13734 Расчет узла синтеза карбамида

Количество циркуляционной воды из условия соотношения реагентов:

Образуется карбамата аммония:

На образование этого количества карбамата аммония расходуется NH3: остается непрореагировавшего NH3:2158,2−960=1198,2 кгобразуется карбамида из карбамата аммония:

остается карбамата аммония:

2200· 0,37=814 кг.

При образовании карбамида выделится Н2О: всего воды будет:

319,7+21,8=341,5 кг. Все расчеты сведены в табл. 1. Таблица 1Сводный материальный баланс отделения синтеза карбамида.

ПриходРасходкомпонентыкг/ткомпонентыкг/т%Технический.

Карбамид106 626,9NH32158,2Карбамат аммония81 420,5H2O21,8H2O341,58,6Экспанзерный газNH3 избыточный1198,230,2СО21 239,7Инерты38,31,0Инерты38,3Циркуляционная вода50 712,8Циркуляционная H2O507Всего39 653 965 100.

Отделение дистилляции I ступени:

В подогревателе при 22· 105 Па и 125 °C в газовую фазу выделяется 90% избыточного NH3, а именно:

1198,2· 0,9=1078,4 кгостается NH3 В плаве:

1198,2−1078,4=119,8 кги разлагается карбамата аммония:

814· 0,3=244,2 кг.

По реакции разложения карбамата аммония: NH2CO2NH4 -> 2NH3+CO2образуется NH3 и СО2: Тогда карбамата аммония остается:

814−244,2=569,8 кгпереходит NH3 В газовую фазу:

1078,4+106,1=1184,5 кг.

Объем газов:

Общий объем газов: V=1562+70,1=1632,1 м3Воды в газовой фазе из расчет а5% будет:

Остается Н2О в плаве:

341,8−69=272,8 кг.

Расчеты сведены в табл. 2. Таблица 2Сводный материальный баланс дистилляции I ступени.

ПриходРасход.

Компоненткг/тКомпоненткг/тКарбамид1066.

Жидкая фаза.

Карбамат аммония814карбамат1066Н2О341,5карбмамид569,8NH31198,2Н2О272,8Циркуляционная H2O507NH3119,8Инерты38,3Циркуляционная H2O507Всего3965.

Газообразная фазаNH31184,5СО2137,8Н2О69Инерты38,3Всего3965.

Отделение дистилляции II ступени.

В отделении происходит окончательное разложение карбамата аммония и выделение избыточного NH3. При разложении карбамата аммония выделяется:

Разложение карбамида происходит по реакции: CO (NH2)2 + H2O = NH2CO2NH4на 5%, или в количестве 50 кг. при этом затрачивается Н2О: и образуется карбамата аммония:

При разложении карбамата аммония образуется:

Общее количество газов будет: NH3−248+29+119,8=396,8 кг.

СО2−321+36,6=357,6 кг.

Объем газов в условиях дистилляции составит:

Степень насыщения этих газов парами воды примем 75%, тогда: VH2O=(VNH3+VCO2)0,75=(367+128).

0,75=372 м3При нормальных условиях это составит:

или.

Карбамид выходит из колонны:

1065−50=1015 кг, и воды с ним272,8+507−15−425=339,8 кг.

Расчет сведены в табл. 3. Таблица 3Сводный материальный баланс дистилляции II ступени.

ПриходРасход.

Компоненткг/тКомпоненткг/тКарбамид1065.

Жидкая фаза.

Карбамат аммония569,8карбмамид1015Н2О272,8Н2О339,8NH3119,8Газообразная фаза.

Циркуляционная H2O507NH3396,8Всего2534,4СО2357,6Н2О425Всего2534,2Отделение образования карбонатов аммония.

Газообразная фаза из отделения дистилляции IIступени поступает в абсорбер, где происходит образование карбонатов аммония (КА) по реакциям: NH3+CO2+H2O = NH4HCO32NH3+CO2+H2O = (NH4)2CO3Если принять, что в основном протекает вторая реакция и что весь поступающий СО2 превращается в КА, то на образование (NH4)2CO3 расходуется:

Образуется (NH4)2CO3Остается Н2О и NH3соответственно:

357,6−146=279 кг396,8−276=120,8 кг.

В нижней части абсорбера образуется дополнительное количество КА из СО2, поступающей из дистилляции I ступени в количестве 137,8 кг. Количество КА будет:

На него расходуется:

Остается в газе: NH3−120,8+1184,5−106=1199,3 кг.

Н2О-279+69−56,2=291,8 кг.

Расчет сведены в табл. 4. Материальный баланс абсорбции.

ПриходРасходкомпонентыкг/ткомпонентыкг/тГазовая фаза из дистилляции IIступени (NH4)2CO3780+300=1080NH3369,8H2O291,8CO2357,6NH31199,3H2O425Инерты33,8Газовая фаза из дистилляции Iступени1179,4Всего2609,4NH31184,5CO2137,8H2O69Инерты38,3Всего2609,4С карбонатами в колонну синтеза поступает:

Н2О 146+52,2=202,2 кгNH3 276+106=382 кгCО2 357,6+137,8=495,4 кг.

Всего поступает NH3:1198,2+382=1580,2 кг.

В колонну синтеза следует подать:

свежего NH3 2180−1580,2=599,8 кг.

СО2 1278−495,4=782,6 кг.

Полный материальный баланс приведен в табл. 5. Таблица 5Материальный баланс отделения синтеза карбамида.

