Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН

ФЕРГАНСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ КАФЕДРА: «ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по предмету «ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ

НЕОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ»

Тема: «Произвести материальный и тепловой расчет цеха по производству карбамида производительностью 54204кг/ч. Основной аппарат II- ступенчатая выпарная установка»

Выполнил:

Мелибоев А.

ФЕРГАНА - 2020 г.



Задание

Курсового проекта (работы)

по предмету « Химическая технология неорганических

веществ»

Группа 54-16 КТр

Студент: Хайитбоев Х

Руководитель: Юсупов К.М

1: « Произвести материальный и тепловой расчет цеха по производству карбамида производительностью 41125кг/ч. Основной аппарат II-ступенчатая выпарная установка»

Тема курсового проекта

2. Исходные данные:

3. Содержание графической части:

3.1 Технологическая схема(формат -А4) 1 лист

4.2. Основной аппарат(формат -А4) 1 лист

4. Содержание расчётно-пояснительной записки

5.1. Введение

5.2. Характеристика сырья и материалов

5.3. Характеристика готового продукта

5.4. Физико-химические основы процесса

5.5. Описание технологической схемы

5.6. Технологический расчёт

5.6.1. Материальный и тепловой расчёт

5.7. Описание основного аппарата

5.8. Автоматизация технологического процесса

5.9. Охрана труда и окружающей среды

5.10. Вывод

5.11. Литература

5. Дополнительное задание:

6. Сроки сдачи чертежей и проекта:

1	2	3	Пояснительная записка	Защита

Руководитель

химический стриппинг аммиак углерод



Введение

Одной из базовых отраслей промышленности Узбекистана является химическая промышленность - ведущая отрасль экономики страны.

Развитие химической промышленности имеет политический характер. В годы независимости было инвестировано много средств для реконструкции предприятий и создания новых химических комплексов. Как отметил Президент РУз. Шавкат Мирзиёев, ускоренного развития химической промышленности можно достичь посредством привлечения в отрасль иностранных инвестиций и современных технологий. Несмотря на богатые запасы углеводородов, отечественная химическая промышленность специализируется в основном на производстве минеральных удобрений для сельского хозяйства. Привлечение иностранных инвестиций и современных технологий в химическую отрасль, будет способствовать увеличению объемов производства и расширению ассортимента продукции, повышению экспортного потенциала.

Сегодня потребность в азотных удобрениях обеспечивается на 73%, в фосфорных удобрениях - на 20%. Средний уровень износа мощностей по производству азотных удобрений составляет 64%, по производству фосфорных удобрений.

Для улучшения положения в сфере в следующие пять лет планируется реализовать 9 проектов общей стоимостью 2,8 миллиарда долларов, результате чего производство минеральных удобрений и сульфатной кислоты увеличится в два раза. Будет полностью обеспечена потребность в азотных и калийных удобрениях, в несколько раз вырастет уровень удовлетворения спроса на фосфорные удобрения.

Вместе с тем в настоящее время глубоко перерабатывается всего 14% природного газа, в том числе 5% в химической отрасли. Остается без внимания производство химической продукции из кремния, каолина и гипса. По имеющимся данным, за рубежом имеется спрос на производимую в Узбекистане продукцию, не являющуюся удобрениями, в основном полиэтилен, полипропилен, полистирол в объеме свыше 100 миллиардов долларов.

В долгосрочный период планируется реализовать перспективные инвестиционные проекты, направленные на диверсификацию производства химической продукции, увеличение выпуска минеральных удобрений и химических средств защиты растений, развитие органической химии, в том числе производства полимерной продукции, синтетических волокон, резинотехнической и другой готовой продукции.

При этом реализация 29 инвестиционных проектов по модернизации, расширению и созданию новых перерабатывающих производств расчетной стоимостью проектов 4,8 миллиарда долларов осуществляется, преимущественно, с привлечением прямых иностранных инвестиций.

Принимая во внимания важную роль минеральных удобрений в аграрном секторе, руководством страны были приняты комплексные меры по увеличению производства минеральных удобрений. Были проведены капитально-восстановительные работы соответствующих производств. В результате внедрения современных технологий увеличены мощности по выпуску аммиачной селитры и азотной кислоты в АО «Ферганаазот». Руководством страны была утверждена Программа развития химической промышленности до 2020 года, в целях осуществления структурных преобразований в экономике, модернизации и диверсификации химической промышленности, обеспечения более глубокой переработки богатых запасов минерально-сырьевых ресурсов, расширения объемов и номенклатуры готовой экспортоориентированной химической продукции и широкого привлечения иностранных инвестиций. Согласно этой программы предполагается реализовать 23 проекта на общую сумму 2,65 миллиарда долларов.

Неудивительно, что сегодня отрасль стала занимать одно из ведущих мест в отечественном реальном секторе экономики. Внедрение новых производственных технологий, использование высокопроизводительного современного оборудования в сочетании с эффективным управлением обеспечивают на предприятиях отрасли высокую производительность труда, рост объемов промышленного производства и качества производимой продукции. При этом наблюдается ежегодный рост абсолютных показателей, а к общему ассортименту добавилось более 60 видов новых товаров легкой промышленности.

В заключение необходимо подчеркнуть, что за годы независимости, Узбекистан добился огромных успехов, в достижении которых важную роль сыграла промышленность. Промышленная политика осуществляемая в стране направлена прежде всего на либерализацию экономики, укреплению частного сектора, ликвидацию былой сырьевой направленности, эффективное использование существующих природных и трудовых ресурсов и выравнивание экономического уровня развития регионов. В результате проведение правильной и чёткой политики, дальнейшее развитие получили прогрессивные наукоемкие производства такие, как автомобилестроение, сельскохозяйственное машиностроение, электротехническая промышленность, машиностроение и металлообработка, а также ведущие отрасли легкой и пищевой промышленности, производящие потребительские товары.

Применение минеральных удобрений в сельском хозяйстве не только повышает урожайность культур, но и улучшает качество сельскохозяйственной продукции. Тем самым повышается рентабельность сельскохозяйственного производства и сокращается потребность в рабочей силе.



1. Технико-экономическое обоснование места строительства

Правильный выбор места для строительства цеха имеет очень важное технико-экономическое значение. Спроектированный цех по производству карбамида расположен на юго-западе второй площадки предприятия АО «Farg'onaazot».

В настоящее время большое внимания уделяется увеличению выпуска химических продуктов. При этом рост производственных мощностей осуществляется в результате строительства новых заводов, а также за счет расширения.

Компоновка оборудования и решение строительной части является одной из ответственных и трудных работ проектирования.

Размещения строительного корпуса цеха по производству карбамида соответствует основным требованиям к строительным площадкам такого типа:

А) удобство обслуживания и возможность демонтажа аппаратов и их деталей (объем демонтажа должен удовлетворять технологическим требованиям), а также объём помещения должен производство демонтажа и ремонта.

