Основы технологии производства продукции химического комплекса

Удобрения должны обладать и хорошими физическими свойствами, т. е. водорастворимые соли не должны быть сильно гигроскопичными и не должны слеживаться при хранении, быть сыпучими, не сдуваться ветром и не слишком быстро смываться дождевой водой. Таким требованиям в наибольшей степени отвечают гранулированные удобрения. Водонерастворимые удобрения усваиваются растениями медленно, поэтому их производят и применяют в порошкообразном виде.

Многообразие минеральных удобрений обусловливает и необходимость использования самых разнообразных сырьевых материалов. Так, для производства фосфорных удобрений применяют апатит и фосфориты, хлорид калия КСl получают из сильвинита КаСl*КСl,; азотные удобрения вырабатывают из синтетического аммиака, а также из аммиака, содержащегося в коксовом газе, и т.д.

Кроме природного сырья, для производства минеральных удобрений используют полупродукты и продукты химической и других отраслей промышленности. К таким видам сырья, прежде всего, относятся минеральные кислоты: серная, фосфорная, азотная, соляная, угольная, а также щелочи - главным образом аммиак, перерабатываемый в разные азотные удобрения.

Производство многих удобрений часто комбинируют с другими химическими производствами, а иногда и с производствами даже других отраслей промышленности. Например, цехи, перерабатывающие синтетический аммиак и азотную кислоту в азотные удобрения, объединяют с цехами синтеза аммиака и азотной кислоты в пределах единого азотнотукового предприятия. Цехи сульфата и фосфата аммония, для которых сырьем служит аммиак, содержащийся в коксовом газе, строятся при коксогазовых заводах. Во всех случаях необходимость комбинирования производства возникает из условий наиболее целесообразного и дешевого способа обеспечения их сырьем.

Азотные удобрения могут содержать азот в форме свободного аммиака и аминов (аммиакаты), ионов NH₄⁺ и NO₃^-, аминогруппы NH₂, а также в их сочетании. В соответствии с этим различают следующие виды азотных удобрений: аммиачные, аммонийные, нитратные, амидные и аммонийно-нитратные. сырьевой мочевина карбамид вода

Все азотные удобрения водорастворимы, азот из них хорошо усваивается растенимями, особенно из аниона NO₃^-, который отличается высокой подвижностью в почве. По агрегатному состоянию азотные удобрения делятся на твердые (соли и карбамид) и жидкие (аммиак, аммиачная вода и аммиакаты, представляющие собой растворы твердых удобрений).

1. Сырьевая база производства карбамида (мочевины)

Карбамид (мочевина) - диамид угольной, или амид карбаминовой кислот CO(NH₂)₂. Генетическая связь производных угольной кислоты может быть выражена следующей схемой:

Карбамид представляет собой твердое кристаллическое вещество с температурой плавления 132,7єС. Хорошо растворим в воде, этаноле и жидком аммиаке, что используется для получения аммиакатов. При нагревании выше 130 єС подвергается термической диссоциации с образованием биурета и выделением аммиака:

2CO(NH₂)₂ = H₂N - CO - NH - СО - H₂N + NH₃.

Водные растворы карбамида устойчивы до 80 єС, при более высокой температуре разлагаются через образование карбоната аммония на аммиак и оксид углерода (IV):

CO(NH₂)₂ + 2H₂O (NH₄)₂CO₃ (NH₄)₂HCO₃ +

CO₂ + H₂O + 2NH₃.

Это исключает возможность длительного нагревания растворов карбамида при атмосферном давлении, например, в процессе выпаривания.

Карбамид - безбалластное высококонцентрированное МУ. Он легко усваивается растениями. Содержание азота в нем в амидной форме составляет 46,6%. По сравнению с нитратом аммония карбамид более богат азотом, меньше слеживается, не взрывоопасен в смесях с органическими веществами и медленнее вымывается из почвы.

Неисчерпаемым сырьевым источником для производства азотных удобрений служит атмосфера - воздух, содержащий 78% (об) свободного азота. Атмосферный азот превращают в связанный азот, т.е. в азотные соединения, различными путями, и практически, это почти единственный источник азота для промышленного производства, так как природные минералы, содержащие азот, например, соли азотной кислоты, встречаются сравнительно редко.

Сырьем для промышленного производства карбамида являются жидкий аммиак и диоксид углерода.

Аммиак НН3. В обычных условиях он представляет собой бесцветный газ с резким удушающим запахом; жидкий аммиак - бесцветная жидкость.

Под давлением аммиак сравнительно легко сжижается. Так, при 10 атм аммиак начинает конденсироваться уже при 250 °С, при 18атм - конденсация начинается при температуре около 450 °С. Под атмосферным давлением аммиак сжижается при охлаждении его до -33.50 °С.

Аммиак очень хорошо растворяется в воде, образуя аммиачную воду различной концентрации. Эти растворы обладают щелочными свойствами.

