Проект отделения выпаривания карбамида цеха производства карбамида

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ УКРАИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра химической технологии неорганических веществ и экологии КУРСОВАЯ РАБОТА по теме:

Проект отделения выпаривания карбамида цеха производства карбамида

Днепропетровск 2007

1. Введение

2. Расчет коэффициента теплопередачи и поверхности теплопередачи выпарного аппарата

3. Блок-схема

4. Таблица идентификаторов

5. Решение на ЭВМ Литература

1. Введение

Карбамид (мочевина) СО (NH₂)₂ представляет собой амид карбаминовой кислоты.

NН₂

Структурная формула О=С

NН₂

Карбамид выпускается в виде гранул или кристаллов. В данном производстве карбамид выпускается в виде гранул. По внешнему виду гранулы карбамида белые или слабо окрашенные. Чистый карбамид СО (NH₂)₂ содержит 46,6% азота в амидной форме. Раствор карбамида в воде обладает слабощелочными свойствами. Физико-химические свойства карбамида:

Таблица 1.1.

С некоторыми солями карбамид образует комплексные соединения. При смешении в определенных соотношениях с аммиачной селитрой карбамид образует комплексные соединения, более растворимые, нежели каждая соль в отдельности.

Комплексные соединения карбамид образует с нормальными углеводородами и их производными. Реагируя с формальдегидом при нагревании в присутствии щелочи, карбамид образует различные высокомолекулярные продукты, которые применяются в промышленности для изготовления пластических масс. Продукт, полученный путем конденсации карбамида с формальдегидом в кислой среде представляет собой карбамидо-формальдегидное удобрение, содержащее до 40% азота, большая часть которого находится в труднорастворимой, но полностью усвояемой растениями форме.

В воде карбамид растворяется хорошо. При повышении температуры его растворимость увеличивается.

Карбамид легко растворяется в жидком аммиаке, образуя соединение СО (NH₂)₂NH₃ с массовой долей 71,9% карбамида и 22,1% вес аммиака и существующее только в растворах. С повышением температуры растворимость карбамида в аммиаке значительно возрастает.

Твердый карбамид, нагретый под вакуумом до 120−130 ^оС возгоняется без разложения. Нагревание сухого карбамида при атмосферном давлении выше температуры плавления 132,7 ^оС приводит к образованию биурета, а при 180−190 ^оС — циануровой кислоты: амелида и др.

Карбамид выпускается по ГОСТ 2081;92Е, который соответствует требованиям к карбамиду, изготовляемому для нужд сельского хозяйства и для поставки на экспорт:

Таблица 1.2.

Карбамид находит широкое применение как в сельском хозяйстве, так и в промышленности. В сельском хозяйстве он используется как азотное удобрение и кормовое средство.

Раствор карбамида концентрируют с помощью упаривания раствора карбамида в выпарных аппаратах. Раствор карбамида после стадии рецикла с концентрацией 69 — 75% подвергается процессу выпаривания.

Процесс выпаривания протекает в двухступенчатой выпарной установке. В первой ступени выпарки раствор карбамида упаривается до массовой доли карбамида не менее 95% при температуре 125 — 130 ^оС и абсолютном давлении 25 — 49 кПа. Во второй ступени выпарки раствор карбамида концентрируется от 95% до 99,8% при температуре 135 — 140 ^оС и абсолютном давлении не более 4,9 кПа.

Температура процесса упаривания поддерживается за счет подачи пара в межтрубное пространство испарителей. Полученный после выпаривания раствора карбамида плав направляется на грануляцию для получения товарного продукта.

В данном курсовой работе произведен расчет коэффициента теплопередачи и поверхности теплопередачи выпарного аппарата с использованием ЭВМ.

2. Расчет коэффициента теплопередачи

Коэффициент теплопередачи для корпуса выпарного аппарата определяют по уравнению аддитивности термических сопротивлений:

где ₁— коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке, Вт/(м²К); / - Суммарное термическое сопротивление, м²К/Вт; ₂— коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору, Вт/(м²К).

Примем, что суммарное термическое сопротивление равно термическому сопротивлению стенки _ст/_ст и накипи _н/_н (/_н=2Вт/мК). Термическое сопротивление загрязнений со стороны пара не учитываем.

Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке рассчитывается по формуле:

где r₁ — теплота конденсации греющего пара, Дж/кг; _ж, _ж, _ж -соответственно плотность (кг/м³), теплопроводность Вт/м*К, вязкость (Па*с) конденсата при средней температуре пленки t_пл=t_г. п.— t₁ — разность температур конденсации пара и стенки, град.

Расчет ₁ ведут методом последовательных приближений. В первом приближении примем t₁=2,0 град. Тогда получим:

Для установившегося процесса передачи тепла справедливо уравнение:

где q — удельная тепловая нагрузка, Вт/м²; t_ст — перепад температур на стенке, град; t₂ — разность между температурой стенки со стороны раствора и температурой кипения раствора, град.

Полезная разность температур в аппарате t_п рассчитывается по формуле:

Отсюда:

Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору для пузырькового кипения в вертикальных кипятильных трубках при условии естественной циркуляции раствора равен:

Подставив численные значения получим:

Физические свойства кипящего раствора карбамида и его паров приведены ниже:

Таблица 2.1

Проверим правильность первого приближения по равенству удельных тепловых нагрузок:

Как видим .

Для второго приближения примем t₁=2,48 град.

Пренебрегая изменением физических свойств конденсата при изменении температуры на 0,48 град, рассчитываем ₁:

Получим:

Как видим, .

Расхождение между тепловыми нагрузками не превышает 5%, поэтому расчет коэффициентов ₁ и ₂ на этом заканчиваем.

