尿素浓缩课件.doc

一、 何谓蒸发？尿素蒸发为何采用真空蒸发？1． 把液体变成气体的转化过程叫做蒸发. A负压蒸发: (a)水泵 ( b)汞蒸汽 (c)蒸汽 B常压蒸发: 加氮冲压必须具备以下条件：（1）不断供给热能 （2）不断排除液体转化成气体 2．真空蒸发：即减压蒸发 它与常压蒸发相比，有以下优点：（1） 在减压条件下，液体沸点降低2） 可使加热蒸汽与沸腾液之间的温差增大降低设备制造难度，降低费用）3） 减少传热面积设备设计就可减小）（4） 可利用低压蒸汽创造条件5） 降低缩二脲，有利减少尿素水解损失缺点：由于液体汽化所需的热量随汽化温度的降低而增加，因此在真空蒸发中，蒸发相同的液体所消耗的加热蒸汽较常压力下消耗的略多但因其优点多得多，所以被广泛采用二、 蒸发为何采用二段蒸发？为得到含水量低的产品，送反应器前尿液应浓缩到99.80﹪为达到这样高的浓度，气相水蒸汽分压应降得很低如当温度为140℃时，水蒸汽分压应不超过25毫米汞柱，这就决定了最终蒸发应在很低的绝压下进行蒸发前尿液浓度约为74﹪，压力为常压直接减压到25毫米汞柱绝压，则尿液在低于结晶温度条件下蒸发而析出结晶。

尿液中析出固体物后，将影响蒸发传热，甚至引起堵塞，而使蒸发过程不能正常进行从经济角度考虑，稀尿液一开始就在这样低的压力下蒸发大量水分是不经济的因这样低的压力下二段蒸汽的冷凝很困难，且隋性气体压缩排出需要较大的动力，因此，尿液蒸发必须分二段进行第一段蒸发的目的是在较高压力下初步提浓，蒸去大部分的水，再在第二段蒸发中进一步提浓达到合格要求99.8﹪图一：尿素浓度、重量﹪表一：尿素的沸点温度和压力关系压力（mmHg）毫米汞柱第一沸点K1第二沸点K2温度℃尿液浓度﹪（重量）温度℃尿液浓度﹪（重量）20(0.0273)26.555.6131.599.540(0.0546)41.063.013099.150(0.068)46.465.3129.598.880(0.100)59.070.9127.698.1100(0.1365)66.074.0125.797.6150(0.204)80.580.2119.995.5170(0.232)86.082.6116.394.0200(0.273)105.090.3105.090.3 三、 如何确定一、二段蒸发的工艺条件？根据经济核算，工业化成本角度考虑，尿液的提浓有这样的特点：如在较低的压力下蒸发，则随着蒸发的进行，尿液浓度达到一定时，就会析出结晶而形成固液混合物（这就容易造成管道堵塞，影响进料）。

以我厂尿液浓度为例，当尿液浓度为70﹪时，所对应饱和蒸汽压（绝压）在0.1Kpa（有二个沸点）沸点温度在59℃时，尿液就成为饱和溶液，继续蒸发则尿液就会析出晶体，我们称达到饱和溶液的这一点温度为尿液第一沸点，对析出结晶的尿液继续加热蒸发，到某一较高温度及浓度时，尿液中结晶就消失，这点称为尿液的第二沸点随着压力升高，第一沸点与第二沸点互相接近，在压力为0.273Mpa绝对大气压时两点重合为了防止尿液中析出结晶（影响生产连续性），一段蒸发应在略高于0.273Kpa绝压的压力下进行（200mmHg表压，0.3Mpa）先蒸掉大量的水（G 线图）使尿液浓度达到95﹪，95﹪的尿液饱和温度为120℃，实际控制在128-132℃如果一段蒸发压力过高，则一段蒸发掉的水过少，会使二段蒸发超负荷第二段蒸发出口尿液浓度要求达到99.8﹪，为到达这浓度，蒸发压力应尽可能低，温度应超过尿素熔点（132.7℃）正常操作范围为138-142℃,以免大量生成缩二脲 (三胺不要考虑缩二脲高的问题).当尿液浓度为99.8﹪，温度在140℃时，溶液的饱和蒸汽压为25mmHg(绝压)，因而二段蒸发操作压力应再低些这对保护反应器有利（反应器在高温下避免带水，水在高温下气化膨胀，损坏反应器内件）。

