Проект установки синтеза карбамида с разработкой колонны синтеза

					ДП-СевКавГТУ-240301-ДН-342-06	Лист
Изм.	Лист	№ документа	Подпись	Дата

 

2 РАСЧЕТНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ  ЧАСТЬ

 

2.1 Расчет материального баланса узла синтеза карбамида

 

Исходные данные:

– производительность установки  360000 т/год;

– степень превращения карбамата аммония в карбамид 65%;

– потери карбамида 7%;

– мольное соотношение NH₃:CO₂:H₂O = 4,5:1,0:0,5;

– состав жидкого аммиака, идущего на синтез: 

NН₃ – 99,8% об.;

Н₂О – 0,2% об.;

– состав экспанзерного газа, идущего на синтез:

СО₂ – 97,0% об.;

азотоводородная смесь  – 2,0% об.;

О₂  – 1,0 % об.;

– давление в аппарате   Р = 20 МПа;

– температура в колонне синтеза   200 °С;

– время пребывания смеси в колонне синтеза 45 минут.

Схема к расчету материального баланса приведена на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 – Схема к расчету материального баланса узла синтеза карбамида

 

Узел синтеза карбамида состоит из: смесителя СМ, где происходит смешение аммиака, диоксида углерода и воды, в целях рационального использования сырья и повышения степени конверсии карбамата аммония в карбамид, в результате чего образуется карбамат аммония.

Расчет материального баланса узла синтеза карбамида выполнен в среде программирования  Mathcad, и представлен в приложении 1.

Схема к расчету материального  баланса смесителя приведена на рисунке 2.2

Рисунок 2.2 – Схема  к расчету материального баланса смесителя

 

При составлении материального баланса смесителя принимаем, что в смесителе протекает реакция образования карбамата аммония.

2NH₃г +CO₂г 

  H₂NCOONH₄ж +Q  (2.1)

Материальный  баланс смесителя представлен в таблице 2.1.

 

Таблица 2.1 – Материальный  баланс смесителя

Вещество	Приход		Вещество	Расход
	G, кг/ч	w, %		G, кг/ч	w, %
1	2	3	4	5	6
Аммиак свежий и возвратный: NH3 H2O	6,690·104 134,063	45,707 0,092	Карбамат аммония	8,795·104	60,087
Диоксид углерода: СО2 прочие газы	3,059·104 351,588	20,899 0,240	Избыточный свободный  аммиак	4,792·104	32,740

 

Продолжение таблицы 2.1

1	2	3	4	5	6
Раствор УАС: NH3 СО2 H2O	1,936·104 1,902·104 1,001·104	13,225 12,996 6,842	Вода	1,015·104	6,933
			Прочие газы	351,588	0,240
Итого	1,464·105	100,000	Итого	1,464·105	100,000

 

Расхождения в балансе 0 %.

Схема к расчету материального баланса реактора синтеза карбамида приведена на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3 – Схема  к расчету материального и  теплового баланса реактора синтеза карбамида

 

При составлении материального и теплового балансов реактора синтеза карбамида принимаем, что происходят реакции (8,9,12):

H₂NCOONH₄ж    CO(NH₂)₂ж + H₂Oж – Q (2.2)

Н₂Ож + NH₃ж (избыток)    NH₄OHж +Q (2.3)

При этом степень конверсии карбамат аммония равна 65%. Материальный  баланс реактора представлен в таблице 2.2.

 

Таблица 2.2 – Материальный  баланс реактора синтеза карбамида

Вещество	Приход		Вещество	Расход
	G, кг/ч	w, %		G, кг/ч	w, %
Карбамат аммония	8,795·104	60,087	Карбамид	4,397·104	30,043
Избыточный свободный  аммиак	4,792·104	32,740	Неразложившийся карбамат аммония	3,078·104	21,030
Вода	1,015·104	6,933	Избыточный свободный аммиак	2,588·104	17,679
Прочие газы	351,588	0,240	NH4OH	4,538·104	31,006
			Прочие газы	351,588	0,240
Итого	1,464·105	100,000	Итого	1,464·105	100,000

 

Расхождения в балансе 0 %.

 

2.2 Расчет теплового  баланса узла синтеза карбамида

 

Расчет теплового  баланса узла синтеза карбамида выполнен в среде программирования  Mathcad, и представлен в приложении 1.

Любой тепловой баланс основан  на следующем: Q_прих. = Q_расх.

При расчете теплового  баланса смесителя принимаем, что  потери тепла в смесителе равны 5% от прихода тепла. При этом температура плава карбамата увеличивается до 201,248°С.

Тепловой баланс смесителя представлен в таблице 2.3.

 

Таблица 2.3 – Тепловой баланс смесителя

Приход			Расход
Статья прихода	Q, кДж		Статья расхода	Q, кДж
Газообразный диоксид углерода	1,012·106		Подогрев жидкого аммиака	1,734·107
Прочие газы	1,163·104		Подогрев газообразного диоксида углерода	8,098·106
Жидкий аммиак	1,483·107	Выделение СО2 из УАС		1,068·107
Реакция образования карбамата аммония	4,843·107	Подогрев СО2 из УАС		3,867·106
Раствор аммонийных солей	1,815·107	Потери в окружающее пространство		4,122·106
		Тепло, уносимое плавом карбамата аммония		3,833·107
Итого	8,244·107	Итого		8,244·107

 

При расчете теплового  баланса реактора синтеза карбамида  принимаем, что потери тепла в  реакторе равны 5% от прихода тепла. Температура плава карбамида после реактора падает до 186,656°С.

