Технология карбамида - Горловский Д.М.
Скачать (прямая ссылка):
где К —константа равновесия реакции (III.25); Л/^Ні' Л'СОг— мольные доли компонентов в равновесной газовой смеси; Ynh3' ^CO2 — коэффициенты летучести чистых NH3 и CO2; P — равновесное давление в системе. Константа равновесия Kp может быть найдена из выражения:
Kp = ^Ynh3Vco/o (1]]-27)
где P0 — равновесное давление диссоциации твердого H2NCOONH4, МПа.
Зависимость P0 от T (К), согласно литературным данным, описывается уравнением [40]:
IgP0 = 7,1571 -2704/Г (111.28)
Используя значения [46] Ynh, " VcO211 подставляя формулу (IП.28) в уравнение (III.27), получим
IgKp = 20,7010 — 8131,95/Г (111.29)
В последнем уравнении Kp выражена в (МПа)3.
Из уравнения (III.29) следует, что теплота образования твердого H2NCOONH4 по реакции (III.25) равна 155,75 кДж/моль, а по данным прямых калориметрических измерений [40] — 157,84 кДж/моль, т. е. расчетные и экспериментальные значения хорошо согласуются друг с другом.
Допустим, что смесь паров содержала н. моль NH3 и яСо2 моль С02) а после достижения равновесного состояния образовалось nK. а моль H2NCOONH4. Тогда газовая фаза, согласно уравнению (111.25), содержит (в моль):
"NH3 = "NHs — 2"к. а "С02 = "С03 — "к. а L "i = '1NH3 + «СО, ~ 3"к. а « "NH3
Применительно к потоку, выводимому из верхней зоны промывной колонны, значения псо и пк а весьма малы по сравнению с величиной яМНз- Поэтому можно записать
^NH8 = ("NH3 - 2?. a)/"NH3 » 1
^CO2= ("СО." "к. a)/»°NH3 (IIL3°)
Kp * YNH3 VcO2^3 («СО, ~ "к. a)/«NH, 122
Обозначим предельное количество CO2 в смеси, при котором твердый H2NCOONH4 еще не выделяется (пк а= 0), через rtCCv Очевидно, что
"со, = V0nh./Vnh.Yco/3 (111-31)
По условию
Cr
'co2 = "со/44" !00/(17•"0nh3 + 44'"сРо2) : С учетом уравнения (III.31) имеем
^co2
100/17-и
nh3
ссо2 —
КР
Vnh.Vco,^
44 17
100
(111.32)
Вычисленные по уравнениям (II 1.29) и (III.32) значения К и С'СОг для давления 1,77 МПа приведены в табл. III.1.
На практике содержание CO2 в парах возвратного аммиака после промывной колонны иногда в сотни раз превышает величину ССОа, найденную расчетным путем.
Наиболее просты следующие два способа повышения эффективности отмывки CO2: увеличение высоты колонны и повышение расхода воды на орошение. Особенно доступен второй способ, но он приводит к снижению концентрации раствора УАС.
Учитывая данные табл. III. 1, можно полагать, что в газообразном потоке NH3, выводимом из промывной колонны при 45— 50 °С, примесь CO2 содержится в основном в виде мелкодисперсных кристаллов NH2COONH4. Поэтому упоминавшийся способ переработки газов дистилляции [40, 45] включает две стадии. Первую осуществляют в промывной колонне, состав и плотность орошения которой поддерживают такими, чтобы обеспечить оптимальную концентрацию РУАС. Пары NH3 с примесью CO2 (в основном в виде аэрозоля NH2COONH4) направляют из колонны в холодильник-абсорбер, где часть NH3 сжижается. При этом мелкие кристаллы служат центрами конденсации и интенсивно осаждаются из газовой фазы. После промывки чистой водой в тарельчатой части холодильника-абсорбера аммиак, практически полностью очищенный от примеси CO2, подают в узел конденсации, а концентрированная аммиачная вода самотеком поступает в промывную колонну. В абсорбере ожижается приблизительно такое количество аммиака, которое требуется для орошения промывной колонны. Величину этого потока можно регулировать автоматически [47].
Таблица III.1. Вычисленные значения К и С'с0^
t, °С
Кр. (МПа)'
% (масс.)
/. °С
Кр. (МПа)3
ссо2,
% (масс.)
45
50 55
13,51 33,40 80,64
0,00092 0,00224 0,00530
60 65
189,99 435,66
0,01223 0,02758
Одним из достоинств рассматриваемого способа [40, 45, 47] является то, что фракционную конденсацию возвратного аммиака (с использованием фракции, загрязненной примесью CO2, в промывной колонне) сравнительно просто можно осуществить в действующих цехах. На одном из предприятий был обследован узел промывной колонны после соответствующего изменения схемы включения первого по ходу газа конденсатора возвратного NH3 (без водной промывки потока рециркулируемого NH3 перед сжижением). Только в результате фракционной конденсации аммиака содержание CO2 в возвратном жидком NH3 снизилось в среднем в 2,5—3,0 раза. Дополнительная водная промывка гарантирует тонкую очистку NH3. К тому же сочетание фракционной конденсации с водной промывкой возвратного NH3 позволяет отводить тепло, выделяющееся при смешении NH3 и H2O (подаваемых затем на орошение промывной колонны), с помощью оборотной воды. В случае резкого нарушения технологического режима работы агрегата синтеза карбамида (в частности, промывной колонны) применение фракционной конденсации и водной промывки рециркулируемого NH3 позволяет предотвратить проскок нерегла-ментированного количества CO2 и необходимость.аварийной остановки агрегата.
На рис. III.7 представлена схема узла тонкой очистки рециркулируемого NH3, используемая в большинстве действующих цехов. Эта схема предусматривает [48] фракционную конденсацию
