Материальный расчет ректификационной колонны второй ступени дистилляции

Исходные данные:

Давление, МПа 0,3 (3×10⁵ Па)

Потери карбамида, % от массы готового продукта 5

Содержание водяного пара в газовой фазе,

выходящей из ректификационной

колонны, % от объема сухих газов 30

 

Состав плава, приходящего на ректификацию, принимаем в соответствии с расчетом стриппер-аппарата. Принимаем также, что разложение карбамата аммония, отгонка аммиака и оксида углерода (IV) из плава будут полными.

Масса карбамида, разложившегося при дистилляции:

G’_к = 1000×0,05 = 50 кг/т.

При этом по реакции:

СО(NH₂)₂ + H₂O ® NH₂COONH₄

Образуется карбамата аммония:

G_к.а.= кг/т

и расходуется воды

кг/т.

Общая масса карбамата аммония, разлагающегося в колонне:

SG_к.а. = G^р_к.а. + G_к.а. = 105,5+65 = 170,5 кг/т.

При разложении карбамата аммония по реакции (51) выделяется:

кг/т NH₃.

кг/т СО₂.

Общая масса аммиака, выделяющегося в колонне:

SG_NH3 = G^р_NH3 + G_NH3 = 74,63+74,32=148,95 кг/т.

Объем NH₃ и СО₂, которые отгоняются из колонны:

м³/т;

м³/т;

где 101325 – давление при нормальных условиях, Н/м²;

(273+110) – средняя температура отогнанных газов, К.

Объем паров воды в газах, выходящих из колонны:

м³/т;

или при нормальных условиях

нм³/т,

что соответствует

кг/т.

Общая масса аммиака и оксида углерода (IV), отгоняемых их колонны:

кг/т.

Масса воды, остающейся в растворе карбамида:

кг/т.

Масса воды на выходе из ректификационной колонны:

кг/т.

Масса раствора карбамида на выходе из ректификационной колонны:

кг/т.

Массовая доля карбамида в растворе:

%.

Результаты расчета сведем в таблицу 13.

 

Таблица 13. – Материальный баланс ректификационной колонны

Приход	Расход
Компонент	кг/т	кг/т	%	Компонент	кг/т	кг/т	%
Карбамид	1068,30	44548,1	59,1	Карбамид	1018,30	42463,1	56,3
Карбамат аммония	105,50	4399,4	5,8	H2O	486,30	20278,7	26,9
H2O	560,41	23369,1	31,0	NH3	148,95	6211,2	8,2
NH3	74,63	3112,1	4,1	СО2	96,18	4010,7	5,3
	1808,84	75428,7	100,0	Пар H2O	59,11	2464,9	3,3
					1808,84	75428,6	100,0
Всего				Всего

 

Тепловые расчеты

 

Колонна синтеза карбамида

Исходные данные:

Температура реагентов на входе в колонну, °С

жидкий аммиак 5,0

СО₂ 35,0

Раствор УАС 167,0

Температура в колонне, °С 184,0

Критическая температура NH₃, °С 132,4

Избыток NH₃,% 125,0

Теплота образования карбамида из карбамата аммония

при Т=184°С и избытке аммиака 125 %, Q_к кДж 19030,0

 

Масса исходных реагентов и продуктов реакций принята в соответствии с материальным расчетом.

Приход тепла

1. С газообразным СО₂:

Q₁ = М_СО2×i_СО2 = 744,4×67=49874,8 кДж/т,

где 67 – энтальпия СО₂ при 35°С и 20 МПа, кДж/кг.

2. С другими газами, приходящими вместе с СО₂:

Q₂ = m_др.×С×t = 11,53×1,026×35 = 414 кДж/т,

где 1,026 – теплоемкость азота, кДж/(кг×К).

3. С жидким азотом:

Q₃ = А₁× i^p_NH3 = 1418×23 = 32614 кДж/т,

где 23 – энтальпия аммиака при 5°С, кДж/кг.

