Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Сущность стриппинг- процесса производства карбамида. Тепловой эффект реакций на стадиях образования карбамида. Методика расчета ТБ конденсатора карбамата аммония.

Исх. данные.

1) состав газа на выходе из конвектора - см.мат.баланс.

2) Т газа на выходе – 440 ^о С.

3) потери тепла принимаем 0,5 % от прихода.

Цель расчета: определение потоков прихода и расхода тепла, определение темп. ПГС на входе в конвертор.

Условия теплового баланса:

Qприх = Qрасх.

Ур-е теплового баланса:

Q₁ + Q₂ = Q₃ + Q₄,

где Q₁- физическое тепло ПГС на входе в конвертор, Q₂ – тепло экзотермической р-ции конверсии СО, Q₃ – физическое тепло ПГС на выходе из конвектора, Q₄ – потери.

Обоз-м tвх – темп-ра ПГС на входе, она определяется по методу итераций. Сначала задают некоторую tвх, вычисляют при этой темп-ре среднюю теплоемкость ПГС, рассчитывают все потоки тепла и используя условие теплого баланса определяют tвх. Если принятая tвх отличается от рассчитанной tвх больше, чем на 0,5 ^ОС следует повторить расчет снова, приняв др. tвх и т.д. до тех пор, пока не выполнится условие: | tвх принятая – tвх рассчитанная | £ 0,5 ^ОС.

Шаг I. Примем tвх = 380 ^ОС.

1) выразим Q₁:

Q₁ = Vct, V = 158,8 м³ (из мат.б-са). Рассчитываем средние теплоемкости ПГС при 380 ^ОС (653 К), с = 1,4421 кДж/м³К.

Отсюда Q₁ = 4421*158,8* tвх = 229,01 * tвх.

2) Рассчитываем Q₂, воспользуемся термохимическим уравнением реакции конверсии СО. Из ур-я следует, что если реагирует 22,4 л (0,0224 м³) СО, то выделяется 41 кДж тепла, но фактичеки реагирует 8,83 м³ СО,

тогда Q² = 8,83*41/0,0224 = 16162,1 кДж.

3) Выразим Qприх:

Qприх = 16162,1+229,01 * tвх.

4) рассчитаем Q₃:

Q₃ = Vct.

Рассчитаем среднюю теплоемкость:

c = 1,302*0,4143 + 1,341*0,1397 + 1,351*0,0243 + 1,995*0,1034 + 2,107*0,0019 + 0,928*0,0018 + 0,3147*1,588 = 1,471 кДж/м³К.

Отсюда Q₃ = 1,4711*158,8*440 = 102788,7 кДж.

5) Выразим Q₄:

Q₄ = 0,005*Qпр = 0,005*(16162,1+229,01* tвх) = 80,81+1,145* tвх кДж.

6) Запишем уравнение теплового баланса и рассчитаем

tвх. 16162,1+229,01* tвх=102788,7+80,81+1,147*tвх. Отсюда tвх = 380,52 ^ОС.

Проверяем условие: | 380 – 380,52 | > 0,5 ^ОС Условие не выполняется. Шаг II:…

30.Разделение воздуха методом ректификации. Диаграмма равновесия в системе N2- O2 при атмосферно. давлении.

Для синтеза аммиака азот получают низкотемпературной ректификацией жидкого воздуха при высоком давлении. Следовательно была разработана теория глубокого охлаждения (ß100С).

Основы глубокого охлаждения. Существуют 2 метода получения низких температур применительно к глубокому охлаждению.

1). Расширение газа без совершения внешней работы в специальном расширительном вентиле с использованием эффекта Дж. Томсона., т.е используется метод дросселирования (дроссельный эффект). При дросселировании резко понижать Р нельзя, а в детандоре можно.

Эффект дросселирования – при расширении сжатого воздуха до более низкого давления без совершения внешней работы и без обмена теплотой с окруающей средой температура газа понижается. Есть дифференциальный и интегральный дроссельный эффекты. Дифференциальный - отношение бесконечно малого изменения темп-ры к вызывающему его бесконечно малому уменьшению давления газа. Практически дифференциальным дросселирующим эффектом считают изменение темп-ры при падении давления на 0,1 Мпа, что дает уменьшение температуры 0,25 ^ОС. Интегральный - соответствует изменению темп-ры при больших изменениях давления. Дроссельный эффект Дж Томсона может быть положительным (если газ при дросселировании охлаждается) и отрицательным.

