化学肥料省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

化工工艺学（化工工艺学（）主讲教师：续京主讲教师：续京.1.1第二章第二章 化学肥料化学肥料1第1页化学肥料发展化学肥料发展q人人类类使使用用化化学学肥肥料料历历史史追追溯溯到到19世世纪纪中中叶叶过过磷酸钙。磷酸钙。q氮氮肥肥工工业业起起步步比比磷磷肥肥晚晚半半个个世世纪纪，但但发发展展最最为为快快速。速。q化学肥料种类：氮肥、磷肥、钾肥、复合肥化学肥料种类：氮肥、磷肥、钾肥、复合肥q我我国国化化肥肥生生产产起起源源于于1930S，现现产产量量居居世世界界第第三三位位，问问题题：高高浓浓度度品品种种少少，N、P、K百百分分比比不不妥妥，生生产产能能耗耗大大，中中小小型型工工厂厂多多且且工工艺艺技技术术落落后后，设设备陈旧。备陈旧。2第2页第一节第一节 氮肥氮肥qN是农作物生长所必需第一大元素是农作物生长所必需第一大元素q氮肥是化学肥料中产量最大肥料品种氮肥是化学肥料中产量最大肥料品种q氮氮肥肥品品种种中中最最主主要要是是尿尿素素，其其次次还还有有硝硝酸铵、硫酸铵、碳酸氢铵和氯化铵等。酸铵、硫酸铵、碳酸氢铵和氯化铵等。3第3页第一节第一节 氮肥氮肥尿素主要性质：尿素主要性质：尿尿素素(Urea)分分子子式式：CO(NH2)2 化化学学名名称称碳碳酰酰二二胺胺、碳碳酸酸酰酰、脲脲；分分子子量量60.06；纯纯尿尿素素质质量量百百分分数数为为46.65；为为白白色色、无臭针状或棱柱状结晶体。无臭针状或棱柱状结晶体。一、尿素主要性质和用途一、尿素主要性质和用途q尿素易溶于水和液氨，含有吸湿性，吸收尿素易溶于水和液氨，含有吸湿性，吸收水分而潮解。水分而潮解。4第4页第一节第一节 氮肥氮肥尿素主要性质：尿素主要性质：尿素在强酸溶液中呈弱碱性，生成盐。尿素在强酸溶液中呈弱碱性，生成盐。尿素能于盐作用生成络合物。尿素能于盐作用生成络合物。尿素在水中水解，生成氨和二氧化碳。尿素在水中水解，生成氨和二氧化碳。尿素在常压下加热到靠近熔点时开始异尿素在常压下加热到靠近熔点时开始异构化。构化。尿素与直链有机化合物作用生成络合物。尿素与直链有机化合物作用生成络合物。一、尿素主要性质和用途一、尿素主要性质和用途5第5页第一节第一节 氮肥氮肥尿素主要用途：尿素主要用途：最最主主要要用用途途(8090)是是作作肥肥料料，尿尿素素是是高高效效优优质氮肥，即可作底肥又可作根外追肥。质氮肥，即可作底肥又可作根外追肥。尿尿素素产产量量10用用作作工工业业原原料料，主主要要用用作作高高聚聚物物合合成尿素甲醛树脂；塑料、添加剂和医药等。成尿素甲醛树脂；塑料、添加剂和医药等。一、尿素主要性质和用途一、尿素主要性质和用途肥料种类肥料种类尿素尿素硝酸铵硝酸铵氯化铵氯化铵硫酸铵硫酸铵碳酸氢铵碳酸氢铵N质量4636/1.3倍倍 26/1.8倍倍21/2.2倍倍18/2.6倍倍6第6页1、尿素合成反应化学平衡：、尿素合成反应化学平衡：2NH3(l)+CO2(l)=NH4COONH2(l)NH4COONH2(l)=CO(NH2)2(l)+H2O(l)反反应应(1)强强放放热热，快快速速生生成成氨氨基基甲甲酸酸铵铵(甲甲铵铵，AC)，易达平衡且，易达平衡且CO2平衡转化率高。平衡转化率高。反反应应(2)吸吸热热反反应应，甲甲铵铵脱脱水水生生成成尿尿素素，反反应应速速度度迟迟缓缓，达达平平衡衡时时约约5575 CO2转转化化为为尿尿素素是是控制步骤。控制步骤。尿尿素素合合成成反反应应偏偏离离理理想想溶溶液液程程度度大大，无无法法进进行行平平衡计算，只能利用经验、半经验公式。衡计算，只能利用经验、半经验公式。二、尿素生产基本原理二、尿素生产基本原理(1)(2)7第7页2、影响尿素合成反应化学平衡原因：、影响尿素合成反应化学平衡原因：温度影响：温度影响：(图图2.2/4.2)组成影响：组成影响：CO2过量对过量对x CO2平衡平衡影响极微影响极微NH3/CO2增加能够提升增加能够提升x平衡平衡 (图图2.3/4.3)水溶液全循环法：水溶液全循环法：4.0；CO2气提法：气提法：2.93.0水碳比降到最低来提升水碳比降到最低来提升x平衡平衡(图图4.4)水溶液全循环法：水溶液全循环法：0.60.8；CO2气提法：气提法：0.50.6惰惰性性气气体体：惰惰气气存存在在可可降降低低x平平衡衡，另另外外H2、O2可可使使尾尾气气 发发 生生 燃燃 烧烧 爆爆 炸炸，影影 响响 安安 全全。要要 求求 原原 料料CO298%(mol)。