尿素的生产

尿素尿素(Urea)，学名为碳酰二胺，分子式为CO(NH2)2，相对分子质量为60.06。因最早由人类及哺乳动物的尿液中发现，故称尿素。第一节概述 尿素的性质 尿素的用途 尿素的生产方法 尿素的生产原料一、尿素的性质 物理性质颜色：纯净的尿素为无色、无味、无臭的针状或棱柱状结晶体，含氮量为46．6％，工业尿素因含有杂质而呈白色或浅黄色。熔点：常压下为132．6℃吸湿性：较易吸湿，其吸湿性次于硝酸铵而大于硫酸铵溶解性：尿素易溶于水和液氨，其溶解度随温度升高而增大．尿素还能溶于一些有机溶剂，如甲醇、苯等。一、尿素的性质 化学性质1.高温下可以进行缩合反应，生成缩二脲、缩三脲和三聚氰酸2.尿素在强酸性溶液中呈弱碱性，能与酸作用生成盐与硝酸作用：硝酸尿素[CO(NH2)2·HNO3]微溶于水与磷酸作用：磷酸尿素[CO(NH2)2·H3PO4]易溶于水与硫酸作用：硫酸尿素[CO(NH2)2·H2SO4]易溶于水氰酸 结构组成：H—O—C≡N（正氰酸）H—N＝C＝O（异氰酸）有（正）氰酸和异氰酸两种。注意与雷酸（H-O-N=C:）区别开来。氰酸的游离酸是正氰酸与异氰酸二者的混合物，未曾分离开。 氰酸是有挥发性和腐蚀性的液体。有强烈的乙酸气味。密度1.14。沸点23.6℃。在水溶液中显示极强酸性。性不稳定，容易聚合。水解时生成氨和二氧化碳。与醇类作用时生成氨基甲酸酯。（正）氰酸酯R—O—C≡N易聚合，并易水解，很难得到纯态物。异氰酸酯R—N＝C＝O或O＝C＝N—R—N＝C＝O，一般是带有不愉快气味的液体。氰酸可由氰尿酸经加热分解而制得。 维勒测定了氰酸的化学成分，指出它是由碳、氮、氢、氧4种元素组成的。 氰酸三聚生成氰尿酸（三聚氰酸，即2,4,6-三羟基-1,3,5-三嗪）。三聚氰酸可能会导致肾结石。 尿素以氨气为载体，硅胶为催化剂，在380-400℃温度下沸腾反应，先分解生成氰酸，并进一步缩合生成三聚氰胺。6(NH2)2CO→C3H6N6+6NH3+3CO2 如果人遭到氰酸中毒，口中会有杏仁的味道一、尿素的性质 化学性质3.尿素与盐类作用生成络合物：如尿素与磷酸一钙作用（磷酸二氢钙）时生成磷酸尿素［CO(NH2)2·H3PO4]配合物和磷酸氢钙CaHPO4即：Ca(H2PO4)2·H2O十CO(NH2)2＝CO(NH2)2·H3PO4十CaHPO4十H2O4.尿素与直链有机化合物作用也能生成络合物：如尿素与甲醛反应生成甲基尿素；与甲醛进行缩合作用生成尿醛树脂，与醇类作用生成尿烷等。尿素能与酸或盐相互作用的这一性质，常被应用于复混肥料生产中二、尿素的用途 用作肥料尿素是目前使用的固体氮肥含氮量最高的化肥，其含氮量为硝酸铵的1．3倍，氯化铵的1．8倍，硫酸铵的2．2倍，碳酸氢铵的2．6倍。尿素属中性速效肥料，长期施用不会使土壤发生板结。其分解释放出的CO2也可被作物吸收，促进植物的光合作用。在土壤中，尿素能增进磷、钾、镁和钙的有效性，且施入土壤后无残存废物。 用作工业原料在有机合成工业中，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都需用尿素。 用作饲料尿素可用作牛、羊等动物的辅助饲料，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要求，不能乱用。