4. Теплота реакции образования карбамата аммония:

кДж/т,

где V – теплота образования твердого карбамата аммония, кДж/моль;

r – теплота плавления карбамата аммония, кДж/моль;

- мольная масса карбамата аммония.

5. Теплота реакцити образования гидроксида аммония:

кДж/т,

где – интегральная теплота растворения 1 кмоля газообразного аммиака в 1 кмоле воды, кДж/кмоль;

– разница стандартных энтальпий жидкого и газообразного аммиака, кДж/кмоль.

6. Физическая теплота растворения УАС при 167°С и 14 МПа

кДж/т,

кДж/т,

кДж/т,

кДж/т.

Суммарный приход теплоты:

кДж/т.

 

Расход теплоты:

1. На образование карбамида:

338829,15 кДж/т.

2. На нагревание реагирующей части жидкого аммиака от 5°С до критической температуры 132,4° при 14 МПа:

кДж/т.

3. На нагрев газообразного СО₂ от 35 до 132,4°С:

кДж/т.

4. На выделение СО₂ из раствора аммонийных солей:

кДж/т

где - теплота растворения СО₂, кДж/т.

5. На нагрев СО₂ из раствора аммонийных солей от 100 до 132,4°С:

кДж/т.

6. На нагрев части карбамата аммония, превращающейся в карбамид от 132,4до 184°С:

кДж/т,

где – разница между образованным и непрореагировавшим карбаматом аммония, кг/т; - теплоемкость карбамата аммония, кДж/кг.

7. Теплота, выносимая с плавом карбамида:

=2373541,9 кДж/т.

8. Потери тепла в окружающую среду (7,25%)

кДж/т.

9. Суммарный расход тепла:

кДж/т.

 

Таблица 14. Тепловой баланс синтеза на 1 т. Карбамида

Приход	Расход
Статья	кДж/т	Статья	кДж/т
с СО2	49874,80	На образование карбамида	338829,10
с другими газами	413,00	На подогрев аммиака	691420,60
с жидким аммиаком	32614,00	На подогрев СО2	171807,50
Теплота образования карбамата аммония	3879160,00	На выделение СО2 с раствора УАС	354894,09
Теплота образования гидроксида аммония	61443,80	На подогрев СО2 с раствора	41472,30
С раствором УАС	457174,09	На подогрев карбамата аммония	183455,10
	4480680,60	С плавом карбамида	2373541,90
		Потери в окружающую среду	325260,30
Всего		Всего	4480680,60

 

Стрипер-аппарат

Исходные данные:

Температура плава, °С 180,00

Температура плава на выходе, °С 160,00

Температура СО₂, °С 100,00

 

Приход тепла

 

1. С плавом карбамида (по тепловому расчету колонны синтеза)

кДж/т.

2. С СО₂

кДж/т.

3. С греющим паром

.

4. Общий приход тепла

.

Расход тепла

1. С плавом карбамида:

кДж/т.

2. на разложение карбамата аммония:

кДж/т

где - теплота растворения СО₂, кДж/т.

3. На выделение аммиака из гидроксида аммония:

кДж/т.

4. с отходящими газами в результате дистилляции при 120°С

кДж/т.

Суммарный расход тепла

кДж/т.

2639132,2+Х=5793210,5

Х=5793210,5-2639132,2 = 3154078,3 кДж/т.

Расход пара на стриппер-процесс составляет:

кг/т,

1953 – теплота парообразования греющего пара при 15×10⁵ Н/м², кДж/кг.

 

Таблица 15. Тепловой баланс стриппера

Приход	Расход
Статья	кДж/т	Статья	кДж/т
с плавом карбамида	2372541,9	С плавом карбамида	1020318,60
с СО2	265590,4	На разложение карбамата аммония	1622029,70
При конденсации греющего пара	3154078,3	На выделение NH3 из NH4OH	841794,35
		С отходящими газами	2209067,90
		Потери в окружающую среду	100000,00
Всего	5793210,6	Всего	5793210,60