化工工艺学2章 化肥.ppt

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1、化工工艺学第2章应用化学专业第2章目录2.1氮肥2.1.1尿素2.1.2硝酸铵4.2磷酸和磷肥4.3钾肥4.4复合肥尿素P53氮肥的品种主要有尿素、硝酸铵、硫酸铵、碳酸氢铵、氯化铵等，其中尿素是最主要的氮肥，农业需求大，产量大，工业规模大，生产技术先进。一、尿素的主要性质和用途1、物理性质分子式：尿素Urea，分子式为CO(NH2)2，分子量60.06。性状：纯尿素为白色、无臭的针状或棱柱状结晶体，工业产品因略带杂质而略带红色。熔点：132.7℃特性：尿素易溶于水和液氨。尿素有吸湿性，易潮解。2、化学性质①水解

2、反应尿素在水中会水解，生成氨和二氧化碳，但常温下很慢。②异构化尿素在常压下加热到接近熔点时开始异构化，形成氰酸铵，接着分解成氰酸和氨。③缩合反应尿素水溶液持续加热发生缩合反应，生成缩二脲。2NH2CONH2=NH2CONHCONH2+NH3降低压力、升高温度和延长加热时间都会加速缩二脲生成。但当有氨时，压力为10.1~20.2MPa缩二脲和氨可逆向生成尿素。这一点在尿素生产过程中很重要。④络合反应尿素在强酸溶液中呈弱碱性，能与酸作用生成盐。尿素与盐类与有机化合物作用可生成络合物。Ca(H2PO4)2•H2O+C

3、O(NH2)2=CO(NH2)2•H3PO4+CaHPO4+H2O3、尿素的用途P54①肥料用：尿素最重要的用途是作肥料，它是高效优质的氮肥，含氮量高达46%以上。尿素实际上是在土壤中转变成碳酸铵后水解及硝化被植物吸收的。②工业用：主要作为高聚物的合成材料。用于生产塑料、喷漆、粘合剂的原料；作为油墨颜料、炸药、纺织等的添加剂；还用于生产镇静剂、洁齿剂等。二、尿素生产的基本原理工业合成尿素的反应通常认为分两步：2NH3(l)+CO2(l)=NH4COONH2(l)+Q快NH4COONH2(l)=CO(NH2)2(

4、l)+H2O(l)-Q慢第一反应放热很多，H1=-86.93kJ/mol;第二反应吸热，H1=28.45kJ/mol。水解反应CO(NH2)2+H2O→NH4COONH2+H2O→(NH4)2CO3+H2O→CO2+NH3缩合反应2CO(NH2)2=NH2CONHCONH2+NH3反应体系为5组分多相平衡体系，除化学平衡外，还有气液平衡：NH3(g)=NH3(l)CO2(g)=CO2(l)H2O(g)=H2O(l)副反应主反应1、尿素合成的化学原理P54尿素生产是在高压下进行的，所以体系偏离理想溶液很远。几

5、个平衡计算的经验公式如下。①1986年苏联库切里亚维的CO2平衡转化率x计算公式：x=34.28a-1.77a2-29.30b+3.699ab+0.09129t-0.07482at-5.395×10-6t3+0.002293P-112.1(2.1.1)②上海化工研究院在氨碳比2.5~4.5,水碳比0.2~1.0，温度75~195℃条件得出的公式为：x=14.87a-1.322a2+20.7ab-1.83a2b+167.6b-1.217bt+5.908t-0.01375t2-591.1(2.1.2)式中a,b分别

6、为初始反应物中氨碳比、水碳比；t为反应温度，℃；P为体系绝对压力，0.1MPa。上式平衡转化率以百分数表示。图2.1Mavrovic平衡转化率算图工业上常用的x(CO2)简化算法——马洛维克算图练习：t=170℃a=4,b=0.3K=？,x=?(1)T（185~190℃）温度较低时平衡转化率随温度升高而增加，在195~200°C时达最大，温度再高，平衡转化率反而下降。尿素平衡转化率与温度的关系如图2.2。P56工业生产中，除考虑平衡转化率外，还要考虑设备耐腐蚀的温度限制，实际温度要选择低些，一般为180~200

7、℃.1701801902002102、水溶液全循环法尿素合成的工艺条件P56(2)氨碳比(4.0~4.5)CO2过量影响小，氨过量提高转化率明显。氨碳比的影响如图2.3.全循环法4.0~4.5，汽提法2.8~2.9。(3)水碳比(0.6~0.7)水碳比增加0.1,转化率下降约1％。全循环法0.6~0.7，汽提法0.3~0.4。(4)惰性气体含量合成氨来的CO2中含有少量H2和N2等惰性气体，惰性气体会导致CO2转化率降低。生产中要求CO2摩尔分数>98%,H2越少越好。图2.3(5)P(19.5~21.5MPa

8、)对液相反应压力影响很小。但由于体系存在气液平衡，操作压力不能小于平衡压力。平衡压力与温度的关系如图2.4。T↑平衡P↑平衡压力与组成的关系很复杂，实验得出的关系如图2.5。图2.4图2.5最低平衡压力下的氨碳比经验式：amin=0.01519t+0.005626tb-0.7287b-1.78×10-3(2.1.3)全循环法，合成塔顶液相平衡压力约16.5MPa，实际操作压力选19.5