尿醛树脂（A1粉）生产的仿瓷餐具，高温水解释放出甲醛、尿素三、尿素的生产方法（一）发展过程1773年鲁爱尔(Rouelle)于在蒸发人尿时发现这种晶体物质1828年佛勒（Wǒhler）在实验室首先用氨和氰酸合成了尿素：HCON十NH3＝CO(NH2)21868年巴扎罗夫(Bhsapos)提出高压下加热氨基甲酸铵（甲铵）脱水生成尿素的方法。1922年首先在德国法本公司奥堡工厂实现了以NH3和CO2直接合成尿素的工业化生产，奠定了现代工业生产尿素的基础。2NH3十CO2＝CO(NH2)2十H2O△H＜O该反应特点：放热、可逆。转化率50-70%。生产法分类（根据产物的循环利用程度）：不循环法、半循环法和全循环法三种。全循环法在工业上获得普遍采用三、尿素的生产方法（二）全循环法1.全循环法的步骤①氨和二氧化碳原料的供应及净化；②氨和二氧化碳合成尿素：③未反应物的分离与回收；④尿素溶液的加工。2.全循环法的分类：热气循环法、气体分离（选择性吸收）循环法、浆液循环法、水溶液全循环法、气提法和等压循环法等。尿素溶液三、尿素的生产方法①水溶液全循环法将未反应的氨和二氧化碳用水吸收生成氨基甲酸氨或碳酸铵水溶液再循环返回合成系统。添加水量较多：即H2O／CO2摩尔比近于1者，称为碳酸铵盐水溶液全循环法；添加水量较少：基本上以甲铵溶液返回系统，称为甲铵溶液全循环法。②气提法利用某一介质在与合成等压的条件下分解甲铵并将分解物返回系统使用的一种方法。按气提介质的不同又可分为：二氧化碳气提法、氨气提法、变换气气提法气提法是全循环法的发展，具有热量回收完全、低压氨和二氧化碳处理量较少的优点。此外，在简化流程、热能回收、延长运转周期和减少生产费用等方面也都优于水溶液全循环法，是尿素生产发展的一种方向。四、尿素生产的原料 对原料液氨的要求：其质量分数为：氨＞99．5％，水＜0．5％，油＜10mg/kg。 对原料二氧化碳气的要求为：CO2含量＞98．5％(体积分数，干基)，H2S含量＜15mg／m3。第二节尿素合成的生产方法 尿素的合成 工艺条件的选择 尿素合成工艺流程 尿素溶液的蒸发和造粒液氨和二氧化碳直接合成尿素的总反应为： 2NH3(l)十CO2(g)＝CO(NH2)2(l)十H2O(1)△H＝-103.7kJ/mol可逆、放热、体积减小的反应第一步：液氨和二氧化碳反应生成（氨基甲酸氨），故称为甲铵生成反应该步反应特点：可逆、体积缩小、强放热反应。在一定条件下，此反应速率很快，容易达到平衡。二氧化碳的平衡转化率很高 2NH3(1)十CO2(g)＝NH4COONH2(l)△H＝-119.2kJ/mo1第二步：液态甲铵脱水生成尿素，称为甲铵脱水反应 NH4COONH2(1)＝CO(NH2)2(1)十H2O(1)△H＝15.5kJ/mol此步反应特点：可逆、微吸热、平衡转化率不是很高，一般为50%-70%。速率较缓慢，是尿素合成中的控制反应。一、尿素的合成（一）基本原理 1.平衡转化率尿素的转化率作为衡量尿素合成反应进程的量度。生产中通常是以二氧化碳为基准来定义尿素的转化率，即：（合成反应体系为多组分多相的复杂混合体系，且偏离理想溶液很大，故其平衡转化率很难用平衡方程式和平衡常数准确计算）通常采用简化法或经验公式法来计算，有时采用实测值。（1）弗里扎克法1948年意大利弗田扎克发 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 了计算平衡转化率的公式和算图（2）马罗维克法美国人马罗维克(Mavrovic)根据大型尿素合成塔连续操作测得的数据，对平衡常数K值作了修正，并给出了一种求取平衡转化率的算图．