Главная
Коллекция "Otherreferats"
Производство и технологии
Современные технологии производства карбамида
Современные технологии производства карбамида
Компьютерная химия как область химии, основанная на применении теории графов к химическим задачам фундаментального и прикладного характера. Схемы производства карбамида из аммиака и двуокиси углерода и их классификация. Области применения карбамида.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 13.12.2011 |
| Размер файла | 543,4 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Содержание
- 1. Введение
- 2. Аналитический обзор
- 2.1 Процесс без рецикла (однопроходные)
- 2.2 Процессы с частичным рециклом аммиака
- 2.3 Процессы с рециркуляцией горячих газов
- 2.4 Процессы с рециркуляцией углеаммонийных солей в виде раствора или суспензии (жидкий рецикл)
- 2.5 Рециркуляция углеаммонийных солей в виде водного раствора или суспензии
- 2.6 Рециркуляция суспензии карбамида аммония в инертной жидкости
- 2.7 Процессы с раздельным возвратом в цикл синтеза аммиака и двуокиси углерода - газовый рецикл
- 3. Обзор современных технологий производства карбамида
- 4. Материальный баланс
- 5. Тепловые расчёты
- 6. Области применения
- 7. Описание технологической схемы по методу "Тое-Коацу"
- Список литературы
1. Введение
Только за последнее десятилетие повсеместно стали использоваться новые информационные технологии: интернет, мобильная связь, цифровые технологии. При этом разрабатываемый образовательный стандарт должен стать ответом на вызов современного глобального непрерывно меняющегося мира.
В связи с развитием технологий и расширением выполняемых функций необходимо использовать различные виды организации вычислительных средств, образующих организационный базис.
Компьютерная химия - это молодая область химии, основанная на применении теории графов к химическим задачам фундаментального и прикладного характера. Пройдя длительную историю развития, компьютерная химия дала возможность понять, как устроен микромир на молекулярном уровне. Она позволила с высокой степенью достоверности производить численный прогноз. На основании такого прогноза можно судить, во-первых, о самой возможности существования или иной молекулярной системы как устойчивой совокупности атомов. Во-вторых, об индивидуальных характеристиках таких систем. В-третьих, о преимущественных направлениях тех или иных химических реакций. Создание мощного программного обеспечения наряду с самим развитием ЭВМ сделало такой прогноз практически доступным широкому кругу исследователей разных направлений [1].
2. Аналитический обзор
Все известные в настоящие время схемы производства карбамида из аммиака и двуокиси углерода могут быть разделены на пять групп, отличающихся друг от друга, главным образом, способом рекуперации не прореагировавших веществ:
1. Процессы без рецикла (с переработкой аммиака, а иногда и двуокиси углерода, в соли аммония).
2. Процессы с частичным рециклом аммиака.
3. Процессы с рециркуляцией горячих газов.
4. Процессы с рециркуляцией углеаммонийных солей в растворе или в воде суспензии (жидкостный рецикл).
5. Процессы, основанные на селективном извлечении из газовой фазы одного из компонентов и раздельном возврате аммиака и двуокиси углерода в цикл (газовый рецикл).
2.1 Процесс без рецикла (однопроходные)
Впервые процесс без рецикла был осуществлён в 1922 г. В Оппау (Германия) на установке производительностью 1,2 т/ч.
Основной недостаток однопроходного процесса - низкая степень использования сырья (30 - 35 % NH3, 45 - 50 % CO2), что вызывает необходимость кооперирования с производством по переработки аммиака в другие продукты.
Двуокись углерода при этом не утилизируется, так как потребность в бикарбонате аммония, в которой она могла бы бать переработана, относительно невелика [2].
карбамид компьютерная химия аммиак
2.2 Процессы с частичным рециклом аммиака
Процессы с частичным рециклом аммиака, основанные на возврате аммиака, основанные на возврате по способу, предложенному Миллером, были реализованы во многих страна и дали возможность разработать более
совершенные схемы с полным рециклом аммиака и двуокиси углерода.
Основным отличием схемы с частичным рециклом аммиака от процесса без рецикла является двухступенчатое дросселирование и дистилляция плава, полученного в колонне синтеза. При этом в 1 ступени дистилляции поддерживается такое давление, которое позволяет конденсировать выделившийся аммиак охлаждением водой. Давление во 2 ступени приближается к атмосферному [2].
2.3 Процессы с рециркуляцией горячих газов
До недавнего времени полагали, что способ с рециркуляцией горячих газов связан с большими затратами на капитальный ремонт и эксплуатацию и поэтому является нерентабельным и устаревшим.
