四川大学20xx级20xx年化工认识实习报告

时间:2024.3.31

一、前言

认识实习是高等工科院校全面贯彻党的教育方针、培养适应社会主义建设人才对一项重要的实践教学环节,是理论联系实际的有效方式。通过认识实习,学生可以了解社会、工厂、企业,深入了解本专业,并为后续课程的学习提供感性认识。认识实习的目的是让学生了解工业生产过程和状况,了解产品的工业流程及主要设备、机械的结构原理。通过将学过的基础课程与生产实践相结合,形成初步的专业概念,为学习技术基础课和专业课奠定基础。

我们专业在20##年11月14日到了四川金象化工产业集团股份有限公司开机进行了认识实习,我们了解了金象化工产业集团股份有限公司氨、尿素、硝酸、硝酸铵、硝基系列复合肥、双氧水、三聚氰胺、甲醇、二甲醚、食品级液体二氧化碳、龙血竭等化工产品生产过程和生产流水线,并对其生产设备有了一定认识。

二、公司简介

四川金象化工产业集团股份有限公司

四川金象化工产业集团股份有限公司始建于1970年10月,集团以生产销售化肥、化工原料、化工机械、压力容器及自营进出口为主营业务。现已形成合成氨、尿素、硝酸、硝酸铵、硝基系列复合肥、双氧水、三聚氰胺、甲醇、二甲醚、食品级液体二氧化碳、龙血竭等多元化的产品结构。其中:三聚氰胺产能名列全国第一,硝酸、硝酸铵、硝基复合肥产能名列全国前茅,居四川省第一。产品全部使用“象”牌商标(四川省著名商标),主导产品尿素、硝基复合肥为“国家免检产品”,尿素、硝酸铵、硝基复合肥被评为四川省名牌产品。

公司位于东坡故里四川省眉山市金象化工产业园区,历经近四十载的发展,“金象”从小到大,由弱变强;拥有集:四川金圣赛瑞化工有限责任公司、四川玉象蜜胺科技有限公司、四川金象联成化工有限公司、河北冀衡赛瑞化工有限公司、新疆金圣胡杨化工有限公司、四川哥伦泰克生物工程有限公司、美国峨眉食品开发有限公司、老挝金象南塔制药有限公司等十数家集团下属企业;集团多次被评为“川蜀高新技术企业”、 “中国氮肥制造50强企业”“全国化工优秀民营企业”、“全国化工环保先进单位”等荣誉称号。

四川金象化工股份有限公司占地36万平米,现有员工1200余人。公司于1994年经四川省政府批准改组眉山县氮肥厂而设立,注册资本5000万元人民币,资产总值近4个亿。
    公司坚持以市场、科技为先导,以产品多元化、规模化、长远化、产销服务一体化为经营特色,走“人无我有,人有我精”的发展之路。公司多年与清华大学、北京化工大学、四川大学、成达化学工程公司、西南化工研究院等科研院校合作,具有较强的技术开发能力,先后获发明专利3项、省科技进步二等奖3项、三等奖2项、国家级新产品和省优秀新产品一等奖1项。目前已形成具备年产10.5吨合成氨、13万吨尿素、4万吨硝酸、6万吨硝酸铵、1.5万吨高浓度甲醛、4万吨碳酸氢铵、7000吨食品级二氧化碳、3000吨亚硝酸钙以及硝酸钙、复合肥等多产品格局,并取得进出口自营权,其中“象”牌尿素为“四川名牌”、“国家免检产品”,“象”牌甲醛为国家级新产品。公司建立了省级企业技术中心,被确认为高新技术企业,列入四川省100家“小巨人”企业和26户专利工作试点单位;曾多次荣获“全国化肥生产先进单位”、“全国化工设备管理先进单位”等荣誉称号;按ISO9001标准建立了符合国际质量管理标准的质量管理体系,并通过认证;产供销实行信息化、电算化管理。
公司在立足国内市场的同时,着眼于国际市场。分别在国内和美国成立了三家合资企业,控股在美国设立的二个合资公司的其中一家,主要从事植物农药、植物除臭剂等环保产品的研究开发和生产销售及生物工程开发。

三、实习内容

(1)氨气

1.合成氨(NH3)生产工艺流程简介

氨(Ammonia,即阿摩尼亚),或称“氨气”,分子式为NH3,是一种无色气体,有强烈的刺激气味。极易溶于水,常温常压下1体积水可溶解700倍体积氨。氨对地球上的生物相当重要,它是所有食物和肥料的重要成分。氨也是所有药物直接或间接的组成。氨有很广泛的用途,同时它还具有腐蚀性等危险性质。由于氨有广泛的用途,氨是世界上产量最多的无机化合物之一,多于八成的氨被用于制作化肥。NH3用于制氨水、液氨、氮肥(尿素、碳铵等)、HNO3、铵盐、纯碱,广泛应用于化工、轻工、化肥、制药、合成纤维、塑料、染料、制冷剂等。

2. 氨(NH3)的一般制法

a.合成氨的工艺流程

  (1)原料气制备 将煤和天然气等原料制成含氢和氮的粗原料气。对于固体原料煤和焦炭,通常采用气化的方法制取合成气;渣油可采用非催化部分氧化的方法获得合成气;对气态烃类和石脑油,工业中利用二段蒸汽转化法制取合成气。

  (2)净化 对粗原料气进行净化处理,除去氢气和氮气以外的杂质,主要包括变换过程、脱硫脱碳过程以及气体精制过程。

  ① 一氧化碳变换过程

  在合成氨生产中,各种方法制取的原料气都含有CO,其体积分数一般为12%~40%。合成氨需要的两种组分是H2和N2,因此需要除去合成气中的CO。变换反应如下:

