尿素合成工艺条件的优化

三：水碳比（ H2O/CO2 ）
从平衡移动原理可知，增加水即增加了生成物的浓度，将使尿素 平衡转化率下降，在实际中，当水碳比增加0.1时合成系统转化 率下降1.5%~2%。 当水碳比过高时，高压甲胺冷凝器和合成塔出液温度上升，合成 系统压力降低；同时由于转化率的下降，气提塔需分解的甲胺量 明显上升，气提蒸汽耗量上升，相应条件下低压分解回收系统负 荷将增大。 要控制系统的水碳比，只能通过调整低压甲胺溶液中的含水量来 控制，而控制低压甲胺溶液中的含水量又要从低压循环吸收系统、 水解系统进行全面调整来实现，必要时采取将部分低压分解气体 放空的办法来减少返回合成塔的水量。 实际中：水溶液全循环法中，水碳比一般为0.6~0.7；二氧化 碳气提法中，水碳比一般为0.3~0.4
四：操作Baidu Nhomakorabea力
尿素合成的总反应是一个体积减少的反应，提高压力对 尿素合成有利，尿素转化率也随压力增高而增大。 压力升高至一定值，尿素转化率趋于一个定值，再提高 压力尿素转化率并不在增大，而设备投资，操作运行费 用都将增加。 综上，尿素的合成的操作压力，以合成塔顶物料沸点的 平衡压力为基准，选择的操作压力要高于平衡压力约 2~3MPa。对水溶液全循环法来说，操作压力约为 20MPa左右；对于二氧化碳气提法来说，操作压力约 为14MPa左右。
五：停留时间
尿素合成反应时间主要是指甲胺脱水生成尿素的时间，甲胺脱水 速率随温度升高和氨碳比的增大而加快，为了使甲胺脱水反应进 行得比较完全，就必须使物料在合成塔中有足够的停留时间。 但是，反应时间过长，设备体积要增大，生产能力下降，很不经 济；另外高温下停留时间太长，甲胺的不稳定性增加，尿素的水 解、缩合反应加剧，操作控制难度增加，同时，随着反应时间的 延长，尿素合成的转化率提高很少甚至出现负增长 工业生产上对于反应温度为180~190℃的装置，一般确定反应时 间为40~60min，对于反应温度为200℃或更高的装置时，反应 时间为30min左右。另外尿素合成反应时间的确定还与合成塔的 内部结构有关。
尿素合成工艺条件的优化
我们知道影响尿素合成反应平衡的主要因素 有温度、氨碳比（NH3/CO2）、水碳比 （H2O/CO2）、操作压力等因素。所以尿 素合成的工艺条件的优化也应该从这些方面 去考虑。
一：温度
适当提高反应温度有利于增大尿素的转化率， 所以温度应选择在最大转化率的温度范围内， 并同时兼顾合成塔衬里的耐腐蚀温度范围。 当合成塔操作温度采用200℃.要比采用190 ℃ 时反应速率约大1倍。而平衡转化率仅下降1% 左右，而且这也与目前常用的尿素合成塔材质 的耐腐蚀温度范围上限相差不大，所以工业上 常选用185~200 ℃为尿素合成的操作温度。 尿素合成的操作温度只能等于或略低于操作压 力下的物系平衡温度。
二、氨碳比（ NH3/CO2 ）
根据平衡移动原理可知，氨过量使反应有利于向生成物方向 移动，提高二氧化碳的转化率；同时氨能与反应生成的水结 合生成一水合氨，移出了部分产物，也促使平衡向生成尿素 的方向移动。 过量氨还可以抑制甲胺的分解和尿素的缩合等有害的副反应。 较高的氨碳比虽然能获得较大的尿素转化率，但是需要提高 尿素合成的平衡压力，增加动力消耗，同时还会增加系统回 收氨的负荷，增加设备；此外还必须尿素合成塔的热平衡， 当氨碳比过多时有可能引起自热平衡的破坏，使反应温度降 低，转化率下降。 综合以上分析，只有选择最大尿素生成速度时的氨碳比最为 适宜。对水溶液全循环法流程氨碳比以4.0左右为宜，二氧化 碳气提法流程氨碳比以2.9左右为宜