Ответы на билеты по ТПНВ

Вопрос №1. Азотная кислота, требования к качеству, сырье Ответ:   Азотная кислота одно из исходных веществ для получения многих азотсодержащих продуктов. В промышленности   вырабатывается   неконцентрированная   азотная   кислота   46­60   массовых   %   и концентрированная 98­99 массовых %.   Азотная   кислота   негорючая   жидкость   ,   смешивается   в   любых   соотношениях     с   водой,   при растворении в воде выделяется тепло, в водных растворах диссоциация азотной кислоты происходит практически полностью. Плотность – 1351 кг/м3, температура кипения ­ 120˚С. Показатель Внешний вид Массовая доля HNO3,  Массовая   доля  NO  в пересчете на NO2О4 Массовая   доля   остатка после прокаливания Первый сорт Высший сорт Бесцветная или желтая жидкость без механических примесей Не менее 57 мас. % Не   более   0,07 массовых %   Не   более   0,004 массовых % Не менее 56 мас. % Не   более массовых % Не   более   0,02 массовых %   0,1 Второй сорт   0,2 Не менее 46 мас. % Не   более массовых % Не   более   0,05 массовых % НАК   является   сырьем   для   производства   аммиачной   селитры   и   сложных   азотнофосфорных   удобрений , до 80% все кислоты идет на производство минеральных удобрений.       Сырье для производства НАК: ­ аммиак сжиженный, безводный, марки А; ­ воздух атмосферный очищенный; ­ химически очищенная воды. Вопрос № 2. Свойства азотной кислоты и области использования Ответ: Представляет   собой  бесцветную  жидкость  с   неприятным   запахом,  более   тяжелую,  чем  вода.   Она быстро   испаряется   и   имеет   невысокую   температуру   кипения,   равную   +83   °С.   Соединение   легко смешивается с водой в любых пропорциях, образуя растворы различной концентрации. Более того, нитратная кислота может поглощать влагу из воздуха, то есть является гигроскопическим веществом.  Азотная кислота, являющаяся одной из самых сильных кислот, вступает в реакции замещения,   обмена, нейтрализации. Азотная кислота является сильной кислотой. Её соли — нитраты — получают действием HNO3 на   металлы   и   некоторые   соединения   неметаллов, оксиды, гидроксиды или карбонаты.   Все нитраты хорошо растворимы в воде. Нитрат­ион в воде не гидролизуется. Соли азотной кислоты при нагревании необратимо разлагаются, причём состав продуктов разложения определяется катионом Вопрос № 3. Очистка аммиака и воздуха. Контактное окисление аммиака Ответ:   Все промышленные способы получения азотной кислоты основаны на контактном окислении аммиака   кислородом   воздуха   с   последующей   переработкой   оксидов   азота   в   кислоту   путем поглощения их водой. Оптимальные условия окисления аммиака: 1.   Температура   –   реакция   аммиака   на   платине   начинается   при   145˚С,   протекает   с   малым   выходом  NO  и   образованием   элементов   азота.  Повышение   температуры   приводит   к   увеличению выхода оксида азота и росту скорости реакции.   Оптимальная температура конверсии аммиака под атмосферным давлением составляет около   800˚С.   2. давление – применение повышенного давления связана со стремлением увеличить скорость окисления   оксида   азота.   При   повышении   давления   равновесный   выход  NO  близок   к   100%.   3. Содержание аммиака в смеси  ­ определяется содержанием кислорода в воздухе. Выход NO незначителен, избыток кислорода помогает увеличить выход.     окисления аммиака.    4. 5.   Время   контактирования   –   оптимальное   время   контакирования   определяется   скоростью   влияние   примесей   –   платиновые   сплавы   чувствительны   к   примесям.   Вопрос № 4. Переработка оксидов азота в азотную кислоту. Кинетика этих процессов Ответ: Переработку   оксидов,   полученных   окислением   NO,   в   разбавленную   кислоту   осуществляют   путем абсорбции оксидов водой или водным раствором азотной кислоты.  ;  ;  . Переработка оксидов азота в азотную кислоту включает: окисление окиси азота до высших оксидов азота и последующее поглощение их водой. Стадия окисления аммиака в оксид азота II в общем виде выражается уравнением: 4NH3 + 5O2 = 4NO +6H2O­904,0 кДж . Стадия окисления оксида азота II в высшие оксиды и переработка их в азотную кислоту может быть представлена уравнениями: 2NO + O2 =2NO2 + 124,0 кДЖ . 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO + 136,2 кДЖ  Вопрос № 5. Катализаторы окисления. Механизм процессов, вызывающих потери платиноидных катализаторов и методы снижения потерь платиноидов Ответ:  Платиноидный   катализатор очень   чувствителен   ко   всем   загрязнениям,   которые   содержатся   в   аммиаке и воздухе.  Под   воздействием   реакционной   среды   происходит   изменение   структуры платиноидного   катализатора, которое сопровождается потерями его массы. Различают три вида потерь: химические, механические и потери за счет воздействия механических примесей. Вопрос № 6. Низкотемпературная селективная каталитическая очистка хвостовых газов от оксидов азота Ответ:   Объемная доля NOх в газе из абсорбционной колонны составляет от 0,009­0,11% об., а санитарная норма   при   выбросе   в   атмосферу   –   0,005%   об.   В   промышленной   практике   применяют   методы каталитического восстановления остаточных NOx природным газом или аммиаком до молекулярного азота   и   водяного   пара.   Процессы   очистки   делятся   на   высокотемпературные   и низкотемпературные( низкотемпературные <500˚С).    