Производство карбомида

Вид работы:

Дипломная (ВКР)
Предмет:

Другое
Язык:

Русский
,
Формат файла:
MS Word

234,03 Кб
Опубликовано:

2013-11-03

Все дипломные работы по другим направлениям

Скачать дипломную работу Читать текст online Заказать дипломную
*Помощь в написании! Посмотреть все дипломные работы

Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.

Производство карбомида

Содержание

Введение

. Технологическая часть

1.1 Выбор метода производства. Существующие методы производства готового продукта и их краткая характеристика

1.2 Основные физико-химические свойства сырья, вспомогательных материалов, готовой продукции, Государственные стандарты

.2.1 Исходное сырье

.2.2 Вспомогательные материалы

.3 Теоретические основы процесса. Выбор оптимальных условий

.3.1 Синтез карбамида

.3.1 Теоретические основы получения готового продукта

.3.2 Выпаривание

.4 Описание технологической схемы установки. Нормы технологического режима

.4.1 Нормы технологического режима

.5 Автоматизация производства. Аналитический контроль

.5.1 Аналитический контроль

.5.2 Методы анализа

.6 Отходы производства

.7 Конструкции основного аппарата и вспомогательного оборудования

.8 Охрана труда и промышленная экология

.8.1 Охрана труда

.8.2 Производственная санитария

.8.3 Промышленная экология

. Расчетная часть

.1 Предварительный расчет

2.1.1 Определяем часовую производительность установки

2.1.2 Теоретические расходные коэффициенты

.1.3 Практические расходные коэффициенты

.1.4 Материальный баланс выпарной установки

2.1.5 Материальный баланс стадии кристаллизации

2.2 Тепловой баланс выпарки в аппарате пленочного типа

.3 Конструктивный расчет

.4 Экономический расчет

Заключение

Список используемых источников

карбамид мочевина выпарной кристаллизация

Введение

Карбамид или мочевина СО(NH₂)₂ является конечным продуктом белкового обмена в организме человека, млекопитающих, рыб, птиц, и некоторых пресмыкающихся. Она выделяется почками и частично потовыми железами позвоночных.

Карбамид был открыт в XVIII столетии известными химиками Бургаве, А. Мариграф и К. Шиле. Однако определить его состав им не удалось.

Первый синтез карбамида был осуществлен в 1828 году немецким химиком Ф. Вёлером. Он показал, что при выпаривании раствора циановокислого аммония (смеси сульфата аммония и цианита калия) последний превращается в карбамид. Открытие Ф. Вёлера положило начало современной органической химии. Основываясь на том, что карбамат аммония является продуктом прямого взаимодействия аммиака и диоксида углерода, а карбамат аммония по составу отличается от карбамида только одной молекулой воды, русский химик А. И. Базаров пришел к выводу, что можно отщепить эту молекулу воды и получить карбамид.

В настоящее время карбамид производят в промышленном масштабе из аммиака и диоксида углерода по методу А. И. Базарова. Синтез карбамида, впервые осуществленный им в 1870 г., протекает в две стадии: вначале образуется карбамат аммония, во второй стадии в результате отщепления воды образуется карбамид. Данные реакции обратимы; равновесные концентрации и скорости процессов определяются температурой, давлением, соотношением NH₃, С0₂ и количеством Н₂0 в смеси. Ускоряемые темпы наращивания производственных мощностей по карбамиду в наиболее развитых странах обусловлены необходимостью покрытия все возрастающих потребностей в промышленности и сельском хозяйстве. Быстрый рост промышленного производства создает предпосылки для его технического совершенствования, а следовательно для улучшения технико-экономических показателей, повышения качества и удешевления стоимости продукта, что в свою очередь обеспечивает благоприятные условия для расширения потребления карбамида.

Карбамид представляет собой концентрированное азотное удобрение, содержащее азот в амидной форме. По сравнению с другими твердыми удобрениями карбамид содержит 46,6 % азота, т.е. наибольшее количество азота, что в основном и определяет экономическую целесообразность его использования в середине ХХ века в качестве удобрения. Его можно применять также для внекорневой прикормки растений, т. к. он в отличие от аммиачной селитры не вызывает ожогов листьев.

Карбамид очень широко применяется также для технических целей. Для приготовления продуктов ее конденсации с формальдегидом. Карбамид нашел применение в фармацевтической промышленности для приготовления успокаивающих и снотворных. Его используют при изготовлении дезинфицирующих средств, в качестве смягчителя, в производстве косметических кремов. В нефтяной промышленности оказалось возможным эффективно использовать карбамид для разделения нефтепродуктов методом экстрактивной кристаллизации.

В настоящее время в промышленных масштабах карбамид производят по следующим схемам: схемы с рециклом непрореагировавших горячих газов NH₃ и С0₂; схемы с жидкостным рециклом NH₃ и С0₂ в виде масляной суcпензии карбамата аммония; схемы с газовым рециклом разделяемых NH₃и СО₂; схемы с жидкостным рециклом NH₃ и С0₂ в виде водных растворов аммонийных солей; схемы с полным жидкостным рециклом и с применением стриппинг-процесса.

В данном дипломном проекте выбрана схема получения карбамида с полным жидкостным рециклом и с применением стриппинг-процесса.

Всвязи с увеличением потребности в карбамиде как в промышленности так и сельском хозяйстве считается целесообразным строительство нового производства.

1. Технологическая часть

Физико-химические основы производства карбамида по всем известным схемам в основном принципиально сходны. Главное отличие современных схем друг от друга состоит по существу в методах использования газов дистилляции - аммиака и двуокиси углерода - непрореагировавших за один проход через колонну синтеза мочевины.

По методам использования непрореагировавших NH₃ и СО₂все современные схемы производства мочевины можно разделить на следующие группы:

1 Разомкнутые - это схемы однопроходные, т.е. без рециркуляции непревращенных в карбамид газов.

Полузамкнутые - схемы с частичным рециклом.

Замкнутые - схемы с полным рециклом.

Здесь в свою очередь можно выделить:

а) схемы с прямым рекомпримированием смеси непрореагировавших газов;

б) схемы с предварительным разделением возвращаемых в процесс NH₃ и СО₂;

в) схемы с жидкостным рециклом NH₃ и СО₂ в виде карбамата аммония в масле;

г) схемы с жидкостным рециклом NH₃ и СО₂ в виде водных растворов аммонийных солей.

Основная особенность однопроходных, или разомкнутых схем состоит в том, что непревращенные в карбамид аммиак и двуокись углерода после их выделений из плава в процессе дистилляции не возвращаются на повторное использование для получения мочевины, а направляются в виде отхода производства на переработку в другие продукты.

Они просты по аппаратурному оформлению и требуют наименьших капитальных затрат по сравнению со всеми другими схемами.

Однако указанные преимущества однопроходных схем справедливы лишь применительно к установкам сравнительно небольшой мощности. Поэтому основным недостатком этого процесса является низкая степень использования сырья (30-35% NH₃, 45-50% СО₂), что вызывает необходимость кооперирования с производством по переработке аммиака в другие продукты. Двуокись углерода при этом не утилизируется, т.к. потребность в бикарбонате аммония, в которой она могла бы быть переработана, относительно невелика.

Основная особенность полузамкнутых схем состоит в том, что NH₃ и СО₂, не превращенные за один проход в карбамид, после их выделения из плава в процессе дистилляции выводятся из цикла производства не полностью, как в однопроходных схемах, а лишь частично. А другая часть возвращается в колонну синтеза и, следовательно, остается в цикле производства.

Процессы с частичным рециклом аммиака, основанные на возврате аммиака, были реализованы во многих странах и дали возможность разработать более совершенные схемы с полным рециклом аммиака и двуокиси углерода.

Сущность процесса с рециркуляцией горячих газов (замкнутые схемы) состоит в том, что NH₃ и СО₂, непревращенные в карбамид, направляются после их выделения из плава в колонне дистилляции непосредственно в газовый компрессор и возвращаются в производственный цикл. Способ проверялся на опытной установке, но вследствие высоких энергетических затрат промышленного распространения не получил.

Схемы с предварительным разделением возвращаемых в цикл NH₃ и СО₂, заключается в том, что их выделение из плава в процессе дистилляции подвергаются разделению именно путем избирательной абсорбции одного из компонентов, а только потом раздельно возвращаются в колонны синтеза. Но сложность процесса и громоздкость аппаратурного оформления схем являются недостатками. Указанные недостатки схемы с предварительным разделением возвращаемых в цикл NH₃ и СО₂ находят свое отражение в технико-экономических показателях, которые значительно уступают показателям более совершенных современных схем с жидкостным рециклом NH₃ и СО₂ в виде водных растворов аммонийных солей. В основу схемы с жидкостным рециклом NH₃ и СО₂ в виде карбамата аммония в масле положен метод, разработанный французской фирмой "Пешине". По этому методу газы дистилляции, содержащие NH₃ и СО₂, обрабатываются легким парафиновым маслом. Исходным сырьем для процесса служит жидкий аммиак и газообразная СО₂, компримируемые до давления 225 ат.

Достоинства этой схемы: высокая степень конечного превращения NH₃ и СО₂ в карбамид, возможность в присутствии масла регулировать температуру в колонне синтеза и сравнительная небольшая коррозия в аппаратуры. Но применение значительных количеств масла в процессе синтеза карбамида по схеме "Пешине" обусловливает высокие технико-экономические показатели этой схемы, что делает ее мало перспективной по сравнению с другими, более совершенными схемами.

Основной технологический принцип схемы с жидкостным рециклом NH₃ и СО₂ в виде водных растворов аммонийных солей состоит в том, что не превращенные в карбамид аммиак и двуокись углерода после их выделения из плава в процессе двухступенчатой дистилляции адсорбируются водой и возвращается в цикл в виде водно-аммиачных растворов аммиачных солей.

Впервые процесс производства карбамида с рециркуляцией водного раствора углеаммонийных солей по способу Миллера был осуществлен в 1932 г. концерном "Дюпон" (США). Этот способ имел ряд существенных недостатков - низкий съем продукции с единицы реакционного объема, интенсивная коррозия вследствие высоких температур и давлений, большие расходы на эксплуатацию. Однако за последнее время в процессе с рециклом водного раствора углеаммонийных солей было внесено много усовершенствований, что позволило почти полностью ликвидировать эти недостатки и, таким образом, обеспечить этому способу ведущую роль в области промышленного производства карбамида во всем мире. Процесс с рециркуляцией водных растворов аммонийных солей разработан также и другими фирмами как, "Монтекатини" (новая схема), "Тоё-коацу" и "Стамикарбон". Схемы основанные на этом способе, различаются между собой технологическими параметрами (давлением, температурой, соотношением СО₂, NH₃и H₂O в исходной смеси) и конструктивными особенностями аппаратуры.

В последнее время очень широко начал применяться процесс стриппинга, который заключается в том, что разложение карбамата аммония в плаве после колонны синтеза ведут при давлении, близком к давлению на стадии синтеза, продувкой плава сжатым диоксидом углерода или сжатым газообразным аммиаком. В этих условиях карбамат аммония диссоциирует, т.к. при продувке плава диоксидом углерода резко снижается порциальное давление аммиака и нарушается равновесие процесса. Стриппинг - процесс позволяет: упростить технологическую схему, использовать тепло образования карбамата, снизить расходы энергии, сократить количество оборотной воды, поэтому является более экономичным.

В азотной промышленности стриппинг-процесс применяется в агрегатах большой единичной мощности-330 и 495 тыс. т/год карбамида.

В данном дипломном 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 дипломном проекте разработана схема получения карбамида с полным жидкостным рециклом с применением стриппинг-процесса (по схеме "Стамикарбон", стриппинг-газ СО₂).

1.2 Основные физико-химические свойства сырья, вспомогательных материалов, готовой продукции (характеристика и качество согласно Государственных стандартов и технических условий )

1.2.1 Исходное сырье

Исходным сырьем для промышленного синтеза карбамида служат жидкий аммиак и диоксид углерода.

В обычных условиях аммиак(NH₃) - бесцветный газ с резким удушливым запахом, молекулярный вес - 17, удельный вес 0,77 г/л, в 1,7 раз легче воздуха, хорошо растворим в воде. Температура кипения -33°С. Жидкий аммиак - бесцветная жидкость, сильно преломляющая свет, удельный вес - 0,63 г/см³, молекулярный вес - 17.

В соответствии с ГОСТ 6221-90 он должен удовлетворять следующим требованиям:

Массовая доля аммиака, % масс.………………………………… н/м 99,6

Массовая доля воды (остаток после испарения) %,.. …….0,2-0,4

Массовая концентрация масла, мг/дм³……………………….н/б 2

Массовая концентрация железа, мг/дм³……………………...1,0-1,6

Давление,Мпа (кгс/см²)………………………….239-298

Температура, К (°С) ……………………………(-34;+25)

Современные методы промышленного получения аммиака основаны на взаимодействии водорода и азота, протекающем при высоких давлениях и температурах в присутствии катализатора:

2H₂ + N₂ = 2NH₃ + Q(1)

Эта реакция является обратимой. Равновесная концентрация аммиака зависит от условий проведения процесса(температура, давление, соотношение Н₂:N₂). В ходе реакции, идущей с уменьшением обьема (из 3 обьемов Н₂ и 1 обьема N₂образуются 2 обьема NH₃),выделяется значительное количество тепла.

Диоксид углерода(С0₂) - бесцветный газ со слегка кисловатым запахом и вкусом, молекулярный вес - 44, удельный вес - 1,96 г/л, значительно тяжелее воздуха. С0₂ не горит и применяется для пожаротушения. При 0°С и абсолютном давлении 35,54 атм. он сгущается в бесцветную жидкость, не смешивается с водой, но растворяется в спирте, эфире и маслах. При сильном охлаждении двуокись углерода застывает в белую снегообразную массу. Диоксид углерода растворяется в воде, но определенного гидрата не образует, кислотные свойства проявляются в его способности непосредственно поглощаться растворами щелочей и образовывать в результате взаимодействия с ними соли.

В соответствии с ГОСТ 8050-85 он должен удовлетворять следующим требованиям:

Обьемная доля СО₂ ,% об……………………………………………..99,5

Обьемная доля инертов, % об……………………………………….. 0,5.

В азотной промышленности для многотонных установок по производству карбамида применяется диоксид углерода, получаемый в качестве отхода при очистке азотоводородной смеси, направляемый на синтез аммиака.

1.2.2 Вспомогательные материалы

Азот (N₂) по ГОСТ 9293-74 - бесцветный газ, без запаха и вкуса, молекулярный вес - 28, не горит и не поддерживает горение, применяется как средство пожаротушения и как вытесняющая инертная среда при продувке аппаратов и трубопроводов. Мало растворим в воде. Азот оказывает удушающее воздействие на человека.

Карбамидоформальдегидная смола (КФС) - прозрачная вязкая жидкость. Плотность при 20 °С - 1,3 г/см³, температура замерзания - 40 °С,pH при 20 °С равна 6,547. Массовая доля карбамида в КФС 22,5423 %, массовая доля формальдегида 56,5457 %.

В таблице 1 приведены требования, предъявляемые к вспомогательным материалам и полупродуктам.

Таблица 1 - Требования, предъявляемые к вспомогательным материалам и полупродуктам.

Наименование сырья, материалов, полупродуктов	Государственный или отраслевой стандарт, СТП, технические условия, регламент	Показатели по стандарту, обязательные для проверки	Регламентируемые показатели
Азот газообразный	ГОСТ 9293-74 изм, 3	1 .Давление Мпа (кгс/см )	0,5 - 0,7 (5-7)
Карбамидоформальдегидная смола	ТУ 113-03-469-80, изм. 4	1 .Массовая доля карбамида 2.Массовая доля формальдегида,%	20 - 24 54 - 60
Оборотная вода	Хемопроект Прага ЧССР	1.Давление на входе в цех, Мпа, кгс/см ²2.Температура, К (°С)	0,35 - 0,5 (3,5 - 5) н/б 301 (н/б 28)
Пap в заводскую сеть	Хемопроект Прага ЧССР	1.Давление на выходе из цеха, Мпа, кгс/см² 2.Температура, К (°С)	0,25 - 0,4 (2,5 - 4) 413-423 (140-150)
Конденсат в заводскую сеть		1 .Массовая концентрация солей жидкости, Nам., мг/дм³ не более 2.Молярная концентрация солей жесткости, ммоль/дм³не более З.Рн 4.Массовая концентрация карбамида, мг/дм³ 5. Массовая концентрация солей, мг/дм³	2 0,05 6,5 - 8,5 отс. н/б 5

Карбамид (мочевина,диамид угольной кислоты, амидкарбаминовой кислоты) СО (NH₂)₂, - белое кристаллическое вещество, содержащее 46,6% азота температура плавления 132,7°С, плотность 1335 кг/м³. Карбамид выпускают в гранулированном или кристаллическом виде, хорошо растворим в воде и в жидком аммиаке. Так, растворимость его в воде при 20°С равна 51,83 масс. %, а при 95°С - 87 масс. %. Растворение карбамида в воде сопровождается поглощением тепла, а кристаллизация из раствора - выделением тепла.Карбамид кристаллизуется в виде длинных шелковисто-белых игл. Кристаллический карбамид обладает довольно высокой гигроскопичностью, повышением температуры растворимость ее увеличивается и при температуре плавления (132,6°С) становится практически неограниченной.

