Технология карбамида - Горловский Д.М.
Скачать (прямая ссылка):
дуд = 1,36&срс
w_
x*
P*(l + 0,386L +0,41 W) {х* -f W) In
хвх* — хв — x* — W
W
(+Я
(11.47)
В расчетах [33] для построения кривых (рис. 11.15) при Рс > > 20 МПа использовали уравнение (11.47), а при Рс <: 20 МПа —• следующее уравнение, полученное, исходя из изложенной выше методики расчета Пуд для аппаратов идеального смешения:
Пуд =
_1,36/гсрсм Pc
(1 + 0.386L+ 0,41W) Р*
(*., + W)x3 (х* + W) х*
(11.48)
Отсюда отношение Пуд (P > 20 МПа) к Пр (P = 20 МПа) при постоянных хв, L, W, tc примет следующий вид:
УД
пуд
X
2-х: +
w
(х2*+W) In
хвх2 —x2-x3-w
x2 + w
(xB + W)xB (х* + W) х\
(\-х\)
(11.49)
По данным 119, 33 ] можно оценить относительные приращения kc и Р* при увеличении рсм: А/ес/Арсм « 0,0146 м3/(кгч) и АЯ*/Арсм = 0,05 м3МПа/кг. При P1 = 20 МПа, L = 4,25 и f = 200 0C найдено [33], что&с ж 5,7 ч"\ рсм ж 700 кг/м3, Р* ж ж 20 МПа. Отсюда легко показать, что член ЯГ^гРсмУ-Рг&іРсм, ~ 1-
Например, при 25 МПа этот член равен 1,02, а при 50 МПа — 1,06. Член, зависящий от хв и х*, при постоянном хв почти не зависит от Рс и равен «2 для условий опытов, соответствующих кривой / (рис. 11.15). Поэтому из уравнения (11.49) следует, что
пуд пуд «2A1ZP1 (11.50)
Сравнивая кривые 2 а 1, можно увидеть, что уравнение (11.50) пригодно для ориентировочных расчетов процесса синтеза в переходном режиме приЯ>30МПа.
Таким образом, для расчета Пуд в случае режима идеального вытеснения предназначено уравнение (11.47), в случае переходного режима при P = = 20—30 МПа —- уравнение (11.43) и при /> = 30--35 МПа— уравнение (11.50).
Исходя из кинетического уравнения (1.51), можно оценить оптимальное значение L для реакторов идеального вытеснения. Зависимость хв от L при W = O имеет следующий вид [33]:
483
-1 \
H- 1 + х*
(11.51)
где г
2-х*
Z1.
Рис. 11.16. Зависимость хв (1, 2) и T (3) в автотермическом режиме от L при P = 50 МПа, W=O1 VK. с = = 95 л:
/ — расчет по уравнению (11.51), q —
= 2950 кг/(м<- ч); 2— по уравнению (11.51), q = 5470 кг (м3. ч). Точки — опытные
CUg данные.
На рис. 11.16 приведены кривые, построенные по уравнению (11.51), а также результаты опытов при тех же условиях. В данном случае процесс довольно близок к равновесию и поэтому в расчете, принимая рсм = р*м, использовали уравнение (11.17). Величины kc и Рс находили интерполяцией данных [33]. Из рис. 11.16 видно, что уравнение (11.51) пригодно для оценки оптимального значения L применительно к аппаратам идеального вытеснения.
Средства достижения предельных значений
удельной производительности промышленных реакторов
До недавнего времени промышленные реакторы синтеза карбамида, представляющие собой полые цилиндрические сосуды со смесительными перегородками в кубовой части, эксплуатировались в малоинтенсивном режиме, близком к идеальному смешению, либо в переходном режиме; при этом Пуд = 340— 540 кг/(м3ч), а хв = 62—65%. Причина недостаточной интенсивности процесса заключалась в несовершенстве оборудования.
Как уже говорилось в гл. I, одно из эффективных средств интенсификации процесса синтеза карбамида [40] — предварительное связывание исходных реагентов в карбамат аммония в форреакторе. Чтобы выявить требования, которым должна отвечать конструкция форреактора, на опытной установке синтеза карбамида (рис. 11.17) была проверена [44] возможность использования в качестве форреактора кожухотрубного теплообменника.
Исходные реагенты: жидкие NH3, CO2 и H2O — от насосов высокого давления через смеситель ) подавали в трубное пространство форреактора 2, где при t = 180 °С и P — 18 МПа получали водно-аммиачный раствор карбамата аммония. Время
гО-
Пар
Конденсат
Конденсат парово,
Жидкий NH3 Жидкий СО,
Жидкая H2O
І
Плав синтеза карбамида
Жидкий NH3
Рис. 11.17. Технологическая схема опытной установки синтеза карбамида:
/ — смеситель; 2 — форреактор; 3 — колоний синтеза; 4 — сепаратор.
84
пребывания реагентов в трубчатке аппарата 2 составляло около 40 с, при удельной (в расчете на 1 кг/ч продукта) поверхности теплообмена ~0,02 м2. Реакционную смесь из форреактора направляли в колонну синтеза 3, где процесс протекал при t — == 185 °С и P = 18 МПа. Соотношения реагентов в форреакторе составляли: L = 2,3—2,7; W = 0,9. В колонну 3 дополнительно вводили чистый NH3 для поддержания L на уровне 3,8—4,0. Для теплосъема в межтрубное пространство форреактора подавали паровой конденсат; полученный пар отводили через сепаратор 4. Количество продуцированного пара с Я = 0,30—0,35 МПа составляло 0,7 кг на 1 кг карбамида. Для сравнения укажем, что в промышленных условиях удельное количество теплоты, снимаемое охлаждающей водой в выносном барботере промывной колонны, того же порядка [45].
В опытах с форреактором величина Xn была выше, чем в аналогичных условиях без форреактора: форреакторный эффект (Ax) составил ~4% (абс). Теоретически [401 Ал: может достигать 12%.
Величина Ax зависит [40] от степени растворения NH3 и CO2 в воде перед колонной синтеза. В упомянутых опытах этот показатель составлял около 40%. Необходимо отметить, что при увеличении степени растворения температура в колонне синтеза снижалась, в результате хв не только не возрастала, а наоборот уменьшалась. Очевидно, в этом случае возникал дефицит теплоты для эндотермической реакции дегидратации карбамата аммония.
