1495

В атмосферу

§

ГПэдП

Рис. 10.48. Схема получения карбамида с жидкостным рециклом (синтез и дистилляция сплава):

1 — четырехступенчатый компрессор для диоксида углерода; 2 — танк жидкого аммиака; 3 — плунжерный насос для аммиака; 4 — конденсатор I ступени; 5 — колонна синтеза; 6 — смеситель; 7 — плунжерный насос; 8 — промывная колонна; 9 — ректификационная колонна I ступени; 10 — по­ догреватель I ступени; 11 — сепаратор I ступени; 12 — ректификационная колонна П ступени; 13 — подогреватель П ступени; 14 — сепаратор П сту­ пени; 1 5 — вакуум-испаритель; 1 6 — сборник раствора карбамида; 1 7 — маслоотделитель; 18 — центробежный насос; 19 — конденсатор; 2 0 — ваку­ ум-насос; 2 1 — конденсатор П ступени; 2 2 — резервуар; 23 — центробежный насос; 2 4 — абсорбер; 2 5 — сборник раствора карбонатов аммония;

26 — десорбер; 27— холодильник; 28— теплообменник; 29 — центробежные насосы

корпусе колонны имеются отверстия, соединенные с общим коллек­ тором. Реакционная масса, состоящая из карбамида, карбамата аммо­ ния и карбонатных солей, аммиака и воды, поступает в колонну че­ рез нижний штуцер и, постепенно заполняя колонну, движется к выходному штуцеру в плоской крышке аппарата. С целью более ин­ тенсивного перемешивания образующегося плава в нижней части ко­ лонны имеются решетчатые перегородки. Габаритные размеры колон­ ны при производительности агрегата 1250 т/сут (450 тыс. т/год): диаметр 2,0—2,5 м, высота 30—35 м (объем до 160 м3).

Образующийся в колонне синтеза плав, содержащий 30—31% карбамида, 21—22% карбамата аммония, 33—34% избыточного ам­ миака и 16— 17% воды, направляется на двухступенчатую дистилля­ цию. Агрегат дистилляции каждой ступени состоит из трех аппара­ тов: ректификационной колонны, подогревателя и сепаратора.

Плав карбамида, выходящий из колонны синтеза 5 (см. рис. 10.48), дросселируется от 20 до 1,8—2,0 МПа и поступает в верх­ нюю часть ректификационной колонны 9 агрегата дистилляции I сту­ пени. В колонне 9 при температуре 120—125° С происходит выделе­ ние в газовую фазу избыточного аммиака, после чего плав для полного разложения карбамата аммония нагревается до 158— 162°С в теплообменнике 10. Образовавшаяся при этом парожидкостная смесь разделяется в сепараторе 11 — газовая фаза возвращается в нижнюю часть (барботажный слой) ректификационной колонны 9, а жидкая фаза дросселируется до давления 0,25—0,4 МПа и направляется на дистилляцию II ступени.

Газовая фаза из ректификационной колонны Р, содержащая 75—76% NH3, 21 — 22% СОг и около 3% воды, направляется в ниж­ нюю часть промывной колонны 8, в которой с помощью парового подогревателя поддерживают температуру 92—96° С. Одновременно в колонну 8 подается и раствор карбонатов аммония со II ступени дистилляции, в процессе которой поглощается основное количество диоксида углерода и конденсируется водяной пар с образованием раствора, содержащего 38—45% аммиака, 30—37% диоксида углеро­ да и 22—27% воды. Далее раствор сжимается плунжерным насосом 7 до 20 МПа и возвращается в смеситель б. Газообразный аммиак при 45—50° С отделяется от диоксида углерода в верхней насадоч­ ной части колонны 8, орошаемой концентрированным водным рас­ твором аммиака (93—96% NH3), и направляется в конденсатор 4, где он сжимается и, проходя, возвращается в систему (цикл). Несконденсировавшиеся газы (в основном азот, водород и кислород) отмывают­ ся от содержащегося аммиака в системе абсорбции, дросселируются до атмосферного давления и сбрасываются в атмосферу.

Раствор, поступающий на дистилляцию II ступени, содержит 55—61% карбамида, 4— 5% карбамата аммония, 6—7% избыточного

485

аммиака и 28—35% воды. Процесс дистилляции во II ступени проте­ кает так же, как и в I, т. е. раствор вначале проходит через ректифи­ кационную колонну 12, охлаждаясь до 110° С за счет испарения ам­ миака и разложения карбамата аммония, затем в подогревателе 13 нагревается до 140— 142° С и поступает в сепаратор 14, в котором происходит разделение газообразной и жидкой фаз. Во II ступени дистилляции заканчивается разложение карбамата аммония и отгонка аммиака и диоксида углерода. Остающийся раствор, содержащий 70—72% карбамида, из сепаратора 14 дросселируется и поступает в вакуум-испаритель 15, в котором при остаточном давлении 40 кПа происходит его концентрирование до 74—76% и охлаждение до 90° С за счет самоиспарения. Раствор далее через сборник 16 и мас­ лоотделитель 17 направляется на переработку в целевой продукт.

через резервуар 22 центробежным насосом 23 направляется в про­ мывную колонну 8. Газовая фаза из конденсатора 21 и другие отхо­ дящие газы, содержащие NH3 и С02, направляются в абсорбер 24, в котором NH3 и С 02 поглощаются при 40° С раствором карбонатов аммония, циркулирующих через холодильник 27. Инертные же газы из адсорбера удаляются в атмосферу.