Значительно хуже растворяется карбамид в спиртах. В эфире и бензоле он растворяется плохо, а в хлороформе и большей части других органических растворителей он совсем не растворяется. Карбамид обладает свойством повышать растворимость ряда веществ, поэтому его используют в фармацевтической промышленности для приготовления инъекционных растворов. Добавление карбамида к некоторым гидратированным солям вызывает их ожижение.

Карбамид хорошо растворяется в жидком аммиаке при повышенных температурах растворимость его в жидком аммиаке несколько меньше, чем в воде, при температуре более 30°С растворимость его превышает растворимость в воде.

В растворах сильных кислот карбамид ведет себя как слабое основание, а в растворах сильных оснований он ведет себя как слабая кислота.Техническое наименование производимой продукции - карбамид (мочевина) по ГОСТ 2081 - 92, карбамид - побочный продукт производства по ТУ 113-03-0203762-19-88 , карбамид кристаллический по ТУ 2181-059-00203766-99.

По физико-химическим показателям карбамид (мочевина) должен соответствовать требованиям ГОСТ 2081-92, указанным в таблице 2.

Таблица 2 - Показатели ГОСТ 2081-92.

Наименование показателя		Нормы для марки
		А		В
		Высш. сорт		1й - сорт	2й - сорт
Массовая доля азота в пересчете на сухое вещество, %, не менее	46,3	46,2	46,2	46,2	46,2
Массовая доля биурета, %, не более	0,6	1,4	1,4	1,4	1,4
Массовая доля свободного аммиака, %, не более для карбамида: кристаллического гранулированного	0,01 0,02	0,01 0,03	- -	- -	- -
Массовая доля воды, %, не более: метод высушивания метод Фишера	0,3 0,6	0,3 0,6	0,3 0,5	0,3 0,5	0,3 0,6
Рассыпчатость, %,	-	-	100	100	100
Гранулометрический состав, %: массовая доля гранул, размером, мм: от 1 до 4, не менее от 2 до 4, не менее не менее 1, не более остаток на сите 6 мм, не более	- - - -	- - - -	94 70 3 отс.	94 50 7 отс.	94 - 5 отс.
Статическая прочность, гранул кгс/гранулу, не менее	-	-	0,7	0,5	0,3

С каждым годом спрос на карбамид в мировом сельском хозяйстве непрерывно возрастает. Это объясняется рядом достоинств, которыми он обладает. Одним из основных требований к карбамиду, выпускаемому в качестве азотного удобрения, является его дешевизна.

Стоимость единицы питательного вещества - азота в карбамиде должна быть близка к стоимости единицы азота в других видах удобрений.

Ценные свойства карбамида как удобрения были обнаружены давно. Однако почти до 50-х годов прошлого столетия карбамид мог лишь условно считаться удобрением, по существу же он даже не числился в номенклатуре основных видов минеральных удобрений. Причиной этого была весьма высокая стоимость продукта, обусловленная несовершенством методов его получения. Благодаря серьезному техническому прогрессу, достигнутому в производстве карбамида за последние годы, его стоимость по сравнению с довоенным уровнем значительно снизилась. В настоящее время стоимость единицы азота в карбамиде всего на 20% больше, чем в аммиачной селитре.

При оценке агрохимических свойств любого азотного удобрения современная сельскохозяйственная наука предъявляет требование, заключающееся в том, чтобы азот находился в такой форме, которая легко усваивается растениями. Практически это определяется по скорости и степени растворения азотного удобрения в воде. Карбамид удовлетворяет этому требованию. Его рекомендуют применять для внесения в почву для удобрения ряда овощных, плодовых и других культур.

Карбамид также нашел применение и в животноводстве в качестве азотсодержащей (белковой) добавки к кормам для скота. Так как рост и нормальная жизнедеятельность любого животного осуществляется за счет питательных веществ, потребляемых с кормом. Для обеспечения жизнедеятельности своего организма животные вынуждены восполнять недостаток белков в составе кормового рационапоеданием большого количества малобелкового корма и переваривать избыточные количества других, менее важных питательных веществ. Таким образом, применение неполноценных по белковому составу кормов ведет к нерациональному их перерасходу (примерно на 30-50 %), к бесполезному напряжению организма животного, к повышению стоимости продукции животноводства.

Многообразно применение карбамида в промышленности. Наибольшее количество карбамида, применяемого для технических целей, используется при приготовлении продуктов его конденсации с формальдегидом. Состав и свойства получаемых карбамидных смол, характеризуются большим разнообразием и зависят от условий синтеза. Путем рационального выбора соответствующих условий и параметров процесса можно синтезировать различные продукты, используемые в ряде отраслей промышленности. Особо широкое применение карбамидные смолы нашли в промышленности пластических масс для изготовления огромного ассортимента изделий, потребляемых в технике и быту.

Карбамид нашёл применение в фармацевтической промышленности для приготовления успокаивающих, снотворных и мочегонных средств, составов для заживления ран и др. Его используют при изготовлении дезинфекционных средств, в качестве смягчителя в производстве косметических кремов, он входит в состав некоторых зубных паст и т. п.

Таким образом, ускоренные темпы наращивания производственных мощностей по карбамиду в наиболее развитых странах обусловлены необходимостью покрытия все возрастающих потребностей промышленности и сельского хозяйства. Быстрый рост промышленного производства создает предпосылки для его технического совершенствования, а следовательно, для улучшения технико-экономических показателей, повышения качества и удешевления стоимости продукции, что в свою очередь обеспечивает благоприятные условия для расширения потребления карбамида.

1.3 Теоретические основы процесса. Выбор оптимальных условий

1.3.1 Синтез карбамида

Синтез карбамида из аммиака и диоксида углерода протекает в две стадии. Вначале в результате их взаимодействия образуется карбамат аммония:

2CO2 (газ) + NH3 (газ) = NH2COONH4 (ж) + 125, 6 кДж (2)

Во второй стадии в результате отщепления воды образуется карбамид

2COONH4 (ж) = СО(NН₂)_2(ж) + Н₂О_(ж) - 15,5кДж (3)

Суммарная реакция синтеза карбамида имеет вид:

2 + 2NH3 = СО(NН₂)₂ + Н₂О + 110,1кДж (4)

Реакции (2) и (3) обратимы; равновесие реакции сдвигается вправо вследствие избытка аммиака, вводимого с исходными компонентами. Карбамат аммония, образующийся по реакции, представляет собой кристаллическое вещество белого цвета, сильно пахнущее аммиаком сильно гигроскопичное. Содержание в нем аммиака составляет - 43,6 %, содержание двуокиси углерода - 56,4 %, содержание связанного азота - 35,87 %. Карбамат аммония - соединение весьма нестойкое, диссоциирующее при атмосферном давление на исходные компоненты, аммиак и диоксид углерода, давление паров которых значительно даже при обычной температуре. Выделившееся тепло используется для образования карбамида по реакции (3), протекающей с поглощением тепла.

Суммарный тепловой эффект реакции (2) и (3) положительный. Равновесные концентрации и скорости процессов определяются температурой, давлением, соотношением NH3 и CO2 и количеством H2O в смеси.

При повышении температуры степень дегидратации (конверсии) карбамата аммония в карбамид увеличивается (рисунок 1) .

Рисунок 1 - Зависимость степени конверсии карбамата аммония от температуры.

Однако такое увеличение продолжается лишь до определенного максимума, в дальнейшем степень превращения начинается снижаться. Это объясняется довольно интенсивным увеличением давления диссоциации карбамата аммония при повышении температуры:

Температура, ^оС . . . 60,4 . . 77,2 . . 106,0 . . 130,2 . . 167,0 . . 197,6

Давление, ат . . . . . . 1,21 . . 2,99 . . 12,64 . . 38,4 . . . 113,4 . . 259,9

Образование карбамата аммония при атмосферном давлении и обычной температуре идет довольно медленно. Ускорить этот процесс только путем повышения температуры процесса не представляется возможным, т. к. карбамат аммония - нестойкое соединение и легко разлагается на аммиак и диоксид углерода. Так, при температуре 57 - 59°С давление паров аммиака и диоксида углерода над карбаматом аммония равно атмосферному, а при 175°С оно составляет 17,5 МПа. Поэтому реакцию образования карбамата аммония необходимо вести при повышенной температуре и давлении. С повышением давления при постоянных объеме и загрузке степень конверсии карбамата аммония в карбамид значительно вырастает (рис. 2).

Рисунок 2 - Влияние давления на степень конверсии карбамата аммония в карбамид.

С увеличением избытка аммиака степень конверсии карбамата аммония в карбамид также возрастает. Для технологического процесса в нижней части колонны синтеза наиболее целесообразно поддерживать температуру 183°С, давление 14,4 МПа, избыток аммиака 225% и мольное соотношение NH₃ : С0₂: Н₂О = 4,5 : 1 : 0,5 [2, с38]. При этом степень превращения диоксида углерода в карбамид составляет 57 %. В стриппере поддерживается температура 160°С, в ректификационной колонне поддерживается температура 130-140°С.

Рисунок 3 - Влияние избытка аммиака на степень конверсии карбамата аммония в карбамид.

1.3.2 Выпаривание

Выпаривание - процесс концентрирования растворов твердых нелетучих веществ путем частичного испарения растворителя при кипении жидкости, т. е. когда давление пара над раствором равно давлению в рабочем объеме аппарата.

Выпаривание применяют для концентрирования растворов нелетучих веществ, выделения из раствора чистого растворителя (дистилляция) и кристаллизации растворенных веществ, т. е. выделения нелетучих веществ, в твердом виде.

Выпаривание для концентрирования растворов используют в производстве минеральных удобрений, сахара, белкововитаминных концентратов, кормовых дрожжей, т. е. органических полупродуктов. Выпаривание применяют также при концентрировании водных растворов щелочей (едкий калий и едкий натр), солей (NaCl, NH₄N0₃, Na₂S0₄), для регенерации различных растворов с целью возврата их в технологический цикл, термического обезвреживания промышленных стоков и т. п.

В качестве примера выпаривания с выделением чистого растворителя из раствора можно привести опреснение морской воды, когда образующийся водяной пар конденсируют и полученную воду используют для различных целей.

Для получения нелетучих веществ в твердом виде выпаренный раствор подвергают последующей кристаллизации, что значительно облегчает хранение, транспортировку и переработку.

В технологических процессах химической промышленности наиболее часто выпаривают водные растворы различных нелетучих веществ.

Для нагревания выпариваемых растворов до кипения используют топочные газы, электрообогрев и высокотемпературные теплоносители, но наибольшее применение находит водяной пар, характеризующийся высокой удельной теплотой конденсации и высоким коэффициентом теплоотдачи. Пap, используемый для обогрева аппарата, называют первичным, а пар, образующийся при кипении раствора, - вторичным.

Нагревание выпариваемого раствора в большинстве аппаратов осуществляется путем передачи теплоты через стенку и только при обогреве топочными газами - путем непосредственного соприкосновения с нагреваемым раствором.

Выпаривание ведут под вакуумом, при атмосферном и повышенном давлениях.

При выпаривании под вакуумом снижается температура кипения раствора, что дает возможность использовать для обогрева аппарата пар низкого давления. Этот способ применим при выпаривании растворов, чувствительных к высокой температуре. Кроме того, уменьшаются потери теплоты в окружающую среду и увеличивается полезная разность температур греющего пара и кипящего раствора, что позволяет сократить поверхность теплообмена и габариты аппарата. При выпаривании под атмосферным давлением, образующийся вторичный пар обычно не используется и выбрасывается в атмосферу. Выпаривание под повышенным давлением вызывает повышение температуры кипения раствора и дает возможность использования вторичного пара для обогрева других корпусов выпарной установки с меньшим давлением. Кроме того, вторичный пар может быть использован для других теплотехнических целей (экстра-пар).

Процесс выпаривания проводится в выпарных аппаратах. При работе с небольшими количествами растворов при атмосферном давлении, а часто и под вакуумом применяют одиночные выпарные аппараты, называемые однокорпусными выпарными установками. В этом случае теплота греющего пара используется однократно, а теплота вторичного пара обычно не используется. Для экономии греющего пара применяют многокорпусные выпарные установки, которые состоят из нескольких выпарных аппаратов, где вторичный пар, уходящий из любого предыдущего корпуса, является греющим паром для последующего.

Еще недавно при производстве мелкокристаллического карбамида на старых установках небольшой мощности выпаривание растворов осуществлялось в периодически действующих вакуум-выпарных аппаратах с выносными или встроенными греющими камерами. В таких аппаратах при выпаривании под разрежением (остаточное давление 100-110 мм рт. ст.) и температуре не более, 80 °С конечная концентрация раствора по истечение продолжительного времени достигала 80%.

Несовершенство организации таких процессов - периодичность, длительное соприкосновение раствора греющими поверхностями, что способствует образованию биурета, необходимость рециркуляции маточника и связанные с этим потери тепла и т. д. - является очевидным, особенно в свете требований, которые предъявляются к современным установкам большой мощности. Поэтому неслучайно, что в современных схемах этой стадии процесса уделяется серьезное внимание. Испытаны в промышленных условиях и широко используются в проектах цехов карбамида большой мощности непрерывнодействующие вертикальные выпарные аппараты с всползающей пленкой кипящего раствора. Процесс выпаривания осуществляется при температуре 115-118°С, и избыточном давлении греющего пара 3,5 ат. При начальной концентрации раствора 54- 58% и конечной концентрации 90-93% производительность аппарата (в расчете на сухой карбамид) составляет около 120 кг/м² ч. Для растворов с начальной концентрацией 75-77% производительность по сухому карбамиду равна 180 кг/м² ч. Вследствие непродолжительного пребывания раствора в зоне горячих поверхностей степень превращения карбамида в биурет относительно невелика. При содержании биурета в исходном растворе 0,35- 0,45% (в расчете на сухой карбамид) примесь его в товарном продукте не превышает 0,7%.

Для получения гранулированного карбамида раствор необходимо упаривать до консистенции плава, концентрация которого близка к 100%. Поэтому выпаривание водного раствора карбамида до концентрации более 98- 99% должно проводиться в условиях, исключающих, насколько это возможно, вредное влияние температуры, чрезмерное повышение которой ускоряет процесс разложения карбамида и образование биурета.

Таким образом, одним из решающих условий, способствующих его разложению и образованию биурета, является фактор времени.

Поэтому при осуществлении процесса выпаривания раствора до состояния плава необходимо иметь в виду, что время, в течение которого раствор карбамида будет находиться при температуре выше 110°С, должно быть сокращено до минимума. Это позволит не только уменьшить содержание биурета в плаве, но также снизить степень образования биурета во время прохождения плава через грануляционную башню. Весьма важно отметить, что после выпарного аппарата расплавленный карбамид нельзя долго оставлять в трубопроводе или в какой-либо емкости при высокой температуре в течение длительного времени. Несоблюдение этого условия может привести на нет все преимущества, которые достигаются за счет максимального сокращения времени пребывания раствора в выпарном аппарате. Учитывая это, в новых промышленных установках иногда размещают выпарные аппараты непосредственно на грануляционной башне, хотя это и связано с известными конструктивными и эксплуатационными трудностями. В современных выпарных аппаратах время пребывания раствора составляет несколько секунд, коэффициент теплопередачи равен 700-1000 ккал/м² ч, поэтому при достаточно высоком распаде температур между теплоносителем и раствором производительность таких аппаратов равна 200 кг/м² ч (считая на безводный карбамид).

При получении мелкокристаллического порошкообразного карбамида, предназначаемого для технических целей, раствор перед кристаллизацией не упаривают до состояния плава. Конечная концентрация раствора должна быть такой, чтобы в процессе последующего охлаждения можно было выделить из перенасыщенного раствора как можно большее количество кристаллов. При этом необходимо строго соблюдать условия кратковременности нагрева раствора и выпаривания его при возможно низких температурах. Уже упоминалось, что при выпаривании раствора до состояния плава

Температуру процесса приходится поддерживать близкой к температуре плавления карбамида, что неизбежно приводит к ускорению реакции образования биурета. При выпаривании раствора до более низкой конечной концентрации, например до 80- 90%, можно значительно снизить температуру и тем самым улучшить условия для получения карбамида с меньшим содержанием биурета.

