Технология карбамида - Горловский Д.М.
Скачать (прямая ссылка):
Проведение процессов синтеза, дистилляции и конденсации неконвертированных NH3 и CO2 при одном и том же давлении и служит специфическим отличием стриппинг-схем. Длительный опыт использования стриппинг-процесса «Стамикарбон» выявил и некоторые недостатки, которые полностью преодолеть пока еще не удается: малая оперативная гибкость и коррозия оборудования [3].
Характерные особенности процесса
Способ дистилляции, характеризующийся значительным выделением NH3 и CO2 нз плава под давлением синтеза только за счет интенсивного нагревания плава, неприемлем, так как необходимая для этого высокая температура неизбежно вызовет недопустимые побочные явления: частичный гидролиз карбамида, образование биурета, коррозию. Однако, если плав синтеза нагревать при давлении синтеза в присутствии одного из исходных реагентов (NH3 или CO2), эффективная дистилляция плава может быть осуществлена при сравнительно низких температурах, что качественно иллюстрируется [2 ] следующим примером (для простоты рассуждений газы и жидкости рассматриваются как идеальные).
По закону Генрн о растворимости газа в жидкости Pa = НАсА и рв= Нвсв
где рА, рв — парциальные давления компонентов А и В в газовой фазе; сА, Cb — концентрации компонентов в жидкой фазе; НА, Hв — коэффициенты Генри.
При рА = 0,07 МПа, рв = 0,03 МПа, НА = Ю-4 X X 3,5 м3-МПа/моль и Нв = Ю-3• 3 м3-МПа/моль количество растворенных газов можно вычислить по формуле: 0,07 , 0,03 от , -
ca +ев = 10-4,3|5 + 10-а,3 =210 моль/м3
Если раствор такого состава под общим давлением 0,1 МПа проходит вниз через очень высокую десорбционную колонну противотоком с достаточно большим количеством чистого газа В, раствор в кубовой части колонны будет полностью свободен от
компонента А і^сА = -щ- = 10-4.з 5— = Oj. Тогда концентра-
D Ґ ' 0,1
ция компонента В будет соответственно равна св = ш_3 3 =
= 33 моль/м3. Таким образом, суммарная концентрация раствора по высоте колонны упадет с 210 до 33 моль/м3. Этот эффект будет еще выше, если Л и В в растворе реагируют между собой.
Пусть в растворе протекает реакция: IA -у В A2B
В растворе, содержащем 200 моль/м3 вещества Л и 10 моль/м3 вещества В, равновесная концентрация A2B будет Слгв = КрСлСв-При Kp = 5•1O-3 мв/моль2 величина Слгв = 2000 моль/м3. Общее количество растворенного вещества при достигнутом в системе газ—жидкость равновесии при рА = 0,07 МПа и рв — 0,03 МПа будет равно 200 + 10 + 2000 = 2210 моль/м3.
Если этот раствор пропускать противотоком к газу В через очень высокую десорбцйонную колонну, концентрации Л и В в основании колонны будут такими же, что и в предыдущем случае, т. е. C4 = 0 и св = 33 моль/м3. Концентрация A2B тогда будет Ca1B = 10~3-5-02-33 = 0 моль/м3. Это означает, что общая концентрация растворенных веществ в растворе падает от 2210 до 33 моль/м3. В последнем случае эффект дистилляции гораздо выше, чем в предыдущем, так как соединение A2B полностью распалось на исходные вещества Л и В, которые переходят в газовую фазу.
Аналогично протекает стриппинг-дистилляция плава синтеза карбамида с использованием в качестве стриппинг-агента CO2, растворимость которого в плаве гораздо ниже, чем NH3.
Основные аппараты в схеме стриппинг-процесса «Стамикар-бон»: реактор, стриппинг-аппарат (дистиллятор) и карбаматный конденсатор высокого давления. Непрореагировавшие NH3 и CO2 выделяют в дистилляторе при подаче плава противотоком с CO2. Газ из дистиллятора подают в карбаматный конденсатор, где он частично конденсируется. Образующаяся газожидкостная смесь поступает в реактор, который работает при 12,5—14 МПа. Плав синтеза из реактора самотеком стекает в дистиллятор и контур замыкается.
Процессы, протекающие в основных аппаратах
Карбаматный конденсатор высокого давления. Если не учитывать воду, процесс в конденсаторе определяется свойствами бинарной системы NH3—CO2. В связи с возможностью химического взаимодействия компонентов указанной системы в жидкой фазе рассматриваемая система имеет ярко выраженный азеотропный максимум на диаграмме температура—состав [4]. Например [4], при P = 12,3 МПа азеотропная смесь соответствует содержанию NH3-48% или L = 2,45 и T = 435 К.
Жидкость
I' Линия верхнего предела Жидкость
СО (NH2V H2OLi1
Изотермы жидкости
NH.
Линия верхнего предела
Рис. IV. 1. Равновесие жидкость—газ при постоянном давлении в псевдотройной системе NH3-CO2-CO(NHa)2-H2O с бинарной азеотропной смесью.
С учетом [этого в конденсаторе поддерживают соотношение |NH3 : CO2, !близкое к составу азеотропной смеси, и тем самым обеспечивают максимальное значение температуры конденсации, предопределяющей давление продуцируемого пара. Небольшое количество присутствующей воды повышает температуру конденсации газовой смеси (примерно на Г) и снижает температуру кристаллизации образующегося раствора (примерно на 5°) [3]. Количество воды почти не влияет на оптимальное значение L [4 ].
Реактор. Вне конденсатора процесс становится более сложным, благодаря присутствию в реакционной смеси воды и карбамида. Совокупность этих двух компонентов можно рассматривать как нелетучий растворитель карбамата аммония.