Однако в 1965 г. фирма "Хемико" (США) запатентовала процесс горячего рецикла, основанный на адиабатическом сжатии газов с помощью турбокомпрессора. В новом "термическом" процессе "Хемико" предлагается проводить синтез при давлении более 200 ат и температуре свыше 2000С. Применение адиабатического сжатия позволит использовать избыточное тепло для производства пара и, таким образом, полностью отказываться от потребления пара со стороны. Для максимального снижения расхода энергии на сжатие возвращаемых в цикл газов в процессе применяется многоступенчатое дросселирование. Отходящие газы последней ступени дистилляции вместе со свежей двуокисью углерода снижается до 17 - 20 ат, а затем - объединенный поток - до давления синтеза.
Трудностей, имеющихся место при эксплуатации поршневого компрессора, в данном методе нет, повышение температуры при адиабатическом сжатии в каждой ступени турбокомпрессора исключает возможность конденсации. Вместе с тем конечная температура не превышает 260 0С, что вполне допустимо для нормальной работы турбокомпрессора.
Преимущество этого метода - значительное снижение капитальных и эксплуатационных затрат (так, по предварительным расчётам расход энергии сокращается на 20% по сравнению с лучшими эксплуатируемыми в настоящие время промышленными схемами) и возможность создания производства карбамида мощностью до 1800 т/сутки. Следует, однако, что промышленное освоение этого процесса зависит от подбора коррозионно - и эрозионноустройчивых материалов и разработки надёжной конструкции турбокомпрессора [2].
2.4 Процессы с рециркуляцией углеаммонийных солей в виде раствора или суспензии (жидкий рецикл)
Процессы производства карбамида с частичным или полным рециклом углеаммонийных солей нашли наиболее широкое применение в промышленности. Конкуренция между фирмами разных стран ("Дюпон", "Хемико" и др. - США. "Монтекатини" - Италия, "Стамикарбон" - Голландия, "Тое-Коацу" - Япония, "Инвента" - Швейцария, "Пешине" - Франция и др.) привели к созданию различных вариантов процесса, основной которых является два способа рецикла, предложенные Миллером и Фрежаком.
Миллер предложил проводить процесс синтеза карбамида из аммиака и двуокиси углерода в присутствии значительного избытка аммиака.
Большая часть аммиака возвращается в процесс после 1 ступени дистилляции; оставшиеся аммиак и двуокись углерода поглощается водой из газов 2 ступени дистилляции и возвращения в цикл в виде раствора углеаммонийных солей.
При этом состав смеси на входе в реакторе (в %) можно представить:
Таблица №1 - состав смеси на входе в реакторе (в %).
|
Аммиак: |
% |
|
|
1. С раствором углеаммонийных солей |
4,0 |
|
|
2. свежий |
14,5 |
|
|
3. возврат аммиака после 1 ступени дистилляции |
50,5 |
|
|
Двуокись углерода: |
||
|
1. С раствором углеаммоний солей |
5,2 |
|
|
2. свежая |
18,7 |
|
|
3. Вода с раствором углеаммонийных солей |
7,6 |
При таком соотношении реагентов L = 7,5, W = 0,78, большой избыток аммиака, а также осуществление синтеза при добавлении около 400 ат и 2000С позволяет компенсировать отрицательное действие воды и получить степень превращения карбамида аммония в карбамид до 70%.
Фрежак предложил осуществлять возврат аммиака и двуокиси углерода в виде тонкодисперсной суспензии карбамида аммония в инертной жидкости. Последняя должна удовлетворять следующим требования: не растворяться в воде, не взаимодействовать с реакционной смесью и обладать ничтожным давлением пара при температуре синтеза. В отличие от описанного выше метода, в этом случае соотношение аммиака и двуокиси углерода на входе в реактор поддерживается близкими к стехиометрическому (L = 2), а синтез осуществляется при 175 0С и 210 ат. Поэтому степень превращения карбамида аммония в карбамид не превышает 40% [2].
2.5 Рециркуляция углеаммонийных солей в виде водного раствора или суспензии
Впервые процесс производства карбамида с рециркуляций водного раствора углеаммонийных солей по способу Миллера был осуществлён в 1932 г. концерном "Дюпон" (США) на установке мощностью 135 тыс. т в год (в 1962 г. она была доведена до 185 тыс. т в год.)
Описанный способом имел ряд существенных недостатков - низкий съём продукции с единицы реакционного объёма, интенсивная коррозия вследствие высоких температур и давлений, большие расходы на эксплуатацию.
