尿素合成的基本原理
尿素工作原理
尿素工作原理
尿素是一种无色、结晶性固体，化学式为（NH2）2CO，是一种重要的有机化
合物，在化肥、医药、化工等领域有着广泛的应用。
尿素的工作原理主要与其化学性质和反应特性有关。
首先，尿素作为一种高效的氮肥，其工作原理主要是通过提供植物生长所需的
氮元素。
植物生长过程中，氮元素是其生长发育所必需的营养元素之一，而尿素中含有高达46%的氮元素，因此可以作为一种优质的氮肥使用。
当尿素施用到土壤
中后，会在土壤中迅速分解成铵态氮和硝态氮，这些氮元素可以被植物根系吸收利用，促进植物的生长发育，提高作物产量。
其次，尿素的工作原理还涉及到其在化工生产中的重要作用。
尿素是一种重要
的化工原料，可以用于合成尿素树脂、尿素甲醛树脂、尿素甲醛泡沫塑料等产品。
在工业生产中，尿素主要是通过尿素合成法来制备的，其工作原理是将氨和二氧化碳在高温高压下进行反应，生成尿素。
这种合成方法具有高效、环保的特点，使得尿素成为了重要的化工原料之一。
此外，尿素还可以通过与其他化合物发生反应，制备出多种有机化合物。
例如，尿素与甲醇反应可以生成甲醇胺，与乙醇反应可以生成乙醇胺，这些有机化合物在医药、染料、树脂等领域有着广泛的应用。
因此，尿素的工作原理还包括其在有机合成中的重要作用。
总的来说，尿素的工作原理主要包括其作为氮肥提供氮元素、作为化工原料进
行合成、以及与其他化合物发生反应制备有机化合物等方面。
尿素的广泛应用离不开其独特的化学性质和反应特性，这些特性使得尿素在农业、工业、医药等领域发挥着重要的作用。
希望通过对尿素工作原理的深入了解，可以更好地利用和应用这一重要的化合物。
简述尿素合成反应原理(一)
简述尿素合成反应原理(一)简述尿素合成反应引言尿素是一种重要的有机化合物，广泛应用于化工、农业等领域。
它的合成方法有多种，其中最著名的一种是Wöhler合成法。
本文将从原理、反应条件、反应机制等方面介绍尿素合成反应。
原理尿素的合成反应原理主要基于氨和二氧化碳的反应。
一般采用氨与二氧化碳在高温高压条件下催化反应，生成尿素。
该反应的化学方程式可表示为：2NH3 + CO2 -> NH2CONH2 + H2O反应条件尿素合成反应需要一定的反应条件才能高效进行。
以下是该反应的基本条件：•温度：通常在°C下进行。
•压力：通常在 atmospheres 压力下进行。
•催化剂：一般采用铜或铁催化剂。
反应机制尿素合成反应的机制较为复杂，涉及多步反应。
以下是该反应的基本步骤：1.吸附：氨和CO2分别在催化剂表面吸附。
2.氨分解：吸附的氨分解为氮和氢。
3.氨合成：吸附的氮与氢再次结合生成氨。
4.CO2分解：吸附的二氧化碳分解为一氧化碳和氧。
5.氨与一氧化碳反应：氨与一氧化碳发生反应生成尿素。
反应优化尿素合成反应的优化主要在于改善反应速率和选择性。
以下是一些常见的优化方法：•催化剂选择：不同的催化剂对反应速率和选择性有不同的影响，通过选择适合的催化剂可以提高反应效率。
•温度和压力控制：合适的温度和压力条件可以促进反应进行。
•反应物浓度：控制反应物的精确浓度可以提高反应的选择性。
应用尿素的广泛应用使得尿素合成反应成为一项重要的工业化学反应。
它不仅用于肥料生产，还应用于医药、染料、塑料等领域。
结论尿素合成反应是一种重要的有机化学反应。
在理解其原理、反应条件和反应机制的基础上，进行反应优化可以提高合成效率和产品选择性。
随着对尿素应用领域的不断拓展，该合成反应的研究和发展也将得到进一步的推动。
