工業(yè)裝置尿素合成動態(tài)模型及其應(yīng)用 復(fù)合化工過程篇
作者/來源:沈華民(上;ぱ芯吭,上海 200336) 日期: 2009-01-09 點擊率:3745
0 前 言
人們已經(jīng)認識到,尿素合成反應(yīng)的核心是液態(tài)甲銨脫水轉(zhuǎn)化為尿素的過程。該反應(yīng)是尿素合成的主體反應(yīng)(下文簡稱尿素生成反應(yīng))。促使該反應(yīng)按理想化方向進行,是人們的目標。
然而,工業(yè)生產(chǎn)上,欲使該反應(yīng)按人們預(yù)期的方向進行還存在著諸多困難和干擾因素。串聯(lián)的合成反應(yīng)過程和極為復(fù)雜的化工過程交織、螯合在一起,是阻礙該主體反應(yīng)成為理想化反應(yīng)的主要原因。下面分別敘述。
首先,是復(fù)合反應(yīng)問題。
就反應(yīng)過程而言,尿素合成是復(fù)合反應(yīng),是由甲銨生成反應(yīng)和尿素生成反應(yīng)串聯(lián)組合而成的。
我們已經(jīng)知道,第(1)反應(yīng)是高溫高壓下氣體的化學(xué)吸收過程。實驗室條件下,該反應(yīng)能在瞬間完成,轉(zhuǎn)化度近于100%。
如果不考慮其他因素的交聯(lián)作用,在工業(yè)合成溫度壓力條件下,盡管第(1)反應(yīng)與第(2)反應(yīng)緊密關(guān)聯(lián),只要混合良好,甲銨生成反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率仍近于100%,如同實驗室情況一樣。這時僅需關(guān)注主體反應(yīng)即可。
然而,實際工業(yè)生產(chǎn)條件下,反應(yīng)復(fù)合會受到各方面的干擾,特別是熱效應(yīng)和相平衡的交聯(lián)制約,以致于使第(1)反應(yīng)變得困難,液體甲銨的生成率常低于100%。
第二,復(fù)合熱效應(yīng)問題。
從反應(yīng)熱效應(yīng)來看,第(1)反應(yīng)是強放熱反應(yīng),第(2)反應(yīng)是弱吸熱反應(yīng),合成反應(yīng)的復(fù)合導(dǎo)致了熱效應(yīng)復(fù)合。
在工業(yè)尿塔內(nèi),當我們考慮反應(yīng)復(fù)合和熱效應(yīng)復(fù)合兩者交聯(lián)時,據(jù)熱力學(xué)分析,在尿塔內(nèi)就會出現(xiàn)奇特的溫度倒置現(xiàn)象。即塔底溫度最高,中部次之,上部最低。其熱力學(xué)分析如下:在絕熱狀態(tài)下,塔底進入的CO2會全部轉(zhuǎn)化為甲銨,瞬間放出的熱量,只能加熱液態(tài)的甲銨熔融物,以釋放熱量,由于速....