126306 (691002), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

4.Технология производства

Синтез карбамида из аммиака и двуокиси углерода протекает по суммарной реакции

2NH₃ + CO₂ → CO(NH₂)₂ + Н₂О

и состоит из стадии образования карбамата аммония:

2NH₃ + СО₂ → NH₄–COO–NH₂

и дегидратации карбамата аммония:

NH₄–COO–NH₂ → CO(NH₂)₂ + Н₂O

Согласно технологической схеме, рассмотренной в данном курсовом проекте, газообразный CO₂ сжимается в четырехступенчатом компрессоре 1 от 1 до 200 атм. при 35°C, а оттуда подается в смеситель 4. В смеситель также под давлением 200 атм. подается жидкий аммиак, а плунжерным насосом 14 – раствор УАС, в виде которого возвращаются в цикл не превращенные в карбамид NH₃ и CO₂. В смесителе образуется карбомат аммония при давлении 200атм. и температуре 175 °C. Из смесителя реакционная смесь поступает в колонну синтеза 5, в которой при 200 °C и 280 атм. протекает образование карбамида.

Образовавшийся в колонне синтеза плав, содержащий 30-31% карбамида, 21-22% карбамата аммония, 33-34% избыточного аммиака, 14-16% воды направляются на двухступенчатую дистилляцию. Агрегат дистилляции каждой ступени состоит из трех аппаратов: ректификационной колонны, подогревателя и сепаратора.

Плав карбамида, выходящий из колонны синтеза 5, дросселируется от 200 до 20 атм. и поступает в ректификационную колонну 7 агрегата дистилляции первой ступени. Здесь происходит выделение в газовую фазу избыточного аммиака. Затем в подогревателе 8 температура плава повышается до 165 °C. При этом почти полностью выделяется избыточный аммиак и разлагается большая часть карбамата аммония. Образовавшаяся парожидкостная смесь разделяется в сепараторе 9. Газовая фаза из него возвращается в ректификационную колонну 7, а жидкая фаза дросселируется до 3 атм. и направляется на дистилляцию второй ступени.

Газовая фаза из ректификационной колонны 7, содержащая 76% NH₃, 21-22% CO₂ и около 3% воды, направляется в промывную колонну 6. Здесь NH₃ и CO₂ поглощаются аммиачной водой с образованием раствора аммонийных солей, а газообразный аммиак очищается от двуокиси углерода и направляется в конденсатор первой ступени 13, где конденсируется и возвращается через танк 2 в цикл.

Жидкая фаза, представляющая собой концентрированный раствор аммонийных солей, с температурой 100 °C плунжерным насосом 14 подается под давлением 200 атм. в смеситель 4.

Раствор, поступающий на дистилляцию второй ступени содержит 60-61% карбамида, 4-5% карбамата аммония, 6-7% избыточного аммиака и 29-30% воды. Дистилляция второй ступени протекает также, как и в первой, т. е. вначале раствор проходит через ректификационную колонну 10, а затем в подогревателе 11 нагревается до 145 °C и поступает в сепаратор 12, где происходит разделение газообразной и жидкой фаз. Во второй ступени дистилляции происходит окончательное разложение карбамата аммония и завершается отгонка аммиака и двуокиси углерода.

Остающийся раствор, содержащий 70-72% карбамида, из сепаратора 12 дросселируется и поступает в вакуум-испаритель 15, в котором при остаточном давлении 300 мм. рт. ст. происходит его концентрация до 74-76% за счет самоиспарения. Далее этот раствор через сборник 16 и маслоотделитель 17 направляется на переработку в готовый продукт.

Газовая фаза из ректификационной колонны 19, содержащая 55-56% NH₃, 24-25% CO₂ и 20-21% воды, направляется в конденсатор второй ступени 19 для конденсации водяных паров. Образовавшийся здесь слабый раствор УАС через напорный бак 20 центробежным насосом 21 подается в промывную колонну 6. Газовая фаза из конденсатора 19 и другие отходящие газы, содержащие NH₃ и CO₂, направляются в абсорбер 22, в котором NH₃ и CO₂ при 40 °C поглощаются раствором аммонийных солей, циркулирующим через холодильник 25.