С   целью   снижения   температуры   восстановления   и   уменьшения   расхода   природного   газа   в качестве восстановителя  предложено использовать аммиак, который при определенных условиях селективно взаимодействует с оксидами азота и не реагирует с кислородом. Восстановление оксидов азота проходит в основном до молекулярного азота:  ,  . К недостаткам  данного способа  относится  трудность точной  дозировки  небольших  количеств   аммиака в газ после адсорбционных колонн и равномерного распределения его в газовом потоке. Вопрос № 7. Производство азотной кислоты в агрегатах, работающих под комбинированным и единым давлением Ответ:    Промышленные   системы   производства   неконцентрированной   азотной   кислоты   различаются главным   образом   по   давлению,   при   котором   осуществляются   основные   стадии   процесса.   В 0,35   азота абсорбцией   оксидов   под   давлением   зависимости   применяемого   давления   их   можно   условно   подразделить   на   следующие   группы: 1)системы,     работающие   под   единым   давлением   0,73   МПа   (агрегаты   УКЛ­7); 2)системы,   работающие   по   комбинированной   схеме   с   конверсией   аммиака   под   атмосферным   давлением   и     МПа;   3)системы,   работающие   крупнотоннажные   агрегаты   по   комбинированной   схеме   с   конверсией аммиака под давлением 0,4 МПа и абсорбцией оксидов азота под давлением 1,1 МПа (агрегаты АК­ 72 и АК­72М).   К  достоинствам   систем   работающих   при  повышенном   давлении,   следует   отнести   значительно меньшие капитальные затраты при строительстве, выпуск более концентрированной азотной кислоты; возможность ввода в эксплуатацию отдельных агрегатов системы, что позволяет получать азотную кислоту     В комбинированных системах достигается высокая степень конверсии аммиака в диоксид азота и меньше  потери  катализатора,  чем  в  системах,   работающих   при  повышенном  давлении;  несложное обслуживание этих систем на стадии получения оксидов азота, которая проводится при атмосферном давлении.     К недостаткам комбинированных систем следует отнести большие размеры контактного аппарата; большее количество агрегатов по сравнению с системами, работающими при повышенном давлении. К недостаткам схем АК ­ 72 относится использование реактора каталитической очистки в период пуска агрегата в качестве камеры сгорания для, что приводит к быстрому "старению". В результате "старения" берется его активность при работе в окислительной среде (на воздухе), что затрудняет пуск агрегата. строительства завершения до   полного   задолго   цеха.       Вопрос № 8. Технологическая схема НАК под давлением 0,716 МПа Ответ: Рисунок в тетради! Атмосферный   воздух   проходит   тщательную   очистку   в   двухступенчатом   фильтре   1.     Очищенный воздух сжимают двухступенчатым воздушным компрессором. В первой ступени 18 воздух сжимают до 0,35 МПа, при этом он нагревается до 165–175 °С за счет адиабатического сжатия. После охлаждения воздух направляют на вторую ступень сжатия 16, где его давление возрастает до 0,716 МПа. Основной поток воздуха после сжатия нагревают в подогревателе воздуха 12 до 250–270 °С теплотой нитрозных газов и подают на смешение с аммиаком в смеситель 6. Газообразный аммиак, полученный путем испарения жидкого аммиака, после очистки от влаги, масла и катализаторной пыли через подогреватель 5 при температуре 150 °С также направляют в смеситель 6.   Смеситель   совмещен   в   одном   аппарате   с   поролитовым   фильтром.   После   очистки   аммиачно­ воздушную смесь с содержанием NH3 не более 10% подают в контактный аппарат 14 на конверсию аммиака. Конверсия   аммиака   протекает   на   платинородиевых   сетках   при   температуре   870–900   °С,   причем степень конверсии составляет 96%. Нитрозные газы при 890–910 °С поступают в котел­утилизатор 15, расположенный под контактным аппаратом. В котле за сжег охлаждения нитрозных газов до 170 °С происходит испарение химически очищенной деаэрированной воды, питающей котел­утилизатор; при этом получают пар с давлением 1,5 МПа и температурой 230 °С, который выдается потребителю. После   котла­утилизатора   нитрозные   газы   поступают   в   окислитель   нитрозных   газов   13.   Он представляет собой полый аппарат, в верхней части которого установлен фильтр из стекловолокна для улавливания платинового катализатора. Частично окисление нитрозных газов происходит уже в котле­утилизаторе (до 40%). В окислителе 13 степень окисления возрастает до 85%. За счет реакции окисления нитрозные газы нагреваются до 300–335 °С. Эта теплота используется в подогревателе воздуха 12. Охлажденные в теплообменнике 12 нитрозные газы поступают для дальнейшего охлаждения в теплообменник 11, где происходит снижение их температуры до 150 ºС и нагрев выхлопных (хвостовых) газов до 110–125 °С. Затем нитрозные газы направляют в холодильник­конденсатор 7, охлаждаемый оборотной водой. При этом конденсируются водяные пары и образуется слабая азотная кислота. Нитрозные газы отделяют от сконденсировавшейся азотной кислоты в сепараторе 8, из которого азотную кислоту направляют в абсорбционную колонну 9 на 6–7­ю тарелку, а нитрозные газы – под нижнюю тарелку абсорбционной колонны. Сверху в колонну подают охлажденный паровой конденсат. Образующаяся   в   верхней   части   колонны   азотная   кислота   низкой   концентрации   перетекает   на нижележащие   тарелки.   