Введение 3
Глава 1 Свойства карбамида. Технологии производства карбамида 7
1.1. Свойства карбамида 7
1.2. Синтез карбамида 9
1.3. Применение карбамида 11
1.4. Технологии производства 12
Глава 2 Модернизация промывной колонны 20
2.1. Варианты модернизаций узла очистки аммиака от углекислого газа ... 20
2.2. Реконструкция промывной колонны 22
2.3. Гидравлическое сопротивление 30
2.4. Сравнительный расчет гидравлического сопротивления регулярной и
нерегулярной насадки 33
2.5. Расчет насадочной части 45
2.6. Расчет экономических затрат на замену насадки 47
Глава 3 Конструкционные материалы. Коррозионная стойкость 52
3.1. Конструкционные материалы и коррозионная стойкость 52
3.2. Выбор материала 59
3.3. Экспериментальная часть 63
Заключение 72
Список используемой литературы и используемых источников 74
Актуальность и научная значимость настоящего исследования.
В настоящее время производство карбамида - получение высоколиквидного продукта, получаемого из газообразного диоксида углерода. Мировые мощности производства достигли примерно 200 млн. тонн в год. Синтез карбамида увеличивается с каждым годом. Одной из причин роста потребления карбамида, увеличение доли карбамида среди азотных удобрений, другая причина - увеличение промышленного применения.
Диоксид углерода является побочным продуктом получения аммиака. Применение диоксид углерода в качестве сырья для производства карбамида, снижает его выбросы в окружающую среду. Вторым компонентом производства карбамида является аммиак, который остается в сточных водах и газах дистилляции, пагубно влияет на обитателей водоемов и жителей земли. Процесс получения карбамида ведется в избытке аммиака в результате он остается в реакционной массе.
Улучшения в технологии производства сконцентрированы на уменьшение затрат на сырье и минимизации воздействия на окружающую среду и включают следующие направления: улучшения преобразования диоксида углерода, восстановление остаточного аммиака и мочевины из стоков.
Производство карбамида на ПАО «КуйбышевАзот» введено в эксплуатацию впервые в 1968 году с мощностью 90 тыс. тонн в год, а в 1969 году запущен второй агрегат производства с аналогичной мощностью. Наиболее крупные реконструкции были проведены в 2006-2008 годах.
Производство карбамида на ПАО «КуйбышевАзот» занимает одно из ведущих направлений в химической технологии.
Высокая ликвидность карбамида, получаемого из газового сырья, обусловлена его увеличением промышленного применением. Основные направления использования - удобрения, получения КФС, фармацевтическая промышленность, добавки к топливу.
Химические свойства карбамида обуславливают широкое его применение в химической промышленности в синтезе карбамидо- альдегидных (в первую очередь карбамидо-формальдегидных) смол, широко использующихся в качестве адгезивов, в производстве древесно-волокнистых плит (ДВП) и мебельном производстве.
Часть производимого карбамида используется для производства меламина. Значительно меньшая доля используется для нужд фармацевтической промышленности.
Объект исследования: производство карбамида цеха №4 ПАО «КуйбышевАзот»
Предмет исследования: модернизация промывной колонны производства карбамида путем замены насадочной части.
Целью данной работы является повышение эффективности очистки газовых выбросов производства карбамида модернизацией промывной колонны.
Для реализации цели исследования были сформулированы следующие задачи:
- Провести анализ существующих технологий производства карбамида.
- Предложить варианты модернизации промывной колоны в производстве карбамида.
- Провести расчеты различных насадок для промывной колонны производства карбамида.
- Произвести техно-экономический расчет эффективности модернизации производства карбамида.
- Оценить коррозионное воздействие среды на предлагаемый материал промывной колонны.
Теоретико-методологическую основу исследования составили научные работы Панина А.В. об устранении газовых выбросов, так же в основу легли научные работы других авторов по темам производства карбамида, процессам и аппаратам химической технологии [32].
Методы исследования: анализ литературных источников, расчеты технологических процессов и оборудования. В ходе работы были использовано гравиметрическое испытание на коррозию. Расчеты выполнялись в программе PTC Mathcad.
Научная новизна исследования заключается в использование новых разработок насадочных устройств, применение которых приводит к улучшению технологического процесса очистки газов дистилляции в производстве карбамида.
Теоретическая значимость исследования заключается в анализе научных работ по существующим методам получения карбамида, вариантам снижения газовых выбросов, разработкам контактных устройств - насадок.
