Производство карбомида

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 СО2 Мольное соотношение NH3: СО2 Н2О: 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%

28 (N₂) - х % ;

46,6 - 100%

46,2 - х, тогда:

;

Определяем количество чистого карбамида

43560,6 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

46424,8-43185,9=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

17- масса аммиака

Определяем расход углекислого газа:

44 кг СО₂ - 60 кг карбамида

х кг - 1000 кг, тогда

₂/т карбамида

Определим расход воды:

18 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

100% 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

K: 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;

G3- соковый пар из выпарного аппарата;

G4- раствор карбамида из выпарного аппарата;

G5- соковый пар из кристаллизатора;

G6- раствор карбамида из кристализатора;

G7- раствор карбамида из центрифуги;

G8- карбамид на грануляцию;

G9- 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:

G 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+H₂O CO₂+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
статья	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: Карбамид Биурет 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:

Q₁₀ = Д • Я₁₀, (4)

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

Я₁₀ - энтальпия пара, кДж/ч

Q₁₀ = 2744Д

Приход тепла с поступающим раствором:

Q_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

Q_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:

Q₄ = (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

Q₄ = (42669,43•1,845 +5091,85•1,840 + 7083,75•1,866) • 110 = 11145140,74 кДж/ч

Тепло, уходящее с парогазовой смесью:

Q₃ = m''_Н2О•Я_Н2О + m''_NH3•с_NH3• t₃ + m''_СО2•Я _СО2,



где: Я_Н2О - энтальпия перегретого пара при 110⁰С (температура кипения плава карбамида) составляет 2694 кДж/кг; с_NH3 - 1,412 кДж/кг •гр; Я _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;

Q₃ = 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:

Q_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:

Q₁₁ = Д• Я₁₁, (5)



где: Я₁₁ - энтальпия конденсата греющего пара, кДж/кг (601,1)

Q₁₁ = Д•601,1

Найдем тепло испарения:

Q_исп = Q_пар - Q_конд

Находим количество тепла, расходуемое на образование пара

Q_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

m_пара = Q_пара / Я _пара - Я _воды,

где: Я _пара = 2753;

Я _воды = 558,7

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

Q_пара = t • Я _пара • m_пара;

Q_конд = t • Я _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:



ДЯ₁₀ + Q_2а = Q₄ + Q₃ + ДЯ₁₁ + Q_п + Q_исп;

Д = Q₄ + Q₃ + Q_п + Q_исп - Q_2а / Я₁₀ - Я₁₁;

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

отсюда:

Q₁₀ = 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

182960069,0 -40079190,05 = 142880887,9

142880887,9= 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:

F = Q/K•Дtср, (6)

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

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

Дtср - средняя разность температур, ⁰С.

Определяем среднюю разность температур:

t'₁ > t''₁ 140 > 120

t''₂ < t' 110/30 < 95/25

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

Дt_К = t''₁ - t'₂ = 120 - 95 = 25 ⁰С

Дt_Н/Дt_К = 30/25 = 2,2

Так как Дt_Н/Дt_К > 2, то среднюю разность температур определяем по формуле:

Дtср = Дt_Н - Дt_К/2,3 lg(Дt_Н/Дt_К),

где: Дt_Н, Дt_К - разность температур на концах подогревателя, ⁰С

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

Определим коэффициент теплоотдачи:



К = 1/ (1/б₁ + д_загр. + 1/б₂), (7)

где: б₁ - коэффициент теплоотдачи от горючего теплоносителя, Вт/м²•гр.;

б₂ - коэффициент теплоотдачи от стенки к холодному теплоносителю, Вт/м²•гр.;

д_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 • р • 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:

Re _пл = 4Г/М, (9)

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

Re _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 = б₁ • S_пр / л, находим

б₁ = Nu _пл • л / S_пр,

где: S_пр - приведенная толщина стенки, м;

л - коэффициент теплопроводности (0,554 Вт/м•гр.).

S_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.

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

б₁ = 0,085• 0,554 / 1,73•10^-5 = 2721,97 Вт/м²•гр

Критерии Прандтля рассчитываем по формуле:

Pr = М•С/ л, (11)

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

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

л - коэффициент теплопроводности (0,501 Вт/м•гр.).

Pr = 1,32•10^-3 •2,18 / 0,501 = 5,74



Режим давления холодного теплоносителя определяем по величине критерия Рейнольдса:

Re = щ• d_вн/М, (12)

где: щ - массовая скорость теплоносителя (500 кг/ м² •с);

d_вн - внутренний диаметр, м.

d_вн = d_н - 2д = 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:

Nu =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:

б₂ = л • Nu / d_вн; (14)

б₂ = 0,501 • 87,6/ 0,033 =1329 Вт/м²•гр.

Отсюда находим коэффициент теплоотдачи:

К = 1/ (1/б₁ + r_загр. + 1/б₂), (15)

r_загр = r'_загр + r''_загр + д_загр / л_ст;



где: / л_ст - теплопроводность стенки (17,5 Вт/м•гр);

д - толщина стенки (0,0025м);

r'_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

F = 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:

n = F / р • d_ср • l; (16)

где: l - длина трубы, м.

n = 200 / 3,14 • 0,038 • 5 = 335 шт

Определяем площадь, занятую трубками, при шаге равном:

t = 1.3 • d_н;

t = 1.3 • 38 = 49,4 мм = =0,0494 м

Sтр = 0,866 • t² • n / Ш,

где: Ш - 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 vn ,

Д_вн = 1,1 t0,0494v335 = 0,99 м

определяем толщину трубной решетки:

д_мин. = d_нар/8+5;

д_мин. = 0,038/8+5 = 0,0029 м

Определение параметров парового пространства

Определяем объем параметров парового пространства по формуле:

n = W/у,

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

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

Vn = 4372,95 /1000 = 4,3 м³

Высота парового пространства.

Принимаем высоту парового пространства Н = 4 м

Диаметр обечайки сепаратора:

Дс = v?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

d_шт = v?4G/рсщ, (17)

где: G - расход пара, кг/ч;

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

щ - скорость движения пара (40 м/с)

d_шт = v?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

d_вых = v?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

d_вх = v?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

d_вых = v?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 = v?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.

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



Список используемых источников

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

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

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

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

5 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.

8 Постоянный регламент цеха 2а.

Размещено на Allbest.ru