Контрольная работа по "Химии"

Вариант 1.19

Задание: устройство колонны дисстиляции плава карбамида (первая ступень). Почему нижняя часть колонны выполнена в виде выпарного аппарата с падающей пленкой?

 

Ответ:

 

Верхний продукт

выход

Колонны - это основная часть любой  дистилляционной установки. Внутренние компоненты подбираются для каждого конкретного применения. Дизайн проверяется компьютерным моделированием и пилотными тестами.

 

 

Флегма :

 

 

 

Распределитель

 

 

Насадка

 

 

 

 

Коллектор жидкости

Подача сырья

 

 

Тарелки

 

 

 

Перелив

 

 

 

Вход пара от нагревателя

 

 

 

 

 

 

 

 

Нижний продукт

 

 

Подача

Нагреватель с падающей пленкой

Выпарной аппарат с  падающей пленкой позволяет осуществлять быстрый запуск и остановку колонны  на полной производительности. Эти  аппараты легко контролировать и  они применимы для минимальных  разниц температур. Выпарные аппараты с падающей пленкой пригодны для термолабильных продуктов. Помимо этого их удобно использовать в энергосберегающих многокорпусных установках.

Трубные решетки

Трубчатка

Нагреватель с падающей пленкой

Вход пара

Колонна

 

 

 

 

Перекрытие

 

 

Тарелки

 

Перелив

Газоход

Выпарные аппараты с  падающей пленкой имеют преимущество, поскольку могут работать с меньшей  разницей температур в отличие от нагревателей, работающих по принципу термосифона или принудительной циркуляции.

 

 

Рис.6 Ректификационная колонна 

Ректификационная колонна представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат с эллиптическим днищем. Внутри аппарата располагается насадка, которая служит для увеличения поверхности контакта фаз. Насадка позволяет равномерно распределить поток плава, поступающего в аппарат. Колонна оснащена ситчатыми тарелками, на которых происходит эффективный тепломассообмен между входящим потоком плава синтеза и выходящими из сепаратора горячими газами дистилляции. Разработана новая конструкция ввода плава, позволяющая гасить кинетическую энергию потока, что уменьшает брызгоунос с отходящими газами.

Плав карбамида, выходящий из верхней части колонны синтеза, дросселируется и поступает в ректификационную колонну агрегата дистилляции первой ступени. В ректификационной колонне происходит выделение в газовую фазу избыточного аммиака. Плав из колонны дисстиляции поступает в подогреватель , в котором его температура повышается до 163—165°. При этом из него почти полностью выделяется избыточный аммиак и разлагается большая часть карбамата аммония. Образовавшаяся паро - жидкостная смесь из подогревателя направляется в сепаратор  для разделения. Газовая фаза из сепаратора возвращается в ректификационную колонну , а жидкая фаза дросселируется до давления 3 ат и направляется на дистилляцию второй ступени.

 

Нагретый плав поступает в верхнюю  часть аппарата и стекает по насадке тонкой пленкой. С поверхности пленки горячего плава испаряется аммиак (NH3), углекислый газ (СО₂), пары воды.

На поверхности насадки протекает  процесс десорбции газов из плава. Горячие пары парогазовой смеси  нагревают жидкий плав и увлекают за собой десорбированные NH₃ и СО₂

Нагретый плав поступает в верхнюю  часть аппарата и стекает по насадке  тонкой пленкой. С поверхности пленки горячего плава испаряется аммиак (NH₃) и углекислый газ (CO₂)

Аммиак при испарении охлаждает  плав, в результате чего снижется десорбция газов из плава. Газы стремятся вновь раствориться в плаве

Для предупреждения абсорбции газов  в плаве и увеличения скорости десорбции газов в нижнюю часть  колонны подают горячую парогазовую смесь из сепаратора. Парогазовая смесь содержит пары воды, аммиак и углекислый газ. Восходящий поток парогазовой смеси

1. поддерживает повышенную температуру на поверхности стекающей пленки плава
2. способствует быстрому удалению газов с поверхности плава

Парогазовая смесь насыщенная,десорбированными газами – NH₃и СО₂, поступает на отделение конденсации газов и образование РУАС (раствора углеаммонийных солей)

 

Чтобы снизить рецикл воды в колонну  синтеза и эффективно использовать теплоту конденсации газов дистилляции, предусматривают разделение компонентов плава синтеза карбамида при повышенных давлениях и температурах. В частности, с этой целью в технологическую схему вводят ступень дистилляции при 5—13 МПа. Для выделения избыточного NH3 (с небольшой примесью CO2) плав синтеза подают в сепаратор при давлении, промежуточном между значениями давлений синтеза и дистилляции. Если же при этом поддерживать давление, при котором CO2 практически не испаряется, отпадает необходимость очистки возвратного аммиака. Чтобы свести до минимума возможность протекания процессов гидролиза карбамида и образования биурета при высокотемпературной дистилляции, сконструированы скоростные пленочные подогреватели. 
 
Наряду с указанными выше преимуществами дистилляции при повышенном давлении, выделение NH3 и CO2 из плава под давлением синтеза существенно упрощает рецикл непрореагировавших веществ. В то же время, чем выше давление в зоне дистилляции, тем выше должна быть температура процесса. Для предотвращения сопутствующих высокотемпературной дистилляции побочных процессов гидролиза карбамида и образования биурета предусматривают поддержание в зоне синтеза мольного соотношения NH3 : CO2 = 5—12 и сжатие плава перед дистилляцией до давления, превышающего давление синтеза. 
 
Одно из наиболее эффективных направлений интенсификации дистилляции и сокращения времени пребывания смеси в зоне с высокой температурой состоит в продувке плава (под давлением синтеза или ниже) различными стриппинг-агентами: аммиаком, диоксидом углерода, потоком газов дистилляции, азотом либо другими инертными (по отношению к процессу синтеза карбамида) газами, а также смесью NH3 и CO2 с дымовыми либо инертными газами. Имеются схемы с двумя зонами отдувки: в первой зоне NH3, во второй — CO2; либо в первой зоне — NH3 или CO2 и во второй — инертным газом 
 
Оборудование узла стриппннг-дистилляции, как правило, вызывает весьма значительные трудности при изготовлении и эксплуатации. Для упрощения аппаратурного оформления предлагают совмещать реактор и дистиллятор в одном корпусе, проводить стриипинг-дистилляцию в адиабатических условиях, предварительно нагревая плав после колонны синтеза до 205—220 0C1 либо поддерживая в колонне синтеза tc > 205 °С. Аналогичную цель преследуют, размещая теплообменник дистилляции внутри реактора. При этом использование тепла образования карбамата аммония исключает необходимость введения в теплообменник пара высокого давления; кроме того, поскольку наружное и внутреннее давление в трубчатке примерно одинаковы, упрощается изготовление теплообменника.