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 кгПри 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 карбамидаПриходРасходкомпонентыкг/ткомпонентыкг/т%ТехническийКарбамид106626,9NH32158,2Карбамат аммония81420,5H2O21,8H2O341,58,6Экспанзерный газNH3 избыточный1198,230,2СО21239,7Инерты38,31,0Инерты38,3Циркуляционная вода50712,8Циркуляционная H2O507Всего39653965100Отделение дистилляции I ступени:В подогревателе при 22·105 Па и 125°С в газовую фазу выделяется 90% избыточного NH3, а именно:1198,2·0,9=1078,4 кгостается NH3в плаве:1198,2-1078,4=119,8 кги разлагается карбамата аммония:814·0,3=244,2 кгПо реакции разложения карбамата аммония:NH2CO2NH4 -> 2NH3+CO2образуется NH3 и СО2:Тогда карбамата аммония остается:814-244,2=569,8 кгпереходит NH3в газовую фазу:1078,4+106,1=1184,5 кгОбъем 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 кгРасчеты сведены в табл. 2.Таблица 2Сводный материальный баланс дистилляции I ступениПриходРасходКомпоненткг/тКомпоненткг/тКарбамид1066Жидкая фазаКарбамат аммония814карбамат1066Н2О341,5карбмамид569,8NH31198,2Н2О272,8Циркуляционная H2O507NH3119,8Инерты38,3Циркуляционная H2O507Всего3965Газообразная фазаNH31184,5СО2137,8Н2О69Инерты38,3Всего3965Отделение дистилляции II ступениВ 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 кгСО2-321+36,6=357,6 кгОбъем 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:илиКарбамид выходит из колонны:1065-50=1015 кг,и воды с ним272,8+507-15-425=339,8 кгРасчет сведены в табл. 3.Таблица 3Сводный материальный баланс дистилляции II ступениПриходРасходКомпоненткг/тКомпоненткг/тКарбамид1065Жидкая фазаКарбамат аммония569,8карбмамид1015Н2О272,8Н2О339,8NH3119,8Газообразная фазаЦиркуляционная H2O507NH3396,8Всего2534,4СО2357,6Н2О425Всего2534,2Отделение образования карбонатов аммонияГазообразная 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 кгВ 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 кгН2О-279+69-56,2=291,8 кгРасчет сведены в табл. 4.Материальный баланс абсорбцииПриходРасходкомпонентыкг/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 кгВсего поступает NH3:1198,2+382=1580,2 кгВ колонну синтеза следует подать:свежего NH3 2180-1580,2=599,8 кгСО2 1278-495,4=782,6 кгПолный материальный баланс приведен в табл. 5.Таблица 5Материальный баланс отделения синтеза карбамидаПриходРасходкомпонентыкг/ткомпонентыкг/тNH3Карбамид1066свежий576,9Карбамат аммония814с КА382Н2О320избыточный1199,3NH3 избыточный1198,2СО2Циркуляционная вода500свежий 744,3Всего3898с КА495,4Н2Ос газами291,8с КА202,2с NH35,8Всего38982.2. Расчет теплового баланса процессаТепло образования карбамата аммония в зависимости от избытка NH3 против стехиометрического при 155-210°С по Болотову:Избыток NH3,%050100200300Q, кДж/кмоль1424616340184352078022626Расчет при подаче в колонну только NH3 и СО2:Приход тепла:с экспанзерным газомQ1=1278·1,026·35=45880 кДжс жидким NH3 при 105°СQ2=2158,2·553,5=1192893 кДж,где 553,5 – энтальпия жидкого азота при 105°С;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 кгСуммарный приход тепла:Qпр=45880+1192893+9595+4219+2308690+205938=3767191 кДжРасход тепла:на подогрев жидкого аммиака:Q2=2158,2·(940,7-553,5)=827105 кДжна подогрев СО2:Q3=1278·1,026·(132,9-35)=12821 кДжна подогрев образующегося карбамата аммония:Q4=2200·1,952·(190-132,9)=245115 кДжна подогрев NH4ОН:Q5=664·4,19·(190-132,9)=158801 кДжна подогрев избыточного газообразного аммиака:Q6=875,2·2,47·(190-132,9)=119415 кДжтепло, уходящее с плавом карбамида:Q7=3965·2,31t=9176tПотери тепла в окружающее пространство примем 5% от прихода тепла, т.е.Q8=3767191·0,05=188131 кДжСуммарный расход тепла:Qрасх=336876+827105+128214+245115+158801+119415+9176t+188131=2003657+917t кДжИз равенства Qпр=Qрасх находим tt=190,6°С 2.3. Расчетное обоснование выбора реактораПроизводительность 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=33722 кг/чСО2-1239,7·15,625=19370 кг/чВсего – 53092 кг/чИз колонны выходит плава3920,3·15,625=61255 кг/чОбъемная скорость этого плава при плотности 0,9 т/м3Если плав находится в колонне 45 мин, его объем в колонне составитПри 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 колонныПри этих условиях удельная производительность колонны будет:ЗаключениеВ 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 литературы1. 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.