一、尿素的合成（二）合成反应的化学平衡 2.最高平衡转化率（见下页图）早期的研究认为：只要操作压力足够高(高于甲铵的分解压力)，则反应温度越高，平衡转化率越大。以后的研究 证明 住所证明下载场所使用证明下载诊断证明下载住所证明下载爱问住所证明下载爱问 ：当温度升高到某一数值时，平衡转化率出现最大极限值以后，若继续升高温度，其平衡转化率反而下降。出现最高平衡转化率的这种现象是与压力无关的。存在最高平衡转化率的原因：当温度升高时，一方面液相中甲铵脱水转化为尿素的数量增加；另一方面液相中的甲铵越来越多地分解为游离氨和二氧化碳，即反应向甲铵生成的逆向移动，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。一、尿素的合成（二）合成反应的化学平衡存在最高平衡转化率的原因？二、工艺条件的选择 反应温度 氨碳比 水碳比 操作压力 物料停留时间 惰性气体的影响二、工艺条件的选择1.反应温度的选择 在一定的温度范围内，提高温度，不但可以加快甲铵的脱水速度且有利于提高平衡转化率。 温度过高会带来不良影响：平衡转化率下降（？）；尿素水解缩合等副反应加剧；合成系统平衡压力增加而使压力相应提高，压缩功耗增大；合成溶液对设备的腐蚀加剧，因而对材料的性能要求提高。 综合考虑：合成塔上部185~200 合成塔下部等于或略低于操作压力下物 系平衡温度二、工艺条件的选择2.氨碳比：原始反应物料中NH3／CO2的摩尔比，常用符号a表示工业上采用氨过量操作，即氨碳比必须（大于2）。例：CO2气提法尿素生产流程中氨碳比选择在2．8～2.9；一般水溶液全循环法氨碳比选择在4左右，过量氨优点：提高尿素转化率；能与脱出的H2O结合成NH4OH，加快甲铵的脱水速度，降低甲铵脱水反应的逆反应速率；有利于合成塔内自热平衡，使尿素合成能在适宜的温度下进行；抑制甲氨水解和尿素缩合反应的进行，从而提高转化率（？）；使体系在同一温度下加快反应速度，从而减轻溶液对设备的腐蚀，对提高尿素的产量和质量均为有利；2.氨碳比：氨碳过高的缺点：过高的氨碳比导致氨转化率降低，大量氨在过程中循环，增加回收设备的负荷，使能耗增大。图5-8：a≥4．5时，继续增大a对尿素转化率的作用已不显著，过高的氨碳比还会使合成物系的平衡压力提高，而使操作压力增大，压缩原料功耗增加，对设备材料要求相应提高。图4-9：ab连线即为不同温度下的最低平衡压力值的连线。如果选择该范围的NH3／CO2比,则采用较低的操作压力就可以达到较高的反应温度，并使NH3和CO2充分地转移到液相中去。最佳氨碳比大致在2.8～4.2范围内。二、工艺条件的选择3．水碳比指合成塔进料中H2O／CO2的摩尔比，常用符号b来表示水的来源：一是尿素合成反应的产物，二是现有各种水溶液全循环法中，一定量的水会随同未反应的NH3和CO2返回合成塔中。水量增加，将导致尿素平衡转化率下降。水碳比增加，返回水量也增加使得尿素平衡转化率下降，并造成恶性循环。水的存在，有利于提高反应物系液相的沸点，特别是在反应开始时能加快反应速率，但从总体上，通过提高水碳比加快反应速率利少弊多。在工业生产中，总是力求控制水碳比降低到最低限度，以提高转化率。水溶液全循环法中，水碳比一般控制在0．