Технология карбамида - Горловский Д.М.
Скачать (прямая ссылка):
600
давлении [37] и мольным долям этих компонентов в исходной смеси. Необходимые при расчетах значения kc в зависимости от Т, L, W, рсм приведены в гл.1. По этим данным и уравнениям (1.57) и (11.30) была рассчитана кинетическая кривая реакции синтеза карбамида, протекающей в проточной колонне при t = = 190°С, P = 19 МПа, I = 4,4 и W = 0. На рис. 11.5 приведены расчетная кинетическая
кривая и точки, значения которых экспериментально определены на промышленной колонне синтеза объемом —12 м3. Соответствие экспериментальных точек и рассчитанной кривой показывает, что по уравнению (1.57) можно производить практические расчеты с удовлетворительной точностью.
Рис. II.5. Кинетическая кривая синтеза карбамида в проточной колонне при t = 190 0C1 P = = 19 МПа, L = 4,4, W = 0. Кривая — расчет по уравнениям (1.57) и (11.30). Точки — опытные данные, полученные на колонне объемом —12 м3.
4. Гидродинамика реакторов синтеза карбамида
Эффективность промышленного реактора синтеза карбамида, наряду с термодинамическими и кинетическими факторами, в значительной мере определяется гидродинамическим режимом, поскольку характер движения и фазовая структура потока реагентов [35 ] влияют на распределение времени пребывания частиц в реакторе и, следовательно, на степень превращения сырья в конечный продукт. Уже в работе [34] было указано на существование диффузионной, переходной и кинетической областей протекания процесса. Затем автор [32], изучавший синтез карбамида в реакторе трубчатого типа, предпринял попытку оценки гидродинамической обстановки, сняв С-диаграммы путем импульсного ввода индикатора [381. Исследования гидродинамического режима лабораторных моделей и промышленных типов реактора синтеза карбамида наиболее подробно изложены в работах [39] и [40], частично рассмотренных в гл. I.
Кроме осевого смешения (см. гл. I) другими факторами, которые отклоняют режим работы полого реактора от модели идеального вытеснения и усложняют оценку гидродинамической обстановки, являются [39] градиент скорости и градиент температур. Известно [41 ], что распределение скоростей потока по сечению аппарата зависит от отношения площади поперечного сечения его F к площади сечения ввода исходных реагентов в аппарат F0.
197[
179
о
8
12 16 20 24
Во всех случаях, когда F//r0>3, скорости потока распределяются неравномерно [41 ]. Как правило, в действующих цехах реакционную смесь вводят в полую прямоточную колонну синтеза через выносной смеситель. При этом FIF0 = 180—185 и, очевидно, неизбежен высокий градиент скорости. Аналогичная ситуация создается и в верхней части реактора, где распо-
Рис. 11.6. Распределение температур ложен патрубок для отвода
парата. Кривая распределения температур для промышленного полого аппарата объемом 31,5 м3 впервые приведена в работах [391. Соответствующие замеры были выполнены при нагрузке агрегата по CO2 — 4500 м3/ч (при нормальных условиях); L = = 3,9—4,0; W = 0,5—0,8; PG = 19,5 ± 0,5 МПа. Полученные результаты приведены на рис. II.6. Как видно из рисунка, для Уж* — 4500 м3/ч температурный максимум расположен на высоте 6—8 м при общей высоте аппарата h = 24 м. Установленный факт существования температурного максимума свидетельствует об отклонении режима от модели идеального смешения. По-видимому, скорость осевого перемешивания меньше скорости процесса образования карбамата аммония (испарение NH3 из исходной реакционной смеси, затем растворение газообразных NH3 и CO2 и реакция образования карбамата аммония); поэтому температурный профиль по фактическим результатам замеров сходен с профилем, характерным для реактора идеального вытеснения. Из анализа кривой распределения температур следует также, что процесс образования карбамата аммония в реакторе синтеза карбамида протекает не мгновенно, и для его завершения требуется довольно много времени. Применительно к условиям работы реактора, при которых проводили [39] замеры температуры, среднее время пребывания смеси в реакторе составляло я»50 мин. Следовательно, процесс образования основного количества карбамата аммония завершался лишь через ?к12—15 мин. Таким образом, исследование особенностей этого процесса, поиск путей его интенсификации и разработка средств оптимизации температурного режима реактора синтеза представляют собой самостоятельную и весьма актуальную задачу.
Гидродинамические характеристики промышленного реактора синтеза изучали методом импульсной индикации [39]. Реакцион-
по высоте реактора синтеза карбамида, полученное по замерам температур внутренней (Д) и наружной (о) поверхностей реактора.
продуктов реакции.
Один из важных критериев для оценки гидродинамического режима реактора — распределение температур по высоте ап-
ная смесь в колонне синтеза представляет собой двухфазную газожидкостную систему, содержание газовой фазы в которой зависит от условий синтеза [301. Поскольку количественные характеристики двухфазного потока не могут быть определены при раздельном учете критериев гидродинамического подобия каждой фазы, так как неизвестны доли сечений, занятые каждым из потоков |361, а основная реакция протекает в жидкой фазе, в работе [39] условно принималось, что с помощью индикатора, присутствующего в жидкой фазе, определяется общая структура потока в реакторе.