Имеется четыре разновидности этого способа:
1. Метод фирмы "Монтекатини"
2. Метод фирмы "Стамикарбон"
3. Метод фирмы "Тое-Коацу"
4. Метод фирмы "СНАМ"
Метод фирмы "Монтекатини".
Этот способ основан на работах Фаузера и отличается от процесса, предложенного Миллером, меньшим содержанием воды в рециркулируемом растворе аммонийных солей.
При определённом сочетании давлений в 1 и 2 ступенях дистилляции возможно использование тепла, выделяющегося в конденсаторе - абсорбере 1 ступени, для разложения карбамата аммония во 2 ступени.
Основным преимуществом метода "Монтекатини" по сравнению со способом Миллера состоят в следующем.
1. Избыточный аммиак конденсируется вместе с образовавшимся карбаматом аммония, что позволяет уменьшать количество аппаратов и создаёт условия для более полной рекуперации тепла на стадии дистилляции.
2. Возвратный раствор углеаммонийных солей образуется под давление 20-45 ат, что способствует уменьшению количества воды, поступающей в колонну синтез. Это позволяет получить высокую степень превращения при более низких давлениях и температурах, что практически устраняет трудности, связанные с коррозией.
Метод фирмы "Стамикарбон".
Этот метод отличается от способа "Монтекатини" тем, что на 1 ступени дистилляции, которая проводится при давлении 11-45 ат и температуре не выше 1630С, выделяется до 90% избыточного аммиака, возвращаемого в цикл синтез отдельно от раствора углеаммонийных солей.
Одним из достоинств способа фирмы "Стамикарбон" является высокое качество гранул, которое практически не слеживаются даже при хранении навалом. Это объясняется тем, что перед гранулированием плав содержит 99,7 - 99,8 % карбамида. Гранулы, полученные из такого плава, обладают высокой механической прочностью в следствие влажность (менее 0,3 %).
Новый метод имеет следующее по сравнению с описанным выше:
А) компактность установки по площади;
Б) меньшая энергоёмкость;
В) отсутствие стальных конденсаторов аммиака;
Г) возможность осуществление полного рецикла без специального насоса для перекачки раствора углеаммониний солей, являющихся наиболее узким местом в старой схеме;
Д) меньшее количество рециркулируемого раствора углеаммонийных солей;
Е) меньше капиталовложения.
Метод фирмы "Тое-Коацу".
Основной для создания схемы с полным жидкостным рециклом, по которой в 1958 г. была пущена в Японии первая установка мощностью 132 тыс. т карбамида в год, послужили работы исследовательской лаборатории, а также опыт эксплуатации установок без рецикла и с частичным рециклом аммиака и раствор углеаммониных солей, действующих с 1948 г. на заводах фирмы "Тое-Коацу".
По мнению специалистов фирмы "Тое-Коацу" имеет массу преимущество по сравнению с первоначальным процессом:
1. Упрощение схемы вследствие применения газообразной двуокиси углерода.
2. Увлечение межремонтного пробега футеровки колонны синтеза от 1 года до 10 лет за счёт тонкой очистки газа от сернистых соединений.
3. Более полная утилизация аммиака вследствие применения трёхступенчатой дистилляции
4. Снижение давлений синтеза с 300 до 230 ат, что способствует экономии электроэнергии.
5. Замена выпарки вакуум-кристализацией и центрифугированием позволяет уменьшать расход пара и снизить содержание биурета в готовой продукции.
6. Возврат маточного раствора в цикл синтеза благоприятствует снижению содержанию содержания биурета в продукте, так как в колонне синтеза при избытка аммиака биурета превращается в карбамид.
Метод фирмы "СНАМ".
Процесс фирмы "СНАМ" отличается от "отпарного" процесса фирмы "Стамикарбон" тем, что разложение непрореагировавшего карбамида аммония осуществляется в одной ступени при давлении 80 ат и выше (вплоть до давления синтеза) путём продувки плава аммиаком в аппарате разложения.
Рассмотрев и сопоставив различные методы производства карбамида с рециклом углеаммониных солей в виде водных растворов или суспензий, можно отметить следующие тенденции в развитии этого наиболее распространённого процесса:
1. Максимально возможное сокращение количества воды в рециркулируемом смеси;
2. Уменьшение энергоёмкости путём организации рационального теплоиспользования и поддержания оптимальных условий синтеза и дистилляции;
3. Повышение степени использования аммиака как путём усовершенствования технологии улавливания и последующей регенерации, так и путём кооперирования с производством расход тепловой и электрической энергии. [2]
2.6 Рециркуляция суспензии карбамида аммония в инертной жидкости
Отличительной особенностью этого процесса, разработанного французской фирмой "Пешине", является применение парафинового масла для рециркуляции аммиака и двуокиси углерода. При поглощении последних парафиновым маслом образуется легкоподвижная суспензия, содержащая до 50% карбамида аммония, которая одновременно со свежим порциями аммиака и двуокиси углерода подаётся в колонну синтеза.