Практическая значимость исследования заключается в возможности применения вариантов модернизации на действующей установке производства карбамида, что приведет к улучшению технологии за счёт использования улучшенных контактных устройств.
Достоверность и обоснованность результатов исследования обеспечивались результатами экспериментальных исследований и расчетами в программе PTC Mathcad.
Личное участие автора в организации и проведение исследования состоит в поиске и анализе литературы по теме данной работы, проведения необходимых технологических расчётов (гидравлическое сопротивление насадочной части, объема насадки, расчета коррозионных показателей). Автор принимал участие в подготовке и проведении экспериментальной части исследования, анализе полученных результатов, расчётах и формулировки вывода.
Апробация и внедрение результатов. Результаты магистерской диссертации докладывались на следующей конференции:
- научно-практическая конференция «Студенческие Дни науки в ТГУ», г. Тольятти, май 2021г;
- Международный научный форум «Наука и инновации - современные концепции», Москва, 18 июня 2021.
На конференции представлены доклады по теоретической части диссертационной работы. По результатам конференции опубликованы тезисы в сборнике конференции:
- Астапенко Е.П. Модернизация промывной колонны производства карбамида // Сборник научных статей по итогам работы Международного научного форума «Наука и инновации - современные концепции». Москва: Издательство Инфинити, 2021. - 73-74 с.
На защиту выноситься:
Предложение по модернизации промывной колоны производства карбамида путем замены насадочной части.
Структура магистерской диссертации. Работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованных источников (48 источников). Объем работы составляет 78 страниц машинного текста, содержит 30 рисунков, 9 таблиц и 75 формул.
Производство карбамида в Российской Федерации занимает второе место по сравнению с другими удобрениями, что обусловлено широким использованием его не только для производства продуктов сельскохозяйственной отрасли, но и для промышленности, транспорта, фармацевтики, медицины.
Историческое развитие производства карбамида пришло к использованию замкнутой системы, с полной рециркуляции аммиака и диоксида углерода. Технологические схемы с полузамкнутой системой используются в Российской Федерации, где реализована частичная рециркуляция аммиака и диоксида углерода. В результате модернизации действующих производств, совместно с научно-исследовательскими институтами или компаниями лицензиатами производства карбамида, постепенно заводы, находящиеся на территории России, приходят к замкнутой системе рециркуляции аммиака и диоксид углерода.
В процессе анализа действующего производства карбамида было выявлено, что узел промывочной колонны является неэффективным.
Были выделены следующие проблемы:
- увеличиваются затраты на сырье и энергоресурсы в результате высокого гидравлического сопротивления насадочной части промывной колонны;
- низкая эффективность насадки;
- малая полезная площадь использования насадки.
Было установлено, что из-за конструкционной особенности колец Рашига невозможно провести упорядоченную укладку, что приводит к образованию «мертвых зон», в которых не происходит смачивание, то есть образуется постоянные каналы течения жидкости.
Рассмотрены различные виды насадок и рассчитано их гидравлическое сопротивление.
В результате расчета гидравлического сопротивления сухой и смоченной насадки видно, что регулярные насадки имеют наименьшее значение гидравлического сопротивления. Реализованная насадка из колец Рашига имеет гидравлическое сопротивление равное 22 230 Па, тогда как более совершенные кольца Палля - 9 216 Па. Если использовать разработку ИнжеХим, то насадки создает гидравлическое сопротивление 1 328 Па. Самое минимальное гидравлическое сопротивление имеют регулярные установки, например упаковка Кох-Гличта - 244 Па.
Оценена коррозионная стойкость материала насадки в условиях работы промывочной колонны. Показано, что сталь марки 10Х17Н13М3Т проявляет стойкость в условиях работы колонны (скорость коррозии равна 0,0008 г/м2 г), по шкале устойчивости - «весьма устойчива».
Предложена в качестве насадочного устройства регулярная насадка, обладающая высокой эффективностью, коррозионной стойкостью и малой удерживающей способностью.
Рассчитаны экономические затраты на модернизацию промывной колонны. Капитальные затраты на замену насадочной части в зависимости от конструкционных особенностей составляют от 377 825 рублей до 484 811 рублей. При проведении модернизации и замены на кольца Палля, затраты составят 444 823 рублей, при замене на эффективную упаковку Кох -Глитча - 459 720 рублей.
Предлагаемая модернизация промывной колонны увеличивает эффективность очистки и снижает потери целевых продуктов
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