За   счет   поглощения   оксидов   азота   концентрация   кислоты   постепенно увеличивается и на выходе достигает 55–58%, причем содержание растворенных в ней оксидов азота достигает ~1%. Поэтому кислота направляется в продувочную колонну 10, где подогретым воздухом из   нее   отдувают   оксиды   азота,   и   отбеленная   азотная   кислота   поступает   на   склад.   Воздух   после продувочной колонны подается в нижнюю часть абсорбционной колонны 9. Степень   абсорбции   оксидов   азота   достигает   99%.   Выходящие   из   колонны   хвостовые   газы   с содержанием   оксидов   азота   до   0,11%   при   температуре   35   °С   проходят   подогреватель   11,   где нагреваются   до   110–145   °С   и   поступают   в   топочное   устройство   (камера   сжигания)   3   установки каталитической   очистки.   Здесь   газы   нагреваются   до   температуры   390–450   °С   за   счет   горения природного   газа,   подогретого   предварительно   в   подогревателе   4,   и   направляются   в   реактор   с двухслойным катализатором 2, где первым слоем служит оксид алюминия, с нанесенным на него палладием, вторым слоем – оксид алюминия. Очистку осуществляют при 760 °С. Очищенные   газы   поступают   в   газовую   турбину   17   при   температуре   690–700   °С.   Энергия, вырабатываемая   турбиной   за   счет   теплоты   хвостовых   газов,   используется   для   привода турбокомпрессора   18.   Затем   газы   направляют   в   котел­утилизатор   и   экономайзер   (на   схеме   не показаны) и выбрасывают в атмосферу. Содержание оксидов азота в очищенных выхлопных газах составляет 0,005–0,008%, содержание СО2 – 0,23%. Вопрос № 9. Технологическая схема агрегата УКЛ Ответ: 11. Физико­химические свойства нитрата аммония, полиморфизм Кристаллическое   вещество   белого   цвета.   Температура   плавления   169,6   °C,   при   нагреве   выше   этой температуры начинается постепенное разложение вещества, а при температуре 210 °C происходит полное разложение. Температура кипения при повышенном давлении — 235 °C. Молекулярная масса 80,04 а. е. м. Скорость детонации 2570 м/с. При растворении происходит сильное поглощение тепла (аналогично нитрату калия), что значительно замедляет растворение. Поэтому для приготовления насыщенных растворов нитрата аммония применяется нагревание, при этом твёрдое вещество засыпается небольшими порциями. 12. Слеживаемость аммиачной селитры, меры предотвращения. Требования к качеству продукта Аммиачная   селитра   обладает   способностью   сильно   слеживаться.   Этому   благоприятствует   сравнительно большая растворимость аммиачной селитры в воде, высокий температурный коэффициент растворимости, гигроскопичность соли и полиморфные превращения. При остывании горячей аммиачной селитры в таре, а также при ее длительном хранении, когда изменяется ее температура (нагрев и охлаждение), происходит кристаллизация   аммиачной   селитры   из   маточного   раствора.   Кристаллы,   выделившиеся   из   раствора, находящегося на поверхности частиц, связывают смежные частицы; в результате этого селитра слеживается. Обработка   аммиачной   селитры   гидрофобными   веществами   уменьшает   ее   слеживаемость.   Однако распространения этот метод борьбы со слеживаемостью селитры не получил. Уменьшение   слеживаемости   достигается   припудриванием   частиц   соли   порошкообразными   минеральными добавками — фосфоритной или костяной мукой, талькмагнезитом, золой, гипсом, каолином и др. Одни из этих   добавок   только   уменьшают   активную   поверхность   частиц,   другие   обладают   также   адсорбционными свойствами. Влияние неорганических добавок на уменьшение слеживаемости аммиачной селитры в основном определяется:   1)   понижением   содержания   свободной   влаги   в   частицах,   2)   понижением   гигроскопической точки соли, что ведет к уменьшению количества испарившейся межчастичной влаги, 3) ослаблением связи между кристаллами и 4) изменением удельного объема маточного раствора Чтобы предотвратить слеживаемость требуется гранулировать продукт, охлаждать гранулы перед упаковкой, использовать герметичную упаковку, применять кондиционирующие добавки, вводимые в раствор нитрата аммония до его кристаллизации и понижающие его растворимость. 13. Основные стадии процесса. Свойства аммиачной селитры Аммиачная селитра — один из основных видов азотных удобрений; содержит не менее 34,2% азота. Сырьем для получения гранулированной аммиачной селитры служат неконцентрированная 58—60%­я азотная кислота и газообразный аммиак. В   качестве   кондиционирующей   добавки   используют   92,5%­ю   серную   кислоту,   которая   нейтрализуется аммиаком вместе с азотной кислотой до сульфата аммония. Для опрыскивания готовых гранул применяют поверхностно­активное вещество — 40%­й водный раствор диспергатора «НФ». Основными   стадиями   производства   аммиачной   селитры   являются:   нейтрализация   азотной   кислоты газообразным аммиаком; получение высококонцентрированного плава аммиачной селитры; гранулирование плава; охлаждение гранул аммиачной селитры; обработка гранул поверхностно­активным веществом ,очистка воздуха и сокового пара перед выбросом в атмосферу; упаковка и хранение готового продукта. 14.Технологические условия производства АС. Получение раствора нитрата магния (магнезиальной добавки) Технологические условия производства NH4NO3 Получение NH4NO3 основано на р­ции: HNO3+NH3  NH→ 4NO3, ΔH = ­146,49 кДж  При нейтрализации HNO3, содержащей 47­60% HNO3 обр­ся р­р NH4NO3. Этот р­р для получения твердого продукта   упаривается.   