尿素生产基本原理尿素生产基本原理8第8页压力影响：压力影响：2NH3(l)+CO2(l)=NH4COONH2(l)NH4COONH2(l)=CO(NH2)2(l)+H2O(l)NH3(g)=NH3(l)CO2(g)=CO2(l)H2O(g)=H2O(l)压力对液相无影响，对气液平衡有影响。压力对液相无影响，对气液平衡有影响。且在多组分平衡中，平衡压力与温度和组成相关且在多组分平衡中，平衡压力与温度和组成相关o组成一定，温度组成一定，温度，平衡压力平衡压力 (图图2.4)o组组成成对对平平衡衡压压力力影影响响十十分分复复杂杂，可可经经过过试试验验或或经经验验公公式来求算式来求算。尿素生产基本原理尿素生产基本原理方法方法合成塔顶平衡压力合成塔顶平衡压力操作压力操作压力水溶液全循环法水溶液全循环法16.5MPa19.5MPaCO2气提法气提法 12MPa13.514.5MPa9第9页q水水溶溶液液循循环环法法：是是将将未未反反应应CO2加加热热减减压压蒸蒸出出后后用用水水吸吸收收生生成成甲甲铵铵或或碳碳酸酸铵铵水水溶溶液液循循环环返返回回合合成成系系统统生生成成尿尿素素方方法法，主主要要用用于于年年产产20万万吨吨以以下下中中小小型型尿尿素装置。素装置。qCO2气气提提法法：NH4COONH2(l)=2NH3(g)+CO2(g)气气提提是是在在高高压压操操作作下下带带有有化化学学反反应应解解吸吸过过程程。用用CO2气气提提时时，合合成成反反应应液液与与大大量量纯纯CO2气气体体逆逆流流接接触触并并用用蒸蒸气气间间壁壁加加热热，在在加加热热和和气气提提双双重重作作用用下下，促促使使合合成成反反应应液液中中甲甲铵铵分分解解，氨氨从从液液相相中中逸逸出出。伴伴随随液液相相中中氨氨浓浓度度降降低低，液液相相中中甲甲铵铵不不停停分分解解，同同时时CO2也被逐出。也被逐出。三、尿素生产工艺流程三、尿素生产工艺流程10第10页尿素生产工艺水溶液循环法和尿素生产工艺水溶液循环法和CO2气提法工艺条件比较气提法工艺条件比较尿素生产尿素生产工艺工艺合成压力合成压力/MPa合成温度合成温度/NH3CO2H2OCO2CO2平衡转平衡转化率化率水溶液循水溶液循环法环法19.521.518519044.50.60.762CO2气提气提法法13.514.51821852.93.10.40.6586011第11页12第12页13第13页结晶尿素：结晶尿素：在常压下将尿液蒸浓至在常压下将尿液蒸浓至8085，然后送入，然后送入结晶器中冷却到结晶器中冷却到5065 使尿素结晶析出。使尿素结晶析出。再进行干燥为最终成品再进行干燥为最终成品(H2O99.7，140 得得熔熔融融尿尿素素在在塔塔内内快快速速熔熔融融，经经过过喷喷淋淋装装置置均均匀匀喷喷洒洒在在塔塔内内，自自上上而而下被上升冷空气冷却而成固体颗粒。下被上升冷空气冷却而成固体颗粒。流流动动性性好好、不不易易吸吸湿湿和和结结块块，便便于于储储存存和和运运输输，施施用方便。用方便。晶晶种种造造粒粒可可改改进进产产品品质质量量，提提升升颗颗粒粒粒粒度度、均均匀匀性性和和 冲冲 击击 强强 度度，并并 降降 低低 尿尿 素素 含含 水水 量量(H2O0.030.05%)。晶种加入量。晶种加入量15Kg/h，晶种粒子，晶种粒子2m。四、尿素结晶与造粒四、尿素结晶与造粒15第15页复合肥复合肥复复合合肥肥是是指指用用化化学学加加工工方方法法制制得得含含有有N、P、K三大营养元素中任意两种或两种以上肥料三大营养元素中任意两种或两种以上肥料。复复合合肥肥肥肥效效高高，包包装装运运输输成成本本低低，原原料料利利用用率高和施用方便，所以增加快速。率高和施用方便，所以增加快速。磷酸铵、硝酸钾、复混肥料、微量元素肥料磷酸铵、硝酸钾、复混肥料、微量元素肥料16第16页图2.2717第17页复复混混肥肥：将将尿尿素素、磷磷铵铵、氯氯化化钾钾等等含含有有N、P、K基基础础肥肥料料经经混混合合、造造粒粒而而制制成成化化学学肥肥料料。在在混混配配时时会会发发生生各各种种化化学学反反应应。有可能损失营养元素。有可能损失营养元素。微微量量元元素素肥肥料料：如如锌锌、硼硼、钼钼、铁铁、铜铜、锰锰等等在在植植物物体体含含量量甚甚微微，但但对对植植物物生生长长作作用用很很大大，是是必必不不可可少少营营养养物物质质。惯惯用用有锌、硼、钼等微肥。有锌、硼、钼等微肥。18第18页教学要求1、了解农作物对营养要求2、了解化学肥料分类，化学肥料工业发展情况3、掌握生产化肥方法和工艺过程4、掌握尿素用途、性质、规格4、掌握尿素生产基本原理（标准性流程、蒸发、结晶、造粒工艺条件和设备）5、了解水溶液全循环法（盐水溶液全循环法、溶液全循环改良C法）6、掌握气提法生产尿素（气提法原理、CO2气提、氨气提法工艺流程、工艺条件、设备）7、了解尿素生产工艺和质量改进8、了解其它肥料（钾肥、磷肥及复合肥）19第19页