Влияние факторов на абсорбцию

1)Т. С ув-ем t степень поглощения и скорость процесса ум-ся, это связано с ум-нием движ.силы за счет возрастания равновесной упругости над пов-тью раздела фаз. Но при низких t ув-ся растворимость NO2 в р-рах HNO3 и эта раств-ть тем больше чем выше конц-ция HNO3.Растворенная двуокись в этих условиях с водой не реагирует, что приводит к потерям ценного компонента.Tопт = 20-35С и зависит от времени года.Процесс абсорбции сопровождается выделением большого кол-ва тепла. Для его отвода используют змеевики, в кот. циркулирует холодная вода.

2)Р. С ув-нием Р значительно ув-ся ск-ть р-ции и ум-ся реакционный объем системы. Но при проведении процесса под Р возрастает вероятность р-ции полимеризации NO2 в N2O4, возрастает раств-ть NO2 в р-рах HNO3.

В установках, работающих под Р, продукционную к-ту продувают воздухом для удаления NO2 и возвращения его на стадию абс-ции.

3)лин. скорость газа. С ув-нием лин.ск-ти степень поглощения ум-ся, но ск-ть абс-ции значительно ув-ся. Т.о. результаты по скорости абс-ции подтверждают, что процесс поглощения NO водой опред-ся диффузией газов через пов-ть раздела фаз. Rопт = 0,3-0,4м/с

4)уд.абс.объем – внутр. геометрич. объем абс. системы, отнесенной к 1т продукта, получаемого за сутки. Этот объем зависит от:

-конц-ции получаемой кислоты. Чем выше конц-ция, тем больше объем

-темп-ры. Чем ниже t, тем меньше требуется объем

-степени поглощения. Чем выше степень, тем больший объем требуется.

Технологическая схема

Нитрозные газы поступают в ТО, где происходит их охлаж. до 200-210С. Окончательное охл-ние происходит в следующем ТО, где tгаза умень-ся до 50-55С. В этих условиях происходит конц-ция паров воды с получением 40%ной HNO3. Выделение смеси происходит в сепараторе. Нитроз. газы подаются в нижнюю часть абсорбц. колонны, а Ж фаза на соответсвт. тарелку абс.колонны.Степень абс-ции 99-99,5%. Продукционная к-та 56-58%. Для отдувки NOх к-та поступает в отбелочную колонну. После отдувки оксидов азота HNO3 поступает на склад готовой прод-ии, а оксиды возвращаются на стадию абс-ции.

Аппаратурное оформление

Абсорбционная колонна – предназначена для поглощения газов и ок-ия NO в NO₂. Это апп. колонного типа диам.3,2 м, высотой 45 м, число ситчатых тарелок – 50. Диаметр и шаг отверстий на тарелке равны соответственно 2 и 9 мм.

При прохождении через такую перфорированную тарелку газов (снизу вверх со скоростью 0,3-0,4 м/с) и жидкости (сверху вниз) на тарелке образуется пена с большой поверхностью раздела фаз, что способствует интенсификации процесса абсорбции.Для отвода тепла хим. р-ции, полноты поглощения NO₂ на тарелках расположены теплоотводящие змеевики, охлаж. оборотной водой (верхние тарелки с 1 по 15 не имеют холодильников).Межтарельчатое расстояние (снизу вверх) ум-ся по высоте абсорбера и составляет (в мм): на первой тарелке -1200 , на второй -12 - 1000, а на последующих - 700 -800мм.Сод-ние оксидов азота в выхлопном газе после абсорбц. колонны при получении 56 %-ной кислоты составляет 0,05-0,06 %.Анализ работы абсорбц. колонны показал, что на первых 15 тарелках в к-ту перерабатывается 80-90 % оксидов азота. При умень-ии содерж. оксидов азота в газе ниже 0,2 % процесс абсорбции резко замедляется.Конструкционный материал абсорбц. колонны – сталь 12Х18Н10Т.

С-Я СИНТЕЗА КАРБАМИДА. ТЕОРЕТ.ЗАКОН., ОПТИМ-Е ПАР-Ы ТЕХНОЛ. РЕЖИМА. ТЕХНОЛ. СХЕМА, АППАРАТУРНОЕ ОФОРМЛЕНИЕ.

Карбамид (NH2)CO белое кристалл. в-во, хорошо растворим в воде. Получ. синтетич. путем. Тпл.=132,5С. Пром-ть выпускает карбамид 2х марок:

 А – 46,1%N2, биурет ≤0,9%. Применяется в технологии пластмасс, смол, лаков, клеев. В с/х исполь-ся для подкормки жвачных животных в виде белковой добавки.

Б – 46%N2, биурет 0,9%. Прим.в с/х. Как удобрение карбамид отличает от других высокое содерж. полезных компонентов, безбаластность, меньшая гигроскопичность и слеживаемость.