Основные физико-химические свойства приведены ниже:

Критические константы

давление, атм ………………………………………111.5

температура, 0С……………………………………132.4

Плотность

газообразного (при 0 °С и 760 мм рт ст), г/л…….0.77

жидкого ( при -33 °С и 760 мм рт ст), г/см³……..0.6814

Температура, °С

замерзания………………………………………….-77.7

кипения…………………………………………….-33.35

самовоспламенения………………………………..650

Теплоемкость газа (приведенного к идеальному состоянию), кал/(г*град)

при 0 °С……………………………………………..0.491

при 25 °С……………………………………………..0.500

при 100 °С………………………………………….0.527

Средняя теплоемкость жидкого аммиака

(при 15 -30 °С), кал/г*град………………………..1.116

Теплота образования из простых веществ, ккал/моль

газообразного……………………………………..10.94

жидкого…………………………………………..15.84

Жидкий аммиак синтетический выпускается двух сортов и должен удовлетворять следующим требованиям:

содержание 1-й сорт 2-й сорт

Аммиак, %, не менее 99.9 99.6

Влага, %, не более 0.1 0.4

Масло, мг/л, не более 10.0 35.0

Железо, мг/л, не более 2.0 Не нормируется

Диоксид углерода СО₂

При обычных условиях диоксид углерода - бесцветный газ с кисловатым вкусом. Под давлением 35.5 ат и температуре 0 °С диоксид углерода конденсируется в бесцветную жидкость, не смешивающуюся с водой, но растворимую в спирте, маслах и эфире.

Жидкая двуокись углерода при сильном охлаждении превращается в белую снегообразную массу (так называемый сухой лед), которая при нагревании испаряется, не плавясь.

Газообразная двуокись углерода в обычных условиях сравнительно мало растворима в воде: 1 объем воды растворяет около 1 объема СО2. Двуокись углерода обладает кислотными свойствами, которые проявляются при взаимодействии ее со щелочами (при этом образуются соли).

В производстве карбамида применяется двуокись углерода, являющаяся отходом процесса очистки азото-водородной смеси, направляемой на синтез аммиака.

Некоторые физико-химические свойства диоксида углерода:

Критические константы

давление, атм……………………………………….72.9

температура, °С……………………………………31.0

Плотность

газообразной, г/л…………………………………1.997

жидкой, кг/л………………………………………0.9248

Температура, °С

кипения…………………………………………..-78.48(возг.)

плавления……………………………………….-56.2

Теплоемкость газа

молекулярная, кал/(моль* град)……………..8.874

удельная ( при 50 °С и 1 атм), кал/(г*град)….0.2

Качество диоксида углерода, используемого для синтеза карбамида, должно удовлетворять следующим требованиям:

Содержание СО₂, %, не менее……………………99

Инертные примеси (Н₂, Н₂, СО, СН₄), %, н/б… 1

в том числе водород, %, н/б……………… ..0.01

Соединения серы, мг/м³, н/б…………………. 13

Влажность, г/м ……………………………….. 12 -25

Такие жесткие требования по содержанию сернистых соединений в углекислом газе обусловлены тем, что присутствие этих примесей вызывает коррозию аппаратуры и ухудшение качества карбамида.

2. Характеристика способов производства мочевины

В результате взаимодействия аммиака и оксида углерода (IV) образуется сложная система, состоящая из целевого продукта карбамида, полупродукта карбамата аммония, воды, карбонатов аммония и избытка аммиака. Для выделения из нее твердого карбамида и утилизации не вступивших в реакцию остальных компонентов и карбамата полученный раствор подвергают дистилляции. В процессе дистилляции отгоняется избыток аммиака и воды и происходит разложение карбонатов аммония (аммонийных солей).

В зависимости от того, возвращаются эти продукты в процесс или после отделения карбамида используются в других производствах (например, для получения нитрата аммония), технологические схемы производства карбамида делятся на две группы:

- без возвращения продуктов дистилляции в цикл (разомкнутая схема, без рецикла);

- с возвращением продуктов дистилляции в цикл (замкнутая схема, с рециклом).

В первом случае весь выделившийся при дистилляции аммиак поглощают азотной кислотой для получения нитрата аммония, при этом производство карбамида комбинируется с производством нитрата аммония.

Во втором случае продукты дистилляции частично (частичный рецикл) или полностью (полный рецикл) возвращаются в цикл на синтез карбамида. Существуют для варианта полного рецикла: газовый рецикл, при котором продукты дистилляции возвращаются в газообразном виде, и жидкостный рецикл, при котором они возвращаются в виде раствора аммонийных солей.

На рисунке 1.1. представлена принципиальная схема производства карбамида с полным жидкостным рециклом.

Рисунок 1.1 - Принципиальная схема с полным рециклом

Наиболее экономична технологическая схема с полным жидкостным рециклом, так как в ней не требуется сжатия возвращаемых в цикл горячих газов (аммиака и диоксида углерода), что может вызвать засорение трубопроводов образующимся твердым карбамидом и их коррозию.

