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前言
自本世纪20年代起，合成尿素生产经历了60多年的发展，我国60年代中期引进荷兰斯塔米卡本公司的水溶液全循环法工艺。1986年我国小型氮肥厂碳铵改产尿素的技术改造在山东邹城等三个小型氮肥厂水溶液全循环工艺实验装置上相继获得成功。小型尿素装置的生产呈现出产量增加，能耗降低，产品质量提高的可喜局面。
目前我国大型厂多采用的是二氧化碳气提法和溶液全循环改良C法，小型厂绝大多数采用水溶液全循环法。水溶液全循环制尿素是指将尿素合成反应后的物料分段减压；加热使其中未反应的甲铵分解和游离氨解析出来，并逐段将氨和二氧化碳冷凝成液氨和吸收成氨基甲酸铵水溶液，用泵加压返回合成系统中去循环利用。水溶液全循环法制尿素一般可分为：原料的压缩和净化、尿素合成、循环吸收、尾气吸收与解析、蒸发和造粒几个工序。本次认识实习报告所分析的为年产大约在4万吨左右的小型尿素生产厂的大体流程。由于水溶液全循环法有大概三种形式，以下做出比较分析及选择。
1、传统水溶液全循环法中，未反应物经三段分解、三段吸收，流程较长，分解消耗热能较多；分解器冷凝温度低，在吸收冷凝循环中放出的热能都需要用冷却水带走，未能得到利用，只有一段分解气的少量热量用于一段蒸发，能耗高。
2、改良C法采用较高的合成压力和温度，并取较高的氨碳比和较低的水碳比，转化率高，降低了分解循环吸收的负荷。但热回收利用不高，总能量消耗低于传统水溶液全循环法。
3、UTI热循环法采用等温合成塔，二氧化碳转化率高，减少了循环甲铵量和下游设备尺寸。原料二氧化碳有40%进入中压系统，节省压缩耗能。另外采用工艺物料之间互相换热，除第一分解器使用外供蒸汽外，其它不借助中间蒸汽，所以热能充分利用。
所以本次认识实习主要分析UTI热循环法制尿素的流程与主要设备分析。
在此次研究与实习中能让我们对工厂的生产概况有初步的了解与认识，同时能培养我们独立思考问题与解决问题的能力。这还使我们能对书本上的知识增加感官认识，能将实际与理论结合起来。
由于查阅了大量的文献，在新式与老式生产流程中做了比较与分析，所以反反复复做了大部分的修改，如有不妥之处望老师指正，敬请见谅。
原料及产品的物化性质
本实验报告主要分析UTI热循环法制尿素。原料为二氧化碳和氨。二氧化碳为无色无味气体其比重约为空气的1.53倍，临界温度为31.06℃临界压力为7.35MPa它的化学性质不活泼，但与强碱有剧烈反应，在一定催化剂及条件下还能参与多种化学反应。氨气通常情况下是无色刺激性气味，极易溶于水，易液化，液氨可作致冷剂。尿素工业或农业品为白色略带微红色固体颗机无臭无味。密度1．335g/cm3。熔点132．7℃。溶于水、醇，不溶于乙醚、氯仿。呈微碱性，可与酸作用生成盐，有水解作用。在高温下可进行缩合反应，生成缩二脲、缩三脲和三聚氰酸。加热至160℃分解，产生氨气同时变为氰酸。因为在人尿中含有这种物质，所以取名尿素。尿素含氮(N)46％，是固体氮肥中含氮量最高的。尿素的用途很广泛，主要用于肥料，饲料和工业原料。下面介绍尿素的物料流程和主要的工艺流程及特点。
小型尿素装置的生产工艺流程
尿素的生产方程式：2NH3+CO2=(NH3)2CO+H2O+Q
一 原料的压缩和净化
原料二氧化碳有60%进入合成塔，其余40%进入中压系统，起提气剂作用，最后以甲铵液形式送入合成塔。原料液氨在泵出口加入少量钝化空气，经预热后有70%自合成塔顶进入盘管，其余30%则从合成塔底引入，保持全塔平衡。
二 尿素的合成
