工業(yè)裝置尿素合成動(dòng)態(tài)模型及其應(yīng)用 實(shí)驗(yàn)室研究篇
作者/來(lái)源:沈華民(上;ぱ芯吭海虾 200336) 日期: 2008-01-03 點(diǎn)擊率:1765
1773年法國(guó)魯埃爾(Rouelle)首次發(fā)現(xiàn)尿素之后,經(jīng)過(guò)數(shù)十年的努力,直到1828年,德國(guó)的佛勒(Wöhler)通過(guò)氰酸銨的異構(gòu)化作用而制得尿素:NH3+HCNO NH4CNO NH2CONH2。這是人類第一次合成尿素。但是,由于有毒物的參與,該反應(yīng)并不能用于尿素的工業(yè)生產(chǎn)。只有歷史價(jià)值,它是打擊生命力論的第一個(gè)有機(jī)合成反應(yīng)。
此后一段時(shí)間,先后出現(xiàn)了多種尿素制備方法,如光氣與氨反應(yīng);氨與氧硫化碳反應(yīng);氰氨化鈣水解等等。但是,由于種種原因,或者是原料難得;或者有毒;或者混合物難以分離再循環(huán)等等。經(jīng)濟(jì)上的不合理使這些方法始終只是停留在試驗(yàn)階段,都未實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。
1868年,俄國(guó)巴扎羅夫(Вауагоъ)在燒封的玻璃管中長(zhǎng)時(shí)間加熱甲銨而制得尿素,巴氏反應(yīng)的基本原理是通過(guò)加壓、加熱,使甲銨脫水生成尿素:NH4COONH2 NH2CONH2+H2O
巴氏反應(yīng)是現(xiàn)代工業(yè)合成尿素的基礎(chǔ),該反應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)在于合成尿素的兩種主要原料NH3和CO2,均來(lái)自于合成氨車間。原料的便宜是巴氏合成法取代其他方法的主要原因。巴氏反應(yīng)已成為工業(yè)化制備尿素的主要反應(yīng)。
剛開始用巴氏合成法進(jìn)行尿素的工業(yè)生產(chǎn),在各方面都遇到巨大的困難,經(jīng)過(guò)了數(shù)十年的實(shí)驗(yàn)室研究,才得以解決。
作為尿素工藝的核心工序——尿素合成反應(yīng),更是圍繞著與甲銨有關(guān)的兩個(gè)反應(yīng)——甲銨生成反應(yīng)和甲銨脫水轉(zhuǎn)化為尿素的反應(yīng),而展開實(shí)驗(yàn)室熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)的數(shù)據(jù)測(cè)定和研究,才得以認(rèn)識(shí)并逐漸深化完善的。從20世紀(jì)20~30年代開始一直持續(xù)到70~80年代,眾多的學(xué)者和研究者都投入到尿素合成反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室研究中。主要研究成果如下。
弗里扎克斯(Frejacques)1948年發(fā)表了《工業(yè)合成尿素的理論基礎(chǔ)》[1],文章總結(jié)了20世紀(jì)50年代前尿素實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)研究成果和數(shù)據(jù)。為50年代末尿素第一代水溶液全循環(huán)法(即傳統(tǒng)法)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化奠定了理論基礎(chǔ)。文章也對(duì)尿素合成反應(yīng)相關(guān)的熱數(shù)據(jù)、化學(xué)平....