На рис. 1.2 приведена технологическая схема производства карбамида с полным жидкостным рециклом и двухступенчатой дистилляцией плава мощностью 90 тыс. тонн в год.

Рисунок 1.2 - Технологическая схема производства карбамида:

1 - смеситель аммиака, диоксида углерода и раствора аммонийных солей, 2 - промывная колонна; 3 - колонна синтеза; 4, 11 - редукторы; 1 - ректификационная колонна I ступени; 6 - сепаратор; 7, 13 - подогреватели; 8 - выпарные аппараты I и II ступеней; 9, 10, 11 - холодильники-конденсаторы; 12 - ректификационная колонна II ступени; 14 - сепаратор II ступени; сборник раствора карбамида; 17 - сборник плава; 18 - грануляционная башня; 19 - транспортер

Оксид углерода (IV), очищенный от примесей и сернистых соединений, сжатый до 20 МПа, и жидкий аммиак под давлением 11 МПа поступают в смеситель 1 при температуре 80 - 100єС. Сюда же подается раствор аммонийных солей из промывной колонны 2. В смесителе обеспечивается мольное отношение NH₃:CO₂:H₂O=4,1:1:0,1. Из смесителя смесь, разогревшаяся за сет частичного образования карбамата до 171єС, направляется в нижнюю часть колонны синтеза 3, где заканчивается образование карбамата аммония, и он превращается на 61% в карбамид. Для обеспечения оптимального теплового режима в колонну дополнительно вводят жидкий аммиак. Из верхней части колонны плав после дросселирования в редукторе 4 подается на двухступенчатую дистилляцию. Агрегат дистилляции каждой ступени состоит из трех аппаратов: ректификационной колонны, подогревателя и сепаратора. Сначала плав поступает в ректификационную колонну 1 первой ступени 1, где давление снижается до 2 МПа. В колонну 1 из сепаратора первой ступени 6 подается противотоком газ. В колонне первой ступени проходит выделение карбамида из реакционной смеси, разложение карбамата аммония и образование из аммиака диоксида углерода и воды водного раствора аммонийных солей. Плав из колонны 1, пройдя подогреватель 7, поступает при температуре 160 єС в сепаратор первой ступени 6, в котором разделяются жидкая и газообразная фазы. Газы возвращаются в колонну 1 и оттуда в нижнюю часть промывной колонны 2. Верхняя часть промывной колонны орошается жидким аммиаком и аммиачной водой, поступающей в виде конденсата из выпарного аппарата 8 через холодильник-конденсатор 9. В промывной колонне из газа вымывается диоксид углерода и образуется водный раствор аммонийных солей, а газообразный аммиак отводят из верхней части колонны и после сжижения в холодильнике-конденсаторе 10 возвращают в процесс. Водный раствор аммонийных солей перекачивается в смеситель 1 и оттуда в колонну синтеза 3. Раствор карбамида из сепаратора первой ступени 6 дросселируется до давления 0,3 МПа в редукторе II и подается в ректификационную колонну второй ступени 12, откуда поступает в подогреватель 13 и сепаратор 14. В колонне второй ступени происходят дальнейшее разложение карбамата до аммиака и диоксида углерода и образование водного раствора карбоната и бикарбоната аммония. Из нижней части сепаратора 14 выходит 70% раствор карбамида, а из верхней - парогазовая смесь, содержащая аммиак, диоксид углерода и пары воды, которая поступает в нижнюю часть ректификационной колонны 12. Газовая смесь из колонны 12 охлаждается в холодильнике-конденсаторе 11 и в виде раствора аммонийных солей подается в нижнюю часть промывной колонны 2. Раствор карбамида из сепаратора второй ступени 14 собирается в сборнике 16 и подается на упаривание последовательно в вакуум-аппараты первой и второй ступеней при температуре 140єС и давлении 0,003 МПа. Полученный плав карбамида концентрацией около 0,998 мас. дол. поступает через сборник плава 17 в грануляционную башню 18 и распыляется в ней. Образовавшиеся гранулы при температуре около 70єС транспортером 19 подают на операции классификации, охлаждения и упаковки. Выход карбамида в расчете на диоксид углерода составляет около 91%.

В последние годы в производстве карбамида был внедрен стриппинг-процесс, в котором разложение карбамата аммония в плаве ведут при давлении, близком к давлению синтеза, путем продувки плава сжатым диоксидом углерода. В этих условиях карбамат аммония диссоциирует за счет снижения парциального давления аммиака и сдвига равновесия реакции 1 влево. На принципе стриппинг-процесса в настоящее время работают установки большой единичной мощности 1000 - 1100 т/сут. Технологическая схема подобного процесса представлена на рисунке 1.3.

Рисунок 1.3 - Технологическая схема стриппинг-процесса

1 - конденсатор высокого давления; 2 - колонна синтеза; 3 - отдувочная колонна; 4 - инжектор; 1 - скруббер; 6 - редуктор; 7 - ректификационная колонна; 8 - редуктор; 9 - сборник раствора; 10 - холодильник- конденсатор; 11 - выпарной аппарат; 12 - гранулятор; 13 - транспортер.