参考资料：•Vogel’s Textbook of Practical Organic Chemistry, 5th edition, A.I. Vogel, et al.•Organic Chemistry, T.W. Graham Solomons, et al.实验条件为了实现尿素的高效合成，需要控制一定的实验条件。
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)-27.5kJ/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67.5％。
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。
尿素生产原理、工艺流程及工艺指标
尿素生产原理、工艺流程及工艺指标1.生产原理尿素是通过液氨和气体二氧化碳的合成来完成的，在合成塔D201中，氨和二氧化碳反应生成氨基甲酸铵，氨基甲酸铵脱水生成尿素和水，这个过程分两步进行。
第一步:2NH3，CO2 NH2COONH4，Q第二步:NH4COONH2 CO(NH2)2，H2O,Q第一步是放热的快速反应，第二步是微吸热反应，反应速度较慢，它是合成尿素过程中的控制反应。
1、2工艺流程:尿素装置工艺主要包括:CO2压缩和脱氢、液氨升压、合成和气提、循环、蒸发、解吸和水解以及大颗粒造粒等工序。
1、2、1 二氧化碳压缩和脱氢从合成氨装置来的CO2气体，经过CO2液滴分离器与来自空压站的工艺空气混合(空气量为二氧化碳体积4%)，进入二氧化碳压缩机。
二氧化碳出压缩机三段进脱硫、脱氢反应器，脱氢反应器内装铂系催化剂，操作温度:入口?150?，出口?200?。
脱氢的目的是防止高压洗涤器可燃气体积聚发生爆炸。
在脱氢反应器中H2被氧化为H2O，脱氢后二氧化碳含氢及其它可燃气体小于50ppm，经脱硫、脱氢后，进入压缩机四段、五段压缩，最终压缩到14.7MPa(绝)进入汽提塔。
二氧化碳压缩机设有中间冷凝器和分离器，二氧化碳压缩机压缩气体设有三个回路，以适应尿素生产负荷的变化，多余的二氧化碳由放空管放空。
2 液氨升压 1、2、液氨来自合成氨装置氨库，压力为2.3 MPa(绝),温度为20?,进入液氨过滤器,经过滤后进入高压氨泵的入口,液氨流量在一定的范围内可以自调,并设有副线以备开停车及倒泵用.主管上装有流量计.液氨经高压氨泵加压到18.34 MPa(绝)，高压液氨泵是电动往复式柱塞泵，并带变频调速器，可在20—110%的范围内变化，在总控室有流量记录，从这个记录来判断进入系统的氨量，以维持正常生产时的原料N/C(摩尔比)为2.05:1。
高压液氨送到高压喷射器，作为喷射物料，将高压洗涤器来的甲铵带入高压冷凝器，高压液氨泵前后管线均设有安全阀，以保证装置设备安全。
合成氨生产尿素原理
尿素合成氨生产原理一、生产原理尿素分子式(NH2)2C0,是由液氨和二氧化碳,在尿素合成塔反应生成铵基甲酸铵(甲铵),其中一部分脱水生成尿素,其反应式为:2NH3十C02=NH2COON4NH2C00NH4 = NH2CONH2十H20根据此反应机理,采用不同的压力、温度、氨碳比,形成各种生产工艺。
二、二氧化碳汽提工艺二氧化碳汽提工艺特点是合成压力低,氨碳比低,反应率高而不设中压回收系统,流程短。
缺点是由于氨碳比低,反应物料为酸性介质腐蚀性较强,为防腐蚀在二氧化碳气中添加氧较多达到0.55%~0.7%,如操作不当在合成塔顶排气中会产生过量氧与氢的爆炸性气体,故在高压洗涤器设有防爆板。