При   этом   на   1   стадии   исп­ся   теплота   самой   р­ции   нейтрализации.   Кол­во   тепла, выделяющееся при нейтрализации, зависит от конц­ции исходной HNO3+NH3 Чем больше конц­ция HNO3, тем более концентриров. р­р NH4NO3 м. получить на стадии нейтрализации за счет исп­ия тепла р­ции. 1­без исп­ия тепла р­ции, 2­при исп­ии тепла р­ции Нейтрализация HNO3 аммиаком осуществляется в аппарате ИТН­ использователь тепла нейтрализации. Роль магнезиальной добавки в производстве аммиачной селитры Так как АС сильно слеживается, приходится принимать некоторые меры по борьбе с этим явлением. Чаще всего   для   этого   используют   магнезиальную   добавку.   Добавка   нитрата   магния   обеспечивает   связывание свободной воды плава, образуя кристаллогидрат Mg(NO3)2*6H2O. Эта добавка замедляет переход II­III и обеспечивает переход II­IV, что увеличивает прочность гранул. Это связано с тем, что при переходе II­IV удельный   объем   изменяется   незначительно,   т.к.   параметры   решетки   модификации   II   (тетрагональная)   и параметры решетки IV (ромбическая бипирамидальная) – близки друг к другу. Получение нитрата магния. Сырье. Магнезиальную добавку получают из каустического магнезита по реакции: MgO+2HNO3=MgO+H2O 15. Нейтрализация азотной кислоты газообразным аммиаком с получение раствора нитрата аммония NН3 + НNО3 = NН4NО3 +Q Эта реакция является практически необратимой и протекает с большой скоростью  без образования побочных   продуктов.   В   процессе   нейтрализации   выделяется   большое   количество   тепла,   определяемое тепловым эффектом реакции, концентрацией исходной азотной кислоты и температурой реагентов. Так   как   конечной   целью   производства   является   получение   твердого   нитрата   аммония,   то   на   стадии нейтрализации стремятся получить, возможно, более концентрированные растворы аммиачной селитры, чтобы в   дальнейшем   упростить   и   удешевить   стадию   выпаривания   раствора   до   состояния   безводного   плава. Оптимальные условия для проведения процесса нейтрализации выбираются в результате анализа совместного влияния на этот процесс таких параметров, как концентрация азотной кислоты, температура и давление в реакторе.   Для   получения   высококонцентрированных   растворов   необходимо   применять   азотную   кислоту высокой концентрации, подогревать реагенты. Таким образом, приход тепла определяется количеством тепла, вносимого исходными компонентами и выделяющегося  при  взаимодействии   этих реагентов.  Тепло  процесса  отводится  образующимся  раствором аммиачной   селитры,   теряется   в   окружающую   среду   и   расходуется   на   испарение   воды   из   раствора.   При соответствующем аппаратурном оформлении процесса тепла реакции нейтрализации может быть достаточно для выпаривания воды, вводимой с азотной кислотой. 16.Упаривание   полученного   раствора   до   состояния   высококонцентрированного   плава, перекачивание плава на верх грануляционной башни Упаривание   полученного   раствора   амселитры   до   состояния   плава осуществляется   под   избыточным давлением, близким к атмосферному, за счет использования теплоты конденсации насыщенного пара 1,2 ­ 1,4 МПа (12­14 кгс/см2 ) и противоточной продувки горячим воздухом в выпарном аппарате Т­ 10.  17. Гранулирование плава с последующим охлаждением гранул Процесс   гранулирования   высококонцентрированного   плава   аммиачной   селитры   осуществляется   в металлической грануляционной башне. Плав ам.селитры с массовой долей амселитры не менее 99,7 % и температурой 175­185 °С из напорного бака поступает в гранулятор.  Встречным   потоком   воздуха,   создаваемым   вентиляторами,   падающие   капли   плава   охлаждаются   и кристаллизуются   в   виде   гранул.   Образовавшиеся   гранулы   ам.селитры   падают   на   конуса   гранбашни, защищённые с внутренней стороны транспортёрной лентой, и через отверстие для выгрузки поступают на конвейер с температурой 70­120°С. Конвейером   гранулы  ам.селитры  подаются  на  колосниковую   решётку   загрузочного  устройства  аппарата охлаждения гранул в кипящем слое. На решётке отделяются комки и крупные частицы, которые могут образоваться в случае налипания ам.селитры на конусах и стенках гранбашни. Нестандартная (крупная) фракция растворяется в баке, куда подаётся слабый раствор ам.селитры от линии нагнетания насоса. Пройдя колосниковую решётку, гранулированная аммиачная селитра поступает в аппарат для охлаждения гранул в кипящем слое, проходит последовательно три секции аппарата и охлаждается до температуры не более 50 °С 19.Требования к качеству АС. Влияние модификационных переходов нитрата аммония на прочность продукта 1.Внешний вид: Гранулы белого цвета или слегка окрашенные без мех.примесей 2.NH4NO3 в сухом веществе не менее 98 % 3. Массовая доля воды не более 1.6 % 4. Для обеспечения сохранности товарных свойств продукции при транспортировании и хранении селитру марок   А   и   Б   выпускают   с   применением   стабилизирующих   (кондиционирующих)   добавок,   содержащих кальций в виде нитрата кальция, магний в виде нитрата магния, сульфат или сульфат в сумме с фосфатом. 5.  Аммиачная селитра, применяемая в качестве удобрения, должна быть практически неслеживающимся продуктом.   20.Технологические   особенности   производства   АС.   Расходные   коэффициенты   на   1   т   аммиачной селитры Технологические особенности производства аммиачной селитры 1.   