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尿素生产方法原理--尿素的合成PPT

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尿素

尿素
式中 1.365——尿素分子量与二氧化碳分子量之比。
图9-11 弗里扎克合成尿素平衡转化率算图
图9-12 马罗维克尿素平衡转化率算图
b.最高平衡转化率
当氨碳比L和水碳比W一定时，某一特定 温度下有一个最高转化率存在。
出现最高平衡转化率的原因可由合成尿素两个阶段的放热与吸热得到解 释。当温度升高时，一方面液相中甲铵转化为尿素的数量增加，另一方
面是液相中的甲铵有越来越多地分解为游离氨和二氧化碳，以致使液相
中甲铵不断减少。这两个趋向相反的过程就导致了在某一温度下出现最 高平衡转化率。
②合成尿素的反应速度
氨基甲酸铵脱水反应在气相中不能进行，在固相中反应速度较慢，而在液
相中反应速度较快。
图9-14 氨基甲酸铵脱水反应速度与温度的关系
氨基甲酸铵脱水生成尿素的速度随着反应温度的增高而增大。若保持相 同的反应时间，转化温度愈高，转化率也愈高。反应时间增长，转化率
当有水存在时，除了生成氨基甲酸铵外，还会生成铵的各种碳酸盐。
b．氨基甲酸铵的生成速度
压力和温度对氨基甲酸铵的生成速度有很大的影响。在绝压为10.3MPa和
温度为150℃时生成氨基甲酸铵的速度极快，几乎是瞬时完成的。因此， 在合成尿素的工业生产过程中，采用高压及与该压力相适应的温度，对加 快氨基甲酸铵的生成速度是很必要的。
③全循环改良C法
1-尿素合成塔；2-高压分解塔；3-低压分解塔；4-气体分离器；5-尿液泵；6-真空结 晶器； 7-料浆泵；8-离心机；9-干燥器；10-尿素熔融槽；11-造粒塔；12-母液贮槽； 13-母液泵； 14-低压吸收塔；15-高压吸收塔；16-氨冷凝器；17-回收氨贮槽
9.1尿素的合成
艺条件不同，合成尿素的工艺流程有多种。一般来说，上述四个过程 中，第一过程和第二过程除工艺条件稍有差别外，在设备构造和操作 上都差不多，第三过程和第四过程则差异较大。因此，合成尿素的工 艺流程分类时，通常按第三过程来分。

尿素生产工艺 图文详解

尿素生产工艺 图文详解

尿素生产工艺图文详解1性质：尿素：学名为碳酰二胺，分子式为CO（NH2）2，相对分子量为60.06。

因最早由人类及哺乳动物的尿液中发现，故称为尿素。

纯净的尿素为无色、无味、无臭的针状或棱柱状的晶体，含氮量46.6%，工业尿素因含有杂质而呈白色或浅黄色。

尿素的熔点在常压下为132.6℃，超过熔点则分解。

尿素较易吸湿，其吸湿性次于硝酸铵而大于硫酸铵，故包装、贮存要注意防潮。

尿素易容于水和液氨，其溶解度随温度升高而增大，尿素还能容于一些有机溶剂，如甲醇、苯等。

2用途：尿素的用途非常的广泛，它不仅可以用作肥料，而且还可以用作工业原料以及哺乳动物的饲料。

2.1尿素是目前使用的固体氮肥含氮量最高的化肥；2.2在有机合成工业中，尿素可用来制取高聚物合成材料，尿素甲醛树脂可用于生产塑料漆料和胶合剂等；在医药工业中，尿素可作为生产利尿剂、镇静剂、止痛剂等的原料。

此外，在石油、纺织、纤维素、造纸、炸药、制革、染料和选矿等生产中也要尿素；2.3尿素可用作牛、羊等动物的辅助饲料，哺乳动物胃中的微生物将尿素的胺态氮转变为蛋白质，使肉、奶增产。