2). Расширение газа с совершением внешней работы в специальной машине - детандоре.

Детандирование - основано на явлении охлаждения г при его расширении с совершением внешней работы. Расширение идет без обмена теплотой и совершаемая при этом работа производится за счет изменения (уменьшения) внутренней энергии газа. При расширении достигается больший эффект охлаждения, чем при дросселировании. При расширении в области между сравнительно невысокими давлениями эффективно дросселирование, а если перепад давлений при расширении велик или оно идет при выских температурах лучше детандирование. Рис

с его исп-ем опред-ют число теор тарелок и с исп-ем кпд действит тарелок. Кроме того здесь нет азеотропов и м разделить смесь на кислород и азот.

Чем выше давл-е, тем меньше разница м/д составом пара и ж-ю, и она полностью исчез-ет при достиж-и крит тем-ры, отсюда д/раздел-я воз-ха на О2 и N2 нужно вести при пониж-ых тем-рах.

Производство карбамида. Сырьё. Требвания к качеству продукционного карбамида. Стадии образования карбамида ф.-х. основы процесса. Диаграмма состояния системы.Оптимальные условия в колонне синтеза. Расчет расходных коэффициентов. Методика расчета МБ конденсатора карбамата аммония.

1 Карбамид (моч.), амид карбаминовой к-ты CO(NH₂)₂. В основном исп-ся в с/х (конц. Nуд-е), в животноводстве, в фармацев. пром-ти, при оч-ке нефтепродуктов, из него получ карбидные смолы. Содержит 46,67% N₂ в амидной ф. Внеш вид-белый грады; моляр. м-са 60,056 г/моль; t крист при 0,1 Мпа 132,7, плот-ть при 25С 1330 кг/м³. Преимущ-во: сод-т > N, не взрывоопасен, медл-е вымывается из почвы, < гигроскопичен и не сил. слеживается. Þбестар перевозки гранул продукта, хор раствор-ся в воде. С ув.Т раствор-ть,% мас ув-ся. Гигр. т-ка в-ва - такая относит влажность воз-ха, при кот в-во нах-ся в равновесии с воз-хом, т. е. не увлаж-ся и не подсыхает. Измер-ся в %. Чем > гигро-но в-во, тем < гигр т-ка. Гигр т-ка выше чем у селитры, ум-ся при ув.Т. Произ-во карб. основ. на р Базарова: 2NH_3г + CO_{2г ®} СО(NH₂)₂ + H₂O_ж, -110,1 (1) Вып. марки: А – для пром-ти; Б - для растеневодства. Нормы: мас доля N в пересч на сух в-во,% не< А - 46,3-46,2; Б - 46,2; Мас доля биурета, % не> 0,6 -1,4;1,4; Мас доля NH₃, % не> для кристаллич кар 0,01;-; для приллированного 0,02 -0,03; Мас доля H₂O, % не> м-д высушив-я 0,3,0,5; м-д Фишера 0,6,0,5; Гранулометр состав, % мас доля гранулы размером: от 1 до 4 не < Б - 94; от 2 до 4 не < Б - 70;50; <1, не > Б - 3;5; остаток на сите - нет; Статич проч-ть, кгс/гран, не < Б 0,7; 0.5; Рассыпч-ь,% Б – 100;100.