  CO+H2O→H2+CO2 ΔH =-41.2kJ/mol

  由于CO变换过程是强放热过程,必须分段进行以利于回收反应热,并控制变换段出口残余CO含量。第一步是高温变换,使大部分CO转变为CO2和H2;第二步是低温变换,将CO含量降至0.3%左右。因此,CO变换反应既是原料气制造的继续,又是净化的过程,为后续脱碳过程创造条件。

  ② 脱硫脱碳过程

  各种原料制取的粗原料气,都含有一些硫和碳的氧化物,为了防止合成氨生产过程催化剂的中毒,必须在氨合成工序前加以脱除,以天然气为原料的蒸汽转化法,第一道工序是脱硫,用以保护转化催化剂,以重油和煤为原料的部分氧化法,根据一氧化碳变换是否采用耐硫的催化剂而确定脱硫的位置。工业脱硫方法种类很多,通常是采用物理或化学吸收的方法,常用的有低温甲醇洗法(Rectisol)、聚乙二醇二甲醚法(Selexol)等。

  粗原料气经CO变换以后,变换气中除H2外,还有CO2、CO和CH4等组分,其中以CO2含量最多。CO2既是氨合成催化剂的毒物,又是制造尿素、碳酸氢铵等氮肥的重要原料。因此变换气中CO2的脱除必须兼顾这两方面的要求。

  一般采用溶液吸收法脱除CO2。根据吸收剂性能的不同,可分为两大类。一类是物理吸收法,如低温甲醇洗法(Rectisol),聚乙二醇二甲醚法(Selexol),碳酸丙烯酯法。一类是化学吸收法,如热钾碱法,低热耗本菲尔法,活化MDEA法,MEA法等。

  ③ 气体精制过程

  经CO变换和CO2脱除后的原料气中尚含有少量残余的CO和CO2。为了防止对氨合成催化剂的毒害,规定CO和CO2总含量不得大于10cm3/m3(体积分数)。因此,原料气在进入合成工序前,必须进行原料气的最终净化,即精制过程。

目前在工业生产中,最终净化方法分为深冷分离法和甲烷化法。深冷分离法主要是液氮洗法,是在深度冷冻(<-100℃)条件下用液氮吸收分离少量CO,而且也能脱除甲烷和大部分氩,这样可以获得只含有惰性气体100cm3/m3以下的氢氮混合气,深冷净化法通常与空分以及低温甲醇洗结合。甲烷化法是在催化剂存在下使少量CO、CO2与H2反应生成CH4和H2O的一种净化工艺,要求入口原料气中碳的氧化物含量(体积分数)一般应小于0.7%。甲烷化法可以将气体中碳的氧化物(CO+CO2)含量脱除到10cm3/m3以下,但是需要消耗有效成分H2,并且增加了惰性气体CH4的含量。甲烷化反应如下:

  CO+3H2→CH4+H2O ΔH=-206.2kJ/mol

CO2+4H2→CH4+2H2O ΔH=-165.1kJ/mol

  (3)氨合成 将纯净的氢、氮混合气压缩到高压,在催化剂的作用下合成氨。氨的合成是提供液氨产品的工序,是整个合成氨生产过程的核心部分。氨合成反应在较高压力和催化剂存在的条件下进行,由于反应后气体中氨含量不高,一般只有10%~20%,故采用未反应氢氮气循环的流程。氨合成反应式如下:

  N2+3H2→2NH3(g) ΔH=-92.4kJ/mol

b.合成氨的催化机理

  热力学计算表明,低温、高压对合成氨反应是有利的,但无催化剂时,反应的活化能很高,反应几乎不发生。当采用铁催化剂时,由于改变了反应历程,降低了反应的活化能,使反应以显著的速率进行。目前认为,合成氨反应的一种可能机理,首先是氮分子在铁催化剂表面上进行化学吸附,使氮原子间的化学键减弱。接着是化学吸附的氢原子不断地跟表面上的氮分子作用,在催化剂表面上逐步生成—NH、—NH2和NH3,最后氨分子在表面上脱吸而生成气态的氨。上述反应途径可简单地表示为:

  xFe + N2→FexN

  FexN +〔H〕吸→FexNH

  FexNH +〔H〕吸→FexNH2

  FexNH2 +〔H〕吸FexNH3→xFe+NH3

在无催化剂时,氨的合成反应的活化能很高,大约335 kJ/mol。加入铁催化剂后,反应以生成氮化物和氮氢化物两个阶段进行。第一阶段的反应活化能为126 kJ/mol~167 kJ/mol,第二阶段的反应活化能为13 kJ/mol。由于反应途径的改变(生成不稳定的中间化合物),降低了反应的活化能,因而反应速率加快了。

3.四川金象化工产业集团股份有限公司的制NH3

  烃类蒸汽转化:

一段转化(一段转化炉),加入蒸汽,镍催化剂,主要反应(吸热反应,剩余CH4 10%左右):

      CH4+H2O(汽)=CO+3H2

     

二段转化(二段转化炉),加入空气,主要反应,(剩余CH4 0.5%左右):

      2H2+O2=2H2O(汽)

      2CO+O2=CO2

      CH4+H2O(汽)=CO+3H2

原料气主要成分: CO、 CO2、 H2O、H2、N2  

  一氧化碳变换

分高温(400~550℃)变换和低温(200~280℃)变换二段进行,主要反应( 残余CO降至 0.3%左右 ):

      CO+H2O (汽) =CO2+H2

原料气主要成分: CO2、H2、N2、其它微量成分

二氧化碳脱除

主要是吸收法,用吸收液吸收原料气中CO2,解吸后送到尿素车间,根据吸收液不同有物理吸收、化学吸收或物理化学吸收

原料气主要成分: H2、N2 、微量碳氧化物及惰气

  甲烷化(微量一氧化碳、二氧化碳脱除)

催化剂存在下进行,主要反应( 残余碳氧化物可降至 10ppm以下):

