Контрольная работа: Виробництво карбаміду

Склад експанзерного газу (% мас.):

СО₂ – 96; інертні гази (N₂ ) – 4.

Надлишок аміаку – 125% від стехіометричної кількості.

Ступінь перетворення карбамата амонію в карбамід – 70%.

Ступінь конверсії CO₂ -98%.

2. Виробництво карбаміду

Амід карбамінової кислоти NH₂ COOH – карбамід (сечовина) СО(NH₂ )₂ одержують з аміаку і диоксида вуглецю при Р=18-20МПа і Т=185-200⁰ С. У результаті взаємодії в колоні синтезу утворюється плав, що містить 34-35% карбаміду, 18-19% карбамата амонію NH₂ COONH₄ , 34-35% аміаку і 10-11% води. Газова фаза містить непрореаговані аміак і СО₂ , невеликі кількості водяної пари і продуктів реакції. Отриманий плав піддають дистиляції з метою розкладання карбамата з утворенням карбаміду, а також амонійних солей з відгоном аміаку, СО₂ і водяної пари.

У схемі з повним рідинним рециклом [1] частина надлишкового аміаку повертається в колону синтезу карбаміду в газоподібному виді, а останній аміак – з концентрованим вуглеаміачним водним розчином.

Для очищення аміаку від СО₂ і утворення вуглеаміачного розчину служить промивна колона, у яку надходять гази з ректифікаційних колон першої і другої ступіней дистиляції. Розчин повертається на синтез через змішувач, а газоподібний аміак прохолоджується водою в конденсаторі, скраплюється і надходить у збірник рідкого аміаку. Частина його відбирається на зрошення промивної колони для регулювання температури (90% аміаку входить у верхню, а 10% - у нижню частину промивної колони).

Гази ректифікаційної колони другої ступіні спочатку конденсуються і вводяться в промивну колону у виді розчину вуглеамонійних солей. Таким чином, система працює в замкнутому циклі, забезпечуючи підтримку в змішувачі колони синтезу постійного співвідношення NH₃ :CO₂ :H₂ O у реакційній суміші приблизно 4:1:0,5.

Рис.1. Схема виробництва карбаміду з повним рідинним рециклом (відділення синтезу і дистиляції): 1 – конденсатор аміаку; 2 – холодильник аміачної води; 3 – колона синтезу; 4 – змішувач; 5 – промивна колона; 6 – плунжерний насос; 7 – ректифікаційна колона першої ступіні; 8 – підігрівник першої ступіні; 9 – сепаратор першої ступіні; 10,19,22,28,29 – відцентрові насоси; 11 – ректифікаційна колона другої ступіні; 12 – збірник олії; 13 – підігрівник другої ступіні; 14,17 – збірники розчину карбаміду; 15 – сепаратор другої ступіні; 16 – вакуум-випарник; 18 – конденсатор першої ступіні; 20 – вакуум-насос; 21 – конденсатор другої ступіні; 23 – напірний бак; 24 – абсорбер; 25 – збірник розчину амонійних солей; 26 – десорбер; 27 – холодильник; 30 – теплообмінник; 31 – випарник; к – конденсат; п пара.

3.Матеріальний баланс стадії синтезу карбаміду

У 1000 кг подаваного технічного діоксиду вуглецю знаходиться СО₂ :

1000×0,96=960 кг,

інертних газів

1000×0,04=40 кг.

З урахуванням ступеня конверсії прореагує CO₂ :

кг,

не прореагує CO₂

960–940,8=19,2 кг

Стехіометрична кількість аміаку по реакції (1) складе

940,8×2×17/44=726,98 кг

(де 44 – молекулярна маса діоксиду вуглецю).

Подавана надлишкова кількість аміаку

726,98×2,25=1635,71 кг.

У колоні утвориться карбамата амонію

940,8×78/44=1667,78 кг.

З урахуванням ступеня перетворення карбамата амонію на утворення карбаміду по реакції (2) витрачається карбамата амонію

1667,78× 0,7=1167,45 кг,

розкладається карбамата амонію по зворотній реакції (1)