Применение инертного масла позволяет осуществлять рециркуляцию
непрореагировавших аммиака и двуокиси углерода, облегчить регулирование температурного режима в колонне синтеза и уменьшить коррозию благодаря защитному действию масляной плёнки.
Следует отметь что по технико-экономическим показателям способ "Пешине" не может конкурировать с процессами, основными на рециркуляции водного раствора углеаммонийных солей, и поэтому не получил широкое распространения [2].
2.7 Процессы с раздельным возвратом в цикл синтеза аммиака и двуокиси углерода - газовый рецикл
Трудность, с которой было сопряжено освоение процессов с жидкостным и горячим рециклом, с одной стороны, а также экспериментальное выявление отрицательного влияния воды на степень превращения карбамида аммония в карбамид, с другой, послужил стимулом с изысканию иных путей возврата в цикл аммиака и двуокиси углерода, не превращённых в карбамид.
Промышленный процесс производства карбамида с рециркуляцией не превращённых в карбамид аммиака и двуокиси углерода, основанный на избирательном поглощении аммиака водным раствором нитрата аммония и карбамида, был разработан фирмой "Инвента".
Характерной особенностью этого процесса является то, что колонна синтеза имеет циркониевую футеровку; это позволяет увеличить температуру до 2400С и
давление до 280 ат в колонне, не опасаясь коррозии. При этих условиях и L = 4 ч 4,5 степень превращения карбамида аммония достигает 80 - 85%, что позволяет увеличить удельную производительность, уменьшить затраты и значительно уменьшить затраты и облегчить эксплуатацию производства [2].
3. Обзор современных технологий производства карбамида
В настоящее время промышленность по производству карбамида базируется на схеме с полным жидкостным рециклом ТЕС (Япония), ОАО “НИИК”, а также на схемах со стриппинг-процессом фирм Stamicarbon, Snamproggetti (Италия) и Tecnimont (Италия).
Наиболее распространенной технологией на данный момент является процессы Stamicarbon.
На рынке технологий для создания новых мощностей имеются различные модификации стриппинг-процесса, отличающиеся в основном аппаратурным оформлением узла синтеза.
Зарубежные фирмы предлагают сегодня установки мощностью преимущественно от 1000 до 2000 и даже 3000 т/сутки.
Все эти технологии находятся примерно на одном уровне по степени использования сырья, отличаются различными решениями по аппаратурному оформлению, применяемым конструкционным материалам, технологическим приемам, позволяющим минимизировать уровень энергопотребления.
Так, например, фирма "Стамикарбон" предлагает реактор синтеза затопленного типа, комбинированный с конденсатором высокого давления. В агрегатах фирмы TEC стадии синтеза и последующие стадии объединены по теплу, что позволяет снизить энергопотребление. ОАО "НИИК" совместно с чешской фирмой "Хепос" предлагает поставку установки мощностью 1200-1500 т/сутки, в основе которой лежит модернизированная стриппинг-технология.
Рассмотрим более подробно стриппинг-процесс СО2 Stamicarbon.
Рис.1 - Упрощенная схема стриппинг-процесс СО2 Stamicarbon.
На данный момент существуют также разработки мега-установок карбамида, мощностью до 5000 тонн/сутки. Ниже представлена схема мега-установки, предложенная компанией Stamicarbon.
Рис.2 - Мега-производство карбамида (Stamicarbon).
Вариант стриппинг-процесса, предложенный компанией Snamprogetti, предполагает использование аммиака в качестве стриппинг-агента. NH3 и CO2 реагируют с образованием карбамида при давлении 150 бар и температуре 180°C.
Непрореагировавший карбамат разлагается в стриппере под действием аммиака.
Конечным этапом всех технологических процессов синтеза карбамида является получение гранул товарного карбамида. Рассмотрим данный процесс более подробно.
Существует два основных способа получения гранул - приллирование и грануляция. Способ приллирования заключается в охлаждении капель плава карбамида, находящихся в свободном падении, и их кристаллизации во встречном потоке охлаждающего воздуха. Способ грануляции сводится к распылению и последующему многократному наслаиванию плава карбамида на "затравочные" (твердые) частицы некондиционного продукта с образованием сферических гранул и последующему охлаждению последних.