Способы выделения кристаллов из упаренных растворов довольно разнообразны. Не останавливаясь подробно на описании конструктивных особенностей, укажем некоторые типы применяемых для этой цели аппаратов. Широко, например, известны одновальные или двухвальные шнеки-кристаллизаторы с охлаждающей водяной рубашкой. В таких аппаратах путем медленного охлаждения выделяют достаточно крупные кристаллы карбамида, которые в основной своей массе могут задерживаться на фильтрующей сетке центрифуги. Следует также отметить, что кристаллизации в этих шнеках подвергаются растворы относительно небольшой концентрации (75-80%), упарка которых благодаря применению разрежении (остаточное давление 100- 110 мм рт. ст.) ведется при довольно низкой температуре (около 80 °С). Если к тому же, наряду с мягкими условиями процесса выпаривания, соблюдается принцип кратковременности пребывания раствора в зоне горячих поверхностей, кристаллический карбамид может быть получен с минимальным содержанием биурета. Однако применение шнековых кристаллизаторов ограничивается установками небольшой мощности ввиду громоздкости этих аппаратов, недостаточной поверхности охлаждения, весьма низкого коэффициента теплопередачи и невысокой производительности.

На установках большой мощности для получения кристаллической карбамида применяют так называемый вакуум-кристаллизатор. Это - полый цилиндрический аппарат с коническим днищем, снабженный мешалкой. Через штуцер на крышке он соединен с конденсатором и пароэжекционным вакуум-насосом, с помощью которых в системе создается глубокий вакуум. Нижняя коническая часть аппарата соединена через гидрозатвор с декантатором, откуда сгущенная пульпа передается на центрифугу.

Из колонны дистилляции второй ступени в вакуум кристаллизатор непрерывно подается предварительно отфильтрованный раствор, имеющий концентрацию порядка 65% и температуру около 85°С. В вакуум-кристаллизаторе поддерживается остаточное давление 26 мм рт. ст., вследствие чего поступающий раствор частично упаривается и кристаллизуется. При этом температура его понижается до 36 °С. Образующуюся пульпу с соотношением между твердой и жидкой фазами Т:Ж=1 :2 направляют по барометрической трубе в декантатор, в нижней части которого пульпа сгущается до соотношения Т:Ж=1 : 1 и эрлифтом подается на разделение в центрифугу. Маточный раствор из декантатора и центрифуги присоединяется к свежему раствору, направляемому в вакуум-кристаллизатор.

Для получения технического карбамида применяют шнековые сушилки. Они оказались довольно эффективными при выработке сухого порошкообразного карбамида из 90 - 93%-ного раствора. Такой раствор из выпарного аппарата непрерывно поступает на вход закрытого шнека, противотоком продуваемого теплым (50-60"С) или даже холодным воздухом из помещения. Из шпека непрерывно выгружается, готовый карбамид с влажностью около 0,3%.

Применение шнековых сушилок позволяет отказаться от кристаллизаторов и центрифуг и не прибегать к рециркуляции маточных растворов. В результате значительно упрощается аппаратурное оформление процесса и сокращается расход тепла на выпаривание. Однако при этом приходится производить довольно глубокую упарку растворов (до концентрации 90-93%), что неизбежно связано с применением высоких температур (115-118°С), обусловливающих увеличение содержания биурета в карбамиде.

В настоящее время проводятся исследования процесса получения сухой порошкообразной мочевины путем упаривания водным раствором в распылительных аппаратах. Конечным результатом этих работ должно явиться внедрение в промышленность более совершенных процессов и аппаратов для получения технического карбамида.

Карбамид, используемый в сельском хозяйстве в качестве удобрения и белковой подкормки крупному рогатому скоту, должен обладать хорошими физическими свойствами: не слеживаться, хорошо рассыпаться и рассеваться, быть однородной по составу. Этим требованиям в наибольшей степени отвечает карбамид, выпускаемый промышленностью в виде гранулированного продукта.

Для получения гранулированного карбамида широко применяют грануляционные башни, представляющие собой высокие цилиндрические или прямоугольные аппараты. Размеры площади поперечного сечения башни зависят от ее максимальной производительности и определяются величиной скорости потока протягиваемого через нее охлаждающего воздуха. Эта скорость не должна быть больше предела, выше которого начинается усиленный унос пылевидного карбамида с отходящим воздухом. Обычно линейная скорость воздуха в грануляционных башнях принимается в пределах 0,2-0,5 м/сек. Высота башни зависит от таких факторов, как концентрация плава, величина и форма гранул, температура воздуха, его влажность и т. д. В промышленной практике используют башни высотой 16-40 м и более.

В верхней части башни помещен разбрызгиватель плава (гранулятор). Воздух для охлаждения поступает в нижнюю часть башни и выводится через выхлопные трубы. Готовый гранулированный продукт поступает на транспортер из днища башни, которое выполняется или в виде конического бункера, или плоским (при этом оно снабжается вращающимся скребком-кратцером).

Для получения гранулированного продукта плав карбамида равномерно разбрызгивают с помощью гранулятора по сечению башни в виде капель определенного размера. Падая навстречу потоку восходящего воздуха, капли охлаждаются и затвердевают. Размеры гранул определяются конструкцией гранулятора и обычно колеблются в пределах 1-2,5 мм, форма гранул -в большинстве случаев сферическая, конечная влажность составляет не более 1%.

Основные условия успешного осуществления процесса гранулирования и получения гранул высокого качества следующие:

Выпаривание раствора карбамида перед подачей в грануляционную башню необходимо вести до состояния плава, концентрация которого должна быть, возможно, ближе к 100%.

Время соприкосновения раствора и плава карбамида с горячими поверхностями в процессе выпаривания и время транспортирования плава от выпарного аппарата до гранулятора в башне должно измеряться несколькими секундами.

Конструкция гранулятора должна обеспечивать однородность размеров и формы гранул, а также равномерное распределение капель плава по сечению башни.

Интересно отметить, что одна голландская фирма, разработавшая свою схему производства карбамида, не рекомендует осуществлять сушку гранул, так как это уменьшает их прочность. Для уменьшения слеживаемости гранулированного карбамида при хранении предложены разнообразные припудривающие добавки, вещества, создающие обволакивающую пленку, и т. п. Слеживаемость можно снизить также охлаждением гранулированного карбамида сразу по выходе его из башни.

1.4 Описание технологической схемы установки. Нормы технологического режима

Раствор карбамида из сборника Е1 насосом Н1 через клапан регулятора LIC-2515 отводится в сборник маточного раствора Е2. Часть раствора карбамида с нагнетания насоса Н1 клапанами регуляторов FIC-2014, FIC-2015, FIC-2016 подается на центрифугу ЦФ для отмывки кристаллов карбамида от биурета.

Схема предусматривает возможность подачи раствора карбамида с нагнетания насосов Н1в цех 3 на производство КАС.

Сборник маточного раствора Е2 - емкость , вместимостью 140м3, оборудованная мешалкой и системой обогрева паром НД.

Для увеличения концентрации раствора в сборнике Е2 осуществляется циркуляция карбамида насосом Н2 через узел выпарки, состоящий из подогревателя выпарки и сепаратора выпарки. В межтрубное пространство подогревателя подается пар НД, количество которого регулируется системой LIC-2514, путем сброса 7¸10 м³/час (FR-2012) конденсата из межтрубного пространства подогревателя.

Нагретый в теплообменнике раствор карбамида поступает в сепаратор выпарки, где при остаточном давлении н/б 0,08 Мпа (абс.) (н/б 0,8 кгс/см2) (PI-2112_2) из раствора выделяются пары воды и небольшое количество аммиака. Регулирование температуры осуществляется каскадным регулятором TIC-2340. Остаточное давление в сепараторе выпарки поддерживается вакуумирующей системой, состоящей из конденсаторов выпарки, паровых эжекторов и контура регулирования давления PRC-2117.

Упаренный раствор карбамида из нижней части сепаратора выпарки с температурой 363 - 393 К (90 - 120°С) (TIC-2340) возвращается в сборник маточного раствора Е2. Из сборника Е2 раствор карбамида насосами Н3 перекачивается в нижние части кристаллизаторов К.

Кристаллизатор - вертикальный цилиндрический аппарат вместимостью 56,8 м3. В нижней части кристаллизатора установлена мешалка и диффузор.

В кристаллизаторе при остаточном давлении н/б 0,02 Мпа (абс.) (0,2 кгс/см2) происходит дальнейшее упаривание воды из раствора карбамида. В результате концентрации раствор увеличивается до состояния пересыщения при данном давлении и температуре 328 - 363 К(55 - 90°С) (TR-2341, 2342) и из раствора выпадают кристаллы карбамида. Перемешивание раствора исключает возможность осаждения кристаллов на днище кристаллизатора , поэтому раствор в кристаллизаторах существует в виде суспензии.

Остаточное давление н/б 0,02 Мпа (абс.) (0,2 кгс/см2) в кристаллизаторах поддерживается каскадными регуляторами PRC-2114, PRC-2115 и создается вакуумирующей системой, состоящей из последовательно работающих конденсаторов и паровых эжекторов . На линиях выхода оборотной воды из конденсаторов установлены клапана регуляторов TIC-2348 и TIC-2359, которыми регулируется температура этой оборотной воды и, соответственно, давление в кристаллизаторах К.

Уровень в кристаллизаторах поддерживается клапанами регуляторов LICAHL-2516, LICAHL-2517, изменением количества подаваемого раствора карбамида от насосов Н3.Минимальный и максимальный уровни раствора в кристаллизаторах сигнализируются (20% и 80% шкалы прибора соответственно).

В целях поддержания массовой концентрации (н/б 11%) биурета в растворе сборника Е2 часть раствора карбамида насосом биурета Н4 возвращается в узел синтеза через систему абсорбции НД и рециркуляции. Из линии нагнетания насосов Н4 раствор подается на всас насосов Н10.

В период пуска и неудовлетворительной работы узла кристаллизации схема предусматривает сброс раствора карбамида из ёмкостей Е1, Е2, а также из линии нагнетания насосовН1, Н2 в аварийные ёмкости Е6, Е7 с последующей переработкой раствора из ёмкостей Е7, Е6 на кристаллизации и десорбции.

Из кристаллизаторов суспензия карбамида с массовой доле кристаллов (10 -15%) насосами пульпы Н2 через трехходовые краны НС-2631, 2633 (2632) и трехходовые краны с ручным дистанционным управлением НIC-2613, 2615 (2614) подается на сгустители кристаллов СГ. Здесь на ситах сгустителей происходит отделение маточного раствора, который возвращается в сборник Е2. Суспензия с концентрацией кристаллов 30 - 40% поступает в барабаны центрифуг ЦФ. Для предотвращения налипания кристаллического карбамида в сгустители постоянно подается небольшое количество пара НД.

Для отмывки кристаллов карбамида от биурета в центрифуги подается раствор карбамида в количестве 8¸17 м³/час от насоса Н1 через системы регулирования расхода FIC-2014, FIC-2015, FIC-2016.

Выходящий из центрифуг кристаллический карбамид с влажностью не более 1,5% выносными шнеками, резервными выносными шнеками, и дозирующими шнеками подается в трубу-сушилку ТС. Сюда же поступает горячий воздух для сушки кристаллов карбамида и транспортировки их на гранбашню в циклоны Ц. Из центрифуги маточный раствор возвращается в ёмкость Е2.

Воздух подается высоконапорными воздуходувками через фильтры в подогреватели воздуха 383 - 403 К (110 - 130°С) паром НД. Температура воздуха после подогревателей поддерживается автоматически регуляторами TIC 2343, TIC 2344. При отгрузке кристаллического карбамида температура воздуха должна поддерживаться в диапазоне 45¸60°С.

По всей высоте трубы-сушилки ТС снабжены системой обогрева паром НД. Узел центрифугирования и сушки оснащен блокировками, вызывающими переключение трехходовых кранов HIC-2613, 2614, 2615 на циркуляцию в сборник Е2 при остановке соответствующих центрифуг, шнеков и воздуходувок .Для промывки труб-сушилок В603АВ и сухих циклонов S602АВ при их забивке в нижнюю часть трубы-сушилки выше подачи воздуха подается конденсат.

Кристаллический карбамид, поступающий на верх гранбашни, отделяется от воздуха в циклонах Ц. Из циклонов Ц кристаллический карбамид поступает в баки плавления БП. На циклоне Ц предусмотрены узлы отбора кристаллического карбамида в контейнеры, установленные на ручной тележке. Отбор осуществляется из нижней части циклона Ц при открытых задвижках Ду100.

Расплав из баков плавления забирается насосами расплава и подается в трубное пространство плавителей ПЛ. В межтрубное пространство плавителей подается пар СД для подогрева расплава до температуры 409 - 421 К (136 - 148°С) TR-3313, TR-3307 с целью окончательного плавления кристаллов карбамида. Температура в плавителях ПЛ поддерживается автоматически системой регулирования TIC-3309, TIC-3303, изменяющей количество пара, поступающего в плавители.

Из плавителей горячий расплав поступает вновь в баки плавления БП, откуда через подогреватели П и трехходовые краны НС-3602, НС-3601 поступает в гранулятор ГР, освободившись предварительно от механических примесей в фильтре Ф. Температура 409 - 421 К (136 -148°С) расплава перед фильтром Ф регистрируется по TR-3314, TR-3308.

В фильтр плава Ф в качестве кондиционирующей добавки насосом-дозатором подается карбамидоформальдегидная смола (КФС). Расход КФС в количестве 50¸400 дм³/час (FIC-2032) в расплав карбамида устанавливается таким образом, чтобы массовая доля его в готовом продукте была 0,2 - 0,5%.

Карбамидоформальдегидная смола из железнодорожной цистерны сливается в хранилище Е5 с помощью насоса. Для подачи КФС на всас насоса в железнодорожную цистерну по съёмному шлангу подается азот давлением до 1,5 кгс/см2 (0,15 Мпа). Давление азота, подаваемого в железнодорожную цистерну, поддерживается регулирующим клапаном РДУК и замеряется манометром. Для поддержания постоянной температуры

КФС не более 40°С (TR-3329) сборник Е5 снабжён внутренним змеевиком, по которому подается в теплообменник оборотная вода. Для измерения уровня КФС в сборнике Е5 служит уровнемер LIAH-2529 пьезометрического типа. Максимальный (80%) и минимальный (20%) уровень сигнализируется. Из сборника КФС Е5 карбамидоформальдегидная смола насосом - дозатором подается на фильтр плава Ф. Давление на линии нагнетания насосов-дозаторов не должно превышать 1,6 мПа (16 кгс/см2).

Контроль за давлением КФС в линии нагнетания осуществляется прибором PIASH-1. Предмаксимальное и максимальное давление сигнализируется. При повышении давления в линии нагнетания насоса более 1,6 мПа (16 кгс/см2) насос-дозатор останавливается. Кроме того схемой предусмотрена остановка клапана - отсекателя HIC-3622 на линии подачи КФС в плав карбамида, сблокированного с клапаном перевода плава на циркуляцию.

Сброс КФС при опорожнении оборудования и коммуникаций осуществляется в аварийную емкость Е8 , которая снабжена внутренним змеевиком. Для сохранения качества КФС при хранении предусмотрена циркуляция в емкостях Е5, Е8 с помощью насоса Н11.

Для поддержания постоянной температуры КФС в пределах 293 - 303 К ( 20 - 30 °С) в сборниках Е5, Е8 в трубопроводах КФС предусмотрен их обогрев оборотной водой. Для чего оборотная вода насосом Н12 подается в теплообменник ТО, где подогревается до температуры 303 - 313 К 30 - 40°С паром. Температура оборотной воды после подогревателя поддерживается путем изменения расхода пара на теплообменник ТО регулирующим клапаном. Конденсат с теплообменника ТО сбрасывается в коллектор конденсата. Подогретая оборотная вода поступает во внутренние змеевики сборников Е5, Е8, в рубашки трубопроводов КФС и железнодорожной цистерны. Обратная оборотная вода с рубашки ж/д цистерны сливается в промливневой колодец. Обратная оборотная вода с рубашек трубопроводов и змеевиков емкостей Е5, Е8 поступает на всас насоса Н12. Недостаток оборотной воды пополняется от трубопровода прямой и обратной воды.

