Производство карбомида - Дипломная работа

Карбамид или мочевина СО(NH2)2 является конечным продуктом белкового обмена в организме человека, млекопитающих, рыб, птиц, и некоторых пресмыкающихся. Карбамид был открыт в XVIII столетии известными химиками Бургаве, А. Он показал, что при выпаривании раствора циановокислого аммония (смеси сульфата аммония и цианита калия) последний превращается в карбамид. Основываясь на том, что карбамат аммония является продуктом прямого взаимодействия аммиака и диоксида углерода, а карбамат аммония по составу отличается от карбамида только одной молекулой воды, русский химик А. И. Синтез карбамида, впервые осуществленный им в 1870 г., протекает в две стадии: вначале образуется карбамат аммония, во второй стадии в результате отщепления воды образуется карбамид.Главное отличие современных схем друг от друга состоит по существу в методах использования газов дистилляции - аммиака и двуокиси углерода - непрореагировавших за один проход через колонну синтеза мочевины. б) схемы с предварительным разделением возвращаемых в процесс NH3 и СО2; Основная особенность однопроходных, или разомкнутых схем состоит в том, что непревращенные в карбамид аммиак и двуокись углерода после их выделений из плава в процессе дистилляции не возвращаются на повторное использование для получения мочевины, а направляются в виде отхода производства на переработку в другие продукты. Схемы с предварительным разделением возвращаемых в цикл NH3 и СО2, заключается в том, что их выделение из плава в процессе дистилляции подвергаются разделению именно путем избирательной абсорбции одного из компонентов, а только потом раздельно возвращаются в колонны синтеза. Основной технологический принцип схемы с жидкостным рециклом NH3 и СО2 в виде водных растворов аммонийных солей состоит в том, что не превращенные в карбамид аммиак и двуокись углерода после их выделения из плава в процессе двухступенчатой дистилляции адсорбируются водой и возвращается в цикл в виде водно-аммиачных растворов аммиачных солей.Исходным сырьем для промышленного синтеза карбамида служат жидкий аммиак и диоксид углерода. В обычных условиях аммиак(NH3) - бесцветный газ с резким удушливым запахом, молекулярный вес - 17, удельный вес 0,77 г/л, в 1,7 раз легче воздуха, хорошо растворим в воде. Жидкий аммиак - бесцветная жидкость, сильно преломляющая свет, удельный вес - 0,63 г/см3, молекулярный вес - 17. В соответствии с ГОСТ 6221-90 он должен удовлетворять следующим требованиям: Массовая доля аммиака, % масс.………………………………… н/м 99,6 Современные методы промышленного получения аммиака основаны на взаимодействии водорода и азота, протекающем при высоких давлениях и температурах в присутствии катализатора: 2H2 N2 = 2NH3 Q(1)Карбамид (мочевина,диамид угольной кислоты, амидкарбаминовой кислоты) СО (NH2)2, - белое кристаллическое вещество, содержащее 46,6% азота температура плавления 132,7°С, плотность 1335 кг/м3. Карбамид выпускают в гранулированном или кристаллическом виде, хорошо растворим в воде и в жидком аммиаке. Растворение карбамида в воде сопровождается поглощением тепла, а кристаллизация из раствора - выделением тепла.Карбамид кристаллизуется в виде длинных шелковисто-белых игл. Карбамид хорошо растворяется в жидком аммиаке при повышенных температурах растворимость его в жидком аммиаке несколько меньше, чем в воде, при температуре более 30°С растворимость его превышает растворимость в воде. В растворах сильных кислот карбамид ведет себя как слабое основание, а в растворах сильных оснований он ведет себя как слабая кислота.Техническое наименование производимой продукции - карбамид (мочевина) по ГОСТ 2081 - 92, карбамид - побочный продукт производства по ТУ 113-03-0203762-19-88 , карбамид кристаллический по ТУ 2181-059-00203766-99.Синтез карбамида из аммиака и диоксида углерода протекает в две стадии. Вначале в результате их взаимодействия образуется карбамат аммония: 2CO2 (газ) NH3 (газ) = NH2COONH4 (ж) 125, 6 КДЖ (2) Карбамат аммония, образующийся по реакции, представляет собой кристаллическое вещество белого цвета, сильно пахнущее аммиаком сильно гигроскопичное. При повышении температуры степень дегидратации (конверсии) карбамата аммония в карбамид увеличивается (рисунок 1) . Ускорить этот процесс только путем повышения температуры процесса не представляется возможным, т. к. карбамат аммония - нестойкое соединение и легко разлагается на аммиак и диоксид углерода.Выпаривание применяют для концентрирования растворов нелетучих веществ, выделения из раствора чистого растворителя (дистилляция) и кристаллизации растворенных веществ, т. е. выделения нелетучих веществ, в твердом виде. В качестве примера выпаривания с выделением чистого растворителя из раствора можно привести опреснение морской воды, когда образующийся водяной пар конденсируют и полученную воду используют для различных целей. При выпаривании под вакуумом снижается температура кипения раствора, что дает возможность использовать для обогрева аппарата пар низкого давления. В таких аппаратах при выпаривании под разрежением (остато

