Технология карбамида - Горловский Д.М.
Скачать (прямая ссылка):
Проведенные опыты приводят к заключению, что в качестве форреактора можно использовать аппарат с развитой поверхностью теплообмена и небольшим временем пребывания реакционной смеси в нем. Причем введение форреактора в технологическую схему узла синтеза существенно не меняет энергетические характеристики протекающего в этом узле процесса: форреактор — это прежде всего рекуператор теплоты. Количество утилизируемой в нем теплоты в основном зависит от температуры поступающих в форреактор потоков.
Для выбора целесообразных условий осуществления начальной стадии процесса в промышленном форреакторе необходимы сведения об хв и Пуд для такого аппарата в зависимости от режима его работы. Из исследований кинетики синтеза карбамида в изотермических условиях в лабораторном статическом автоклаве с перемешиванием контактирующих веществ (элементарная модель аппарата идеального вытеснения) известно [33], что прит « 1 мин и параметрах процесса, близких к промышленным, величина хв « 10—55%. Однако, при этих условиях в автоклаве развивается давление 65—30 МПа. Учитывая, что в промышленных проточных колоннах синтеза в автотермическом режиме Рс = 18— 23 МПа, для оценки хв в форреакторе при указанном Рсит« 1 мин необходимо было провести специальные опыты. В связи с этим в одном из действующих цехов перед колонной синтеза с объемом 31 м3, оснащенной шестью ситчатыми массообменными тарелками
со свободным сечением 10%, был установлен кожухотрубный теп-лообменник-форреактор. Аппарат содержит камеру смешения исходных реагентов с распределительной тарелкой, объем трубчатого пространства, включая камеру смешения, 0,835 м3. За счет распределения реакционной смеси по большому числу труб малого диаметра такой аппарат должен работать в режиме, близком к идеальному вытеснению.
Испытания промышленного форреактора 1 проводили без подачи хладоагента в межтрубное пространство при Рс = 18,5—¦ 19,0 МПа, /ф = 176—185 0C1 плотности смеси на выходе из аппарата рсм « 0,75 кг/м3, L = 2,54—3,35 и W = 0,49—0,88. Величина т составляла около 1 мин. При этих условиях значения хв оказались в диапазоне 20—45%. Таким образом, впервые установлено, что в промышленном аппарате идеального вытеснения значения хв для начального периода процесса синтеза карбамида удовлетворительно соответствуют результатам лабораторных опытов, несмотря на существенные различия значений давления. Это обстоятельство позволяет использовать кинетические данные [331 для ориентировочной оценки значения Пуд применительно к начальному периоду процесса синтеза в промышленном аппарате идеального вытеснения.
На рис. 11.18 графически представлены результаты расчета Пуд при 0 < т «: 6 мин по уравнениям (11.40) и (11.27). При 0 < < т < 1 мин абсолютные значения хв сравнительно невелики, а относительная погрешность определения ха наибольшая. Указанный участок представляет интерес в том отношении, что именно к нему относятся предельно-достижимые значения Пуд. Судя по рис. П-18, предельные значения Пуд ж 100 000 кг/(м3-ч) 2. Кроме того, при разных значениях / наибольшие различия Пуд имеют место при т ж 1 мин, и с ростом т эти различия сглаживаются.
Усовершенствованная система синтеза карбамида была испытана 3 также в другом промышленном цехе, реакторный блок которого состоял из двух соединенных последовательно тарельчатых колонн объемом 11,8 м3. Если учесть, что первая из двух колонн является по существу форреактором, такое конструктивное оформление узла синтеза должно обеспечивать гидродинамический режим, близкий к оптимальному.
Результаты промышленных испытаний усовершенствованных реакторных блоков с обоими типами форреакторов приведены на рис. 11.19 (кривая I). На этом же рисунке изображены, с использованием данных [39], кривые зависимости Пуд — хв для полого реактора (кривая III) и тарельчатого реактора с шестью ситчатыми
1 Испытания проведены Ю. К. Мельниковым, В. А. Бордуковым и др.
2 Указанную величину следует считать сугубо ориентировочной. Точное ее значение будет установлено после проведения специальных исследований кинетики начального периода реакции синтеза карбамида.
3 Испытания проведены Н, А. Орловой, Н. В. Симагиным и др.
с, мин
Рис. 11.18. Зависимости Пуд—-т (1—13) и хв—т (!'—13') для начального периода процесса:
№ кривых
г, °С
L
рсм, кг/м3
№ кривых
1, °С
L
W
Рсм-кг/м3
1,1'
165
4
0
750
8,8'
190
4
0,8
750
2,2'
173
4
0
750
9,9'
190
3
0,5
750
3,3'
180
4
0
750
10,10'
190
5
0.5
750
4,4'
190
4
0
750
11,11'
190
4
0,5
300
5,5'
210
4
0
750
12,12'
190
4
0,5
600
6,6'
190
4
0,2
7EO
13,13'
190
4
0,5
850
7,7'
190
4
0,5
750
тарелками со свободным сечением 22,5% каждой (кривая II). Из рис. 11.19 следует, что в случае отсутствия форреактора с увеличением Пуд от 450 до 660 кг/(м3- ч) величина хв снижается примерно на 6% как в полом, так и в тарельчатом реакторе, но в последнем при всех условиях хв примерно на 3—3,5% выше, чем в полом аппарате.
