增加。温度超过200时，反应速度变慢，CO2转化率反而下降。过剩氨的影响：由于过剩氨的存在，降低了甲铵的熔点，温度为150时，虽然低于甲铵的熔点，但一开始物系便为液相反应速度就较快。在相同温度下，有过剩氨时反应速度较大，而且CO2转化率也较高。液体动力学条件的影响：在工业上尿素合成塔内物料由于温度、比重的不同产生了返混现象。返混的结果，使合成塔上部尿素含量较多的物料与底部尿素含量较少的物料混合，这不仅降低了出口物料中尿素的浓度，而且由于顶部生成物(尿素和水)返回底部，使反应速度降低。因此在直径大，高径比小的合成塔中，必须考虑防止返混现象。为了防止返混现象，一般在合成塔内装置若干筛板。物料经筛板时由于断面缩小，流速加大，增加了湍动状态，增加了氨和二氧化碳的接触面积，加快了反应速度，因此增加了筛板后，提高了二氧化碳转化率。30.合成尿素工艺条件的选择合成塔操作主要工艺指标是：压力、温度、进料物料中的氨碳比与水碳比等。压力：操作压力的选择是以合成塔顶物料平衡压力为基准，且高于平衡压力的20，即196200kg/cm2；温度：合成塔温度的选择是以材料耐腐蚀能力作主要因素来考虑，在加氧的情况下操作温度是185190；氨碳比：氨碳比的选择在考虑循环回收系统设备大小及合成塔最佳温度下的自热平衡，一般氨碳比选择为3.44.2；水碳比：进合成塔水碳比取决于回收甲铵液所带入的水量，水碳比增高，二氧化碳转化率下降，水碳比控制不当就会出现操作上的“恶性循环”，一般水碳比选择为0.50.75。1.8合成塔原始开车要升压到80100kg/cm2的原因因投料时塔内温度有150，纯甲铵在150时的离解压力约为70个大气压，为了不使甲铵液分解，使合成塔的实际操作压力大于甲铵液的离解压力，这就是投料前合成塔要升压至80100kg/cm2的原因。所以合成塔原始开车投料前，升温至150是为了使液氨与二氧化碳气体反应得到液态甲铵；升压至80100kg/cm2是为了使液态甲铵不分解。31.中压分解吸收原理在尿素合成反应液中，未反应的氨和二氧化碳可看成是由两部分构成：一部分是过剩氨，另一部分是未转化未尿素的氨基甲酸铵。二氧化碳和氨的溶解是放热和体积缩小的过程。所以，当温度升高和压力下降时溶解度减小。所以对合成反应液采用降压和加热的处理方法，有利于把游离氨和二氧化碳分离出来，另外减压加压也有利于甲铵的分解。一段分解气用稀氨水和二甲液吸收，冷凝地道氨基甲酸铵和气氨，而从吸收原理考虑，提高压力有利于吸收的进行和气氨的冷凝，但不利于一段的分解。因而中压压力选择要考虑气氨在氨冷凝器冷凝的条件下与一段分解压力相适应。32.从甲铵液中分离未转化物的方法从合成塔出来的合成液中有未被转化成尿素的甲铵和过剩氨。甲铵的生成反应是放热和体积减少的过程，如果减压，加热合成液中未转化的甲铵向分解成气体氨和二氧化碳的方向进行。降低压力，提高溶液的温度，溶液中氨和二氧化碳气体溶解度会大大降低。所以从合成液中分离出来转化物的操作需要采用减压加热，既有利于甲铵的分解，也有利于使溶解在合成液中的过剩氨和二氧化碳气体蒸馏出来。33.分解温度对甲铵分解率和氨的蒸出率的影响在中压分解系统中，甲铵分解率随温度的增长速度大于总氨蒸出率随温度的增长速度，这是因为合成液中的过剩氨是物理性溶解，而甲铵是化合物存在于合成液中，过剩氨在合成塔减压后虽然温度很低也能大量蒸出，这说明过剩氨的蒸出率受压力的影响比温度大。