Из конденсатора высокого давления 1 в нижнюю часть колонны синтеза 2 поступают водный раствор карбамата аммония, аммонийных солей, аммиак и диоксид углерода. Образовавшийся плав направляется в отдувочную колонну 3, обогреваемую паром, в которую противотоком поступает под давлением 11 МПа диоксид углерода. Из колонны 3 парогазовая смесь, содержащая свежий диоксид углерода, поступает в конденсатор высокого давления 1, куда через инжектор 4 вводится жидкий аммиак. Он одновременно служит рабочим телом в инжекторе, подающем в конденсатор раствор аммонийных солей из скруббера 1 и часть плава из колонны синтеза. В конденсаторе образуется карбамат, а тепловой эффект реакции используют для выработки пара. Непрореагировавшие в колонне синтеза газы и пары воды поступают в скруббер высокого давления 1, в котором конденсируются и через инжектор 4 направляются в конденсатор высокого давления 1. Водный раствор карбамида, выходящий из отдувочной колонны 3, содержит до 1% карбамата аммония. Для его разложения раствор дросселируют в редукторе 6 до давления 0,3 - 0,6 МПа и направляют в верхнюю часть ректификационной колонны 7. В ней жидкая фаза в виде 70% раствора карбамида стекает вниз и после снижения давления до 0,1 МПа в редукторе 8 собирается в сборнике раствора 9. Водяные пары, выходящие из ректификационной колонны 7, конденсируются в холодильнике-конденсаторе 10, растворяя содержащиеся в них аммиак и диоксид углерода, и полученный раствор аммонийных солей направляется в скруббер 2. Раствор карбамида из сборника 9 поступает в выпарной аппарат 11 и после упаривания в грануляционную башню 12, откуда в виде гранул направляется транспортером 13 на склад.

Стриппинг-процесс производства карбамида позволяет использовать тепловой эффект реакции образования карбамида, упростить технологическую схему, сократить количество оборотной воды и, в целом, является поэтому более экономичным, чем обычный.

Дальнейшее совершенствование производства карбамида заключается в создании интегральных схем, объединяющих производство карбамида, аммиака и нитрата аммония, повышении единичной мощности установок, внедрении технологических схем со стриппинг-процессом.

3. Физико-химические основы рассматриваемого процесса

В основе получения карбамида лежит взаимодействие аммиака с оксидом углерода (IV) с последующей дистилляцией продуктов синтеза и переработкой полученных растворов. При синтезе карбамида последовательно протекают две обратимых реакции:

образование карбамата аммония:

2NH₃ + CO₂ CO(NH₂)(ONH₄) - 121,6 кДж (1)

и дегидратации карбамата аммония до карбамида:

CO(NH₂)(ONH₄)CO(NH₂)₂ + H₂O-11,1 кДж (2)

Процесс синтеза описывается суммарным уравнением:

2NH₃ + CO₂ = CO(NH₂)₂ + H₂O - 110,1кДж.

Он протекает в гетерогенной системе, состоящей из газообразной фазы (аммиак, диоксид углерода, пары воды) и жидкой фазы, включающей расплавленные и растворенные компоненты (аммиак, карбамат аммония, карбонаты аммония, карбамид) и воду.

Скорости реакций 1 и 2 различны. Реакция 1 протекает значительно быстрее реакции 2, поэтому лимитирующей процесс синтеза стадией, от которой и зависит выход продукта, является стадия дегидратации карбамата аммония 2. Состояние равновесия и скорость ее определяются температурой, давлением, соотношением аммиака и диоксида углерода и содержанием воды в реакционной смеси.

Скорость реакции 2 возрастает с увеличением температуры и давления. Так как она протекает с поглощением тепла, то повышение температуры одновременно способствует смещению равновесия вправо и увеличивает степень конверсии карбамата аммония.

Повышение температуры быстро смещает равновесие реакции 1 влево, что приводит к уменьшению концентрации карбамата и, следовательно, к падению скорости реакции 2 конверсии карбамата в карбамид.

Максимальная степень превращения карбамата аммония в карбамид достигается при температуре около 220єС. При этой температуре продолжительность процесса составляет около 60 минут. При понижении температуры для достижения более высокой степени превращения карбамата в карбамид время процесса существенно увеличивается.

Скорость образования карбамата аммония возрастает пропорционально квадрату давления и при давлении 1 МПа протекает практически мгновенно.

Наибольшее влияние на выход карбамида оказывает избыток аммиака в исходной смеси сверх стехиометрического количества (NH₃ : CO₂ - 2 : 1). Избыток аммиака смещает равновесие реакции 1, а также вследствие своего дегидратирующего действия связывает реакционную воду, удаляя ее из сферы реакции, и смещает вправо равновесие реакции 2. Образование карбамата и его дегидратация до карбамида протекают в жидкой фазе, поэтому в реакторе должны быть созданы условия ее существования. Этому способствует увеличение степени заполнения реактора, что приводит к уменьшению объема газовой фазы, и нагрев реакционной смеси до температуры выше эвтектической точки системы «карбамат-карбамид», равной 98єС.

