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1、尿素溶液的加工,教学目标,1、理解尿素溶液蒸发的基本原理和工艺条件的选择。2、了解尿素溶液加工的工艺流程。,尿液蒸发浓缩的必要性,尿素溶液经分解、闪蒸后，得到了质量分数为70%75%的尿素溶液，其中氨和二氧化碳含量总和少于1%，要得到固体尿素产品，必须将水分除去。根据结晶尿素产品和粒状尿素产品的要求，尿素蒸发浓度也不一样，一般结晶法只需将尿液蒸发浓缩至80%即可，而在造粒法尿素生产中必须将尿液蒸发浓缩至99%以上，熔融物方可造粒。,2、尿素溶液加工过程的副反应及防止,尿素生产过程中的副反应主要指尿素的水解和缩合反应，它们在尿素生产各工序中都有可能发生，但在尿素加工过程中尤为显著。在尿液蒸发时，
2、尿素浓度不断提高，而蒸发温度较高且压力较低；故尿素的水解与缩合反应明显加快。,尿素的水解反应,尿素的水解与温度、停留时间和尿素溶液的浓度等有关。在温度低于80时，尿素水解很慢，超过80，速率加快，在145以上，有剧增的趋势，在沸腾的尿素溶液中，水解更为剧烈。在一定温度和浓度下，停留时间延长，尿素水解率增加。尿素溶液的浓度对尿素水解也有影响，浓度越低，水解反应越快。尿素水解的结果将降低尿素的产率，增加消耗定额，因此必须防止。从上面的分析可知，要防止尿素水解，蒸发过程应在尽可能低的温度下进行，并在很短的时间内完成。,尿素的缩合反应,在尿素生产过程中，缩合反应以生成缩二脲为主。缩二脲的生成率与反应过
3、程的温度、尿素浓度、停留时间和氨分压有关。,在一定的尿素浓度下，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，缩二脲的生成量也增多，如图5-19。,尿素的缩合反应,随着停留时间的延长，缩二脲生成量增多，见图5-20。,当氨分压增加，即溶液中氨浓度增大，尿素的缩合反应会逆向进行，缩二脲的生成率就会降低。从以上可以看出，温度高、停留时间长、氨分压低是生成缩二脲的有利条件。,对蒸发过程的要求,在尿液蒸发过程中，溶液处于沸腾状态，温度高；而蒸发后尿液浓度提高，且由于二次蒸汽的不断排出，蒸发室内氨的分压很低，所以最适于缩二脲的生成。因此，蒸发过程应在尽可能低的温度和尽可能短的
4、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。,从图中可以看出，尿素溶液的沸点与其浓度和蒸发操作压力有关。如尿素质量分数为85%时，蒸发操作压力为0.1MPa，相对应的沸点为130；蒸发压力降至0.05 MPa时，相应沸点降为112。,蒸发压力降至0.05 MPa时，相应沸点降为112。由此可见，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。但压力的选择必须考虑尿素不致结晶为宜，否则将堵塞蒸发设备的加热管道，影响操作。,由图5-21可见，当蒸发操作压力大于0.0263MPa，沸点压力线位于结晶
5、线之上，不与结晶线相交，说明在这样的压力下蒸发尿素溶液时，不会有结晶析出。但在此压力下，一段蒸发将尿液从75%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。因此，必须将蒸发操作压力降至0.0263 MPa以下。当蒸发操作压力小于0.0263 MPa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。,尿液蒸发过程的设计,据以上分析，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。一段蒸发主要考虑蒸发出大部分水，同时防止结晶的析出，选择操作压力应稍大于0.0263 MPa，为了控制副反应的发生，温度不能太高，选为130，尿液的质量分数从75%
6、增至95%。,尿液蒸发过程的设计,二段蒸发主要是为了制得质量分数为99.7%的尿素熔融物，即要求蒸发掉几乎全部水分。此时，操作压力越低，越有利于水分的快速蒸发，常控制在0.0053 MPa以下；为了使尿素熔融物保持流动性，蒸发温度还应高于尿素的熔点132.7，故控制操作温度137140。尿素蒸发过程，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。,三、尿素溶液加工的工艺流程,尿液的闪蒸、过滤,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
7、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。,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130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
8、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。,尿素成型固化,造粒喷头10将熔融尿素喷洒成液滴，液滴靠重力下降与塔底进入的空气逆流相遇冷却至5060固化成粒。颗粒由刮料机12刮入皮带运输机13，送出塔外。,一段蒸发加热、分离,闪蒸槽和一段蒸发分离器出来的气体，进一段蒸发冷凝器16，用二段蒸发分离器来的冷却水冷却，未冷凝气去喷射泵17排空，冷凝液去收集槽。,一段蒸发加热、分离,二段蒸发分离器出来的气体经升压泵18，入二段蒸发冷凝器19，部分冷凝，未冷凝气去二段蒸发冷凝器喷射泵20，打入中间冷凝器21，用水冷却，未冷凝气体由中间冷凝器喷射泵22排空。二段蒸发冷凝器和中间冷凝器的冷凝液，去循环分解系统。,