      CO+3H2 =CH4+H2O

      CO2+4H2 =CH4+2H2O

原料气主要成分: H2、N2 、惰气及微量甲烷

氨合成

氨合成塔内进行,高压,气固催化反应:

N2+3H2 =NH3(气相)

受化学反应平衡限制,只有15~20%原料气变成氨

?    物料成分: NH3、 H2、N2 、惰气及微量甲烷   氨分离

利用氨与氮气、氢气的冷凝温度不同分离氨

冷冻方法分离出液氨(产品,生产尿素原料)

?     循环气(未反应氢气和氮气返回)

4.氨气(NH3)的化学性质

(1)跟水反应

  氨在水中的反应可表示为:NH3+H2O=NH3·H2O

  一水合氨不稳定受热分解生成氨和水

  氨水中存在三分子、三离子、三平衡

  分子:NH3.NH3·H2O、H2O;

  离子:NH4+、OH-、H+

  三平衡:NH3+H2O NH3·H2O NH4++OH-

  H2O H++OH-

  氨水在中学化学实验中三应用

  ①用蘸有浓氨水的玻璃棒检验HCl等气体的存在

  ②实验室用它与铝盐溶液反应制氢氧化铝

  ③配制银氨溶液检验有机物分子中醛基的存在。

(2)跟酸反应

  2NH3+H2SO4===(NH4)2SO4

  NH3+HCl===NH4Cl

  3NH3+H3PO4===(NH4)3PO4

  NH3+CO2+H2O===NH4HCO3

  (反应实质是氨分子中氮原子的孤对电子跟溶液里具有空轨道的氢离子通过配位键而结合成离子晶体。若在水溶液中反应,离子方程式为:

  8NH3+3Cl2===N2+6NH4Cl

  (黄绿色褪去,产生白烟)

反应实质:

2NH3+3Cl2===N2+6HCl

  NH3+HCl===NH4Cl

总反应式:

8NH3+3Cl2===N2+6NH4Cl

(3)在纯氧中燃烧

  4NH3+3O2==点燃==2N2+6H2O

(4)与碳的反应

  NH3+C=加热=HCN+H2↑(剧毒氰化氢)

(5)液氨的自偶电离

  液氨的自偶电离为:

  2NH3==(可逆)NH2- + NH4+ K=1.9×10^-30(223K)

(6)取代反应(氨解反应)

  取代反应的一种形式是氨分子中的氢被其他原子或基团所取代,生成一系列氨的衍生物。另一种形式是氨以它的氨基或亚氨基取代其他化合物中的原子或基团,例如;

  COCl2+4NH3==CO(NH22+2NH4Cl

  HgCl2+2NH3==Hg(NH2)Cl+NH4Cl

  这种反应与水解反应相类似,实际上是氨参与的复分解反应,故称为氨解反应。

(7)与水、二氧化碳反应

  NH3+H20+CO2==NH4HCO3

  该反应是侯氏制碱法的第一步,生成的碳酸氢铵与饱和氯化钠溶液反应生成碳酸氢钠沉淀,加热碳酸氢钠制得纯碱。

  此反应可逆,碳酸氢铵受热会分解

  NH4HCO3=(加热)=NH3+CO2+H2O

(2)硝酸

硝酸(nitric acid)分子式HNO3无色透明液体。有窒息性刺激气味。含量为68%左右,易挥发。在空气中产生白雾,是硝酸蒸汽于水蒸汽结合而形成的硝酸小液滴。露光能产生四氧化二氮而变成棕色。有强酸性。能使羊毛织物和动物组织变成嫩黄色。能与乙醇、松节油、碳和其他有机物猛烈反应。能与水混溶。能与水形成共沸混合物。相对密度(d204)1.41。沸点120.5℃(68%)。有强氧化性,与除金铂外的金属反应放出二氧化氮或一氧化氮,是一种有强氧化性、强腐蚀性的无机酸,酸酐为五氧化二氮。硝酸的酸性较硫酸和盐酸小(PKa=-1.3),易溶于水,在水中完全电离,常温下其稀溶液无色透明,浓溶液显棕色。硝酸不稳定,易见光分解,应在棕色瓶中于阴暗处避光保存,严禁与还原剂接触。硝酸在工业上主要以氨氧化法生产,用以制造化肥、炸药、硝酸盐等,在有机化学中,浓硝酸与浓硫酸的混合液是重要的硝化试剂。作为硝酸盐和硝酸酯的必需原料,硝酸被用来制取一系列硝酸盐类氮肥,如硝酸铵、硝酸钾等;也用来制取硝酸酯类或含硝基的炸药。

  由于硝酸同时具有氧化性和酸性,硝酸也被用来精炼金属:即先把不纯的金属氧化成硝酸盐,排除杂质后再还原。硝酸能使铁钝化而不致继续被腐蚀。还可供制氮肥、王水、硝酸盐、硝化甘油、硝化纤维素、硝基苯、苦味酸等.

  将甘油放和浓硝酸、浓硫酸中,会生成硝化甘油。这是一种无色或黄色的透明油状液体,是一种很不稳定的物质,受到撞击会发生分解,产生高温,同时生成大量气体。气体体积骤然膨胀,产生猛烈爆炸。所以硝化甘油是一种烈性炸药。

硝化炸药军事上用得比较多的是2,4,6-三硝基甲苯(TNT)。它是由甲苯与浓硝酸和浓硫酸反应制得的,是一种黄色片状物,具有爆炸威力大、药性稳定、吸湿性小等优点,常用做炮弹、手榴弹、地雷和鱼雷等的炸药,也可用于采矿等爆破作业。

1. 硝酸的一般制法

自然界

  自然界中的硝酸主要由雷雨天生成的一氧化氮形成。硝酸性质不稳定,因而无法在自然界长期存在,但硝酸的形成是氮循环的一环。自然界中硝酸的形成按如下步骤

  一氧化氮的生成

  N2(g)+ O2(g)——→ 2NO(g)