11.2 С-з в жид фазе протек.в 2 ст. Внач. образ. карбамат аммония: 2NH_3г + CO_{2г ®} NH₂CO₂NH_4ж, -125,6(2).Затем дигидратация карбамата: NH₂CO₂NH_{4ж ®} СО(NH₂)₂ + H₂O_ж, 15,5 (3) Суммар-я р-я (1). Ув-е Т смещает равновесие (2) влево, что нежелател-о. Р-я обр-я NH₂CO₂NH_4ж при невыс Т и атмосф. Р-и протек-т медл, но с ув т-ры и особенно Р-я возр-ет. Считают, что ско-ть» пропорц-на квадрату Р, поэт при 150С и 100 атм почти мнгновенно. 2 ст пр-са - разлож-е карб ам идет с поглощ-ем Q, поэт ув-е Т смещ-т равн-е вправо (3), ув.степ. конверси. Доп. фактор - участие в пр-се NH₃ (избыток по отнош. к стех-и р-и (1), чт-ы связ-ть H2O, образ-щуюся по (3) в NH4OH). Р-я дегидратации карб ам-я идет с низ ск-тью, ув-е Т позвол. ув. ск-тьр-ции. Ув-е Р-я ведет к ув-ю степ. конверсии NH₂CO₂NH_4ж по р-и (3), т к повыш-ое Р препят-ет диссоциации NH₂CO₂NH_4ж по р-и (2).

Диагр-а 3 фаз с-мы NH₂CO₂NH_4т - СО(NH₂)_2ж - (NH₃ + CO₂)_г. На д-ме показана об-ть т-р и Р-я, при кот карб-д нах-ся в ж фазе. В этой области может идти р-я образования карбамида.

Выс Тстадии с-за, дист-и и упар-я р-ра, сниж-е конц-и NH3 вызввает обр-е биурета: 2H2N-CO-NH2_®H2N-CO-NH-CO-NH2. Биурет - белое крист в-во, Тплав 193С. Угнетает растения, его прмеси контрол. При нагрев-и р-ра к-да при > выс Тобр-ся меламин, при длит-ом нагрев-и идут иомер-и, гидролиза, дезаминир-я. Кооперир-е пр-ва к-да с про-вом NH3 - эк и природоохран обоснование. Утилиз-ся CO2, сохран-ся затраты на сырье, пр-во. На Азоте 2 агрегата производит-ть 450 тыс т NH3 кажд и 1 аппарат по пр-ву к-да 40000. Особен-ти пр-ва к-да: 1 протек-е обрт-х и медл р-ий;2 исп-е повыш-х Р и Тпри с-зе к-да, нет Кt;3 Низ ст-нь превр-я сырья в прод-т за 1 проход, поэт в сх - рецикл; 4 гранулир-е по м-ду приллирования; 5 Предпосылкт для низ с/с-ти прод-а и выс рентаб-ти пр-ва.6 Образ.коррозионноагресив ср.7 Исп. Г,Ж сырье и тв. оход. нет

Теор- кие расходные коэф-ты на 1т к-да и теор-кая кон-я р-ра, выхолдящего на стадии в составе дисти-ции: Моляр м-сы NH3 17; CO2 44; CO(NH2)2 60; H2O 18. Конц-я к-да в р-ре (60/60+18)*100%=76,92% мас. М-са NH3 2*17 кг NH3 - 60 кг к-да, а х кг NH3 – 1000кг Þх =

40 Стадии гетерог катализа, область протекания процесса.

1) диф-я исх в-в из ядра потока к пов-ти кат-ра. 2) адс-я исх в-в на пов-ти кт-ра. 3) диф-я исх в-в в порах зерна кт-ра.4) хим р-я. 5) перегрупп-вка атомов повепх-го соед-я с образов-ем продуктов р-ции. 6) диф-я прод-в р-ции с внутр пов-ти катализ-ра к его внеш пов-ти. 7) диф-я прод-в р-ции прод-в р-ции в ядро потока.

4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O, -907.

Платиновый катализатор хорошо адсорб-ет кислород, но плохо аммиак. Наиболее авжн-м условием ст контактир-я NH3 в NO явл актив-ть катализ-ра (Pt – Rh – J), завис от его состава, от характ-ки сеток и от условий их экспл-ции. Скорость окисления аммиака определяется скоростью адсорбции аммиака, а последняя скоростью диффузии аммиака. Установлено, что образование NO протекает только на поверхности катализатора.