而甲铵的分解，只要温度达到甲铵在此压力下的离解温度，甲铵就会大量分解。如果压力低，但没有达到甲铵分解温度，甲铵分解量少，这就表明甲铵的分解率受温度的影响比压力大。34.分解压力对甲铵分解率和氨的蒸出率的影响分解温度一定时，分解压力的降低，甲铵分解率和氨的蒸出率都升高。但氨的蒸出率明显高于甲铵的分解率，这说明分解压力对氨的蒸出率的影响比对甲铵分解率的影响要大。35.分解气中含水量的高低的影响因素分解气中含水量的高低和影响因素：分解气中的水含量与温度有关，当温度升高后进入中压分解系统而合成液中的水也被同时蒸出，使气相中的水含量，随温度的上升而上升；当温度一定时，压力越低，分解气相中含水量上升；分解气相中的水含量与进合成塔物料中的NH3/ CO2有关，与H2O/CO2也有关，当NH3/ CO2 比一定，H2O/CO20.6时，随着H2O/CO2的增加，使合成液中的水蒸发量增大，分解气中含水量增加；当H2O/ CO2一定，NH3/CO24.2时，随着NH3/CO2的增加，使中压系统中氨蒸出率增大，由于氨的蒸出引起合成液中的水大量蒸发，所以分解气相含水量增加。36.中压分解预分离流程设置目的及优缺点设置预分离器的目的就是使气体进入回收吸收系统的水量减少，有利于全系统的水平衡。优点：可以使大部分游离氨得到分离。缺点：分解气相中带水量多；中压分解及蒸发加热器耗蒸汽多，不利于中压吸收及蒸发的操作；中压设备易腐蚀。37.中压分解预精馏流程设置目的及优缺点中压分解预精馏流程设置的目的：提高合成液出精馏段的温度，也就是提高了进一分加热器合成液的温度，减少了加热器的负荷，使精馏段的分解气温度降低，气相中水蒸汽分压降低，气相含水减少了，这样在吸收系统回收时，使分解气中的氨和二氧化碳能够生成浓的甲铵液，减少了进合成塔的水量，提高CO2转化率。优点：分解气相中带水少；中压分解及蒸发加热器耗蒸汽量少，有利于中压吸收的操作；在保持合成塔H2O/CO2相同的情况下，允许低压吸收液含有较多的水，有利于低压吸收操作，相应可以降低低压系统压力，从而可以降低低压分解温度，可减少尿液中缩二脲的形成和尿液的水解；缺点：中压分解塔腐蚀严重，因为出合成塔的合成液经减压被分解气体的精馏使氧绝大部分逸出，进入加热器的合成液在较低氧含量的情况下加热到160，使一般含钼不锈钢材料容易腐蚀。38.甲铵液组分对二氧化碳的吸收的影响当甲铵液中H2O/CO2一定，NH3/CO2增加时，气相中CO2百分含量下降，氨含量上升。这是因为液相中易挥发物氨增加，使气相中氨的分压增加，CO2分压下降；当甲铵液组成固定，溶液温度上升，气相二氧化碳含量增加，这是由于CO2的冷凝效果与溶解度下降的缘故，特别在NH3/CO2比较小的时候，溶液温度对气相中二氧化碳浓度增加的影响比较显著，而在NH3/CO2比较大时影响较小，一般溶液温度增加20，气相中二氧化碳浓度增加26倍左右；当甲铵液中NH3/CO2 一定，H2O/CO2增加时对CO2吸收有利，反之，H2O/CO2减少时，甲铵液变浓对CO2吸收不利。39.中压分解回收压力的选择依据中压分解回收系统中，有分解过程，有吸收和冷凝过程，分解要求压力低，分解效率高，吸收与冷凝要求压力高，气体的吸收和冷凝效率高，所以中压系统在压力的选择上是一个矛盾的统一体。