Образовавшийся в абсорбере 24 раствор карбонатов аммония по­ догревается в теплообменнике 28 до 90—95° С и направляется в десорбер 26, в котором при температуре 135— 145° С и под давлением 0,3—0,4 МПа в присутствии острого пара происходит полное его разложение на NH3, С 02 и Н20. Газообразные аммиак и диоксид уг­ лерода вместе с водяными парами направляются в конденсатор II ступени 21, а оставшаяся вода сливается в отстойники.

Недостатками рассмотренной схемы получения плава карбамида являются сравнительно низкая (62—65%) степень конверсии карбама­ та аммония в карбамид, сложность системы регенерации и возврата непрореагировавших компонентов, отсутствие полного использования теплоты синтеза. Поэтому все более широкое распространение полу­ чают усовершенствованные процессы, так называемые стрип- пинг-процессы, основанные на отгонке и конденсации большей части непрореагировавших аммиака и диоксида углерода под давлением синтеза, что позволяет упростить схему, уменьшить объемы возвра­ щаемой в узел синтеза воды и лучше утилизировать теплоту конден­ сации. Процесс дистилляции в таких процессах осуществляется при противоточной обработке плава диоксидом углерода или аммиаком, что обеспечивает возможность проведения дистилляции плава при

486

Полученный после II ступени выпарки плав карбамида перека­ чивается в расположенную над грануляционной башней 14 напор­ ную емкость 18, обогреваемую паром, откуда он поступает в гра­ нулятор 15. Образующиеся капли плава охлаждаются встречным потоком воздуха и затвердевают в гранулы. Охлаждение гранул от 60—70 до 40—50° С производится в аппаратах с кипящим слоем, расположенных внутри башни или рядом с ней. С целью получе­ ния целевого продукта с размером гранул 1—4 мм его подвергают сортировке на двухситном грохоте 21, а частицы с размерами ме­ нее 1 мм и более 4 мм собирают в растворитель 22. Полученные от растворения мелких (менее 1 мм) и крупных (более 4 мм) час­ тиц растворы возвращаются на выпарку. Применение в производст­ ве вибрационных грануляторов обеспечивает получение монодисперсного целевого продукта.

Для получения 1 т карбамида по описанной схеме расходуется: 0,58 т NH3 (в пересчете на 100%-ный), 0,75 т СОг (100%-ный), 4,82 ГДж пара, 65 м3 охлаждающей воды и 480 МДж электроэнергии.

Холодильники с кипящим слоем гранул работают со значительно большей интенсивностью, чем вращающиеся барабанные. Однако в процессе охлаждения в кипящем слое гранулы карбамида раскалыва­ ются и истираются, в результате чего образуется запыленность. В ре­ зультате часть мелких частиц уносится с газом, а другая часть оста­ ется в продукте и способствует его слеживанию.

Процесс гранулирования производят также на наклонном враща­ ющемся грануляторе тарельчатого типа. Мелкие гранулы ретура, на­ ходящиеся на тарелке, опрыскивают 99,5—99,8%-ным плавом карба­ мида. Полученные стандартные гранулы охлаждают и рассеивают.

Перспективными являются способы получения гранулированно­ го карбамида в аппарате кипящего слоя непосредственно из рас­ творов, выводимых из цикла после дистилляции, содержащих до 30% воды. Раствор карбамида выпрыскивается горячим газом че­ рез форсунки в кипящий или фонтанирующий слой гранул. Отво­ димые из аппарата гранулы охлаждают, рассеивают, а фракцию менее 1 мм возвращают в кипящий слой или растворяют в ис­ ходных растворах.

Для получения кристаллического карбамида исходный раствор упаривают до 92—94%, а затем направляют его в кристаллизаторы шнекового типа или в вакуум-кристаллизаторы, в которых охлаждают до 40—45° С. Отделение кристаллов от маточного раствора ведут на центрифугах с одновременной подсушкой воздухом.

Незначительные добавки полифосфата натрия существенно увели­ чивают прочность гранул карбамида. Образующийся полифосфат кар­ бамида затвердевает в виде пространственной сетки из переплетаю­ щихся волокон, выполняющей роль укрепляющей гранулу арматуры.

489

10.5. АЗОТНАЯ КИСЛОТА

Физико-химические свойства, применение. Азотная кислота HNO3, бесцветная жидкость, существующая также в виде моно- и тригидрата (табл. 10.4). Молекула азотной кислоты имеет плоскую структуру (длины связей в нм):

Твердая азотная кислота образует две кристаллические модифика­ ции— с моноклинной и ромбической решетками. Концентрированная кислота малоустойчива, при нагревании или под действием света ча­ стично разлагается:

4HN03 -> 4N02 + 2Н20 + 0 2

Образующийся диоксид азота окрашивает кислоту в бурый цвет и придает ей специфический запах.

Азотная кислота смешивается с водой во всех соотношениях. В во­ дных растворах HNO3 практически полностью диссоциирует на Н* и NOj. С водой образует азеотропную смесь (68,4%, масс. HNO3 ) с тем­ пературой кипения 120,7° С и плотностью d10* = 1,41моно- и тригидра-

490