Влияние различных факторов на состояние равновесия системы «карбамат-карбамид» можно представить в виде следующей схемы:

Оптимальный режим процесса синтеза карбамида должен обеспечить: быстрое и полное протекание реакции 1, протекание реакции 2 не менее, чем на 71%.

Этим условиям отвечают следующие параметры процесса: температура 180 - 200єС, давление 20 МПа, избыток аммиака 100% сверх стехиометрического количества, то есть мольное отношение NH₃ : CO₂ - 4 : 1.

Минимальная температура синтеза 160 -170 °С. При более низких температурах степень и скорость превращения карбамата аммония в карбамид весьма малы. Так, при 155 °С и стехиометрическом соотношении аммиака и СО₂ для достижения степени их превращения 45% необходимо пребывание аммиака и СО₂ в реакционной зоне в течение часа. При 2000С и стехиометрическом соотношении степень их превращения на 55% достигается за 10 мин. Дальнейшему повышению температуры препятствует отсутствие материалов, достаточно устойчивых к коррозии при повышенных температурах. Но повышение температуры более 240 °С невозможно, т.к. в этих условиях увеличивается скорость реакции термического распада карбамида, сопровождающееся образованием биурета, циануровой кислоты и других веществ, загрязняющих продукт. Практически процесс синтеза ведут при температуре 185 -189 °С.

Давление, при котором проводят синтез карбамида, определяется исходя из следующих соображений. Карбамид образуется из карбамата аммония преимущественно в жидкой фазе, но карбамат аммония представляет собой весьма нестойкое вещество, при нагревании легко разлагающееся на аммиак и двуокись углерода. Под атмосферным давлением карбамат аммония полностью разлагается уже при 57-59 °С. Однако с повышением давления температура разложения карбамата аммония повышается; каждой величине давления соответствует определенная температура его разложения. Таким образом, для проведения синтеза карбамида при указанных выше температурах необходимо в реакционном аппарате поддерживать давление, препятствующее разложению карбамата аммония.

Практически при Т = 185 °С необходимо давление порядка 180 - 200 атм.

Большое значение для эффективности процесса синтеза карбамида имеет соотношение исходных реагентов. При стехиометрическом соотношении аммиака и двуокиси углерода равновесная степень их превращения (т.е. предельно достижимая при очень длительном времени пребывания реагентов в реакционной зоне) не превышает 45 -55%. Если же вести процесс при 80 -100%-ном избытке аммиака, то равновесная степень превращения может достигать 70 -75%. Причина этого заключается в том, что избыточный аммиак, растворяясь в плаве, частично связывает воду, выделяющуюся при дегидратации карбамата аммония, благодаря чему равновесие этой реакции сдвигается в сторону более полного превращения карбамата аммония в карбамид. Синтез карбамида при избытке аммиака имеет еще одно существенное достоинство. Т.к. процесс протекает со значительным выделением тепла, чтобы вести его непрерывно при стехиометрическом соотношении исходных реагентов, необходим постоянный отвод тепла из реакционной зоны, в противном случае температура реакции образования карбамата аммония может превысить температуру его разложения. Однако отвод тепла из аппарата высокого давления, заполненного агрессивной средой, является весьма трудной задачей и сильно усложняет ведение процесса. Применение же избытка аммиака позволяет избежать этого затруднения. При соответствующем выборе избытка аммиака и температуры можно вести процесс так, чтобы все выделяющееся тепло расходовалось на нагревание подаваемых в реактор веществ до температуры реакции. В этом случае отпадает необходимость в теплообменных устройствах, и процесс протекает автотермично.

Однако увеличение избытка аммиака целесообразно лишь до определенного предела. Чем больше избыточного аммиака введено на стадии синтеза, тем большее его количество должно быть выделено из реакционной массы на последующих стадиях процесса и возвращено в цикл. Как показали расчеты, наиболее экономичен в этом отношении избыток аммиака, равный 80 - 100%. Такому соотношению между исходным аммиаком и двуокисью углерода соответствуют минимальные энергетические затраты на единицу продукции.

Существенное влияние на протекание процесса синтеза карбамида оказывает примесь воды в исходных реагентах. В ее присутствии снижается степень превращения карбамата аммония в карбамид, т.к. равновесие реакции сдвигается влево (в обратную сторону). Поэтому наличие воды в исходных реагентах нежелательно. Тем не менее, во многих случаях в колонну синтеза карбамида вводят воду в составе раствора углеаммонийных солей.

Неблагоприятное влияние на процесс синтеза оказывают инерты, содержащиеся в сырье, т.к. они нерастворимы в плаве карбамида и находятся в реакторе в газообразном состоянии. Это приводит, во-первых, к уменьшению фактического времени пребывания жидкой фазы в колонне, во-вторых, к переходу части избыточного аммиака из жидкой в газовую фазу, в связи с чем степень превращения двуокиси углерода в карбамид снижается. Кроме того, с увеличением содержания инертных примесей в углекислом газе возрастает расход энергии на его сжатие и требуется повышение мощности компрессора.