При 20С раств-ть в воде 51,8%, при 120С 0 95%. Его особ-ть – высокое сод-ние полезного элемента. Отлич-ся от других азотсод-ших соед-ний: бесбаластность, выс. сод-ние питательного эл-та, пожаро и взрывоопасен, медленно слеживается, менее гигроскопичное соед-ние, менее подвержен вымыванию из почвы, хорошо усваивается почвой (быстрое превращение из амидной в аммиачную форму).

Получение карбамида

1)из аммиака и циановой к-ты

2NH3 + 2HOCN = (NH2)2CO + 2H2

2)из фосгена и аммиака

NH3 + COCl2 = (NH2)2CO + 2NH4Cl

3)гидролиз цианамида Са в среде CO2

CaCN2 + H2O = (NH2)2CO + Ca(OH)2

4)синтез из аммиака и CO2 (сп-б Базарова)

2NH3 + CO2 = (NH2)2CO + H2O – пром.способ

Теоретические основы получения

2NH3 + CO2 = (NH2)2CO + H2O + Q (1)

В процессе синтеза протекают 2 реакции:

2NH3+ CO2 = NH2COONH4 + Q      (2) карбомат аммония

NH2COONH4 – H2O = (NH2)2CO – Q (3) дегидратация, т. е. оптимизация первой мол-лы воды.

Синтез карбамида протекает с обр-ем 2-х фаз: газообр. NH₃, CO_2, пары воды и ж.ф. – распл. соли карбомата аммония, углеаммонийные соли и вода.Суммарный тепловой эффект – положительный.Условия образования карбомата: р-ция при обычных условиях протекает медленно. Ускорить ее только за счет повышения t невозможно, т.к. карбомат разлагается при 152С. Кроме того карбомат обладает высоким Р аммиака и СО2

57-59С РNH3, CO2 = 1атм

175С  РNH3, CO2 = 17,5атм

С учетом этого синтез карбамида осущ-ют при повыш.Р. Процесс протекает с участием 2х фаз: 1-газобразная (NH3, CO2, H2O); 2-жидкая (р-р карбамида, карбомата, углеаммонийные соли). В тв.фазе образование карбамида протекает с min скоростью, поэтому необходимо создавать условия для образования Ж фазы.

Влияние в-в на синтез.

1)Н2О. образ-ние карбамида по (3). Небольшое кол-во воды оказывает положит. влияние на процесс. Желательно иметь небольшой избыток воды, т.к. он создавая опред. кол-во Ж фазы по мере накопления воды в системе, выход достигает мах значения, а затем умень-ся за счет протекания гидролиза карбамида

(NH2)2CO+H2O = NH2COONH4 = (NH4)2CO3 = NH4HCO3 = NH3 + CO2 + H2O

2) NH3. Стехиом.соотн-ние NH3:CO2=2. На практике исп-ют избыток аммиака, кот.колеблется от 100 до 300% от стехиометрии. Избыток аммиака уменьшает протекание гидролиза карбамида за счет смещения равновесия р-ции влево и ум-ет коррозию Ме, синтез дистигает мах величины и при дальнейшем ув-нии NH₃ ум-ся. Исходя из этого пар-ра можно сделать вывод: с целью экономии дорогого аммиака при синтезе технол-кой схемы предусмотреть мероприятия по утилизации избыточного аммиака и возвращение его в технологич. цикл.

3)СО2. Сод-ние СО2 зависит от кач-ва получаемого СО2. избыток СО2 не влияет на выход карбамида. Но конц-ция СО2 в газе явл.определяющей. Существееным фактором явл.сод-ние примесей в газе – N2, O2, H2, CH4+Ar. Эти примеси сост-ют 1,5%. Сод-ние СО2 98,5%. Из примесей особо опасным явл-ся Н2. Накопление его может привести к взрывоопасной стуации, поэтому для удаления его исполь-ют метод каt ок-ия:Н2 + 1/2О2 = Н2О

Каt – Pd при 230-280С. Т.о. на выход карбамида оказывают влияние Р (18-25МПа), t=180-210С, NH3:CO2 = 4:1, мах конц-ция СО2.

Скорость процесса зависит:

1)от t. Скорость и выход ув-ся с ув-нием t. При t>180С изотермы проходят через мах и с увел-ем продолжит-ти процесса выход крабамида ув-ся. Tопт = 180-200С, время = 20-30мин

2)от Р. С ув-нием Р выход и скорость р-ии возрастает. При высоких Р ум-ся разложение карбамида с обр-нием карбомата и углеаммонийных солей. Продолж-ть синтеза колеблется от 30 до 60мин. Для оптимизации синтеза предложена мат.модель, в кот.в кач-ве ф-ции отклика Y был принят выход карбамида. Переменными пар-рами явл. Соотн-ие NH3:CO2, H2O:CO2, t, Р. При оптим.условиях мах выход карбамида составил 72%.

Оптим. пар-ры: Р=18-25МПа, 30-60 мие синтез, изб. аммиака 100% от стехиометрии.