工業(yè)裝置尿素合成動態(tài)模型及其應用 實驗室研究篇
作者/來源:沈華民(上海化工研究院,上海 200336) 日期: 2008-01-03 點擊率:1802
1773年法國魯埃爾(Rouelle)首次發(fā)現(xiàn)尿素之后,經過數(shù)十年的努力,直到1828年,德國的佛勒(Wöhler)通過氰酸銨的異構化作用而制得尿素:NH3+HCNO NH4CNO NH2CONH2。這是人類第一次合成尿素。但是,由于有毒物的參與,該反應并不能用于尿素的工業(yè)生產。只有歷史價值,它是打擊生命力論的第一個有機合成反應。
此后一段時間,先后出現(xiàn)了多種尿素制備方法,如光氣與氨反應;氨與氧硫化碳反應;氰氨化鈣水解等等。但是,由于種種原因,或者是原料難得;或者有毒;或者混合物難以分離再循環(huán)等等。經濟上的不合理使這些方法始終只是停留在試驗階段,都未實現(xiàn)工業(yè)化。
1868年,俄國巴扎羅夫(Вауагоъ)在燒封的玻璃管中長時間加熱甲銨而制得尿素,巴氏反應的基本原理是通過加壓、加熱,使甲銨脫水生成尿素:NH4COONH2 NH2CONH2+H2O
巴氏反應是現(xiàn)代工業(yè)合成尿素的基礎,該反應的優(yōu)點在于合成尿素的兩種主要原料NH3和CO2,均來自于合成氨車間。原料的便宜是巴氏合成法取代其他方法的主要原因。巴氏反應已成為工業(yè)化制備尿素的主要反應。
剛開始用巴氏合成法進行尿素的工業(yè)生產,在各方面都遇到巨大的困難,經過了數(shù)十年的實驗室研究,才得以解決。
作為尿素工藝的核心工序——尿素合成反應,更是圍繞著與甲銨有關的兩個反應——甲銨生成反應和甲銨脫水轉化為尿素的反應,而展開實驗室熱力學、動力學的數(shù)據(jù)測定和研究,才得以認識并逐漸深化完善的。從20世紀20~30年代開始一直持續(xù)到70~80年代,眾多的學者和研究者都投入到尿素合成反應的實驗室研究中。主要研究成果如下。
弗里扎克斯(Frejacques)1948年發(fā)表了《工業(yè)合成尿素的理論基礎》[1],文章總結了20世紀50年代前尿素實現(xiàn)工業(yè)化的實驗室基礎研究成果和數(shù)據(jù)。為50年代末尿素第一代水溶液全循環(huán)法(即傳統(tǒng)法)實現(xiàn)工業(yè)化奠定了理論基礎。文章也對尿素合成反應相關的熱數(shù)據(jù)、化學平....