压力的选择统一在氨冷凝器的冷却水温上，因为要气氨冷凝成液氨，从单组分气液平衡来看，氨冷凝温度与压力的选择，至少要落在气液相平衡压上，单组分气液平衡系统，自由度为1，氨冷凝温度决定后，冷凝压力就定了，而氨的冷凝温度是受冷却水的温度所控制，冷却水温又受气候与水质的各种条件所决定。所以氨冷凝器中，氨的冷凝温度决定后，冷凝压力就决定了，氨的冷凝压力决定后，中压分解回收系统最低压力也就定下来了。压力的选择还要考虑中压吸收塔吸收后的甲铵液组分，要满足系统的水平衡的问题，同时也要考虑到中压分解的甲铵分解率和氨的蒸出率。中压循环压力的选择：首先要服从氨的冷凝；要综合考虑中压吸收液的组分和温度；考虑中压分解温度和分解率；考虑惰性气体的分压。综上所述，中压循环压力选择17kg/cm2。40.一吸塔操作温度与压力对二氧化碳吸收的影响氨与二氧化碳的吸收过程，不仅是一个气体溶解在液体中的物理吸收过程，而且还有：2NH3+CO2DNH4COONH2+Q的化学反应，一个吸收过程有化学反应产生，就称伴有化学反应的吸收。NH3与CO2吸收不但有化学反应的产生，而且吸收过程是体积减小过程。所以增加压力，对甲铵生成反应的平衡和吸收速度的加快，都是有利的。操作压力上升，气液平衡气相中二氧化碳含量低，因此吸收塔要采用较高的压力进行操作。考虑惰性气体的存在，一般中压吸收塔操作压力大于一定条件下的吸收塔溶液平衡蒸汽压约17kg/cm2。NH3与CO2在吸收塔中，溶解和产生甲铵反应都要放出热量，所以操作温度低对吸收有利。从相律的角度来看：中压吸收塔溶液是不饱和三元系统，自由度F3223，因系统操作压力已固定，溶液中的H2O/CO2受系统水平衡条件的限制而不能任意改变，所以溶液的温度就决定中压吸收系统的状态，而溶液中的温度又决定了溶液中的NH3/CO2比，NH3/CO2比高温度低，气液平衡时气相中二氧化碳含量低，吸收情况好。如果中压吸收塔溶液温度维持在100时，精洗段中部温度降达到70左右，塔顶气相出口二氧化碳将会增高很多，中压吸收塔鼓泡段温度正常情况下一般控制在9095左右。41.一吸塔精洗段操作温度与吸收剂的选择依据中压分解的气体经中压吸收塔鼓泡吸收后，因气液平衡组成关系，出鼓泡段的气体中，在一定条件下，总有少量的二氧化碳气体与水蒸汽及大量的氨(过剩氨与回流氨)。为了在精洗段吸收气体中少量的二氧化碳和冷凝气相中的水蒸汽，就要选择合适的操作温度与吸收剂。一般中型尿素厂吸收剂有两种：一种是NH3-H2O二元体系的浓氨水，含NH350，CO2小于3。还有一种是NH3-CO2-H2O三元体系的稀碳铵液，含NH3:31，CO2:12。不管采用何种吸收剂，如果操作不当，都有可能使吸收剂进入NH3-CO2-H2O三元相图右下角，即甲铵与液氨互不相溶的分层区内。是否进入分层区，决定溶液中的二氧化碳含量和氨含量，因为中压吸收塔顶部氨水与顶部回流氨一同进入精洗段，所以精洗段的吸收剂与回流氨混合后，氨的浓度很高(80以上)，使吸收剂状态点处在NH3-CO2-H2O三元相图的右下角，如果溶液中二氧化碳稍许增加就可能进入分层区。分层区溶液是不稳定的，当压力固定，如果温度下降，容易吸出结晶分层消失，如果温度升高，结晶消失，但气相中二氧化碳含量上升，对吸收不利。