浅谈尿素合成塔结构及作用原理.doc
尿素造粒塔结构-概述说明以及解释
尿素造粒塔结构-概述说明以及解释1.引言1.1 概述在尿素生产过程中，尿素造粒塔是一个关键的设备，其设计和构造对生产效率和质量起着至关重要的作用。
本文旨在探讨尿素造粒塔结构设计的要点、材料选择和优化方案，以帮助读者更好地了解该设备并提高生产效率。
通过对尿素造粒塔结构的深入分析，希望为相关领域的工程师和研究人员提供有价值的参考和启发。
1.2 文章结构：本文主要分为引言、正文和结论三个部分。
在引言部分，会从概述、文章结构和目的三个方面介绍尿素造粒塔结构的相关内容，为读者提供一个整体的了解。
在正文部分，将重点讨论尿素造粒塔结构设计要点、材料选择和优化方案，通过具体的分析和讨论，深入探讨尿素造粒塔结构的关键问题。
最后在结论部分，将对整个文章进行总结，展望未来研究方向，并给出一些结束语，为读者留下深刻的印象。
整篇文章将以逻辑清晰，内容丰富的方式展现尿素造粒塔结构的实质和重要性。
1.3 目的尿素是一种重要的化肥，其生产过程中需要通过尿素造粒塔进行成品颗粒的制备。
本文旨在探讨尿素造粒塔结构的设计要点、材料选择以及优化方案，以提高生产效率、降低能耗和成本，从而增强企业的竞争力和可持续发展能力。
通过深入研究和分析尿素造粒塔结构相关问题，为实践生产提供技术支持和指导，促进尿素生产工艺的进步和创新，为行业发展做出贡献。
2.正文2.1 尿素造粒塔结构设计要点尿素造粒塔是化肥生产过程中的重要设备，其结构设计要点对于设备的性能和运行稳定性起着至关重要的作用。
以下是尿素造粒塔结构设计要点的几个关键方面：1. 结构强度：尿素造粒塔在生产过程中承受着较大的压力和震动，因此其结构必须具有足够的强度和稳定性。
设计时需要考虑材料的强度参数，结构的受力情况以及工作环境对结构的影响。
2. 散热性能：尿素造粒过程中会产生大量的热量，为了保证设备的正常运行，需要考虑其散热性能。
设计时应该充分考虑散热器的布置和材质选择，确保设备能够有效地散热。
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。
尿素汽提塔的结构特点
尿素汽提塔的结构特点尿素生产装置中的汽提塔是尿素生产工艺过程中主要的设备之一。
汽提塔实质上是一台降膜式换热器。
由尿素合成塔反应后出来的尿素、氨基甲酸胺混合液利用液位差进入汽提塔上部，并通过液体分布器均匀流入汽提管内，沿汽提管内壁从上到下呈膜状流动。
用作汽提介质的二氧化碳或氨由汽提塔底部进入汽提管向上流动，汽提管外侧用200N/cm2左右的中压饱和蒸汽加热。
在加热和汽提的联合作用下，使尿素、氨基甲酸铵分解成氨和二氧化碳，并随气体介质一起从液体分布器上部的升气管出去进入高压甲铵冷凝器。
底部出来的尿素溶液送入后系统进一步减压分解其中的氨基甲酸铵。
我国目前引进装置在用的汽提塔，根据工艺流程的不同，主要有二氧化碳汽提塔和氨汽提塔，分别用于二氧化碳和氨作汽提介质。
尽管汽提介质不同，但设备主要结构基本一致。
都是一台立式固定管板降膜式列管换热器。
汽提塔高压部分由管箱短节球形封头、入孔盖、液体分布器、汽提管、升气管、管板等部分组成。
低压部分由低压壳体、膨胀节、防爆板等组成。
不同之处是氨汽提工艺的汽提塔管箱内装有使气、液充分接触的鲍尔环填料层；其次是氨汽提工艺的汽提塔上下结构对称，可以倒头使用，二氧化碳工艺的汽提塔不能倒头使用。
由于生产中需要控制尿素溶液的液位，因此在汽提塔底部装有用钴60作为射线源的液位计测量控制装置。