在改进型二氧化碳汽提工艺中,为防止合成塔排气形成爆炸性气体,而采取了将二氧化碳气中氢脱除的方法即二氧化碳压缩机出口气体先经过气体加热器将气体加热,进入脱氢反应器(装有把催化剂),然后再将气体冷却,这样增加了三个高压设备,增加了投资。
在70年代一些二氧化碳气提尿素老厂进行技术改造,采用加双氧水技术进行防腐蚀,减少了向二氧化碳气中加氧气量,使其达不到氧氢混合爆炸范围,该项技术己得到推广应用。
现将典型的二氧化碳汽提尿素的生产流程介绍如下:1.原料液氨和气体二氧化碳的压缩由界外供给的液氨,用高压氨泵将压力提高到16.0兆帕,经氨加热器进一步加热到70℃,送入高压喷射器,将高压洗涤器出来的甲铵液增压,一并送人高压冷凝器的顶部。
由界外送来二氧化碳气体,经二氧化碳压缩机压缩至13.79兆帕进入其汽提塔底部。
2.合成和汽提在高压甲铵冷凝器上部送人新鲜的液氨,含有氨和二氧化碳的气提气以及循环返回系统的甲铵液也在14兆帕下送入,出口温度为168~170℃,氨/二氧化碳为2.8~2.9。
换热器用压力0.4兆帕温度143℃的沸水冷却,物料中的气体被冷凝,并反应生成甲铵,放出冷凝热和生成热,产生0.4兆帕的蒸汽,用于后续工序。
在高压冷凝器中,使氨与二氧化碳全部生成甲铵,大约有78%的氨和70%二氧化碳冷凝成液体,生成的甲铵液与末冷凝的气体从底部各自的管离开高压甲铵冷凝器,进入合成塔底部。
光气与氨作用合成尿素的化学方程式
光气与氨作用合成尿素的化学方程式在化学领域，光气与氨的反应合成尿素是一项重要的化学反应，其化学方程式可以用来描述这一过程。
本文将深入探讨光气和氨反应合成尿素的化学原理，并从多个角度展开讨论。
一、光气与氨作用合成尿素的化学方程式光气与氨反应合成尿素的化学方程式为：CO(NH2)22NH3 + COCl2 → CO(NH2)2 + 2NH4Cl公式中，NH3代表氨，COCl2代表光气，CO(NH2)2代表尿素，NH4Cl代表氯化铵。
这个化学方程式描述了光气和氨在适当条件下进行反应合成尿素的过程。
二、深入解析光气与氨反应合成尿素的化学原理为了更深入地了解光气与氨反应合成尿素的化学原理，我们需要从反应条件、反应机理以及反应的应用等方面展开讨论。
1. 反应条件光气与氨反应合成尿素需要在适当的温度和压力下进行。
一般情况下，反应温度为150-180摄氏度，反应压力为14-20大气压。
还需要使用催化剂来促进反应的进行。
2. 反应机理光气与氨反应合成尿素的机理涉及到碳酸二氯的加成反应和消除反应。
在适当的条件下，光气和氨会发生加成反应生成氨基氯甲酸酰氯，然后再发生消除反应生成尿素。
整个反应过程需要受热和压力的条件来进行，同时催化剂的作用也是至关重要的。
3. 反应的应用光气与氨反应合成尿素是世界上最重要的工业化学反应之一。
尿素作为一种重要的化工原料，在农业、医药、化肥等领域有着广泛的应用。
光气与氨反应合成尿素的化学原理不仅为工业生产提供了重要依据，同时也为相关研究提供了理论支持。
三、对光气与氨反应合成尿素的个人观点和理解光气与氨反应合成尿素是一项重要的化学反应，在现代工业生产和科学研究中具有极其重要的意义。
通过对该反应的深入研究，可以不仅可以更好地理解化学原理，同时也可以推动其在实际应用中更加广泛的发展。
总结回顾通过本文的全面讨论，我们对光气与氨反应合成尿素的化学方程式及原理有了更深入的了解。
从反应条件、机理到应用，都展现了这一化学反应的重要性和广泛性。
尿素生产方法原理尿素的合成
相图旳分类
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
按性质构成划分
蒸气压 构成图