Переключение трехходовых кранов НС-3602, НС-3601 на гранулятор или на сборник Е1 осуществляется дистанционно из ЦПУ и местного пульта управления. При вращательном движении гранулятора расплав карбамида в виде капель разбрызгивается по сечению гранбашни, капли расплава затвердевают и охлаждаются во встречном потоке воздуха, который протягивается через окна в нижней части гранбашни вентиляторами. Охлажденные гранулы карбамида падают на конусообразное днище гранбашни, сгребаются скребком к центру конуса и через переключатель потока поступают на ленточный конвейер. Конвейером гранулированный карбамид с температурой не более 50°С (TR-3616, 3617) через ленточные весы доставляется на хранение в склад или на отгрузку.

Гранулированный карбамид направляется скребком в течку и распределяется шибером на транспортеры. В течках установлены форсунки, разбрызгивающие модифицирующую добавку (Новофлоу-155 или Уресофт-150) на гранулы. Угол струи регулируется винтом форсунки, а также давлением воздуха.

Давление воздуха, подаваемого на форсунки, регулируется винтом редуктора в диапазоне 1 -5 кгс/см2. Устанавливается такое давление воздуха, чтобы распыление было наилучшим. Подача жидкости производится насосом Н13. Забор жидкости производится из передвижного контейнера или бочки.

Воздух из циклонов Ц поступает на отмывку от присутствующей в нем пыли карбамида в мокрые скрубберы АР. Скруббер АР орошается циркулирующим раствором карбамида с помощью насоса Н7 через форсунки, распределяющие раствор по течению в нижней части скруббера. Избыток раствора с концентрацией н/м 30% отводится в сборник Е1. Скруббер АР постоянно подпитывается слабым раствором карбамида из сборника Е4 по переливной линии.

Воздух из скруббера АР через брызгоуловители направляется в линию нагнетания вентиляторов гранбашни БГ.

Воздух, содержащий пыль карбамида и аммиака с температурой 283 - 323 К (10 - 50°С) (TIAL-3323 - 3326) отсасывается из гранбашни вентиляторами и вместе с воздухом от скрубберов АР направляется в ротационные дисковые абсорберы.

В абсорберах воздух промывается слабым раствором карбамида и через сепараторы, и выхлопные трубы сбрасывается в атмосферу.

Раствор, подаваемый в абсорберы насосами в количестве 30 - 50 м3/час (FIAL-3005 - 3008) распыляется по сечению аппаратов тремя диспергаторами (на каждый абсорбер). Этим достигается полное соприкосновение газовой и жидкой фаз, карбамид и аммиак растворяются в абсорбенте. Из нижней часть раствора от насосов поступает на дополнительные форсунки, расположенные под нижней частью сепаратора РДА, для исключения забивки солями. С сепаратора раствор возвращается в РДА. Из нижней части абсорбера раствор стекает в сборник Е4 и снова подается насосами на орошение РДА. Избыток раствора из сборника Е4 по переливной линии отводится в скруббера АР.

1.4.1 Нормы технологического режима

Таблица 3 - Нормы технологического режима

Наименование показателей и позиции прибора (точки отбора)	Ед. изм.	Норма по регламенту
Температура раствора карбамида в сборнике Е1		н/м 80 Нп=2,2
Раствор из сборника Е1, массовые доли:
карбамида	%	н/м 69
аммиака	%	н/б 0,8
двуокиси углерода	%	н/б 0,55
биурета	%	н/б 0,8
Температура в кристаллизаторах К1		н/б 90 Нп=2,2
Абсолютное давление в кристаллизаторах К1	кгс/см²	н/б 0,2 Нп= 0,01 кгс/см²
Температура плава на выходе из выпарного аппарата АВ		н/б 120 Нп=2,2
Температура плава перед гранулятором ГР		136+148 Нп=2,2
Температура готового продукта после грануляционной башни ГБ
при подаче на склад с ноября по апрель		н/б 50 Нп=2,2
при отгрузке в упаковке		н/б 60 Нп=2,2
при отгрузке насыпью		н/б 50 Нп=2,2
Готовый продукт,массовая доля:
Гранулированый карбамид. Марка Б высший сорт
- азота	%	н/м 46,2
- влага сушкой	%	н/б 0,3
- влага методом Фишера	%	н/б 0,5
- биурета	%	н/б 1,4
- Новофлоу-155	%	0,044-0,1
- Уресофт-150, Уресофт-125	%	0,024-0,05
- КФС	%	0,24-0,5
- Статическая прочность	Кгс/гран.	н/м 0,7
Гранулированный состав:
фр. 1-4-мм	%	н/м 94
фр. 2-4-мм	%	н/м 70
фр. менее 1мм	%
фр. более 6 мм	%	отсутствие
Гранулированый карбамид. Марка Б первый сорт
- азота	%	н/м 46,2
- влага сушкой	%	н/б 0,3
- влага методом Фишера	%	н/б 0,5
- биурета	%	н/б 1,4
- Новофлоу-155	%	0,044-0,1
- Уресофт-150, Уресофт-125	%	0,024-0,05
- КФС	%	0,24-0,5
- Статическая прочность	Кгс/гран.	н/м 0,5
Гранулированный состав:
фр. 1-4-мм	%	н/м 94
фр. 2-4-мм	%	н/м 50
фр. менее 1мм	%	н/б 5
фр. более 6 мм	%	отсутствие
Гранулированый карбамид. Марка Б второй сорт
Гранулированный состав:
фр. 1-4-мм	%	н/м 94
фр. 2-4-мм	%	не нормируется
фр. менее 1мм	%	н/б 5
фр. более 6 мм	%	отсутствие
карбамид кристаллический из циклона Ц, (проба отбирается из контейнеров):
- массовая доля потерь при высушивании	%	-
- массовая доля карбамида	%	-
-массовая доля биурета	%	-

1.5 Автоматизация производства. Аналитический контроль

Получение карбамида - это сложный физико-химический процесс, характеризующийся высокой скоростью протекания химических реакций, токсичностью перерабатываемых веществ, их взрывоопасностью и пожароопасностью. Эти обстоятельства исключают возможность ручного управления процессом и диктуют необходимость применения надёжных, точных и быстродействующих систем автоматического контроля и регулирования. Их внедрение обеспечивает безаварийную и бесперебойную работу технологического оборудования, безопасность обслуживающего персонала значительно повышает экономическую эффективность производства за счёт уменьшения брака и отходов, повышения производительности труда и т.д. Существенную роль автоматизация играет и в поддержании экологической чистоты окружающей среды. Управление ведётся с центрального пульта управления - ЦПУ. ЦПУ располагается в специальном помещении и служит для оперативного управления всем технологическим процессом.

Функциональная схема автоматизации показывает, что часть приборов КИП и А ( первичные преобразователи температуры, расхода, концентрации, регулирующая и запорная арматура) располагается непосредственно на технологическом оборудовании. Другая часть приборов (датчики - измерительные преобразователи давления, расхода) размещаются в специальных помещениях датчиков (ящиках КИП). Остальная аппаратура, необходимая для управления процессом (показывающие и регистрирующие приборы, регуляторы, кнопки дистракционного управления, сигнальные устройства), сконцентрирована в ЦПУ на АСУТП "Damatic C", установлены устройства специального назначения: нормализующие преобразователи, релейные элементы схем сигнализации, блокировки, блок питания и т.д. Непосредственно регулировать процессы можно с центрального щита, есть телефонная связь, связь при помощи голоса, которая позволяет давать указания аппаратчикам и машинистам, находящимся на рабочих местах. На маниторах наблюдения за технологическим процессом расположена мнемосхема, сигнализирующая об аварийных отклонениях параметров этих процессов, а также работу электродвигателей насосов, компрессоров, вентиляторов.

В качестве средств автоматизации и контроля производства применяются приборы и регуляторы агрегатной унифицированной системы (МАУС) и другие приборы. Каждая агрегатная система состоит из регулирующих и вспомогательных блоков, вторичных регистрирующих и показывающих приборов.

Условия пожароопасности и взрывоопасности производства, агрессивность применяемых веществ предопределили выбор электрической ветви. Это решение не входит в противоречие с таким фактором, допустимое запаздывание сигнала в командных линиях, поскольку всё технологическое оборудование расположено комплектно и быстродействие систем остаётся в пределах норм.Так как объект относится к объектам средней сложности, то приемлемо принимать к установке простые эффективные системы автоматического контроля и регулирования (САР), построенные на базе серийно выпускаемых средств, отвечающих мировым стандартам.

Поскольку отделение кристаллизации являются основными звеньями в непрерывной технологической цепи получения карбамида, то за критерий управления берётся качество продукта, то есть наивысшая концентрация карбамида в конечном плаве перед выпаркой.

Для измерения расхода конденсата в трубопроводе на выходе из выпарного аппарата; пара в трубопроводе на входе в выпарной аппарат; раствора карбамида на входе в выпарной аппарат используют комплект приборов, состоящий из диафрагмы поз. 1-1; поз. 2-1, измерительного преобразователя "Сапфир" 22ДИ поз. 1-2; поз. 2-2, измерителя регулятора ТРМ-1 поз. 1-3; поз. 2-3.

Для измерения температуры раствора карбамида в подогревателе выпарного аппарата используют комплект приборов, состоящий из термопары поз. 3-1, измерителя регулятора ТРМ-1 поз. 3-2.

Для измерения давления раствора карбамида в трубопроводе на входе в выпарной аппарат используют комплект приборов, состоящий из измерительного преобразователя "Сапфир" 22ДИ поз. 5-1, измерителя регулятора ТРМ-1 поз. 5-2. Для измерения и регулирования уровня раствора карбамида в выпарном аппарате; раствора карбамида в сборнике используют комплект приборов, состоящий из измерительного преобразователя "Сапфир" 22ДИ поз. 6-1; поз. 9-1, измерителя регулятора ТРМ-1 поз. 6-2; поз. 9-2, нормирующего преобразователя ЭПП поз. 6-3; поз. 9-3, МИМ поз. 6-4; поз. 9-4.Для измерения и регулирования давления раствора карбамида в выпарном аппарате используют комплект приборов, состоящий из измерительного преобразователя "Сапфир" 22ДИ поз. 7-1, измерителя регулятора ТРМ-1 поз. 7-2, нормирующего преобразователя ЭПП поз. 7-3, МИМ поз. 7-4. Для измерения и регулирования температуры раствора карбамида в выпарном аппарате используют комплект приборов, состоящий из термопары поз. 8-1, измерителя регулятора ТРМ-1 поз. 8-2, нормирующего преобразователя ЭПП поз. 8-3, МИМ поз. 8-4.

1.5.1 Аналитический контроль

Аналитический контроль в химическом производстве охватывает все материальные потоки производства: исходное сырье, вспомогательные материалы, энергоресурсы, готовую продукцию.

На основании данных аналитического контроля составляется химико - технический отчет по важнейшим качественным показателям работы предприятия или производства.

Аналитический контроль на предприятии позволяет определить нарушения санитарно - гигиенических норм и технологического режима, установить использование несовершенных аппаратов, в том числе для очистки газов и жидкостей.

Правильная организация аналитического контроля производства содействует экономному выпуску стандартной продукции.

Ниже приведен график аналитического контроля

Таблица 4 - Аналитический контроль

Анализируемого продукт	Место отбора пробы	Что определяется	Норма
Маточный раствор карбамида	Из сборника Е2	массовая доля СО(NH₂)₂массовая доля биурета	70-75% н/б 11%
Раствор карбамида	Из сборника Е1	массовая доля NH₃	н/б 0,8%
		массовая доля СО₂массовая доля СО(NH₂)₂массовая доля биурета	н/б 0,55% 69-79% н/б 0,8%
Оборотная вода	На выходе из цеха	массовая концентрация азот аммонийного массовая концентрация карбамида	н/б 2 мг/дм3 не нормируется
Гранулированный карбамид, марка Б (высший сорт)	С конвейеров и со склада при отгрузке	массовая доля азота массовая доля воды (метод сушки)	н/м 46,2% н/б 0,3%
		массовая доля биурета	н/б 1,4%
		массовая доля биурета	н/б 1,0%
		массовая доля Новофлоу 155	0,04-0,1%
		Массовая доля формальдегида	02-05%
		статическая прочность гранул	н/м 0,7 кгс/гранулу
		Грансостав: массовая доля гранул размером:
		от 1 до 4 мм	н/м 94%
		от 2 до 4	н/м 70%
		менее 1 мм	н/б 3%
		более 6 мм	отсутствие
		Температура карбамида на склад:
		ноябрь-апрель	н/б 50°С
		май-октябрь	н/б 60°С
		на насыпь	н/б 50°С
		на упаковку	н/б 60°С
Карбамид кристаллический	Из контейнеров	массовая доля биурета массовая доля воды(метод Фишера)	н/б 0,1% не нормируется
		Испытания проводятся по ТУ 2181-059-00203766-99
		осаждение азотной кисл.	проходит тест
		цветная реакция	проходит тест
		массовая доля веществ, нерастворимых в воде	н/б 0,01%
		прозрачность и цвет раст-ра	проходит тест
		массовая доля биурета	н/б 0,1%
		щелочность	проходит тест
		массовая доля свобод. аммония	н/б 500 ррт
		массовая доля потерь при высушивании	н/б 1 %
		массовая доля сульфатов	н/б 100 ррт
		массовая доля тяж. металлов	н/б 5 ррт
		массовая доля хлоридов	н/б 70 ррт
		массовая доля карбамида	н/м 99,0%
Карбамид- побочный продукт	склад	внешний вид	Серые, белые или слабо окрашенные кристаллы или гранулы , частично слежавшиеся в комки,. с включениями посторонних примесей

		массовая доля азота	н/м 42%
		массовая доля биурета	н/б 0,2%

.5.2 Методы анализа

Отбор и подготовка проб для анализа - по ГОСТ 21560.0.

Механический пробоотборник должен обеспечивать равномерный отбор точечных проб и получение объединённой пробы массой не менее массы выборки, установленной для проверки качества продукта, находящегося в движении.

От кристаллического карбамида допускается отбирать пробы из любой части мешка.

Точечные пробы от упакованного продукта, предназначенного для розничной торговли, отбирают совком из двух любых пакетов, взятых из каждой отобранной единицы упаковки в транспортной таре, оборудовании. Масса точечной пробы должна быть не менее 200 г.

Для карбамида, предназначенного для промышленности, животноводства и розничной торговли, масса средней пробы должна быть не менее 0,5 кг.

Для проведения анализов и приготовления растворов допускается применять другие средства измерения с метрологическими характеристиками и другое оборудование с техническими характеристиками, а также реактивы, по качеству отличающиеся от указанных в настоящем стандарте, но обеспечивающие необходимую достоверность результатов.

Допускается применять импортные средства измерения, оборудование и реактивы.

Допускается применять другие методы анализа.

При разногласиях в оценке качества продукта анализ проводят методами, с применением средств измерения, оборудования и реактивов, предусмотренных этими методами.

Метод заключается в минерализации амидного азота серной кислотой до аммиачного азота с последующим взаимодействием его с формальдегидом и титрованием выделившейся кислоты гидроокисью натрия в присутствии смешанного индикатора с рН=9_/6.

Проведение анализа. Около 1,0000 г карбамида помещают в коническую колбу, прибавляют 5 см³концентрированной серной кислоты и закрывают колбу воронкой или грушевидной стеклянной пробкой . Содержимое колбы перемешивают и осторожно нагревают электроплитке до прекращения бурного выделения пузырьков углекислого газа. Затем нагрев увеличивают до кипения и кипятят до полного прекращения выделения отдельных пузырьков углекислого газа и появления белых паров серной кислоты, нагревают ещё 10 мин, после чего содержимое колбы охлаждают до комнатной температуры.

После этого в колбу осторожно приливают 50 см³ воды, добавляют 1-2 капли раствора индикатора метилового красного и нейтрализуют избыток кислоты раствором гидроокиси натрия концентрации с (NаОН) = 5 моль/дм³ до перехода розовой окраски раствора в жёлтую, затем по каплям добавляют раствор серной кислоты до появления розового оттенка и дотитровывают раствором гидроокиси натрия 0,007 - масса азота, соответствующая 1 см³ раствора гидроокиси натрия концентрации с (NаОН) = 0,5 моль/дм³,г;

т- масса навески карбамида ,г;

Х_Н2О- массовая доля воды, в карбамиде, %.

За результат анализа принимают среднее арифметическое результатов двух параллельных определений, абсолютное расхождение между которыми не превышает допускаемое расхождение, равное 0,2 % при доверительной вероятности Р= 0,95.

При разногласиях в оценке определения азота используют дистилляционный метод.

) Определение массовой доли биурета. Определение массовой доли биурета со смешанным раствором.

Метод заключается в изменении интенсивности окраски комплекса, образованного биуретом со смешанным раствором в присутствии щелочи при аналитической длине волны 550 нм.

Аппаратура, реактивы и растворы.