В связи с невозможностью полного превращения СО₂ и аммиака в карбамид за один цикл производство карбамида осуществляют по циклическим схемам. Плав, выходящий из колонны синтеза, содержит, кроме карбамида и воды, карбамат аммония, не превратившийся в карбамид, и избыточный аммиак. Во избежание потерь сырья эти компоненты плава необходимо отделить от водного раствора и возвратить в цикл синтеза.

Все промышленные способы разделения плава основаны на способности карбамата аммония при нагревании разлагаться с образованием газообразных аммиака и двуокиси углерода. В таких же условиях, при которых происходит разложение карбамата аммония и выделение из плава газообразных продуктов разложения карбомата, отгоняется и избыточный аммиак. Таким образом, отделение карбамида, полученного при синтезе, от непрореагировавших аммиака и двуокиси углерода производят путем дистилляции плава при понижении его давления путем дросселирования и, выделяющийся в процессе дистилляции реакционной смеси газ, содержит аммиак, двуокись углерода и некоторое количество паров воды. Обычно дистилляцию проводят в две ступени: первую ступень - при избыточном давлении 15-18 ат, вторую ступень - при давлении, близком к атмосферному. Такие условия ведения процесса дистилляции установлены на основании следующего. При давлении 15-18 ат большую часть газов, отгоняемых в процессе дистилляции, составляет аммиак, который можно отмыть от двуокиси углерода, затем сконденсировать при охлаждении водой и при помощи плунжерного насоса возвратить в колонну синтеза. Благодаря тому, что температура конденсации аммиака при 15-18 ат достаточна высока (37-45 °С), по такой схеме дистилляции для возврата в цикл синтеза части избыточного аммиака не требуется сжатие его компрессором, связанное с расходом большого количества энергии.

В зависимости от давления, применяемого в системе дистилляции, температура составляет 115-160 °С и из плава отгоняется до 90% избыточного аммиака и разлагается 90% карбамата аммония. Во второй ступени при Т = 100-140 °С и давлении, близком к атмосферному, происходит полное разложение карбамата аммония Выделяющиеся газы могут быть сконденсированы с образованием углеаммонийных солей и возвращены в цикл.

Аммиак можно отмывать от двуокиси углерода высококонцентрированной аммиачной водой (80-90%). При отмывке образуется концентрированный водный раствор углеаммонийных солей, который возвращается в цикл.

В последнее время применяют так называемые «стриппинг-процессы», основой которых является дистилляция непревращенного в карбамид карбамата аммония при давлении синтеза из-за снижения парциального давления одного из продуктов разложения. Это достигается продувкой реакционного плава при подогреве оксидом углерода или аммиаком.

Раствор карбамида, полученный после дистилляции плава, далее подвергают выпариванию с последующей кристаллизацией и грануляцией продукта и его сушкой. При выпарке раствора карбамида происходят существенные его потери.

Они определяются гидролизом карбамида и превращением его в биурет. Часть карбамида попадает в соковый пар и не только за счет брызгоуноса, но и за счет наличия паров карбамида над его водными растворами. Потери карбамида уменьшаются с увеличением интенсивности нагрева. При остаточном давлении <500 мм рт ст потери при выпаривании в две стадии ниже, чем при выпаривании в одну стадию, при этом разница в абсолютных значениях потерь увеличивается с понижением вакуума. В последней ступени выпарки расплав карбамида почти полностью освобождается от воды, подогревается с целью предотвращения кристаллизации и подается на гранулирование.

Карбамид гранулируют в гранбашнях, в которые подают воздух для охлаждения образовавшихся при распылении расплава свободно падающих капель. Важно правильно выбрать высоту гранбашни.

Процесс образования гранул можно разделить на три этапа:

1) охлаждение жидких капель от начальной температуры плава до температуры затвердевания;

2) затвердевание жидких капель при постоянной температуре;

3) охлаждение твердых гранул от температуры затвердевания до температуры продукта на выходе из гранбашни.

Принцип расчета высоты башни состоит в установлении связи между временем полета частиц под влиянием силы тяжести и высотой полета.

В процессе гранулирования важно получить гранулят с определенным грансоставом, который определяется, прежде всего, свойствами расплава и конструкцией распыляющего устройства, температурой расплава (понижение температуры заметно уменьшает долю основной фракции -1.3 -1.5 мм).

