化工工艺学第2章第2章目录尿素P532、化学性质①水解反应尿素在水中会水解，生成氨和二氧化碳，但常温下很慢。②异构化尿素在常压下加热到接近熔点时开始异构化，形成氰酸铵，接着分解成氰酸和氨。③缩合反应尿素水溶液持续加热发生缩合反应，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速缩二脲生成。但当有氨时，压力为10.1~20.2MPa缩二脲和氨可逆向生成尿素。这一点在尿素生产过程中很重要。④络合反应尿素在强酸溶液中呈弱碱性，能与酸作用生成盐。尿素与盐类与有机化合物作用可生成络合物。Ca(H2PO4)2•H2O+CO(NH2)2=CO(NH2)2•H3PO4+CaHPO4+H2O3、尿素的用途P54①肥料用：尿素最重要的用途是作肥料，它是高效优质的氮肥，含氮量高达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。②工业用：主要作为高聚物的合成材料。用于生产塑料、喷漆、粘合剂的原料；作为油墨颜料、炸药、纺织等的添加剂；还用于生产镇静剂、洁齿剂等。二、尿素生产的基本原理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。①1986年苏联库切里亚维的CO2平衡转化率x计算公式：x=34.28a-1.77a2-29.30b+3.699ab+0.09129t-0.07482at-5.395×10-6t3+0.002293P-112.1(2.1.1)②上海化工研究院在氨碳比2.5~4.5,水碳比0.2~1.0，温度75~195℃条件得出的公式为：x=14.87a-1.322a2+20.7ab-1.83a2b+167.6b-1.217bt+5.908t-0.01375t2-591.1(2.1.2)式中a,b分别为初始反应物中氨碳比、水碳比；t为反应温度，℃；P为体系绝对压力，0.1MPa。上式平衡转化率以百分数表示。(1)T（185~190℃）温度较低时平衡转化率随温度升高而增加，在195~200°C时达最大，温度再高，平衡转化率反而下降。尿素平衡转化率与温度的关系如图2.2。P56工业生产中，除考虑平衡转化率外，还要考虑设备耐腐蚀的温度限制，实际温度要选择低些，一般为180~200℃.(2)氨碳比(4.0~4.5)CO2过量影响小，氨过量提高转化率明显。氨碳比的影响如图2.3.全循环法4.0~4.5，汽提法2.8~2.9。(3)水碳比(0.6~0.7)水碳比增加0.1,转化率下降约1％。全循环法0.6~0.7，汽提法0.3~0.4。(4)惰性气体含量合成氨来的CO2中含有少量H2和N2等惰性气体，惰性气体会导致CO2转化率降低。生产中要求CO2摩尔分数>98%,H2越少越好。(5)P(19.5~21.5MPa)对液相反应压力影响很小。但由于体系存在气液平衡，操作压力不能小于平衡压力。平衡压力与温度的关系如图2.4。T↑平衡P↑平衡压力与组成的关系很复杂，实验得出的关系如图2.5。最低平衡压力下的氨碳比经验式：amin=0.01519t+0.005626tb-0.7287b-1.78×10-3(2.1.3)全循环法，合成塔顶液相平衡压力约16.5MPa，实际操作压力选19.5MPa左右；汽提法，合成塔顶液相平衡压力约12MPa，实际操作压力选13.5-14.5MPa。相平衡计算很复杂,综合诸因素有下列经验公式：P=54.75a-10.1ab-90.25b-0.1502at+2.059×104b/t-3.581t+2.099×10-2t2(2.1.4)式中P为表压，0.1MPa；温度175~195°C，水碳比0.2~1.0，氨碳比较高。另一个经验公式为：气相氨碳比气相中可忽略尿素和水，液相中将尿素和水看成一个组分，可将体系简化为三组分。压力固定时，NH3和CO2体系的相图如图2.6。压力固定时三元立体相图如图2.7。压力固定时将各等温面投影到平面上，可得图2.8的三元平面相图。从图中可看出，当压力和温度不变时，体系吸收或散发热量，溶液组成必沿等温线移动；当压力不变时，化学平衡等压线与顶脊线交点的平衡温度最高，此时转化率最高，能耗最少。图中Y点表示一适宜操作点。此点温度最高，尿素+水的含量最高（有利甲铵转化，降低热能消耗），压力最低（可节省动力）。4、尿素合成反应的动力学P61（了解）流动状况：合成塔中CO2和NH3转移到液相中的速度也与塔内流动状况有关，影响因素有：a.塔的高径比：高径比越大，塔越细长，越趋于置换型；b.生产强度：生产强度大，流速大，混合加大；c.惰性气体含量：含量高，气体体积大，混合加剧；d.操作压力。压力高有利于