Б) обеспечение максимально коротких трубопроводов между аппаратами (компоновка этажерки соответствует техническому решению) и между производителем и потребителями. Работа компрессоров и заводского

транспорта вполне обеспечивает потребителей нужным сырьём и продуктами.

В) рациональное размещения и передвижение внутризаводского транспорта (используется только при монтаже и перевозке оборудования).

Расположения оборудования цеха карбамида на открытых площадках сокращает капитальные затраты на строительство, уменьшает загазованность и влияние тепловыделений, а также снижает взрыво и пожароопасность.

Вся Ферганская долина представляет собой сейсмоактивную зону, довольно не устойчивую, но место почвенного движения в этой области фактически является бывшим морским дном и представляет собой тяжелый грунт, но не оседающий при сейсмических толчках, что тоже уменьшает воздействие сейсмических толчков и последствия сейсмоактивности.

Новое предприятие должен расположится на окраине жилых территорий, должен контролировать выпуск вредных веществ в атмосферу и покрывать убытки. Кроме этого проектировщик должен знать и осуществлять законы по охране природы. АО «Farg'onaazot» отвечает всем вышеперечисленным требованиям. Цех обеспечен трудовыми ресурсами и квалифицированными кадрами, поскольку в 12 км от него расположен Ферганский политехнический Институт и энергетический и строительный колледжи города Ферганы.

На юге, в 12 км от цеха расположен жилой городской комплекс со всеми удобствами и возможностью обеспечения транспорта для рабочих, культурными строениями, школами и детскими садами. Для ввоза и вывоза сырья продуктов и полупродуктов, материалов и оборудования на территории цеха расположено автомобильные и железнодорожные линии.

Сейсмичность по шкале Рихтера в Ферганской долине не превышает 4- баллов, по шкале VSR- 6 баллов, то есть район по сейсмостойкости относится к третьей категории.

Выбранное место для строительства цеха имеет очень выгодную позицию для обеспечения сырьевыми и энергетическими ресурсами. Цех обеспечивается тепловой и электрической энергией из близлежащей Ферганской ТЭЦ,

расположенной в 8 км на юго-востоке. Аммиаком и СО₂, азотом, водой цех обеспечивается из цехов БАМ, НХС и РВ, расположенных на первой площадке предприятия ОАО «Farg`onaazot».

Согласно СН 245-71 санитарно-защитная зона от источников вредных выбросов завода в атмосферу до незаселенной территории должна составлять 500 метров. Проектом предусмотрено озеленение санитарно-защитной зоны для задержания вредных выбросов. Озеленение санитарной зоны предусматривается из различных газоустойчивых пород.



2. Характеристика сырья и материалов

1. Жидкий аммиак:

Химическая формула NH3; ГОСТ 6221-90:

- Марка Б;

- массовая доля аммиака - не менее 99,6%;

- массовая доля воды по испарению - 0,2-0,4 %;

- массовая концентрация масла - не более 8 мг/дм³; массовая концентрация железа не более 2 мг/дм³.

Жидкий аммиак - бесцветная прозрачная жидкость в газообразном состоянии он бесцветный прозрачный газ.

И в жидком и в газообразном состоянии он обладает резким раздражающим запахом.

Объёмный вес жидкого аммиака при температуре (-12) °С и давлении 0,1732 МПа - 6540 кг/м³, а газообразного аммиака при тех же условиях - 2,21 кг/м³.

Молекулярная масса аммиака - 17,0304, Мольный объём - 22,049 дм³, температура кипения при давлении 0,1 МПа - (-33,79) °С, температура плавления при давлении 0,1 МПа - (-77,8) °С, критическая температура - 132,4°С, критическое давление - 11,15 МПа.

При нормальных условиях аммиак устойчив к действию окислителей.

Жидкий аммиак относится к трудногорючим веществам, в отличии от газообразного аммиака, который относится к горючим газам. В присутствии кислорода аммиак горит по реакции:

4NH₃ + 3O ₂ = 2N₂ + 6H₂O + Q(3.1)

При окислении аммиака в присутствии катализатора образуются окислы азота и вода по реакции:



4NH₃+5O₂=4NO+6H₂O+Q(3.2)

Аммиак хорошо растворяется в воде, образуя нитрат окиси аммония:

4NH₃+H₂O=NH₄OН(3.3)

При температуре 20 °С и давлении 0,1 МПа в 1 объёме воды растворяется 760 объёмов аммиака.

Жидкий аммиак - легколетучее вещество, сам является хорошим растворителем для многих органических и неорганических веществ.

В жидком аммиаке при повышенном давлении растворяются азот, метан, аргон и другие газы.

Аммиак обладает токсичными свойствами - вызывает острое раздражение слизистой оболочки дыхательных путей, удушье и ожоги. В присутствии кислорода аммиак окисляется в окись азота:

4NH₃+5O₂=4NO+6Н₂О(3.4)

С азотной кислотой аммиак образует очень ценное удобрение - аммиачную селитру:

NH₃+ НNO₃=NH₄NO₃+Q(3.5)

Аммиак широко применяется в качестве удобрения и в своём натуральном виде - он является сырьём для получения аммиачной воды.

Аммиак находит широкое применение в качестве хладогента в криогенной технике и холодильной промышленности, а также в медицине.

2. Газообразная двуокись углерода:

- химическая формула СО₂;

- объемная доля диоксида углерода (на сухой основе) - не менее 97,5;

- содержание серы (как сероводорода) - не более 1%;

- горючие углеводороды - не более 0,05%;

- содержание не связанного кислорода - не более 0,3%;

- содержание моноэтаноламина - не более 15 мг/дм³;

- температура - не более 45 °С;

- давление - 400-800 кПа. [5]

При взаимодействии аммиака с диоксидом углерода под давлением получается высококонцентрированное удобрение - синтетический карбамид:

NH₃+ СO₂ = (NH₂)₂CO+H₂O(3.6)

3. Карбамидоформальдегидная смола (КФС):ТУ-113-03-469-80 по ОПТ. Уз.00203855-10-93: массовая доля карбамида - в пределах 20-24%; массовая доля формальдегида - в пределах 54-60%; цвет при 0-25 °С - не более 3000 по АРНА; массовая доля влаги - в пределах 20-24%.

4. Пар высокого давления: С котельного цеха: содержание хлоридов в конденсате - не более 0,2 мг/дм³; общая жесткость - не более 0,005 мг-экв/дм³; рН в пределах 7-8; массовое содержание железа - не более 0,05 мг/дм³; массовая доля аммиака в паре и конденсате полностью отсутствует; температура - 300-350 °С; давление - 3-3,2 МПа.

