尿素知識(shí)問(wèn)答

1、1問(wèn)題解答1、請(qǐng)用二元系分析高壓甲銨冷凝器中的冷凝過(guò)程？答：從NH3——CO2二元系氣液平衡圖（見(jiàn)圖23）上看出，當(dāng)壓力13010Pa大氣壓NH3CO2在2.38，其共沸點(diǎn)溫度E點(diǎn)為164.2℃，在這個(gè)壓力下，這個(gè)組分的冷凝溫度最高，可以產(chǎn)生較高壓力的蒸汽，其曲線中間有一狹窄的液相區(qū)域如果這時(shí)在共沸點(diǎn)開(kāi)始冷凝，系統(tǒng)的組成點(diǎn)就進(jìn)入液相區(qū)亦即不出現(xiàn)氣相，全部冷凝，且冷凝溫度最高，在實(shí)際生產(chǎn)中，并非NH3——CO2二元系，因另外加有返回水呈三

2、元系，共沸點(diǎn)組分的沸點(diǎn)會(huì)升高，且NH3、CO2冷凝量加大，保持水量不變的三元系，可以視為另外的NH3——CO2二元系，在氣液平衡圖中，A點(diǎn)為汽提操作要求的世界投料點(diǎn)，相當(dāng)于NH3CO2為2.89，如果這時(shí)開(kāi)始降溫，當(dāng)溫度下降到A‘點(diǎn)是開(kāi)始出項(xiàng)冷凝，如果溫度繼續(xù)下降到A’‘，此時(shí)的溫度為tA’‘，液相組成點(diǎn)為XA’‘，氣相組成點(diǎn)為YA’‘，因不在共沸點(diǎn)，在這個(gè)條件下不可能全部冷凝成液體，始終存在著一定的液汽比，只有控制好這個(gè)液汽比，（液汽

3、比＝）一方面滿足了冷過(guò)程溫度越高越好，產(chǎn)生最高壓力蒸汽，另一方面也滿足了合成塔工藝條件要求，即保證有一部分氣體進(jìn)入合成塔繼續(xù)冷凝放出熱量供給生成尿素所需的熱量的自熱平衡。實(shí)際中有78％－80％冷凝成液體，冷凝后溫度在166.7℃。2、合成系統(tǒng)工藝條件如何確定？答：尿素合成工藝條件有溫度、壓力、NH3CO2、H2OCO2（1）首先根據(jù)合成系統(tǒng)采用的材料來(lái)確定最高反應(yīng)溫度，本流程采用316－L不銹鋼。這種材料使用溫度不超過(guò)190℃。操作上采

4、用183－185℃。（2）NH3CO2的確定：由于汽提過(guò)程要求合成塔出料組成在液相頂脊線上（原因下述）因而要求投料組成NH3CO2須在2.89處，該處也是具有最小平衡壓的投料組成。（3）壓力的確定，根據(jù)尿素合成過(guò)程的平衡壓力圖（圖24）從圖中的曲線看出，各個(gè)不同溫度下都有一個(gè)最小平衡壓力，183℃時(shí)最小平衡壓力為125105Pa，此時(shí)NH3為74%(分子比)，氨與二氧化碳分子比相當(dāng)與2.8即圖中A點(diǎn)處，由于進(jìn)系統(tǒng)物料的CO2氣中有4%空

5、氣連同原有的1%，因此操作壓力為（125100％）（1005％）＝136105Pa。（4）H2OCO2的確定，根據(jù)汽提過(guò)程出液可知，從汽提塔出來(lái)時(shí)液體中NH36.87%CO28.8%H2O26.4%NH3、CO2在循環(huán)系統(tǒng)分解后以水溶液形式返回，為使循環(huán)甲銨濃度不致水量太少，因?yàn)闈舛冗^(guò)高會(huì)形成結(jié)晶，同時(shí)也最大限度降低水量來(lái)回收NH3和CO2，以提高合成轉(zhuǎn)化率，這就是甲銨液熔點(diǎn)、沸點(diǎn)差別的原因。該甲銨液組成選NH3為31.1％，CO234