但作为饲料的尿素规格和用法有特殊的要求，不能乱用。

3原料来源：生产尿素的原料主要是液氨和二氧化碳气体，液氨是合成氨厂的主要产品，二氧化碳气体是合成氨原料气净化的的副产品。

合成尿素用的液氨要求纯度高于99.5%，油含量小于10PPm，水和惰性气体小于0.5%并不含催化剂粉、铁锈等固体杂质。

要求二氧化碳的纯度大于98.5%，硫化物含量低于15mg/Nm3。

4生产方法：水溶液全循环法.5生产原理：5.1化学及热、动力学原理：液氨和二氧化碳直接合成尿素的总反应式为: 2NH3(l)+CO2=CO(NH2)2+H2O这是一个放热体积减小的反应,其反应机理目前有很多的解释,但一般认为,反应在液相中是分两步进行的.首先液氨和二氧化碳反应生成甲铵,故称其为甲铵生成反应:2NH3(l)+CO2(g)=NH4COONH2(l)该反应是一个体积缩小的强放热反应.在一定的条件下,此反应速率很快,容易达到平衡.且此反应二氧化碳的转化率很高.然后是液态甲铵脱水生成尿素,称为甲铵脱水反应:NH4COONH2(l) =CO(NH2)2(l)+H2O该反应是微吸热反应,平衡转化率不是很高,一般为50%-70%.此步反应的速率很慢是尿素合成中的控制反应.5.2工艺条件选择：根据前述尿素合成的基本原理可知,影响尿素合成的主要因素有温度、原料的配方压力、反映时间等.5.2.1温度尿素合成的控制反应是甲铵脱水,它是一个微吸热反应,故提高温度、甲铵脱水速度加快.温度每升10℃,反应速度约增加一倍,因此,从反应速率角度考虑,高温是有利的.目前应选择略高于最高平衡转化率时的温度,故尿素合成塔上部大致为185～200℃;在合成塔的下部,气液两相间的平衡对温度起者决定性的作用.操作温度要低于物系平衡的温度.5.2.2氨碳比工业生产上,通过综合考虑,一般水溶液全循环法氨碳比应选择在4左右,若利用合成塔副产蒸汽,则氨碳比取3.5以下. 5.2.3水碳比水溶液全循环法中,水碳比一般控制在0.6～0.7;（1）操作压力一般情况下,生产的操作压力要高于合成塔顶物料和该温度下的平衡压力1～3Mpa.对于水溶液全循环法,当温度为190℃和NH3/CO2等于4时,相应的平衡压力是18Mpa左右,故其操作压力是一般为20Mpa左右.反应时间对于反应温度为180～190℃的装置,一般反应时间是40～60min,其转化率可达平衡转化率的90～95%.对于反应温度为200℃个装置,反应时间一般为30min左右,其转化率也接近于平衡转化率.6工艺流程：由于目前普遍采用水溶液全循环法生产尿素下面就简述水溶液循环法生产尿素的流程.图3-19是目前在我国得到广泛应用的中压、低压两段分解水溶液全循环法直接造粒尿素工艺流程图。

尿素的生产工艺

尿素的生产工艺
素。 ❖ 1868年巴扎罗夫，氨和二氧化碳直接合成。 ❖ 尿素的生产方法有50余种，但实现工业化的只有氰氨化钙（石灰氮）法和氨
与CO2直接合成法两种。
三、尿素的合成原理
尿素生成的反应分两步进行。 第一步:氨和二氧化碳反应形成甲铵，这个强烈的放热反应很快达到平衡。
第二步:在液相中，甲铵被脱水生成尿素和水,和第一步相比，这个吸热平衡反 应很慢，因此被称为尿素合成的控制反应。
一、尿素的性质
❖ 化学性质：
❖ 易水解，弱碱性，与酸性肥料制成复合肥料 ❖ 加热异构化，高温缩合，用在有机合成工业中。 ❖ 尿素最重要的用途是作肥料，含氮量46%以上。在土壤中转变
成碳酸铵后水解及硝化被植物吸收的。
二、尿素的生产方法
❖ 1773年，伊莱尔.罗埃尔，尿液蒸发，发现尿素。 ❖ 1828年，弗里德里希.维勒首次使用无机物质氰酸钾与硫酸铵人工合成了尿
五、尿素溶液的蒸发和造粒
蒸发工艺：
一次蒸发：需3.3kPa以上的真空度； 需较大的传热面积和蒸汽分离器； 易结晶，堵塞管道。
二次蒸发：2.7kPa－3.3kPa，130 ℃,蒸发浓度75－95％； 6.7kPa，130－140 ℃,蒸发至熔融态（99.7％ ） 。
造粒
原理：自然风从造粒塔的底端吹入，尿素液
从顶端落下，冷却成粒。
塔高：86米
六、尿素的前景展望
现状：
天然气生产尿素成本：1200/吨 煤生产：900/吨 市售价：1100/吨
前景：
彩色尿素 车用尿素：缩二脲含量小于0.8%
尿素的生产工艺
❖ 一、尿素的简介 ❖ 二、尿素的生产方法 ❖ 三、尿素的合成原理 ❖ 四、工艺流程 ❖ 五、尿素溶液的蒸发和造粒 ❖ 六、前景展望