Весы лабораторные общего назначения типа ВЛР-200 ВЛТ-1000.

Набор гирь Г-2-210 и Г-3-1110 по ГОСТ 7328. Спектрофотометр или фотоэлектроколориметр любого типа, позволяющий измерять поглощение в области 540-550 нм.

Кюветы от фотоэлектроколориметра с толщиной слоя 50 мм.

Колбы 1(2)-1000-2, 1(2)-100-2, 1(2)-50-2 по ГОСТ 1770.

Бюретки 1(3)-2-10, 1(3)-2-25 по ГОСТ 20292. Пипетка 2-2-10 по ГОСТ 20292.

Цилиндр 1-500 по ГОСТ 1770.

Натрия гидроокись по ГОСТ 4328, раствор концентрации с (№ОН)=0,5 моль/дм³.

Медь (||) сернокислая 5-водная по ГОСТ 4165.

Калий-натрий виннокислый по ГОСТ 5845. Калий йодистый по ГОСТ 4232.

Биурет, перекристаллизованный из воды и высушенный при температуре 100-105 °С до постоянной массы, раствор 2 мг/см³.

Вода дистиллированная по ГОСТ 6709. Допускается использовать деионизированную воду, удовлетворяющую требованиям ГОСТ 6709.

Смешанный раствор: 5,0 г сернокислый меди растворяют в 200 см³ воды в мерной колбе вместимостью 1000 см³, затем добавляют в колбу 400 см³раствора гидроокиси калия-натрия. Раствор в колбе перемешивают, добавляют 5,00 г йодистого калия, растворенного в 50-100 см³ воды, доводят объем раствора водой до метки и перемешивают.

Построение градуированного графика.

Нагрев увеличивают до слабого кипения жидкости и продолжают нагревать до полного прекращения выделения отдельных пузырьков углекислого газа и появления белых паров серной кислоты. Затем нагревают еще 20 мин, после чего содержимое колбы охлаждают, осторожно добавляют 300 см³воды, вновь охлаждают до комнатной температуры, количественно переносят в мерную колбу, доводят до метки водой и перемешивают.

В круглодонную колбу прибора для отгонки аммиака помещают 50 см³полученного раствора анализируемой пробы, добавляют около 300 см³ воды и несколько "кипелок" для предотвращения толчков при кипении. Колбу соединяют через каплеуловитель с холодильником и приемником. Из бюретки в приемник наливают 40 см³ раствора серной кислоты концентрации с (NаОН) = 0,5 моль/ дм³, добавляют 3-4 капли смешанного индикатора и около 80 см³ воды, чтобы барботер был закрыт жидкостью.

Из капельной воронки в круглодонную колбу осторожно приливают 50 см³раствора гидроокиси натрия с массовой долей 40%, оставив при этом некоторый объем гидроокиси натрия в воронке над краном (при необходимости можно промыть воронку 50 см³ воды, сливая е в колбу и оставляя при этом в воронке 20-25 см³ раствора). Колбу нагревают до кипения и кипятят до тех пор, пока объем жидкости в приемнике не станет равным примерно 300 см³.

После окончания отгонки приемник с холодильником отсоединяют, холодильник промывают водой, сливая промывные воды в приемник. Избыток кислоты в приемнике при перемешивании оттитровывают раствором гидроокиси натрия концентрации с (NаОН)=0,5 моль/дм³до перехода фиолетовой окраски в зеленую.

Одновременно проводят контрольный опыт в тех же условиях и с теми же реактивами, но без анализируемой пробы.

)Дистилляционный метод.

Метод заключается в минерализации азота серной кислотой в присутствии сернокислой меди до аммиачного азота с последующей дистилляцией аммиака в раствор серной кислоты с обратным титрованием избытком кислоты раствором гидроокиси натрия в присутствии смешанного индикатора с рН 5,1 или 5,4.

Аппаратура, реактивы и растворы.

При отгонки аммиака (чертеж) или аналогичный, в состав которого входят : электроплитка или колбонагреватель;

колба К-2-100-40 ТХС по ГОСТ 25336;

каплеуловитель КО-60 ХС по ГОСТ 25336;

воронка ВК-100 ХС по ГОСТ 25336;

холодильник ХШ-1-300-19/256(29/32) по ГОСТ 25336, колба (приемник) КН-2-500-40 ТХС по ГОСТ 25336,

барботер;

весы лабораторные общего назначения типа ВЛР-200;

набор гирь Г-2-210 по ГОСТ 7328,

бюретка 1 (3)-2-50 по ГОСТ 20292;

цилиндры 1 (3)-10-2, 1 (3)-250-2 по ГОСТ 1770;

колба 1(2)-500-2 по ГОСТ 1770;

пипетка 2-2-50 по ГОСТ 20292;

капельница любого исполнения по ГОСТ 25336;

шпатель 2(3) или ложка 2(3) по ГОСТ 9147,

секундомер;

Воронка типа В-36-80 ХС по ГОСТ 25336 или полная грушевидная стеклянная пробка;

Натрия гидроокись по ГОСТ 4328;

Метиловый красный, спиртовый раствор с массовой долей 0,2 %.

Медь сернокислая по ГОСТ 4165.

1.6 Отходы производства

Таблица 5 - Твердые отходы

Наименование отхода, отделение, аппарат	Место складирования, транспорт , тара	Химический состав, влажность	Физические показатели, плотность, кг/м³
Некондиционный карбамид, станция отгрузки железнодорожных вагонов	Некондиционный продукт поступает на узел растворения карбамида	Не нормируется	Не нормируется
Масло	Отдается на регенерацию	Не нормируется	870 - 910
Резинотехнические изделия	Места складирования	Не нормируется	Не нормируется
Металлолом а) нержавеющая сталь б) углеродистая сталь в) алюминий	Склад № 3 ОАО "Невинномысский Азот"	Не нормируется	Не нормируется
Стружка металлическая а) черной стали б) легированной стали	Склад № 3 ОАО "Невинномысский Азот"	Не нормируется	Не нормируется

Таблица 6 - Сточные воды

Наименование стока отделения, аппарат	Место сбрасывания	Количество стоков, м³/сут	Содержание контролируемых вредных в-в в сбросах (по компонентам), мг/дм³	ПДК в и ПДК рыб. хоз. сбрасываемых вредных веществ
Химзагрязненные стоки: с узла десорбции гидролиза, с компрессии СО₂ с цеховой лаборатории Фекальные стоки: из душевых, санузлов бытовых и производственных помещений, сауны Промливневые стоки: вода после обогрева линии КФС, ливневые	В канализацию азотосодержащих стоков, кол.№ 6015 и на БХО На БХО Кол.5345	960 138,8 120,0	Карбамид : н/б 300 мг/дм³Азот аммонийный : н/б 100 мг/дм³ Не анализируется Азот аммонийный не более 5,0 карбамид не более 80	80 0,5 Не анализируется -

Таблица 7 - Выбросы в атмосферу

Наименование выброса, отделение, аппарат, диаметр и высота выброса	Суммарный объём отходящих газов, м³/сек	Состав выброса, мг/м³	ПДК атм. в. вредных веществ, мг/м³	Допустимое количество нормируемых компонентов вредных веществ, кг/час
Венттруба гранбашни,	148,8	Аммиак: 100	Аммиак: 0,2	Аммиак: 53,5968
отделение очистки воздуха гранбашни, (ротоционно-дисковый абсорбер) Свеча Х 750 (колонна абгазов синтеза, абсорбер С701/С750 ) Выхлопная труба Х-701 Неорганизованный выброс. Аппараты загрузки в ж/д вагоны Вентиляционные выбросы насосной ВД и НД Вентиляционные выбросы из узла кристаллизации Вентиляционные выбросы из узла грануляции	0,302 1,021 0,395 62,049 29,312 11,192 1,87	Карбамид: 100 Аммиак: 6000 Метан 36523,178 Аммиак: 6500 Карбамид (пыль): 749,367 Аммиак: 20 Аммиак: 20 Аммиак: 20 Карб.: 60	Карбамид: 0,2 Аммиак: 1020-0,2 Метан: 50 Аммиак: 0,2 Карбамид (пыль): 0,2 Аммиак: 0,2 Аммиак: 0,2 Аммиак: 0,2 Карб.:0,2	Карбамид: 53,5968 Аммиак: 6,523 Аммиак: 23,904 Карбамид (пыль): 1,066 Аммиак: 7,193 Аммиак: 2,941 Аммиак: 2,761 Карбамид: 0,403

.7 Конструкции основного аппарата и вспомогательного оборудования

Выпаривание - это процесс концентрирования растворов твердых нелетучих веществ путем частичного испарения растворителя при кипении жидкости, т. с. когда давление пара над раствором равно давлению в рабочем объеме аппарата.

Для нагревания выпариваемых растворов до кипения используют топочные газы, электрообогрев и высокотемпературные теплоносители, но наибольшее применение находит водяной пар, характеризующийся высокой удельной теплотой конденсации и высоким коэффициентом теплоотдачи. Пар, используемый для обогрева аппарата, называют первичным, а пар, образующийся при кипении раствора, - вторичным.

Выпаривание ведут под вакуумом, при атмосферном и повышенном давлениях.

При выпаривании под атмосферным давлением, образующийся вторичный пар обычно не используется и выбрасывается в атмосферу.

Выпаривание под повышенным давлением вызывает повышение температуры кипения раствора и дает возможность использования вторичного пара для обогрева других корпусов выпарной установки с меньшим давлением. Кроме того, вторичный пар может быть использован для других теплотехнических целей (экстра-пар).

Для экономии греющего пара применяют многокорпусные выпарные установки, которые состоят из нескольких выпарных аппаратов, где вторичный пар, уходящий из любого предыдущего корпуса, является греющим паром для последующего, в котором

По принципу работы выпарные аппараты разделяются на периодически и непрерывнодействующие. Периодическая выпарка применяется при малой производительности установки или для получения высоких концентраций. При этом подаваемый в аппарат раствор выпаривается до необходимой концентрации, сливается и аппарат загружают новой порцией исходного раствора.

В установках непрерывного действия исходный раствор непрерывно подается в аппарат, а упаренный раствор непрерывно выводится из него.

В химической промышленности в основном применяют пепре-рывнодействующие выпарные установки с высокой производительностью за счет сильно развитой поверхности нагрева (до 2500 м² в единичном аппарате). Они более экономичны в тепловом отношении, так как отсутствуют потери теплоты на периодический разогрев аппарата.

Выпарные аппараты используются в химической пищевой и других отраслях промышленности, а также в энергетике. Конструкции выпарных аппаратов очень разнообразны, что значительно усложняет их классификацию.

Все конструкции выпарных аппаратов подразделяются в зависимости от расположения и вида поверхности нагрева; конфигурации поверхности нагрева; компоновки поверхности нагрева; рода теплоносителей; взаимного расположения рабочих сред; кратности циркуляции и режима циркуляции.

По методу выпаривания выпарные установки делятся на следующие группы:

I) выпарные установки поверхностного типа, в которых раствор контактирует с поверхностью теплообмена;

2) выпарные установки контактного типа, в которых нагревание осуществляется без разделяющей поверхности теплообмена;

3) выпарные установки адиабатного испарения.

Наибольшее применение в химической промышленности нашли выпарные аппараты поверхностного типа, особенно вертикальные трубчатые выпарные аппараты с паровым обогревом непрерывного действия.

В зависимости от режима движения кипящей жидкости в выпарных аппаратах их разделяют на:

а) аппараты со свободной циркуляцией;

б) аппараты с естественной циркуляцией;

в)аппараты с принудительной циркуляцией;

г) пленочные выпарные аппараты.

Выпарные аппараты со свободной циркуляцией. Для выпаривания вязких и кристаллизующихся продуктом находят еще применение выпарные аппараты периодического действия с паровой рубашкой (рисунок - 4).

Слабо концентрированный раствор подается в аппарат, где за счет обогрева возникает свободная циркуляция. Подогрев ведется до температуры кипения. После выпаривания до необходимой концентрации выпаренный раствор спускается из аппарата и аппарат вновь наполняется неконцентрированным раствором.

Рисунок 4 - Однокорпусной выпарной аппарат

Для выпаривания коррозионно-активных растворов ограниченное применение находят выпарные аппараты со змеевиковой поверхностью теплообмена, с горизонтальной и вертикальной трубчаткой.

Все выпарные аппараты аппараты со свободной циркуляцией просты в конструктивном отношении, но имеют низкий коэффициент теплопередачи и небольшую производительность, вследствие чего применение их весьма ограничено. Обычно они используются при небольших производительностях по испаренной воде (до 3 т/ч).

Выпарные аппараты с естественной циркуляцией. В таких выпарных аппаратах циркуляция раствора осуществляется за счет различия плотностей в отдельных точках аппарата, т. е. и кипятильных трубках и циркуляционной трубе. Для циркуляции необходима разность температур между греющим паром и раствором 7-10°С. Кратность циркуляции в выпарных аппаратах с естественной циркуляцией составляет 20-30. Выпарной аппарат с центральной циркуляционной трубой имеет соосную греющую камеру 1, состоящую из кипятильных трубок 3 и обогреваемую паром.

Рисунок 5 - Выпарной аппарат с центральной циркуляционной трубой

Исходный раствор циркулирует по кипятильным трубкам снизу вверх и опускается вниз по циркуляционной трубе 2. Наличие сепаратора 4 достаточных размеров и брызгоотделителя 5 обеспечивает хорошее отделение вторичного пара от уносимых капелек жидкости.

Циркуляция в аппарате происходит за счет разности плотностей жидкости в циркуляционной трубе, где кипение не столь интенсивно, и иарожидкостной эмульсии в кипятильных трубках. В аппарате на каждую единицу объема жидкости в кипятильных трубках приходится значительно большая поверхность нагрева труб (пропорционально их диаметру). Благодаря устройству циркуляционной трубы усиливается естественная циркуляция, увеличивается коэффициент теплоотдачи и уменьшается осаждение накипи и твердых частичек на внутренних поверхностях кипятильных труб. Этот выпарной аппарат компактен, удобен в обслуживании, но вызывает затруднения замена греющей камеры.

Существуют аппараты с вынесенной греющей камерой. Аппарат состоит из греющей камеры , представляющей собой пучок труб, сепаратора с брызгоуловителем и циркуляционной трубы , присоединенной к нижней растворной камере.

Выпариваемый раствор, поднимаясь по трубкам, нагревается и по мере подъема вскипает. Образовавшаяся парожидкостная смесь направляется в сепаратор, где происходит разделение жидкой и паровой фаз.

Высота парового пространства влияет на сепарацию из пара капелек жидкости, выбрасываемых из кипятильных труб и поднимающихся по инерции на определенную высоту.

Вторичный пар, проходя сепаратор и брызгоотделитель, освобождается от капель, а раствор возвращается по циркуляционной трубе в греющую камеру.

В таких аппаратах облегчается очистка поверхности от отложений, так как доступ к трубам легко осуществляется при открытой верхней крышке греющей камеры.

Поскольку циркуляционная труба не обогревается, создаются условия для интенсивной циркуляции раствора. При этом плотность раствора в выносной циркуляционной трубе больше, чем в циркуляционных трубах, размещенных в греющих камерах, что обеспечивает сравнительно высокую скорость циркуляции раствора и препятствует образованию отложений на поверхности нагрева.

Аппараты с подвесной греющей камерой применяют для упаривания кристаллизующихся, агрессивных и умеренно вязких растворов.

В таких аппаратах вследствие большого сечения кольцевого канала между обечайкой и внутренней паровой камерой улучшена циркуляция раствора, а свободная подвеска греющей камеры исключает возможность нарушения плотности вальцовочных соединений между трубами и решеткой при термической деформации.

Аппараты изготовляют с площадью поверхности нагрева от 100 до 400 м² и длиной греющих труб от 1520 до 3190 мм.

Достоинством аппарата является повышенный коэффициент теплопередачи за счет хорошего охлаждения раствора в кольцевом пространстве (со стороны корпуса) и легкость выемки греющей камеры из аппарата для чистки, ремонта или замены.

Выпарные аппараты с усиленной естественной циркуляцией применяется для упаривания вязких и кристаллизующихся растворов.

Интенсификация работы аппарата происходит за счет установки направляющих перегородок и переноса процесса кипения в сепаратор.

Аппарат состоит из корпуса, трубных решеток, в которых развальцованы трубы. Над ними, но высоте 3-4 м установлены концентрические перегородки, образующие кольцевые каналы. Внутри аппарата расположена длинная циркуляционная труба, внизу камера для осаждения кристаллов.

В трубках происходит нагрев раствора, а закипает он в каналах между перегородками, после чего парожидкостная смесь поступает в сепаратор, где происходит отделение вторичного пара.

