6第二章尿素生产方法原理-尿素溶液的蒸发.ppt

1、复习,高压气提分离系统 中低压循环系统：中压级和低压级， 中压：1.82.0MPa；低压：0.30.4MPa,未反应物回收循环的意义,分解和回收的措施,多级原则的概念,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,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

2、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,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,尿素生产的工艺流程,80%尿液去 蒸发冷结系统,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

3、基本原理和 工艺条件的选择,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,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

4、下进行，并在很短的时间内完成,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,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,0.10MPa 130,0.05MPa 112,结论：尿素溶液的沸点与其浓度和蒸发操作压力有关,3、小于0.0263 MPa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

5、%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,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,13,典型的两段蒸发的工艺条件 真空减压蒸发 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。 二段：压力0.0033-0.0067MPa，温度140（使尿素熔

6、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,4、尿素溶液加工的工艺流程,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105110。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,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1

7、30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0.02630.0333 MPa，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7,二段蒸发加热、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0.0033 MPa。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,18,长管升膜式蒸发器：溶液停留时间短，表面传热系数大。 预蒸发器：将尿液预先浓缩，减少加热蒸

8、汽的耗量。 蒸汽喷射器：实现减压操作,5、蒸发过程主要设备,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,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,21,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

9、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。 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,22,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。 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,23,2.4.2 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：

10、造粒塔造粒和造粒机造粒,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,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,26,B.在尿液中加入少量甲醛（不大于0.2%）：

11、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2m），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,27,A.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,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,流化床造粒机,转鼓造粒机,

12、盘式造粒机,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,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,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

13、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,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,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,盘式造粒机,主要设

14、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,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,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

15、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46mm，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,缩二脲的生成与防止,1危害： 缩二脲对作物种子发芽不利，使桔柑变色； 生产脲醛塑料时缩二脲 0.3%，易使塑料变黄。 2减少其生成的措施： 1）合成：因游离较多，故缩二脲较少，且提高缩二脲降低 2）分解：游离较少，中压较高，故生成缩二脲增加。所以应确定合适分；提高传热效率，使t降低； 3）蒸发：游离很少，蒸高，生成缩二脲较多。 4）造粒：尿熔液140，于管线中易生成缩二脲，故应尽量缩短管之长度。 3回收利用：1）分离出来作为化工产品. 2）将高浓度缩二脲母液送回合成塔，抑制其生成,小结：尿素的结晶与造粒,1三种方法： ）蒸发造粒法：将99.7溶液造粒成型，缩二脲0.8-0.9%； ）结晶造粒法：将尿液蒸至80送结晶器，快速熔融成型，缩二脲0.3% ）结晶法：将尿液蒸至80%送结晶机在小于40下结晶。 2两种尿素： ）