Аннотация 2
Введение 4
1 Аналитическая часть 5
1.1 Свойства карбамида и его роль в химической промышленности 5
1.2 Химические свойства и механизм синтеза карбамида 9
1.3 Аппаратурное оформление реакторного блока синтеза карбамида 11
1.4 Обзор современных методов оптимизации конструкции реакторов 13
2 Технологическая часть 20
2.1 Анализ технологической схемы производства карбамида 20
2.2 Выбор и обоснование способа оптимизации 23
3 Расчетная часть 27
3.1 Материальный баланс реактора синтеза карбамида 27
3.1.1 Материальный баланс существующего реактора 27
3.1.2 Материальный баланс предлагаемого реактора 35
3.2 Энергетический баланс реактора синтеза карбамида 36
3.3 Конструктивный расчет 42
Заключение 50
Список используемой литературы и используемых источников 51
Карбамид, широко известный как мочевина, представляет собой одно из важнейших соединений в химической промышленности, находящее применение в качестве ценного компонента для производства удобрений. Данная работа посвящена изучению и оптимизации процесса синтеза карбамида в крупнотоннажных производствах с учетом его значимости в качестве азотного удобрения.
Карбамид является источником азота, необходимого для роста растений. Применение удобрений, содержащих карбамид, содействует улучшению питательности почвы и способствует повышению урожайности сельскохозяйственных культур. Что делают его важным элементом в обеспечении продовольственной безопасности как отдельных стран, так и мира в целом.
Мировое производство карбамида составляет около 190-200 миллионов тонн в год. Основы производственных мощностей находятся в Китае, Индии, России и странах СНГ и некоторых европейских странах.
Процесс промышленного синтеза карбамида базируется на реакции углекислого газа и аммиака. Эта реакция, проводимая в реакторах высокого давления и температуры, образует карбамат аммония, который далее перерабатывается в карбамид.
Цель настоящей работы заключается в повышении конверсии реактора синтеза.
Для достижения цели должны быть решены следующие задачи:
- изучить параметры, влияющие на скорость процесса синтеза карбамида;
- провести анализ патентной информации и предложить решение по оптимизации процесса
- произвести расчеты материальных и тепловых балансов процесса, выполнить конструктивные расчеты предлагаемого оборудования.
В ходе проведенных исследований была обоснована оптимизация процесса синтеза карбамида путем установки нового устройства в реакторе. Это устройство, представляющее собой смеситель сырьевых компонентов, должно быть размещено в нижней части реактора и состоит из трех вихревых камер, через которые вводятся различные компоненты реакции.
Применение данного устройства приведет к равномерному распределению газовых компонентов в жидкой среде, что позволило устранить диффузионные ограничения процесса. Смешивание реагентов осуществляется в вихревых камерах путем тангенциального ввода потоков аммиака и углеаммонийных солей, что способствовало более эффективному процессу смешивания и распределению веществ в потоке.
Применение описанного устройства позволит достичь более высоких параметров тепло- и массообменных процессов в ходе взаимодействия компонентов реакционной массы. Благодаря этому удалось избежать образования периферийных застойных зон и недиспергированных газовых струй, что способствует повышению эффективности процесса и увеличению конверсии реактора синтеза карбамида.
Увеличение конверсии составит 10%. Аппарат имеет компактные размеры, диаметр и высота 1,2 метра, что позволяет установить его во внутренней части реактора синтеза, что позволит достичь максимального эффекта от использования данной конструкции. Конверсия процесса синтеза позволяет снизить энергозатраты на осуществление процесса стриппинга и дистиляции.
Таким образом, использование описанного устройства представляет собой перспективный подход для оптимизации процесса синтеза карбамида и может быть рекомендовано для дальнейших исследований и промышленной реализации с целью повышения эффективности производства этого важного химического соединения.
