34. Синтез карбамида: кинетика и параметры процесса. Диаграмма состояния системы.
Диаграмма состояния трех фазовой системы NH2CO2NH4(т) - CO(NH2)2 ─ (NH3 + CO2)( г)
На диаграмме показана область t и P. При которой CO(NH2)2 нах-ся в жидкой фазе, в этой области может протекать р-я образования карбамида. 1,2,3 – граничные кривые.
Область ограниченна кривыми 2 и3, минимальные условия р-ии соответствуют t пл-я карбомата аммония 1520 С и давлению 83,5 ат. С повышением давления расширяется область тем-р при которой существует жидкая фаза. Учитывая данные по равновесию и кинетике технико-экономические предпосылки и разнообразие промышленных вариантов схем синтез карбомида ведут при: t, 0 С: 150 – 200; Р, МПа: 14 – 20; NH3 : CO2: (2,8 – 4,8) : 1; время пребывания смеси в колонне, мин: 45 – 60.
В этих условиях достигаемая величина выхода карбамида равна 50 – 68.
Полный процесс произв-ва карбамида вкл. в себя стадии: 1) синтез карбамида в жидкой фазе. 2) дистилляция продуктов синтеза, т.е. отдувка из р-ра непрореагировавших NH3 и CO2 их возврат в цикл. 3) переработка р-ра карбамида в сухую соль.
Высокие темпер-е стадии синтеза дистилляции и упаривания р-ра, а т.ж. постепенное ↓концентрации аммиака в системе вызывают нежелательное превращение карбамида в биурет
2 ( H2N–CO–NH2 ) = H2N–CO–NH–CO–NH2+NH3
Биурет - белое криста-е в-во с t пл = 1930 С, биурет угнетающе действует на растение поэтому его примесь в продукционном карбамиде строго ограничив-ся. Нагревание р-ра карбамида при более высокой t в замкнутом сосуде под Р приводит к образованию меламина С3N6H6 . При длительном нагревании водных р-ров карбамида протекают р-и изомеризации и гидролиза.
35. Оборудование стадии синтеза карбамида. Расходные коэффициенты на 1 т карбамида. Технологические особенности производства карбамида.
Технологические особенности:
1) протекание обратимых и медленных р-ии в р-ре. 2) используется газообр-е и жидкое сырье твердые отходы не обр-ся, т.е. производство экологически чистое. 3) применяются высокие давления и повышенные т-ры при синтезе аммиака, катализатор не используется. 4) низкая степень превращения сырья в продукт за один проход, поэтому в схеме предусмотрен рецикл с целью повторного использования не прореагировавшего сырья. 5) образуется коррозионно-агрессивные среды, поэтому аппараты подвергаются спец. защите. 6) гранулирование продукта по методу приллирования в высокой гранбашне. 7) благодаря использованию диоксида углерода - отхода производства аммиака создаются предпосылки для низкой себестоимости продукта.
Расходные коэф.: 1. Аммиак, кг: 575; 2. Диоксид углерода, кг: 750; 3. электроэнергия, кВт*ч: 120; 4. охлаждающая вода при 250С (Δt = 110С), м3: 55; 5. пар высокого давления (2,5 мПа), т: 1,05; 6. пар низкого давления (0,3 мПа), отход, т: 0,35.
Аппаратурное оформление узла синтеза включает в себя колонну синтеза, стриппер, конденсатор высокого давления и скруббер ВД.
Колонна синтеза - цилиндрический аппарат высокого давления. работает как аппарат идеального вытеснения. Цилиндрический корпус, сферическое днище и крышка защищены изнутри слоем коррозионно – устойчивой высоколегированной стали 08Х18Н12М3Т или 06Х23Н28М3Д3Т толщиной 6 мм. Реакционная смесь подводится в колонну снизу и отводится через переливную воронку из верхней части. Для улучшения гидродинамического режима колонна оборудована ситчатыми тарелками и в нижней части – внутренним устройством, что увеличивает степень контакта жидкой и газовой фазы. Каждая из тарелок работает в режиме идеального смешения.
Стриппер - вертикальный, кожухотрубный теплообменник пленочного типа. В верхней части имеется распределительное устр-во, обеспечивающее пленочный характер движения ж-ти по трубкам. Работает по принципу противотока: жидкая фаза тонкой пленкой стекает по трубкам вниз, а газовая фаза – противотоком поднимается снизу вверх. В межтрубное пространство подается пар давлением 1,7 – 2,06 МПа, с которым подводится необходимое количество тепла для разложения карбамата аммония в токе свежего диоксида углерода на аммиак и диоксид углерода.
Конденсатор высокого давления– вертикальный цилиндрический кожухотрубный теплообменник, в трубках которого происходит хим-я р-ция образования карбамата аммония. В конденсатор поступает два потока: газовый (из стриппера) и жидкостный. В верхней части аппарата имеется смесительная камера исх-х компонентов. Давление процесса 14 МПа, температура 165 – 170 0С. Тепло реакции образования карбамата аммония отводится естественной циркуляцией парового конденсата через сепараторы. Обр-ся в межтрубном простр-ве пар НД, исп-ся на технологические нужды.
Скруббер высокого давления состоит из теплообменной и сепарирующей части. В сепарирующей части происходит разделение реакционной смеси, поступающей из колонны. Теплообменная часть оборудована центральной трубой, по которой обеспечивается циркуляция раствора в трубном пространстве и тем самым повышается эффективность теплообмена. В скруббере газы из колонны синтеза, смешиваясь с раствором углеаммонийных солей (УАС) частично конденсируются и поглощаются карбаматом. Тепло поглощения NH3 и CO2 углеаммонийными солями отводится охлаждающим конденсатом, подаваемым в межтрубное пространство. Нормальную работу скруббера обеспечивает циркуляция конденсата с температурой на входе не менее 1000С и перепадом температур по выходу и входу не менее 80С.
Газовая фаза, пройдя слой насадки скруббера, смешиваясь в эжекторе с воздухом, выбрасывается в атмосферу. Перед эжектором газы анализируются автоматическим анализатором на содержание аммиака. Степень очистки газов в скруббере по аммиаку составляет 99,7 %.