7～1.2；CO2气提法中，气提分解气在高压下冷凝，返回合成塔系统的水量较少，因此水碳比一般在0．3～0．4之间。二、工艺条件的选择4．操作压力从尿素合成总反应特点知尿素转化率随压力增加而增大。压力过高，压缩的动力消耗增大，生产成本提高，同时，高压下甲铵对设备的腐蚀也加剧。在一定温度和物料比的情况下，合成物系有一个平衡压力，工业生产的操作压力一定要高于物系的平衡压力，高1~3Mp。以保证物系基本以液相状态存在，这样才有利于甲铵的脱水反应，有利气相NH3和CO2转移至液相。从经济角度考虑，尿素生产选取某一温度下有一平衡压力最低的氨碳比。（如图4-9）。二、工艺条件的选择5.反应时间尿素合成反应时间主要是指甲铵脱水生成尿素反应时间。由图可以看出，尿素反应时间在40min之内，停留时间对转化率有明显的影响，反应时间太短，转化率明显下降。但物料停留时间超过1h，转化率几乎不再变化。反应温度为180～190℃的装置，一般反应时间为40～60min，其转化率可达平衡转化率的90％～95％。反应温度为200℃或更高一些的装置，反应时间一般为30min左右，其转化率也接近平衡转化率。6.惰性气体含量的影响惰性气体：不参与反应的气体：氢气、氮气、空气惰性气体存在：氨厂来的CO2原料气中影响：降低CO2原料气浓度使反应物系存在气相，为一些NH3和CO2逸入气相创造条件，从而降低转化率占据合成塔有效容积，使物料停留时间减少，从而使转化率下降要求：CO2纯度大于98.5% 三、尿素合成工艺流程 （一）水溶液全循环法合成段流程 （二）气提法流程（见未反应物的分离与回收，与其合并）水溶液全循环法合成段工艺流程 8中90%的CO2与NH3反应被转化为甲胺+循环来的甲胺溶液 9中剩余的CO2被转化成甲胺，同时甲胺脱水生成尿素 3包括原料室和回流室 氧气：防腐蚀作用四、未反应物的分离与回收 从尿素合成塔排出的物料：尿素、水，未转化甲铵、过量氨、二氧化碳、少量的惰性气体。 分离回收的原则：未转化物料完全回收并尽量减少水分含量，尽量减少副反应的发生 分离与回收的方法：减压加热法、气提法（一）减压加热法1.分离与回收的基本原理(1)分离原理在一定的条件下，甲铵可以分解为氨和二氧化碳，其反应式为：NH4COONH2=2NH3十CO2ΔH＞O 分解反应特点：可逆、吸热、体积增大的反应，降低压力或提高温度对甲铵的分解是有利的。溶液中游离NH3和CO2的溶解度也随温度升高、压力降低而减小，故对NH3和CO2的解吸也是有利的。 温度对分离的影响：采用高温对分解和解吸有利；但副反应和腐蚀加重，过高的分解温度是不可行。 压力对分离的影响：采用低压有利于分解和解吸彻底，但如果合成反应液的分解过程始终在最低的压力下进行，则回收工序回收低压力的NH3和CO2混合气体再送回合成工序，必然耗费很多升压的机械能，还要添加大量的水才能将分解出来的NH3和CO2回收下来，而这将导致合成工序水碳比过大，转化率下降。此外，在低压下回收NH3与CO2时，由于其温度低，放出的热量也不好利用。 工业采用多段减压加热分解、多段冷凝吸收的方法。解决了上述矛盾，保证未转化物全部分解和回收。水溶液全循环法一般采用中、低压两段分解和二段吸收的方法。水溶液全循环法两段减压分解过程： 第一步将尿素熔融物减压到1．7MPa左右，并加热到约160℃，使之第一次分解，称为中压分解。 第二步再减压到0．3MPa并加热到约147℃．