Концентрирование карбамида (стр. 1 из 5)
Реферат
Ключевые слова: Установка, Выпаривание, Технологии, Расчет, Оптимизация, Карбамид, Раствор, Выпарной аппарат.
В общей части обсуждены современные методы концентрирования жидких смесей. Принята выпарная установка с сосной греющей камерой для концентрирования раствора карбамида (
) с 95% до 99,8% (масс.). Выбраны основные технологические параметры процесса упаривания. Принята конструкция выпарного аппарата.В технологическом расчете определены материальные и тепловые потоки.
В конструктивном расчете определены основные конструктивные размеры выпарного аппарата, обеспечивающего заданную производительность. Проведена оптимизация требуемой площади поверхности теплообмена по минимуму затрат.
В прочностном расчете определены требуемые толщины стенок аппарата, крышки и днища. Также произведен расчет и выбор опор и фланцев.
Содержание
1. Введение
2. Общая часть
2.1 Общие сведения о процессе
2.2 Выбор выпарного аппарата
3. Технологический расчет
3.1 Материальный баланс
3.2 Определение тепловых нагрузок
3.3 Тепловой баланс
3.4 Выбор конструкционного материала
3.5 Расчет коэффициента теплопередачи
4. Конструктивный расчет
4.1 Расчет поверхности теплопередачи
4.2 Определение толщины тепловой изоляции
4.3 Выбор штуцеров
5. Гидравлический расчет
6. Прочностной расчет
6.1 Расчет толщины стенок
6.1.1 Расчет толщины стенки сепаратора
6.1.2 Расчет толщины стенки греющей камеры
6.2 Расчет крышек и днищ выпарного аппарата
6.2.1 Расчет крышек и днища сепаратора
6.2.2 Расчет крышки и днища греющей камеры
6.3 Расчет фланцев и болтовых соединений
6.4 Расчет опор
7. Литература
1. Введение
Карбамид (мочевина) СО(NH2)2 представляет собой амид карбаминовой кислоты.
Карбамид выпускается в виде гранул или кристаллов. В данном производстве карбамид выпускается в виде гранул. По внешнему виду гранулы карбамида белые или слабо окрашенные. Чистый карбамид СО(NH2)2 содержит 46,6 % азота в амидной форме. Раствор карбамида в воде обладает слабощелочными свойствами. Физико-химические свойства карбамида:
Таблица 1.1.
| Относительная молекулярная масса | 60,056 |
| Плотность (при 25 °С), кг/м3 | 1330 |
| Насыпная плотность гранулированного карбамида влажности 0,5 - 0,17 %, кг/м3 | 687-736 |
| Температура плавления при атмосферном давлении, оС | 132,7 |
| Удельная теплоемкость при 20 оС, кДж. | 1,34 |
| Теплота плавления, кДж/кг | 242 |
| Теплота образования из простых веществ при 25 оС, кДж/моль | 333,27 |
| Теплота растворения, кДж/кг | 242 |
| Теплопроводность плава при 35 оС, Вт/(м к) | 0,42 |
| Динамическая вязкость при 132,7 оС , МПа× с | 2,58 |
| Угол естественного откоса гранулированного продукта, град | 35 |
С некоторыми солями карбамид образует комплексные соединения. При смешении в определенных соотношениях с аммиачной селитрой карбамид образует комплексные соединения, более растворимые, нежели каждая соль в отдельности.
Комплексные соединения карбамид образует с нормальными углеводородами и их производными. Реагируя с формальдегидом при нагревании в присутствии щелочи, карбамид образует различные высокомолекулярные продукты, которые применяются в промышленности для изготовления пластических масс. Продукт, полученный путем конденсации карбамида с формальдегидом в кислой среде представляет собой карбамидо-формальдегидное удобрение, содержащее до 40 % азота, большая часть которого находится в труднорастворимой, но полностью усвояемой растениями форме.
В воде карбамид растворяется хорошо. При повышении температуры его растворимость увеличивается.
Значительно труднее растворяется карбамид в метиловом, этиловом и др. спиртах. В эфире он мало растворим и нерастворим в хлорбензоле.
Карбамид легко растворяется в жидком аммиаке, образуя соединение СО(NH2)2NH3 с массовой долей 71,9 % карбамида и 22,1 % вес аммиака и существующее только в растворах. С повышением температуры растворимость карбамида в аммиаке значительно возрастает.
Твердый карбамид, нагретый под вакуумом до 120-130 оС возгоняется без разложения. Нагревание сухого карбамида при атмосферном давлении выше температуры плавления 132,7 оС приводит к образованию биурета, а при 180-190 оС - циануровой кислоты: амелида и др.
Карбамид выпускается по ГОСТ 2081-92Е, который соответствует требованиям к карбамиду, изготовляемому для нужд сельского хозяйства и для поставки на экспорт:
Таблица 1.2.
| № п/п | Наименование показателей | Норма марки Б | ||
| Высший сорт | 1-й сорт | 2-й сорт | ||
| 1 | Массовая доля азота в пересчете на сухое вещество, %, не менее | 46,2 | 46,2 | 46,2 |
| 2 | Массовая доля биурета, %, не более | 1,4 | 1,4 | 1,4 |
| 3 | Массовая доля воды, %, не более: | |||
| метод высушивания | 0,3 | 0,3 | 0,3 | |
| метод Фишера | 0,5 | 0,5 | 0,6 | |
| 4 | Рассыпчатость, %. | 100 | 100 | 100 |
| 5 | Гранулометрический состав, %. | |||
| массовая доля гранул размером, мм: | ||||
| От 1 до 4 мм, не менее | 94 | 94 | 94 | |
| От 2 до 4 мм, не менее | 70 | 50 | - | |
| Менее 1 мм, не более | 3 | 5 | 5 | |
| Остаток на сите 6 мм, не более | Отсутствие | |||
| 6 | Статическая прочность гранул, кгс/гранулу, не менее | 0,7 | 0,5 | 0,3 |
Карбамид находит широкое применение как в сельском хозяйстве, так и в промышленности. В сельском хозяйстве он используется как азотное удобрение и кормовое средство.