尿素生产方法原理--尿素的合成PPT

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NH3一C02一H 20 —NH 2CONH2四元相图结构
在NH3一C02一H 20三元系中加人高沸点 组分NH2CONH2或NH2CONH2和H20混合物后，即成为
NH3一C02一H 20 —NH 2CONH2四元系。在尿素合成 反应过程中系指三元系发生合成反应而成的过渡
态相图和稳态相图(平衡态)。
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实际合成相图是由二元相图演变而来 超临界NH3-CO2二元共沸相图的形状结
以及气液相平衡变化规律，是尿素合成实际相图 NH3一CO2一H 2O三元系以及NH3一CO2一H 2O — NH2CONH2四元系相图的基础。
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2、NH3一C02一H 20 三元相图结构
在NH3一C02二元系中加入高沸点难挥 发组分H20后，即成为NH3一C02一H 20三元系，是 尚未生成尿素的介稳态相图。随着H20的进入，二 元物系的沸点会进一步升高，因而原来的二元相 图形状会发生如下变化：沸腾环上移；相图的液 相范围会进一步扩大；二元共沸点温度升高，共 沸点组成的NH3／CO2略微升高。通常将NH3一C02一 H 20三元系表示为NH3一C02(H2O／CO 2为定值)似 二元系。
16尿素合成过程中相平衡关系对于合成和回收未转化物的工艺条件的确定是十分重要的相图的分类按组分数划分单组分系统二组分系统三组分系统按性质组成划分蒸气压组成图沸点组成图熔点组成图温度按组分间相互溶解情况划分完全互溶系统部分互溶系统完全不互溶系统相律用图解的方法表示出来即用相平衡状态图研究由一种或数种物质所构成的相平衡系统的性质如沸点熔点蒸汽压溶解度等与条件如温度压力及组成等的函数关系这种关系的图叫相图phasediagram
相图的分类
单组分系统 按组分数划分 二组分系统
三组分系统

尿素工艺流程 PPT课件

尿素工艺流程 PPT课件
第三节 合成尿素工艺流程
尿素生产流程有多种，最早实现工业化的方法是不循环法 和部分循环法，后来被水溶液全循环法代替，又出现各种 气提法流程。虽然方法、其实现的工艺流程和工艺条件不 同，但生产原理是相同的。主要介绍尿素生产的工艺流程、 主要设备和操作条件。
一、不循环法和部分循环法
尿素生产工业化早期实现的是不循环和部分循环流程，两 种方法在生产尿素时必定伴有大量副产物生成，此种流 程已不再采用。
5
(二)溶液全循环改良C法
1．工艺流程（见296-297页图）
日本三井东压/东洋工程全循环改良C法，是传统水溶液全 循环法的改进，生产低缩二脲含量尿素产品，也生产常规 尿素产品。
2．主要设备（尿素合成塔）
尿素合成塔操作条件：压力23-25MPa、温度190-200℃， 氨碳比4，水碳比0.37，转化率约72%，外壳应用保温材料 改良C法的尿素合成塔采用高径比为18的空塔，用钛作衬 里，耐高温腐蚀。
❖ 2．Ｐ：Ｐ降低使甲铵分解，对过量氨蒸出及吸收有利，气 ❖ 提效率提高，但为节省能耗，常选用Ｐ气提=Ｐ合成。 ❖ 3．液气比：即进入气提塔尿素液与ＣＯ２的重量比。它由
合成反应本身的加料组成确定，不可任意改变。生产中为保 证每根管子内的正常流量，防止管子造成严重腐蚀，一 般 气提塔内液气比控制在4左右。 ❖ 4．停留时间：生产上以接近1min为宜。
二、水溶液全循环法
❖(一)传统水溶液全循环法
❖(二)溶液全循环改良C法
1
(一)传统水溶液全循环法
1．工艺流程（见294页图）
2．主要设备（尿素合成塔）
合成塔工艺操作条件:压力20-22MPa、温度190-200℃，氨碳 比4-4.5，水碳比0.6-0.7，转化率约62-64%，应符合高压 容器要求，外壳应用保温材料 大中型尿素工厂采用衬里式合成塔 合成塔外筒为多层卷焊受压容器，内部衬有一层耐腐蚀的 不锈钢板，隔离尿素甲铵腐蚀介质，外壳保温，防止热量 外散。 优点：容积利用率高，耐腐蚀材料用量少，操作方便。 最早采用空塔，不设置内件，塔高径比较大。后采用高径 比小的塔，常设置混合器或筛板等内件，减少返混的影响。