沸点 构成图 熔点 构成图 温度 溶解度图 ……
• 相图旳应用：
1.工业生产中就是利用盐类溶解度旳变化 规律，经过对其相图旳分析来分离纯盐；制 备盐类旳水合盐；由单盐合成多种复盐，或 将复盐分解为单盐。
2.指导生产流程旳安排，怎样选择生产工 艺，制备合格产品应该蒸发多少水量或者添 加多少水量
1. 相律
(1) 相（phase） 体系内部物理和化学性质完 全均匀旳部分称为相。相与相之间在指定条件下 有明显旳界面，在界面上宏观性质旳变化是奔腾 式旳。体系中相旳总数称为相数，用 表达。
气体 不论有多少种气体混合，只有一种气相。 液体 按其互溶程度能够构成一相、两相或三 相共存。 固体 一般有一种固体便有一种相。两种固体粉 末不论混合得多么均匀，仍是两个相（固体溶液 除外，它是单相）。
9
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、尿素合成旳副反应：
尿素旳水解： NH2CONH2 + H2O = NH3 + CO2
已生成旳尿素： 60℃下列基本不水解 100 ℃以上才明显 140 ℃以上水解速度剧增 所以：应力求降低尿液在高温下旳停留时间 另外，氨含量高旳尿素溶液水解速度慢
P / MPa
A C
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。
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1. 氨基甲酸铵的离解压力 ? 是指在一定温度条件下，固体或液体氨基甲酸铵表面上氨与二氧化碳气相混合物 的平衡压力。 ? 生产中为防止生成的氨基甲酸铵分解为氨与二氧化碳，所选择的生产操作压力必 须高于其相应温度下平衡压力，以保证第二步反应的顺利进行。
? 氨基甲酸铵的离解压力仅与温度有关。
? 氨基甲酸铵的离解压力很难准确测定。因氨基甲酸铵在受热一旦熔化时，便有部 分氨基甲酸铵转化成尿素和水，所生成的尿素和水分直接影响氨基甲酸铵的熔点， 影响测定的准确性。
3. 氨基甲酸铵的溶解性 （1）氨基甲酸铵易溶于水
由图3-3可以看出，氨基甲酸铵同 其他铵盐一样易溶于水，在水中的溶 解度随温度的升高而增大；当氨基甲 酸铵溶液达到一定浓度后，降低温度 至60℃以下时，氨基甲酸铵就有可能 转变为其他铵的碳酸盐。
（2）氨基甲酸铵在液氨中的溶解情况
氨基甲酸铵在液氨中的溶解情况如 图3-4所示。
NH2COONH4(l) ? NH2CONH2 (l) ? H2O(l) ? 15.5kJ.mol?1
控制反应
氨基甲酸铵的脱水是一个微吸热的可逆反应。氨基甲酸铵脱水 生成尿素的反应速率比较缓慢，要用较长的时间才能达到平衡。根据化学平衡理 论可知，即使达到化学平衡也不能使氨基甲酸铵全部脱水转化为尿素，总反应速 率的快慢取决于氨基甲酸铵脱水的速率，因此该反应是合成尿素过程申的控制反 应或称之为控制步骤。氨基甲酸铵脱水生成尿素的反应必须在液相中进行，即氨 基甲酸铵要呈熔融状态（或液体），这是尿素合成反应的首要条件。
另外，尿素的存在会使氨基甲酸铵在液氨 中的溶解度增大，具有增加氨基甲酸铵溶解度 的作用。例如，当温度为40℃时，氨基甲酸铵 在液氨中的溶解度小于1%;当溶液中含有35% 尿素时，氨基甲酸铵的溶解度将增加到30%。
第一节 尿素合成的基本原理
一、尿素合成的基本原理
目前，工业合成尿素的方法都是液NH3和CO2反应 合成的，属Байду номын сангаас有气相存在的液相反应，如下图所示。
反应被认为分两步进行：
