【《氨汽提法制备尿素工艺流程分析》10000字（论文）】

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氨汽提法制备尿素工艺流程分析

目录

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11915

第1章绪论

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13085

1.1尿素的物理性质和化学性质

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21323

1.1.1尿素的物理性质

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27652

1.1.2尿素的化学性质

-2-

27966

1.2尿素的用途

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8659

1.2.1商业领域

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19447

1.2.2工业领域

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25554

1.2.3农业领域

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20379

1.2.4医药领域

-3-

20389

1.2.5实验室应用

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11525

1.3尿素发展历程

-3-

17757

1.4尿素生产方法简介

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20510

1.4.1水溶液全循环法

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17648

1.4.2二氧化碳汽提法

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13805

1.4.3氨汽提法

-5-

2186

第2章氨汽提法制备尿素工艺流程 

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9257

2.1尿素的合成

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19032

2.2氨汽提法制备尿素工艺流程

-7-

4691

2.2.1原料的净化与压缩

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22973

2.2.2尿素的合成与汽提

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30879

2.2.3循环

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780

2.2.4尿素加工

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6969

第3章工艺条件

-11-

9793

3.1原料纯度

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23726

3.2温度

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31819

3.3压力

-11-

14452

3.4水碳比

-11-

18410

3.5氨碳比

-12-

20204

3.6反应时间

-12-

22056

3.7产品质量

-12-

30300

第4章典型设备

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5112

4.1合成塔

-13-

8358

4.2喷射泵

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27018

4.3汽提塔

-14-

9160

4.4洗涤器

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20799

4.5精馏塔

-15-

9076

4.6高压热交换器

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3958

4.7高压冷凝器

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3130

第五章物料计算

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22917

5.1计算条件的确认

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21777

5.2理论用量计算

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28049

5.3工业用量计算

-18-

8790

5.3.1氨的损耗和分配

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27180

5.3.2二氧化碳的损耗及分布

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32106

5.3.3尿素的损耗及其分配

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27616

5.3.4合成十万吨尿素所需用量

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11929

结论

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第1章绪论

1.1尿素的物理性质和化学性质

1.1.1尿素的物理性质

尿素的化学名称是碳酰二胺，是一种有机化合物，其存在于尿液中，所以又叫做尿素。M是60.055，用CO(NH2)2表示。元素以针状晶体为主，一般为白色或白血色，无刺激性，吸湿性强，如果超过80℃的温度，该元素易溶于乙醇和液氨，室温水溶性为1080g/L。溶解度随着温度的变化而变化。

1.1.2尿素的化学性质

PH=7，是一种弱酸盐碱性元素，PH值几乎为中性，所以通常不变色，元素含量在60℃以上；引起水解的消散反应。随着温度的升高，由于分解速率和消散的程度，反应变得更加强烈。

1.2尿素的用途

目前尿素在许多领域有普遍的用途。

1.2.1商业领域

尿素在商业中也经常被使用，在一些产品中加入元素可以提高产品的质量和实用性，获得良好的评价和效益。比如元素可以改善洗发水的味道，提高洗发产品的护发能力，加入染发剂中可以减少对染发剂的伤害。还可以加入到工厂销售塑料，乳胶和其他粘合剂中。

1.2.2工业领域

目前，尿素在世界工业中占有重要地位，消耗了大量的工业原料，主要用于制作涂料、胶粘剂、火油精制剂、乳液、增塑剂、醛树脂、橡胶、粉末稳定剂等。

1.2.3农业领域

尿素主要用于农业肥料和饲料的应用。

化学配方表明，该元素含氮量高，是一种有效的肥料。对调节花量、减少产量、提高产量有较好的效果，长期施用不会对土壤造成破坏。

哺乳类动物在饲料中摄入营养物质后，形成胃液作用所需的营养氮，在一定程度上保证了家禽饲料的营养平衡。

1.2.4医药领域

从人体皮肤可以从尿素中吸收水分并具有保湿作用。它是最流行的护肤面料。皮肤科在各种药物中添加元素，增加皮肤水分，愈合皮肤毛孔，改善水痘。添加护手霜、沐浴露、沐浴露、沐浴露、皮下液体等元素，添加元素的比例为3-5%，该元素还可用于医疗封闭绷带。