尿素合成

尿素合成

尿素合成工艺流程2.1尿素合成原理尿素合成的原料是氨和二氧化碳，后者是合成氨厂的副产品。

尿素合成反应分两步进行：①氨与二氧化碳作用生成氨基甲酸铵(简称甲铵)；②甲铵脱水生成尿素，其反应式为：2NH3+CO2→NH2COONH4+159.47kJ①NH2COONH4→CO(NH2)2+H2O-28.49kJ②总反应为：2NH3+CO2→CO(NH2)2+H2O-103.7kJ。

式①该步反应是一个可逆，强放热体积缩小的反应，在一定条件下，此反应率很快，容易达到平衡，且此反应二氧化碳的平衡转化率很高。

式②是可逆慢速微吸热的可逆反应,平衡转化率一般为50%~70%，也是是尿素合成中的控制速率的反应,该步需要在液相中进行。

氨与二氧化碳的摩尔比为2.0，温度为170~190℃时，压力高到足以使反应物得以保持液态时，甲铵转化成尿素的转化率(以CO2计)为50%；其反应速率随温度的提高而增大。

温度不变，转化率随压力的升高而增大，转化率达到某一值后，压力升高，转化率并不会有明显变化，此时，几乎全部反应混合物都以液态形式存在于合成系统中。

氨和二氧化碳的摩尔比提高，二氧化碳转化率增加，氨的转化率降低。

实际生产工艺过程中一般要求氨与二氧化碳的摩尔比≥3，这是由于氨的回收较二氧化碳容易，因此都需要使氨过量。

反应物料中水的存在将降低转化率，在工业设计过程中需要把循环物料中水分量降低到最小限度。

反应物料停留时间的增加可使转化率提高，但是这种做法并不经济。

典型的尿素合成工艺操作条件为温度180~200℃、压力13.8~24.6MPa、反应物料停留时间25~40min，氨与二氧化碳摩尔比2.8~4.5。

2.2水溶液全循环法工艺流程水溶液全循环法生产工艺流程详见图2去回收系统CO 2氨基甲酸铵液液氨 水溶液全循环法合成尿素示意流程图1-预反应器；2-尿素合成塔；3-预分离器；4-中压循环加热器；5-中压循环分离器；6-精馏塔；7-低压循环加热器；8-低压循环分离器；9-闪蒸槽；10-尿素贮槽；11-尿素溶液泵；12-一段蒸发加热器；13-一段蒸发分离器；14-二段蒸发加热器；15-二段蒸发分离器；16-熔融尿素泵； 17-造粒塔水溶液全循环法生产工艺流程说明如下:(1)二氧化碳的压缩与净化:纯度为96.2％的原料二氧化碳经一二段压缩到0.981～1.128MPa(绝经脱硫净化工序后，经五段压缩至21.61Mpa ，气体温度约为125℃，送往尿素合成塔。

化肥厂尿素装置生产原理及工艺流程课件(PPT 98页)