6、.3％，H2O34.4％，熔點(diǎn)（51－52℃），這部分水進(jìn)入合成系統(tǒng)使202－C的H2OCO2約為0.37。3、汽提部分工藝條件如何確定？（見(jiàn)圖25）（1）根據(jù)合成塔出料組分，確定進(jìn)入汽提塔內(nèi)溶液平均溫度183－185℃，由圖找出183℃下等溫度線與頂脊線交點(diǎn)L1其組成為NH328.5%CO216.5%UrH2O55%(Wt)。（2）過(guò)L1作反應(yīng)線與理論線平行（理論反應(yīng)線H2OCO2=2.0與UrH2O的連線）該線相交NH3CO2邊于N

7、H353％，CO247％，相當(dāng)于NH3CO22.89，即202－C的加料組成為2.9。（3）過(guò)L1作L1——CO2連線，并取汽提液與新鮮CO2氣之比（重量比）4:1(這個(gè)比值是反應(yīng)液重量與進(jìn)入汽提塔新鮮CO2重量之比值)得B點(diǎn)，B點(diǎn)為總組成點(diǎn)（反應(yīng)液＋CO2）。（4）汽提后B點(diǎn)分兩個(gè)組成，汽提汽在NH3CO2邊上，液相在理論反應(yīng)線上（因汽提后液相NH3CO22.0），而液相又在183℃等溫線上，所以汽提后液相在理論反應(yīng)線上183℃等溫線

8、交點(diǎn)處L2，組成為CO28.0%NH36%（實(shí)際上汽提后液體溫度接近于170℃，NH3CO2=2.0）（5）連L2——B延長(zhǎng)交邊NH3——CO2于G點(diǎn)，其組成為NH340%CO260%，即為汽提塔出汽。因?yàn)轫敿咕€組分是合成反應(yīng)壓力最低、溫度最高的組分。為什么汽提塔進(jìn)料一定要選在頂脊線上：如果選在頂脊線下方，則對(duì)合成反應(yīng)不利因NH3CO2太低，降低尿素合成轉(zhuǎn)化率；如果選在上方，則通CO2過(guò)反應(yīng)液進(jìn)行汽提時(shí)，將先有一個(gè)CO2溶解在液相的過(guò)程

9、，而不是被汽提出來(lái)，故只有在頂脊線上的組成最合乎工藝要求，即NH3CO2為2.89。3答：不銹鋼表面一般在常溫狀態(tài)下也能形成鈍化膜，但質(zhì)量較差，只有當(dāng)具備一下三個(gè)條件，所形成的鈍化膜質(zhì)量才較好。（1）、氣相中要有一定的氧分壓（這樣才能使液相中有溶解的氧存在）（2）、表面要保持濕潤(rùn)，這樣可以使氧溶解在其中；（3）、一定的溫度也有利于鈍化反應(yīng)并能形成較致密的氧化膜。一般溫度在100℃以上才能起到鈍化作用。11、在生產(chǎn)中應(yīng)從哪些方面防止設(shè)備腐

10、蝕？答：在生產(chǎn)中防止設(shè)備腐蝕主要從一下幾個(gè)方面：（1）防止超溫。尿素用材的耐腐蝕都有一定的溫度限制。一種材質(zhì)在正常生產(chǎn)中只有允許的年腐蝕率，但當(dāng)生產(chǎn)介質(zhì)溫度上升到某一溫度后腐蝕率將急劇增加，因此要防止超溫，如汽提塔出液TI02－7應(yīng)小于175℃；（2）腐蝕缺氧或斷氧。在正常生產(chǎn)中加有含氧空氣，目的是使其能在鈍化膜遭到某種程度破壞是及時(shí)起到修復(fù)作用。如果缺氧甚至斷氧，那就起不到修復(fù)作用，將是腐蝕加劇。（3)設(shè)備保溫。高壓設(shè)備管道的氣相部分

