Технология карбамида - Горловский Д.М.
Скачать (прямая ссылка):
разрыв, ширина которого составляет A Ig kx. с = 0,2, т. е. скачкообразное изменение энергии активации сопровождается изменением более чем в 1,5 раза стерического фактора. Эти факты вместе с результатами термографических, спектральных исследований и квантовохимических расчетов свидетельствуют о двух-стадийном молекулярном механизме реакции дегидратации карбамата аммония с образованием карбамида. Проанализировано также сложное катализирующе-ингибирующее влияние избытка воды при W > 0, что дополняет представления о двухстадийном механизме реакции [20].
Кинетика непрерывного процесса синтеза карбамида в аппаратах промышленных размеров
Описанные выше сведения по кинетике и механизму синтеза карбамида в значительной мере потеряли бы свою ценность, если пренебречь решением специфических вопросов о масштабном переносе данных, полученных в статических автоклавах, для определения скорости синтеза при его непрерывном проведении в аппаратах промышленных размеров. Между тем эта практически важная задача ранее не обсуждалась в литературе, и технологи, естественно, проявляли известный пессимизм в оценке возможностей создания расчетных методов определения интенсивности работы промышленной аппаратуры.
Уравнение (1.51) можно применять для расчета аппаратов непрерывного действия, заменив величину т на время пребывания тп и приравняв х = хв, где хъ — величина, регистрируемая на выходе из аппарата. С целью определения возможности использования (1.51) в технологических расчетах обследовали фактические значения параметров работы всех действующих в СССР типов пустотелых колонн синтеза карбамида с Vn, с = 0,745 (опытно-промышленная установка); 12; 31; 41 м3. Вычисления показали, что расчетное значение производительности пустотелых колонн превышает фактическое примерно в 2 раза. Прямое применение (1.51) в случае непрерывного процесса оправдано лишь в том случае, если реактор работает в условиях вытеснения смеси, близкого к идеальному. Отсюда сделали вывод, что промышленная пустотелая колонна синтеза не работает как реактор вытеснения. На входе в колонну рсм « 200 кг/м3, тогда как р плава синтеза >800 кг/м3. Приняли, что в непрерывном процессе, так лее, как и в периодическом, фазовый переход NH3, CO2 совершается в пузырьковом режиме. В вертикальном аппарате — колонне пузырьки всплывают в движущемся плаве, что приводит к «рассеиванию» сырья по реакционному объему. Оценка скорости всплывания пузырьков и скорости растворения смеси NHj + CO^ в плаве показала, что пузырьки способны вынести газообразное сырье на высоту, превышающую половину высоты колонны, т. е. промышленный пустотелый аппарат работает как реактор смешения.
Последнее предопределяет изменение формы кинетического уравнения при переходе к реактору смешения [28 J, что положено в основу суждений о масштабном переносе данных. Предполагая, что смешение сырья и реагирующей смеси в колонне синтеза близко к идеальному, и исходя из уравнения (1.51), нашли кинетическое уравнение процесса синтеза карбамида в непрерывном аппарате идеального смешения [29]:
*c?--1а , -^- (1.57)
*в(*в + Щ(1-Х*) р* Z1 + JL1 +JLW\ "СО
1 Хв x*(x*-\-W) V h 44 L+ 44 W)
где t7co2 — удельная нагрузка реактора по CO2, кг/(м3ч).
Уравнение (1.57) проверили на обширном экспериментальном материале, включающем зависимость хв от qCOl (закреплены P1 Т, L, W),xB от L (закреплены qCo2, Р, Т, W), V1,, с от мощности установки при различных Р, Т, L, W, qCo^ полученные на действующих колоннах синтеза различных типов [29]. В результате доказано, что уравнение (1.57) воспроизводит опытные значения хв с точностью ±1% (абс.) при изменении qco.2 в интервале 200 — 600 кг/(м3-ч) (диапазон, освоенный на практике), отражает существование оптимального значения А;ит, воспроизводит фактические значения V1.. с с точностью ±5% (отн). независимо от объема колонны в интервале 0,745—41 м3. Поэтому (1.57) можно считать кинетическим уравнением непрерывного процесса синтеза карбамида в реакторах промышленных размеров, когда не применяются специальные приемы для упорядочения гидродинамического режима с целью его приближения к модели идеального вытеснения.
Основное практическое значение уравнения (1.57) заключается в том, что на его основе проведена количественная оценка резерва производительности действующих колонн синтеза и рекомендованы пути интенсификации мощности производства карбамида не менее чем в 1,5 раза за счет увеличения <7Со2 при некотором снижении ха [на 2 — 5% (абс.)] [29, 30]. Предсказать этот результат без применения уравнения (1.57) ранее не представлялось возможным, столь значительное увеличение нагрузки действующего реактора считалось рискованным. Практика внедрения мероприятий по интенсификации действующих производств подтвердила справедливость технологических выводов из уравнения (1.57).
Синтез карбамида в аппаратах вытеснения
Доказательство возможности проведения непрерывного процесса синтеза карбамида в аппаратах вытеснения имеет большое практическое значение — реакционный объем аппаратов смешения не полностью используется для получения целевого продукта. Для построения такого доказательства прежде всего оценили, в какой мере всплывающие в движущемся плаве пузырьки сырья размешивают жидкость. Оценку провели, вычислив 46