合成塔出料减压至2.6MPa（绝对压力），进入液体分布器6，进行闪蒸，将合成出料先行气液分离，液体则减压到2.3MPa（绝对压力），进入第一分解器7，第一加热器8和第一分解器9，气液再次分离。第一分离器采用CO2气提。出第一分离器的液体减压到0.2MPa，进入第二解析器10和第二分离器11.此处得到已相当纯净的70%尿液，再进入尿液浓缩器12，被蒸发浓缩到86%~88%。从分离器即可得到液体尿素产品。
三 循环回收
从第二分离器出来的气体进入第二冷凝器，将不冷凝气体中微量氨回收后，惰性气体排入大气。出第二冷凝器的液体是稀甲铵液，经回流冷却器5放出一部分热量，再至第一分解器壳侧，与第一分离器来的气体混合。这些气液混合物经第一分解器7、第二分解器10、尿素浓缩器12、甲铵加热器14、氨回热器15，最后在第一冷凝器16中用冷却水冷凝为浓甲铵液，由高压甲铵泵18加压，再经甲铵加热器14返回合
成塔。
四 尾气吸收与解吸
从第一冷凝器分出的`气体包括惰性气体及与他平衡的氨气，在惰性气体洗涤器17中被冷凝吸收。冷凝吸收的氨水返回第一冷凝器，回收气体中微量的氨后排放入空气中。收集在冷凝液收集槽中的冷凝液送水解解析系统回收其中的NH3和CO2，废液达到排放标准后排放。
五 蒸发造粒
从分离器送来的熔融尿素由熔融泵送往造粒塔顶部的旋转喷头进行造粒。造粒塔底部得到的成品颗粒尿素由皮带机送包装楼称量包装。
水溶液全循环法制尿素工艺流程简图
1-CO2压缩机；2-空气压缩机；3-高压氨泵；4-合成塔；5-回流冷却器； 6-流体分离器；7-第一分解器；8-第一加热器；9-第一分布器；10-第二分解器；
11-第二分离器；12-尿液浓缩机；13-浓缩分离器；14-甲铵加热器；15-氨回热器；16-第一冷凝器；17-惰性气体洗涤器；18-高压甲铵泵；19-低压甲铵泵；
20-第二冷凝器；21-尿素产品泵
塔设备的分析
塔设备的作用是实现气（汽）―液相或液―液相之间的充分接触，从而达到相际间的传质与传热的目的。目前工业上应用最广泛的塔设备为：填料塔、板式塔。
尿素合成塔是生产尿素的关键设备。由于尿素生产系统中大部分都是尿液或NH3-CO2-H2O三元溶液，它们熔点都比较高，如果使用板式塔极易反应结晶堵塞，会使生产无法正常进行。因此，为了稳妥起见，在尿素生产中的塔设备常采用填料塔。填料塔具有如下优点：生产能力大，分离效率高，压力降小，持液量小，操作弹性大等。
在本流程中尿素合成塔的，尿素合成塔的操作条件是压力20MPa,温度190℃，氨碳比4~4.2，水碳比0.86，二氧化碳转化率可达74%。该合成塔是一个内部换热室的等温反应器。它是由壳体、热管和隔板组成的。热管作为主要的传热元件，是一种具有高导热性能的传热装置。其工作原理为：二氧化碳、预热了的液氨（含有钝化作用空气）和返回的甲铵液一起自塔顶进入设备塔内的盘管中，进行合成甲铵反应，并放出热量传到盘管以外。盘管的下端形成开口的罩式分布器，反应液自此流出，又与一部分液氨混合，在从下而上流动，此时进行甲铵脱水的吸热反应。这样盘管内外热量匹配，最后达到塔顶。
此种管壳式换热塔设备在设计与使用的过程中要注意流体流径的选择，要注意管程和壳程各走哪种流体。它的主要优点是传热面积大，传热系数高，流体流动较快，物料停留时间短，耐高温，高压，结构简单。这种塔在工业上应用较为广泛，一般在制糖工业，合成氨工业上也有应用。此塔在UTI热循环法制尿素生产过程中节能减排的环节中起到了重要的作用。
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