5. Пар среднего давления: С котельного цеха: содержание хлоридов в конденсате - не более 0,2 мг/дм³; общая жесткость - не более 0,005 мг-экв/дм³; рН в пределах 7-8; массовое содержание железа - не более 0,05 мг/дм³; массовая доля аммиака в паре и конденсате полностью отсутствует; температура - 200-250 °С; давление - 1-1,2 МПа.

6. Электроэнергия:

Ток трехфазный переменный - напряжение от 380 до 6000 В; частота 50 Герц.

Ток однофазный переменный - напряжение 220 В; частота 50 Герц.

7. Вода оборотная:

- содержание хлоридов - не более 80 мг/дм³;

- рН - от 7 до 8,5; температура не боле 28 °С;

- давление на входе - не более 500 кПа;

- давление на выходе - в пределах 250-300 кПа.[6]

8. Азот газообразный - химическая формула N2, ГОСТ 9293-74 (высший сорт):

- объемная доля азота - не менее 99,995%;

- содержание водяных паров при температуре 20 °С и давлении 760 мм.рт.ст. - не более 0,001 г/дм³;



3. Характеристика готового продукта

Техническое наименование производимого продукта в соответствии с нормативно-технической документацией - мочевина (карбамид) и далее по тексту читать карбамид. Химическая формула СО(NH₂)₂.

Карбамид должен быть изготовлен в соответствии с требованиями ГОСТ 2081-92 Е.

В зависимости от назначения карбамид изготовляют двух марок: А - для промышленности; Б - для растениеводства.

По физико-химическим показателям карбамид должен соответствовать требованиям, изложенным в табл. 3.1:

Таблица 3.1. Требования к карбамиду

	Наименование Показателя	Норма для марки
		А
		Выс-й сорт	1-ый сорт	Выс-й сорт	1-ый сорт	2-ой сорт
	1	2	3	4	5	6
1.	Массовая доля азота в пересчете на сухое вещество, %, не менее.	46,3	46,2	46,2	46,2	46,2
2.	Массовая доля биурета, %, не более	0,6	1,4	1,4	1,4	1,4
3.	Массовая доля свободного аммиака,%, не более,
	для карбамида кристаллического приллированного	0,01 0,02	0,01 0,03	- -	- -	- -
4.	Массовая доля воды,%, не более метод высушивания метод Фишера	0,3 0,6	0,3 0,6	0,3 0,5	0,3 0,5	0,3 0,6
5.	Рассыпчатость	-	-	100	100	100
6.	Статическая прочность гранул, кгс/гранулу, не менее	-	-	0,7	0,5	0,3



В процессе производства гранулированного карбамида по ГОСТ 2081-92 при формировании насыпи на складе, в период пуска цеха, при сборе россыпей на станции отгрузки в вагоны, автотранспорт, при чистке основного технологического оборудования, транспортерных галерей, ленточных конвейеров, склада образуется карбамид в качестве побочного продукта. Карбамид - побочный продукт должен соответствовать требованиям ТУ Уз 6.3- 38-90, указанным в табл. 3.2. [6]

Таблица 3.2. Требования к карбамиду, как к побочному продукту.

	Наименование показателя	Норма
1	2	3
1.	Внешний вид	Гранулы частично разрушенные и частично слежавшиеся в комки
2.	Массовая доля азота в пересчете на сухое вещество, не менее	46
3.	Массовая доля биурета %,не более	1,4
4.	Массовая доля воды %,не более Метод высушивания Метод Фишера	0,3 0,6
5.	Гранулометрический состав
	Массовая доля гранул менее 1 мм,% не более	15,0
6.	Рассыпчатость, % не менее	80

Карбамид, нагретый в вакууме до 120-130°С, возгоняется без разложения. При более высоких температурах (160-190°С) разлагается с образованием цианата аммония.

Нагревание сухого карбамида при атмосферном давлении выше температуры плавления 132,7°С приводит к образованию биурета, а при 180- 190°С - циануровой кислоты, аммелида и др. При температуре выше 200°С карбамид разлагается на аммиак и циануровую кислоту. [6]

Основные физико-химические константы карбамида приведены в табл. 3.3. [2]:

Таблица 3.3. Физико-химические константы карбамида

Наименование показателей	Единицы измерения	Показатели
1	2	3
1.Молекулярная масса		60,056
2.Температура плавления при 0,1 МПа при 300,0 Мпа	°С °С	132,7 150,0
3.Плотность при 0°С при 25°С при 132,7°С ( жидкости )	г/см3 г/см3 г/см3	1,335 1,330 1,225
4.Динамическая вязкость (при 132,7°С)	МПа.с	2,58
5.Теплоемкость: при 25°С при 136°С (жидкость)	Дж/(моль.К) Дж/(моль.К)	93,198 127,864
6.Энтропия при 25°С	Дж/(моль.К)	104,67
7.Свободная энергия образования ( при 25°С )	кДж/моль	197,3
8. Теплота образования из простых веществ при 25°С	кДж/моль	333,3
9. Теплота плавления	кДж/кг	242,0
10. Теплота сгорания при 25°С	кДж/моль	632,5
11. Угол естественного откоса: продукта кристаллического продукта гранулированного		37 35

Предполагаемый механизм разложения карбамида довольно сложен. Сначала происходит изомеризация карбамида в цианат аммония который диссоциирует на аммиак и циануровую кислоту. Амиды этой кислоты-аммелин, аммелид и меламин- образуются действием на нее выделяющимся аммиаком.

При наличии избытка аммиака скорость разложения карбамида уменьшается.

Водные растворы карбамида менее стабильны, чем чистый карбамид, гидролиз и разложение их начинается уже при 60°С. Практически при температуре ниже 80°С раствор карбамида в воде можно считать вполне устойчивым, но при 90°С указанные реакции протекают с заметной скоростью.

При кипении раствора карбамида скорость его гидролиза сильно возрастает, т.к. выделяющийся в результате разложения аммиак и двуокись углерода удаляются из системы и равновесие реакции сдвигается в сторону образования аммиака и двуокиси углерода.

Если нагреть раствор карбамида при атмосферном давлении до температуры выше 80°С, карбамид гидролизуется в аммонийную соль карбаминовой кислоты или карбамата аммония:

СО(NH₂)₂+ Н₂О <=> Н₂NСООNН₄(4.1)

Растворяясь в воде, карбамат аммония частично образует карбамат аммония, который диссоциирует затем в бикарбонат аммония, распадающийся далее на СО₂, NH₃ и Н₂О:

NH₂COONН₄ + Н₂О <=> (NH₄)₂СО₃(4.2)

(NH₄)₂СО₃ ? NН₄Н СО₃+ NН₃(4.3)

NН₄Н СО₃ ? NН₃+СО₂ + Н₂О(4.4)

При нагревании водных растворов карбамид, независимо от гидролиза с заметной скоростью подвергается термическому разложению.