  二氧化氮的生成

  N2(g) + 2O2(g)——→ 2NO2 (g)

  2NO(g)+ O2(g)——→ 2NO2 (g)

  生成的二氧化氮溶于水中生成硝酸

  3NO2(g)+ H2O(l)——→ 2HNO3(aq)+ NO(g)

工业合成

  氨氧化法

   硝酸工业与合成氨工业密接相关,氨氧化法是工业生产中制取硝

酸的主要途径,其主要流程是将氨和空气的混合气(氧:氮≈2:1)通入灼热(760~840℃)的铂铑合金网,在合金网的催化下,氨被氧化成一氧化氮(NO)。生成的一氧化氮利用反应后残余的氧气继续氧化为二氧化氮,随后将二氧化氮通入水中制取硝酸。稀硝酸、浓硝酸、发烟硝酸的制取在工艺上各不相同。

4NH3+ 5O2——→ 4NO(g)+ 6H2O(g)

  2NO(g)+ O2(g)——→ 2NO2 (g)

  3NO2(g)+ H2O(l)——→ 2HNO3(aq)+ NO(g)

工业上也曾使用浓硫酸和硝石制硝酸,但该法耗酸量大,设备腐蚀严重,现基本停止使用

NaNO3(s)+ H2SO4(l)→ NaHSO4(s)+ HNO3(g)

实验室

原料:浓硫酸,硝酸钠设备:烧瓶,玻璃管,烧杯,橡皮塞,加热设备(酒精灯,煤气灯等)原理:不挥发酸制备挥发性酸:

H2SO4(l)+NaNO3(s) => Na2SO4(s)+ HNO3(g)

 步骤:烧瓶中加入沸石,浓硫酸,硝酸钠。置于铁架台上的铁圈上,铁圈下隔 石棉网放置加热设备,烧瓶口用带有玻璃管的橡皮塞塞住,玻璃管用橡皮管相连,另一头置于有水的烧杯中。注意事项:加热硫酸需要用沸石以防止硫酸暴沸,玻璃管连接处要尽量挨在一起,防止反应生成的NO2泄露,制备完成后要用碱中和瓶中物质,以免污染环境。

2. 四川金象化工股份有限公司的硝酸制法

双加压法硝酸生产工艺

(1)氨的氧化和热能回收

    氨和空气分别进入过滤器,以除去气体中夹带的固体粉尘和油雾等对氨氧化催化剂有害的杂质,净化后的气体经混合器混合(混合气中氨含量约9.5%(v))后进入氨氧化器,经与铂铑网接触,96%~97%(v)的氨被氧化为一氧化氮,气体的温度也上升至~860℃,此气体经氨氧化器下部的蒸气过热器和废热锅炉回收热量后出氨氧化反应器的温度约为400℃。

(2)NO的氧化及省煤器回收热量后,被冷却至约156℃。

当温度下降时,气体中的NO被氧化成NO2,然后进入水冷却器(Ⅰ),进一步冷却至40℃。在这里,氧化氮(NOx)气体与冷凝水反应生成浓度约34%的稀硝酸。酸气混合物经分离器分离,稀硝酸送入吸收塔。由水冷器(Ⅰ)来的氧化氮气体,与来自漂白塔的二次空气相混合后进入氧化氮压缩机,被压缩至1.0MPa(表)。气体经换热器被冷却至126℃,又经水冷却器(Ⅱ)进一步冷却至40℃后,氧化氮气体和冷凝酸一并送入吸收塔底部的氧化器继续氧化,在塔中氧化氮气体被水吸收生成硝酸,吸收塔的塔板上设有冷却盘管用以移走吸收热和氧化热,当塔内液体逐板流下时和氧化氮气体充分接触,酸浓度不断提高,在塔底部收集的酸浓度为65%~67%。

(3)漂白

自吸收塔来的65%~67%的硝酸里溶入很多NOx气体,被送至漂白塔顶部,用二次空气将NOx气体从硝酸中吹出,引出的成品酸浓度为60%,含HNO2<0.01%,温度为62℃,经冷却至约50℃后,送往成品酸贮槽。由吸收塔顶出来的尾气,经尾气预热器,被加热至约360℃,热气体进入尾气透平,可回收约60%的总压缩功,最后经排气筒排入大气。排入大气的尾气中NOx含量约为180 ppm。

3. 硝酸的用途

作为硝酸盐和硝酸酯的必需原料,硝酸被用来制取一系列硝酸盐类氮肥,如硝酸铵、硝酸钾等;也用来制取硝酸酯类或含硝基的炸药。

  由于硝酸同时具有氧化性和酸性,硝酸也被用来精炼金属:即先把不纯的金属氧化成硝酸盐,排除杂质后再还原。硝酸能使铁钝化而不致继续被腐蚀。还可供制氮肥、王水、硝酸盐、硝化甘油、硝化纤维素、硝基苯、苦味酸等.

  将甘油放和浓硝酸、浓硫酸中,会生成硝化甘油。这是一种无色或黄色的透明油状液体,是一种很不稳定的物质,受到撞击会发生分解,产生高温,同时生成大量气体。气体体积骤然膨胀,产生猛烈爆炸。所以硝化甘油是一种烈性炸药。

   硝化炸药军事上用得比较多的是2,4,6-三硝基甲苯(TNT)。它是由甲苯与浓硝酸和浓硫酸反应制得的,是一种黄色片状物,具有爆炸威力大、药性稳定、吸湿性小等优点,常用做炮弹、手榴弹、地雷和鱼雷等的炸药,也可用于采矿等爆破作业。