第一解吸塔 第二解吸塔
解吸塔换热器
1
2
3
4
5
6
7
8
9
水解塔
10 11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
工艺冷凝液去管廊 工艺冷凝液去污水处理厂
废水泵
废水冷却器
水解塔给料泵
水术讲座
（4）低压分解与循环系统
气提液经减压进入精馏塔，精馏气体去低压甲铵冷凝器，生成 甲铵液送入高压洗涤器顶部。
甲铵的生成反应是一个体积缩小的强放热反应。根 据化学反应的平衡原理，为使反应尽快地达到平衡，必 须及时地移走反应生成的热，并且提高反应压力对加快 反应速度有利。在实际工业生产中，根据高压甲铵泵的 出口压力确定反应压力为14～16MPa，反应热是由高压 甲铵冷凝器壳侧的热水及时移走生成副产品低压蒸汽。
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兖矿新疆煤化工有限公司尿素装置技术讲座
正常调整：
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兖矿新疆煤化工有限公司尿素装置技术讲座
异常处理：
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兖矿新疆煤化工有限公司尿素装置技术讲座
3.1.3 脱氢系统温度控制 控制范围：TIC1202 120-150℃， TT1203A/TT1203B 160-195℃ 控制目标：温差不低于20℃ 相关参数：E106A温度控制HIC1202； E106B温度控制TIC1202； 催化剂活性；脱氢后氢含量分析AI1201 控制方式： 手动或DCS自动调节
1.1.1 装置简介 兖矿新疆煤化工有限公司尿素装置是上个世纪 七十年代从荷兰STAMICARBON公司引进的CO2 气提法尿素生产工艺技术，该技术现在已经被国内 设计院全部消化吸收。

尿素的工艺生产过程(CO2气提法)

尿素的工艺生产过程 （CO2气提法）
刘佳明铵的生成
2NH 3 CO 2 NH 4COONH 2
Ⅱ)甲铵脱水生成尿素
NH4COONH 2 CO(NH 2)2 H2O
❖ 1.1二氧化碳气体的压缩
❖ 从上道工序送来的CO2气体将所含液滴分离后进入 CO2压缩机。在压缩机各进出口设有若干温度、压 力监测点，以便于监视压缩机的运行状况，压缩机 的负荷是通过改变压缩机转速来控制的，经压缩后 的气体(压力约为14.3MPa，温度为110℃左右)送去 脱氢系统。
❖ 1.2氨气的加压
❖ 合成氨装置送来的液氨经流量计量后引入高压氨泵， 液氨在泵内加压至16.0MPa(A)左右。液氨的流量根 据系统的负荷，通过控制氨泵的转速来调节。加压 后的液氨经高压喷射器与来自高压洗涤器中的甲铵 液，一起由顶部进入高压甲铵冷凝器。
❖ 1.3液氨的加压高压合成与CO2气提回收
❖ 合成塔、气提塔、高压冷凝器和高压洗涤器这四个设备组 成高压圈，这是二氧化碳气提法的核心部分，这四个设备的 操作条件是统一考虑的，以达到尿素的最大产率和热量的最 大回收。
❖ 从高压冷凝器底部导出的液体甲铵和少量的未冷凝的氨和 二氧化碳,分别用两条管线送入合成塔底，合成塔内设有筛板， 形成类似几个串联的反应器，塔板的作用是防止物料在塔内 返混。尿素合成反应液从塔内上升到正常液位，经过溢流管 从塔下出口排出，经过液位控制阀进入气提塔上部，再经塔 内液体分配器均匀地分配到每根气提管中。液体沿管壁成液 膜下降，分配器液位高低起着自动调节各管内流量的作用。 由塔下部导入的二氧化碳气体，在管内与合成反应液逆流相 遇。管间以蒸汽加热，合成反应液中过剩氨及未转化的甲铵 将被蒸出和分解，从塔顶排出，尿液及少量未分解的甲铵从 塔底排出。

尿素生产原理

第一章尿素生产的工作原理第一节合成尿素原理1．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) ✍ CO(NH2)2(液)+H2O(液)+Q这是一个可逆的放热反应。

2．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) ✍ NH2COONH4(液) +100kJ/mol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) ✍ CO(NH2)2(液)+H2O(液)mol3．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：·温度必须高于其熔点154℃；·压力必须高于其平衡压力80kgf/cm2。

4．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(2COX)来表示尿素的产率：5．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190～200℃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190～200℃后随着反应温度的升高而降低的原因，可能是由于产生副反应的缘故。

6．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，N/C 越高，CO 2转化率增加；当N/C=2时2CO X 为40％，N/C=3时2CO X 为54％，N/C=4时 2CO X 为％。