4. Характеристика и выбор методов технологического производства

Все промышленные способы получения карбамида основаны на его образовании по реакции аммиака с диоксидом углерода при температурах около 200°С и давлениях порядка 200 атм. и выше, поэтому в большинстве случаев производства мочевины совмещают с аммиачными производствами.

Первые промышленные установки получения карбамида за рубежом появились в 1920-е годы на базе работ, проводившихся химиками Германии, США и Франции в начале 20 века. Эти установки работали по так называемой открытой схеме: плав карбамида дросселировали до атмосферного давления, при этом давлении отделяли не прореагировавшие газы и использовали содержащийся в них аммиак для производства аммонийных солей, а затем выпаривали раствор карбамида и получали карбамид в кристаллическом виде. Этот способ был крайне экономически невыгоден. Поэтому в 1930-40-х годах были активизированы в разных странах исследовательские работы, которые были направлены к созданию более экономичных способов получения карбамида. В нашем промышленном регионе начало промышленного производства карбамида относится к 1935 г., когда на Чернореченском химическом заводе (г. Дзержинск) была пущена первая установка мощностью 240 кг в сутки. К 1950-м годам действовали две промышленные установки получения карбамида на Новомосковском и Лисичанском химических комбинатах общей мощностью около 20 тыс. тонн в год, созданные на основании предвоенных работ ГИВД, и работавшие по открытой схеме. Научно-исследовательские работы в области совершенствования технологии производства карбамида проводились параллельно в нескольких направлениях; разрабатывались схемы синтеза карбамида с газовым, частичным и жидкостным рециклами. В это время был создан Научно-исследовательский и проектный институт карбамида (НИИК), который спроектировал в 1958-59 годах и испытал в Сталиногорске (Новомосковск) в опытно-промышленном масштабе два процесса - процесс двухступенчатой дистилляции плава карбамида с конденсацией и рециркуляцией избыточного аммиака и процесс разделения газов дистилляции путем селективной абсорбции диоксида углерода раствором моноэтаноламина.

Одновременно совместно с ЧХЗ был разработан и испытан процесс непрерывного выпаривания раствора карбамида и его кристаллизации в аппаратах шнекового типа. Эти работы послужили основой для проектов первых, считавшихся по тому времени многотоннажными, агрегатов карбамида мощностью 35 тыс. тонн в год с частичным рециклом аммиака (Новомосковск, Салават, Ангарск, Гродно, Кемерово) и полным газовым рециклом (Щекино).

За рубежом в этот период фирмой Stamicarbon (Нидерланды) был разработан и в 1959 году доведен до промышленного воплощения процесс производства карбамида с полным рециклом не прореагировавших веществ в виде водного раствора углеаммонийных солей - так называемый полный жидкостный рецикл - с получением гранулированного продукта путем разбрызгивания расплава карбамида в пустотелой башне навстречу восходящему потоку воздуха. Позднее это способ гранулирования получил название «приллирование».

На базе опыта освоения этих агрегатов, в 1960-70-х годах были выполнены проекты более 25 агрегатов производства карбамида производительностью 90 тыс. тонн в год по технологии полного жидкостного рецикла, включая проект переоборудования цеха с газовым рециклом в Щекино. Цехи с двумя агрегатами были пущены на Новомосковском, Невинномысском, Новгородском химических комбинатах, на Салаватском НХК (цех № 24-П), Вахшском азотно-туковом заводе, ПО «Куйбышевазот», Гродненском ПО «Азот», Ионавском ЗАУ, Кировоканском и Руставском химических заводах, а также на ПО «Ангарскнефтеоргсинтез», Чернореченском ПО «Корунд», в г. Кохтла-Ярве и т.п. Всего по этому проекту за 1966-1972 гг. введены в эксплуатацию 32 агрегата по выпуску 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). Предприятия по производству карбамида расположены в семи странах: Россия, Украина, Белоруссия, Узбекистан, Литва, Эстония, Таджикистан. На этих предприятиях применяется пять основных методов производства карбамида: полный жидкостной рецикл АК-70 (31 установка), стриппинг-процесс СО₂ Stamicarbon (13 установок), стриппинг-процесс аммиака Snamproggetti (3 установки), Tecnimont (3 установки) и ТЕС (1 установка). В России производство карбамида осуществляется с использованием технологий Stamicarbon, Snamprogetti, Tecnimont, НИИК, ГИАП. Изначально разработкой производства карбамида в нашей республике занимался ГИАП (Государственный институт азотной промышленнсоти) (до 50-х гг.). После создания НИИ карбамида, институт стал играть важную роль в создании и реконструкции производств карбамида.

На российских предприятиях впоследствии стали широко использоваться технологии вышеперечисленных западных фирм. Наиболее распространенной технологией на данный момент является процессы Stamicarbon. На Кемеровском и Березниковском ОАО «Азот» используется технология Tecnimont. Изначальная технология на ОАО «Минеральные удобрения» - TEC. На ряде агрегатов (в частности на 1 из 3-х агрегатов НАК «Азот») используется технология Snamprogetti. 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.

Аммиак и диоксид углерода превращаются в карбамид через карбамат аммония при давлении около 140 бар и температуре 180-185°C. Конверсия аммиака достигает 41%, углекислого газа - 60%. Непрореагировавшие аммиак и диоксид углерода поступают в стриппер, при этом СО₂ выступает в роли стиппер-агента. После конденсации СО₂ и NH₃ идут на рецикл и возвращаются в процесс синтеза. Теплота конденсации используется для выработки пара, поступающего в компрессор СО₂. Данный процесс может иметь различное аппаратурное оформление. Ниже представлена Технология Urea 2000plusTM - синтез с бассейновым конденсатором. Данная технология успешно эксплуатируется на производстве карбамида мощностью 2700 тонн/сутки в Китае (CNOOC), запущенном в 2004 году, а также на производстве мощностью 3200 тонн/сутки в Катаре (Qafco IV), запущенном в 2005 году. Второй вариант осуществления данного процесса предполагает использование бассейнового реактора.

Преимуществами синтеза с использованием бассейнового реактора являются:

- в данном случае требуется на 40% меньше поверхности теплообмена по сравнению с вертикальным конденсатором пленочного типа,

- конденсатор ВД и реактор объединены в одном аппарате,

- высота конструкции производства значительно снижается,

- длина трубопроводов ВД из коррозионно-стойкой стали значительно снижается,

- снижение инвестиций,

- легкость в эксплуатации, стабильный синтез нечувствительный к изменению соотношения NH₃: CO₂.