11、，（如封頭、吊耳）等保溫薄弱部位，由于保溫不好，會(huì)使NH3、CO2產(chǎn)生冷凝形成腐蝕介質(zhì)，而此時(shí)由于氧分壓并不高，不易溶解在冷凝介質(zhì)中，便產(chǎn)生了腐蝕，所以要加熱而碳?jí)慕鹣嘟M織，接觸含碳（如油）含氯根物料等，等溫降溫不當(dāng)?shù)取?2、為什么封塔時(shí)間不能太長(zhǎng)？答：封塔時(shí)間的長(zhǎng)短，主要取決于高壓系統(tǒng)設(shè)備的鈍化膜的腐蝕情況，封塔期間，液相中的氧含量由于氧的不斷消耗及逸出進(jìn)入氣相，而逐漸降低，尤其是在溫度高的情況下更是如此。目前操作法中封塔降低壓力的目

12、的，就是要降低塔內(nèi)溫度，從而使腐蝕速度降低。但由于腐蝕程度與封塔時(shí)間成正比，所以希望封塔時(shí)間越短越好。另外封塔時(shí)間長(zhǎng)，塔內(nèi)溫度不斷降低，溫度過(guò)低將會(huì)使開(kāi)車(chē)時(shí)尿素生產(chǎn)反應(yīng)進(jìn)行困難而無(wú)法開(kāi)車(chē)。所以當(dāng)塔內(nèi)溫度低于125℃，則必須排放，重新升溫鈍化在開(kāi)車(chē)。13、寫(xiě)出氨、二氧化碳的物理性質(zhì)、臨界溫度、壓力值？答：氨的臨界溫度：132.7℃；臨界壓力：112.5105Pa二氧化碳的臨界溫度31℃臨界壓力72.9105Pa二氧化碳在常溫常壓下為無(wú)色無(wú)

13、味氣體，比空氣重，大氣壓力下沸點(diǎn)為－78.5℃。氨在常溫常壓下為有刺激性氣體，大氣壓力下沸點(diǎn)為－33℃。14、你知道1噸4105Pa(絕壓)蒸汽和1噸38105Pa（絕壓）蒸汽在透平里各做了多少功？答：透平凝結(jié)器的真空度為600mmHg時(shí)，蒸汽的焓值為622千卡kg，快鍋38ATA蒸汽365℃，焓值為740千卡kg，4105Pa（絕壓）蒸汽焓值為657.8千卡kg。故每公斤快鍋蒸汽做功740－622＝118千卡＝0.1872千瓦小時(shí)。每

14、噸快鍋蒸汽做功137.2千瓦時(shí)，每公斤4105Pa（絕壓）蒸汽做功657.8－622＝35.8千卡＝0.0416千瓦時(shí)，每噸4105Pa（絕壓）蒸汽做功41.6千瓦時(shí)。所以1公斤快鍋蒸汽在透平內(nèi)做的功相當(dāng)于4ATA注入蒸汽的11835.8＝3.3倍。15、求理論上生產(chǎn)尿素時(shí)的最大濃度？（即沒(méi)有外加水入系統(tǒng)，而合成系統(tǒng)投料H2OCO2＝0）答：2NH3＋CO2＝CO（NH2）2＋H2O601860（6018）100％＝76.92％16、C

15、O2升溫鈍化與蒸汽加空氣升溫鈍化的優(yōu)缺點(diǎn)比較？（該問(wèn)題無(wú)意義）答：目前我車(chē)間有CO2和蒸汽加空氣兩種升溫鈍化方法。CO2升溫鈍化采用CO2為載熱體，因CO2焓值小，升溫緩慢和易控制，同時(shí)鈍化后即可投料開(kāi)車(chē)，與蒸汽加空氣升溫鈍化比較則時(shí)間短，由于時(shí)在較高的壓力下進(jìn)行鈍化，從理論上講鈍化膜要牢固些。然而正是由于CO2升溫鈍化是在較高的壓力下進(jìn)行的，因此過(guò)程噪音極大。另外由于載熱體為CO2氣，故只要CO2供應(yīng)及壓縮機(jī)運(yùn)行出現(xiàn)問(wèn)題，此項(xiàng)工作就必