ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРОИЗВОДСТВА МОЧЕВИНЫ И ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОЙ СХЕМЫ. Карбамид (мочевина) (NH2)2CO – наиболее ценное азотное удобрение, легко усваиваемое растениями, содержащее до 46% азота.
Карбамид применяют так же, как азотистую добавку, непосредственно в корм скоту. Карбамид используется не только в сельском хозяйстве, но и в промышленности. Из него готовят карбамидные смолы, идущие на приготовление ценных пластмасс, древесностружечных плит, синтетических клеев, составов для пропитки тканей. Карбамид применяется в фармацевтической промышленности, при очистке нефтепродуктов, для приготовления синтетического волокна урилона и т.п. Сырьем для производства карбамида служат аммиак NH3 и диоксид углерода CO2. Его синтез протекает в две стадии.
На первой стадии осуществляется образование карбамата (карбаминовокислого аммония): 2NH3 + CO2 = NH2COONH4, ΔHº = -159 кДж. (а) Во второй стадии карбамат дегидратируется с образованием карбамида: NH2COONH4 = (NH2)2CO + H2O, ΔHº = -285 кДж. (б) Образование карбамата аммония NH2COONH4 в оптимальных условиях протекает с большой скоростью. Вторая же стадия (б) происходит медленно, неполностью и ускоряется лишь в жидкой фазе. С повышением температуры время дегидратации карбамата резко уменьшается, при этом возрастает и выход карбамида.
Для увеличения выхода карбамида используют также давление и избыток аммиака сверх стехиометрического, который препятствует образованию побочных продуктов. В промышленности синтез карбамида осуществляется при 100% избытке аммиака, давлении 18-20 МПа и температуре 180-200 ºС. Выход карбамида (по CO2) в оптимальных условиях составляет 60-70% при использовании чистых CO2 и NH3. В целях улучшения экономических показателей производства не вступившие во взаимодействие между собой аммиак и CO2 используются для получения других продуктов (разомкнутые схемы), или снова возвращаются в процесс (замкнутые, цикличные схемы). Технологические схемы производства карбамида отличаются разными методами разделения и регенерации отходящих газов: использование их в смежном производстве аммиачной селитры; раздельное поглощение CO2 и NH3 селективными сорбентами с возвратом этих газов в процесс (газовый рецикл); абсорбция CO2 и NH3 водой и возвращение в процесс водных растворов аммонийных солей (жидкостный рецикл) и др. Наиболее экономичной является схема с жидкостным рециклом, в упрощенном виде изображенная на рис. 1. Диоксид углерода, предварительно очищенный от соединений серы и механических примесей, сжимается компрессором 1 до 18-20 МПа и при температуре ≈40 ºС непрерывно подается через смеситель 4 в колонну синтеза 5. В колонну непрерывно вводится плунжерным насосом 3 и жидкий аммиак из емкости 2, нагретый до 90 ºС. Мольное отношение NH3 : CO2 поддерживается в пределах (3,8 – 4) : 1. Скорость подачи реагентов рассчитана так, чтобы продолжительность реакционной смеси в колонне синтеза 5 находилась в пределах 30 – 40 мин. За счет подогретого аммиака и тепла реакции в колонне поддерживается температура 185 – 195 ºС, а степень конверсии CO2 составляет 60 – 70 %. Реактор работает в режиме вытеснения; реакционная масса продвигается снизу вверх; из верхней его части выводится плав, состоящий из карбамида, непревратившегося карбамата, избыточного аммиака и воды. После снижения давления дросселированием до 1,6 – 2 МПа плав поступает в ректификационную колонну 8 и затем через систему подогревателей и сепарации подается на вакуум-выпарку (обычно двухкорпусную). В ректификационной колонне от карбамида отделяется избыточный аммиак, возвращаемый снова в процесс.
В подогревателе 9 плав нагревается до 170 ºС, в результате чего происходит разложение карбамата на CO2 и NH3. Газожидкостная смесь разделяется в сепараторе 10; газовая фаза возвращается в ректификационную колонну, а жидкая – в вакуум-выпарной аппарат 13. Парогазовая смесь из ректификационной колонны, содержащая NH3 (75%), CO2 и Н2О, подается в промывную колонну 7, в которой происходит образование раствора аммонийных солей, а в газовой фазе остается только чистый аммиак.
В низу колонны температура поддерживается около 100 ºС, в верху – около 40 ºС. Концентрированный раствор углеаммонийных солей насосом 3 подается в смеситель 4 и далее попадает в колонну синтеза.
Плав карбамида после вакуум-выпарки поступает в накопитель плава (сборник) 12 и насосом 14 подается в грануляционную башню 15 на грануляцию.
В некоторых системах вместо грануляции применяют трехкорпусную вакуум-кристаллизацию.
Тогда готовый продукт на склад отправляется не в гранулированном, а в кристаллическом виде. Следует отметить, что гранулированный карбамид меньше слеживается, и его легче транспортировать и использовать.
Технологическая блок-схема производства карбамида (мочевины) ((NH2)2CO) 1-я операция 2-я операция 3-я операция 4-я операция 5-я операция Газовая фаза Жидкая фаза 6-я операция 7-я операция Ниже приведена пооперационная структура приведенной блок-схемы получения мочевины 1-я операция 2-я 2-я операция 3-я операция 4-я операция 5-я операция Газовая фаза Жидкая фаза 6-я операция 7- я операция Экономическое обоснование оптимальной схемы с учетом наличия сырья, топлива, электроэнергии, трудовых ресурсов, географического расположения предприятия, рынков сбыта готовой продукции. Определение производственной мощности предприятия В 1963 г. на атмосферном азоте и природном газе, получаемом из Дашавы, начал работать азотнотуковый завод в Гродно (с 1975 г. производственное объединение «Азот»). ОАО входит в десятку крупнейших предприятий химической отрасли.
Сегодня ОАО "Гродно Азот" — крупное химическое объединение, производящее аммиак, азотные удобрения (карбамид, жидкое удобрение КАС, сульфат аммония), капролактам, серную кислоту, метанол и продукты малотоннажной химии, товары народного потребления.
Из товаров народного потребления хорошо известны антикоррозийный препарат «Мовиль-2», растворитель сантехнический «Крот-М», сульфат аммония, аккумуляторная кислота, изделия из пластмасс и полиэтилена (сумки, виньетки, фильтры тонкой очистки бензина) и др. Основная продукция предприятия соответствует требованиям международных стандартов по системе ИСО-9002. Это позволяет более 50% своей продукции успешно экспортировать.
Среди торговых партнеров «Азота» предприятия Италии и Индии, Шри Ланки и Венгрии, Чехословакии и Вьетнама, Югославии и Кубы и др. С 1988 года товары народного потребления поставляются в Китай и Испанию.
Объединение имеет развитую инфраструктуру вспомогательных цехов, обеспечивающих ремонт и техническое обслуживание оборудования, изготовление запасных частей.
В 1970 г. в Гродно вступил в строй капролактамовый завод, использующий в качестве сырья продукцию Новополоцкого нефтеперерабатывающего завода (бензол и др.). Неотъемлемой частью технологического процесса является использование аммиака азотнотукового завода. Капролактам – полупродукт для производства синтетических смол и капронового волокна. Из капролактама (мощность завода 50 тыс. т) можно изготовить 400 млн. м капроновых тканей.
Это предприятие входит в производственное объединение «Азот».