使之第二次分解，称为低压分解。在中 经过两次降压分解后，甲铵的分解率已达97％以上．过量氨的蒸出率可达98％以上。残余部分再进入蒸发系统减压蒸发．使残余的氨和二氧化碳全部分解。(2)回收原理熔融尿液中甲铵分解出来的NH3和CO2，必须通过吸收设备将其冷凝吸收，然后将吸收的浓甲铵液和液氨分别用泵送回合成塔中继续使用。把NH3和CO2回收为稀甲铵液和浓甲铵液的过程中的反应为：NH3+H2O=NH3•H2OΔH＜02NH3+CO2=NH2COONH4△H＜0反应特点：可逆、放热、体积缩小反应，提高压力和降低温度对反应有利。 水溶液全循环法两段减压吸收过程：是分解的逆过程，由于分解过程是多段的顺流操作，所以吸收过程采用多段的逆流操作。先在低压吸收塔中用含NH3、CO2较少的稀氨水与含NH3、CO2较少的气体（低压分解出来的）接触吸收成稀甲铵液，然后在中压吸收塔中再用稀甲铵液去吸收含氨、二氧化碳浓度较高的气体(中压分解出来的)，制得浓甲铵液返回合成塔。 逆流操作的优点：返回合成系统水量少，吸收率高，吸收设备的生产能力较大。2．分离与回收的工艺条件(1)温度的选择①分解温度的选择。水溶液全循环法：中压分解温度一般控制在160℃左右。低压分解温度，一般控制在147℃左右。②吸收温度的选择。中压吸收塔底部温度一般控制在90～95℃低压吸收过程，一般低压吸收温度选为40℃左右。（2）压力的选择中压分解压力一般选用1．7MPa。低压分解的压力控制在0．3MPa左右。(3)中压吸收溶液H2O/CO2的选择一般选择吸收液的H2O/CO2为1．8左右3．分离与回收的工艺流程（二）气提法 概念：气提就是利用一种气体通入尿素合成塔出口溶液中，降低气相中NH3或CO2的分压，从而促使液相甲铵分解和过剩氨的解吸。因而气提气可以为氨，二氧化碳或其他情性气体。 分类：用氨气提叫氨气提法，用二氧化碳气提叫二氧化碳气提法，用合成氨的变换气或合成气气提，统称为联尿法。 从世界范围来看，NH3气提法发展迅速，但从国内来看，CO2气提法应用较多，主要介绍CO2气提法。(二)气提法1.气提法分解甲铵的基本原理NH4COONH2(1)=2NH3(g)+CO2(g)ΔH＞O反应特点：吸热、体积增大、可逆反应平衡向右移动的条件：供给足够的热量，降低气相中NH3与CO2中某一组分分压,达到分解甲铵的目的气提法：在保持合成塔等压的条件下，在供热的同时，采用降低气相中NH3或CO2一组分(或NH3与CO2都降低)分压的办法来分解甲铵的过程。(二)气提法1.气提法分解甲铵的基本原理平衡常数:Kp＝p*2NH3.p*CO2.如果平衡总压为p：Kp＝p*2NH3p*CO2＝(pyNH3)2(pyCO2)＝p3y2NH3yCO2当气相中NH3/CO2＝2(即纯甲铵分解)时，若甲铵的离解压力为ps，则NH3的分压为2/3ps，CO2的分压为1/3ps故：Kp＝p*2NH3p*CO2＝(2/3ps)2(1/3ps)＝4/27ps3等温条件下，平衡总压与分解压力关系：(二)气提法1.气提法分解甲铵的基本原理 由式可知，当用纯的CO2或NH3气提时，取任何操作压力都小于总压，都能使甲胺分解。纯甲铵在一定温度下的离解压力ps是个常数。在一定温度下，当操作压力小于平衡总压p时，则甲铵完全分解。由上式知，当用纯CO2(或纯NH3)气提时，yCO2(或yNH3)近似为1，相反yNH3或（yCO2）的数值趋近于0，故不论用纯CO2或纯NH3气提时，都能使p值无穷大。 