Используется   газообразное,   жидкое   и   твердое   сырье.   Твердые   отходы   образуются   в   незначительном количестве. 2. Протекает необратимая реакция нейтрализации с высокой скоростью, сильно экзотермическая. При этом выделяющееся тепло в значительной мере расходуется на первичное концентрирование раствора NH4NO3. 3. Процесс ведется под атмосферным давлением при температурах до 185°С. 4. Гранулирование осуществляется по методу приллирования (в гранбашне). 5.   Продукт   –   аммиачная   селитра   –   отличается   значительной   слеживаемостью,   для   снижения   которой используется   комплекс   мер.   Основная   из   них   –   применение   эффективной   кондиционорующей   добавки Mg(NO3)2. 6. Аммиачная селитра является взрывчатым веществом средней силы, поэтому в технологическом процессе необходимо строго выдерживать нормы технологического режима и требования безопасности. 21.Экономический анализ укрупнения агрегатов в химической промышленности Укрупнение   единичной   мощности   агрегатов   –   одно   из   важнейших   направлений   технической   политики   в химической промышленности.Достоинства от укрупнения агрегатов:1.снижение капитальных вложений на 1т. продукта;2.уменьшение эксплуатационных затрат на 1т. продукта;3.снижение трудоемкости и себестоимости продукции;4.упрощение управления производством. 22.Предпосылки укрупнения агрегатов и основные количественные соотношения За последние десятилетия в химической промышленности произошло значительное укрупнение единичной мощности   многих   агрегатов   и  технологических   линий,   особенно   в  производстве   минеральных   удобрений, средств защиты растений, химических волокон и пластмасс. Наглядный пример – производство NH3:1965г. – мощность 1 агрегата 30 000т NH3/год;1970г. – мощность 1 агрегата 100 000т NH3/год;1978г. – мощность 1 агрегата 450 000т NH3/год. 23Физико­химические свойства карбамида. Требования к качеству продукта.  Основные физико­химические свойства карбамида: Карбамид (в чистом виде) – бесцветные кристаллы без запаха. Растворимость в воде (в 100 г): при +20°C – 51,8 г, при +60°C – 71,7 г, при +120 °C – 95,0 г. Карбамид   растворим   в   метаноле,   этаноле,   изопропаноле,   изобутаноле,   этилацитате,   не   растворим   в хлороформе. Мочевина   способна   образовывать   соединения   с   включением   неорганических   веществ   и   с   органическими веществами. Температура плавления – +132,7°C. Плотность при +25°C – 1330 кг/м3 При нагревании до 150°C и выше карбамид превращается в NH4NCO, затем NH3 и CO2, биурет, циануровую кислоту. В разбавленных растворах при 200°C возможен полный гидролиз мочевины с образованием NH3 и CO2. М, г/моль 60,056 Карбамид (удобрение) – бесцветные гранулы размером от 1 до 4 мм. Массовая доля азота в пересчете на сухое вещество – 46,2 %. Массовая доля биурета не должна превышать 1,4 %. Массовая доля воды по методу высушивания – не более 0,3 %. Рассыпчатость – не менее 100 %. Требования к качеству продукционного карбамида по гост 2081­92 В   зависимости   от   назначения   карбамид   изготавливают   двух   видов:   А­   для   промышленности,   Б­   для растениеводства.   Эти   марки   применяются   по   назначению,   могут   использоваться   для   животноводства   в качестве кормовой добавки. Показатель Марка А Марка Б Высший сорт Первый сортВысший сорт Первый сорт 1.Массовая доля азота в пересчете на сухое вещество, %, не менее 2. Массовая доля биурета, %, не менее 3. Массовая доля свободного аммиака, %, не более для карбамида:                          ­ кристаллического                          ­ приллированного 4. Массовая доля воды, %, не более:                          ­ метод высушивания                          ­ метод Фишера 5. Гранулометрический состав, %, масс. доля гранул размером, мм от 1 до 4 , не менее                        от 2 до 4, не менее                        менее 1 мм, не более                        остаток на сите 6 мм, не более   отсутствие 6. Статическая прочность гранул, кгс/гранулу,      не менее 7. Рассыпчатость, %  24.Равновесие и кинетика реакции на стадии синтеза карбамида. Диаграмма состояния системы.  Синтез карбамида протекает в жидкой фазе в две стадии. Сначала образуется карбамат аммония по реакции: 2  кДж 6,125 CO CO NH NH NH   , (3 Г ) (2 Г ) 2 2 (4 Ж ) Затем NH 2 CO 2   NH (4 Ж )  СО ( происходит  ) (22 Ж ) NH ОН 2   дегидратация   карбамата:  , 5,15 кДж ( Ж ) Свойства промежуточного соединения карбамата аммония существенно влияют на режим синтеза карбамида. При   обычной   температуре   карбамат   аммония   –   это   белое   кристаллическое   вещество   с   температурой плавления = 152 . Карбамат аммония соединение не стойкое, уже при 57  давление паров   и  С С 3NH 2СО над   карбоматом   равно   атмосферному,   а   при   152 С   давление   достигает   83,5   ат.   (ветвь   1   на   диаграмме состояния). Следовательно повышение температуры смещает равновесие реакции   влево, что нежелательно. Реакция образования карбомата аммония   при невысокой температуре и атмосферном давлении протекает медленно. Однако с повышением температуры и особенно давления, скорость реакции быстро возрастает. Можно   считать,   что   скорость   примерно   пропорциональна   квадрату   давления.   Поэтому   при   152   и С давлению   100   ат,   реакция     протекает   практически   мгновенно.   