Технология карбамида - Горловский Д.М.
Скачать (прямая ссылка):
ных [84] зависимости —L—W при удельной нагрузке по CO2 полого (без массообменных перегородок) реактора синтеза qCo = = 400 кг/(м3ч), 4 = 190 0C1 />с = 18,63 МПа. Номограммой можно пользоваться и при иных конструкциях реактора, и при любых других значениях tc, Рс, qco2, учитывая лишь, что соответствующие значения L также изменятся. Номограмма относится к наиболее характерному для большинства действующих цехов условию формирования рециркулируемого РУАС, когда примесь карбамида в растворе отсутствует, либо его содержанием можно пренебречь. Номограмма характеризует масштаб жидкостного рецикла и позволяет оценить нагрузку карбаматных насосов в зависимости от хв, Wk Ссо2-
В рециркулируемом РУАС без примеси карбамида, согласно политерме системы NH3—CO2—H2O, построенной Енеке [38], предельно допустимое значение ССо2 составляет 38,0—38,5%. Дальнейшее повышение C002 невозможно из-за неизбежности выпадения твердых кристаллов и нарушения гомогенности раствора. Судя по номограмме зависимости #руас—х0, это означает, что применительно к обычной схеме с жидкостным рециклом, к KO-140
торой относится номограмма, минимальное значение W » 0,45 и не может быть снижено без усовершенствования технологии. С учетом результатов промышленных экспериментов по снижению рецикла воды перспективными усовершенствованиями следует считать технологические приемы переработки РУАС из зоны абсорбции газов дистилляции II и III ступени в узле дистилляции I либо II ступени, а также введение карбамида в состав рециркулируемого РУАС.
Проведенные промышленные эксперименты по снижению рецикла воды открывают перспективу повышения эффективности основного оборудования узлов синтеза и дистилляции, а также предпосылки для снижения энергетических затрат.
Снижение энергетических затрат при уменьшении рецикла воды
При синтезе карбамида с полным жидкостным рециклом пар в основном потребляется в узлах дистилляции и выпарки. Ниже излагается оценка возможностей снижения расхода пара в названных узлах по данным [83].
Пар на стадиях дистилляции и выпарки расходуют для выделения воды из плава синтеза карбамида, а также неконвертирован-ных NH3 и CO2, которые в составе рециркулируемого РУАС возвращают в колонну синтеза.
Обозначим со — удельное количество выпариваемой воды, моль/моль карбамида, е, ? — соответственно коэффициенты рецикла CO2 и NH3, т. е. удельные количества неконвертированного CO2 (или карбамата аммония) и избыточного (сверх стехиометрического) NH3, моль/моль карбамида. По определению
є= 1 ~ Хв (III.33)
L-2
хв+ W
Xq
(II 1.34) (III.35)
В соответствии с тепловым балансом и с учетом соотношений (111.33)-(111.35) удельные затраты тепла (в МДж на 1т карбамида) на выделение неконвертированных NH3 и CO2—Q№Cr и на упаривание воды — QBbin можно вычислить по следующим уравнениям:
0дист = ^Ик.а + Кын3) (IIL36>
CW= -!gjp 0)QHlO (І П.37)
141
где 1,05 — коэффициент, учитывающий потери карбамида (5%) в производственном цикле; QK. а, Qnh:, и Qh2O — соответственно теплоты испарения карбамата аммония и аммиака в системе NH3-CO2-CO(N Н2)2— H2O1 а также воды в системе CO(NH2)2— —H2O1, Дж/моль. Численные значения QK. а, Qnh3 и Qh2O имеются в работе [2].
Для вычисления Q
диет
и Qb
0,9 w, кг/яг
Рис. III. 10. Зависимость W—w при различных значениях хв:
1 — 0,55; 2 — 0,60; 3 — 0,65; 4 — 0,70; 5 — 0,75.
руемым РУАС
I? уас _ 1_^ x
~~ x,
(<7руас)-
= Ё
<?свеж
С учетом (111.38)
„ _ 9св?ж
''CO2 ~ у
Связь W—хъ-W
w = 0,409
необходимо располагать сведениями об хв. В гл. II уже были приведены номограммы для определения хв в зависимости от t, Р, L, Wh <7со„ [84]. Величины W и 9со2 зависят от хв, a W, кроме того, еще зависит от состава рециркулируемого РУАС.
Величину <7Со2 можно вычислить суммированием количества свежего CO2 — <7Свед. и CO2, поступающего в колонну синтеза с рециркули-Тогда по материальному балансу:
(III.38)
-w можно выразить уравнением:
1 — xn
(111.39)
(III.40)
График функции W = / (w, хв) представлен на рис. ШЛО. С использованием перечисленных зависимостей (и уравне-
ния III.20) вычислены значения (Х,ист и Q
ОиЩ
QiJbin ~Т~ Q^
(рис. III. 11) в интервалах L = З-г-5 и W = 01,5 при условиях работы колонн синтеза в действующих цехах: t = 190 °С, P = = 19 МПа, goo, = 400 кг/(м3ч). Из графиков следует, что за счет снижения W, например, от 1,0 до 0,5 удельные затраты тепла на стадиях дистилляции и выпарки уменьшаются на 20—25%. Анализ технических средств снижения W был приведен выше.
В заключение рассмотрим вопрос об определении количества воды <7н2о- которое требуется вывести из цикла, чтобы снизить W от W1 до W2 (при изменении хв на величину Ax = хг — X1).
1 Условно принято, что вся H2O из плава синтеза отгоняется на стадии выпарки.
Как уже отмечалось, количество воды в рециркулируемом РУАС складывается из поступлений с газами дистилляции I ступени, с РУАС II ступени, с орошением промывной колонны; кроме того, для защиты регулятора уровня в промывной колонне от коррозионного действия среды и предотвращения ее кристаллизации в импульсных линиях прибора в эти линии подают паровой конденсат. Этот источник поступления воды несложно исключить [851, что доказано практикой эксплуатации некоторых цехов. В первом приближении количество рециркулируемой воды можно считать пропорциональным количеству неконвертированного CO2. С учетом этого, а также исходя из материального баланса, получено следующее уравнение для определения ^н2о (в т на 1 т карбамида): _ „ .„ W1 — W2