同时为了减少热量损失和防止设备或管道内可能发生的局部结晶或局部冷凝而引起的腐蚀，整个设备及进出口管道须用保温棉保温，汽提塔的全部重量由焊接在膨胀节上方壳体上的支座承受。
主要部件的结构特点如下。
a.密封结构我国引进尿素生产装置中汽提塔的密封结构主要有：不锈钢齿形垫、纯钛透镜垫。
这种结构具有耐腐蚀、密封性能好，结构简单，制造方便，能重复使用等优点。
在引进的大型尿素生产装置中，包括汽提塔在内的几台高压设备密封结构，均采用螺栓拉伸器按要求预紧，在开车升温过程中，设备升温到120℃时再进行热紧。
螺栓拉伸器有液压和风动两种方式。
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）。
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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
尿素合成塔概述和结构形式分析
6.6.1概述尿素作为化学肥料，由于其含氮量高（含氮46%），施用后对土壤无副作用，深受农业工作者的欢迎。
尿素除用作化肥外，还广泛用于其他工业和经过深加工作为牙膏、医药、塑料的原料，并可直接掺和在牛羊等反刍动物的饲料中，促进动物长膘。
因此尿素工业自实现工业化后，发展很快，尿素的生产也一直成为工业化国家化肥生产水平的重要标志，我国自二十世纪六十年代开始生产尿素，目前也成为世界尿素生产的大国，生产能力居世界首位，但由于我国人口众多，粮食需求量也是世界首位，尿素总需求量仍然满足不了要求。
由于原料原因，我国的尿素成本比国外高、缺乏竞争力，老装置的改造和新建的尿素生产装置采用高效生产流程和新型设备是今后发展的方向。
尿素合成塔是尿素生产装置中的关键设备之一，它在尿素生产流程中占有重要的地位。
典型的尿素生产流程见图一。
可以说尿素工业的发展与尿素合成塔的设计制造技术的发展是紧密相连的。
根据尿素合成反应式：2NH3+CO2NH4COONH2NH2CONH2+H2O（氨基甲酸铵）（尿素）这些介质的混合物在一定温度和压力下，会生成氰酸和氰氧铵。
CO(NH2)2NH3+HCNO NH4CNO(氰酸) （氰氧铵）氰酸和氰氧铵是一种非氧化性有机酸。
氰氧离子（CNO-）对不锈钢的氧化膜强烈的破坏作用，使一般的不锈钢在尿素介质中失去了耐蚀能力。
据有关资料介绍，1Cr18Ni9Ti这种材料在尿素合成反应条件下，年腐蚀率为3mm，而更可怕的是产生选择性局部腐蚀，不等钢材全面腐蚀变薄就在某一局部甚至某一肉眼无法看到的一点腐蚀穿透导致设备泄漏而失效。
尿素介质对普通碳钢的年腐蚀率高达2000mm，所以在尿素生产装置中与尿素介质接触的设备是不允许采用碳钢的。
正由于尿素反应介质的强腐蚀性，虽然1870年就提出了氨基甲酸胺脱水法合成尿素的工艺，但一直到二十世纪五十多年以后才实现工业化。
当时曾先后采用过铝、银、铝青铜作尿素合成塔的内筒，代价昂贵，而使用寿命都不很长。
尿素合成的原理及工艺探讨
尿素合成的原理及工艺探讨摘要：本文主要是从尿素合成的基本原理出发，对氨合成尿素的反应进行分析，探讨了尿素合成的工艺条件选择，包括过剩氨、水分以及温度和压力，然后对尿素的加工过程进行分析，探讨其加工的相关工艺。
关键词：尿素氨合成一、尿素合成的基本原理用氨合成尿素的反应，通常认为是按以下两个步骤，在合成塔内连续进行：第一步：氨作用生成氨基甲酸铵2NH3+CO2=NH4COONH2+Q1。