4. Технологическая схема производства мочевины

Исходные данные для расчета материального баланса в производстве мочевины приведены в таблице 4.2

Таблица 4.2 - Исходные данные

1. Определим теоретическую массу вступившей в реакцию углекислоты:

m(Н₂CO₃) = 1000 · 62 / 60 = 1033,33 кг

2. Масса углекислоты с учетом 40% раствора:

m1 = 1033,33 / 0,4 = 2583,33кг

3. С учетом общих потерь и (ПП) необходимое количество исходной массы углекислоты составит:

m₂ = m₁ · 100% / (100% - (ПП)) = 2583,33· 100% / 90% = 2870,37кг

Общие потери углекислоты: 2870,370 - 2583,33 = 287,04кг

4. Определим теоретическую массу вступившего в реакцию аммиака:

m₃ (NH₃) = 1000 · 2 · 17 / 60 = 566,67кг

5. Масса аммиака с учетом 96% раствора:

m₄ = 566,67 / 0,96 = 590,278кг

6. С учетом общих потерь и (ПП) необходимое количество исходной массы аммиака составит:

m₅ = m₄ · 100% / (100% - (ПП)) = 590,278 · 100% / 90% = 655,864 кг

Общие потери аммиака: 655,864 - 590,278 = 65,586 кг

7. Определим теоретическую массу полученного карбамида:

m₆ = m₂ · 60 / 62 = 2870,37 · 60 / 62 = 2573,608 кг

Тогда потери мочевины составят: 2573,608 - 1000 = 1573,608 кг

8. Общие потери H₂CO₃ + NH₃:

287,04 + 65,586 = 352,626 кг

9. Определим количество образовавшейся воды:

m₇ = 2 · 18 · 1000 / 60 = 600 кг

10. Общее количество сырьевых материалов:

m _об. = m₂ + m₅ = 2870,37 + 655,864 = 3526,234 кг

Таблица 4.3 - Материальный баланс производства мочевины

Коэффициент расхода сырья (К_р) составит:

К_р = m _об. / 1000 = 3526,234 / 1000 = 3,526

4.4 Использование воды и энергии

Особое место среди природных ресурсов занимает вода. Она играет важную роль и в химической отрасли промышленности. Будучи универсальным растворителем и одним из наиболее распространенных катализаторов, вода дает возможность осуществлять многие химические реакции с большей скоростью (в растворах или в присутствии ее следов). Кроме того, вода используется как теплоноситель из-за ее большой теплоемкости, доступности и безопасности в применении. Ею охлаждают реагирующие массы, нагретые в результате экзотермических реакций. Водяным паром или горячей водой подогревают взаимодействующие вещества для ускорения реакций или проведения эндотермических процессов.

Современные химические комбинаты расходуют миллионы кубических метров воды в сутки. Поэтому химические предприятия строят рядом с водными источниками.

Задачу сокращения расхода воды предприятия по производству карбамида (мочевины) решают в трех основных направлениях:

- широкое применение оборотного водоснабжения (вода, используемая в теплообменных аппаратах, охлаждается и снова поступает в теплообменные аппараты, и так повторяется многократно);

- замена водяного охлаждения воздушным;

- очистка сточных вод и их повторное использование.

В заключение в табл. 4.4 приведены расходные коэффициенты в производстве нитрата аммония и карбамида.

Таблица 4.4 - Расходные коэффициенты в производстве азотных удобрений

Подобные документы

• Технология производства древесноволокнистых плит

  Древесноволокнистые плиты: разновидности и марки изделий, характеристика исходных сырьевых материалов, способы производства, технологические операции. Подбор основного и вспомогательного оборудования. Методы контроля производственного процесса, продукции.
  
  курсовая работа [332,4 K], добавлен 12.10.2014
  

• Проектирование технологической линии по производству гипсокартона

  Характеристика и номенклатура продукции. Состав сырьевой массы. Выбор и обоснование способа производства, технологическая схема. Программа выпуска продукции и сырья, контроль качества. Выбор и расчет количества основного технологического оборудования.
  
  курсовая работа [569,5 K], добавлен 07.12.2015
  

• Освоение производства новой продукции

  Характеристика процесса освоения производства. Организационно-плановая подготовка производства. Расчет продолжительности периода освоения производства нового изделия, максимально возможного годового выпуска продукции и трудоемкости единицы продукции.
  
  курсовая работа [54,0 K], добавлен 26.04.2011
  

• Завод по производству известково-шлакового вяжущего мощностью 700 тыс. т в Липецкой области

  Выбор и обоснование общей технологии производства продукции и видов основного оборудования. Выбор типов складов и расчет запасов сырья на складах. Предложения по автоматизации работы основного технологического оборудования. Контроль качества продукции.
  
  курсовая работа [121,9 K], добавлен 06.11.2022
  

• Совершенствование производства листового стекла флоат-способом

  Анализ существующих технологий производства изделия, номенклатура, характеристика, состав сырьевой смеси. Выбор и обоснование технологического способа производства. Контроль производства и качества выпускаемой продукции. Охрана труда на предприятии.
  
  курсовая работа [60,7 K], добавлен 30.04.2011
  

• Производство пеностекла

  Перспективы развития производства пеностекла. Описание существующих способов получения продукции, обзор тематической литературы. Применяемое сырье, его характеристика, обоснование химического состава и расчет шихты. Технологическая схема производства.
  