如果进入分层区后，应改变操作条件，增加溶液中水的含量，决不能增加氨的含量，否则会使溶液吸出结晶，堵塞精洗段，但是水量增加后溶液的温度升高。对吸收不利，气相中的二氧化碳含量会上升。所以如果精洗段的二氧化碳洗涤负荷增大，温度上升后，不但要增加顶部回流氨，同时也要增加顶部加水量，防止进入分层区吸出结晶和气相中二氧化碳含量增高。如果精洗段二氧化碳洗涤量固定，精洗段的温度主要由进入的氨水浓度决定。浓度高温度低，浓度低温度高。42.低压分解吸收原理低压分解原理与中压分解原理基本相同，二氧化碳和氨的溶解是放热和体积缩小的过程，所以，当温度升高和压力下降时溶解度减小。所以对一段分解后溶液再次采用降压和加热的处理方法，进一步把游离氨和二氧化碳分离出来。二段吸收也是伴随化学反应的吸收冷凝过程，其热量通过冷却水做介质移出，但是二段吸收和分解也是在同一压力下进行的，因此要对吸收和分解所需的工艺条件综合考虑。43.低压分解塔的精馏过程经中压分解后的中压分解液，压力由17kg /cm2，减压至23kg/cm2，使中压分解液中的部分甲铵分解成为氨和二氧化碳气体。进入低压分解塔顶部的中压分解液由塔顶经过填料层的精馏段，不断往下流动，最后进入加热器底部，中压分解液中未分解的甲铵进一步分解，然后从加热器顶部出来进入低压分解分离器，分离器出来的气体经过风帽由填料层的精馏段不断上升，进行传热与传质，气相中的沸点较高的水蒸汽不断地被塔顶流下来的溶液所冷凝，尿液中未分解的甲铵被气体加热后，不断分解和气化成氨和CO2，所以塔顶气体主要是高浓度的氨和CO2，塔底排出的主要是尿素的水溶液。44.低压分解温度与压力对低压分解的影响分解温度的影响：低压分解温度越高，低压甲铵分解率与总氨蒸出率也越大，液相中残余的CO2与NH3含量越少；分解压力的影响：分解压力愈低，总氨蒸出率越高，甲铵分解率也升高，液相中残余氨和CO2就越少。45.低压分解温度对蒸发系统的影响(低压分解压力不变时)温度低，分解后分解液中NH3/Ur和CO2/Ur高，分解液中含游离氨和甲铵多，进入蒸发后游离氨与甲铵的蒸馏和分解大量吸热，蒸发的热负荷增加，蒸发加热器的蒸汽量增大。若蒸汽供应不足，则蒸发尿液温度提不起，另外因蒸发分离器，二次蒸汽中NH3与CO2的增加，使蒸发表冷器的冷凝负荷增加，冷却水增大，引起蒸发冷凝液系统管道的堵塞，若冷却水供应不足，则蒸发真空度提不起来。所以分解温度低，不但增加生产中氨耗，而且增加蒸发系统蒸汽和冷却水的消耗，有时真空度提不起；温度高，分解后分解液中甲铵和游离氨虽然少，但是进入蒸发和尿液中缩二脲含量高，尿素的水解增加，影响产品质量，影响氨耗。低压分解后尿液中一般要求缩二脲含量在0.40.5以下。根据上述两点，低压分解温度应控制在最佳状态，正常温度一般在145150。46.低压二循一冷的操作温度压力的选择原则中型厂的低压吸收，有采用两次冷凝吸收的，也有采用一次冷凝吸收的，但是大多数采用两次冷凝吸收。两次冷凝吸收中，第一次要求冷凝吸收低压分解气中与解吸气中的全部二氧化碳和一部分氨。要达到这个要求，就必须考虑第一次冷凝吸收器中溶液的NH3/CO2(分子比)，根据生产实际情况NH3/CO25.2时，才能保证将低压分解气与解吸气中的部分氨和全部二氧化碳吸收完，此外还要考虑如果此时溶液达到饱和时，有结晶吸出会堵塞设备管道，所以要选择溶液的结晶温度低(选择20)。