5. Описание выбранного процесса в технологическом производстве

5.1 Физико-химические основы процесса

Производства карбамида заключается во взаимодействии NH₃ и СО₂ при 150-220°С, 7-100 МПа, в дистилляции продуктов синтеза и в переработке получаемых растворов в готовой продукт. При синтезе карбамида протекают следующие основные обратимые реакции: вначале получается карбонат аммония:

2NН_3(г) + СО_2(ж) - NН₂СООNН_4(ж) + 125,6 кДж(6.1.1)

Который затем отщепляет воду и превращается в карбамид:

(NН₂)₂СООNН_4(ж) - (NН₂)₂СО_(ж) + Н₂0_(ж) - 15,5 кДж (6.1.2)

Процесс протекает с образованием двух фаз: газообразной (NН₃, СО₂, Н₂О) и жидкой, состоящей из расплавленных и растворенных компонентов (аммиака, карбоната аммония, карбамида, углеамонийных солей) и воды.

Карбамид образуется преимущественно в жидкой фазе, т.е. из расплавленного карбоната аммония. Твердый карбонат аммония при нагревании отщепляет воду очень медленно.

При атмосферном давлении и невысокой температуре образование карбоната аммония идет очень медленно, а при 10 МПа и 150°С проходит практически мгновенно. С повышением общего давления в системе возрастает также степень конверсии карбоната аммония в карбамид.

Так как карбамид образуется в жидкой фазе, то чем больше степень заполнения ею аппарата, тем больше выход карбамида - при малом объёме газовой фазы она образуется из меньших количеств NH₃ и СО₂, выделяющихся из карбоната аммония, превращение же его в карбамид увеличивается.

Хотя карбамид образуется из расплавленного карбоната аммония, но этот процесс идет и при температурах ниже точки плавления чистого NН₂СООNН₄ (152°С), так как по мере нагревания карбонат аммония отщепляет воду, которая снижает температуру плавления массы. Например, при содержании в плаве 9,2% воды температура плавления NН₂СООNН₄ снижается до 140°С, а при 14,7% до 130°С. При этом увеличивается объём жидкой фазы. Под действием воды часть карбоната переходит в карбонат и затем в гидрокарбонат аммония, которые, как и образующийся карбамид, также понижают температуру плавления карбоната. Эвтектическая смесь, содержащая 51% NН₂СООNН₄ и 49% (NН₂)₂СО плавится при 98°С.

Скорость образования и выход карбамида тем больше, чем выше температура. Выше 180°С кривые выходов проходят через максимум - при дальнейшем увеличении продолжительности нагревания реакционной массы степень конверсии карбоната в карбамид уменьшается. Это объясняется, во первых, тем, что при повышении температуры возрастает не только скорость превращения карбоната аммония в карбамид, но и скорость его разложения на NН₃ и СО₂, а во вторых, усилением роли побочных реакций.

Избыточное количество диоксида углерода почти не оказывает влияния на выход карбамида, поскольку СО₂ находится преимущественно в газовой фазе, но наличие в нем примесей имеет большое значение - чем чище газ, тем больше степень конверсии. Обычно источником СО₂ служит отходящий газ производства аммиака. Содержащиеся в нем примеси ( Н₂, СО, N₂, О₂ и другие ) уменьшают парциальное давление аммиака и, следовательно, его растворимость в жидкой фазе. Так, при прочих равных условиях синтеза уменьшение содержания СО₂ в исходном газе с 98-99% до 85-86% снижает степень конверсии с 65% до 45%.



5.2 Описание технологической схемы

Аммиак и диоксид углерода реагирует с образованием карбамата аммония и выделением тепла. Равновесие реакции сдвигается вправо вследствие избытка аммиака, вводимого с исходными компонентами. Тепло, выделяющееся при взаимодействии аммиака и диоксида углерода, используется для образования карбамида.

Характерной особенностью данной технологии является применение стриппинг процесса для дистилляции плава под давлением синтеза и возвращением не прореагировавшего аммиака и двуокиси углерода в систему.

Жидкий аммиак из крупнотоннажного агрегата АМ-76 с температурой 10-20°С и давлением 1,4 - 1,6 МПа поступает через механические фильтра на всас плунжерных насосов высокого давления, где дожимается до давления 13,79 - 17,0 МПа и подается в синтез. Диоксид углерода (СО₂) из крупнотоннажного агрегата АМ-76 с давлением 400-800 мм вод. ст. и температурой не более 45^оС в количестве 13-19,5 нм³/час поступает на всас турбокомпрессора К-104, где пройдя последовательно три ступени сжатия с межступенчатым охлаждением сжимается до давления 2,5- 2,8 МПа.

Для предупреждения коррозии оборудования узла синтеза в трубопровод диоксида углерода подается воздух, обеспечивающий содержание кислорода 0,75-1,0% об., смесь СО₂ с воздухом сжимается до давления 2.7 - 2.8 МПа, проходя последовательно три ступени сжатия. Из компрессора К-104 диоксид углерода поступает на вас поршневого 2-ступенчатого компрессора К-102, где сжимается до давления 15,4 МПа и подается на синтез.

Получение карбамида осуществляется путем взаимодействия аммиака и диоксида углерода, проходит в контуре синтеза при давлении 13,4 - 14,1 МПа. Аппаратное оформление контура включает в себя конденсатор ВД К-202, колонну синтеза R - 201, стриппер Е-201, скруббер Е-203. Конденсация аммиака и диоксида углерода осуществляется в конденсаторе Е-202 с образованием карбоната аммония. Образующаяся в конденсаторе реакционная газожидкостная смесь поступает в нижнюю часть колонны синтеза. За время прохождения смеси через колонну синтеза при температуре 183^оС и мольном соотношение NH₃: СО₂ = 2,85 - 3,0: 1,0 происходит превращение карбоната аммония в карбамид. Реакционная масса из колонны синтеза R - 201, содержащая не менее 33,3 % масс. Карбамида, карбоната, свободный аммиак и воду поступает в верхнюю часть стриппера.

Степень конверсии диоксида углерода в карбамиде составляет 57%. Стриппер представляет собой теплообменный аппарат, где через распределитель жидкости плав равномерно распределяется по сечению аппарата в виде пленки, стекает по трубкам вниз. Противотоком к плаву подается свежая газообразная двуокись углерода. СО₂ снижает парциальное давление аммиака, при этом происходит разложение карбамата аммония, находящегося в плаве, и отгонка аммиака с одновременным поглощением тепла.

Непрореагировавшие газы, содержащие аммиак, диоксид углерода, инерты в скруббере ВД Е - 203 смешиваются с углеаммонийными солями от карбоматных насосов Р-301, частично конденсируются и по переливу поступают в инжектор J - 201, и далее в конденсатор Е-202.