Для получения гранул азотных удобрений, в том числе и карбамида, в мировой практике наиболее распространен способ приллирования.
В конце ХХ века на рынке карбамида появился продукт, полученный способом гранулирования в "кипящем" слое и отличающийся по своим свойствам от приллированного. В настоящее время технологию гранулирования карбамида в "кипящем" слое предлагают фирмы "Stamicarbon", ТЕС, Jara и ряд других.
Основным преимуществом гранулированного карбамида является более высокая прочность гранул и, соответственно, меньшая слеживаемость при транспортировке. Однако капитальные затраты на строительство установки гранулирования продукта в среднем в 1,5-1,8 раз выше, чем приллирования.
Кроме того, установка гранулирования карбамида характеризуется также большей занимаемой площадью, наличием большого количества ретура (до 50% от выработки), сравнительно высокими энерго - и эксплуатационными затратами.
Тем не менее на сегодняшний день темпы роста мощностей гранулированного продукта превышают темпы роста приллированного.
Ниже приведены схемы приллирования и грануляции в кипящем слое по технологии Stamicarbon.
Рис.3 - Схема процесса приллирования (Stamicarbon)
Рис.4 - Схема процесса грануляция в кипящем слое (Stamicarbon)
На производстве карбамида по технологии с полным жидкостным рециклом, разработанной фирмой MITSYITOATSY, Япония, в качестве сырья используются аммиак и углекислый газ, поступающие с агрегата аммиака. В процессе синтеза в реакторе образуется раствор карбамида, из которого в результате многостадийной переработки получают приллированный карбамид.
Конечным этапом всех технологических процессов синтеза карбамида является получение гранул товарного карбамида. Рассмотрим данный процесс более подробно.
Существует два основных способа получения гранул:
1. приллирование
2. грануляция
Способ приллирования заключается в охлаждении капель плава карбамида, находящихся в свободном падении, и их кристаллизации во встречном потоке охлаждающего воздуха.
Способ грануляции сводится к распылению и последующему многократному наслаиванию плава карбамида на "затравочные" (твердые) частицы некондиционного продукта с образованием сферических гранул и последующему охлаждению последних.
Для получения гранул азотных удобрений, в том числе и карбамида, в мировой практике наиболее распространен способ приллирования.
В конце ХХ века на рынке карбамида появился продукт, полученный способом гранулирования в "кипящем" слое и отличающийся по своим свойствам от приллированного.
Основным преимуществом гранулированного карбамида является более высокая прочность гранул и, соответственно, меньшая слеживаемость при транспортировке. Однако капитальные затраты на строительство установки гранулирования продукта в среднем в 1,5-1,8 раз выше, чем приллирования.
Кроме того, установка гранулирования карбамида характеризуется также большей занимаемой площадью, наличием большого количества ретура (до 50% от выработки), сравнительно высокими энерго- и эксплуатационными затратами.
Тем не менее на сегодняшний день темпы роста мощностей гранулированного продукта превышают темпы роста приллированного.
Новые технологии используют новые аппараты и устройства с оптимизированной гидродинамикой и высокой эффективностью тепло - и массообмена, такие как стриппер-дистиллятор, теплообменник-рекуператор, дистилляторы I и II ступеней, смеситель, насадка и тарелки для реактора синтеза [3].
4. Материальный баланс
Исходные данные:
Расчёт составлен на 1 т мочевины в виде готового продукта (сухой соли).
Для расчёта применяются следующие исходные данные:
Состав экспанзёрного газа, %:
СО 96
Инертные газы 4
Абсолютное давление в колонне синтеза, ат - 200
Температура в колонне синтеза, 0С - 200
Избыток аммиака, % от стехиометрического количества - 120
Степень превращения карбамида аммония в мочевину, % - 58
Потери мочевины при дистилляции и упаривании, % - 7
Основные реакции процесса синтеза мочевины:
2NH3 + CO2 = NH2COONH4 + 38000 кал (1)
NH2COONH4 = CO (NH2) 2 + H20 - 6800 кал (2)
2NH3 + CO2 = CO (NH2) 2 + H20 (3)
Стехиометрический расход аммиака и двуокиси углерода на 1 т мочевины составляет (в кг):
Аммиак
Двуокиси углерода
где 17,60 и 44 - молекулярные веса соответственно аммиака, мочевины и двуокиси углерода.
С учётом 7 % мочевины при дистилляции и упаривании плава в колонне должно образовывается 1070 кг мочевины для получения 1т готового продукта.