  курсовая работа [90,2 K], добавлен 17.12.2010
  

• Общий цикл производства на обогатительной фабрике ОАО "Святогор"

  Изучение основных технологий производства продукции обогатительного предприятия. Технологический процесс обогащения руд. Описание процесса мокрой магнитной сепарации. Методы контроля метрологического обеспечения технических процессов и качества продукции.
  
  отчет по практике [2,1 M], добавлен 27.10.2015
  

• Комплексный контроль производства и качества мясных консервов

  Роль биохимических и физико-химических процессов в формировании качества готовой продукции. Технологические схемы производства с указанием основного оборудования. Требования к качеству к готовой продукции. Схема взаимосвязей операций и видов брака.
  
  курсовая работа [59,4 K], добавлен 31.01.2009
  

• Технологии производства цемента

  Классификационные признаки и потребительские свойства цемента глиноземистого и высокоглиноземистого, области его применения. Основные стадии его производства. Технологическая схема поточного приготовления сырьевой смеси. Контроль качества продукции.
  
  реферат [312,2 K], добавлен 21.09.2015
  

• Проект расширения производства мороженого

  Ассортимент продукции, поставщики сырья и рынок сбыта продукции. Анализ современных технологий производства мороженого. Характеристики современных конструкций машин и аппаратов. Подготовка основного сырья. Продуктовый расчет. Подбор оборудования.
  
  дипломная работа [648,8 K], добавлен 27.10.2013
  

• Анализ производственной деятельности ООО "Васильевский стекольный завод"

  Характеристика сырья и готовой продукции Васильевского стекольного завода. Технологическая схема производства и ее описание. Расчет основного оборудования, процессов варки стекла, выдувания, отжига и обработки стеклоизделий. Контроль производства.
  
  отчет по практике [789,8 K], добавлен 11.03.2011
  

• Производство карбомида

  Выбор метода производства карбамида (мочевины). Основные физико-химические свойства сырья, вспомогательных материалов и готовой продукции. Материальный баланс выпарной установки и стадии кристаллизации. Тепловой баланс выпарки в аппарате пленочного типа.
  
  дипломная работа [391,5 K], добавлен 03.11.2013
  

• Оценка жизненного цикла картонной упаковки молока (упаковка TetraPak)

  Рассмотрение способов определения минимального воздействия картонной упаковки на окружающую среду в течение полного жизненного цикла. Общая характеристика упаковки TetraPak. Знакомство с видами деятельности ОАО "Савушкин продукт", анализ продукции.
  
  дипломная работа [580,9 K], добавлен 13.02.2014
  

• Производство азотной кислоты

  Обзор современных методов производства азотной кислоты. Описание технологической схемы установки, конструкция основного аппарата и вспомогательного оборудования. Характеристика исходного сырья и готовой продукции, побочные продукты и отходы производства.
  
  дипломная работа [652,9 K], добавлен 01.11.2013
  

• Проектирование узла ингибирования соляной кислоты на АО "Каустик"

  Обоснование места размещения производства продукции. Характеристика методов производства соляной кислоты. Описание технологической схемы получения синтетической соляной кислоты. Устройство и принцип работы основного и вспомогательного оборудования.
  
  дипломная работа [3,5 M], добавлен 03.12.2017
  

• Организация переработки сырья на мясокомбинате

  История развития мясокомбината, характеристика сырьевой базы. Методы обеспечения качества продукции. Охрана труда на предприятии. Характеристика основного производства мясожирового цеха. Технология обработки туш и оборудование цеха для переработки мяса.
  
  отчет по практике [174,1 K], добавлен 28.04.2015
  

• Характеристика коксохимического производства

  Современное состояние коксохимического производства ОАО «Алчевсккокс» описание и характеристика предприятия. Перспективная потребность в коксохимической продукции и возможность ее сбыта. Описание применяемого оборудования и программного обеспечения.
  
  отчет по практике [24,0 K], добавлен 12.01.2009
  

• Технология производства пастеризованного молока

  Анализ устройства и принципа действия технологической линии производства пастеризованного молока. Характеристика продукта и сырья. Особенности производства и потребления готовой продукции. Описание комплексов оборудования. Принцип действия линии.
  
  реферат [3,3 M], добавлен 20.11.2011
  

• Технологическая подготовка производства продукции

  Создание новых видов продукции. Методы сравнения технологических процессов. Содержание, организация и этапы подготовки производства. Характеристика основных фондов предприятия. Особенности технологической подготовки производства на примере примере ОАО "МЗ
  
  курсовая работа [53,1 K], добавлен 04.05.2015
  

• Технология производства рыбных пресервов на предприятии ООО "Гессар"

  Биологическая, технико-химическая и энергетическая ценность сырья для изготовления пресервов из рыбы. Технологическая схема производства продукции, правила ее маркирования. Выход готовой продукции. Техническая характеристика технологического оборудования.
  
  отчет по практике [134,1 K], добавлен 01.12.2014
  

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам