化工生产技术课件06第六章课件.ppt

第六章 化学肥料 第一节 概 述 化学肥料，从狭义来说是指用化工方法生产的肥料；从广义来说是指工业生产的一切无机肥及缓效肥。 用化工方法生产的化学肥料可分只含氮、磷、钾3要素中1中元素的单一肥料和含有两种或两种以上营养的多效肥料。多效肥料又可分为几种养分物理性混合在一起的混合肥料和几种养分以化合物形态结合在一起的复合肥料。 表6-1 化学肥料的品种 第二节 氮肥生产技术 一、尿素的生产 （一）尿素的性质 尿素，化学名称为碳酰二胺，分子式CO(NH2)2，相对分子量60.06。纯尿素为白色、无臭的针状或棱柱状结晶体。工业产品中由于含有杂质略带黄色。 (二)尿素生产的基本原理 1．尿素合成的反应机理 由氨和二氧化碳合成尿素的总反应式为: 这是一个可逆的放热反应,因受化学平衡的限制, NH3和CO2反应只能部分转化为尿素。 在工业生产条件下，氨和二氧化碳合成尿素的反应，一般认为是在液相中分为两步进行的。 第一步为液氨和二氧化碳反应生成液体氨基甲酸铵，称为甲铵生成反应: 第二步为甲铵脱水生成尿素，称为甲铵脱水反应: 2．尿素合成速度控制因素 尿素合成过程是一个复杂的气液两相过程，在液相中进行化学反应。体系中既有传质过程，也有化学反应。 传质过程包括：气相中的氨与二氧化碳转入液相和水由液相转入气相。 液相中的化学反应包括：氨与二氧化碳反应生成甲铵及甲铵转化为尿素和水。 传质过程和化学反应的同时存在，使尿素合成过程的总速度受到传质速率和化学反应速率两方面的影响。 影响尿素合成过程的关键因素有两个：①氨和二氧化碳由气相传递到液相的速率。②液相中甲铵脱水的速率。 (三)尿素合成工艺条件的选择 1．反应温度的选择因此，提高温度有利于尿素的生成，但温度又不能过高。 2.操作压力的选择 尿素合成总反应是一个体积缩小的反应，因此提高压力对甲铵的生成和甲铵的脱水均有利，二氧化碳转化率随压力增加而增大。 压力过高，则压缩原料的动力消耗增大，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，以保证甲铵不分解，过量氨不气化，并有利于气体的溶解与冷凝，减小气相体积，增大液相量和密度，有利于甲铵脱水和提高合成塔的生产能力。 3．氨碳比及其影响 “氨碳比a”是指反应物料中NH3/CO2的摩尔比，“氨过量率”是指反应物料中的氨量超过化学反应式理论计量的摩尔百分数。当原料中氨碳比a=2时，则氨过量率为0%；当a=4.0时，则氨过量率为100%。 NH3 过量能提高尿素的转化率，而CO2过量时却对尿素转化率没有影响，根据质量作用定律，氨碳比越高，二氧化碳转化率越高。从反应速度来看，提高氨碳比防止甲铵分解和尿素的水解，抑制了副反应的进行，从而加快了甲铵的脱水速度。缩短了反应时间。 高氨碳比还可以控制合成塔内的自热平衡，从而简化合成设备结构和维持最适宜的反应温度。提高氨碳比还可以减轻溶液对设备的腐蚀，防止缩合反应的进行，对提高尿素的产量和质量都是有利的。 过高的氨碳比势必导致氨的转化率降低，造成大量的氨在系统中循环，增加回收过程设备的负荷，同时压缩氨的动力消耗增大，蒸氨和回收过剩氨所需的蒸汽和冷却水的消耗量也增大，故氨碳比要适当。 水溶液全循环法氨碳比一般选择在3.5～4.5之间，全循环二氧化碳气提法按相平衡来决定氨碳比，一般为2.8～2.9之间。 4．水碳比及其影响 “水碳比b”是指合成塔进料中H2O/CO2的摩尔比。 从平衡移动原理可知，水量增加，不利于尿素生成。水碳比增加，返回合成塔的水量也增加，这将使尿素平衡转化率下降 (参见表6—3)并造成恶性循环。 从总体上，通过提高水碳比b来加快反应速度利少弊多。 控制水碳比降低到最低限度，以提高转化率。 水碳比b一般在0.3～0.4范围。 工业上为了减小合成塔容积，保证较大的生产能力，同时又要维持较高的转化率，在不同温度、压力和物料比的情况下，选择合适的反应时间，一般物料在塔内的停留时间不超过1h。 （四）尿素合成工艺流程 1. 水溶液全循环法流程 2.气提法流程 气提法是通过气提剂的作用，在与合成等压的较高分解压力下，可使合成反应液中未转化的甲铵和过剩氨具有较高的分解率的一种尿素生产方法。 二、硝酸铵的生产 (一)硝酸铵的性质与用途 硝酸铵，简称硝铵，分子式NH4NO3，分子量80.04，为白色结晶，纯硝铵含氮量为35%，仅次于尿素的含氮量，是一种重要的氮肥。 健康危害： 对呼吸道、眼及皮肤有刺激性。接触后可引起恶心、呕吐、头痛、虚弱、无力和虚脱等。大量接触可引起高铁血红蛋白血症，影响血液的携氧能力，出现紫绀、头痛、头晕、虚脱，甚至死亡。口服引起剧烈腹痛、呕吐、血便、休克、全身抽搐、昏迷，甚至死亡。??环境危害：??燃爆危险