На образование этого количества расходуется следующее количество реагентов (в кг):
Аммиак
Двуокиси углерода
С учётом степени превращения образовавшегося карбамида аммония в мочевину и заданного избытка аммиака практический расход реагента составит (в кг):
Аммиак , двуокись углерода
где 2,2 - коэффициент, учитывающий избытка аммиака
58 - степень превращения карбамида аммония в мочевину, %
В колонне образовывается следующее количество карбамида аммония:
где 78 и 44 - молярные веса карбамата аммония и двуокиси углерода.
На образование карбамата аммония расходуется аммиака:
Из 2399, 30 кг карбамата аммония образовывается мочевины:
Остаётся непрореагировавшего карбамата аммония составляет:
Количество инертных газов, поступающих в колонну синтеза с двуокисью углерода, равно:
При степени превращения его в мочевину, равной 58%.
В процесс превращения карбамата аммония в мочевину по реакции (2) выделяется следующее количество воды:
Количество инертных газов, поступающих в колонну синтеза с двуокисью углерода, равно:
Результаты расчёта материального баланса сведены в таблице 1.
|
Приход |
Кол-во |
Расход |
Кол-во |
|||
|
кг |
% |
кг |
% |
|||
|
1. Аммиак 2. Двуокись углерода 3. Инертные газы |
2298,62 1353,45 56,39 |
61,98 36,50 1,52 |
1. Мочевина 2. Карбамат аммония 3. Вода 4. Избыточный аммиак 5. Инертные газы |
10704,46 1007,71 321,14 1252,77 56,39 |
28,87 27,17 8,66 33,78 1,52 |
|
|
Итого |
3708,46 |
100 |
Итого |
3708,46 |
100 |
Выделившаяся вода взаимодействует с избыточным аммиаком, образуется NH4OH, количество которого составит:
где 35 и 18 - молекулярные веса NH4OH и воды.
На образование 624, 44 кг NH4OH затрачивается аммиака:
Остаётся избыточного аммиака в газовой фазе:
5. Тепловые расчёты
Расчёт ведётся на 1 т готового продукта.
Для расчёта принимаются следующие исходные данные:
Температура регентов, поступающих в колонну синтеза, 0С
Жидкий аммиак 105
Двуокись углерода 35
Температура в колонне синтеза, 0С 200
Критическая температура аммиака, 0С 132,9
Тепло реакции образования мочевины при 200 0С и избыток аммиака 120 %, ккал/кмоль 4512•4, 19
Энтальпия жидкого аммиака, ккал/кг
При 132,9 0С224,5
При 105 0С132,1
Тепло реакции образования мочевины принято по экспериментальному условию следующие зависимость избытка аммиака при 155 - 210 0С:
Избыток NH3,% от стехиометрического100200
Тепловой эффект, ккал /моль44004960
Количество исходных реагентов и продуктов реакции приняты согласно материальному расчёту.
Приход тепла:
1. Тепло, поступающее с двуокисью углерода:
Q1 = ккал
где 0,245 - теплоёмкость СО2, ккал/кг град.
2. Тепло, поступающее с жидким аммиаком:
Q2 = ккал
3. Тепло реакции образования карбамата аммония:
Q3 = ккал
где
38060 - тепловой эффект реакции образования твёрдого карбамата аммония из газообразного аммиака и двуокиси углерода, ккал/кмоль
18500 - теплота плавления карбамата аммония ккал/моль.
4. Тепло реакции образования NH4OH:
Q4 = ккал
где 2538 - тепловой эффект реакции образования NH4OH из аммиака и воды, ккал/кмоль.
Суммарный приход тепла составляет:
Q =
Расход тепла:
1. На образование мочевины:
Q1' = ккал
где 60 - молекулярный вес мочевины.
2. На подогрев жидкого аммиака от 105 0С до критической температуры 132,9 0С
Q2' = ккал
3. На подогрев двуокиси углерода от 35 до 132,9 0С:
Q3' = ккал
где 0,245 - теплоёмкость СО2, ккал /кг • град.
4. На подогрев образующегося карбамата аммония от 132,9 до 200 0С:
Q4' = ккал
где 0,466 - теплоёмкость карбамата аммония, ккал /кг • град
5. На нагревание избыточного газообразного аммиака:
Q5' = ккал
где 0,59 - теплоёмкость газообразного аммиака (при tср = 166,45 0С и давлении 200 ат), ккал/кг • град.