Образовавшийся в абсорбере 22 раствор УАС подогревается в теплообменнике 26 до 95 °C и подается в десорбер 24. Здесь при 3 атм. и 135 °C с помощью острого пара происходит полное разложение аммонийных солей на NH₃ и CO₂. Газообразные NH₃ и CO₂ вместе с водяными парами направляются в конденсатор второй ступени, а оставшаяся вода удаляется в канализацию.

Колонна синтеза 5 размещена на открытой площадке, остальное оборудование – в здании.

Рисунок1 – технологическая схема производства карбамида

Полученный раствор карбамида последовательно упаривают в выпарных аппаратах первой и второй ступени 27 и 28 соответственно при температуре 120–125°С и давлении 30–40 кПа и 130–140°С и давлении около 3–5 кПа. Полученный плав карбамида концентрацией 99,7–99,8 масс. % поступает в грануляционную башню 31 и распыляется в ней. Образующиеся мелкие частицы при падении вниз охлаждаются в полом объеме башни потоком воздуха, идущим снизу вверх, и превращаются в гранулы. В нижнюю часть башни засасывается атмосферный воздух, и подается воздух из аппарата для охлаждения гранул «КС» 33. Образовавшиеся гранулы нитрата аммония из нижней части башни поступают на транспортер 32 и в аппарат кипящего слоя 33 для охлаждения гранул, в который через подогреватель 34 подается сухой воздух. Из аппарата 33 готовый продукт направляется на упаковку.

Товарный карбамид в виде гранул размером 1–4 мм применяют в сельском хозяйстве. Кристаллический карбамид получают в кристаллизаторах.

На современных установках поток воздуха из грануляционных башен

промывается для удаления мелких частиц карбамида и затем выбрасывается в атмосферу.

Рисунок2 – технологическая схема производства карбамида

5. Конструкция аппарата

Конструкция аппарата приведена на рисунке

1-корпус; 2- крышка плоская; 3-днище эллиптическое; 4-опора; 5-тарелки ситчатые; 6-термопара

Рисунок3 – колонна синтеза карбамида.

6. Технологические расчеты

6.1 Материальный баланс

CO₂ + 2 NH₃ = NH₂COOONH₄ + 38ккал (1)

NH₂COOONH₄ = H₂O + NH₂CONH₂ (2)

1.Теоретический расход аммиака и двуокиси углерода на 1 т 100% - ой мочевины

m(NH3) = n ∙_MNH3 ∙m(CONH₂)₂/M_CO(NH2)2 [1 c.244]

где M_NH3 - молярная масса аммиака M_NH3 = 17 кг/кмоль

m(CONH₂)₂ – масса карбамида m(CONH₂)₂ = 1000кг

n – стехиометрический коэффициент n = 2

M_CO(NH2)2– молярная масса карбамида, M_CO(NH2)2 = 60кг/кмоль

m(NH₃)= 2 ∙17 ∙1000/60 = 566,67 кг

m(CO₂) = M_CO2 ∙m(CONH₂)₂/M_CO(NH2)2 [1 c.244]

где Μ_CO2 – молярная масса углекислого газа, Μ_CO2 = 44 кг/кмоль.

Следовательно

m(СО₂) = 44 ∙1000/60 = 733,33 кг

2. Расход на 1 т. 98% - ой мочевины

m(NH₃) = 2 ∙17 ∙1000∙0,98/60 = 555,34 кг

m(CO₂) = 44 ∙1000∙0,98/60 = 718,66 кг

3. В колонне синтеза с учетом потерь на 1 т. готовой продукции должно получиться мочевины

980∙1,15 = 1127 кг.