1.2.5实验室应用

尿素在很多实验室被用做许多化学反应、物理行为和实验室研究项目。例如，为什么我们可以改变蛋白质的性质？这些性质都需要进一步的研究。

1.3尿素发展历程

18世纪70年代尿素由LuEr在人的尿液中发现尿素，19世纪30年代，沃纳在尝试各种实验之后，研制出第一种合成尿素的方法，19世纪80年代末，德国人发现液氨和气态二氧化碳可以合成尿素。二十世纪30年代，世界上第一家生产元素的工厂诞生。1930年，用氨和二氧化碳直接合成尿素的方法出现，随着科技的不断发展，1935年，研究者和开发人员提出了现代水溶液世界方法的起源。

因尿素合成反应非理想反应，因现实因素误差的存在，会有一定量的氨气和二氧化碳没有成功转化为尿素，所以早期工业通过与别种以氨为原料的生产装置联合工作。1950年科学家开始尝试循环利用未反应物，于是先后研究出半循环法和全循环法工艺。随着科技发展，现代工业可使用能完全回收氨、二氧化碳并循环利用的全循环法。

1967年，二氧化碳汽提法合成尿素工艺在荷兰面世，随后氨汽提法合成尿素工艺在意大利面世，二者先后投入生产，很大程度的提高了尿素的合成速率。

现代尿素工业的技术水平越来越高，尿素年产量也逐渐提高，尿素也在世界各个领域得到广泛的应用。

1.4尿素生产方法简介

当前市场上已经不再使用氰氨化钙制备尿素的方法，目前市场上大多使用氨与二氧化碳直接合成尿素的方法。

在化学反应中,二氧化碳的置换率大约是50-70%。制备尿素时为了有效减少对原料浪费，工艺中会采用接受或者连续地接管并进行循环利用未经过反应的原材料，根据循环利用方式的差异，其生产工艺一般可以划分为三种。

不循环法：从名字中可以得知，原料只反应一次，不回收，氨和二氧化碳不再次利用，反应后直接排放，原料利用率低，但由于收益低所以不适用现代工业合成。

半循环法：半循环法是将未检出的氨返回合成系统的基本原料中二次使用，有效的半循环法是将合成系统的基本原料中所有未读试剂返回合成系统中再次使用，即使第二次反应完成，非反应物料也没有被排出去，半循环法比非循环法节省了部分原料，收益高，但是在现代工艺中并不常用。

全循环法：合成元素的非活性原料经过多次回收，基本解决了糟蹋材料的问题，让材料的变成其他物质的速度加快。原料少，结束后不用打点，现代技术主要采用这种方法制备尿素。

1.4.1水溶液全循环法

20世纪50年代以后，这种方法在工业生产中发挥了重要作用，特别是没有转化成溶液的原料的回收，循环塔的再活化和再利用，玻璃二氧化碳被氨水吸收，高压泵循环塔中的液氨和铵溶液在铵溶液中再次发生反应。

水溶液全循环法所需的预热器通常为低压或高压，只有利用尿素的合成塔和液氨预热器才能生产出高压的设备，所以，这个工艺生产的尿素组分对于操作人员的技术要求不是很高，设备维修晋级时比较容易、安全，提升空间较大，水溶液的总循环量大。水溶液全循环法工艺可以更精准地控制氨碳比，通常液氨和二氧化碳摩尔比为4.0，反应的平衡转化率较高，原料利用率较高，且初级产品质量也多为优质品。

该方法也存在一些不足，特别是由于生产过程工艺周期长，机械操作和手动控制不如其他的方法方便、简单，使得电子产品的总生产能力远远低于CO2汽提法。

1.4.2二氧化碳汽提法

二氧化碳汽提法工作原理：与元素合成工作压力相同，用粗二氧化碳吸入尿素合成液。氨基甲酸铵分解后返回尿素合成反应器进行反应。汽提后，尿素溶液通过传热分解，分解产物与稀氨一起返回高压系统。