包装与储运

   铁路槽车装载50吨,其中铅槽车用以输送98%浓硝酸, 稀硝酸应用不锈钢或玻璃钢增强塑料槽车或储罐输送或储存。少量采用耐酸陶瓷坛或玻璃瓶包装,每坛净重33~40kg。浓硝酸采用耐酸泥封口,稀硝酸采用石膏封口。每坛装入衬有细煤渣或细矿渣等物的坚固木箱中,以便运输。包装上应有明显的“腐蚀性物品”标志。因铝的表面有一层氧化膜,起了钝化作用,而且经济,所以铝是硝酸理想的容器。个体防护禁止皮肤直接接触,作业操作时应带耐酸碱手套,口罩,以及其他劳保用品。

  皮肤接触:马上用大量清水冲洗,再用0.01%苏打水(或稀氨水)浸泡

 误食:催吐,用牛奶或蛋清。(理由:蛋白质的变性作用)

  实验室里的浓硝酸必须保存在带玻璃塞的棕色瓶子里,贮放在阴暗处。

(3)尿素

    尿素别名碳酰二胺、碳酰胺、脲 。是由碳、氮、氧和氢组成的有机化合物,又称脲(与尿同音)。其化学公式为 CON2H4、CO(NH2)2 或 CN2H4O,国际非专利药品名称为 Carbamide。外观是白色晶体或粉末。它是动物蛋白质代谢后的产物,通常用作植物的氮肥。尿素在肝合成,是哺乳类动物排出的体内含氮代谢物。这代谢过程称为尿素循环。尿素是第一种以人工合成无机物质而得到的有机化合物。活力论从此被推翻。

1773年,伊莱尔·罗埃尔(Hilaire Rouelle)发现尿素。1828年,德国化学家弗里德里希·维勒首次使用无机物质氰酸氨(NH4CNO,一种无机化合物,可由氯化铵和氯酸银反应制得)与硫酸铵人工合成了尿素。本来他打算合成氰酸铵,却得到了尿素。尿素的合成揭开了人工合成有机物的序幕。从此,活力论的错误证明了,有机化学实际上开辟了(活力论认为无机物与有机物有根本性差异,无机物所以无法变成有机物,有机化合物只能由生物的细胞在一种特殊的力量——生命力的作用下产生,人工合成是不可能的。哺乳动物、两栖动物和一些鱼的尿中含有尿素;鸟和爬行动物排放的是尿酸,因为其氮代谢过程使用的水量比较少)。

1. 四川金象化工股份有限公司尿素制法

改进水溶液全循环法尿素生产

    尿素在酸、碱、酶作用下(酸、碱需加热)能水解生成氨和二氧化碳。

    对热不稳定,加热至150~160℃将脱氨成缩二脲。若迅速加热将脱氨而三聚成六元环化合物三聚氰酸。(机理:先脱氨生成异氰酸(HN=C=O),再三聚。)

   与乙酰氯或乙酸酐作用可生成乙酰脲与二乙酰脲。

   在乙醇钠作用下与丙二酸二乙酯反应生成丙二酰脲(又称巴比妥酸,因其有一定酸性)。

   在氨水等碱性催化剂作用下能与甲醛反应,缩聚成脲醛树脂。

    与水合肼作用生成氨基脲。

  2NH3+CO2→NH2COONH4→CO(NH2)2+H2O

尿素易溶于水,在20℃时100毫升水中可溶解105克,水溶液呈中性反应。尿素产品有两种。结晶尿素呈白色针状或棱柱状晶形,吸湿性强。粒状尿素为粒径1~2毫米的半透明粒子,外观光洁,吸湿性有明显改善。20℃时临界吸湿点为相对湿度80%,但30℃时,临界吸湿点降至72.5%,故尿素要避免在盛夏潮湿气候下敞开存放。目前在尿素生产中加入石蜡等疏水物质,其吸湿性大大下降。

2.尿素的物化性质

物理性质

  化学式:CO(NH2)2,分子质量 60.06 ,无色或白色针状或棒状结晶体,工业或农业品为白色略带微红色固体颗粒,无臭无味。含氮量约为46.67%。密度1.335g/cm3。熔点132.7℃。溶于水、醇,不溶于乙醚、氯仿。呈弱碱性。

化学性质

   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

60℃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。

  尿素在酸、碱、酶作用下(酸、碱需加热)能水解生成氨和二氧化碳。

   对热不稳定,加热至150~160℃将脱氨成缩二脲。若迅速加热将脱氨而三聚成六元环化合物三聚氰酸。(机理:先脱氨生成异氰酸(HN=C=O),再三聚。)

  与乙酰氯或乙酸酐作用可生成乙酰脲与二乙酰脲。

  在乙醇钠作用下与丙二酸二乙酯反应生成丙二酰脲(又称巴比妥酸,因其有一定酸性)。

  在氨水等碱性催化剂作用下能与甲醛反应,缩聚成脲醛树脂。

  与水合肼作用生成氨基脲。

  尿素易溶于水,在20℃时100毫升水中可溶解105克,水溶液呈中性反应。尿素产品有两种。结晶尿素呈白色针状或棱柱状晶形,吸湿性强。粒状尿素为粒径1~2毫米的半透明粒子,外观光洁,吸湿性有明显改善。20℃时临界吸湿点为相对湿度80%,但30℃时,临界吸湿点降至72.5%,故尿素要避免在盛夏潮湿气候下敞开存放。目前在尿素生产中加入石蜡等疏水物质,其吸湿性大大下降。

  尿素是一种高浓度氮肥,属中性速效肥料,也可用于生产多种复合肥料。在土壤中不残留任何有害物质,长期施用没有不良影响。畜牧业可用作反刍动物的饲料。 但在造粒中温度过高会产生少量缩二脲,又称双缩脲,对作物有抑制作用。我国规定肥料用尿素缩二脲含量应小于0.5%。缩二脲含量超过1%时,不能做种肥,苗肥和叶面肥,其他施用期的尿素含量也不宜过多或过于集中。

尿素是有机态氮肥,经过土壤中的脲酶作用,水解成碳酸铵或碳酸氢铵后,才能被作物吸收利用。因此,尿素要在作物的需肥期前4~8天施用。

2. 尿素的用途

医学应用:

   皮肤科以含有尿素的某些药剂来提高皮肤的湿度。非手术摘除的指甲使用的封闭敷料中,含有40%的尿素。

  测试幽门螺杆菌存在的碳-14-呼气试验,使用了含有碳14或碳13标记的尿素。因为幽门螺杆菌的尿素酶使用尿素来制造氨,以提高其周边胃里的pH值。同样原理也可测试生活在动物胃中的类似细菌。

商业应用:

特殊塑料的原料,尤其尿素甲醛树脂。

某些胶类的原料。

肥料和饲料的成分取代防冻的盐撒在街道,优点是不使金属腐蚀。

加强香烟的气味。

赋予工业生产的椒盐卷饼棕色。

某些洗发剂、清洁剂的成分 。

急救用制冷包的成分,因为尿素与水的反应会吸热。

处理柴油机、发动机、热力发电厂的废气,尤其可降低其氧化氮。

催雨剂的成分〈配合盐〉。

过去用来分离石蜡,因为尿素能形成包合物。

耐火材料。

环保引擎燃料的成分。

美白牙齿产品的成分。

为化学肥料。

染色和印刷时的重要辅助剂。

实验室应用:

  尿素能非常有效的使蛋白质变性,尤其能非常有效地破坏非共价键结合的蛋白质。这特点可以提高某些蛋白质的可溶性,其浓度可达10摩尔体积。尿素也可用来制造硝酸尿素。

饲料添加剂:

  人类粮食资源与蛋白质的短缺,也造成饲料工业一大难题。业者积极寻找蛋白质的新来源,并扩及蛋白质以外的氮来源,例如含氮量高的尿素。

  1897年,Waesk 等人提出反刍动物能转化非蛋白质氮为菌体蛋白质的想法。1949年,C. J. Watson 等人喂食绵羊含有N15标记的尿素胶囊,4天后在绵羊血液、肝脏、肾脏中检验出含有N15的蛋白质。这证实了反刍动物可以利用非蛋白质氮。同年 J. K. Looli 等人以尿素当作唯一氮源喂食绵羊,发现绵羊能够正氮平衡,表明绵羊瘤胃里的微生物能利用尿素合成其生长所需的10种必需氨基酸。自此,尿素及尿素化合物成为反刍动物的饲料添加剂了。

  

化妆品:

   尿素是一种很好用的保湿成分,它就存在于肌肤的角质层当中,属于肌肤天然保湿因子NMF的主要成分。对肌肤来说,尿素具有保湿以及柔软角质的功效,所以也能够防止角质层阻塞毛细孔,藉此改善粉刺的问题。用于面膜、护肤水、膏霜、护手霜等产品中保湿成份的添加。添加比例为3-5%。

(4)双氧水

过氧化氢溶液,化学式为H2O2,其水溶液俗称双氧水,外观为无色透明液体,是一种强氧化剂,适用于伤口消毒及环境、食品消毒。

1.双氧水的一般制备

生产碱性过氧化氢的空气电极及其制法

  生产碱性过氧化氢用含醌空气电极,其特征在于每对电极由阳极板、塑料网、阳离子隔膜和含醌空气阴极组成,在电极工作区的上、下端设有进入流体的分配室和排出流体的收集室,在流体进口处设有节流孔,多组元电极采用有限制的偶极串联接法,加长阳极循环碱水进、出口用的塑料软管后再接至集液总管,多组元电极组由单元极板组装。[8]

用磷酸将过氧化钠水溶液中和法

  该制法涉及无机化合物制备领域,特别涉及从申请号为871 03988专利申请中所得阴极产物的过氧化钠水溶液制备过氧化氢的方法。用磷酸或磷酸二氢钠将过氧化钠水溶液中和至 pH9.0~9.7,使生成Na2HPO4和H2O2,将所说的Na2HPO4和H2O2水溶液冷却到+5~-5℃,使绝 大部分Na2HPO4以Na2HPO4 ·10H2O水合物形式析出,再在离心分离器 中将含有Na2HPO4 · 10H2O水 合物和过氧化氧水溶液混合物进行分离,分离出该水合物,随 后再对含有少量Na2HPO4的过氧化氢水溶液进行蒸发和分馏,得到约30%H2O2产品 。

  权利要求:

  制备过氧化氢的方法,其特征在于,用下列步骤从过氧化钠水 溶液制备:

  (1)用磷酸或磷酸二氢钠NaH2PO4将过氧化钠水溶液中和至9.0~9.7,使 生成Na2HPO4和H2O2的水溶液。

  (2)使所说的Na2HPO4和 H2O2水溶液冷却到+5~-5℃,从而使绝 大部分Na2HPO4以Na2HPO4·10H2O水合物形式析出。

  (3)在离 心分离器中对含有Na2HPO4·10H2O水合物和过氧化氢水溶液混合物进行分离,从而使Na2HPO4 ·10H2O结晶从含少量Na2HPO4的过氧化氢水溶液中分离出来。

  (4)将所说的含少量Na2HPO4的过氧 化氢水溶液在蒸发器中蒸发,得到含H2O2和H2O的蒸汽,而含过氧化氢的Na2HPO4浓盐溶液从底部流出并返回中和槽。

  (5)将所说的含H2O2和H2O的蒸汽在分馏塔中 进行减压分馏,得到约30%H2O2产品。[8]

电解硫酸法

  用电解60%的硫酸,得到过二硫酸,再经水解可得浓度为95%的双氧水。[8]

2-乙基蒽醌法

  现在工业规模化生产主要方法是2-乙基蒽醌(EAQ)法。2-乙基蒽醌在一定温度压力在催化剂作用下和氢气反应生成2-乙基氢蒽醌,2-乙基氢蒽醌在一定温度压力下与氧发生氧化还原反应,2-乙基氢蒽醌还原生成2-乙基蒽醌和过氧化氢。[8]