四、 膜式蒸发器的成膜原理为了说明膜式蒸发器的工作原理，我们观察一下管道内通冷水而管外用水蒸汽加热的情况若管内外的传热温差很少则无沸腾现象产生，而仅起加热作用若传热温差加大，靠近管的顶部便会出现沸腾现象当传热温差继续增大时，就会出现从管中交替喷出液体和蒸汽，随后在管子中央出现连续的蒸汽柱，而在管壁上则形成一层液体薄膜，而被高速的蒸汽提携向上，在管顶高速喷出悬浮有小液滴的蒸汽此时管子的下端仍起加热器的作用,液体从底部上升到某一距离后才开始沸腾,因此下端的传热速率仍然很低若下端加热部分过长,则上端发生沸腾部分的比例就太小,加热管中液位保持占总长的1/4-1/5为宜因此,进膜式蒸发器的尿液应在沸点工况下进料,并保持有足够的传热温差加热蒸汽温度要适宜温度太低,沸腾不充分,气化不充分,气柱抽携力小但温度太高,形成干壁破坏了液膜,也影响了膜式蒸发器的正常工作图三:膜式蒸发器成膜原理表二:蒸汽出口管口流速(米/秒)尿液停留时间(分钟)一段蒸发器702.35二段蒸发器4060.38五、 说明蒸汽喷射泵的工作原理及构造蒸汽喷射泵是利用蒸汽减压、节流的能量形成真空的，喷射泵的构造及其内部流体速度及压力如图： 喷射泵泵工作压力示意图压力为P0的工作蒸汽流经喷嘴时，以极高的速度W1，从出口流向扩散管，由于速度快，动能增加，因而蒸汽的压能减少，压力由P0降为P1，因而能把被抽气体吸入，高速蒸汽和被抽气体发生碰撞、混合，进行能量交换，流向扩散管。

在扩散管的收缩段，收缩段蒸汽流和被抽气体混合成均匀的混合气体，速度降为W2，压力上升为P2在扩散管喉部附近产生正激波，混合气流由超声速降为亚声速，然后在扩散管的膨胀段继续受到压缩，压力进一步升高，速度相应降低在扩散管出口达不到稍高于大气压力或后一级喷射泵的进口压力而把被抽气体排出六、 蒸汽喷射泵有何优缺点？常出现什么故障？ 优点：和别的真空泵相比，蒸汽喷射泵构造简单，操作方便，结构紧凑，因没有运动部分，故不需传动设备和基础，能安装于任何地方，适于室外操作在必须得到高度真空的情况下，蒸汽喷射泵就显得特别优越于往复泵及水环泵用汞蒸气来操作的实验用喷射泵可以达到绝压千分之一气压用水蒸汽来来操作的蒸汽喷射泵可以达到0.3毫米汞柱而反复泵、水环泵只能达到绝压20mmHg，而且产生高度真空时，往复泵应是多段的，结构很复杂 缺点：1.蒸汽效率低,蒸汽消耗量大,因而只有应用于绝压要求小于30-40 mmHg的场合才经济2.启动很慢，因喷射泵抽气量是一定的，刚开始启动时，因为压力还高，因而真空度提高很慢而往复泵、水泵排气量是定容的，压力高，排气量大，因而启动快3.吸进的气体与蒸汽混合在一起回收收困难。