Остаточные газы отводятся в узел абсорбции для дальнейшей утилизации. Плав карбамида, выходящего из нижней части стриппера Е-201, дросселируется до 0,25-0,35 МПа и направляется в колонну ректификации С-303 /S-302/Е-302. Колонна ректификации состоит из подогревателя Е-303, сепаратора и массообменного аппарата, С-303. Массообменная верхняя часть, заполнена металлическими кольцами Палля.

В ректификационной колонне газожидкостная смесь, равномерно распределяясь по насадке, стекает вниз; противотоком вверх по насадке движется газовая фаза после разложения карбоната в подогревателе Е -302. В слое насадки происходит массообменные движущихся навстречу потоков. Раствор карбамида, пройдя слой насадки, поступает в подогреватель Е-302, где происходит разложение карбамида на аммиак и двуокись углерода.

Раствор карбамида из сепаратора колоны ректификации С-303 поступает в вакуум испаритель S-304, где за счет конденсации газов давление снижается до 44 - 56 кПа, происходит окончательное разложение карбоната аммония с получением раствора, содержащего до 71,2 % масс. карбамида. Далее полученный раствор упаривается на двух ступенях выпарки.

В первой ступени - до концентрации 95% масс. при температуре 125- 130^оС и абсолютном давлении 30-37 кПа, во второй- до концентрации не менее 98 % масс. при температуре 135-140^оС карбамида (72 %) и абсолютном давлении 2,4 кПа. В качестве кондиционирующей добавки в плав вводится раствор карбамидоформальдегидной смолы (КФС).

Плав карбамида с кондиционирующей добавкой КФС из узла выпаривания подается наверх грануляционной башни в напорный бак, откуда поступает в виброгранулятор Холина G-602 A. За время полета с высоты 93,0 м до аппарата охлаждения в «кипящем слое» (КС) капли плава карбамида охлаждаются воздухом и застывают в гранулы с температурой до 50^оС и системой конвейеров подаются на склад или на станцию отгрузки готового продукта для отправки потребителям навалом или в мешках.

Для очистки выхлопных газов после синтеза и после узла конденсации на данном производстве используется метод абсорбции. Узел абсорбции состоит из абсорбера, колонны абгазов и холодильника.

В процессе производства образуются сточные воды, очистка которых осуществляется в узле десорбции и гидролиза с извлечением из раствора аммиачной воды аммиака и диоксида углерода и возвращением их в виде угле аммонийных солей в синтез. Окончательная очистка сточных вод осуществляется на установке нитроденитрификации.



6. Расчет и описание основного аппарата в технологическом производстве

6.1 Материальный и тепловой баланс

Материальный баланс синтеза мочевины.

Исходные данные:

Производительность установки в расчете на 100%-ную мочевину (кг/ч): 54204 кг/час

Состав жидкого аммиака, (%): Аммиак 99,8

Вода. 0,2

Состав экспанзерного газа (%):

Диоксид углерода (IV). 97

Прочие газы 3

Из них, (%): АВС. 2

Кислород 1

Содержание аммиака в водном растворе аммонийных солей, (%). 40

Мольное соотношение компонентов:

(NH₃, СО₂, Н₂О)................................................................4,5: 1,0: 0,5

Степень превращения карбомата аммония в мочевину (%).65

Потери мочевины, (%) [6]:

При дистилляции 5

При упаривании 1

При кристаллизации 1

С учетом 7% потерь для получения 49291 кг/ч готового продукта в колонне синтеза должно образоваться мочевины:

54204 · 1,07 =57998,28 кг/ч(7.1.2)

Основные реакции синтеза мочевины:



СО₂ + 2NH₃ - NH₂СООNH₄ + 159,23 кДж(7.1.3)

NH₂СООNH₄ - (NH₂)₂CО + Н₂О - 26,27 кДж(7.1.4)

Стехиометрические расходы аммиака и диоксида углеродана 1000 кг мочевины определяются по реакции, кг:

СО₂ + 2NH₃ - (NH₂)₂CО + Н₂О + 133,05 кДж(7.1.5)

здесъ: 17, 60 и 44 - молекулярные массы аммиака, мочевины и диоксида углерода.

Количество реагентов, которое необходимо ввести в цикл для выработки 52741,4 кг/ч мочевины, равно:

Количество аммиака, кг/ч:

57998,28 * · 0,5667 =32867,62кг/ч NH₃[8](7.1.8)

Количество углерода (IV) - оксида, кг/ч:

57998,28 *· 0,7333 = 42530,13кг/ч СО₂[8](7.1.9)

Практический расход реагентов с учетом степени превращения образующегося карбамата аммония в мочевину и заданного мольного отношения реагентов составит, кг/ч:

??????3 ??СО2 =57998,28 • 17•4,5•100 = 113765 кг/ч[8](7.1.10)

= 57998,2 • 44•1•100 = 65433 кг/ч[8](7.1.11)

???? ?? = 57998,28 • 18•0,5•100 = 10159.7 кг/ч[8](7.1.12)

здесь: 4,5; 1 и 0,5 - мольное соотношение аммиака, диоксид углрода и воды; 65

– степень превращения карбамата аммония в мочевину, (%).

Количество аммиака, углерода (IV) - оксида и воды, возвращаемых в цикл с раствором аммрнийных солей.

Обозначим процентное содержание аммиака, углерода (IV)-оксида и воды соответственно б, в и г. Согласно исходным данным б = 40%. здесь, ? - степень превращения карбамата аммония в мочевину, 0,65; П - потери мочевины при дистилляции и упаривании (0,05+0,01-0,005) =0,055;

Всего поступает раствора аммонийных солей, кг/ч:

25088 +25534 +13214 = 63836 кг/ч[8](7.1.18)

Количество воды, вводимой со свежим и возвратным аммиаком:

172.63 -15.23 =133.8 кг/ч[8](7.1.19)

Количество свежего и возвратного аммиака, без учета аммиака, возвращаемого с раствором аммонийных солей, кг/ч:

113765-25534 =88231 кг/ч[8](7.1.20)

Количество свежей двуокиси углерода, кг/ч:

65433-25088=40345 кг/ч[8](7.1.21)

Количество прочих газов, вводимых с углерод (IV)-оксидом, при их плотности 0,73 кг/м³:

здесь, 78 и 44 - молекулярные массы карбоната аммония и диоксида углерода.

Остается непрореагировавшего аммиака, кг/ч:

113765- 5055.9 =108709 кг/ч[8](7.1.26)

Всего воды в колонне синтеза:

17399 +13214=30613кг/ч[8](7.1.30)

Вода взаимодействует с избыточным аммиаком, образуя гидроксид аммония, количество которого составит:

здесь, 35 и 18 - молекулярные массы гидроксида аммония и воды.

На образование 59525 кг/ч гидроксида аммония затрачивается аммиака:

59525-30613 =28912 кг/ч[8](7.1.32)

Остается свободного аммиака в газовой фазе:

63336-28912 = 34424кг/ч[8](7.1.33)

Сводный материальный баланс колонны синтеза кабамида представлен в табл. 6.1



Таблица 6.1 Сводный материальный баланс колонны синтеза карбамида.