6. На подогрев NH4OH от 132,9 до 200 0С:
Q6' = ккал
7. Тепло, уходящее с плавом мочевины при температуре t:
Q7' = 3117 • Cp • t
Определяем среднюю теплоёмкость плава мочевины по следующей формуле:
Cp =
где 0,321; 0,466; 0,59; 1 и 0,22 - соотношение теплоёмкости мочевины, карбамата аммония, аммиака, воды и азота, ккал/кг • град.
Подставив в формулу цифровые значения, находим величину Ср:
Cp =
Q7' = 3117 • 0,5085 • t
8. Потери тепла в окружающую среду принимаем в размере 8% от общего количества тепла, приходящего в колонну синтеза:
Q8' =
Суммарный расход тепла составляет:
Q' =
Приход тепла должен быть равен расходу тепла:
Откуда
t =
|
Приход |
кДж |
Расход |
кДж |
|
|
Q1 Q2 Q3 Q4 Qпод |
48608 1271876 2519924 189644 103194 |
Q1' Q2' Q3' Q4' Q5' Q6' Q7' Q8' |
337144 674706 135963 314211 157802 175484 2015531 322404 |
|
|
Итого |
4133245 |
Итого |
4133245 |
Результаты расчёта теплового баланса сведены в таблице 2.
6. Области применения
Карбамид является весьма реакционно-способным соединением, образует комплексы со многими соединениями, например с перекисью водорода, которые используются как удобная и безопасная форма "сухой" перекиси водорода. Способность мочевины образовывать комплексы включения с алканами используется для депарафинизации нефти.
При нагревании до 150-160°C карбамид разлагается с образованием биуретана, аммиака, углекислого газа и др. продуктов. В водном растворе гидролизуется до CO2 и NH3, что обуславливает его применения в качестве минерального удобрения. При взаимодействии с кислотами образует соли. При алкилировании образуются алкилмочевины, при взаимодействии со спиртами - уретаны, при ацилировании - уреиды (N-ацилмочевины). Последняя реакция широко применяется в синтезе гетероциклических соединений, например, пиримидинов. Карбамид легко конденсируется с формальдегидом, что обуславливает широкое его применение в производстве смол.
Химические свойства карбамида обуславливают широкое его применение в химической промышленности в синтезе карбамидо-альдегидных (в первую очередь карбамидоформальдегидных) смол, широко использующихся в качестве адгезивов, в производстве древесно-волокничтых плит (ДВП) и мебельном производстве. Производные мочевины - эффективные гербициды.
Часть производимого карбамида используется для производства меламина. Значительно меньшая доля используется для нужд фармацевтической промышленности.
По своей природе карбамид - это минеральное удобрение, которое используется на всех видах почв под любые культуры. Такая форма удобрений обеспечивает значительную прибавку урожая сельскохозяйственных культур.
Выпускается он в этом качестве в устойчивом к слеживанию гранулированном виде.
По сравнению с другими азотными удобрениями карбамид содержит наибольшее количество азота (46,2%), что в основном и определяет экономическую целесообразность его использования в качестве удобрения для многих сельскохозяйственных культур на любых почвах.
В рубце жвачных животных обитают микроорганизмы, способные использовать мочевину для биосинтеза белка, поэтому её добавляют в корма как заменитель белка.
В медицинской практике мочевину чистую используют как дегидратационное средство для предупреждения и уменьшения отёка мозга.
Интересные направления применения карбамида связаны с использованием его для очистки выбросов ТЭЦ и мусоросжигательных установок, где в качестве восстановителя оксидов азота используются продукты термического разложения карбамида. Причем карбамид может применяться как в твердом виде, так и в виде водного раствора. Сегодня данная технология уже внедряется на мусоросжигательных заводах.
Еще одним перспективным направлением использования карбамида является производство продукта AdBlue - 32,5% -го раствора карбамида, используемого для обработки выхлопных газов дизельных двигателей. Применение данного раствора позволяет добиться соответствия состава выхлопных выбросов нормам Euro-4 и Euro-5. В этом случае более предпочтительным является применение приллированного карбамида ввиду его физических свойств [6].
7. Описание технологической схемы по методу "Тое-Коацу"
От других модификаций метода "Мицуи Тоацу" с полным рециклом схема отличается рядом особенностей. В частности, основную часть избыточного NH3 из плава синтеза выделяют в сепаратор поз.6СВ при 6-8 МПа, откуда аммиак с примесью СО2 направляется в абсорбер поз.16АВ, орошаемый раствором из абсорбера поз.13АС. Отводимый из абсорбера поз.16АВ газообразный NH3 конденсируют в аппарат поз.15КА при смешении с жидким NH3 и смешанный поток с температурой 100 - 110 0С направляется в реактор. Раствор УАС из абсорбера 16 рецеркулирует в реактор с температурой 130 - 140 0С.
