3.Теоретические основы производства

Сырьем для производства карбамида являются аммиак и диоксид углерода. Синтез карбамида, впервые осуществленный А. И. Базаровым в 1870 г., протекает в две стадии: вначале образуется карбамат аммония

2NH₃ (газ) + СО₂ (газ) - NH₂COONH₄ (ж) + 125,6 кДж

Во второй стадии в результате отщепления воды образуется карбамид

NH₂COONH₄ (ж) -CO(NH₂)₂ (ж) + Н₂О (ж) -- 15,5 кДж

Суммарная реакция синтеза карбамида имеет вид:

2NH₃ + CО₂ - CO(NH₂)₂+ Н₂0+110,1 кДж

Обе реакции обратимы; равновесные концентрации и скорости процессов определяются температурой, давлением, соотношением NH₃ и СО₂ и количеством Н₂О в смеси.

Реакция образования карбамида из карбамата аммония идет с поглощением тепла, поэтому при повышении температуры процесса возрастает равновесный выход карбамида. Максимальная степень превращения в карбамид достигается при 220 °С, При этом равновесное давление процесса (избыток аммиака-- 100%) составляет 33,3 МПа. Установлено, что избыток NH₃ сверх стехиометрического содержания повышает равновесную степень превращения, так как аммиак связывает реакционную воду, удаляя ее из сферы реакции, а избыток С0₂ не оказывает существенного влияния.

Зависимость равновесной степени превращения карбамата аммония в карбамид от температуры и избытка аммиака. Если синтез карбамида вести при температуре около 190°С или выше, продолжительность процесса составляет несколько менее 1 ч. Если же вести процесс при температуре 150 °С, то для достижения достаточно высокого выхода карбамида процесс должен идти в течение нескольких часов.

Однако при повышении температуры усиливается коррозия аппаратуры и резко возрастает равновесное давление. Это усложняет оборудование и повышает расход энергии на сжатие СО₂ и NH₃. В связи с этим промышленный процесс обычно ведут при 190°С и 19,5МПа. Существуют также системы, работающие при более высоких и низких давлениях

Основные требования и положения

Карбамид производится из жидкого аммиака и газообразного диоксида углерода при температуре примерно 170-190 ⁰С и давления 13,5-14,5 МПа в соответствии со следующими реакциями:

2 NH₃ + CO₂ ↔ NH₂COONH₄ ∆Н = -117 кДж/моль (1)

NH₂COONH₄ ↔ NH₂CONH₂ + H₂O ∆Н = 15,5 кДж/моль (2)

В процессе первой реакции диоксид углерода превращается в карбамат аммиака; реакция протекает быстро и является экзотермической.

В процессе второй реакции карбамат аммиака разлагается на карбамид и воду. Эта реакция идет медленно и является эндотермической.

В результате реакции 80% CO₂ преобразуется в карбамид.

4.Описание технологического процесса

4.2.1 Компрессия co2

Подача CO₂ (4,7) имеющего температуру 35⁰С, осуществляется из сепаратора из цеха по производству аммиака. Атмосферный воздух проходит сжатие в компрессоре технологического воздуха и подается вместе с CO₂ в центробежный компрессор CO₂ (поз 3). Здесь давление смеси с CO₂ возрастает до примерно 140 абсолютных бар.

Во время сжатия между второй и третьей ступенями компрессора CO₂ содержание водорода в смеси снижается в результате каталитического горения, проводимого в реакторе удаления H₂ используемый катализатор состоит из платины на носителе.

Дегидрогенизированный CO₂ (4,7) вводится в нижнюю часть теплообменника высокого давления (поз 3).

Положительной стороной проводимой дегидрогенизации является то, что инертные газы, подаваемые из скруббера высокого давления (поз 3), будут содержать мало водорода, что смесь водород-воздух не будет взрывоопасной.