Технология карбамида - Горловский Д.М.
Скачать (прямая ссылка):
Уравнение (III.2) с достаточной для практических расчетов точностью позволяет оценить количество накапливающегося биурета в зависимости от параметров процесса, времени пребывания и степени загрузки оборудования [1, с. 279] и, таким образом, оптимизировать режим с этой точки зрения.
В согласии со сказанным выше находятся недавно полученные данные [28], показывающие, что при увеличении нагрузки агрегата производства карбамида количество накапливающегося биурета снижается (рис. Ш.З)
Из отдельных технологических приемов, позволяющих сократить количество образующегося биурета, наряду с упоминавшимися ранее [7, 9, 10], следует отметить охлаждение плава синтеза карбамида до~435 Кперед его дросселиро-
Рис. III.2. Зависимость содержания биурета в плаве синтеза карбамида (в расчете на 100% карбамид) от мольного соотношения NH3 : CO2 на входе в промышленную колонну синтеза [25].
Рис. Ш.З. Зависимость степени накопления биурета (в расчете на 100% карбамид) на стадиях синтеза (1), дистилляции I (2) и II ступени (3) от нагрузки агрегата [28].
ванием,[29]. Запатентовано также предложение [30] проводить дистилляцию на первой ступени при P = 0,1—2 (предпочтительно 0,3—0,6 МПа) и, соответственно, при относительно низкой температуре (355—415 К), абсорбировать выделенные газы водой, ректифицировать полученный разбавленный РУАС при P = 3—7 МПа, вновь сорбировать газы и возвращать концентрированный РУАС на синтез.
2. Жидкостный рецикл непревращенных NH3 и CO2
Со времени создания первых промышленных установок основным направлением в развитии технологии производства карбамида было совершенствование системы рециркуляции NH3 и CO2, поскольку обычно степень превращения CO2 не превышает 70% , а степень превращения NH3 не достигает даже 50%. Уже в пятидесятых годах, с момента превращения мирового производства карбамида в многотоннажную отрасль азотной промышленности, все чаще стали применять схемы с полным рециклом непревращенных NH3 и CO2, которые вскоре практически вытеснили разомкнутые и полузамкнутые схемы. Особенно широкое распространение получили схемы с жидкостным рециклом NH3 и CO2 в виде РУАС и сжиженного аммиака. Несмотря на появление в шестидесятых годах прогрессивных стриппииг-процессов, по-прежнему в промышленной практике наиболее распространен способ с полным жидкостным рециклом, применяющийся в различных вариантах.
Физико-химические основы процессов абсорбции-конденсации газов дистилляции с образованней рециркулируемого РУАС и получением потока свободного от примеси CO2 жидкого аммиака довольно подробно изложены в работах [1, 2]. Из числа более поздних исследований следует отметить экспериментальное изучение равновесия в системе жидкость—газ NH3—CO2—CO(NH2)2—H2O в интервале температур 20—8O0C [31], расчет равновесия пар—жидкость в системе NH3—CO3—H2O [32], составленное японскими авторами математическое описание равновесного состояния пар—жидкость в системе NH3—CO2—H2O при 1,96 МПа и 70—140°С [33], расчеты состава РУАС низкого давления [34], методику определения состава рециркулируемого раствора [35], изучение влияния примеси карбамида на температуру кристаллизации водного РУАС [36].
Ниже излагаются те результаты исследований, из числа перечисленных работ [31—36], которые могут быть непосредственно использованы в расчетах по технологии производства карбамида.
Равновеоне жидкость—пар в системе NH ,—СО,—H .,О
Свои эксперименты японские исследователи [33 I проводили в статическом автоклаве, оборудованном магнитной мешалкой и пробоотборниками жидкой и паровой фаз. После загрузки исходных реагентов в охлажденный до низкой температуры автоклав реакционную смесь замораживали и быстро откачивали воздух. Затем автоклав помещали в обогреваемый термостат для обеспечения и поддержания заданных температур. В каждом опыте температуру устанавливали на таком уровне, чтобы обеспечить в автоклаве P= 1,96 МПа, и при таких параметрах выдерживали перемешиваемую реакционную смесь в течение 3 ч от момента стабилизации температуры и давления. Затем отбирали пробы жидкости и пара для определения равновесного содержания NH3, CO2 и H2O хроматографическим методом.
На рис. III.4 приведены построенные по полученным экспериментальным данным изотермы растворимости для системы NH3 — CO2—H2O. По этим же данным были вычислены [33] коэффициенты активности компонентов системы NH3—CO2—H2O в жидкой
фазе и составлены обобщенные эмпирические уравнения.
Обозначив давление насыщенного пара компонента как Р°, общее давление системы как л, коэффициенты активности у,- вычисляли по уравнению
Уі =
Zi к
-уМ (Ш.З)
Здесь
(P0^)(Vtx-B1)
B1 =
V1x =
RT1 кг P.
' I кр
NH4HCO.
NH4C00N%
Н,0
0,1. 0,2 0,3
0,4 0.5 0,6 0,7 0.8 09 1.0 NH3
Рис. 111.4. Изотермы растворимости для системы NH3-CO2-H2O при P= 1,96 МПа и Г К:
2,303/?7
(IH.4) 0,197- 0,0127;,
(t) — 342 — 345; О - 373; О —
• -
383;
- 353 — 355; О — 393;
Л — 363; О - 403;
0,4
0,146
Тіг
-3,27
А — 372; О - 413.