CO2气提原理：CO2与NH3作用生成铵盐而溶解于固相中，现在随着液相中NH3浓度减少，CO2溶解度也就随之减小，因而尿液中的CO2一定能逸出，故气提剂CO2先溶解后驱出。这就是用CO2气提不仅能逐出溶液中NH3而且还能逐出溶液中CO2的缘故。 (二)气提法2.气提循环的工艺条件(1)温度温度高有利于气提：甲铵的分解反应、过量NH3及游离CO2的解吸都是大量吸热的过程。在设备材料允许的情况下，应尽量提高气提操作温度。温度不能过高：否则腐蚀严重，同时加剧副反应的发生，这将影响尿素的产量和质量。工业生产中使用温度：气提塔操作温度一般选为190℃左右。通常用2．1MPa的蒸汽加热，以维持塔内温度。(2)压力较低的操作压力有利于甲铵的分解和过量氨的解吸，。实际生产中CO2气提操作采用与合成操作等压的条件进行的，既利于热量的回收，又能降低冷却水和能量消耗。如果采用较低的压力，会使尿素合成率降低，从而增大NH3和CO2的循环量，同时还会使气提后气体中水含量增加，使返回甲铵液浓度降低，影响合成率。(二)气提法2.气提循环的工艺条件(3)液气比是指进入气提塔的尿素熔融物与CO2的质量比。由尿素合成反应本身的加料组成确定的，不可以任意改变。从理论上计算，气提塔中的液气比为3．87，生产上通常控制在4左右。液气比太高：气提效率显著下降；液气比太低：易形成干管。造成气提管缺氧而严重腐蚀。在生产上，除了控制气提塔总的液气比外，还要严格要求气提塔中的液气均匀分布。(4)停留时间停留时间太短：甲铵和过量氨来不及分解，达不到气提的要求；停留时间过长：气提塔生产强度降低，同时副反应加剧，影响产品产量和质量。一般气提塔内尿液停留时间以lmin为宜。（1）1(尿素合成塔)底部尿液183度—2顶部（汽提塔）（CO2气提，2.1Mp蒸汽加热）—自动减压阀（钾氨进一步分解、CO2解吸，107度）—3上段（精馏塔）—4循环加热器（加热至135度）—3下段（精馏塔）—减压—真空蒸发系统（2）2（气提塔）顶部气体（NH340%,CO260%）—5(高压冷凝器)+原料液氨+回收钾氨一起反应大部分生成甲胺—分两路进入合成塔底部。四、尿素溶液的蒸发和造粒除去水分：从尿素合成反应液中分离出的温度为95，质量分数约70％～75％的尿素溶液。固体尿素分类：结晶尿素、颗粒尿素结晶法：是在母液中产生结晶的过程。一般将尿液蒸发浓缩至80％即可。结晶尿素具有纯度高、缩二尿含量低的优点。形状为粉末或细晶状：一般用于工业生产的原料或生产复合肥料，不宜直接做氮肥施用。造粒法：没有母液存在下强制结晶过程。生产中必须将尿液蒸发浓缩至99％以上，熔融物方可造粒。形状：球状小颗粒，机械强度高、耐磨性好、有利于深施保持肥效，但缩二尿含量偏高。四、尿素溶液的蒸发和造粒（一）尿素溶液的蒸发1．CO(NH2)2-H2O二元体系相图(1)尿素溶液的冷却结晶过程AE：冰饱和线；BE:尿素结晶饱和线四个区域说明；以a为例说明结晶过程 a点（温度、组成、状态） 降低温度，a将沿着直线aa’向a’点移动 a1尿素溶液达到饱和 进一步降温则尿素析出结晶（a2） a2时的固液比 尿素析出质量/尿素溶液质量　＝　(a2a’2)/(a2ta2) 可见，随温度降低，体系中固液比就增大，尿素结晶析出量也会增大。 