Приход	кг/ч	%	Расход	кг/ч	%
Аммиак		(NH2)2CO	57998,2	30,04
NH3	88231	99,80	NH2COONH4	40597	21,03
H2O	133.8	0,20	NH3	34424	17,68
Итого	88364	100	NH4OH	59525	31,01
Двуокись углерода		Прочие газы	463.5	0,24
СО2	40345	98,9	ВСЕГО	193008	100
Прочие газы	463.5	1,1
Итого	40808.5	100
Раствор аммонийных солей
NH3	25534	40,00
СО2	25088	39,3
H2O	13214	20,7
Итого	63836	100
ВСЕГО	193008

Материальный баланс дистилляции первой ступени.

Исходные данные:

Степень разложения карбоната аммония, %90

Содержание водяных паров в газовой фазе, выходящей из колонны, %3

Разлагается карбоната аммония по реакции:

NH₂COONH₄ - 2NH₃+CO₂[8](7.1.35)

40345· 0,9 = 36310,5кг/ч[8](7.1.36)

При разложении карбомата аммония выделится:

36310,5 • ⁴⁴ = 20482 кг/ч СО[8](7.1.37)

Остается карбомата аммония в жидкой фазе:

40345 -36310,5 =4034,5кг/ч[8](7.1.39)

Остается избыточного амиака:

108709· 0,9 = 97838,1 кг/ч[8](7.1.40)

Остается аммиака в жидкой фазе:

108709-97838,1=10870,9кг/ч[8](7.1.41)

Всего отгоняется аммиака:

15827,6+ 97838,1=113665,7 кг/ч[8](7.1.42)

23355.7-4292,2=21157.9 кг/ч[8](7.1.44)

Сводный материальный баланс дистилляции первой ступени карбамида представлен в табл. 6.2

Таблица 6.2 Сводный материальный баланс дистилляции первой ступени.

Приход	кг/ч	%	Расход	кг/ч	%
(NH2)2CO	57998,2	30,04	Газ
NH2COONH4	30802.4	21,03	NH3	55168.2	75,22
NH3	25894.9	17,68	СО2	15543	21,30
NH4OH	45415.8	31,01	Н2О	2197.8	3,00
Прочие газы	351.8	0,24	Прочие газы	351.8	0,48
			Итого	73260.8	100
ВСЕГО	146468.4	100	Жидкость
		(NH2)2CO	44003.5	60,25
		NH2COONH4	3061.5	4,22
		NH3	4795.3	6,57
		Н2О	21157.9	28,96
		Итого	73018.2	100
		ВСЕГО	146279

Материальный расчет дистилляции второй ступени.

Во второй ступени дистилляции оставшейся карбонат аммония полностью распадается. Получившийся после распадения аммиак и диоксид углерода подается в конденсатор второй ступени.

Получившейся раствор мочевины дросселируется в сепараторе и подается в вакуумный вы паритель.

Исходные данные:

- Потери мочевины, % 5

- Содержание водяных паров в газовой фазе, выходящей из колонны %, 30

- Состав раствора, приходящего на дистилляцию второй ступени, берется из материального баланса дистилляции первой ступени.

Количество мочевины, разложившееся при дистилляции:

44125 · 0,05 =2056 кг/ч[8](7.1.46)

Реакция получения карбоната аммония из мочевины:

СО(NH₂)₂ + Н₂О = NH₂СООNH₄[8](7.1.47)

Из этого количества мочевины образуется карбамата аммония

2056 • ⁷⁸ = 2672.8 кг/ч[8](7.1.48)

На образование карбамата аммония из мочевины расходуется воды:

2056 • ¹⁸ = 616.8 кг/ч[8](7.1.49)

Общее количество карбамата аммония, разлагающееся в колонне:

30615+2672.8 =5734.3кг/ч[8](7.1.50)

При разложении карбамата аммония выделяется:

5734.3 • ^2•17 = 2499.6кг/ч NH[8](7.1.51)

5734.3 • ⁴⁴ = 3234.7 кг/ч CO[8](7.1.52)

Общее количество аммиака, отгоняемого в колонне:

4795.3+ 2499.6=7294.9кг/ч[8](7.1.53)

Общее количество аммиака и диоксидауглерода, отгоняемых из колонны:

??????3 ??СО2= 7294.9•22,4•(273+110)•101325 = 4554.6 м3/ч[8](7.1.54)

здесь, 22,4 - объём 1 кмоль газа в н.у., м³; (273+110) - средняя температура отгоняемых газов, °К; 3• 10⁵ - давление в колонне, н/м².

Учитывая, что по условию пары воды составляют 30% от объёма сухих газов:

??_НО2 = (4554.6 + 780) • 0,3 = 1600.4 м³/ч [8](7.1.56)

или при нормальных условиях, нм³/ч:

1600.4,05•273•3•105 = 3377.5нм³/ч[8](7.1.57)

(273+110)•101325

Что соответствует:

3377.5?18 = 2714 кг/ч[8](7.1.58)

22,4

Общее количество аммиака и диоксида углерода, отгоняемых из колонны:

4795.3+ 2714+3234.7 = 10744 кг/ч(7.1.59)

Количество воды, остающееся в растворе мочевины:

21157.9 - (2714 +616.8) = 17827.1 кг/ч[8](7.1.60)

Количество мочевины, выходящее из колонны:

44003.7 - 2056 = 41947.7кг/ч[8](7.1.61)

Количество раствора мочевины:

41947.7+17827.1= 59774.8кг/ч[8](7.1.62)

Коцентрация раствора:

41947.7•100 = 70,19 % =70,2%[8]

59774.8

Сводный материальный баланс второй ступени дисциляции представлен в табл. 6.3.

Таблица 6.3. Сводный материальный баланс 2-ой ступени дистилляции.

Приход	кг/ч	%	Расход	кг/ч	%	Расход	кг/ч	%
(NH2)2CO	44003.7	60,25	Раствор		Газ
NH2COONH4	3061.5	4,22	(NH2)2CO	41947.7	70,18	NH3	7294.9	55,04
NH3	21157.9	6,57	Н2О	17827.1	29,82	СО2	3234.7	24,46
Н2О	4795.3	28,96	Итого	59774.8	100	Н2О	2714	20,50
ВСЕГО	73018.4	100				Итого	13243.6	100
			ВСЕГО	73018.4 кг/ч



Материальный баланс процесса выпаривания.