4.喷嘴喉管易腐蚀磨损七、 二段蒸发为何要用三级喷射泵？ 前面介绍，蒸发二段真空度应在25mmHg绝压下进行，因此，用单级喷射泵是达不到这样指标的理论上单级喷射泵能达到最低压力为90mmHg（绝压），所以只能用多级泵达到预定的负压但是从设备制造强度和经济上考虑，就应该考虑喷射泵的压缩比与喷射系数的关系，喷射的压缩比越大，喷射系数就越小喷射泵的压缩比是指泵的排出压力和吸入压力之比，喷射系数是指消耗一公斤蒸汽能抽出的气体量喷射系数高，相同抽气量的条件下蒸汽消耗就少因而从减少蒸汽消耗考虑，喷射泵的压缩比越小，喷射泵级数越多，也就不经济了因每增加一级喷射器，就需要增加级间冷凝器，增加投资 根据以下数据表，看出，尿素蒸发用喷射泵，压缩比选择在3-4按各级压缩比分配原则，用三级喷射时,每级压缩比为3.13实际生产中，各级冷凝器有阻力，因而实际压缩比略高于3.13蒸汽压力的选择主要取决蒸汽的来源，及经济角度考虑表三：蒸汽喷射器级数选择 级数吸入压力mmHg级间结构单级90-100喷射器排出口不设冷凝器,如排气量大,可两个并联,排入冷凝器两级20-100级间有中间冷凝器，当排气量小，同时有废气利用，或者安装位置受限制时，两级喷射器可直接串联，虽耗气增加，但一次投资。

三级5-30一～二级，二～三级间均需设中间冷凝器为了消音和防止大量蒸汽散入大气，也可在最后一级加一个冷凝器四级0.8-6一、二级直接串联，二～三、三～四级间均需设中间冷凝器五级0.07-1.0一、二、三直接串联，三～四、四～五级间需设中间冷凝器六级0.005-0.1一、二、三、四级直接串联，四～五、五～六级间均需设中间冷凝器八.尿素浓缩系统一段蒸发加热器为何分上下两段？ 一段蒸发加热器分为上段、下段，上段为蒸汽加热段，下段利用C-101气相出口尾气与一尿来的二甲液混合后（降低一甲液浓度）做为热源，即可加热尿液，可节省蒸汽用量 下段采用并流形式，尿液由管内下部进上部出，一部分气则在管间同样由下部进、上部出这是因为一部分气传给尿液的热量由显热、蒸汽冷凝热、NH3和CO2吸收反应热三部分组成一部分气在管间下进上去，可以使管间充满溶液，提高传热效率，并防止管壁结晶堵塞这是因为（1）一段停留时间长（2.35分钟），流速（70米/秒）慢；（2）还因为升膜式工作原理，管子保持总管的1/4-1/5液位的原理而设计的九、多级喷射泵为何要设置级间冷凝器？尿素生产中蒸发为何采用气-水直接接触混合式冷凝器？ 设置级间冷凝器的目的是为了减小喷射泵的负荷，减少蒸汽消耗量，达到所要求的真空度。

从机械制造讲，减小喷射泵的体积可减少制造费用 前面介绍，喷射泵每抽出一公斤气体，需消耗1.3-1.7公斤蒸汽如这部分蒸汽不经冷凝，靠下一级喷射泵抽走，则以下各级喷射泵将愈来愈大，蒸汽消耗愈来愈高，这样是不经济的设置级间冷凝器后，可凝性蒸汽绝大部分冷凝下来因而喷射泵只要负担抽出不凝性气体的任务，负荷减轻很多 现有蒸发流程中，二段蒸发器升压前未设置冷凝器，因在25毫米汞柱绝压下，低于25℃水温才能冷凝下来一般工厂水温度高于25℃，所以无法设置冷凝器如有低温的冷却水可供利用，将进升压器的气体中的水汽大部分冷凝下来，则升压器就可以设计得小得多 一、二段喷射泵的级间冷凝器都采用气-水直接接触的混合式冷凝器，因蒸出的蒸汽中含有NH3、CO2、尿素，为冷凝回收部分有用的物质 十、蒸发真空度达不到指标的原因有哪些？ 1．蒸发负荷太高，蒸发出的蒸汽量及不凝性气体量大 2. 喷射泵抽吸能力降低,其原因有:进喷射泵蒸汽压力太低;蒸汽喷嘴或其进口过滤网堵塞,喷嘴腐蚀、磨损;喷射泵吸排气管阻力增大 3. 各级表面冷凝器冷凝效果下降，可能原因有：冷却水量不足或水温过高；冷凝器内有碳铵盐结晶；冷凝器下液管下液不畅或堵塞，使管内积液。

4. 进入系统的不凝性气量增加：（1）系统有泄漏处2）水封没注水或注水不足不起水封作用 （3）尿液中含游离氨过高。