Аннотация 2
Введение 5
1 Теоретическая часть 7
1.1 Химизм процесса получения карбамида 7
1.2 Физико-химические основы процесса синтеза карбамида 8
1.3 Характеристика сырья и продуктов процесса 14
1.4 Описание технологии получения карбамида ПАО «ТольяттиАзот» 16
1.5 Особенности технического оснащения процесса 19
1.6 Аналитический контроль процесса 24
2 Технологическая часть 25
2.1 Выбор способы модернизации процесса 25
2.2 Материальный баланс модернизированного реактора 29
2.3 Тепловой баланс процесса 35
2.4 Расчет вихревого смесителя 38
Заключение 42
Список используемых источников 43
Карбамид (мочевина) среди азотных удобрений занимает второе место по объему производства после аммиачной селитры. Рост производства карбамида обусловлен широкой сферой его применения в сельском хозяйстве. Он обладает большой устойчивостью к выщелачиванию по сравнению с другими азотными удобрениями, т.е. менее подвержен вымыванию из почвы, менее гигроскопичен, может применяться не только как удобрения, но и в качестве добавки к корму крупного рогатого скота. Карбамид, кроме того, широко используется для получения сложных удобрений, удобрений с регулируемым сроком действия, а также для поучения пластмасс, клеев, лаков и покрытий.
Тенденцией последних лет стало наращивание мощностей по производству карбамида в развивающихся странах и их сокращение в развитых. В настоящее время основная доля мощностей (более 85%) сосредоточена в развивающихся регионах мира. Так, за последнее десятилетие в Азии мощности выросли почти на 8 млн. тонн — до 40 млн. тонн, в основном за счет строительства новых установок в Индии, а также в Пакистане и Индонезии. В Китае за этот же период мощности удвоились.
В последние годы достигнут значительный прогресс в области исследований синтеза карбамида, и во всем мире наблюдается увеличение производства карбамида за счет реконструкции реактора синтеза.
Одним из крупнейших предприятий по производству карбамида в Российской Федерации является ПАО «ТольяттиАзот».
Целью представленной бакалаврской работы является повышение эффективности узла синтеза карбамид на ПАО «ТольяттиАзот».
Задачи работы:
1) Изучить химизм процесса и основные физико-химические закономерности;
2) Представить описание существующей технологии, реализованной на производстве ПАО «ТольяттиАзот»;
3) Изучить оборудование, применяемое на стадии синтеза, особенности конструкции реакционных аппаратов синтеза карбамида;
4) Предложить вариант модернизации существующей конструкции реактора с целью увеличения конверсии исходных реагентов;
5) Произвести расчеты материального и теплового балансов процесса;
6) Произвести расчет предлагаемой конструкции.
В представленной работе предложена возможность повышения эффективности узла синтеза карбамида на предприятии ПАО «ТольяттиАзот».
В работе рассмотрены основные и побочные химические реакции процесса получения карбамида, а также оптимальные условия протекания данных реакций. На установке ПАО «ТольяттиАзот» синтез осуществляется при температуре 180-190°С, давлении 14-16 МПа и соотношении аммиак : диоксид углерода 2,95-4. Конверсия диоксида составляет не менее 60%.
Для повышения эффективности работы узла синтеза карбамида предложена модернизация конструкции реактора синтеза. Сущность модернизации заключается в размещении в нижней части реактора вихревого смесителя реакционных потоков с целью увеличения поверхности контакта газовой и жидкостной фаз, т.е. увеличения реакционного объема, что влияет на скорость реакции и, как следствие, увеличивает производительность всего агрегата.
Предложенная установка вихревого смесителя устраняет мертвые зоны на дне реактора, что увеличивает полезный объем для реакции. Эти два фактора приводят к увеличению коэффициента конверсии СО₂ в реакторе синтеза и снижению энергозатрат на дистилляционных секциях.
Установка вихревого смесителя дает повышение коэффициента конверсии CO₂ в реакторе синтеза карбамида на 0,5-1,5% в зависимости от технологии процесса.
Важно, что такая модернизация может быть осуществлена в короткие сроки и в рамках плановой остановки агрегата карбамида, так как смеситель имеет малые габариты.
Рассчитаны материальный и тепловой балансы проектируемого реактора синтеза карбамида.
Произведен расчет основных размеров вихревого смесителя.