以前二氧化碳汽提法常用高压甲铵冷凝器，随着科学技术的发展，冷却机逐渐被取代。树干冷却器可以为尿素的合成提供更多的反应时间。整个反应的第二部分反应完全灵敏，转化率接近60-80%，提高了工艺的生产能力，减少了原料的浪费。

CO2汽提法的缺点是：产品生产需要高压气体萃取装置H2SO4合成气提塔、干二氧化碳硫酸塔和高压三氯化铵，硫酸冷凝器分为4个高压硫酸净化厂，这在生产中起着重要作用，使得人工技术在生产过程中的使用条件非常高，而且设备的绝缘保护和改造难度很大。

1.4.3氨汽提法

氨汽提法的工作原理：让废弃的液体和空气中的水沸腾的气体直接实行来往，使得废弃的液体中的挥发性或者有毒的化学物质按一定的比例均匀地分散出来放在气相中除去，从而实现了从废水中分离各种化学污染物的主要目的。

氨汽提法的工艺流程：前几个工艺阶段与目前采用氢汽二氧化碳或氢汽轮机提法的气体工艺处理流程第一个的阶段相似，然而，在注入使用氨的气体通过一个新的高压水解回路后，添加了在一个中压中对其溶液进行气体分解和合成水泥浆水解回收的一个重要步骤，最后的高压阶段用于对水分和泥浆的气体水解回收过程。但是，早期的氨汽提法也被细分为早期的新型氨汽提法和新型的早期氨汽提法，不过，无论是早期的新型氨汽提法还是新型的早期氨汽提法，都主要是在对氨汽尿素提法制备时的工艺和生产流程上没有很多大的窜改，所以目前现代中国社会对这两种不同类型的早期氨汽尿素提法基本上都不可能做出明确的合理区别。而且与一般工业使用的有机二氧化碳尿素蒸馏和氨汽法工艺相比，氨汽蒸馏提法的工艺流程主要技术优势之一就是由于利用尿素蒸馏制备的主要原材料在整个生产工艺流程应用以及设备过程中的综合生产总量和循环利用能力非常多，与之与此相应的，氨汽蒸馏提法整个工艺流程的生产时间和材料耗时费用可以算来说相对还是比较多的。但是氨汽汽油提法的尿素工艺技术制备所需要生产配制出来的各种尿酸元素品种和质量比较高，且由于氨汽汽油提法的尿素工艺制备应用技术设备的工艺技术流程先进性优化水平很好，氨汽汽油提法的尿素工艺制备应用技术设备对工艺技术流程基本原理的设置条件很低，操作过程上也是一种比较简单但是可以轻松完成的。而且与一般来说，比起我们传统的使用二氧化碳盐酸蒸馏汽轮机提法所说的需要可以调节到的温水等其他任何辅助燃料制备处理系统，氨基酸蒸馏汽轮机提法并不需要其他的任何辅助燃料制备再次处理。

合成过程是一个漫长的过程，需要大量的设备和人工技术。由于合成塔NH3/CO2摩尔比比较高从而可以达到自汽提的效果。

第2章氨汽提法制备尿素工艺流程 

2.1尿素的合成

现如今的工业设计产业上常使用的制备碳酰胺（尿素）的方法有很多，其中较为常用的就是直接进行工业合成的方法，其反应的公式为：

2NH3+CO2→CO(NH2)2+H2O

这种直接的进行工业合成法一共有两个阶段，首先是将需要检测的样品使用NH3和样品还有二氧化碳一起进行充分的反应就可以生成我们所需要的乙酰氨基二苯甲酸铵，其反应为：

2NH3+CO2→NH2COONH4

一般情况下这种反应发生的都非常迅速，就同下列方程式我们就可以得到一定的结论。这个反应是可逆的并且制备效率非常高、制备时体积越来越小的一种反应。此反应的发生使得二氧化碳的转变为其他物质的效率非常可观，反应也非常容易达到稳定。

其次，是将常用的甲铵脱水形态的尿素进行充分的反应，这类反应一般被称为甲铵脱水反应：

NH2COONH4→CO(NH2)2+H2O

由上述公式我们可以得到一定的结论，这个反应的过程中是吸热的。而且一般情况下甲铵都可以一般以上的进行转化。但是此反应过程比较缓慢，所以整个制备的过程中，我们可以把控反应的进度。但是因为反应所需要的比较苛刻，所以一般不容易达到稳定的状态。