Повышение   давления   смещает   также   и равновесие этой реакции в сторону образования карбамата. Вторая стадия процесса – разложение карбамата аммония, протекает с поглощением тепла, поэтому увеличение температуры смещает равновесие   в право, повышая   степень   конверсии   карбамата   в   карбамид.   Дополнительным   фактором,   позволяющим   смещать равновесие   в право, является участие  в процессе аммиака. Аммиак берется в избытке  по отношению к стехиометрии   реакции,   с   тем,   чтобы   связывать   воду,   образующуюся   по     в   гидроксид   аммония.   Влияние температуры и избытка аммиака на равновесную степень конверсии карбамата аммония в карбамид показана на следующем рисунке: 1 – избыток аммиака сверх стехиометрич. 50% ( ) СО  2 3NH 3 2 – избыток аммиака 100% ( ) СО  2 4NH 3 3 ­   ­­­­­­­­­­200% ( 4 ­  ­­­­­­­­­­­300% ( )  ) СО  2 6NH 3 СО  2 8NH 3 Р­ция   дегидротации   карбомата   аммония   протекает   с   низкой   скоростью,   увеличение   тем­р   позволяет существенно   повысить   скорость   этой   р­ии,   влияние   продолжительности   нагревания   и   тем­р   на   степень конверсии карбомата аммония: 1 – при 1450 С; 2 – при 1550 С; 3 – при 1650 С; 4 – при 1750 С; 5 – при 1900 С;  Увеличение давления приводит к возрастанию степени конверсии карбомата аммония по т.к. повышенное давление препятствует диссоциации карбомата аммония Диаграмма состояния трех фазовой системы  NH2CO2NH4(т) ­ CO(NH2)2   (NH─ 3 + CO2)( г) На диаграмме показана область t и P. При которой CO(NH2)2 нах­ся   в   жидкой   фазе,   в   этой   области   может   протекать   для образования 1,2,3 – граничные кривые.  Область ограниченна кривыми 2 и3, минимальные условия р­ии соответствуют тем­ре плавления карбомата аммония 1520  С и давлению 83,5 ат. С повышением давления расширяется область тем­р при которой существует жидкая фаза. 25.Оптимальные   условия   процесса   синтеза   карбамида.   Технологические   особенности   производства карбамида. Расходные коэффициенты на 1 т карбамида. Учитывая   данные   по   равновесию   и   кинетике   технико­экономические   предпосылки   и   разнообразие промышленных вариантов схем синтез карбомида ведут при следующих основных параметрах: температура, С0………………………………………………………...150 – 200 давление, мПа…………………………………………………………….14 – 20 мольные отношения NH3: CO2………………………………………(2,8 – 4,8) : 1 время пребывания реакционной смеси в колонне синтеза, мин………...45 – 60 В этих условиях достигаемая величина выхода карбамида равна 50 – 68. Полный процесс производства синтетического карбамида включает в себя следующие основные стадии. 1) синтез карбамида в жидкой фазе. 2) дистилляция продуктов синтеза, т.е. отдувка из р­ра непрореагировавших аммиака и CO2 их возврат в цикл. 3) переработка р­ра карбамида в сухую соль. Основные технологические особенности производства карбамида:  1) протекание обратимых и медленных р­ии в р­ре. 2) используется газообразное и жидкое сырье твердые отходы не образуются, т.е. производство экологически чистое. 3)  применяются   высокие   давления   до 150  атм и  повышенные   т­ры при  синтезе  аммиака,   катализатор   не используется. 4) низкая степень превращения сырья в продукт за один проход, поэтому в схеме предусмотрен рецикл с целью повторного использования не прореагировавшего сырья. 5)   образуется   коррозионно­агрессивные   среды,   поэтому   аппараты   подвергаются   спец.   защите   с использованием плакирующий слой. 6) гранулирование продукта по методу приллирования в высокой гранбашне.    7) благодаря использованию диоксида углерода крупнотоннажного отхода производства аммиака создаются предпосылки для низкой себестоимости продукта и высокой рентабельности производства. 26.Классификация схем производства карбамида. 1) Процессы без рецикла (с переработкой NH3, а иногда и СО2, в соли аммония).Газообр­й СО2 компрессором сжим­ся до 150 ат, подогрев­ся до 200° С и на медно­никелевом Кт освобожд­ся от кислорода. Далее кон­ денсир­ся и смешив­ся со сжатым до 150 ат жид. NH3, подаваемым в избытке. Тепло обр­я карбамата аммония отвод­ся в реакторе. В нем поддержив­ся Р 130 ат и Т 160°С; Охлажден.плав направл­ся в 5 послед­но соедин­ х автоклавов, обогрев­х паром. Здесь в теч­е 2 ч при 160­1700С и Р 100 ат около 50% карбамата аммония превращ­ся в карбамид. Выпарка осущ­ся в 2 ступени. Концентр­я р­ра увел­ся в 1 от 72 до 80% и во 2 до 93%. Р­р после выпарки направл­ся в сборник. Получ­й порошок падает на транспортер и перед­ся в СБ. Газы из сепаратора и соковый конденсат, обр­ся при выпарке, направл­ся в башню, орошаемую СК­й, для получе­ ния р­ра сульфата аммония. Основной «­»: низкая степ. использов­я сырья (30­35% NH3,45—50% СО2). 2) Пр­сы с частичным рециклом аммиака. Основ. на возврате NH3. Осн.отлич­ем схемы от проц. без рецикла явл­ся   2­хступенчат.   дросселир­е  и  дистилляция   плава,   получ­го  в   колонне   синтеза.   При  этом  в   1  ступ. дистилляции поддержив­ся такое Р, к­е позвол­т конденсировать выделив­ся NH3 охлажд­ем водой. Р во 2 ступ.