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项目八 未反应物的分离与回收 项目八 内容提要 一、未反应物的分离与回收基本原理 二、未反应物的分离与回收工艺条件分析 三、未反应物的分离与回收工艺流程的组织 四、未反应物的分离与回收操作控制要点 一、未反应物的分离与回收原理 分离原理：是基于甲铵的不稳定性及NH3和CO2的易挥发性。 分离过程：先将合成反应液减压、加热或气提，使甲铵分解并气化，过量氨气化，尿素和水则保留在液相中，实现分离。 对分解与回收的总要求：使未转化物料尽可能回收并尽量减少水分含量；尽可能避免有害的副反应发生。 1．减压加热分离未转化物 在一定条件下，甲铵可以分解为氨和二氧化碳，其反应式为： NH2COONH4（l） 2NH3（g）+CO2（g） 分解反应为可逆、体积增大的吸热反应，降低压力或提高温度有利于甲铵的分解。同时，溶液中的游离氨和二氧化碳的溶解度也随温度升高、压力降低而减小，因此减压加热对氨和二氧化碳的解吸也是有利的。 从理论上讲，合成塔出口物料减压后压力越低、加热温度越高，甲铵分解和游离氨及二氧化碳的解吸越彻底，但由于副反应和腐蚀等因素的影响，过高的分解温度是不可行的。 合成反应液的分解过程为什么不能一直降压到底？ 在回收工序要回收大量低压的NH3和CO2混合气体再返回合成工序，必然要增大压力，消耗更多能量； 另外还需添加大量的水才能将分解出来的低压NH3和CO2回收，而这将导致合成工序水碳比过高，转化率下降； 在低压下回收NH3和CO2时，由于温度低，放出的热量利用价值不高。 多段减压加热分解（顺流）、多段冷凝吸收（逆流）的办法 第一步将尿素熔融物减压到1.7MPa左右，并加热到约160℃，使之第一次分解，称为中压分解； 第二步再减压到0.3MPa，并加热到约147℃，使之第二次分解，称为低压分解。 中压分解的未转化物量约占总量的85％～90％，经两次分解后，甲铵的总分解率可达97%以上，过量氨的蒸出率达98%以上。 残余部分再进入蒸发系统减压蒸发，使残余的氨和二氧化碳全部分解。 生产上通常用甲铵分解率和总氨蒸出率来衡量中压分解或低压分解的程度。已分解成气体的二氧化碳的量与合成熔融液中未转化为尿素的二氧化碳量之比为甲铵分解率。 2．未转化物的回收 从分解塔或气提塔出来的分解气中主要含有氨、二氧化碳、水蒸气和一些惰性气体，水溶液全循环法用水来吸收NH3和CO2，使高浓度甲铵溶液循环返回合成塔。 为了简化工艺过程和降低动力消耗，分解气的回收采用与分解过程相同的压力和相应的段数。 分解过程是多段顺流流程，吸收过程是多段逆流流程。如下图所示 未反应物分离回收示意图 二、未反应物的分离与回收工艺条件分析 1、温度的选择 ⑴中压分解温度的选择 升高温度，对甲铵的分解和过量氨及二氧化碳的解吸都是有利的。 图4-10 160℃左右时，甲铵分解率和总氨蒸出率几乎相等，分解反应接近平衡。 温度升高，尿素的水解和缩合反应加剧，且气相中的水分含量增多，使回收液中的水量增多，甲铵溶液浓度下降，对系统的水平衡不利。 分解温度高，分解出来的气体温度就高，这对于气体回收也是不利的。 分解温度过高，甲铵对设备的腐蚀加剧。 分解温度高，加热蒸汽和回收时用的冷却水消耗量均要增加。 综上所述，在水溶液全循环法中，中压分解温度一般控制在160℃左右。 ⑵低压分解温度的选择 提高温度有利于分解反应。 但中压分解后，尿素熔融液中的尿素和水分含量已大大增加，氨含量相应减少，如果分解温度太高，则必然使尿素的水解反应和缩合反应加剧，因而分解温度不宜过高，生产上一般控制在147℃左右。 ⑶中压吸收温度的选择 采用低温吸收是有利的。 但温度不能太低，否则会有甲铵结晶析出，堵塞设备和管道。因此，吸收操作温度必须严格控制，使吸收塔内各点温度控制在甲铵熔点以上，保持塔内甲铵溶液始终处于不饱和状态，以防甲铵结晶造成生产设备事故。实际生产过程中，中压吸收塔操作温度控制在90~95℃。 ⑷低压吸收温度的选择 低压吸收系统主要考虑尽可能降低出塔气体中氨和二氧化碳的含量，减少损失，一般控制低压吸收温度为40℃左右。 2、压力的选择 ⑴中压分解压力 中压分解——中压吸收、气氨冷凝有关。 如图4-12所示，甲铵分解率和总氨蒸出率均随压力的降低而急剧增大，因此降低压力对甲铵的分解和氨与二氧化碳的解吸是有利的。 中压分解压力——中压吸收有关。在工业生产中，若中压分解与中压吸收处于同一压力，对简化流程和方便操作控制是有利的。实际上，中压分解压力与中压吸收压力的选择是相互矛盾的？ 以水溶液全循环法为例，中压分解产生的气体经过稀甲铵溶液吸收氨和二氧化碳后，须在氨冷凝器中将气氨冷凝成液氨送合成塔循环使用。 中压分解的压力——气氨的冷凝温度有关。要使气氨