2-乙基蒽醌+H2==2-乙基-9,10-蒽二酚(钯催化)

2-乙基-9,10-蒽二酚+O2==2-乙基蒽醌+H2O2

总反应H2+O2==H2O2(2-乙基蒽醌、钯催化)

这个方法环保也省电,是目前最流行的方法

以前也有电解硫酸氢氨饱和溶液的方法

金象化工有限股份公司采用的依然是蒽醌法,但是不同的是加上了回流装置,使原料反复使用,从而提高产率,降低成本。

2.双氧水的物化性质

物理性质

   EINECS登录号:231-765-0

  英文名称:Hydrogen peroxide

  分子结构:O原子以sp3杂化轨道成键、分子为共价极性分子。

  H-O-O键角96度52分

  外观与性状: 水溶液为无色透明液体,有微弱的特殊气味。纯过氧化氢是淡蓝色的油状液体。

  主要成分:工业级 分为27.5%、35%两种。试剂级 常分为30%、40%两种。

  分子量:34.02

  熔点(℃):-0.89℃(无水)

  沸点(℃):152.1℃(无水)

  折射率:1.4067(25℃)

  相对密度(水=1): 1.46(无水)

  饱和蒸气压(kPa): 0.13(15.3℃)

  溶解性:能与水、乙醇或乙醚以任何比例混合。不溶于苯、石油醚。

  结构:H-O-O-H

毒性LD50(mg/kg):大鼠皮下700mg/Kg

 

化学性质

酸碱

  H2O2是二元弱酸,具有酸性。

氧化性

  具有较强的氧化性

  H2O2+ 2KI + 2HCl ==== 2KCl + I2+ 2H2O

  2Fe2+ + H2O2+ 2H+ ==== 2Fe3+ + 2H2O

  H2O2+ H2S ==== S↓+ 2H2O

  H2O2+ SO2==== H2SO4

  注:在酸性条件下H2O2的还原产物为H2O,在中性或碱性条件其还原产物为氢氧化物。

还原性

  2KMnO4+ 5H2O2+ 3H2SO4==== 2MnSO4+ K2SO4 + 5O2↑+ 8H2O

  2KMnO4+ 3H2O2==== 2MnO2+ 2KOH + 3O2↑+ 2H2O

  H2O2+ Cl2==== 2HCl + O2

  注:H2O2的氧化产物为O2

不稳定性

  过氧化氢在常温可以发生分解反应生成氧气和水(缓慢分解),在加热或者加入催化剂后能加快反应,催化剂有二氧化锰、硫酸铜、碘化氢、二氧化铅、三氯化铁,及生物体内的过氧化氢酶等

  2H2O2==MnO2== 2H2O + O2

  2H2O2 ==Δ== 2H2O + O2

  4、 H2O2的保存方法 实验室里常把H2O2装在棕色瓶内避光并放在阴凉处。

  5、 H2O2的用途 作消毒、杀菌剂,作漂白剂、脱氯剂,纯H2O2还可作火箭燃烧的氧化剂等。

电解反应

  电解过氧化氢会生成臭氧和水,同时水又生成氢气和氧气。

分步反应化学方程式:

3H2O2==电解== 3H2O + O3

  2H2O ==电解== 2H2↑ + O2

总反应化学方程式为:

  6H2O2==电解==6H2↑ + 2O3↑ + 3O2

  注:首次生成的臭氧颜色为橙黄。

分解反应

  1.取5ml5%的过氧化氢溶液于试管中,将带火星的木条伸入试管中,木条没有复燃。

  2.取5ml5%的过氧化氢溶液于试管中,加热,再将带火星的木条伸入试管中,木条难以复燃。

  注意:此时不是试管内有大量水蒸汽,而是氧气浓度低

  3.取5ml5%的过氧化氢溶液于试管中,加入少量二氧化锰,再将带火星的木条伸入试管中,木条复燃。二氧化锰做催化剂(起催化作用,加快化学反应速率,且反应前后其质量与化学性质均不发生改变),和过氧化氢反应生成氧气和水。

  4.化学方程式:2H2O2==MnO2== 2H2O + O2

催化原理

  双氧水的分解是个自身氧化还原的反应,也叫歧化反应。

  酸性溶液中的标准电极电势对比:

  O2+2H+ +2e- =H2O2 0.695V

  H2O2+2H+ +2e -=2H2O 1.776 V

  可以看出过氧化氢具有很强的还原性,同时具有很强的氧化性,歧化反应的电极电势高达1.0V以上,歧化反应理应相当剧烈,但是由于过氧键有一定的稳定性造成实际上双氧水的歧化反应并没有那么强烈,所以需要加入催化剂。

  【催化剂的中心元素都是变价的,而且要求此元素氧化态能够氧化双氧水,但是还原态的能够被双氧水氧化。】

  二氧化锰作催化剂时候,目前最被认可的反应原理是:

  H2O2+MnO2=H2MnO4 (ΔH<0)

  H2MnO4+H2O2= MnO2+2H2O+ O2

  该催化过氧化氢分解原理是H2O2先做氧化剂,再做还原剂。

也可以是先做还原剂再做氧化剂。比如铁离子催化作用:

H2O2+2Fe3+=2Fe2++2H++O2

H2O2+2Fe2+ +2H+=2Fe3++2H2O

但是铁离子的氧化性太弱,所以该反应第一步进行很慢,造成铁离子的催化效果比二氧化锰差很远。

3. 双氧水的用途

   化学工业用作生产过硼酸钠、过碳酸钠、过氧乙酸、亚氯酸钠、过氧化硫脲等的原料,酒石酸、维生素等的氧化剂。医药工业用作杀菌剂、消毒剂,以及生产福美双杀虫剂和40l抗菌剂的氧化剂。印染工业用作棉织物的漂白剂,还原染料染色后的发色剂。用于生产金属盐类或其他化合物时除去铁及其他重金属。也用于电镀液,可除去无机杂质,提高镀件质量。还用于羊毛、生丝、皮毛、羽毛、象牙、猪鬃、纸浆、脂肪等的漂白。高浓度的过氧化氢可用作火箭动力燃料。