因第一冷凝吸收器中的冷凝吸收过程，要放出大量热量(冷凝热和化学反应热)，这些热量靠冷却水移走，所以溶液的最终温度，还要考虑冷却水的温度与水质等条件。综合以上考虑，选择溶液的温度高于熔点20即操作温度为40。根据溶液和操作温度查图，查出溶液的平衡蒸汽压为3.2kg/cm2。此压力是操作条件下的最低压力指标，也是低压分解的分解压力和最低解吸压力。低压分解压力定下后，要达到一定的分解和解吸效率，这就要选定合适的分解和解吸温度。所以低压吸收第一冷凝吸收器的操作压力与温度的选择要依据：保证低压分解气与解吸气中部分氨和全部二氧化碳的吸收；考虑溶液的结晶问题；考虑低压甲铵分解率与解吸效率。47.低压分解吸收系统压力的选择依据低压吸收系统的工艺条件包括操作压力，吸收温度以及二甲液组成，二甲液组成决定于系统水平衡。二甲液的温度一般高于熔点温度1020，由此也就确定了冷凝吸收的操作温度。在一定的二甲液组成和温度下，溶液表面有一定的蒸汽压，此蒸汽压力也就决定了低压吸收系统的最低操作压力。因低压分解吸收系统的压力测量点是在第二冷凝吸收分离器气相出口上，所以又要考虑低压分解气体克服两个冷凝吸收器液柱高度的阻力损失。根据实际情况，一般低压分解气体经过一个冷凝吸收器总压力损失约为0.5kg/cm2，如果在第二冷凝吸收器气相出口压力选定为2kg/cm2，此压力在第二冷凝吸收器氨水气液平衡压以上。低压分解气在第一冷凝吸收器的总压力损失加上气相出口压力，就是第一冷凝吸收器的操作压力即：0.5+22.5kg/cm2。此压力在第一冷凝吸收器中二甲液的气液平衡压以上(2.2kg/cm2)，所以低压分解压力应等于第一冷凝吸收器操作压力，加上低压分解气相压。48.解吸的原理解吸就是吸收的反过程，尿素水溶液全循环流程中解吸的原理就是是利用氨在不同压力和温度下，在水中的溶解度不同，使氨被解吸出来。49.设置解吸的目的将CN槽中的氨与CO2用蒸汽蒸出来返回低压吸收系统，使原料得到全部利用，以达到降低原料消耗的目的；控制CN槽液位，在生产中一段蒸发的冷凝液作为尾气吸收塔的循环吸收剂，使CN槽中碳铵液保持在一定的浓度和液位，通过解吸，回收原料氨和CO2，系统中多余的水排至地沟或送至精炼岗位作软水。50.深度水解的原理由尿素与水在高温的溶液状态下反应式为：CO(NH2)2 (液)+ H2O (液)D CO2 (气)+ 2NH3 (气)-Q这是一个可逆的吸热反应，尿素在水的作用下分解成氨(产生的氨可与水反应成一水合氨)和二氧化碳的过程，尿素溶液温度低于80时水解很慢，高于80时水解度加快，在145以上有剧增趋势，在182188尿素水解达到最大值，温度再增加水解率将降低。 51.设置深度水解的目的设置深度水解的目的：将尿素来的氨水送到汽提塔内，进行尿素的水解及氨的汽提反应，得到的NH3、CO2及H2O在顶部冷凝器内形成甲铵液，然后一部分甲铵液回流到汽提塔塔顶，另一部分则返回到低压吸收系统重新回收利用，汽提塔底排放液指标达到锅炉给水标准，回收利用，使尿素装置达到零排放。52.尾吸吸收原理本装置是利用氨在常压下易溶于水的原理进行设计，吸收系统进一步常压吸收经过一段、二段吸收后残留的少量氨气。53.设置尾吸吸收的目的是为了最大限度的回收在正常操作时中、低压回收系统陆续释放出来的氨，用蒸发冷凝液吸收，提高浓度后送去解吸。