При достаточной высоте парового пространства капли не достигают верха этого пространства и падают обратно на зеркало испарения. Жидкость возвращается в греющую камеру по циркуляционной трубке.

В выпарном аппарате с усиленной естественной циркуляцией наибольшая интенсивность теплообмена достигается при скорости циркуляции жидкости, равной 2,5 м/с.

С целью повышения интенсивности циркуляции раствора и увеличения коэффициента теплопередачи применяют аппараты с принудительной циркуляцией. Их целесообразно использовать при упаривании вязких жидкостей, когда естественная циркуляция затруднена. Аппараты с принудительной циркуляцией имеют высокие показатели при меньших перепадах температур.

Принудительная циркуляция организуется с помощью мешалок, насосов или подачей газа. Циркуляция раствора может создаваться также путем вращения либо вибрацией поверхности нагрева.

Пленочные выпарные аппараты используют для упаривания очень вязких и пастообразных растворов. Кроме того, их применяют для выпарки чистых некристаллизующихся растворов и растворов, чувствительных к высоким температурам.

В пленочных аппаратах выпариваемый раствор движется вдоль поверхности теплообмена в виде тонкой пленки, что дает возможность осуществлять упаривание при однократном прохождении раствора вдоль поверхности без его циркуляции. В таких аппаратах происходит снижение потерь полезной разности температур и повышение коэффициента теплопередачи.

Температурный напор в пленочных испарителях составляет 2-3 градуса, т. е. значительно ниже, чем в испарителях с заполненными жидкостью трубами (5-8 К). Это дает возможность при заданном температурном напоре в установке снизить удельный расход теплоты на выпаривание и увеличить производительность выпарной установки.

По способу организации движения пленки испаряемой жидкости пленочные выпарные аппараты и испарители делятся на вертикальные с падающей и восходящей пленкой и горизонтальные- трубные и роторные.

По принципу действия их разделяют на аппараты с гравитационным течением пленки по поверхности нагрева и аппараты с размазыванием раствора по поверхности теплообмена роторными мешалками.

Выпарной аппарат пленочного типа с восходящей пленкой и соосной греющей камерой (рисунок 6) отличается наличием длинных труб 5,7-9 м, которые заполняются на 20-25 % их высоты. Раствор поступает в нижнюю часть аппарата и распределяется по трубкам греющей камеры 1.

Рисунок 6 - Выпарной аппарат пленочного типа с восходящей пленкой и соосной греющей камерой

При достижении температуры кипения в растворе бурно образуются пузырьки, которые, двигаясь вверх, увлекают за собой раствор, распределяя его тонким слоем по внутренней поверхности кипятильных трубок. Следовательно, парожидкостная смесь расслаивается на пленку жидкости около стенок и пар в центре трубок так, что жидкая пленка увлекается вверх трением о струю пара. Испарение жидкости происходит при этом в тонком слое, движущемся с большой скоростью (20 м/с). Парожидкостная эмульсия по выходе из верхней части трубок поступает в центробежный сепаратор 2, где происходит отделение жидкости от пара. Вторичный пар уходит через верхний штуцер, а концентрированный раствор отбирается из нижней части сепаратора для производственных целей или отводится в следующий корпус.

В таком выпарном аппарате отсутствует циркуляция раствора, т. е. каждая частица раствора однократно омывает обогреваемую поверхность, Поэтому эффективность аппарата зависит от уровня раствора. При снижении уровня раствора ниже оптимального жидкость превращается в пар, не достигнув верхней части труб, и таким образом уменьшается активная поверхность нагрева.

Для достижения высокой производительности выпарного аппарата с восходящей пленкой необходимо поддерживать оптимальный уровень раствора в кипятильных трубах, определяемый опытным путем.

Максимальный эффект от процесса кипения раствора в пленке достигается большой длиной греющих труб. За счет этого увеличивается скорость движения парожидкостной эмульсии и уменьшается средняя толщина пленки раствора. Скорость пара, образующегося при кипении пленки, повышается за счет роста его удельного объема; с уменьшением гидростатического давления понижается температура кипения раствора и увеличивается коэффициент теплоотдачи от стенки к пленке.

Выпарные аппараты с восходящей пленкой применяют для выпаривания маловязких и пенящихся растворов, чувствительных к высоким температурам.

К недостаткам этих аппаратов относятся: возможность температурных деформаций длинных труб с последующим изгибом и нарушением плотности вальцевых соединений в трубных решетках; трудность очистки труб от накипи н необходимость постройки здании большой высоты.

В аппарате с падающей пленкой выпариваемый раствор подается сверху в греющую камеру , которая состоит из пучка труб, заключенного в цилиндрическую обечайку. Верхние н нижние концы труб завальцованы в трубные решетки, приваренные к торцам обечайки. К нижней трубной решетке подсоединена переходная камера со штуцером для соединения с сепаратором.

Разделение парожидкостной смеси происходит в сепараторе, представляющем собой цилиндрический сосуд с коническим днищем и эллиптической верхней крышкой. Брызгоотделитель расположен в верхней части сепаратора. Вторичный пар уходит через штуцер в крышке сепаратора, а упаренный раствор отводится из нижней его части.

Эффективность испарения растворителя зависит от толщины пленки, скорости течения пленки, физико-химических свойств жидкости и температурного перепада между поверхностью и жидкостью.

При пленочном течении жидкости коэффициенты теплопередачи сравнительно высоки. Такие аппараты применяют для упаривания растворов термически нестойких веществ и вязких растворов.

Выпарные аппараты контактного типа

Степень концентрирования растворов можно значительно повысить в выпарных установках без разделяющей поверхности теплообмена, т. е. при непосредственном соприкосновении упариваемого раствора с горячим теплоносителем.

Контактные выпарные аппараты могут различаться по типу теплоносителя: им является газ, жидкость или твердое вещество. Наибольшее распространение получили нагреватели типа газ -жидкость,

Отходящие газы технологических агрегатов при использовании их в контактных аппаратах частично очищаются. При этом улучшается состояние воздушной среды.

Для эффективного нагревания и выпаривания растворов применяются аппараты с барботажем топочных газов через слой жидкости. Топочные газы, попадая в корпус, проходят через барботажную решетку, распыляются в растворе на мелкие пузырьки и образуют большую поверхность теплообмена. Растворитель интенсивно испаряется за счет насыщения водяным паром газовых пузырьков, которые всплывают на поверхность раствора, лопаются и выносят парогазовую смесь в надрастворное пространство. В результате температура парогазовой смеси в надрастворном пространстве превышает температуру жидкости па 2-5 .

Барботажные аппараты могут выполняться с одной барботажной решеткой и секционированными. Применяют также барботажные аппараты с мешалками.

Аппараты отличаются простотой в изготовлении и эксплуатации; к недостаткам их следует отнести возможность загрязнения упариваемого раствора продуктами сгорания.

Выпарные аппараты с погружными горелками (АПГ) получили широкое распространение для выпаривания до высоких концентраций растворов соляной, серной, фосфорной и других химически агрессивных кислот, а также растворов хлористого магния и натрия, сульфата натрия, железного купороса и других солей. АПГ эффективно используют для выпаривания кристаллизующихся растворов.

Горячим теплоносителем в АПГ являются топочные газы, получаемые в результате сжигания жидкого или газообразного топлива в горелках, погруженных непосредственно в выпариваемый раствор (отсюда название - выпарные аппараты с погружным горением). Продукты сгорания выходят из горелки через распределительное устройство и барбатируют через раствор.

Вторичный пар из аппарата удаляется вместе с топочными газами и больше не используется.

Парогазовая смесь из аппарата отводится в конденсатор, где конденсируются пары растворителя, а газ направляется в атмосферу или поступает в аппарат для поглощения газов жидкостями (абсорбер) с целью очистки.

При непосредственном контакте дымовых газов с выпариваемым раствором процесс теплообмена имеет очень низкие потери.

Выпарные аппараты большой производительности могут иметь до трех погружных горелок.

К недостаткам АПГ следует отнести: необходимость более строгого контроля за процессом горения для исключения возможности взрыва газовой смеси в аппарате; сравнительно большие габариты аппаратов (диаметр до 3,6 м и высота 7,2 м); необходимость установки громоздких конденсаторов для разделения парогазовой смеси.

В моем дипломном проекте используется выпарной аппарат пленочного типа с восходящей пленкой, потому что в выпарном аппарате именно этого типа можно создать необходимые условия для проведения концентрирования раствора карбамида.

Таблица 7 - Вспомогательное оборудование

Наименование оборудования	Материал, способы защиты	Техническая характеристика
Кристаллизатор	Нержавеющая сталь	Температура 100°С, 3426x7606 мм. V - 56,8 м³. Среда - СО₂, NНз, карбамид, вода; Мешалка пропеллерная - 3-х лопастная, п-145 об/мин., N-22 кВт.
Эжектор выпарки	Нержавеющая сталь	производительность - 56 кг/час. Давление пара- 4,2 кгс/см², давление на всасе- 0,033мПа Давление на нагнетании - 0,11 мПа (1,1 кгс/см ). расход пара - 21 5 кг/час, расход газа - 86 кг/час, масса - 50 кг.
Сборник раствора карбамида	Нержавеющая сталь	6500x5600 мм, вместимость 150 м³, масса 9330 кг.
Аварийная ёмкость раствора карбамида	Нержавеющая сталь	3000x9434 мм, вместимость 5,1 м, масса 9030 кг.
Сборник маточного раствора	Нержавеющая сталь	6500x5120 мм, V- 140м³. Мешалка лопастная - З шт. 500 мм, п=408 об/мин. Электродвигатель -5,5 кВт.
Аварийная емкость аммиачной воды	Углеродистая сталь	3000x9404 мм, вместимость 63,1 м³, масса 9000 кг
Насос раствора карбамида	Нержавеющая сталь	Тип-Х90/49- химический горизонтальный, консольный на отдельной стойке. Вид - центробежный, производительность 90 м /час. Напор - 49 м.вод.ст. (0,49 мПа). Электродвигатель: напряжение -380 В. Номинальная сила тока - 29,5 А
Насос маточного раствора	Нержавеющая сталь	Тип: 150-NСО- 400 - 400 - ZСsрес -50 - FЕ, вид: центробежный, Qmах= 182 м³/час, Н=30 м.ст.ж. Температура 150°С. Среда раствор карбамида. Двигатель закрытый, обдуваемый, мощность - 37 кВт, напряжение 380В
Насос биурета	Нержавеющая сталь	Тип: 32- ТСV -175- 10-2 ZСsрес - 70- FЕ, центробежный Qmах = 5,5 м³/час, Н=47 м.ст.ж. Температура 32°С. Среда - карбамид, вода. Двигатель закрытый, обдуваемый, мощность -0,4 кВт, напряжение 380В
Насос выпарки	Нержавеющая сталь	Тип: 100-ТСV-305- 126- ZСsрес -50- FЕ. центробежный Qmах ~ 55 м³/час, Н=24 м.ст.ж. Температура 100°С. Среда - раствор карбамида. Двигатель закрытый, обдуваемый, мощность 1 кВт,
Сгуститель кристаллов	Нержавеющая сталь	1460x3402. Производительность -15 м³/час.
Центрифуга	Нержавеющая сталь	п = 900 об/мин. Температура - 60°С. Среда - раствор карбамида. Мощность - 25 т/час.
Фильтр расплава карбамида	Нержавеющая сталь	Поверхность фильтрации: 0,2 м². Сетка - 0 0,2 - 0,3 мм.
Гранбашня	Железобетон, футеровка	17,000 м, Н = 145,2 м. Рабочая зона -83м.
Гранулятор с конусообраз ной корзиной	Нержавеющая сталь	Производительность - 1 140 т/сутки. Число оборотов - 200 - 600 об/мин.
Емкость КФС		6200x10000 мм, V = 300м³. Снабжен змеевиком. Темпер, в змеевике- 40°С. Среда в змеевике - вода
Труба-сушилка	Нержавеющая сталь	1108/ 0580 мм, п = 116000мм, температура макс. - 150 °С, давление макс. - 0,005 мПа (0,5 кгс/см²). Производительность - 25 т/ч

Таблица 8 - Возможные неполадки и их ликвидация

Наименование неполадок их внешние проявления	Вероятные причины возникновения неполадок	Действия персонала и способустранения неполадок
Высокий уровень в сборнике маточного раствора	Малая нагрузка на выпарку. Кристаллизация линии нагнетания насоса.	Увеличить нагрузку на выпарку. Пропарить закристаллизованный участок.
Низкая температура раствора в подогревателе выпарки.	Снижение давления или расхода пара, подаваемого в межтрубное пространство.	Поднять давление (расход) пара Проверить работу регулятора с помощью байпаса уменьшить уровень конденсата.
	Большой уровень конденсата в межтрубном пространстве.	В случае неисправности регулятора или клапана регулирование вести байпасом клапана. Клапан или регулятор сдать в ремонт.
Высокое давление в сепараторе выпарки, сборнике постоянного давления	Забит эжектор. Плохая конденсация газа в теплообменниках Повышенное содержание аммиака в растворе карбамида.	Очистить эжектор и включить в работу. Увеличить подачу охлаждающей воды на теплообменнике. Во время остановки почистить трубчатку от отложений. Привести режим на синтезе и рециркуляции в соответствие с нормами технологического процесса.
Высокое давление в кристаллизаторах	Забивка фильтров на линиях подачи пара в эжектор	Перевести раствор после кристализаторов на циркуляцию, прекратить подачу пара на эжектора. Сбросить вакуум из системы кристаллизации. Подать в сборник конденсат в количестве, равном количеству выпарной воды из раствора.
	Повышенное содержание аммиака в растворе карбамида	Увеличить расход охлаждающей воды, во время остановки произвести чистку трубчатки. Отрегулировать режим на синтезе и рециркуляции.
Высокий уровень в кристаллизаторах	Неисправность в регуляторах уровней. Высокий уровень в кристаллизаторах (не упаривается раствор).	Перевести регулятор на ручное управление, отрегулировать уровень ручным приводом клапана отремонтировать регулятор и включить в работу. Проверить работу вакуумирующей системы и снизить давление до н/б 0,2 атм.

1.8 Охрана труда и промышленная экология

1.8.1 Охрана труда

Охрана труда - это система законодательных актов и составляющих им социально - экономических, технических, гигиенических и организационных мероприятий, обеспечивающих безопасность, сохранение здоровья и работоспособности человека в процессе труда.

На территории цеха по производству карбамида запрещается пользоваться открытым огнем. Курить можно только в местах специально отведенных для курения и согласованных с пожарной охраной. Огневые работы проводятся на основании письменного разрешения начальника цеха утвержденным главным инженером предприятия. При работе во взрывоопасных помещениях на аммиачных трубопроводах и в аварийных условиях должны применятся гаечные ключи из неискрящегося сплава или омедненные ключи.

Категории и классы взрывоопасности зданий и сооружений производства карбамида сведены в таблице 9.

Таблица 9 - Категории и классы взрывоопасности зданий и сооружений производства карбамида

Наименование помещения	Вещество по которому категорируется	Категория помещений по ИПБ 105-95	Класс помещения по СН и П 2.09.04.
Этажерка синтеза и кристаллизации Наружные ёмкости Насосная НД и камеры вентиляторов Этажерка абсорбции - десорбции - гидролиза Камеры приточных вентиляторов, коридор Насосная НД и камеры втяжных вентиляторов Производственные помещения Камеры вытяжных вентиляторов Камеры приточных вентиляторов, лестничные клетки Станция отгрузки, склад готовой продукции	NH3 - NH3 NH3 - NH3 Карбамид Пыль арбам. - Карбамид	Б Д Б Б Д Б В Д Д В	Гр 3б Нормал. Гр 3б Гр 3б Нормал. Гр 3б Гр 2г Гр 2г Нормал. Гр 2г

1.8.2 Производственная санитария

Производственная санитария - это система организационных мероприятий и технических средств, предотвращающих или уменьшающих действие на работающих вредных производственных факторов.

При создании безопасных условий труда очень важное значение имеют физико-химические и технические свойства сырья, вспомогательных материалов, промежуточных и готовых продуктов.

Аммиак - бесцветный горючий газ, обладает резким запахом, токсичен, при попадании на кожу жидкий аммиак вызывает ожоги. Вызывает острое раздражение слизистых оболочек, слезотечение, удушение. Пределы взрываемости в смеси с воздухом 15-28 об.%. Средствами индивидуальной защиты от аммиака являются противогазы марки КД или М, а также изолирующий противогаз АСВ - 2.

Диоксид углерода - обладает наркотическим, а также удушающим действием. Удушие наступает из-за недостатка кислорода. Для защиты от диоксида углерода используют шланговые противогазы ПШ - 1, ПШ - 2 и изолирующий противогаз АСВ - 2.