Исходные данные:

Количество приходящего раствора мочевины, кг/ч 57617

Концентрация раствора, %70,2

Конечная концентрация плава, %98

Количество мочевины, разлагающейся при выпаривании %1

Количество мочевины, разложившейся при выпаривании:

41125 · 0,01=411.25кг/ч[8](7.1.65)

Из этого количества мочевины при разложении образуется:

411.25 • ⁴⁴ = 301.6 кг/ч СО[8](7.1.66)

411.25 • ^2•17 = 233 кг/ч NH[8](7.1.67)

Расходуется воды на разложение мочевины:

411.25 • ¹⁸ = 123.4 кг/ч[8](7.1.68)

Количество мочевины, содержащейся в упаренном плаве:

41947.7-411.25 =41536.45кг/ч[8](7.1.69)

Выпаривается воды: 13613.3-(889.6+123.4)=12600.3 кг/ч[8](7.1.71)

Сводный материальный баланс процесса в парования карбамида представлен в табл. 6.4.

Таблица 6.4 Сводный материальный баланс процесса выпаривания карбамида.

Приход	кг/ч	%	Расход	кг/ч	%
(NH2)2CO	44003.7	70,18	Раствор
Н2О	13613.3	29,82	(NH2)2CO	43592.45	98,00
Итого	57617	100	Н2О	889.6	2,00
		Итого	44482.05	100
		Пар
		NH3	233
		СО2	301.6
		Н2О	12600.3
		Итого	13134.9
		ВСЕГО	57616.95



Материальный баланс процесса кристаллизации.

Исходные данные:

Количество плава, поступающее на кристаллизацию, кг/ч…. 44482.05

Концентрация плава, %98

Содержание влаги в гранулах, %0,8

Производительность по 100% (NH ₂)₂ CO, кг/час 49291

Количество товарной мочевины, уходящей из башни:

41125 • ¹⁰⁰ = 41456.6 кг/ч[8](7.1.72)

Количество воды в товарной мочевине:

41456.6-41125 = 331.6кг/ч[8](7.1.73)

Количество испаряющейся воды:

889.6-331.6= 558кг/ч[8](7.1.74)

Теряется мочевины в грануляционной башне:

41536.45-41125 =411.45кг/ч[8](7.1.75)

Сводный материальный баланс процесс акристаллизации карбамида представлен в табл. 6.5.

Таблица 6.5. Сводный материальный баланс процесса кристаллизации.

Приход	кг/ч	%	Расход	кг/ч	%
(NH2)2CO	41536.45	98,00	Гранулы
Н2О	889.6	2,00	(NH2)2CO	41125	99,20
Итого	42426.05	101	Н2О	331.6	0,80
	Итого	41456.6	100
	Н2О - пар	558
	Потери	411.25
	Итого	969.25
	ВСЕГО	42425.85

Тепловой баланс процесса выпаривания.

Исходные данные:

Количество раствора, поступающего на выпарку (кг/ч).57617

Концентрация раствора. 70,2

Температура раствора(°С).95

Количество выпариваемой воды, кг/ч 12600.3

Количество уходящего плава, кг/ч 44482.05

Концентрация проходящего на грануляцию плава, %98

Давление насыщенного пара (н/м²)..............................................8·10⁵

Давление: Р, (н/м²)…………………………....………….....0,347·10⁵

Количество разлагающейся мочевины, кг/ч 492,91

Состав парогазовой смеси:

H₂O, кг/ч 12600.3

NH₃, кг/ч233

CO₂, кг/ч301.6

Приход тепла:

Тепло, приносимое раствором мочевины:

Q₁ = 57617· 1,845 · 95 +13613.3· 398 = 15516913.075 кДж/ч [9] (7.1.77)

где 1,845 кДж/ч - теплоёмкость раствора при 95^°С; 398 кДж/(кг·град) - энтальпия воды при 95^°С.

Тепло, приносимое греющим паром: Q₂ = x кДж/ч; Суммарный приход тепла: УQ_пр = 15516913.075 + х

Расход тепла:

Тепло, уносимое плавом мочевины:

??^? = (41536.45 • 1,347 + 889.6 • 4,208) • 140 = 8357024.893 кДж/ч

Где 1,347 и 4,208 - соответственно теплоёмкости (NH₂)₂CO и Н₂О при 140°С. Тепло, расходуемое на разложение мочевины:

??? = 411.25•133050 = 911946.875кДж/ч[9](7.1.79)

Тепло, уходящее с паро газовой фазой:

??^? = 12600.3 • 2762 + 233 • 2,473 • 140 + 301.6 • 416,5 =

Здесь: 2762 и 416,5 кДж/(кг·град) - энтальпия парообразования паров Н₂О и СО₂ при 140°С; 2,473 кДж/кг - теплоёмкость NH₃ при 140°С. Потери тепла в окружающую среду:??^? = 250000 кДж/ч.

Сводный тепловой баланс процесса выпаривания представлен в табл.

Таблица 6.6. Сводный тепловой баланс процесса выпаривания.

Приход	кДж/ч	Расход	кДж/ч
С раствором карбамида	15516913.075	С плавом карбамида	8387024.893
С греющим паром	29040372.953	На разложение карбамида	911946.875
Всего	44557286.028	С парогазовой смесью	35008314.26
	Потери	250000
	Всего	44557286.028

6.5 Описание основанного аппарата

Спроектированный вырезной аппарат для концентрации раствора карбамида имеет следующие параметры:

1. Диаметр греющей камеры 1000 мм.

2. Количество труб 718 шт.

3. Параметры греющих труб 25 мм, толщина стенки 2 мм, шаг 48 мм.

4. Длина труб 5000 мм.

5. Диаметр сепаратора 2800 мм.

6. Высота парового пространства 4000 мм.

7. Толщина стенки аппарата 4 мм.

8. Материал - сталь 12Х18Н10Т.

Греющий пар подается в межтрубное пространство выпарного аппарата II ступени через штуцер диаметром 350 мм и обогревает трубное пространство до температуры 136,19 °С. Образованный конденсат выходит из межтрубного пространство через штуцер диаметром 350 мм. Исходный раствор в количестве 71632,66 кг/ч с концентрацией 70,2% поступает в распределительную камеру через штуцер диаметром 100 мм, и оттуда поступает в трубное пространство греющей камеры, состоящее из 718 штук труб диаметром 25/2. [13]

Раствор проходит по трубам снизу вверх по всей длине труб, составляющей 5 м, а закипать начинает на высоте 4,2 м. На этой же высоте в межтрубном пространстве образуется конденсат водяного пара с температурой 112,7 °С, который начинает стекать вниз в виде тонкой пленки. Раствор из трубного пространства начинает стекать в нижнюю часть сепарационного пространства и выходит из сепаратора с концентрацией 97,5% в количестве 50799,95 кг/ч через штуцер диаметром 100 мм. Вторичный пар в количестве 5,57 кг/с выходит из аппарата через штуцер диаметром 500 мм.