Исходя из повышенных требований сельского хозяйства к качеству карбамида (грансоставу и прочности гранул), обусловленных переходом на бестарное хранение и отгрузку карбамида, возникла необходимость обработки карбамида карбамидоформальдегидной смолой, в результате чего карбамид приобретает свойство текучести.
Это свойство дает гарантию рассыпчатости продукта, кроме того обработанный карбамид, внесенный в почву более полно усваивается сельскохозяйственными культурами.
В промышленности карбамид применяют в производстве пластических масс, синтетических клеев. Широко применяется в фармацевтической промышленности, расходуется на изготовление ряда лекарственных препаратов.
В больших количествах используется в производстве карбамидоформальдегидных полимеров (КФП) получаемых путем конденсации карбамида с формальдегидом.
В связи с этим важное значение приобретает кооперирование производства карбамида и формальдегида.
2.Общая часть
2.1 Общие сведения о процессе
Раствор карбамида с массовой долей карбамида 65-75 %, температурой 80-100 °С.
TI 2332 подается насосом поз. Р-303А(В) из сборника поз. V-302 в испаритель 1-ой ступени выпарки поз. Е-401. Испарители 1-ой ступени и II-й ступени выпаривания представляют собой кожухотрубные теплообменники, совмещенные в верхней части с сепаратором. Объемная подача раствора на выпарку (не менее 25 м3\ч) регулируется клапаном регулятора расхода FIRC 2012.
На I-ой ступени выпарки раствор карбамида упаривается при температуре 125-130 °С (ТIC 2341), абсолютном давлении 25-49 кПа (PIRC 2117). Температура раствора на выходе из 1-ой ступени регулируется регулятором давления пара PIC 2137 с коррекцией по TIC 2341. Пар 0,2?0,45 МПа подается в межтрубное пространство подогревателя поз. Е-401.
Парожидкостная смесь из подогревателя поз. Е-401 поступает в сепаратор поз. S-401, где соковые пары отделяются от раствора карбамида. Раствор карбамида из сепаратора поз. S-401 по барометрической трубе поступает в испаритель II-ой ступени поз. Е-402.
На II-ой ступени выпарки раствор упаривается при абсолютном давлении не более 5,0 кПа и температуре 135-140 °С (TIC 2342) до массовой доли карбамида в плаве не менее 99,7 %. Температура плава на выходе из II-ой ступени выпарки поддерживается регулятором PIC 2128 с коррекцией по TIC 2342. Пар давлением 0,4-0,8 МПа подается в межтрубное пространство испарителя поз. Е-402.
В сепараторе II-ой ступени поз. S-402 соковые пары отделяются от плава карбамида.
Плав карбамида из сепаратора поз. S-402 поступает на всас насосов плава поз.
Р-401А,(В) и далее на грануляцию. Для предотвращения кристаллизации плава в “рубашку” плавопровода подается пар 0,25-0,38 МПа.
Во время пуска узла выпаривания до выхода на нормальный технологический режим, плав карбамида через трехходовой клапан НСАОС 2613 циркулирует от насоса поз. Р-401А(В) в сборник поз. V-302.
По окончании вывода узла выпаривания на НТР плав подается на грануляторы, линия циркуляции плава промывается конденсатом от насоса поз. Р-901А(В) через клапан HIC 2614.
В качестве кондиционирующей добавки в линию всаса насосов поз. Р-401А(В), в плав карбамида из напорного бака поз. V-666 дозируется карбамидоформальдегидная смола.
Объемная подача раствора КФС, дозируется в плав карбамида, регулируется клапаном регулятора FIRC 1751. На входе КФС в линию плава установлен отсекатель НСА 1751, который закрывается при переводе узла выпаривания на циркуляцию. Положение клапана-отсекателя сигнализируется на ЦПУ. Для поддержания температуры раствора КФС на уровне 20-30 °С TI 1723 (3) в “рубашку” напорного бака поз. V-666 подается конденсат. Трубопроводы раствора КФС снабжены конденсатными “рубашками”.
Соковый пар из сепаратора поз.S-401 конденсируется в конденсаторе поз. Е-702. Не сконденсировавшиеся пары и инерты эжектором поз. I-702 подаются в концевой конденсатор поз. Е-705. Остаточное давление на I-ой ступени выпарки регулируется клапаном регулятора PIRC 2117. Соковый пар из сепаратора поз. S-402 эжектором поз.I-703 подается в конденсатор поз. Е-703.Несконденсировавшиеся пары и инерты в поз. Е-703 эжектором поз. I-704 транспортируются через второй конденсатор II-й ступени выпарки поз. Е-704 в концевой конденсатор поз. Е-705.