文档介绍：化工工艺学第2章
化工工艺专业
第2章目录
氮肥
尿素
硝酸铵
磷酸和磷肥
钾肥
复合肥
氮肥
尿素是最主要的化学肥料,农业需求大,产量大,工业规模大,生产技术先进。
尿素的主要性质和用途
尿素Urea,分子式为CO(NH2)2,。
尿素易溶于水和液氨。尿素有吸湿性,易潮解。
尿素在强酸溶液中呈弱碱性,能与酸作用生成盐。尿素与盐类作用可生成络合物。
Ca(H2PO4)2•H2O+CO(NH2)2= CO(NH2)2•H3PO4+CaHPO4+H2O
尿素
尿素在水中会水解,生成氨和二氧化碳,但常温下很慢。
尿素水溶液持续加热可生成缩二脲
2NH2CONH2 = NH2CONHCONH2 + NH3
降低压力、升高温度和延长加热时间都会加剧上述反应。但当有氨时,~。这一点在尿素生产过程中很重要。
尿素最重要的用途是作肥料,含氮量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。
尿素生产基本原理
1. 尿素合成反应的化学平衡
工业合成尿素的反应通常认为分两步
2NH3(aq)+CO2(aq)=NH4COONH2(aq) 快
NH4COONH2(aq)=CO(NH2)2(aq)+H2O 慢
第一反应放热很多,H1=-; 第二反应吸热, H1= 。
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(aq)
CO2(g)=CO2(aq)
H2O(g)=H2O(aq)
尿素生产是在高压下进行的,所以体系偏离理想溶液很远。几个平衡计算的经验公式如下。
二氧化碳平衡转化率
x=--++--×10-6t3+- ()
式中a,b分别为初始反应物中氨碳、水碳摩尔比; t 为反应温度,°C;P为体系绝对压力,。
~,~,温度75~195°C条件得出的公式为
x=-+-+-+-- ()
注意上式平衡转化率以百分数表示。
上述公式间相互有误差,一个重要原因是忽略了惰性气体影响。一个较好模型为:
氨基甲酸铵液相浓度
K2,K4和虚拟纯氨饱和蒸汽压可从图4-1查到。
模型虽比经验公式大有改进,但未计算活度系数,所以某些点仍有较大偏差。
用上述公式计算时先计算在气相中的量,再计算液相中实际氨碳比和水碳比,然后代入转化率公式求解。
K2
K4
1000/T
logK
1000/T
logpNH3*
尿素合成总反应.
2NH3(l) + CO2(l) = CO(NH2)2(l) +H2O(l)
化学平衡常数的经验关系为:
(-4)
或(-6)
K取决于K3和甲铵离解常数K1。温度190~200 °C时,K3随T升高而增大,转化率增加。但温度很高,K1为主,温度升高使甲铵浓度下降,所以总平衡常数有一个最大值,此时的平衡转化率最高。
图 Mavrovic 平衡转化率算图