Задача1: Время окисл-я аммиака на платиноидном катал-ре при 900 гр сост-ло 8,34*10^-5 с. Время окисл-я t и степень конверсии аммиака до NO a связаны след ур-м: lgt = -0,107a+7,02*10^-6 *a³. Рас-те вел-ну a. Реш-е: Величину a рассч-и методом подбора. lgt = -4,08Þ -4,08= -0,107a+7,02*10^-6 a³. После подбора пол-м a = 96%, т.е. -4,08= -4,08. Задача 2: В контак апп-те прот-т р-ция: 2NH3+2,5 O2= 2NО +3Н2О, DН= -453,5 кДж при эт прореаг-о 40 кг аммиака. Какой V воз-ха пост-л при эт в конт апп-т, если его избыток сос-л 30%, ск-ко тепла выд-ось. Реш-е: 1) Объем прореаг-го аммиака: 40*22,08/17 = 51,95 м3.2) Объем О2, подан. в конт. ап-т: 51,95*2,5*1,3/2 = 84,42 м3. 3) Объем воз-ха сост-т: 84,42*100/21 = 401,9 м3. 4) Кол-во выдел-гося тепла: на 2*0,02208 м3 NH3 ------ 453,5 кДж, а на 51,95м3 NH3 ---- х кДжÞ х = 533499,2 кДж.

Сущность стриппинг- процесса производства карбамида. Тепловой эффект реакций на стадиях образования карбамида. Методика расчета ТБ конденсатора карбамата аммония.

Осн технол-е особ-ти пр-ва карб-да: 1) протек-е обратим-х и медлен-х реак-й в р-ре 2) примен-е повыш-х тем-ры и давления при синтезе кар-да 3) кат-ры не исп-ся 4) низ-я степ превр-я сырья в прод-т за один проход => предусм-н рецикл в схеме 5) гранул-е прод-та по методу прилирования 6) благод-ря испол-ю СО2 – крупнотоннаж отхода создаются предпос-ки для низ-й себес-ти прод-та и высок-й рентаб произ-ва 7) испол газообр и жид сырьё=>твёр отходы не образуются (пр-во экол-ки чистое).

Сущн-ть стриппинг-процесса: основан на принципе разлож-я карбомата, непрореаг-го в карбамид за счет интенс-й продувки р-ра СО2. В апп-те отдувки – стриппере испол-ся давление тоже, что и в колон син-за. СО2 сжатый до 15 МПа компрессором 2 под-ют в стриппер 5, где происходит разлож-е: NH2CO2NH4®CO2+2NH3, H=125,6 (1); из стриппера газ фаз (NH3+CO2) поступ-т в конден-р высок давл-я 6, где проис-т образ-е карбомата аммония: CO2+2NH3® NH2CO2NH4(2). Для осущ-я реак-и м/д NH3 и СО2 в конден-р т/ж подают жид аммиак насосом 1 ч/з инжектор выс давления. Образ-йся р-р карбомата аммония из конден-ра под-ют в колон син-за 3, где 60% карбомата аммония превр-ся в карбамид: NH2CO2NH4«СО(NH2)2+H2O, Н=15 (3). Р-р из реак-ра 3, сост-щий из СО(NH2)2, NH2CO2NH4, NH3 и H2O, поступ-т в стриппер 5, где при 180гр и Р=15 МПа и благод-я интенс перемеш-ю барботирующего СО2 происх-т разлож-е карбомата по реак-и (1). После стриппера 5 р-р карбамида поступ в разлагатель низкого давления 7, предст-й собой ректиф-ю колонну. В ниж-й части кол-на имеет встроенный т/об-к 7а, обогрев-й паром. В разлаг-ле 7 при 140 гр и 0,25 МПа проис-т разлож-е оставшегося карбамата и отгон из р-ра NH3 и СО2. Тепло, необх-е для разлож-я карбомата аммония обеспеч-ся подачей пара во встроенный т/об-к 7а. Р-р выходящий из разлагателя 7, подают ч/з сепаратор 8 и емкость 9 насосом 10 на упарку. После выпарки плав подают на грануляцию, готовый прод-т поступ-т на склад. Газ фаза из разлагателя низ давл 7 поступ-т в конденс-р низ-го давления 11. Получ р-р из сборника 12а насосом 14 подают в скруббер высок давл-я 13, из него р-р пост-т ч/з инжектор 4 и конденсатор 6 в реактор 3. Газ фаза из скруб-ра 13 проход-т 3-х ступенч-ю кислую промывку в скруб-ре низк давл-я 16, где оконч-но очищ-ся от аммиака, затем очищ-е газы из скруб-ра 16 выбр-ся в атмосферу.

