Производство карбамида с двухступенчатой дистилляцией плава и жидкостным рециклом

 

 

 

Содержание

 

Введение……………………………………………………………………….	5
1 Свойства мочевины………………………………………………………..	7
1.1 Значение мочевины………………………………………………	8
1.2 Требования к продукту……………………………………………	10
1.3 Сырье для получения мочевины……………………………….	12
2 Физико-химические основы синтеза мочевины…………………………	13
3 Основные аппараты по схеме  с частичным рециклом………………….	15
4  Дистилляция плава мочевины……………………………………………	22
4.1 Дистилляция 1 ступени.…………………………………………..	22
4.2 Дистилляция 2 ступени…………………………………………..	25
5 Жидкостный рецикл………………………………………………………	25
5.1Дистилляция 1 ступени……………………………………………	25
5.2 Дистилляция 2 ступени…………………………………………...	28
6 Схема производства мочевины  с жидкостным рециклом……………..	30
7 Расчет материального и теплового  баланса…………………………….	34
7.1 Расчет материального баланса……………………………………	34
7.2 Расчет теплового баланса…………………………………………	37
8 Техника безопасности и охрана труда………………………………….	42
Заключение…………………………………………………………………...	45
Список использованных источников………………………………………...	46

 

Введение

 
         Среди азотных удобрений лучшим для внекорневой подкормки является карбамид (мочевина) – он не вызывает таких ожогов, которые возникают на поверхности листьев при опрыскивании их водными растворами аммиачной селитры.

Карбамид (мочевина) – диамид угольной кислоты CO(NH2)2, химическое соединение, конечный продукт метаболизма белков. В моче человека содержится более 2% мочевины. Состав карбамида был установлен в 1818 году английским врачом и химиком У. Праутом. Мочевина – первое органическое соединение, полученное синтетическим путем из неорганического вещества. Впервые синтетический метод получения карбамида применил в 1828 году немецкий физик Ф. Вебер.

Карбамид широко применяют как в сельском хозяйстве, так и в промышленности. Он является высококонцентрированным безбалластным азотным удобрением. По сравнению с другими азотными удобрениями  (кроме аммиака NH3) карбамид содержит наибольшее количество азота. Азот карбамида очень хорошо усваивается растениями. По своим физическим свойствам карбамид как удобрение также имеет преимущества перед аммиачной селитрой. Он не взрывоопасен, менее гигроскопичен и не так сильно слеживается. Попадая в почву, карбамид под действием влаги очень быстро превращается в карбонат аммония, который далее нитрифицируется. Поэтому на кислых почвах карбамид вначале оказывает нейтрализующее действие, а затем начинает действовать аналогично аммиачной селитре, то есть подкисляет почву.

В последнее время карбамид начали широко употреблять в виде водных растворов с добавлением нитрата аммония, аммиака и других азотосодержащих соединений. В промышленности карбамид применяют для приготовления карбамидно   формальдегидных смол, пластических масс, клеев, фармацевтических препаратов, в текстильной и бумажной промышленности, в производстве красителей и моющих средств, в животноводстве – в качестве добавки к корму, содержащему мало белков и много углеводов.

Для промышленного применения продукт выпускается в мелкокристаллическом виде, а для использования в качестве удобрения – преимущественно гранулированный.

Производство карбамида непрерывно увеличивается как в России, так и за рубежом. Разработано несколько способов производства карбамида. В настоящее время карбамид в промышленном масштабе производят только прямым синтезом из аммиака и двуокиси углерода. (Этот синтез впервые был осуществлен Базаровым в 1870 году.) В данном курсовом проекте рассмотрен метод производства карбамида с двухступенчатой дистилляцией плава и жидкостным рециклом.

Цели курсового проекта:

• рассмотреть свойства, области применения и значение мочевины, требования к продукту;
• описать технологическую схему получения карбамида с  
  двухступенчатой дистилляцией плава и жидкостным рециклом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Свойства мочевины

 

Мочевина представляет собой азотное удобрение, содержащее азот в амидной форме (в составе NH2-группы). По сравнению с другими твердыми азотными удобрениями мочевина содержит наибольшее количество азота, что в основном и определяет экономическую целесообразность ее использования в сельском хозяйстве в качестве удобрения. Данные о содержании азота (в %) в различных азотных удобрениях приведены ниже.

Таблица 1 –  Содержание азота в различных азотных удобрениях

Наименование удобрения	Содержание азота, %
Аммофос	11
Кальциевая селитра	15
Нитрофоска	15
Натриевая селитра	16
Цианамид кальция	20
Сульфат аммония	21,5
Хлористый натрий	26,5
Аммиачная селитра	35
Мочевина	46,5

 

По своим физико-химическим свойствам мочевина обладает рядом преимуществ перед широко используемой в качестве удобрения аммиачной селитрой: она невзрывоопасна, менее гигроскопична и не так сильно слеживается.

