Технология карбамида - Горловский Д.М.
Скачать (прямая ссылка):
При обработке результатов промышленного эксперимента [15] построены номограммы для определения степени накопления биурета в системе выпаривания растворов карбамида под вакуумом в две ступени, при остаточном давлении 40 и 3—7 кПа (рис. V.2), в зависимости от температуры и нагрузки для агрегата проектной производительностью по карбамиду 2,89 кг/с.
Очистка растворов. На ранних стадиях развития производства предлагались различные способы очистки раствора карбамида от загрязнений, вызванных коррозией аппаратуры, и от примесей сернистых соединений путем обработки кислородом воздуха, окислами марганца, перекисью водорода, карбонатом или фосфатом кальция [16], с последующей фильтрацией осадка. Развитие процессов очистки исходного сырья и создание материалов, устойчивых против коррозии (гл. II), ликвидировало проблему очистки раствора от этих примесей.
В настоящее время определенное значение имеет очистка раствора карбамида от примеси масла, попадающего в раствор из компрессоров и насосов. Было предложено [17] отделять масло центрифугированием растворов на центрифугах сепарирующего типа. Исследованиями кинетики седиментации частиц масла в растворе карбамида [18] было показано, что природа системы «рас-
Рис. V.I. Номограмма для определения скорости образования биурета при обезвоживании водного раствора карбамида [14].
Здесь q
H2O
скорость испарения воды.
г/мин на 100 г карбамида; P — давление, кПа; (7g — скорость образования биурета, г/мин на 100 г карбамида; t — температура, °С; А — вспомогательная ось.
Рис. V.2. Зависимость степени накопления биурета (в расчете на 100%-ный карбамид) на первой (а) и второй (б) ступени от температуры упаривания и нагрузки по раствору qp (кг/с) [15].
твор карбамида—масло» не позволяет для очистки применить метод отстоя; были получены данные, необходимые для расчета процесса очистки методом центрифугирования.
Исследовались также возможности очистки растворов карбамида от биурета селективной адсорбцией последнего на активных углях или ионообменных смолах [19]. Селективность процесса и емкость сорбентов достаточно высоки, однако их регенерация требует больших затрат, что делает возможным применение этих способов лишь для специальных целей, когда требуется карбамид с очень низким содержанием биурета (например, < 0,05%). Поэтому гораздо более распространены способы снижения содержания биурета, органически вписывающиеся в процессы выпаривания и кристаллизации растворов. Эти способы описаны ниже в соответствующих разделах.
Выпаривание растворов до высоких концентраций. Наиболее распространены способы обезвоживания растворов карбамида, основанные на их выпаривании. При проведении этих процессов, как уже упоминалось, стремятся к поддержанию минимальных температуры и времени пребывания раствора в выпарном аппарате. і Поэтому наибольший интерес вызывают способы выпаривания под вакуумом. Как следует из диаграммы фазовых равновесий в системе «карбамид—вода», минимальное остаточное давление, при котором можно проводить выпаривание до высоких концентраций, не опасаясь кристаллизации, составляет 30 кПа [1, 20]. Однако высокая склонность расплава и растворов карбамида к переохлаждению позволяет выпаривать растворы при гораздо более низких давлениях. Известен целый ряд способов [21 ], согласно которым раствор выпаривают в две ступени: сначала до концентрации 87—98% при остаточном давлении 25—40 кПа, а затем до концентрации 99,5—99,7% при остаточном давлении 5—13 кПа. Выпаривание проводят обычно в трубчатых выпарных аппаратах с восходящей пленкой, хотя на второй ступени для ин-
тенсификации процесса используют и роторно-пленочные испарители. Для получения кристаллического карбамида можно ограничиться первой ступенью описанного процесса, доводя концентрацию раствора до 92—95% и испаряя оставшуюся влагу в процессе кристаллизации за счет'выделяющегося тепла. Полученный таким образом кристаллический продукт можно расплавить и гранулировать.
Наряду с описанными методами в технике процессы выпаривания проводили в токе различных газов, что позволило снизить влияние местных перегревов [22]. Предложено, в частности, продувать раствор карбамида нагретым воздухом в на-садочной колонне, осуществлять выпаривание в нисходящей пленке раствора, контактирующей с восходящим потоком воздуха (в одну или две ступени). По одному из способов раствор карбамида начальной концентрацией 97—98% окончательно обезвоживали в токе воздуха при 410—420 К и остаточном давлении 25—40 кПа. По другому способу раствор карбамида выпаривали при атмосферном давлении в аппарате, состоящем из двух секций: верхняя — трубчатая, нижняя — наса-дочная. Раствор поступает в верхнюю часть аппарата, где распределяется по трубкам в виде нисходящей пленки и упаривается при 400—430 К до концентрации 97,5—99% , а затем стекает в насадочную секцию, где упаривается до концентрации 99,5% в токе воздуха с температурой 395—450 К. Предлагалось также упаривать раствор в токе CH4, H2, Не или их смесей.
Было установлено, что реакция образования биурета из карбамида обратима и равновесие ее в присутствии достаточно больших количеств аммиака может быть сдвинуто в сторону исходного карбамида (гл. III). Это привело к развитию процессов, включающих выпаривание раствора карбамида в токе аммиака, либо аммиачную обработку при повышенном давлении раствора до или после упаривания, либо твердого карбамида [23].
