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1 第一章尿素工艺概况第一节化工基础知识(一) 、化学基础知识 1 .元素、原子与分子世界上任何物质都是元素组成的。具有相同核电荷数的通一类原子叫元素。采用一定的符号来表示各种元素, 叫做元素符号。尿素装置所涉及到的主要元素有:氢(H)、碳(C)、氮( N) 、氧( O) 、硫( S) 、铬( Cr) 、镍( Ni) 、钼( Mo ) 等。分子是能够独立存在而仍具有该物质一却化学特性的最小微粒。用组成分子的各种原子的元素符号来表示这种分子,就形成了分子式。尿素装置中最常用的分子式: 物质名称二氧化碳氢气空气尿素缩二脲分子式 CO 2H 2 NH 2 CONH 2 NH 2 CONH CONH 2 物质名称氨氧气氮气甲铵分子式 NH 3O 2N 2 NH 4 COONH 2 2 .化学反应当两种以上的物质相互作用产生化学变化时便发生了化学反应。用元素符号和分子表示化学反应的等式叫化学方程式。它不仅表示了化学反应过程中, 反应物转化生成物的变化关系。而且还表示了反应物转化生成的过程的定量关系。 2 (二) 、化工基础知识化工生产是以煤、石油、天然气、水、空气等天然资源或农副产品为原料, 经过一系列化学变化或化学处理为主要手段, 改变物质原来的性质, 状态和组成, 制成所需的产品。 1 .化工单元操作化学工业的种类很多, 涉及酸、碱、化肥、医药以及石油化工等, 它们所采用的生产方法、工艺流程、设备大小也往往千差万别,各有不同。它们之所以统归化学工业范筹, 首先是因为这些工业过程中所用的原料最终变为产品, 不仅在物质上发生了变化,而且一般地都伴随化学性质的变化, 而这些不同的生产过程都是一些基本操作组成, 如流体的流动与输送、压缩、分离、传热、蒸发、精馏、解吸、吸收、冷却、破碎等操作, 我们把这些操作称为化学基本单元操作。若干单元操作串联起来就构成了一个化工产品的生产过程。在尿素的生产工艺中几乎包括了所有的化工单元操作。 2 .化工单元操作分类按照单元操作所遵循的基本规律不同可归纳为几个基本过程: (1)、动量传递过程: 包括遵循流体动力学规律的一些单元操作, 如流体的流动与输送、沉降、离心泵以及固态流态化、空气压缩等。(2)、热量传递过程: 简称传热过程, 包括主要遵循热交换基本规律的一些单元操作,如传热、蒸发、冷凝等。 3 (3)、质量传递过程: 简称传质过程, 即物质通过扩散, 从一个相转移到另一个相的过程,包括蒸发、解吸、吸收、干燥等单元操作。(4) 、热力过程:包括遵循热力学规律一些单元操作, 如冷冻等。(5) 、机械过程:包括遵循机械力学的一些单元操作, 如固体的粉碎,筛分等。 3 .化工单元操作简介(1) 、传热:传热是化工生产中必不可少的操作过程。生产中的传热过程, 通常都是在两种流体之间进行的。某些场合下粒状固态物料也参与传热过程,如造粒的冷却过程。实现冷、热流体之间热量传递的设备称为换热器。传热的基本方式有三种:传导、对流、辐射。(2)、蒸发: 通过加热使溶液中的一部分溶剂汽化并除去的操作, 称之为蒸发, 蒸发是一个体现传热过程基本过程的单元操作。蒸发操作一般都是在溶液的沸点下进行的。在蒸发过程中, 只有溶剂是挥发性物质, 溶质是不挥发的, 这就是说当溶液被加热沸腾后, 只有溶剂汽化, 溶质在整个过程中的数量不变,这就使蒸发操作的显著特点之一。进行蒸发操作的必备条件是: 必须不断的供给热量和排除已经汽化的蒸汽。根据蒸发时压强的不同,可将蒸发操作分为常压蒸发、 4 加压蒸发和减压蒸发三种类型。(3)、气体吸收: 气体吸收是利用适当的液体吸收剂来处理气体混合物, 以使其中的一种或多种组分由气相转入液相的操作。吸收的基本依据是利用气体混合物中各个组分在吸收剂中的溶解度的不同, 从而将其中溶解度最大组份分离出来。尿素装置中吸收塔的操作是为了回收气体中有效成分, 如氨;同时减少有害气体( NH 3、H 2S 等)对环境的污染。由此可见, 吸收操作与提高产品质量, 增加产量, 降低消耗, 消除污染,保证人身体健康具有密切的关系。吸收操作的好坏, 在很大程度上取决于能否选择一种适宜的吸收剂。(4)、干燥: 利用加热时固体物料中的湿分( 包括水分或其它溶剂) 汽化并出去的操作成为干燥。根据热能传给湿物料的方法不同,干燥可分为:间接加热干燥、对流干燥、辐射干燥和介电加热干燥。(5)、解吸: 解吸是吸收的逆过程, 传热方向与吸收方向相反——溶质由液相向气相传递。其目的是回收液体中的溶质和使吸收剂再生循环使用。(6)、蒸馏: 化工生产中为了达到提纯或回收有效组份的目的, 常常需要对液体均相混合物进行分离, 蒸馏就是分离液体均相混合物的单元操作, 对混合物的分离总是利用其中各组分某种性质的差异, 蒸馏操作就是借助于液体混合物 5 中各组份