приближ­ся к атм­му. Газообр­й СО2 сжим­ся до 200 ат и нагнетается во внутр­й стакан колонны синтеза. Сюда же подается NH3. Свежий NH3 нагнетается в зазор между стаканом и корпусом колонны. В колонне поддержив­ся 200 ат и t 185­200 С. Плав, вых­й из колонны синтеза подверг­ся дистилляции. В колонне дистилляции происх­т выдел­е из плава избыт. аммиака и разлож­е карбамата аммония. Пары NH3 с t 50— 60°С направл­ся для сжиж­я в 2 конденсатора. Жид. NH3возвращ­ся в колонну синтеза. Раствор карбамида из колонны дистилляции, частично освобожденный от NH3, дросселируется до 1,5—1,7 ат и подается на тарелку колонны дистилляции, сюда же подается р­р углеаммонийных солей. Р­р с тарелки подается в кипятильник и возвращ­ся в нижнюю часть колонны, где происходит разложение карбамата аммония и отгонка СО2 и NH3 в газовую фазу, к­я направл­ся в скруббер­нейтрализатор для получ­я р­ра нитрата аммонии. Р­р, содерж­й 70 —80% карбамида подается в кипятильник выпарного ап­та, где упарив­ся до 99,5­99,8%. «+» по сравнению с пр­м без рецикла позволяют повысить степ. превращя NH3 в карбамид. 3) Пр­сы с рециркуляцией горячих газов. Аммиак и СО2 отгоняются из плава при атм­м Р и t 60°С направл­ся в абсорбер, где поглощ­ся аммиачной водой. Получ­й р­р углеаммонийных солей, содерж­й 20% NН3 и 15— 16% СО2, сжим­ся до 150 ат и подается через т/о и подогреватель в колонну ректификации. Здесь в газовую фазу отгоняются NH3 и СО2. Газовая фаза после дефлегматора направл­ся через холод­к в автоклав для синтеза карбамида, а аммиачная вода, вытекающая из нижней части ректифик­й колонны через т/о подается на орошение абсорбера. Свежие NH3 и СО2 смешив­ся с циркулир­м газом перед реак­ром карбамата. Способ вследствие высоких энергетич. затрат промышл. распространения не получил. 4) Пр­сы с рециркуляцией углеаммонийных солей в р­ре или в виде суспензии (жидкостный рецикл). Процессы производства карбамида с полным рециклом углеаммонийных солей нашли широкое примен­е в пром­ти. Рассмотрим схему "Стамикарбон": Стиппинг­процесс основан на принципе разложения карбомата непрореагировавшего   в   карбамид,   за   счет   интенсивной   продувки   р­ра   диоксидом   углерода.   В   аппарате отдувки   (стриппере)   используется   то   же   Р,   что   и   в   колонне   синтеза.   СО2 сжатый   до   14,5   –   15,2   МПа компрессором   подают   в   стриппер,   где   происх­т   разлож­е   оставш­ся   после   колонны   синтеза   карбамата аммония   на аммиак  и СО2 по р­ии:  NH2CO2NH4  2  NH 3+CO2, ΔH = ­125.6 кДж.  Из  стриппера  газ.  фаза (NH3+CO2) поступ­т в конденсатор выс. Р, в к­м происх­т образов­е NH2CO2NH4. → Для осуществления р­ии в условиях избытка аммиака в конденсатор подают жидкий аммиак, через инжектор высокого давления. Образовавшийся р­р карбомата аммония из конденсатора, подают в колонну синтеза, где 50 – 68 % карбомата аммония превр­ся в карбамид по р­ии: NH2СООNH4(ж)  2)2(ж) + H2O (ж); ΔН = 15,5кДж.   Р­р   из   реактора   состоящий   из   карбамида,   карбомата   аммония,   аммиака   и   воды,   поступает   в стриппер, где при 170–190 0С и 14,3 – 15,2 МПа и благодаря интенсивному перемешиванию барботирующим СО2 происходит   разложение   карбомата,   после   стриппера   р­р   карбамида   поступает   в   ректификационную колонну, в нижней части она имеет т/о обогреваемый паром, здесь при 130–1400С и 0,25 МПа происходит разложение   оставшегося   карбомата   и   отгон   из   р­ра   аммиака   и   СО2 .   Тепло   необход­е   для   разложения карбомата аммония обеспечив­ся подачей пара в т/о, р­р выходящий из разлогателя подают, через сепаратор на упарку, газовая фаза поступает в конденсатор, полученный р­р из сборника подают в скруббер выс. Р. Из него р­р поступает в реактор. Газ. фаза из скруббера проходит 3­хступенчатую кислую промывку где окончат­ но очищ­ся от аммиака, очищ­е газы из скруббера выбрасываются в атм. Р­р карбамида (м.д.73 – 75 %)  CO(NH ↔ подается в отделение 2­х ступенчатой упарки, после выпарки упаренный р­р (плав) подают на грануляцию, готовый гранулированный карбамид (гранулы 1 – 4 мм) поступает на склад и затем на отгрузку потребителям. 5) Пр­сы, основанные на селективном извлечении из газовой фазы 1 из комп­в и раздельном возврате NH3   и СО2 в цикл (газовый рецикл). Основан на избирательном поглощении аммиака водным р­ром нитрата аммония и   карбамида.   NH3 и   СО2 под   Р=170—210   ат   подаются   в   реактор   (160—190°С);   образующийся   пар используется в дальнейшем для разлож­я карбамата аммония. Плав из реактора дросселир­ся до 4,5—21 ат и поступ­т в трубчатый т/о, обогреваемый паром. Происходит частичное разлож­е карбамата аммония, после чего газовая фаза отделяется от жидкой в сепараторе. Жидкая фаза снова дросселир­ся для разлож­я остав­ся карбамата   аммония.   Очищ­й   от   карбамата   аммония   р­р   карбамида   конц­и   80—90%   поступает   либо   на приготовление   жид.   удобрений,   либо   перерабатывается   в   гранулированный   продукт.   В   последнем   случае раствор упаривается до концентрации 99% в выпарном аппарате; плав подвергается грануляции. 27.Технологическая   схема   стриппинг­процесса   получения   карбамида   по   способу   фирмы «Стамикарбон». Стиппинг процесс основан на принципе разложения карбомата на прореагировавшего в карбамид, за счет интенсивной   продувки   р­ра   диоксидом   углерода.   В   аппарате   отдувки   (   стриппере)   используется   тоже давление, что и в колонне синтеза. Схема работает следующим образом: Диоксид углерода сжатый до 14,5 – 15,2 мПа. компрессором 2 подают в стриппер 5, где происходит разложение оставшегося после колонны синтеза карбамида аммония на аммиак и СО2 по р­ии: →  2 NH 3 + CO2,     ΔH = 125.6 кДж.                  NH2CO2NH4  Из стриппера 5 газовая фаза (NH3  +  CO2) поступает в конденсатор высокого давления 6, в котором происходит образование NH2CO2NH4 по р­ии (2). Для осуществления р­ии м/д NH3 и CO2 в условиях избытка аммиака в конденсатор т.ж. подают жидкий аммиак насосом 1, через инжектор высокого давления 4. Образовавшийся р­р карбомата аммония из конденсатора 6, подают в колонну синтеза (реактор) (3), где 50 – 68 % карбомата аммония превращается в карбамид по р­ии (3). Р­р из реактора 3 состоящий из карбамида, карбомата аммония, аммиака и воды, поступает в экстриппер 5, где при 170 – 190  0С и 14,3 – 15,2 мПа и благодаря интенсивному перемешиванию барботирующим СО2 происходит разложение карбомата по р­ии (5), после   стриппера   5   р­р   карбомида   поступаетв   разлогатель   низкого   давления   7,   представляющий   собой ректификационную   колонну,  в  нижней части  колонна   имеет  встроенный  теплообменник  7а обогреваемый паром в разлагателе (7) при 130 – 140 0С и 0,25 мПа происходит разложение оставшегося карбомата и отгон из р­ра аммиака и СО2 . Тепло необходимое для разложения карбомата аммония обеспечивается подачей пара в теплообменник 7а, р­р выходящий из разлогателя 7 подают, через сипоратор 8 и емкость 9 насосом 10 на упарку,   газовая   фаза   из   разлогателя   низкого   давления   7   поступает   в   конденсатор   низкого   давления   11, полученный р­р из сборника 12а насосом 14 подают в скруббер высокого давления 13. Из него р­р поступает через инжектор 4 и конденсатор 6 в реактор 3.Газовая фаза из скруббера 13 проходит трехступенчатую кислую промывку в скруббере 13 проходит трехступенчатую кислую промывку в скруббере низкого давления 16 где окончательно очищается от аммиака, очищенные газы из скруббера 16 выбрасываются в атмосферу. Р­р карбамида (м.д. 73 – 75 %     CО(NH2)2) подается в отделение упарки после выпарки упаренный р­р (плав) подают  на грануляцию готовую гранулированный продукционный карбамид (гранулы 1 – 4 мм) поступает на склад и затем на отгрузку потребителям. Колонна   синтеза   карбамида   (   реактора)   в   стриппинг   –   процессе   представляет   собой   толстостенный цилиндрический вертикальный аппарат рассчитанный на давление до 16,4 мПа. Вагрегате производит.400 000 тон/год. колонна имеет внутренний диаметр 2,6 м, высоту 28 м и толщину стенки 16 см при прохождении плава через колонну снизу вверх для предотвращения продольного перемешивания установлены поперечные решетчатые перегородки 8 штук с диаметром отверстия 8 мм. Корпус колонны изготовлен из углеродистой низколегированной стали с плакирующим слоем, горячий р­р в колонне до 1900С яв­ся корозионно – активной средой поэтому внутри поверхность аппарата защищена слоем хромоникельмолибденовой стали Х17Н16М3Т или титана. Использование титана позволяет повысить т­ру синтеза до 2000С. 28.Основное и вспомогательное оборудование стадии синтеза карбамида. Аппар­е оформл­е узла синтеза вкл­т в себя колонну синтеза, стриппер, конденсатор ВД и скруббер ВД. Колонна синтеза ­ цилиндрический аппарат высокого давления. Работает как аппарат идеального вытеснения. Цилиндр­й   корпус,   сферическое   днище   и   крышка   защищены   изнутри   слоем   коррозионно   –   устойчивой высоколегированной стали 08Х18Н12М3Т или 06Х23Н28М3Д3Т толщиной 6 мм. Реакц­я смесь подвод­ся в колонну снизу и отвод­ся через переливную воронку из верхней части. Для улучш­я гидродинамич­го режима колонна оборудована ситчат. тарелками и в нижн. части – внутр­м устр­вом, что увелич­т степ. конт­та жид. и газ. фазы. Каждая из тарелок работает в режиме идеального смешения. Стриппер ­ вертикальный, кожухотрубный т/о пленочного типа. В верхн.части им­ся распределительное устр­ во, обеспечивающее пленочный хар­р движения ж­ти по трубкам. Работает по принципу противотока: жид. фаза   тонкой   пленкой   стекает   по   трубкам   вниз,   а   газ.   фаза   –   противотоком   подним­ся   снизу   вверх.   В межтрубное простр­во подается пар Р 1,7 – 2,06 МПа, с к­м подводится  необходимое кол­во тепла для разлож­я карбамата аммония в токе свежего СО2 на аммиак и диоксид углерода. Конденсатор   высокого   давления–   вертикальный   цилиндрический   кожухотрубный   т/о,   в   трубках   к­го происходит   хим.   р­ция  образования   карбамата   аммония.   В  конденсатор   поступает   2  потока:   газовый   (из стриппера) и жидкостный. В верхней части ап­та имеется смесительная камера исх. комп­в. Р процесса 14 МПа, Т 165 – 1700С. Тепло р­ции образов­я карбамата аммония отводится естественной циркуляцией паров. конденсата через сепараторы. Обр­ся в межтруб­м простр­ве пар НД, исп­ся на технолог. нужды. Скруббер высокого давления состоит из т/о­й и сепарирующей части. В сепарирующей части происходит разделение реакционной смеси, поступающей из колонны. Т/о­я часть оборудована центральной трубой, по к­й обеспечив­ся   циркуляция   р­ра   в   трубном   пространстве   и   тем   самым   повышается   эф­ть   теплообмена.   В скруббере газы из колонны синтеза, смешиваясь с р­ром углеаммонийных солей частично конденсируются и поглощаются карбаматом. Тепло поглощения NH3 и CO2 углеаммонийными солями отводится охлаждающим конденсатом,   подаваемым   в   межтрубное   простр­во.   Норм.   работу   скруббера   обеспеч­т   циркуляция конденсата с Т на входе н. м. 1000С и перепадом Т по выходу и входу не менее 80С. Газовая фаза, пройдя слой насадки скруббера, смешиваясь в эжекторе с воздухом, выбрасыв­ся в атм. Перед эжектором   газы   анализируются   автоматич.   анализатором   на   содерж­е   аммиака.   Степень   очистки   газов   в скруббере по аммиаку составляет 99,7 %.