Содержание

Введение

1. Технологическая часть

1.1 Выбор метода производства. Существующие методы производства готового продукта и их краткая характеристика

1.2 Основные физико-химические свойства сырья, вспомогательных материалов, готовой продукции, Государственные стандарты

1.2.1 Исходное сырье

1.2.2 Вспомогательные материалы

1.3 Теоретические основы процесса. Выбор оптимальных условий

1.3.1 Синтез карбамида

1.3.1 Теоретические основы получения готового продукта

1.3.2 Выпаривание

1.4 Описание технологической схемы установки. Нормы технологического режима

1.4.1 Нормы технологического режима

1.5 Автоматизация производства. Аналитический контроль

1.5.1 Аналитический контроль

1.5.2 Методы анализа

1.6 Отходы производства

1.7 Конструкции основного аппарата и вспомогательного оборудования

1.8 Охрана труда и промышленная экология

1.8.1 Охрана труда

1.8.2 Производственная санитария

1.8.3 Промышленная экология

2. Расчетная часть

2.1 Предварительный расчет

2.1.1 Определяем часовую производительность установки

2.1.2 Теоретические расходные коэффициенты

2.1.3 Практические расходные коэффициенты

2.1.4 Материальный баланс выпарной установки

2.1.5 Материальный баланс стадии кристаллизации

2.2 Тепловой баланс выпарки в аппарате пленочного типа

2.3 Конструктивный расчет

2.4 Экономический расчет

Заключение

Список используемых источников карбамид мочевина выпарной кристаллизация

Карбамид или мочевина СО(NH2)2 является конечным продуктом белкового обмена в организме человека, млекопитающих, рыб, птиц, и некоторых пресмыкающихся. Она выделяется почками и частично потовыми железами позвоночных.

Карбамид был открыт в XVIII столетии известными химиками Бургаве, А. Мариграф и К. Шиле. Однако определить его состав им не удалось.

Первый синтез карбамида был осуществлен в 1828 году немецким химиком Ф. Велером. Он показал, что при выпаривании раствора циановокислого аммония (смеси сульфата аммония и цианита калия) последний превращается в карбамид. Открытие Ф. Велера положило начало современной органической химии. Основываясь на том, что карбамат аммония является продуктом прямого взаимодействия аммиака и диоксида углерода, а карбамат аммония по составу отличается от карбамида только одной молекулой воды, русский химик А. И. Базаров пришел к выводу, что можно отщепить эту молекулу воды и получить карбамид.

В настоящее время карбамид производят в промышленном масштабе из аммиака и диоксида углерода по методу А. И. Базарова. Синтез карбамида, впервые осуществленный им в 1870 г., протекает в две стадии: вначале образуется карбамат аммония, во второй стадии в результате отщепления воды образуется карбамид. Данные реакции обратимы; равновесные концентрации и скорости процессов определяются температурой, давлением, соотношением NH3, С02 и количеством Н20 в смеси. Ускоряемые темпы наращивания производственных мощностей по карбамиду в наиболее развитых странах обусловлены необходимостью покрытия все возрастающих потребностей в промышленности и сельском хозяйстве. Быстрый рост промышленного производства создает предпосылки для его технического совершенствования, а следовательно для улучшения технико-экономических показателей, повышения качества и удешевления стоимости продукта, что в свою очередь обеспечивает благоприятные условия для расширения потребления карбамида.

Карбамид представляет собой концентрированное азотное удобрение, содержащее азот в амидной форме. По сравнению с другими твердыми удобрениями карбамид содержит 46,6 % азота, т.е. наибольшее количество азота, что в основном и определяет экономическую целесообразность его использования в середине ХХ века в качестве удобрения. Его можно применять также для внекорневой прикормки растений, т. к. он в отличие от аммиачной селитры не вызывает ожогов листьев.

Карбамид очень широко применяется также для технических целей. Для приготовления продуктов ее конденсации с формальдегидом. Карбамид нашел применение в фармацевтической промышленности для приготовления успокаивающих и снотворных. Его используют при изготовлении дезинфицирующих средств, в качестве смягчителя, в производстве косметических кремов. В нефтяной промышленности оказалось возможным эффективно использовать карбамид для разделения нефтепродуктов методом экстрактивной кристаллизации.

В настоящее время в промышленных масштабах карбамид производят по следующим схемам: схемы с рециклом непрореагировавших горячих газов NH3 и С02; схемы с жидкостным рециклом NH3 и С02 в виде масляной суспензии карбамата аммония; схемы с газовым рециклом разделяемых NH3 и СО2; схемы с жидкостным рециклом NH3 и С02 в виде водных растворов аммонийных солей; схемы с полным жидкостным рециклом и с применением стриппинг-процесса.

В данном дипломном проекте выбрана схема получения карбамида с полным жидкостным рециклом и с применением стриппинг-процесса.

Всвязи с увеличением потребности в карбамиде как в промышленности так и сельском хозяйстве считается целесообразным строительство нового производства.