Оксид углерода - бесцветный горючий газ, не имеющий запаха. Производит общеядовитое действие, вытесняя кислород из окиси гемоглобина, вступает с ним в соединение. Для защиты от оксида углерода используют шланговые противогазы ПШ - 1, ПШ - 2 и изолирующий противогаз АСВ - 2.

Раствор карбамида - вызывает термические ожоги (при температуре 15-145°С) и раздражение кожи. Для защиты от раствора мочевины следует применять противогазы марки КД или М, а также изолирующий противогаз АСВ - 2.

Плав и раствор аммонийных солей вызывает термические ожоги, а также отравления, вследствие наличия аммиака и двуокиси углерода. Средства защиты применяются те же что и для защиты от раствора карбамида.

Карбамид - готовый продукт, вызывает раздражение кожи. Средства защиты применяются те же что и для защиты от раствора мочевины.

Азот (N₂) - бесцветный газ, без запаха и вкуса, не горит и не поддерживает горение, применяется как средство пожаротушения и как вытесняющая инертная среда при продувке аппаратов и трубопроводов. Мало растворим в воде. Азот оказывает удушающее воздействие на человека. Для защиты от азота используют шланговые противогазы ПШ - 1, ПШ - 2 и изолирующий противогаз АСВ - 2.

Все работающие на производстве карбамида должны быть обеспечены исправными средствами индивидуальной защиты. Все работающие в производстве должны быть обеспечены спецобувъю и спецодеждой. Перед началом работы обслуживающий персонал должен проверить исправность индивидуальных средств защиты.

В производстве карбамида большое значение уделяют технике безопасности. Нарушение правил техники безопасности, отступления от нормального режима работы или нарушения трудовой дисциплины на производстве, приводят к авариям, несчастным случаям, и даже к возможности возникновения профессиональных заболеваний.

Некоторые процессы в производстве мочевины являются огне- и взрывоопасными. Опасность и вредность отдельных стадий производства определяются:

а) наличием машин и движущихся механизмов; коммуникаций, работающих под давлением, возможностью скопления в каналах и проемах оксида и диоксида углерода, наличием масла и кислорода, применяемого в качестве добавки к экспанзерному газу, а также электрооборудования высокого напряжения.

б) возможностью выделения аммиака из кристаллизующихся растворов; наличием большого количества электрооборудования; машин работающих под высоким давлением (насосы); наличием горячих растворов.

в) возможностью выделения диоксида углерода.

При проведении технологического процесса тщательно следят за работой компрессоров, сжижающих диоксид углерода, не допускается превышение температуры и давления газа на каждой ступени этой машины, контролируется режим смазки маслом цилиндров и подшипников. Не допускается снижение давления масла в трубопроводе после масляного насоса, а также превышение температуры подшипников. Необходимо строго соблюдать нормативы пробела аппаратов. Особое внимание нужно обращать на возможность образования взрывчатой смеси кислорода с инертными газами водородом; оксидом углерода; метаном, выходящим из конденсатора аммиака и хвостового абсорбера. Отбор проб мочевины, замер температуры пульпы производят только при остановленном шнеке. Не разрешается применять шланги, составленные из кусков или изношенные.

Необходимо строго поддерживать уровень жидкого аммиака в сборнике перед аммиачным насосом высокого давления и уровень углеаммонийных солей перед насосом высокого давления, т. к. попадание газа в насосы может вызвать гидравлические удары и привести к нарушению этих машин. Запрещается проводить по ходу чистку и ремонт транспортеров и элеваторов. Работа допускается при исправно действующих приборах контроля, автоматизации, сигнализации и блокировок. Вентиляционные установки должны обеспечивать требуемую кратность обмена воздуха.

Немалое значение в процессе работы имеют предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны. Они являются обязательными санитарными нормативами при проектировании производственных зданий, технологических процессов, оборудования и вентиляции.

1.8.3Промышленная экология

Промышленная экология - это система государственных и промышленных мероприятий, обеспечивающих сохранение природной среды, пригодной для жизнедеятельности нынешних и будущих поколений.

При производстве карбамида имеются выбросы в окружающую среду газообразного аммиака, пыли карбамида. Кроме этого в процессе работы получается соковый конденсат, загрязненный аммиаком и карбамидом, который через химзагрязненную канализацию отправляется в цех БХО для полной очистки. С целью уменьшения вредных выбросов в атмосферу на производстве предусмотрены следующие системы очистки:

отходящих газов абсорбции в узле водной промывки, с образованием аммиачной воды и возвратом её в цикл;

выбросов от пыли карбамида и аммиака после гранбашни на установке кислотной промывки в скруббере.

Аналитический контроль за сточными водами осуществляется лабораторией ЦОТК и водной группой ЦOTK.

Также, в целях защиты окружающей среды большое внимание уделяется глубокой очистке газов, выбрасывающихся в атмосферу, от диоксида углерода и от аммиака в абсорбере низкого давления А, в скруббере СК-2 и аппаратуре кислой абсорбции, а также очистке воздуха, выходящего из грануляционной башни ГБ, от пыли предусмотрена также очитка сточных вод до санитарных норм перед их сбросом.

При возникновении аварийных ситуаций и остановке цеха на ремонт, воды, загрязненные аммиаком и карбамидом, сбрасываются в сборник аммиачной воды и подземный резервуар, предусмотренный специально для этих целей, с последующей переработкой этих растворов в технологии.

2. Расчетная часть

Производительность установки по товарному продукту	345000 т/год
Состав товарного продукта согласно ГОСТ 2081-92: массовая доля азота в пересчете на сухое вещество массовая доля биурета массовая доля воды	не менее 46,2% не более 1,4% масс. не более 0,3%
Календарный фонд рабочего времени	330 сут.
Сырье: аммиак жидкий (согласно ГОСТ 6221-90) марка Ак, Б влага	не менее 99,6% масс. отс.
Диоксид углерода (ГОСТ 8050-85, 1й с.) в том числе СО₂ инерты	99,5% об. 0,5% об.
Воздух для поссивации: в том числе О₂ инерты	100% об. 21% об. 79%
Потери карбамида (общие): в том числе при упаривании из них безвозвратных при кристаллизации при дистилляции в том числе в стриппере на ректификации	7,5% 1% 0,5% 1% 5,5% 4% 1,5%
Степень превращения СО₂Мольное соотношение NH₃: СО₂Н₂О: СО₂	56% 3:1 0,5:1
Потери сырья: по NH₃ по СО₂	1,5% масс. 6% масс.

2.1 Предварительный расчет

2.1.1 Определяем часовую производительность установки

(1)

где К - календарный фонд рабочего времени;

Ч - час/сут.;

П_г - производительность тонн в год.

кг/ч.

Определяем состав карбамида в масс. %

Пересчитываем концентрацию карбамида по питательному элементу (азоту) на концентрацию по карбамиду:

Молярная масса карбамида Mr (СО(NH₂)₂)=12+16+(14+12)*2=60

Молярная масса азота Mr (N₂)=214=28, тогда

60 СО(NH₂)₂ - 100%

(N₂) - х % ;

,6 - 100%

46,2 - х, тогда:

;

Определяем количество чистого карбамида

,6 кг - 100%

Х кг - 99,14%, тогда

кг/ч

Определяем содержание биурета

43560,6 кг - 100%

Х кг - 0,25% тогда,

кг /ч,

Где 0,25% - принимаем на основании исходных данных.

Определяем содержание воды:

43560,6 кг - 100%

Х кг - 0,2% ,тогда

кг/ч,

где 0,2% - принимаем на основании рекомендаций в исходных данных.

С учетом 7,5% потерь определяем количество карбамида, которое получится в колонне синтеза:

G=43185,91,075=46424,8 кг/ч

,8-43185,9=3238,90 кг/ч - потери карбамида

в том числе при упаривании:

из них безвозвратных:

при кристаллизации:

431,85+215,93+431,85=1079,63 кг/ч

2.1.2 Теоретические расходные коэффициенты

Стехиометрический расход аммиака и диоксида углерода определяем по суммарной реакции:

СО₂ + 2NH₃= СО(NH₂)₂ + H₂O (5)

Молярная масса карбамида Mr (СО(NH₂)₂) =60, а

Молярная масса углерода Mr (СО₂)=44

Определяем расход аммиака:

217 кг NH₃ - 60 кг СО(NH₂)₂

х кг NH₃ - 1000 кг СО(NH₂)₂ ,

NH₃/т карбамида,

где 1000 кг =1 т карбамида

- масса аммиака

Определяем расход углекислого газа:

кг СО₂ - 60 кг карбамида

х кг - 1000 кг, тогда

₂/т карбамида

Определим расход воды:

кг H₂O - 60кг карбамида

х кг H₂O - 1000 кг карбамида, тогда

/т карбамида,

где 18- молярная масса воды.

2.1.3 Практические расходные коэффициенты

Практический расход реагентов определяем с учетом потерь.

Определяем расход аммиака на 1 тонну карбамида с учетом 1,5% потерь (см. исх. данные).

Для 100%-ного аммиака необходимо:

566,67 NH₃/т карбамида

В исходном сырье аммиака содержится 99,6% масс., тогда всего на процесс необходимо аммиака:

575,17 кг NH₃- 99,6 %

х кг - 100 %,

NH₃/т карбамида

в этом количестве аммиака содержится инертов (вода):

577,47-575,17=2,3 кг H₂O/т карбамида

Определяем расход диоксида углерода с учетом 10% потерь (см. исх. данные).

Переводим массовый расход в объемный по закону Авогадро:

(2)

где м³/моль);

тогда м³ СО₂/т карбамида

% СО₂ необходимо:

=373,33*1,06=395,72 м³/т

СО₂ содержится 99,5% (см.исх. данные),тогда всего газа:

395,72 м³ - 99,5%

х м³ - 100%,

х =397,7 м³/т

В этом количестве газа инертов (азота):

397,7-395,72=1,99 м³/т

Переводим объемный расход СО₂, N₂ в массовый с учетом потерь (используем уравнение 2):

m= , (3)

тогда = кг СО₂/т карбамида

Всего экспадерного газа с учетом примесей:

777,3 + 2,48= 779,78 кг/т

2.1.4 Материальный баланс выпарной установки

Цель материального баланса: определение расхода сырья и вспомогательных материалов для обеспечения заданной производительности.

АВ: G 2(a)=G3+G4: G2(b)=G5+G6

ЦФ: G6=G7+G8

Е: G1+G4+G7= G2(b)+G2(a)+G9

Рисунок 9 -Схема материальных потоков выпарной установки

Материальный баланс всего узла:

G1=G3+G5+G8+G9,

где G1- раствор карбамида из колоны ректификации;

G2(а)- раствор карбамида поступающий в выпарной аппарат;

G2(b)- раствор карбамида поступающий в кристаллизатор;- соковый пар из выпарного аппарата;- раствор карбамида из выпарного аппарата;- соковый пар из кристаллизатора;- раствор карбамида из кристализатора;- раствор карбамида из центрифуги;- карбамид на грануляцию;- раствор карбамида на рециркуляцию.

На узел выпарки приходит жидкая фаза из колонны ректификации (поток 1),с учетом потерь:

43185,9+1079,63=44265,53 кг/ч

Таблица 10- Состав потока 1

компоненты	кг/ч	%
СО₂	255,42	0,43
NH₃	510,85	0,86
H₂O	14369,07	24,19
CO(NH₂)₂	44265,53	74,52
Всего:	59400,88	100

Согласно регламента, кратность циркуляции по узлу выпарки-кристаллизации равна 5,4, причем:на выпарку : G на кристаллизацию = 1 : 4,4

Рассчитываем количество этих потоков (поток 2(а) и 2(b)).

Всего потока 2*(2(а) + 2(b)):

59400,88*4,4= 261363,87 кг/ч,

тогда на выпарку подается (поток 2(а)) 61402,31 кг/ч

на кристаллизацию (поток 2(b)) 59400,88 *2,2=130681,94 кг/ч на одну нитку,

тогда на две нитки 130681,94 *2= 261363,87 кг/ч

В процессе выпарки всего потери карбамида 1% (исх. данные) или 431,85 кг/ч из них 0,5% безвозвратные, т.е. превращаются в биурет и 0,5 % возвратные т.е. разлагаются до исходных (NH₃ и СО₂).

Определяем количество образовавшегося биурета по реакции:

2(NH₂)₂CONH₂CONHCONH₂+NH₃+Q (6)

Биурет: Gб == 185, 34 кг/ч

NH₃:GNH₃=30,59 кг/ч

Получим при разложении карбамида

(HN₂)₂CO+H₂OCO₂+2NH₃(7)

СО₂ : G_CO₂= кг/ч

NH₃ : G_NH₃= кг/ч

потребовалось Н₂О: G_Н2О= кг/ч

Зная общее количество входящих в выпарной аппарат продуктов и общий их состав, рассчитаем количество каждого компонента потока 2(а)

Таблица 11 - Состав потока 2(а) (по исх. данным).

Компоненты	кг/ч	%
Биурет	4906,51	8,26
Диоксид углерода	17,82	0,03
Аммиак	47,52	0,08
Вода	11327,75	19,07
Карбамид	43101,28	72,56
Всего:	59400,88	100

Жидкая фаза, выходящая из выпарного аппарата содержит 77,8% карбамида.

Определяем общее количество карбамида на выходе из выпарного аппарата:

43101,28-431,85=42669,43 кг/ч

Определяем количество биурета на выходе

4906,51+185,34= 5091,85 кг/ч

Определяем общее количество жидкой фазы:

42699,43 кг/ч - 77,8 %

х кг/ч - 100%,

х = 54845,03 кг/ч

В этом количестве жидкой фазы содержится воды:

54845,03 -42699,43-5091,85=7083,75 кг/ч

Сводим данные расчета в таблицу 12 (поток 4)

Таблица 12 - Состав потока 4

Компоненты	кг/ч	%
Карбамид	42699,43	77,8
Биурет	5091,85	9,28
Вода	7083,75	12,92
Всего:	54845,03	100

Определяем количество и состав газовой фазы:

СО₂= 17,82+158,35=176,17 кг/ч

NH₃= 47,52+122,36+30,59=200,47 кг/ч

Н₂О = 11327,75-7083,75-64,78= 4179,22 кг/ч

Таблица 13 - Сводная таблица материального баланса выпарного аппарата.

Приход			Расход			кг/ч	%	статья	кг/ч	%
жидкая фаза из емкости Е			жидкая фаза в емкость Е
поток 2(а)	59400,88	100	поток 4	54845,03	100
В том числе: Карбамид Биурет Диоксид углерода Аммиак Вода	43101,28 4906,51 17,82 47,52 11327,75	72,56 8,26 0,03 0,08 19,07	В том числе: КарбамидБиурет Вода	42669,43 5091,85 7083,75	77,8 9,28 12,92
			Газовая фаза из выпарного аппарата
			поток 3	4555,85	100
			В том числе: Диоксид углерода Аммиак Вода	176,17 200,47 4179,22	3,87 4,40 91,73
Всего:	59400,88		Всего:	59400,88

2.1.5 Материальный баланс стадии кристаллизации

Чтобы рассчитать стадию кристаллизации надо определить потоки, начиная от емкости Е.

На грануляцию идет поток из центрифуги с содержанием влаги 1,5% от двух ниток кристаллизации.

2.2 Тепловой баланс выпарки в аппарате пленочного типа

Цель теплового расчета: определение теплового потока хладоагента или теплоносителя и их расход, температуры предварительного подогрева одного из потоков, расхода одного из потоков (сырья или циркулирующего продукта испаряемого внутри аппарата); уточнение температурного режима аппарата.

Рисунок 10 - Схема тепловых потоков выпарной установки

Исходные данные:

Количество раствора поступающего на выпарку(поток 2а),кг/ч 59400,88

Концентрация поступающего раствора, % 72,56

Температура поступающего раствора, 95

Количество выпариваемой воды, кг/ч 4755,86

Количество уходящего плава, кг/ч 54845,03

Концентрация уходящего плава, % 77,8

Процесс выпаривания проходит под давлением, МПа 0,08

Аппарат обогревается насыщенным паром, МПа 0,4

Количество карбамида разлагающееся при выпаривании, кг/ч 431,85

Состав ПГС, выходящий из аппарата, кг/ч 4555,86

в том числе:

Н₂О (пар) 4179,22

NН₃ 200,47

СО₂ 176,17

Температура уходящего плава, 110

Количества исходных реагентов и продуктов реакции приняты согласно материальному расчету.