第二步：氨基甲酸铵脱水生成尿素NH4COONH2=CO（NH2）2+H2O-Q2这两个反应都是可逆反应。
第一个反应是放热反应，在常温下实际上可以进行到底，150℃时，反应进行的很快、很完全，为瞬时反应，而第二个反应是吸热反应，进行的比较缓慢，且不完全，这就使其成为合成尿素的控制反应。
尿素的生产过程要求在液相中进行。
即氨基甲酸铵必须呈液态存在。
温度要高于熔点145～155℃，因此，决定了尿素的合成要在高温下进行。
二、尿素合成工艺条件的选择1.过剩氨过剩氨是比较氨与二氧化碳的比化学反应量所多的氨。
常以百分率表示，或氨比二氧化碳表示。
过剩氨可以使反应的平衡趋向生成尿素的一方，使产率提高。
过剩氨也可以合成速度加快，提高尿素产率，过剩氨的存在，可与系统中的水结合，从而降低了水的浓度。
抑制了副反应的发生过剩氨的增加过大。
二氧化碳转化率增加率也逐渐增加。
并且提高了合成塔内反应系的平衡压力：过剩氨的增加。
会破坏反应物的自然平衡。
为维持合成塔内顶定温度，就必须提高浓氨预热温度；过剩氨的增加。
会是反应混合物的比重下降。
所需反应釜的容积加大，处理未生成尿素的反应物的设备也更大。
动力消耗增加。
因此，在尿素水溶液全循环法中氨与二氧化碳比一般在3.5～4.1。
2. 水份从化学反应平衡考虑。
过量水的存在阻止合成反应向着生成尿素的方向移动。
促进氨基甲酸铵水解等付反应的进行。
造成CO2转化率的下降。
甚至引起合成与分解的操作条件恶性循环。
水的存在也使合成塔腐蚀加剧。
尿素合成塔衬里变形鼓包原因分析及对策
天脊中化高平化工有限公司尿素装置由2套 年 产 30 万 吨 二 氧 化 碳 汽 提 法 工 艺 的 装 置 组 成 ， 2006年6月投入运行。 2010年3月大修对尿素装置 高压设备进行了检测， 发现II系列尿素合成塔有3 层 塔 盘 发 生 严 重 变 形 ，3 层 衬 里 筒 节 发 生 严 重 变 形 鼓包。 针对此问题，对其产生的原因进行了分析探 讨，并提出了今后运行中需要防范的措施。
制过高。 在氨渗透过程中，如果操作不当，操作压 力过高或疏通检漏孔操作压力过高， 同样会在衬 里内外产生压差，当压差达到一定值时，衬里就会 发生变形鼓包。
4） 升温钝化时，尿素合成塔上下塔温差过大 或开车期间升温过快。 尿素合成塔采用碳钢圆筒 内衬不锈钢的结构，并分数段组焊而成，每段均设 有检漏系统。 由于衬板与筒体不可能贴合完全紧 密，不锈钢的线膨胀系数是碳钢的 1．5 倍，当装置 升温钝化或开车期间升温速率过大， 衬里层和筒 体升温不均衡， 使得衬里自由变形量大于筒体的 膨胀量。 由于衬里受筒体限制，在周向和轴向产生 附加的压应力，在内压作用下，器壁都受到周向和 轴向的拉应力，衬里将变形鼓包。 2．2 尿素合成塔衬里筒节类型的确定
尿素合成塔衬里筒节为圆筒 （圆柱圆筒），工 程上一般把外直径与内直径的比值称为薄壁圆筒 （（Do ／ Di）max≤1．1～1．2）。 对 于 给 定 直 径 D 和 厚 度 t 的圆筒， 有一特征长度作为区分长圆筒和短圆筒 的界限，此特征尺寸称为临界长度，以 Lcr 表示。 当 圆筒长度 L＞Lcr 时属于长圆筒； 当 L＜Lcr 时属于短 圆筒。 经计算得知，尿素合成塔衬里单筒节是薄壁 圆筒，为短圆筒。
2012年 4 月 第 35 卷第 2 期
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。