a3对应的温度为最低共溶点，低于该温度会析出冰液相尿素+液冰+液冰+尿素1.CO(NH2)2-H2O二元体系相图（2）尿素溶液的蒸发过程 对系统状态点a进行等温蒸发，则a点沿着直线ata向ta点移动 a4时，溶液达到饱和状态 继续蒸发，析出尿素结晶 达到ta时，全部变成尿素 蒸发要选取适宜温度：要高于尿素溶液的结晶温度，既不影响蒸发过程的正常进行（否则将堵塞蒸发设备的加热管道，影响操作。），又可以缩短蒸发时间；但是不能过高，否则引起尿素溶液副反应的发生四、尿素溶液的蒸发和造粒（一）尿素溶液的蒸发2.尿素蒸发过程的副反应及防止副反应：尿素的水解反应、缩合反应（1）水解反应（生成反应的逆反应）温度影响：温度低于80℃时，尿素水解很慢，超过80℃，速率加快145℃以上，有剧增的趋势尿液浓度影响：浓度越低，水解反应越快停留时间影响：温度和浓度一定，停留时间延长．尿素水解率增加水解缺点：将降低尿素的产率,增加消耗定额影响因素：浓度、温度、停留时间(2)缩合反应缩合反应以生成缩二脲为主尿液浓度一定：缩二脲的生成率随温度的升高而增加；温度一定：随着尿素溶液浓度的增高，缩二脲的生成量也加多；（图4-21）停留时间的延长：缩二脲生成量增多（图4-22）四、尿素溶液的蒸发和造粒（一）尿素溶液的蒸发降低副反应发生：蒸发过程应在尽可能低的温度下进行，并应在很短的时间内完成。1.CO(NH2)2-H2O二元体系相图分析（1）温度（沸点）选择要结合压力选择尿素的沸点与蒸汽压的关系（浓度一定）：如图：如尿液质量分数为85％时，蒸发操作压力0．1MPa，相对应的沸点为130℃，蒸发压力降到0．05MPa时，相应沸点降为l12℃。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。但沸点不能低于尿液结晶点，所以压力的选择必须以尿素不致结晶为宜，否则将堵塞蒸发设备的加热管道，影响操作。四、尿素溶液的蒸发和造粒（二）尿素蒸发工艺条件的选择（温度、压力）（3）压力的选择：0.0263以上温度太高，产生副反应；以下，与结晶线相交。产生结晶当蒸发操作压力大于0．0263MPa时，沸点压力线位于结晶线之上，不与结晶线相交，即此压力下，但采用一段蒸发将尿液从75％浓缩至99．7％，不会析出结晶,但必将温度提得太高，加剧副反应发生;当蒸发操作压力小于0．0263MPa时，沸点压力线和结晶线相交，在这样的压力下操作，就可能产生尿素结晶。（4）温度和压力选择值：实际生产过程中，常分为两段，解决以上矛盾。一段蒸发：蒸发出大部分水，同时防止结晶的析出，选择操作压力稍大于0.0263MPa，同时控制副反应的发生，温度不能过高，选为130℃，尿液质量分数从75％增至95％。二段蒸发：制备得质量分数为99.7%的尿素熔融物，蒸发掉几乎全部水分。此时，操作压力越低越利于水分的快速蒸发，常控制在0.0053MPa以下。为了使尿素熔融而保持流动性，蒸发温度应高于尿素的结晶温度132．7℃，故控制操作温度在137～140℃（5）尿液蒸发过程，除选择温度、压力条件外，还应使过程在尽可能短的时间内完成四、尿素溶液的蒸发和造粒（三）尿素的结晶与造粒方法①将尿液蒸浓到99．7％的熔融体造粒成型。此为蒸发造粒法，是目前应用最广泛的方法。产品中缩二脲含量在0．8％～0．9％之间。②将尿液蒸浓到80％后送往结晶器结晶，将所得结晶尿素快速熔融后造粒成型。此为结晶造粒法，用于制造低缩二脲含量(＜0.3％)的粒状尿素。