Уравнение теплового баланса:

Q_2а+ Q₁₀=Q₄+ Q₃+ Q₁₁+ Q_п,

Где Q_2а-приход тепла с поступающим раствором, кДж/ч

Q₁₀- приход тепла с греющим паром, кДж/ч

Q₃- тепло уходящее с ПГС, кДж/ч

Q₄- тепло уносимое плавом карбамида, кДж/ч

Q₁₁- тепло уносимое конденсатом пара, кДж/ч

Q_п- потери тепла в окружающую среду, кДж/ч

Приход тепла с греющим паром

Приход тепла с греющим паром:

₁₀ = Д ∙ ί₁₀, (4)

где: Д - количество тепла, приносимое с греющим паром, кДж/ч;

ί₁₀ - энтальпия пара, кДж/ч

Q₁₀ = 2744Д

Приход тепла с поступающим раствором:

_2а = (m_кc_к +m_бc_б + m_СО2c_СО2 + m_NH₃c_NH₃ + m_Н2Оc_Н2О)t,

где: m_к - масса карбамида в растворе поступающем в выпарной аппарат, кг/ч;

m_б - масса биурета в растворе поступающем в выпарной аппарат, кг/ч;

m_СО2 - масса диоксид углерода в р-ре поступающем в выпарной аппарат, кг/ч;

m_NH₃ - масса аммиака в растворе поступающем в выпарной аппарат, кг/ч;

m_Н2О - масса воды в растворе поступающем в выпарной аппарат, кг/ч;

c_к - теплоемкость карбамида при 95⁰С, кДж/кг ∙гр (1,845);

c_б - теплоемкость биурета при 95⁰С, кДж/кг ∙гр (1,840);

c_СО2 - теплоемкость диоксид углерода при 95⁰С, кДж/кг ∙гр (0,871);

с_NH₃ - теплоемкость аммиака при 95⁰С, кДж/кг ∙гр (2,183);

с_Н2О - теплоемкость воды при 95⁰С, кДж/кг ∙гр (1,866);

t - температура поступающего раствора, ⁰С

_2а = (43101,28∙1,845 + 4906,51∙1,840 + 17,82∙0,871 + 47,52∙2,188 + 11535,11∙1,867) ∙ 95 = 10432732,73 кДж/ч

Расход тепла

Тепло, уносимое плавом карбамида:

₄ = (m'_кc_к +m'_бc_б + m'_Н2Оc_Н2О)t₂,

где: m'_к - масса карбамида в растворе выходящем из выпарного аппарата, кг/ч;

m'_б - масса биурета в растворе выходящем из выпарного аппарата, кг/ч;

m'_Н2О - масса воды в растворе выходящем из выпарного аппарата, кг/ч;

c_к - теплоемкость карбамида при 95⁰С, кДж/кг ∙гр (1,845);

c_б - теплоемкость биурета при 95⁰С, кДж/кг ∙гр (1,840);

c_Н2О - теплоемкость воды при 95⁰С, кДж/кг ∙гр (1,867);

t₂ - температура уходящего раствора,⁰С

₄ = (42669,43∙1,845 +5091,85∙1,840 + 7083,75∙1,866) ∙ 110 = 11145140,74 кДж/ч

Тепло, уходящее с парогазовой смесью:

₃ = m''_Н2О∙ί_Н2О + m''_NH₃∙с_NH₃∙ t₃ + m''_СО2∙ί_СО2,

где: ί_Н2О - энтальпия перегретого пара при 110⁰С (температура кипения плава карбамида) составляет 2694 кДж/кг; с_NH₃ - 1,412 кДж/кг ∙гр; ί_СО2 - 416,5 кДж/кг;

t₃ - температура плава карбамида,⁰С;

m''_СО2 - масса диоксид углерода в ПГС, кг/ч;

m''_NH₃ - масса аммиака в ПГС, кг/ч;

m''_Н2О - масса воды в ПГС, кг/ч;

₃ = 4179,22∙2694 + 200,47∙1,412 ∙ 110 + 176,17∙416,5 = 11363330,49 кДж/ч

Потери тепла в окружающую среду принимаем 5% от тепла с поступающим раствором:

_п = Q_2а∙ 0,05

Q_п = 10432732,73 ∙ 0,05 = 521636,64 кДж/ч

Результаты расчета сводим в таблицу - 21

Таблица 21 - сводная таблица матерального баланса

Приход		Расход
Статья	кДж/ч	Статья	кДж/ч
Тепло с поступающим раствором (поток 2а)	10432732,73	Тепло, уходящее с ПГС(поток 3) Тепло, уносимое плавом карбамида (поток 4) Потери тепла в окружающую среду	11363330,49 11145140,74 521636,64
Всего:	10432732,73		23030107,87

Из таблицы видно, что приход тепла на много меньше расхода.

Тепло уносимое конденсатом греющего пара:

₁₁ = Д∙ ί₁₁, (5)

где: ί₁₁ - энтальпия конденсата греющего пара, кДж/кг (601,1)

₁₁ = Д∙601,1

Найдем тепло испарения:

_исп = Q_пар - Q_конд

Находим количество тепла, расходуемое на образование пара

_пара = Q₃ - Q_2а

Q_пара =11363330,49-10432732,73 = 930597,76 кДж/кг

Образуется перегретого пара при давлении 0,4 МПа при 110⁰С.

Определим массу пара

_пара= Q_пара / ί_пара - ί_воды,

где: ί_пара = 2753;

ί_воды = 558,7

_пара=930597,76 / 2753 - 558,7 = 424,10 кг/ч

Q_пара = t ∙ ί_пара ∙ m_пара;

Q_конд = t ∙ ί_воды ∙ m_пара;

Q_пара = 140 ∙ 2735 ∙ 424,10 = 163455766,6 кДж/ч

Q_конд = 140 ∙ 558,7 ∙ 424,10= 33172253,80 кДж/ч

Q_исп = 163455766,6 -33172253,80 = 130283512,8 кДж/ч

Определяем расход греющего пара из уравнения теплового баланса:

Дί₁₀+ Q_2а= Q₄+ Q₃+ Дί₁₁+ Q_п+ Q_исп;

Д = Q₄+ Q₃+ Q_п+ Q_исп - Q_2а / ί₁₀- ί₁₁;

Д = 11145140,74+11363330,49+ 521636,64+ 130283512,8 -10432732,73/(2744- 601,1) =66676,41 кДж/ч

отсюда:

₁₀= 66676,41 ∙ 2744 = 182960069,0 кДж/ч

Q₁₁= 66676,41 ∙ 601,1 = 40079190,05 кДж/ч

Q₁₀ - Q₁₁ = Q₄+ Q₃+ Q_п+ Q_исп - Q_2а

,0 -40079190,05 = 142880887,9

,9= 142880887,9

Результаты сводим в таблицу теплового баланса.

Таблица 22 - Таблица теплового баланса.

Приход		Расход
Статья	кДж/ч	Статья	кДж/ч
Тепло с поступающим раствором Тепло с греющим паром	10432732,73 182960069,0	Тепло, уносимое концентрированным раствором Тепло, уходящее с ПГС Тепло, уносимое конденсатом пара Потери тепла в окружающую среду Тепло на испарение	11145140,74 11363330,49 40079190,05 521636,64 130283512,8
Всего:	198082810,7		198082810,7

2.3 Конструктивный расчет

Задачей конструктивного расчета аппарата является определение числа трубок, размещение трубок в трубной плите, определение диаметра корпуса аппарата, размеров парового пространства и диаметра патрубка. Определение числа кипятильных трубок производится на основе теплового расчета аппарата, в результате которого определяется его поверхность нагрева.

Определяем поверхность теплообмена:

= Q/K∙Δtср, (6)

где: Q - тепловая нагрузка аппарата, Вт/м²∙гр.;

K - коэффициент теплоотдачи, Вт/м²∙гр.;

Δtср - средняя разность температур, ⁰С.

Определяем среднюю разность температур:

'₁ → t''₁140 → 120

t''₂ ← t' 110/30 ← 95/25

Δt_Н = t'₁ - t''₂ = 140 - 110 = 30 ⁰С;

Δt_К = t''₁ - t'₂ = 120 - 95 = 25 ⁰С

Δt_Н/Δt_К = 30/25 = 2,2

Так как Δt_Н/Δt_К > 2, то среднюю разность температур определяем по формуле:

Δtср = Δt_Н - Δt_К/2,3 lg(Δt_Н/Δt_К),

где: Δt_Н, Δt_К - разность температур на концах подогревателя,⁰С

Δtср = 30 - 25/2,3 lg(30/25) = 27,45 ⁰С

Определим коэффициент теплоотдачи:

К = 1/ (1/α₁ + δ_загр. + 1/α₂), (7)

где: α₁- коэффициент теплоотдачи от горючего теплоносителя, Вт/м²∙гр.;

α₂ - коэффициент теплоотдачи от стенки к холодному теплоносителю, Вт/м²∙гр.;

δ_загр. - степень загрязнения стенки, м.

Предварительно выбираем аппарат с трубами диаметром 38 х 2,5 мм, длиной 5000 мм по ГОСТу 11987 - 73, ориентировочное число труб n = 800, шаг t = 48мм.

Плотность стекания конденсата по наружной поверхности труб:

Г = Д/ 3600 ∙ n ∙ π ∙ d_н, (8)

где: Д - расход пара, кг/ч;

n - ориентировочное число труб;

d_н - наружный диаметр, м.

Г = 98390,49/ 3600 ∙ 800 ∙ 3,14 ∙ 0,038 = 0,286 кг/м∙с

Критерии Рейнольдса для пленки:

_пл = 4Г/М, (9)

где: М - динамическая вязкость воды М = 0,18∙10^-3, МПа ∙с

_пл = 4∙0,286 /0,18∙10^-3 = 6355,6

Отсюда рассчитываем критерии Нуссельта:

Nu_пл = 1,53/ Re _пл^0,33;

Nu_пл = 1,53/ 6355,6 ^0,33= 0,085

Из уравнения Nu_пл = α₁∙ S_пр/ λ, находим

α₁ = Nu_пл ∙ λ / S_пр,

где: S_пр - приведенная толщина стенки, м;

λ - коэффициент теплопроводности (0,554 Вт/м∙гр.).

_пр = (М²/S²g)^0,33, (10)

где: S- плотность конденсата пара (943кг/м³);

М - вязкость конденсата пара (0,18∙10^-3 МПа∙с);

g - ускорение свободного падения, м²/с.

_пр = ((0,18∙10^-3)²/ 943 ∙ 9,81)^0,33 = 1,73∙10^-5 м

α₁ = 0,085∙ 0,554 / 1,73∙10^-5 = 2721,97 Вт/м²∙гр

Критерии Прандтля рассчитываем по формуле:

= М∙С/ λ, (11)

где: М - вязкость раствора карбамида (1,32∙10^-3 Н∙сек/м²);

С - теплоемкость раствора карбамида (2,18 кДж/кг ∙гр);

λ - коэффициент теплопроводности (0,501 Вт/м∙гр.).

= 1,32∙10^-3 ∙2,18 / 0,501 = 5,74

Режим давления холодного теплоносителя определяем по величине критерия Рейнольдса:

= ω∙ d_вн/М, (12)

где: ω - массовая скорость теплоносителя (500 кг/ м²∙с);

d_вн - внутренний диаметр, м.

_вн = d_н - 2δ = 38 - 2∙2,5 = 33 мм = 0,033 м

Re = 500∙ 0,033/ 1,32∙10^-3 = 12500

Так как Re > 10000, то режим движения теплоносителя по трубкам устойчивый турбулентный. Для турбулентного режима движения критериальное уравнение имеет вид:

=0,0023 ∙ Re^0,8 ∙ Pr^0,4; (13)

Nu =0,0023 ∙ 12500^0,8 ∙ 5,74^0,4 = 87,6

Коэффициент теплоотдачи от стенки греющей трубки к холодному теплоносителю:

α₂ = λ ∙ Nu / d_вн; (14)

α₂ = 0,501 ∙ 87,6/ 0,033 =1329 Вт/м²∙гр.

Отсюда находим коэффициент теплоотдачи:

К = 1/ (1/α₁ + r_загр. + 1/α₂), (15)

r_загр = r'_загр + r''_загр + δ_загр / λ_ст;

где: / λ_ст - теплопроводность стенки (17,5 Вт/м∙гр);

δ - толщина стенки (0,0025м);

'_загр = 0,00009 м²∙гр./Вт;

r''_загр = 0 м²∙гр./Вт.

r_загр = 0,00009 + 0 + 0,0025 /17,5 = 2,3∙10^-4 м²∙гр./Вт;

К = 1/ (1/2721,97 + 2,3∙10^-4_. + 1/1329) = 740,84 Вт/м²∙гр.

Определяем поверхность теплообмена

= 144035454,3/341,29∙27,45∙3600 = 192,79 м²

Принимаем по ГОСТу 11987-73 поверхность теплообмена 200 м².

Число труб греющей камеры определяем по формуле:

= F / π ∙ d_ср ∙ l; (16)

где: l - длина трубы, м.

= 200 / 3,14 ∙ 0,038 ∙ 5 = 335 шт

Определяем площадь, занятую трубками, при шаге равном:

= 1.3 ∙ d_н;

t = 1.3 ∙ 38 = 49,4 мм = =0,0494 м

Sтр = 0,866 ∙ t² ∙ n / Ψ,

где: Ψ - коэффициент использования плиты (0,7)

Sтр = 0,866 ∙ 0,0494 ² ∙ 335 / 0,7 = 1,05 м²

Определяем внутренний диаметр корпуса по формуле:

Д_вн= 1,1 t √n ,

Д_вн= 1,1 t0,0494√335 = 0,99 м

определяем толщину трубной решетки:

δ_мин.= d_нар/8+5;

δ_мин.= 0,038/8+5 = 0,0029 м

Определение параметров парового пространства

Определяем объем параметров парового пространства по формуле:

= W/σ,

где: W - количество выпаренной воды (4372,95 кг/ч);

σ - допустимое напряжение парового пространства (1000 кг/ м³)

= 4372,95 /1000 = 4,3 м³

Высота парового пространства.

Принимаем высоту парового пространства Н = 4 м

Диаметр обечайки сепаратора:

Дс = √¯4∙4,3/3,14∙4 = 1,17 м

Принимаем по ГОСТу 11987 - 72 Дс = 1,2 м = 1200 мм

Расчет штуцеров

Штуцер ввода греющего пара

_шт = √¯4G/πρω, (17)

где: G - расход пара, кг/ч;

ρ - плотность пара при 0,4 МПа (2,120 кг/м³);

ω - скорость движения пара (40 м/с)

_шт = √¯4∙(14134980.79/3600)/3.14∙2.120∙40 = 7.6 м

Принимаем внутренний диаметр патрубков входа нагрева пара 76000 х 5 мм.

Штуцер вывода конденсата пара

_вых = √¯4∙(14134980.79/3600)/3.14∙934∙0,4 = 3.6 м

Принимаем по ГОСТу 8734 - 78 трубу диаметром 360 х 5 мм

Штуцер ввода раствора карбамида

_вх = √¯4∙16,25/3.14∙1179∙1,75 = 0,1 = 100 мм

Принимаем по ГОСТу 8734 - 78 трубу диаметром 100 х 5 мм

Штуцер выхода раствора карбамида

_вых = √¯4∙14,97/3.14∙1179∙1,75 = 0,09 = 95 мм

Принимаем по ГОСТу 8734 - 78 трубу диаметром 95 х 5 мм

Штуцер выхода сокового пара

d_вых = √¯4∙6,3/3.14∙1179∙1,75 = 0,099м = 99 мм

Принимаем по ГОСТу 8734 - 78 трубу диаметром 100 х 5 мм

Заключение

В дипломном проекте выбрана выбрана схема получения карбамида с полным жидкостным рециклом и с применением стриппинг-процесса.

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.

Список используемых источников

1 Горловский Д.М. "Технология карбамида". Издательство "ХИМИЯ" Ленинград, 1981г., с. 320

Жаворонков Н. М., Кисиль И. М. и др.. Справочник азотчика. М., "Химия" 1986 г. с. 512.

Лощинский А. А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. Л., "Машиностроение" 1970 г. с. 752.

Мельников Б.П. "Производство мочевины". Издательство "ХИМИЯ" Москва, 1965г., с. 168

Мельников Е.Я. "Технология неорганических веществ и минеральных удобрений". Издательство "ХИМИЯ" Москва, 1983 г., с. 432

6 Мухленов И.П. Расчеты химико - технолческих процессов - Л., Химия 1976, 304 с.

7 Павлов К.Ф., Романов П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. "Химия" 1969г. с. 624.

Постоянный регламент цеха 2а.

Производство карбомида

Производство карбомида

Похожие работы на - Производство карбомида