Тепл-й эф-т:1 стад: повыш-е тем-ры смещ-т равнов-е реак-и (2) влево, что нежелат-но. 2 стад (разлож-е карбомата аммония): протекает с поглащ-м тепла, отсюда увелич-е тем-ры смещ-т равнов-е реак-и (3) вправо.

Тепл бал-с

Цель расч-та: опред-е теплов-х потоков и колич-ва ХОВ. Исх дан: из мат бал изв-ны составы потоков 1,2 и 3; темпер-ра потока 1 187гр; темпер-ра потока 2 125гр; темпер-ра потока 3 167гр; Р=14 МПа в ап-те; tхов=150гр; параметры получ-го пара t=150гр, Р=0,48 МПа; Аммиак tкр=132,4гр, Ркр=111,5 атм; потери тепла 2% от прихода.

Qприх=Qрасх

Q1+ Q2+ Q3+ Q4 +Q5= Q6+ Q7+ Q8+ Q9+ Q10. Q1-фт потока1; Q2-фт потока 2; Q3-экзотермич тепло реак-и образ-я карбомата аммония; Q4- тепл, выд при конденсации воды из пара; Q5- экзотерм тепло реакц-и образ-я гидроксида аммония; Q6-тепло испар-я аммиака; Q7-фт потока 3 (г); Q8- фт потока 3 (ж); Q9- изб тепло на образ-е пара Q10-потери.

Приход: 1) Q1=c*m*t, где m – масса потока 1 из м.б.; с – средн теплоем-ть, кДЖ/кгК; t- темпер-ра потока 187гр. Поток состоит: NH3, CO2, N2, O2, H2O. Сред тепл-ть потока: с = Sсi*wi, где сi- теплоем-ть компонента при 187 гр, wi-его содерж в газе д.е. 2) Q2=c*m*t. Поток состоит: СО(NH2)2, NH2CO2NH4, NH3, NH4OH. Сред тепл-ть потока: с = Sсi*wi, где сi- теплоем-ть компонента при 125 гр, wi-его содерж в потоке д.е. 3) Q3 наход по реак-и (2): 78,07 кг карб ам-я ---- 125600 кДж, m(карб ам-я из мат бал)---- х кДж. 4) Q4=g(H’’-H’), где g- масса водян паров в потоке 1 (из мат бал), H’’- энтальпия насыщ пара при 125 гр, H’ – энтальпия воды при 125 гр. 5) Q5 наход по реак-и: NH3 + H2O«NH4OH, Н= - 10,99кДж. На 35,04 кг NH4OH-----10990 кДж, m(NH4OH из мат бал)---- х кДж. 6) Приход тепла: Qприх= Q1+ Q2+ Q3+ Q4 +Q5. Расход: 7) Q6. tр-р рабочая > tкр и Рр>Ркр. Q6=mNH3исп*DНисп, DНисп- теплота испар-я аммиака при 14 МПа примерно равна 70 кДж/кг (из энтальпийной диаграммы) 8) Q7=c*m*t. Поток состоит: NH3, CO2, N2, O2. Сред тепл-ть потока: с = Sсi*wi, где сi- теплоем-ть компонента при 167 гр, wi-его содерж в газе, д.е.9) Q8=c*m*t. Поток состоит: СО(NH2)2, NH2CO2NH4, NH4OH. Сред тепл-ть потока по методу аддитивности при t=167гр. 10) потери: Q10=0,02Qприх. 11) тепло, отводимое на образ-е пара: Q9=Qприх – (Q6+ Q7+ Q8+ Q10). 12) Зная Q9 найдем колич-во воды, необх-е для отвода избыт тепла. Q9=g(H’’-H’), где H’’- энтальпия насыщ пара при 150 гр, H’ – энтальпия воды при 150 гр. Из этого ур-я найдем g.