Вследствие высокого содержания питательного вещества, а также лучших физико-химических свойств мочевины затраты на ее хранение, транспортирование, подготовку к внесению в почву и на собственно процесс внесения значительно меньше по сравнению с затратами для аммиачной селитры. Физико-химические свойства карбамида приведены в таблице 2.

Таблица 2 ‒ Физико-химические свойства карбамида

Свойство, единица измерения	Величина
Молекулярный вес, г/моль	60,06
Плотность при 20°С, г/см³	1,335
Насыпная плотность, г/см³	0,63-0,71
Температура плавления, 0°С
при 1 атм	132,6
при 300 атм	150,0

Карбамид хорошо растворяется в воде, спирте и аммиаке. С повышением температуры растворимость карбамида в воде увеличивается. Выше 120°С в водном растворе карбамид разлагается на аммиак и диоксид углерода. Карбамид обладает свойствами слабого основания. С кислотами он образует соли, причем в солеообразовании принимает участие только одна аминогруппа.

При нагревании водных растворов карбамида выше 80°С происходит его интенсивный гидролиз и карбамид превращается в карбамат аммония:

 

CO(NH2)2 +H2O ↔ NH2-CO-ONH4,

 

который в свою очередь далее разлагается на аммиак и диоксид углерода:

 

NH2-CO-ONH4 ↔ 2NH3 + CO2.

 

Химические свойства карбамида обуславливают  широкое его применение в химической промышленности в синтезе карбамидно-альдегидных смол.

 

1.1 Значение мочевины

 

Мочевину можно применять также для внекорневой подкормки растений, так как она в отличие от аммиачной селитры не вызывает ожог листьев. При внекорневой подкормке фруктовых деревьев раствором мочевины достигают превосходных результатов. При таком способе внесения раствор мочевины непосредственно распыляют на листья фруктовых деревьев в период опадения цветов. В это время деревья нуждаются в большем количестве азота, который не может быть быстро усвоен из удобрений, внесенных в почву.

Агрохимические свойства мочевины изучены довольно тщательно. Растения могут усваивать азот мочевины непосредственно, хотя этот процесс происходит сравнительно медленно. Наиболее легко азот усваивается в нитратной (NO3 ̄ ) или аммиачной (NH3 + ) форме.

Мочевина, находясь в почве, подвергается воздействию почвенных вод, под влиянием которых она гидролизуется и превращается в карбонат аммония. При благоприятных условиях, определяющих превращение мочевины в аммиачную форму (температура, влажность, наличие микроорганизмов), азот может быть своевременно поглощен корнями растений или превращен под влиянием почвенных кислот в нитратную форму. Таким образом, на кислых почвах мочевина вначале вызывает нейтрализующий эффект, а в дальнейшем, действуя подобно аммиачной селитре, подкисляет почву.

Мочевина как сама по себе, так и в смеси с другими азотными удобрениями является превосходным источником азота для всех растений. Она может применяться в твердом состоянии и в виде растворов. Особенно пригодна мочевина для удобрения цитрусовых, кофе, хлопка, пшеницы, картофеля, помидоров, кормовых трав, риса.

Мочевина может заменить примерно 25-40% белка в рационе не жвачных животных, не оказывая на них отрицательного влияния. Мочевина должна добавляться к корму для скота в строго определенных количествах, чтобы предотвратить отравление животных аммиаком.

Мочевина очень широко применяется также для технических целей. В довольно больших количествах она используется в производстве  
мочевино-формальдегидных полимеров (МФП), получаемых путем конденсации мочевины с формальдегидом.

В связи с этим важное значение приобретает кооперирование производств карбамида и формальдегида. Совместное строительство цехов мочевины и МФП даст возможность, исключив стадии выпаривания и кристаллизации, полученный после дистилляции  65-70% раствор мочевины непосредственно направлять на производство полимеров.

В нефтехимии мочевина используется для очистки нефтепродуктов (карбамидная депарафинизация). Из нее получают цианат натрия, меламин, гуанидин, гидразин и сульфаминовую кислоту. В фармацевтической промышленности мочевина расходуется на приготовление ряда лекарственных препаратов. Ее применяют в качестве мягчителя некоторых косметических кремов и лосьонов, в производстве синтетических красителей и моющих средств.

 

1.2 Требования к продукту

 

С 1 марта 2011 года действует ГОСТ 2081-2010, согласно которому в зависимости от назначения карбамид выпускают двух марок (А и Б):

А – для промышленности;

Б – для растениеводства, животноводства и розничной продажи.

По физико-химическим показателям карбамид марки А должен соответствовать требованиям и нормам, указанным в таблице 3.

Таблица 3 – Физико-химические свойства карбамида марки А

Наименование показателя	Норма для сорта
	высший	первый
Массовая доля азота в пересчете на сухое вещество, %, не менее	46,3	46,2
Массовая доля биурета, %, не более	0,6	1,4
Массовая доля свободного аммиака, %, не более, для карбамида
кристаллического	0,01	0,01
гранулированного	0,02	0,03
Массовая доля воды, %, не более:
гигроскопической	0,3	0,3
общей	0,6	0,6