7．水碳比对二氧化碳转化率的影响水碳比是指进入合成塔物料中水和二氧化碳的分子比由质量定律可知，增加水即增加生成物的浓度，不利于尿素的生成。

因此水碳比的增高，将使二氧化碳平衡转化率下降。

在尿素生成过程中，水碳比每增加，二氧化碳转化率则降低1％。

尿素合成

醛塑料的原料，也是一种很好的缓效肥料。
二﹒用途与规格
1﹒农业上，作为肥料
在化学肥料的氮肥中，尿素的发展是比较晚的，但 自投入工业生产以来得到迅速的发展。20世纪70年 代以来，其生产速度和规模远超过其它氮肥。目前 ，全世界尿素产量占氮肥总产量的三分之一以上， 跃居首位，且还有继续增长的趋势。
水分
Ⅰ)甲铵的生成 2NH3(l)+CO2(g)≒NH4COONH2(l)+119.2KJ/mol
快速、强放热的可逆反应
在常压下，该反应的速度很慢，加压则很快。
NH4COONH2是一种不稳定的化合物，遇热即分解。 一定的温度下存在一定的分解压力，当系统压力 低于其分解压力时，即分解为气态NH3和CO2。
c.大冢英二
a-液相中NH3/CO2 b-液相中H2O/CO2 T-反应温度，℃
d.上海化工研究院
公式适用范围：t=175-195℃ NH3/CO2=2.5-4.5 ，H2O/CO2=0.2-1.0 作业：已知尿素合成塔生产条件如下： t=183℃ NH3/CO2=2.89 ，H2O/CO2=0.34， 用四种方法求CO2平衡转化率。
化学名称：碳酰二胺CO(NH2)2 (carbonyl diamide)
分子量60.06，含氮量46.6%
纯净的尿素为无色、无味、无臭的针状或棱核 状的结晶体
常压熔点132.6℃.超过熔点则分解 易吸湿：硝铵＞尿素＞硫铵
包装贮运注意防潮
2.化学性质：
（1）微碱性，可与酸作用生成盐，但不能使指示剂变色
为了方便本章有时用am代替nh用ur代替conh1根据相律单组分物系的相数和自由度的关系是f1p23p即可视为在尿素生产系统中涉及到的单组分还有一些化合物它们均可表示为nho的组合2nh可视为2nh因此这些个别化合物可在一个三角形组成图nh双组分相图双组分系统的主要强度性质有温度压力以及每个相的组分浓度
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NH3(g)+ CO2(g) = NH4COONH2 (l)
△H=-100.5KJ/mol
2-2-1
NH4COONH2(l) = NH2CONH2(l)+H2O(l)
△H=27.6KJ/mol
2-2-2
总的化学反应式： NH3 + CO2 = NH2CONH2 + H2O
4
3、尿素的合成条件 高温（180~210℃）高压（13~24MPa）液相中 4、相律分析 组分数 = 物种数 - 独立反应数 自由度数 = 组分数 – 2 + 相数 独立变量：氨碳比、水碳比和温度
5
平衡转化率
填充密度一定的时候： x = f(t, A, B, d) 以液相组成和温度作为自由度的独立变量： x = f(t, a, b) 故，只有体系均处于液相时，二者才一致。
平衡转化率算图 Frejacques算图 Mavrovic算图
6
图 2-2-2 Mavrovic 平衡转化率算图
尿素合成系统的热力学模型
14
二、相平衡
尿素合成过程中相平衡关系对于合成 和回收未转化物的工艺条件的确定是 十分重要的
15
相图基本知识
相律用图解的方法表示出来，即用相平衡状态图研究由一种 或数种物质所构成的相平衡系统的性质（如沸点、熔点、蒸汽压、 溶解度等）与条件（如温度、压力及组成等） 的函数关系，这种 关系的图叫相图（phase diagram）。
2.指导生产流程的安排，如何选择生产工艺，制备合格产 品应该蒸发多少水量或者添加多少水量
(1) 相（phase） 体系内部物理和化学性质完
全均匀的部1分. 相称为律相。相与相之间在指定条件下
有明显的界面，在界面上宏观性质的改变是飞跃 式的。体系中相的总数称为相数，用 表示。
气体 不论有多少种气体混合，只有一个气相。 液体 按其互溶程度可以组成一相、两相或三 相共存。
（3）自由度（degrees of freedom） 确定平衡体
系的状态所必1.须相的律独立强度变量的数目称为自由
度，用字母 f 表示。这些强度变量通常是压力、 温度和浓度等。
如果已指定某个强度变量，除该变量以外的其它强
度变量数称为条件自由度，用 f *表示。
例如：指定了压力，
f * f 1
指定了压力和温度， f ** f 2
t/℃
CO2 的相图