2.2氨汽提法制备尿素工艺流程

图2-1氨汽提法流程

2.2.1原料的净化与压缩

氨和苯的二氧化碳反应制备二苯甲铵的化学反应虽然在常温下也依然能顺利地继续进行,但是整个反应的进行速度却相当迟缓。它的化学反应运动速率几乎全都是与环境的流体静力压强的平方常数成一个正比,且压力会随着气体温度的不断升高而逐渐有所谓的增加。当分解反应减小温度完全达到最高值后,即迅速地开始减小,而且由于当分解反应的减小速度已经完全达到了可以操作一定压力下的氨基甲铵酸钠分解反应温度时,则对于该分解反应的减小速度将慢慢变得几乎为零。一般来说,压力控制范围不得大于10mpa,温度控制在150℃以上时,反应几乎是发生在刹那间的。

铵脱水后生成一种尿素的而且反应，其中的化学反应时间和速度很慢，它是第一步当中核心支配关键。由于氯化钠和乙二酸酯的生成反应速度很快，因此，合成氯化钠和尿素的反应速率实质上也就是氯化钠和甲铵的脱水反应。在不同的温度下，按甲铵摩尔配料比(NH3:CO2=2:1)的顺序进行二氧化碳合成尿素合成比率曲线(即二氧化碳转化率曲线)。结果表明，随着温度的升高，纯氨基甲酸铵的干燥速率和氧化速率均增大。当反应温度低于二甲基铵的熔点时，固体二甲基铵的脱水非常缓慢。随着反应的进行，尿素和水逐渐形成，液相逐渐出现。反应速度加快，因此，尿素的合成只能在氨基甲酸铵熔融时进行。

这样在实际操作中，操作必须高温进行，过程温度不得低于甲铵的熔点152℃。但因为甲铵属于一种极不稳定的有机物质，在室温常压下60℃左右即可将其完全分解并生成为好的氨气和少量二氧化碳，为了能够保持好的甲铵不被氨气分解，操作时的稳定压力必须不得超过了操作温度下的低于甲铵离解时的压力。所以盐酸尿素的生物合成催化反应一定必须要在极度高温或者特别是极度低压下进行才能完全实现。

图2-2装置的氨走向流程

2.2.2尿素的合成与汽提

准备液体氨气作为原始燃料放入合成氨气的仪器中经过升温加压等预处理后，将所得到的液体氨气流入合成塔中。而提纯过后的二氧化碳需要经过一定的化学处理降低其中的氢的含量。将处理过后的二氧化碳进行充分压缩后，将其通入汽提塔内进行反映的媒介。而剩余的二氧化碳气体则放入尿素塔中进行尿素的反应。转化的速度也是需要特别关注的，当这个速度越来越快且达到预期效果时，可以在一氧化碳气提的基础上，把之前没有任何变动的甲胺进行分散解析，多出来的氨水可以在反应之后进行冷冻凝固，经过一系列的操作之后再把其送到之前把纯度提高的那个工序里面。

刚开始，二氧化碳气体需要进入冷凝管内与甲铵进行充分的融合，然后加高压进入冷却器。其次，回收氨气和二氧化碳气体。最后，经过高度压强后的喷射器放入冷凝管的下方，然后将融合好的液体喷射在尿素塔中。

2.2.3循环

多次反复循环这个程序操作起来是十分简单的，其首先必须要重视的就是加热这个问题，地点在塔出样处的尿液那里，在此基础上还要把二氧化碳和氨气赶走，主要操作是用水试剂把它们沾走。至于我们为什么要研讨回收利用多余的氨气和二氧化碳，可归结于反应的不完全性，有很多多余的被二氧化碳吸收回去啦。抛开来讲，我们还要注意循环这个词汇，提到这个词我们就很明显的可以知道物质不单单被利用一次，而是它进行了一次工作之后再返回原来工作的地方反复的工作生产。循环过程中不仅有分离物质这一个工作量，还可以进行降温冰冻工作。我们先来了解一下分解是怎么个具体构成，其结构主要有瞬间蒸发槽、研究分析塔等仪器。