ПриходРасходкомпонентыкг/ткомпонентыкг/тNH3Карбамид1066свежий576,9Карбамат аммония814с КА382Н2О320избыточный1199,3NH3 избыточный1198,2СО2Циркуляционная вода500свежий 744,3Всего3898с КА495,4Н2Ос газами291,8с КА202,2с NH35,8Всего38 982.

2. Расчет теплового баланса процесса.

Тепло образования карбамата аммония в зависимости от избытка NH3 против стехиометрического при 155−210°С по Болотову:

Избыток NH3,%5 010 020 0300Q, кДж/кмоль1 424 616 340 184 352 172 277 760.

Расчет при подаче в колонну только NH3 и СО2: Приход тепла:

с экспанзерным газомQ1=1278· 1,026·35=45 880 кДжс жидким NH3 при 105°СQ2=2158,2· 553,5=1 192 893 кДж, где 553,5 — энтальпия жидкого азота при 105 °C;с Н2О, поступающей с аммиакомQ3=21,8· 4,19·105=9595 кДжс парами воды при 105°СQ4=21,8· 1,84·105=4219 кДж, где 1,84 — теплоемкость паров воды при данных условиях, кДж/моль.Теплота реакции образования карбамата аммония:

Вода находящаяся в плаве, реагирует с аммиаком, образуя NH4ОН. Из 341,8 кг Н2О образуется NH4ОН: Тепло образованияNH4ОННа образование 664 кг NH4ОН необходимо аммиака:

Остается свободного аммиака:

1198,2−323=875,2 кг.

Суммарный приход тепла: Qпр=45 880+1192893+9595+4219+2 308 690+205938=3 767 191 кДжРасход тепла:

на подогрев жидкого аммиака: Q2=2158,2· (940,7−553,5)=827 105 кДжна подогрев СО2: Q3=1278· 1,026·(132,9−35)=12 821 кДжна подогрев образующегося карбамата аммония: Q4=2200· 1,952·(190−132,9)=245 115 кДжна подогрев NH4ОН: Q5=664· 4,19·(190−132,9)=158 801 кДжна подогрев избыточного газообразного аммиака: Q6=875,2· 2,47·(190−132,9)=119 415 кДжтепло, уходящее с плавом карбамида: Q7=3965· 2,31t=9176tПотери тепла в окружающее пространство примем 5% от прихода тепла, т. е.Q8=3 767 191· 0,05=188 131 кДжСуммарный расход тепла: Qрасх=336 876+827105+128 214+245115+158 801+119415+9176t+188 131=2003657+917t кДжИз равенства Qпр=Qрасх находим tt=190,6°С 2.

3. Расчетное обоснование выбора реактора.

Производительность колонны синтеза диаметром 1,7 м и высотой 26,5 равна 375 т в сутки, или 15,625 т/ч, или 130 тыс. т в год.

из материального баланса следует, что в колонну поступает: NH3−2158,2· 15,625=33 722 кг/чСО2−1239,7· 15,625=19 370 кг/чВсего — 53 092 кг/чИз колонны выходит плава3920,3· 15,625=61 255 кг/чОбъемная скорость этого плава при плотности 0,9 т/м3Если плав находится в колонне 45 мин, его объем в колонне составит.

При высоте колонны 26,5 м 12−15% высоты приходится на газовый объем на плавом, что составит:

26,5· 0,15=3,975 м, на долю плава остается высоты26,5−3,975=22,525 м. Сечение колонны из расчета плава будет равнодиаметр колонны.

При этих условиях удельная производительность колонны будет:

Заключение

.

В курсовой работе выбрана схема получения карбамида с полным жидкостным рециклом. В проекте рассматривается именно эта схема, так как имеет ряд преимуществ: использование тепла образования карбамата, более низкие расходные коэффициенты, меньшее количество выбрасываемого в атмосферу диоксида углерода не связанного в карбамид, возврат в процесс непрореагировавших NH3 и СО2 и отсутствие необходимости в их сжатие, что может вызвать засорение и коррозию трубопровода. Также в данной схеме большое внимание уделяется глубокой очистке газов, выбрасываемых в атмосферу, от диоксида углерода и особенно от аммиака, а также очистке воздуха, выходящего из грануляционной башни, от пыли и очистке сточных вод до санитарных норм перед их сбросом. Все это значительно снижает загрязнение окружающей среды. Поэтому в курсовой работе разработана схема получения карбамида с полным жидкостным рециклом.

Список литературы

1. Атрощенко В. И. Технология связанного азота. — К.: Вищашк. Головное изд-во, 2005. — 327 с.

2. Горловский Д. М., Альтшулер Л. Н., Кучерявый В. И. Технология карбамида. — Л.: Химия, 2011. — 320 с.

3. Атрощенко В. И. Методы расчетов по технологии связанного азота. — К.: Вища школа, 2008. — 312 с.

4. Жаворонков Н. М., Кисиль И. М. и др. Справочник азотчика. — М.: Химия, 2006. — 512 с.

5. Лощинский А. А., Толчинский А. Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. — Л.: Машиностроение, 2010. — 752 с.

6. Мельников Б. П. «Производство мочевины». — М.: Химия, 2010. — 168 с.

7. Мельников Е. Я. «Технология неорганических веществ и минеральныхудобрений». — М.: Химия, 2013. — 432 с.

8. Мухленов И. П. Расчеты химико-технологических процессов. — М.: Химия, 2012. — 304 с.

9. Павлов К. Ф., Романов П. Г., Носков А. А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. — М.: Химия, 2009. — 624 с.