Розрахунок температурного режиму поличної каталізаторної коробки

Складають тепловий і температурний баланс приймаючи:

1. Температуру конвертованого газу на виході з шару каталізатора ;

2. Температуру газу на вході в каталізаторну коробку ;

3. Температуру газу в щілині .

Визначають дані холодного балансу при котрих температурний баланс сходиться.

Кількість утвореного метанолу на полках визначається виходячи з підвищення температури газової суміші з на вході дона виході з полок:

і – індекс, що вказує на температуру на відповідній полці.

де – пониження температури газу на полиці із-за відводу (втрат) тепла в центральну трубу і кільцеву щілину:

де - витрата основного (обдувочного) газу:

– витрата газу через і-ту полицю;

– доля газу холодного балансу

Приріст метану на даній полиці:

Де - тепловий ефект утворення метанолу-сирця,

Вагова кількість метанолу в газі на виході з і-ї полки:

Об’єм каталізатора і висоташару каталізатора

Знайденим значенням відповідають значення.

Обєм каталізатора:

Висота шару каталізатора:

Виробництво карбаміду

Вперше карбамід (хім. uree, urea) (NH₂)₂CO – амід вугільної кислоти був виділений Круікшанком в 1797 році як окрема складова частина в сечі.

Синтез карбаміду з неорганічних речовин вперше був здійснений Вейллер Фрідріхом в 1828році випарюванням водного розчину ціанату амонію.

Базаров Олександр Іванович(1845-1907рр.) – російський хімік та плодовод вперше в 1868р синтезував карбамід із аміаку та вуглекислого газу нагріванням суміші до 130-140 ^оС під тиском. Саме цей спосіб ліг в основу сучасної промислової технології отримання сечовини.

Карбамід є вихідним продуктом отримання карбамідних смол (сечовино-формальдегідні смоли), добрив, ціанатів, гідразину, ціанурової кислоти, снодійних засобів.

Сечовино-формальдегідні смоли використовують для виробництва амінопластів, клеїв, пінопластів. Також вони входять до складу лаків; використовують для просочування в деревообробній, паперовій та текстильній промисловості. [О.В. Румянцев]

Сечовина – найкраще концентроване добриво. Містить 46 % зв’язаного азоту. Застосовується як допосівне добриво та добриво на всіх ґрунтах його використовують як добавку до корму для скота.

Варто відмітити, що частка концентрованих добрив досягає нині 85%, а якщо врахувати, що об’єм виробництва мінеральних добрив буде збільшуватись то можна говорити про зростання виробництва карбаміду. Добрива вносять в значних кількостях під технічні культури, а щодо зернових культур, то їх вносять під більше ніж на половину всіх площ.

Сировиною для синтезу є і:

- рідина;

отримують як відходи при очистці конвертованого газу аміачного виробництва (експанзерний газ, містить до 97% )

Карбамід

Молекулярна маса 60,047;

густина, , г/см³ 1,335;

теплоємність, с₁, 1344;

Т_плав, ^оС 132,7;

теплота утворення з елементів, 3341,22;

питома продуктивність колони синтезу, до 400

Біорет - - утворюється під час розкладу карбаміду в процеси випарювання (при цьому виділяється NH₃).

Нагрівання карбаміду вище температури плавлення призводить до його розкладання з утворенням NH₃, CO₂, біурету та інших сполук, в тому числи меламіну - (один з амідів ціануровой кислоти).

Ціанурова кислота

Тиск парів над плавом сечовини

Карбамідно-формальдегідні смоли застосовують для виробництва амінопластів, клеїв та пінопластів. Ці смоли входять до складу лаків використовують для просочування в паперовій, деревообробній, текстильній та в інших галузях.

Сировиною слугує рідкий аміак NH₃ та CO₂, що одержаний як відходи під час очищення конвертованого газу аміачного виробництва(газ-продукт очищення конвертованого газу водою – містить до 97% CO₂; під час очищення моноетаноламіном містить до 99% CO₂).

Синтез

Протікає в рідкій фазі в 2 стадії:

• перетворення NH₃ та CO₂ в карбамат амонію

• дегідратація карбамату амонію в карбамід:

Сумарна реакція

Перша реакція протікає з виділенням тепла Q₁ = 38 ккал/кмоль = 159 кДж/кмоль.

Друга реакція ендотермічна. З поглинанням тепла Q₂ = -6,8 ккал/кмоль = 28,5 кДж/кмоль.

Тепловий ефект реакції незначний, тому регулювання теплового режиму здійснюється достатньо просто зміною температури NH₃ у вузьких межах 15-20 ^оС.

Вплив температурі на вихід карбаміду

Вплив температури на швидкість дегідратації карбамату

Надлишковий аміак пригнічує побічні реакції та дозволяє вести реакцію за більш високих температур.

Температура плавлення карбонату +154 ^оС. Твердий карбомат амонію під час нагрівання розкладається повільно, тому температура реакції повинна бути вища температури плавлення(154 ^оС).

Як слідує з принципу Ле Шательє для утворення карбомату амонію необхідно збільшувати тиск. Швидкість утворювання карбамату є високою за Р = 100 атм и Т = 150 ^оС, Але швидкість дегідратації мала.

Для збільшення швидкості дегідратації збільшують температуру та тиск, а також подають в надлишку порівняно із стехіометричним складом аміак. Однак повний ступінь дегідратації не досягається.

З підвищенням температури максимальна дегідратація досягається при 200-210 ^оС (тиск біля200 атм). З підвищенням температури зростає швидкість реакції утворення карбаміду однак висока температура сприяє інтенсивний корозії металу, тому враховуючи позитивні та негативні фактори температуру прийняли 175-200 ^оС.

Якщо підтримувати температуру на цьому рівні, то з підвищенням тиску ступінь перетворення карбамату в карбамід також зростає.

Деякі виробники ведуть процес за Р=288-300 атм (Хеміко, Тойє Коатсу). Однак з підвишенням тиску значно зростають експлуатаційні витрати (витрати енергії на компромування) і капітальні затрати. Тому більшість заводів підтримує тиск Р=170-210 атм.

Зростання співвідношення NH₃:CO₂ (8) порівняно зі стехіометричними (2) також сприяє утворювання карбаміду за вихід 50-53% завихід 75-80%. Але зі збільшеннямзростають енергозатрати на підготовку (охолодження, стиснення, підігріванняNH₃) та на відгонку надлишкового NH₃ із плаву.

Тому

Тривалість процесу

Під час розрахунку реакційного об’єму приймають 35-50 хв. На швидкість реакції впливає багато факторів. Виразити їх вплив точними кількісними показниками поки не вдалося.