从气提塔这个里面出来的多种物质相互作用结合而成的混合物，出来要求必须经历降压这个环节，直至一直到零点三毫帕，经过一系列的相关操作，会慢慢地变大，由于空间变广，甲胺也变得十分活跃，都在分离之后蒸发了，也就是我们常常所说的气化。但它也不会一成不变地在一个地方待着，它会到物料上，呈液体的形态悄悄溜走，在此过程中还可以增加氨气和一氧化碳的量。在此之后会有气体和液体的混合物在循环器中溜走，在一个塔中气体和液体被分别对待，它们的尿液经过特殊的调试，被安全传送到瞬间蒸发槽，在里面经过一系列的加工处理再传出去，吸收特定的气体。需要注意的是进入冷凝管的顺序也有一定的要求，最开始进去的应该是原本的气体，其次是解附吸收后剩余的气体。这些剩余的气体和氨水两者之间互帮互助，相互影响，在被冷冻处理之后可以被输送到物料表面上。在低压洗涤器顶部出口管线上装有压力调节阀，用后喷洒在低压洗涤器填料层上。仪器里的构造有一个叫做压力调节阀，它的作用是用其掌控压力的大小。多类气体在物料层和其它领域的氨水相互作用，有一小部分的氨气和二氧化碳气体被收取，剩余多了的气体经过窜走排到了大气中，吸收塔里面的液体也被安置在了氨水槽里面。

2.2.4尿素加工

现将仪器压强控制在0.044MPa中进行反应，控制压强是为了让甲铵进充分的拆分。之后让尿素从塔里反应后流入闪蒸槽内进行快速闪蒸。在经过反应结束后得到的尿素需要再一次进行蒸发分离（蒸发时的温度必须达到130℃才可以进行反应）。此时的尿素含量可以线型上升，最高可高达95%。经过第一次反映的后所得的尿素需要进行二次蒸发反应（温度为140℃），这时我们可以得到的尿素浓度为最高值。得到的产物还要进行进一步分析抛离。将所得的产物放入尿素泵中直接传递到喷嘴上。然后将溶液喷射在造粒塔的横截面中，在喷射中得尿素进入到空气中时会有大量的热。而尿素这事已将下降到精馏塔的底端这样就得到我们所需要的尿素。之后让制备好的尿素经过市场营销包装，放入市场。

第3章工艺条件

3.1原料纯度

生产尿素对原料中液氨和CO2的纯度控制很严格，液氨的含量要大于等于99.5%，其中N2、H2等杂质的含量要比0.5%少。

原料二氧化碳气体的CO2含量不能低于98.5%，硫化物等影响反应的杂质含量不能高于1.5%。

3.2温度

在生产尿素的反应中，影响反应的最重要因素是温度，在现代工业控制领域，反应转化率与温度成正比，但是涨幅逐渐持平，一旦达到特定温度，转化率就开始下降。所以，通过对现实的综合分析，目前工业制备尿素的操作温度控制在185-190℃范围内。

3.3压力

合成尿素的平衡压力不是固定的，它受到原料配比、温度等操作条件的影响。在氨汽提法制备尿素的工艺中对压力有影响的主要有温度，C/N比，W/C比等。

因为温度对物料压力的影响最为明显，所以在物料构件中形成了随温度的升高而迅速增大的定量平衡压力。

压力的最低点和临界点也受氨碳比的影响，但生产过程中压力的控制范围还取决于温度。

3.4水碳比

水碳比越高代表反应物中水的浓度的越高，水分越高越不利于尿素合成的化学平衡，氨的转化效率越低。在实际生产中，将水碳比降到最小，是生产控制的重要指标。

水碳比的大大提高也是具有一些好处：水碳比越高，压力平衡要求越低，对设备和技术工况的要求也越低。同时，提高液体靶系统的沸点和靶系统的冷凝温度，可以呢更有效地吸收热能。