Тепловой баланс реактора селективной очистки представлен  в таблице 2.4.

 

 

Таблица 2.4 – Тепловой баланс реактора синтеза карбамида

Приход		Расход
Статья прихода	Q, кДж	Статья расхода	Q, кДж
Плав карбамата аммония	3,833·107	Образование карбамида	1,395·107
Реакция образования NH4OH	9,260·105	Подогрев карбамата аммония	7,551·106
		Потери в окружающее пространство	1,963·106
		Тепло, уносимое плавом карбамида	1,801·107
Итого	3,926·107	Итого	3,926·107

 

 

2.3 Компоновка оборудования

 

Оборудование химических производств, в зависимости от применяемых  машин и аппаратов, особенностей технологического процесса и климатических условий может быть расположено в закрытых производственных помещениях и на открытых площадках.

Если оборудование нельзя установить на открытой площадке, то его следует располагать в зданиях из железобетона прямоугольной формы в плане с использованием унифицированных типовых пролетов и по возможности одинаковой высоты.

Размещение технологического оборудования на открытых площадках следует проектировать во всех случаях, когда позволяют климатические условия и условия эксплуатации технологического оборудования, применяя при необходимости местные укрытия. Местные укрытия могут быть в виде шатров, будок, навесов разных размеров и назначений, начиная от небольших укрытий отдельных аппаратов до устройства цехов без стен, с одной только крышей, и а отдельных случаях этажерок. Применение местных укрытий целесообразно в том случае, когда аппаратура не требует установки в утепленном помещении, но должна быть защищена, так же как и эксплуатационный персонал, от ветра, пыли и дождя.

В производстве карбамида используется большое количество различных машин и аппаратов. Немалое значение для удобства обслуживающего персонала, а также ремонта и эксплуатации имеет компоновка оборудования на месте.

Основное оборудование цеха №2а находится в помещении, для предотвращения попадания на него влаги и, как вследствие, снижения срока эксплуатации из-за повышенной коррозии материалов, из которых изготовлены машины и аппараты. В производственном помещении находятся: машинный зал, для сжатия и подачи свежего воздуха, вся теплообменная аппаратура, часть трубопроводов. На открытой площадке располагаются аппараты, которые имеют большие габариты и поэтому не могут быть установлены в производственном помещении, такие как воздушные фильтры, смеситель, колонна синтеза и т.д.

Оборудование должно устанавливаться так, чтобы обеспечить свободный доступ обслуживающего персонала к основным частям машин и аппаратов. Вся регулирующая и запорная арматура должна устанавливаться таким образом, чтобы обеспечить беспрепятственный доступ к трубопроводам и коллекторам. Работа отдельных аппаратов и машин не должна влиять на работоспособность другого оборудования.

Все оборудование, к которому подключено электричество, должно иметь  заземление. Электрические распределительные щиты должны находиться вдали от взрывоопасных и пожароопасных машин и аппаратов. Компоновка оборудования должна производиться таким образом, чтобы обеспечить свободный, беспрепятственный доступ из одного места производственной площадки к другому.

При установке  оборудования вне здания рекомендуется:

1. все громоздкое и тяжелое оборудование по возможности располагать на отметке земли с таким расчетом, чтобы не утяжелять конструкции этажерок, на которых устанавливается оборудование;
2. опорные устройства применять типовые из сборного железобетона;
3. максимально использовать несущую способность стенок крупногабаритных емкостных аппаратов – устройство лестниц и площадок для обслуживания крышек, люков, арматуры, приборов, закрепленных на самих аппаратах.

Расположение  аппаратов непосредственно на других сооружениях или над технологическим  оборудованием значительно сокращает площадь застройки. Такое расположение особенно для установок, работающих при низких давлениях, так как сокращается протяженность трубопроводов, резко снижаются гидравлические потери и повышается герметичность установки.

Площадки укреплены непосредственно на аппаратах и используются для установки вспомогательного оборудования. Лестницы для обслуживающих площадок также крепятся к аппаратам. При наличии большого количества аппаратов, требующих по условиям технологического процесса размещения на различных высотных отметках, целесообразно сооружение специальной многоэтажной этажерки. В этом случае громоздкие и высокогабаритные аппараты с целью сокращения размеров этажерки следует размещать по ее периметру с наружной стороны.

Вся колонная аппаратура размещена высоко над землей в вертикальном положении, а на отметке земли размещается блок наружных емкостей [8].

 

2.4 Технико-экономическое обоснование мощности производства и места его строительства

 

Предприятие ОАО “  Невинномысский АЗОТ ”  было построено в Ставропольском крае  в городе Невинномысске в связи со многими природными преимуществами по отношению к другим прилегающим территориям.

Рассмотрим более подробно самые существенные факторы, которые  непосредственно связаны с данным расположением предприятия.

Большую роль в сфере  транспортировки и перевозки  изготовляемых продуктов, к которым относятся и карбамид, сыграло расположение на данной территории крупного железнодорожного узла, который существенно снижает затраты транспортировки груза. Помимо железнодорожного узла, по краю проходит одна из крупнейших автомагистралей страны, которая так же решает вопрос перевозки груза. Ставропольский край находится в непосредственной близости с Краснодарским краем,  который имеет выход к Черноморскому побережью, следовательно, поставку удобрения в другие территориальные округи и  в другие страны можно осуществлять по Черному морю.