③将尿液蒸浓到约80％后在结晶机中于40℃下析出尿素，目前常用的是有母液结晶法，此外还用一种无母液结晶法。目前大多数尿素工厂都采用造粒塔造粒方法，这里主要讨论熔融尿素的造粒。（三）尿素的造粒1.造粒过程：尿素的造粒是在造粒塔内进行的，熔融尿液经喷头喷洒成液滴，由上下落，并与造粒塔底进入的冷空气逆流接触，冷却粒化，整个造粒过程分为4个阶段：将熔融尿素喷成液滴液滴冷却到固化温度固体颗粒的形成固体颗粒再冷却至要求的温度。2.影响粒状尿素质量因素：（1）熔融尿素浓度：进入造粒塔的熔融尿素浓度应大于99％，否则产品水含量增加，机械强度降低，易于破碎，且造粒过程中颗粒易于附在塔壁上，甚至无法形成颗粒。（2）熔融尿素温度：尿素在130℃以上熔融，如果过早快速地降低熔融尿素的温度，会造成早期固化。但温度较高时，可能增加缩二脲的含量。如果降温速度太慢，又可能造成塔下尿素颗粒温度升高，而不固化或粘结的可能。生产中一般控制塔底出来的颗粒尿素约70℃左右，水分含量小于0．5％。（3）造粒塔的高度：造粒塔高度的确定主要考虑颗粒形成和冷却两个过程的要求。水溶液全循环法粒状尿素加工工艺流程尿素生产方法简评l水溶液全循环法 ①能量利用率低。尿素合成系统总的反应是放热的，但因加入大量过剩氨以调节反应温度，反应热没有加以利用。 ②一段甲铵泵腐蚀严重。向浓度甲铵液在90～95℃时循环入合成塔，加剧了对甲铵泵的腐蚀，因此一段甲铵泵维修频繁，是水溶液全循环法的突出弱点。 ③流程过于复杂。由于以甲铵液作为循环液，出此在吸收塔顶部用液氨喷淋以净化微量的CO2，为了回收氨又不得不维持一段循环的较高压力，为此按压力的高低设置了2～3个不同压力的循环段，使流程过长、复杂化。二氧化碳气提法 ①采用与合成等压的原料CO2气提以分解未转化的大部分甲铵和游离氨，残余部分只需再经一次低压加热闪蒸分解即可。这可省去1．8MPa中压分解吸收部分的操作，从而免去了操作条件苛刻、腐蚀严重的一段甲铵泵。缩减了流程和设备，并使操作控制简化。 ②高压冷凝器在与合成等压下冷凝气提气，冷凝温度较高，返回合成塔的水量较少，有利于转化率的提高。同时有可能利用冷凝过程生成甲铵时放出的大量生成热和冷凝热来副产低压蒸汽，除气提塔需补加蒸汽外，低压分解、蒸发及解吸等工序都可以利用副产蒸汽、从总体上可降低蒸汽的消耗及冷却水用量。 ③二氧化碳气提法中的高压部分，如出高压冷凝器的甲铵液及来自高压洗涤器的甲铵液，均采用液位差使液体物料自流返回合成系统，不需用甲铵泵输送，不仅可节省设备和动力，而且操作稳定。但是，为了造成—定的位差就不得不使设备之间保持一定的位差。因此，需要巨大的高层框架结构来支撑庞大的设备。由于装置最高点的标高达到76m，也给操作和检修带来不便。2.二氧化碳气提法 ④由于采用二氧化碳气提，所选定的合成塔操作压力较低(14～15MPa)，因此节省了压缩机和泵的动力消耗，同时也降低了压缩机、合成塔的耐压要求。便于采用蒸汽透平驱动的离心式CO2压缩机，这对强化设备的生产能力和提高全厂热能利用十分有利。 ⑤与其他方法相比，其转化率较低(58％)，但由于NH3/CO2也较低(2．8～3．0)．所以在合成塔出口处尿素熔融液中尿素含量高于其他方法(达34.8％)。这样，在整个流程中循环的物料量较少，因而动力消耗较低。但是较低的氨碳比又使得在高压部分物料对设备的腐蚀比其他方法产重。另外，因氨碳比低，氨量少，故缩二脲生成量略高于其他方法。