Понятие, свойства, производство мочевины

курсовая работа

3. Основные аппараты по схеме с частичным рециклом

Колонна синтеза предназначена для получения мочевины из аммиака и двуокиси углерода под давлением до 200 атмосфер и при температуре 180-190°С. Колонна синтеза представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Колонна синтеза (с защитным стаканом)

1 - корпус высокого давления; 2 - наружный стакан; 3 - внутренний стакан; 4 - перегородка с прорезями; 5 - внутренне сферическое днище; 6,10 - уплотнительные кольца; 7 - днище колонны; 8, 12 - фланцы; 9 - термопара; 11 - крышка колонны

мочевина карбамид дистилляция органический

Колонна состоит из корпуса 1 высокого давления, крышки 11 и днища 7. Внутри корпуса помещены два вертикальных стакана 2 и 3, вставленные один в другой в перевернутом виде. Благодаря этому между корпусом и стаканами образуются кольцевые сечения, служащие для направления потока жидкого аммиака.

Свежий жидкий NH3 поступает через нижний штуцер в кольцевое пространство между корпусом 1 и наружным стаканом 2 и внутренним стаканом 3 и стекает вниз, смешиваясь с возвратным аммиаком. Далее через отверстие во внутреннем сферическом днище 5 смесь поступает в реакционную зону, ограниченную внутренним стаканом 3; в эту зону через нижний штуцер непосредственно подается двуокись углерода. При таком прохождении свежего жидкого аммиака корпус колонны защищен от воздействия агрессивной реакционной смеси и высокой температуры.

Для лучшего перемешивания смеси в нижней части колонны установлена насадка, состоящая из нескольких перегородок с прорезями 4. Реакционная масса медленно, поднимаясь вверх, проходит через прорези в перегородках; при этом направление движения жидкости непрерывно изменяется, создается турбулентный поток и, как следствие, достигается хорошее перемешивание и увеличивается продолжительность соприкосновения реагентов.

В результате противоточного движения аммиака и плава обеспечивается достаточно хороший теплообмен, что благоприятно сказывается на процессе превращения CO2 в мочевину. Плав мочевины выводится из колонны через верхний штуцер. В верхней части колонны имеется также штуцер для замера температуры с помощью термопары 9.

Колонна дистилляции 1 ступени предназначена для частичного разложения карбамата аммония и выделения из плава в газовую фазу свободного аммиака и продуктов разложения. Она представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 - Колонна дистилляции 1 ступени с теплообменником

1 - крышка; 2 - сепарирующее устройство; 3 - карман для термопары; 4 - распределительное устройство для плава; 5 - корпус; 6 - насадка; 7 - решетка; 8 - штуцер для регулятора уровня; 9 - днище; 10 - нижняя циркуляционная труба; 11 - кожухотрубный теплообменник; 12 - верхняя циркуляционная труба; 13 - люк; 14 - штуцер для предохранительного клапана; 15 - штуцер для манометра; 16 - указатель уровня; 17 - воздушник

Процесс проводится под давлением 16-18 атмосфер и при температуре 110-120°С. В цилиндрическом корпусе 5 колонны помещена насадка 6 из керамических колец (размерами 50Ч50Ч5 мм), уложенных правильными рядами. В верхней части колонны расположено сепарирующее устройство 2, которое предназначено для отделения брызг плава мочевины от газовой фазы, направляемой в колонну фракционирования. Ввод плава осуществляется через устройство 4, служащее для равномерного распределения плава по насадке. В нижней части колонны имеются два штуцера, через которые она с помощью циркуляционных труб 10 и 12 соединяется с кожухотрубным теплообменником 11. Пар подается в межтрубное пространство теплообменника, а по его трубкам циркулирует плав мочевины.

Стекая по насадке, плав мочевины нагревается поднимающимися вверх парами воды, аммиака и двуокиси углерода. При этом происходит разложения карбамата амония и выделение из раствора NH3 и CO2. Подогретый плав подается в нижнюю часть колонны и по циркуляционной трубе 10 направляется в теплообменник. Нагреваясь в нем до 120°С, плав в виде парожидкостной смеси по циркуляционной трубе 12 снова поступает в нижнюю часть колонны. Здесь происходит отделение жидкости от продуктов разложения карбамата аммония (аммиака и двуокиси углерода) и паров воды. Газ поднимается вверх и уходит совместно с выделившимися свободным аммиаком через верхний штуцер в колонну фракционирования. Раствор мочевины выводится из колонны через нижний штуцер. Сама насадка осуществляется через люк 13.

Колонна дистилляции 2 ступени предназначена для полного разложения карбамата аммония и выделения аммиака и двуокиси углерода из раствора мочевины. Она представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 - Колонна дистилляции 2 ступени с теплообменником

а - верхняя часть колонны; б - нижняя часть колонны

1 - крышка; 2 - сепарирующее устройство; 3 - корпус; 4, 5 - тарелки туннельного типа; 6 - соединительная труба; 7 - верхняя циркуляционная труба; 8 - кожухотрубный теплообменник; 9 - нижняя циркуляционная труба; 10, 11 - штуцера для замера уровня жидкости; 12 - днище; 13 - опора; 14, 18 - бобышки для термометров; 15 - указатель уровня; 16 - люк с распределительным устройством для раствора мочевины; 17 - штуцер для предохранительного клапана

Процесс проводится под избыточным давлением 0,5-1,4 атмосфер и при температуре 120°С. Колонна имеет цилиндрический корпус 3, внутри которого размещены 13 тарелок. Колонна разделена глухой тарелкой на верхнюю часть а и нижнюю часть б, сообщающиеся (по газовой фазе) через трубу 6. Вверху расположены 10 тарелок, внизу - 3 тарелки. Опыт работы показал, что можно снизить число тарелок, установив в нижней части 3-6 тарелок и наверху 3 тарелки.

В верхней части колонны имеются: штуцер для поступления плава из колонны дистилляции 1 ступени, штуцер для предохранительного клапана 17, штуцер для отвода газов дистилляции и сепарирующее устройство 2 с переливной трубой на первую верхнюю тарелку. Выше глухой тарелки расположен штуцер для перелива раствора мочевины в теплообменник 8 по трубе 9. Ниже глухой тарелки находится штуцер, предназначенный для входа парожидкостной смеси из теплообменника 8 по трубе 7 в нижнюю часть колонны. Здесь размещены штуцер для вывода раствора мочевины и штуцер для подвода под 3-ю нижнюю тарелку острого пара с целью полного выделения аммиака из раствора. В днище находится для слива раствора мочевины в случае остановки колонны на ремонт. Плав поступает в колонну дистилляции через закрепленное в люке распределительное устройство 16, что позволяет менять его без каких - либо затруднений.

В верхней части колонны происходят основное выделение свободного аммиака из плава мочевины, диссоциация карбамата аммония и отгонка продуктов разложения. Плав стекает по тарелкам, нагреваясь поднимающимися снизу парами воды, аммиака и двуокиси углерода. С глухой тарелки раствор мочевины перетекает в выносной кожухотрубный теплообменник 8 и проходит по его трубкам; в межтрубное пространство поступает пар, вследствие чего раствор нагревается до 110-120°С. Из теплообменника парожидкостная смесь поступает в нижнюю часть колонны, где газовая фаза отделяется от раствора.

Далее газовая фаза через паровой патрубок в глухой тарелке поступает в верхнюю часть колонны и отдает часть тепла стекающему вниз плаву.

Делись добром ;)