Находим теперь коэффициент теплопередачи:

Расчет поверхности теплопередачи Рассчитаем поверхность теплопередачи выпарного аппарата:

где Fплощадь теплообменника, м²; Qколичество передаваемой теплоты, Дж; k — коэффициент теплопередачи, Вт/(м²К); t_п — полезная разность температур, К.

3. Блок-схема

4. Таблица идентификаторов

5. Решение на ЭВМ

Program Raschet_koefficienta_teploperedachi i poverhnosti teploperedachi viparnogo apparata

Var A1, A2,K, F1, Z, Ri, Rg, Lg, Mg, H, dt1,E, L, R, Rp, S, q1,q2,Rv, R0, Ci, Mi, dtst, dt2, dtp, dtg, dtk, Q, F: real;

Begin

Writeln ('Ввести температуру греющего пара tg=');

Readln (tg);

Writeln ('Ввести температуру раствора в корпусе tk=');

Readln (tk);

Writeln ('Ввести разность температур конденсации пара и стенки dt1=');

Readln (dt1);

Writeln ('Рассчитаем полезную разность температур tp');

tp:=tg-tk;

Writeln ('tp=', tp:3:3);

Writeln ('Ввести теплоту конденсации греющего пара Ri=');

Readln (Ri);

Writeln ('Ввести плотность конденсата Rg=');

Readln (Rg);

Writeln ('Ввести теплопроводность конденсата Lg=');

Readln (Lg);

Writeln (Ввести вязкость конденсата Mg');

Readln (Mg);

Writeln ('Ввести высоту трубок H=');

Readln (H);

Writeln ('Ввести суммарное термическое сопротивление E=');

Readln (E);

Writeln ('Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке A1 равен');

A1:=2.04*(exp (0.25*ln ((Ri*(exp (2*ln (Rg)))*(exp (3*ln (Lg))))/(Mg*H*dt1))));

q1:=A1*dt1;

dtst:=A1*dt1*E;

dt2:=(tp-dtst-dt1);

Writeln ('A1=', A1:6:2,'q1=', q1:6:2,'dtst=', dtst:3:3,'dt2=', dt2:3:3);

Writeln ('Ввести теплопроводность раствора L=');

Readln (L);

Writeln ('Ввести плотность раствора R=');

Readln ®;

Writeln ('Ввести плотность пара Rp=');

Readln (Rp);

Writeln ('Ввести поверхностное натяжение S=');

Readln (S);

Writeln ('Ввести теплоту парообразования Rv=');

Readln (Rv);

Writeln ('Ввести R0=');

Readln (R0);

Writeln ('Ввести теплоемкость раствора Ci=');

Readln (Ci);

Writeln ('Ввести вязкость раствора Mi=');

Readln (Mi);

Writeln ('Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору A2 равен ');

F1:=760*(exp (0.6*ln (q1)))*(exp (1.3*ln (L)))*(exp (0.5*ln®))*(exp (0.06*ln (Rp)));

Z:=(exp (0.5*ln (S)))*(exp (0.6*ln (Rv)))*(exp (0.66*ln (R0)))*(exp (0.3*ln (Ci)))* (exp (0.3*ln (Mi)));

A2:=F1/Z;

Writeln ('A2=', A2:6:2);

Writeln ('Проверка равенства удельных тепловых нагрузок');

q2:=A2*dt2;

Writeln ('q1=', q1:6:2,'q2=', q2:6:2);

Writeln ('Расчитаем коэффициент теплопередачи K=');

K:=1/((1/A1)+E+(1/A2));

Writeln ('K=', K:6:2);

Writeln ('Введем тепловую нагрузку Q=);

Readln (Q);

Writeln ('Расчитаем поверхность теплообмена');

F:=Q/(K*tp);

Writeln ('F=', F:6:2);

End.

Результат

Turbo Pascal Version 7.0 Copyright © 1983,92 Borland International

Ввести температуру греющего пара tg=

Ввести температуру раствора в корпусе tk=

Ввести разность температур конденсации пара и стенки dt1=

2.48

Рассчитаем полезную разность температур tp

tp=11.00

Ввести теплоту конденсации греющего пара Ri=

Ввести плотность конденсата Rg=

Ввести теплопроводность конденсата Lg=

0.685

Ввести вязкость конденсата Mg

0.193

Ввести высоту трубок H=

Ввести Суммарное термическое сопротивление Е=

0.3 694

Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке A1 равен

A1=9163.59q1=22 725.71dtst=8.395dt2=0.125

Ввести теплопроводность раствора L=

0.421

Ввести плотность раствора R=

Ввести плотность пара Rp=

2.2

Ввести поверхностное натяжение S=

0.036

Ввести теплоту парообразования Rv=

Ввести R0=

0.579

Ввести теплоемкость раствора Ci=

Ввести вязкость раствора Mi=

0.258

Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору A2 равен

A2=192 581.91

Проверка равенства удельных тепловых нагрузок

q1=22 725.71q2=24 096.09

Рассчитаем коэффициент теплопередачиi K=

K=2067.31

Введем тепловую нагрузку Q1=

Рассчитаем поверхность теплообмена

F= 40.54

6. Литература

1. Павлов К. Ф., Романков П. Г., Носков А. А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов. Л.: Химия, 1976. 552с.

2. Основные процессы и аппараты под редакцией Дытнерского Ю. И. М.: Химия, 1991, 496с.

3. Постоянный технологический регламент № 71 по производству гранулированного карбамида цеха карбамид-2.

4. Кафаров В. В., Глебов М. Б., Математическое описание основных процессов химических производств. М: Высш. школа, 1991.400с.