综合考虑各种因素，目前生产过程中水碳比为0.6-0.7。

3.5氨碳比

原料中氨和二氧化碳的比例大于NH3/CO2=2的氨称为过量氨，它将CO2转化为尿素并与生产的水结合，移走部分生成物，还能有效的抑制损耗尿素的副反应，使化学平衡朝着正向移动，并提高CO2转化率。而且，还可以减少设备的腐蚀，延长设备的使用寿命。

氨碳比每提高0.2%，可以提高1-1.5%，但实验表明，当水碳比为0.2-1.0时，氨碳比＜3.63，平衡转化率随氨碳比增加而有所提高，氨碳比＞3.63时，随着氨碳比的增加，平衡转化率反而下降，所以反应的最高氨碳比为3.63。

3.6反应时间

以平衡和转化率为衡量标准，反应时间越长，反应越彻底，反应越接近平衡，转化率越高。但如果反应时间较长，系统的生产能力会随着反应时间的增加而降低。反应时间越长，就越需要通过对综合质量的各方面评估来检验。

3.7产品质量

世纪制造尿素要严格按照国家标准执行：最高质量的要求是含氮量小于48.3%，含水量小于0.5%，缩二脲量含量小于1.0%。低一级的标准是：含氮量小于46.0%，含水量大于1.0%，含缩二脲含氮量小于1.5%的产物。

第4章典型设备

4.1合成塔

尿素合成塔的最大用处是，使尿素与氨基甲酸铵的柱内反应。此外，在高压冷凝器中还有非常规的二氧化碳和氮气与铵发生反应。

反应材料从底部输入进入合成塔，尿素合成塔被筛板分隔为九个相邻的小室。往上流动的汽泡正确地把各个室中的反应物混合适度。筛板设计漏洞较少，所以液体只能从底室流向顶式。因此，该装置由9个串联反应器组成，通过控制原料消耗时间，提高了转化率。

在塔顶有一个内部加热管，液体混合物通过磁性管输送到高压热交换器。初级合成塔顶部的气体混合物主要由氨、二氧化碳和非反应性杂质气体组成。氨和二氧化碳从洗涤器中回收，从原料气出口进入高压洗涤器。

图4-1尿素合成塔

4.2喷射泵

喷射泵是氨合成的重要组成部分，它以流体流动和能量转换的形式工作，喷射泵的高度不高于输送气体和流体的工作对象。在这类生产中，喷射泵主要是采用蒸汽机械流体作为一种起加工作用的流体，所以我们通常可以也称之为蒸汽喷射泵或者也就是使用蒸汽机的专用喷射器。

图4-2喷射器

工作原理：喷射孔通过压力灯以极快的速度喷射水蒸气，并通过高速运动形成一定的压力空间，在其周围高速液体中产生低压气体和蒸汽。合成的物质溢向膨胀管，物质变动减小，液体压力逐渐增大，导致物料输送到外界。

4.3汽提塔

该装置是生产氨的专用装置，在零部件制造中起着决定意义。它的作用是把气体通过液体的时候，把其中无效成分带走的设备。

特别要注意工作质量、手工操作、设备性能和使用寿命，因为设备直接关系到整体完成度，设计了生产能力和最终产品质量的综合因素。

汽提塔的运行原理：二氧化碳等气体加热后，与二氧化碳相关试剂反向触碰，将分解合成液转化为二氯甲烷分解合成液，回收二氧化碳，反应少，回收的玻璃氨在蒸汽塔高压环内不转化为合成元素的有机原料，经过两步反应之后，大大提升了尿素的生产率，减少了原料的铺张。

与采用二氧化碳汽提法所需要的汽提塔不同点就在于:氨汽提管箱内部安装了填料层,CO2汽提塔内部无任何填料层。氨汽提塔上下两个部位结构对称，可以进行倒头操作，CO2汽提塔不能进行倒头操作。

4.4洗涤器

洗涤器的主要任务是将气体中的污染物分离，用气体除尘、吸入、冷却、湿润。除干燥外，该系统应用广泛，性价比高，结构简单，操作方便，清洗能力强，但设备各部分的防腐能力、使用过程中废水及废弃物的排放、吸烟等问题，煤烟产生的有害气体会影响工作质量和使用寿命。要多加留心。