读图要点： ① 读懂点、线、区的含义；
② 注意OA 线的倾斜方向； ③ 三相点的 p、t 数值；
④ 干冰的升华条件。
作业
3、相图在尿素合成中的应用
1、二元体系：
共沸点
尿素合成时较高压力和温度 都已超过原料NH3和CO2的 临界状态
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平衡常数:
K1=(1-x-c)(a+b+x+2c-1)2/c(a-2+2c)2 K2 = x (b+x) / (1-x-c) (a+b+x+2c-1)
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CO2平衡转化率经验公式：
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5、尿素合成的副反应：
尿素的水解： NH2CONH2 + H2O = NH3 + CO2
已生成的尿素： 60℃以下基本不水解 100 ℃以上才显著 140 ℃以上水解速度剧增 因此：应力求减少尿液在高温下的停留时间 另外，氨含量高的尿素溶液水解速度慢
第二章 尿素生产学平衡 二、相平衡 三、合成工艺条件的确定 四、尿素合成塔结构的研讨
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一、化学平衡
1、合成反应过程步骤： （1） NH3与CO2混合物形成液相，并大部 分以NH4COONH2形式存在。 （2）氨基甲酸铵脱水生成尿素。
一、化学平衡
2、合成的化学原理：
在盐水体系中，自由度为温度和盐类的浓度
实例
增加压力可以使冰的熔点降低为－1.104 ℃ 1) 人站在冰刀上溜冰, 冰刀下的冰熔化. 2) 细铁丝穿过冰层.
冰
重物
【例】滑冰鞋下面的冰刀与冰接触面的长度为 7.62×10－2 m，4.45 ×10－2 m，60kg，求 该压力下冰的熔点是多少?
已知：冰的摩尔熔化热为6.01 kJ.mol－1，Tf =273.2 K, 冰的密度为920 kg.m－3 水的密度 为1000 kg.m－3。
水的相图分析
三相点与冰点的区别
三相点是物质自身的特性，不能加以改变，如 H2O的三相点 T 273.16 K , p 610.62 Pa . 冰点是在大气压力下，水、冰、气三相共存。当大气 压力为 105时P，a 冰点温度为 27，3.1改5变K外压，冰点 也随之改变。
冰点温度比三相点温度低 0.01 K是由两种因素造成的：
固体 一般有一种固体便有一个相。两种固体粉 末无论混合得多么均匀，仍是两个相（固体溶液 除外，它是单相）。
(2) 独立组分数（number of independent component）
1. 相律
定义： C = N - ( s + r )
在平衡体系所处的条件下，能够确保各相组成 所需的最少独立物种数（或是能随心所欲地改变其 数量的物质数目）称为独立组分数。它的数值等于 体系中所有物种数 N 减去体系中独立的化学平衡数 s ，再减去各物种间的浓度限制条件r。
相图的分类
单组分系统 按组分数划分 二组分系统
三组分系统
按组分间相互溶解情况划分
完全互溶系统 部分互溶系统 完全不互溶系统
按性质组成划分
蒸气压 组成图 沸点 组成图 熔点 组成图 温度 溶解度图
……
相图的应用： 1.工业生产中就是利用盐类溶解度的变化规律，通过对其
相图的分析来分离纯盐；制备盐类的水合盐；由单盐合成各种 复盐，或将复盐分解为单盐。
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尿素的缩合： 2NH2CONH2 = NH3 + NH2CONHCONH2
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尿素的异构： NH2CONH2 == NH4 –N=C=O == NH3 + HNCO
在合成条件下，几乎不存在此副反应 在后续的蒸发工序中，由于溶液处于减压条件 下，NH3和HNCO均转入气相，再加上蒸发温 度高，促进了异构化尿素的损失。
（1）因外压增加，使凝固点下降 0.00748 K ；
（2）因水中溶有空气，使凝固点下降 0.00241 K。
判断题： 对于水的单组分体系， 在三相点温度以下，增 加压力，可以使水蒸气 液化。
吉林树挂 [ H2O (g) H2O (s) ]
P / MPa
A C
固
液
气
0.518 O
B
-56.5