54.尾吸塔与碳铵液槽在系统中的作用尾吸塔主要作用是吸收中、低压回收系统排出的尾气中的氨气；CN槽主要作用是收集各处排放的废液，与二表槽连通作为蒸发表面冷凝器的水封槽。55.尿素蒸发和造粒原理液体变成气体的转化过程叫做蒸发。尿素的蒸发就是通过不断加热尿素溶液，并持续将气相中的水蒸汽、游离氨及其它惰性气体抽出，不断提高尿液浓度，然后利用高浓度尿液熔点高，常温易凝固的特性制成产品。真空蒸发就是减压蒸发，和常压蒸发相比有以下优点：在减压条件下液体的沸点降低，可使加热蒸汽和沸腾液之间的温差增大，这样，既为利用低压蒸汽创造了条件，又可达到了减少传热面积的目的；在较低温度下进行蒸发可避免某些物质在高温下产生的不良副反应，真空蒸发损失与外界的热量较少，因而用于补偿这种损失而消耗的蒸汽减少；根据以上理由，尿液在真空下进行蒸发浓缩，对降低缩二脲生成、减少尿素水解损失有利。由于液体气化所需的热量随气化温度的降低而增加，因此在真空蒸发中蒸发相同液体所消耗的加热蒸汽较常压下消耗的略多，因其优点多的多，所以仍广泛被采用。56.一、二段蒸发工艺条件的确定尿液的提浓有这样的特点：如在较低的压力下蒸发，则随蒸发的进行，尿液浓度达到一定时，就会吸出晶体，而形成固液混合物。当尿液达到某一较高温度和浓度时尿液中的结晶消失。所以为了防止尿液在吸出时结晶，一段蒸发应在略高于0.273绝对大气压下进行，先蒸发掉大量的水分，使尿液浓度达到95。95的尿液饱和温度为120，实际控制在128132；二段蒸发出口尿液浓度，要求达到99.7。为达到这一浓度蒸发压力应尽可能低，温度应超过尿素的熔点132.7，正常操作范围138142。以免生成大量的缩二脲，当尿液浓度在99.7，温度在140时，溶液的饱和蒸汽压力为0.034绝对大气压。因而二段蒸发操作温度是温度138142，压力为0.034绝对大气压。57.蒸发造粒法的尿液提浓采用二段蒸发的原因为得到含水量较低的产品，造粒前尿液浓缩到99.7。为达到这样的浓度，气相水蒸汽分压降的很低，当温度为140时，水蒸汽分压应不超过25毫米汞柱，这就决定了最终蒸发在很低的绝压下进行。蒸发前，尿液浓度约为74，压力为常压。如直接减到25毫米汞柱绝压，则尿液在低于结晶温度条件下蒸发而吸出结晶。尿液中吸出固体物后，将影响到蒸发传热，甚至引起堵塞，而使蒸发过程不能正常进行。从经济角度考虑，稀尿液一开始就在这样低的压力下蒸发大量水分是不经济的，因这样低的压力下二次蒸汽的冷凝很困难，且惰性气体压缩排出需要较大的动力。因此，尿液蒸发必须分二段进行，第一段蒸发的目的是在较高压力下初步提浓，蒸去大部分的水，再在第二段蒸发中进一步提浓达到造粒要求。58.蒸汽喷射泵的工作原理蒸汽喷射泵是利用蒸汽减压节流的能量形成真空的。一定压力的工作蒸汽流经喷嘴时，以极高的速度从出口流向扩散管，由于速度快，动能增加，因而蒸汽的压能减少，压力下降，因而能把被抽气体吸入。高速蒸汽流和被抽气体发生碰撞、混合，进行能量交换，流向扩散管。在扩散管的收缩段蒸汽流和被抽气体逐步混合成均匀的混合气体，速度下降压力上升，在扩散管喉部附近产生正激波，混合气流由超声速降为亚声速。然后在扩散管的膨胀段继续受到压缩，压力进一步升高，速度相应降低，在扩散管出口达不到