图4-3洗涤器

4.5精馏塔

蒸馏塔的主要功能之一是蒸馏，故称蒸馏塔，蒸馏塔分为特勒蒸馏塔、中城蒸馏塔、连续蒸馏塔和间歇蒸馏塔。

工作过程：蒸汽从蒸馏塔底部流出，升起到塔底，和突然下降的液体接触，在两侧反应过程中，下降的液体从略微蒸发的化学成分中排出，进入气体。气体中的流体化学物质被一点点转移到向下流淌的液体中。当气体接近塔顶时，挥发性化合物的浓度一点点变大，并在塔底附近下沉，液体中的挥发性化合物进一步滚动分离，从而实现了萃取塔分离的主要目的。

4.6高压热交换器

高压热交换器的结构为立式管壳式，通常使用蒸汽加热。高压热交换器中的熔融物都来源于尿素合成塔，而全部气体逆流通过高压气体和元件热交换器进入热交换器以增加蒸汽，反应所需的热量被管外的水蒸汽吸收。

高压汽提换热器中的液体分离器是系统的重要组成部分，液体分离器是影响高压气体技术性能的重要因素之一。可不可以均匀分布在换热管上，此外，每根管中还应存放一层液膜。如果管内没有液体，或管内表面不能被液体保持湿润，拆除干燥的墙壁和管道。因此，对设备的选材、尺寸和安装的要求都很严格。全部的液体分配器应耐腐蚀，防止负荷分配不均造成酸洗效率下降和设备损坏。

图4-4高压热交换器

4.7高压冷凝器

高压冷凝器是由高压换热器产生的氨、铵、液态二氧化碳等有机物的混合物在管箱中进行第一次反应的一种重要装置。来自高压热交换器的NH3和甲铵液CO2与其他有机气体的混合物也通过连接管直接从顶管中排出。上管箱高压排气中的液氨、氨基甲酸铵等有机混合物也通过连接管从上管顶部直接进入。液体首先进入右侧防撞缸，然后进入分配器。

反应产生的热量被壳外面沸水吸收，当材料离开板时，大约88%的氨通过正常反应转化成铵，而其余的氨处于气态。CO2也是这个情况。剩余的氨气从下罐涌入合成塔，甲铵从下管箱底折返输送到尿素合成塔。

图4-5高压冷凝器

第五章物料计算

5.1计算条件的确认

计算标准：以1t成品尿素的制备作为计算标准。

制品规范：含氮量≥46%，缩二脲含量≤1.0%，水的含量≤0.5%。

计算依据：总反应方程式2NH3+CO2→CO(NH2)2+H2O。

5.2理论用量计算

二氧化碳和氨反应生成尿素在理想状态下根据总反应方程式可知：生产每吨尿素所需原料质量如下：

二氧化碳所需用量：

氨所需用量：

5.3工业用量计算

现实条件下生产尿素存在很多不可避免的误差，在生产过程中二氧化碳、氨的转化率、副反应的生成、设备误差等都会导致二氧化碳、氨和尿素的损耗。

在我国现代工业生产中每吨年均生产4×104t尿素设备通用化工工程设计所采用吨尿素原材料消耗的定额范围为:

NH3600kgCO2785kg

5.3.1氨的损耗和分配

生产每t尿素的氨的总消耗量：

式中的103含义是缩二脲的摩尔质量，60表示的是尿素的摩尔质量，17代表氨的摩尔质量，3表示1mol缩二脲中消耗的氨的摩尔数，2表示1mol中尿素所消耗的氨的摩尔数。

氨的消耗主要有以下几种：

通过尿素析出解吸中的废液2.036kg

一段时以尿素形式泄露甲铵泵0.005kg

以尿素形式排出造粒灰尘0.85kg

熔融尿素过程中生成缩二脲剩余的氨0.165kg

尿素成品包装贮运排出0.567kg

一段甲铵泵泄漏损失1.0kg

一段蒸发冷凝器尾气损失0.911kg

中间冷凝器尾气损失0.114kg

尾吸塔尾气损失1.668kg

解吸塔废液损失0.272kg

系统泄漏29.294kg

总共36.882kg

5.3.2二氧化碳的损耗及分布

生产每t尿素的二氧化