四、结论

通过本次认识实习,巩固、扩大和加深我们从课堂上所学的理论知识,更清楚的认识了化工生产中的各种设备,化工生产中的各个生产工艺流程的来龙去脉,亲眼目睹了换热器设备的实际应用环境等化工原理知识,这使我们对化工原理中学到的知识更加的巩固。

在这实习过程中让我充分体会到工作的不容易。在这短短的时间内,我收获了很多东西,这些都是我在学校里和课本上学不到的,在这一天的实习中,让我深深体会到了将理论与实践结合起来的不易。了解了理论知识在实践生产中的应用,了解了一些在课堂上和书本内不能直观地观测到的设备和宏观的概念。其中每一步的设计都必须要考虑到各方面的条件限制和因素的制约,对于我们今后的学习生活有了很大的帮助。

五、感受和体会

在这一天的识实习时间里,我们到了四川金象化工股份有限公司。

当是之时,商海横流,搏击者众,“金象”亦勇为其中一员,将秉承“诚实做人,信誉做事,以回报社会为己任”的宗旨,按照“精细管理严格考核,稳定根本谋发展”的经营理念,精心打造“金象化工产业集中发展区”;同时,将积极实施走出国门的发展战略,加快老挝项目建设步伐,寻求新的发展空间,朝着“多元化、规模化、集团化、国际化”之宏伟目标迈进!这次实践告诉我们,作为大学生,我们不但要注重知识和技能教育,更要大力加强心理素质和道德品质教育,使我们既具有高度的事业心和责任心,又具备坚韧不拔、百折不挠的意志和精神,这样才能真正成为个人有所作为、又对社会有所贡献的人。面对我国加入WTO、实施西部开发战略的机遇,金象公司确立以“硝基化工、天然气化工、生物工程”为三大支柱的发展战略,依托四川丰富的电力、天然气、植物资源和四通八达的交通枢纽以及政府的优惠政策,引进国内外资本,与科研单位密切合作,实施第二阶段产品结构调整计划并首创我国第一条氨氧化加压法亚硝酸钙生产线,力争通过3年的努力,将公司建设成为国内乃至世界最大的亚硝酸钙生产企业。公司以诚信为本,竭诚为广大用户提供优质的产品和一流的服务。  

总之,虽然实习的时间很短,但对我来说,收获是很大的。我会更加珍惜我的学习,并且用实习的心得时时激励自己!在实习的过程中,我学到了许多原先在课本上学不到的东西,而且使自己更进一步接近社会。我深刻地感受到知识的重要性,我们只有掌握扎实的专业知识,才能为以后踏入社会打好基础。

附:金象公司一些产品

实习总结:

在这一天的识实习时间里,我们到了四川金象化工股份有限公司在这里,我们真正地见识到了新时代的化工企业。这样的企业不仅仅需要科技知识,更需要优秀的领导者和他的高瞻远瞩和远见卓识。一个化工人必须有报国的信念和服务社会的责任感。当是之时,商海横流,搏击者众,“金象”亦勇为其中一员,将秉承“诚实做人,信誉做事,以回报社会为己任”的宗旨,按照“精细管理严格考核,稳定根本谋发展”的经营理念,精心打造“金象化工产业集中发展区”;同时,将积极实施走出国门的发展战略,加快老挝项目建设步伐,寻求新的发展空间,朝着“多元化、规模化、集团化、国际化”之宏伟目标迈进!这次实践告诉我们,作为大学生,我们不但要注重知识和技能教育,更要大力加强心理素质和道德品质教育,使我们既具有高度的事业心和责任心,又具备坚韧不拔、百折不挠的意志和精神,这样才能真正成为个人有所作为、又对社会有所贡献的人。面对我国加入WTO、实施西部开发战略的机遇,金象公司确立以“硝基化工、天然气化工、生物工程”为三大支柱的发展战略,依托四川丰富的电力、天然气、植物资源和四通八达的交通枢纽以及政府的优惠政策,引进国内外资本,与科研单位密切合作,实施第二阶段产品结构调整计划并首创我国第一条氨氧化加压法亚硝酸钙生产线,力争通过3年的努力,将公司建设成为国内乃至世界最大的亚硝酸钙生产企业。公司以诚信为本,竭诚为广大用户提供优质的产品和一流的服务。  

总之,虽然实习的时间很短,但对我来说,收获是很大的。我会更加珍惜我的学习,并且用实习的心得时时激励自己!在实习的过程中,我学到了许多原先在课本上学不到的东西,而且使自己更进一步接近社会。我深刻地感受到知识的重要性,我们只有掌握扎实的专业知识,才能为以后踏入社会打好基础。

当代大学生成长成才和创业的时期,正是国家发展的重要战略机遇期,时代位我们提供施展才华的大好机遇和广阔空间。我们要珍惜历史机遇,自觉把人生追求同国家和民族的前途命运联系起来,在为国家发展和民族振兴的不懈奋斗中,创造无愧于人生的业绩。追求真理、善于创新。当代大学生应当发挥朝气蓬勃、思维敏捷、敢为人先、最少陈旧观念、最多创造活力的诸多优势,坚持追求真理的精神,不断夯实科学文化知识基础,掌握善于创新的技能,努力提高持续创新能力,使自己成为祖国和人民需要的、富有创新精神的高素质人才。要善于从马克思主义理论中汲取营养,树立科学的世界观,把握正确的方法论,努力做科学探索和创新的先锋。

实验成绩评定:                          

                   指导教师签名:                年       月       日

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