Выделение непрореагировавших NH3 и CO2 из плава синтеза карбамида, выходящего из сепаратора поз.6СВ, осуществляют последовательно в аппаратах поз.7Р и поз.8Р, работающих при среднем и низком давлении, а также в газосепараторе поз.9Г при давлении, близком к атмосферному. Газы дистилляции из аппаратов поз.7Р и поз.8Р абсорбируют соответственно в абсорберах поз.13АС и поз.12АН, а из аппарата поз.9Г конденсируют в аппарате поз.10КАб.
Избыточное тепло используют для получения пара низкого давления в смесителе поз.4С или для нагревания плава синтеза карбамида перед поступлением в аппарат поз.7Р [7].
Список литературы
1. Позин М.Е. Технология минеральных солей. Л.: Химия, 1974. - 768 с.
2. Горловский Д.М. и др. Технология карбамида. Л.: Химия, 1987. - 145, [2.1] - 282 с.
4. Расчеты по технологии неорганических веществ. Под ред. П.В. Дыбиной. - М.: Высшая школа, 1967. - 524 с.
5. Расчеты по технологии неорганических веществ. Под ред. П.В. Дыбиной. - М.: Высшая школа, 1967. - 524 с.
6. Кучёрявый В.И. и др. Синтез и применение карбамида. М.: Знание, 1981. - 187 с.
7. Справочник азотчика. / Под ред. Мельникова Е.Я. - М.: Химия, 1987. - 464 с.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Физико-химические основы синтеза карбамида из аммиака и двуокиси углерода. Равновесие жидкость – газ при синтезе. Тепловой баланс процесса. Предельно допустимые концентрации аммиака, двуокиси углерода, карбамида и солей аммония в атмосфере и водоемах.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 19.11.2014Химические и физические свойства карбамида (мочевины). Расчет коэффициента теплопередачи и поверхности теплопередачи выпарного аппарата, уравнение аддитивности термических сопротивлений. Методика расчета коэффициента теплопередачи с использованием ЭВМ.
курсовая работа [54,6 K], добавлен 08.05.2010Технологические расчеты колонны синтеза карбамида, работающей при давлении 28МПа, обеспечена ее герметичность за счет введения в конструкцию двухконусного обтюратора. Расчет толщины стенки корпуса колонны, а также эллиптического днища и плоской крышки.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 25.02.2011- Анализ деятельности ОАО "ТольяттиАзот" (г. Тольятти, Самарская область). Цех: производство карбамида
Общая характеристика производства. Описание технологического процесса. Нормы расхода основных видов сырья, материалов и энергоресурсов. Образование отходов производства. Процесс образования биурета. Карбамид в сельском хозяйстве и промышленности.
отчет по практике [27,9 K], добавлен 09.09.2014 Технология и химические реакции стадии производства аммиака. Исходное сырье, продукт синтеза. Анализ технологии очистки конвертированного газа от диоксида углерода, существующие проблемы и разработка способов решения выявленных проблем производства.
курсовая работа [539,8 K], добавлен 23.12.2013Выбор метода производства карбамида (мочевины). Основные физико-химические свойства сырья, вспомогательных материалов и готовой продукции. Материальный баланс выпарной установки и стадии кристаллизации. Тепловой баланс выпарки в аппарате пленочного типа.
дипломная работа [391,5 K], добавлен 03.11.2013Цех для получения гранулированного карбамида. Характеристика технологического оборудования. Побочные продукты производства. Технологическое назначение насоса, описание конструкции. Организация ремонтных работ, дефектация деталей. Испытание после ремонта.
отчет по практике [1,0 M], добавлен 27.08.2009Направления развития технологий производства аммиака. Характеристика сырья и готовой продукции. Материальный баланс абсорбера. Совершенствование отделения очистки производства аммиака третьей очереди. Правила обслуживания, пуска и остановки производства.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 06.12.2014Разработка технологической схемы производства аммиака из азотоводородной смеси и рассмотрение процесса автоматизации этого производства. Описание контрольно-измерительных приборов, позволяющих контролировать и регулировать технологические параметры.
курсовая работа [319,5 K], добавлен 11.06.2011Описания грануляторов для гранулирования и смешивания сыпучих материалов, увлажненных порошков и паст. Производство комплексных удобрений на основе аммиачной селитры и карбамида. Упрочнение связей между частицами сушкой, охлаждением и полимеризацией.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 11.03.2015