На образование этого количества мочевины необходимо

m₁(NH₃) = m(NH₃) ∙1,15 = 555,34∙1,15 = 638,64 кг

m₁(CO₂) = m(CO₂) ∙1,15 = 718,66∙1,15 = 826,46 кг

4. Практический расход аммиака и углекислоты на 1 т. мочевины (без учета примесей в аммиаке и двуокиси углерода)

m₂(NH₃) = m(NH₃) ∙1,15∙n∙100/M_CO(NH2)2 = 555,34∙1,15∙2∙100/60 = 2128,8 кг

m₂(CO₂) = m(CO₂) ∙1,15∙100/M_CO(NH2)2 = 718, 66∙1,15∙100/60 = 1377,43 кг

5. В колонне образуется карбамата аммония

m(NH₂COOONH₄) = m₂(CO₂) ∙ M_NH2COOONH4/ M_CO2 [1 c.244]

где M_NH2COOONH4 – молярная масса карбамата аммония

M_NH2COOONH4 = 78 кг/моль

m(NH₂COOONH₄) = 1377,43 ∙78/44 = 2441,8 кг

6. На образование карбамата расходуется аммиака

m₃(NH₃) = m(NH₂COOONH₄) ∙ n ∙ M_NH3/ M_NH2COOONH4 [1 c.245]

m₃(NH₃) = 2441,8 ∙2 ∙17/78 = 1064,37 кг

Остается непрореагировавшего аммиака

m₂(NH3) - m₃(NH₃) = 2128,8 – 1064,4 = 1064,4 кг

7. Образуется мочевины из карбамата аммония

m(CONH₂)₂ = m(NH₂COOONH₄) ∙ M_CO(NH2)2/ M_NH2COOONH4 ∙M_CO(NH2)2/100

m(CONH₂)₂ = 2441,8∙60∙60/78∙100 = 1127 кг

Остается непрориагировавшего карбамата аммония

m₁(NH₂COOONH₄) = m(NH₂COOONH₄) ∙ (100- M_CO(NH2)2/100) [1 c.245]

m₁(NH₂COOONH₄) = 2441,8 ∙ (100-60/100) = 976,74 кг

8. При превращении карбамата аммония в мочевину по реакции (2) выделится вода

m(H₂О) = m(NH₂COOONH₄) ∙(М_H2О/M_NH2COOONH4) ∙(M_CO(NH2)2/100) [1 c.245]

m(H₂О) = 2441,8 ∙18/78 ∙600/100 = 388,09 кг

Приход			Расход
	кг/т	кг/ч			кг/т	кг/ч
Аммиак	2128	22167,4		Мочевина	1127	11740
Углекислота	1377,43	14348,7		Карбамат аммония	976,74	10174,7
				Вода	338,09	3521,88
				Аммиак избыточный	1064,4	11087,85
	3506,23	36516,1			3506,23	36524,4

9. Выделившаяся в колонне вода взаимодействует с избыточным аммиаком с образованием гидрата аммония в количестве:

m(NH₄OH) = m(H₂О) ·M_NH4OH/ М_H2О [1 c.245]

m(NH₄OH) = 338,09 ·35/18 = 657,4 кг

10. На образование гидрата аммония затрачивается аммиака:

m₄(NH3) = m(NH₄OH) ·М_NH3/ M_NH4OH [1 c.245]

m₄(NH3) = 657,4 ·17/35 = 319,31 кг

Остается избыточного аммиака:

m_изб(NH₃) = m₃(NH₃) - m₄(NH3) [1 c.245]

m_изб(NH₃) = 1064,4 – 319,31 = 745,09 кг

6.2 Тепловой баланс

1.Приход тепла

1.1 Тепло, поступающее с СО2:

Q₁ = m₂(CO₂)·C(CO₂)·T [1 c.249]

где C(CO₂) – теплоемкость СО₂ при Т

C(CO₂) = 0,208 ккал/кг ·град; Т = 35°С

Q₁ = 1377,4 ·0,208 ·35 = 10080 ккал

1.2 Тепло, поступающее с жидким аммиаком:

Q₂ = m₂(NH3) ·С(NH₃) ·Т [1 c.249]

где С(NH₃) – теплоемкость NH₃ при Т

С(NH₃) = 1,054 ккал/кг ·град; Т = 25 °С

Q₂ = 2128,8 ·1,054 ·25 = 56093,9 ккал

1.3 Тепло образования карбамата аммония:

Q₃ = m₁(NH₂COOONH₄)/ M_NH2COOONH4 ·(q₁ – q₂) [1 c.249]

где q₁ – теплота образования твердого карбамата аммония из газообразных NH₃ и CO₂

q₁ = 38000 ккал/кг ·моль

q₂ – теплота плавления карбамата

Характеристики

Список файлов курсовой работы