2NH3 (l) ? CO2 ? NH2COONH4 (l) ? 119.2kJ.mol?1
氨基甲酸铵的生成（液体）是一个体积缩小的、可逆 的、反应速率较快的强放热反应，在较短的时间内就可达 到化学平衡，并且达到平衡后二氧化碳转化为氨基甲酸铵 的百分数很高。
实验测得，固体氨基甲酸 铵在不同温度下的离解压力数值 如图3-1所示。可以看出，当温 度为59℃时，氨基甲酸铵的离 解压力为0.lMPa，说明在常压 下氨基甲酸铵温度高于59℃条 件下是极易分解的。
2. 氨基甲酸铵的熔化温度（尚无定值） （1）固体氨基甲酸铵在加热过程中受到加热速度和
氨基甲酸铵脱水反应的影响
当温度低于118.5℃时，氨基甲酸铵 几乎不溶于液氨中，温度在118.5℃时其 溶解度发生了较大变化，氨基甲酸铵与液 氨形成了两种共轭溶液：一种以液氨为主 体，其中溶有3%氨基甲酸铵的A溶液；另 一种是以氨基甲酸铵为主体，溶有26%液 氨的B溶液。当温度高于118.5℃时，氨基 甲酸铵在液氨中溶解度迅速增大。
第三章 尿素的合成
合成尿素的主要原料
合成尿素的主要原料是液氨和气体二氧化碳。
氨（NH3）在常温常压下为无色、具有特殊刺激气味的气体 ，易溶于水并呈碱性。在低温高压下易液化，当温度低 于-77.7℃以下时，氨可以成为具有臭味的无色结晶体。
二氧化碳（CO2）常温常压条件下是一种具有窒息性的无 色气体，在一定条件下可以液化，在强烈冷却时可以变 为固体（俗称干冰）。
随着加热的进行、温度升高将伴随氨基甲酸铵脱水反应，脱水生成的尿 素和水降低了氨基甲酸铵的熔化温度，直接影响测定结果的准确性。一般认 为纯氨基甲酸铵的熔化温度在152～155℃范围内，在工程设计和研究时一般 选用154℃作为氨基甲酸铵的熔化温度。
当氨基甲酸铵中含有尿素和水分时熔 点会下降，如图3-2所示。当氨基甲酸铵 中含有10%的尿素时，氨基甲酸铵的熔化 温度降低到148℃，尿素含量增加至20% 时，氨基甲酸铵的熔化温度降低到138 0C，在98℃时出现最低共熔点，所对应 的组成为51%的氨基甲酸铵和49%的尿 素。
（2）水对氨基甲酸铵熔化 温度的影响
从图3-2中曲线变化趋势可以看 出，水的存在对氨基甲酸铵熔化温度 有较大影响，当氨基甲酸铵溶液中含 水10%时，熔化温度降到142℃，含 水20%时，熔化温度降到120℃。
如图3-3所示，图中曲线以上区域为 液相区，曲线下方为固液两相共存区，固 相的组成随温度、氨基甲酸铵及水的组成 不同而不同，在曲线上出现最低共熔点A 及两个转熔点B和C。在-13～5℃范围 内，曲线AB表示碳酸铵的饱和曲线，当 温度高于5℃时，曲线BC表示(NH4)2 CO3 · 2NH4 HCO3复盐的饱和曲线，曲线 CD为氨基甲酸铵的饱和曲线，只有当温 度高于60℃时，才完全可能是氨基甲酸铵 与水组成的体系。
上述两个反应中，第一个反应为快速放热反应，反应程度 很大，生成溶解态的氨基甲酸铵(简写AC，甲铵)；第二个脱 水生成尿素(Urea，简写Ur)的反应为慢速吸热反应，且为显 著可逆反应。
2NH3(l)+CO2(g) ≒CO(NH2)2(l)+H2O(l)
可逆、放热、体积减 小的反应
二、氨基甲酸铵的性质
纯净的氨基甲酸铵是带有浓烈氨味、无色透明的结晶体，而且 很不稳定。
在常压下不到60℃的温度就可完全分解为气体氨 和二氧化碳。
NH4COONH2 = NH3↑ + CO2↑ 尿素合成反应的第一步要求生成液态氨基甲酸 铵，因此要了解尿素合成，首先必须了解氨基甲酸铵 的主要性质以及生成液态氨基甲酸铵所必须具备的条 件。