ТЕХНОЛОГИЯ КАРБАМИДА

Кинетика непрерывного процесса синтеза карбамида в аппаратах промышленных размеров

Описанные выше сведения по кинетике и механизму синтеза карбамида в значительной мере потеряли бы свою цен­ность, если пренебречь решением специфических вопросов о масштабном переносе данных, полученных в статических авто­клавах, для определения скорости синтеза при его непрерывном проведении в аппаратах промышленных размеров. Между тем эта практически валеная задача ранее не обсуждалась в литературе, и технологи, естественно, проявляли известный пессимизм в оценке возможностей создания расчетных методов определения интенсивности работы промышленной аппаратуры.

Уравнение (1.51) можно применять для расчета аппаратов непрерывного действия, заменив величину т на время пребывания тп и приравняв х = хв, где ха — величина, регистрируемая на выходе из аппарата. С целью определения возможности использо­вания (1.51) в технологических расчетах обследовали фактические значения параметров работы всех действующих в СССР типов пустотелых колонн синтеза карбамида с FK. с = 0,745 (опытно- промышленная установка); 12; 31; 41 м3. Вычисления показали, что расчетное значение производительности пустотелых колонн превышает фактическое примерно в 2 раза. Прямое применение (1.51) в случае непрерывного процесса оправдано лишь в том слу­чае, если реактор работает в условиях вытеснения смеси, близкого к идеальному. Отсюда сделали вывод, что промышленная пусто­телая колонна синтеза не работает как реактор вытеснения. На входе в колонну рсм да 200 кг/м3, тогда как р плава синтеза >800 кг/м3. Приняли, что в непрерывном процессе, так же, как и в периодическом, фазовый переход NH3, С02 совершается в пузырь­ковом режиме. В вертикальном аппарате — колонне пузырьки всплывают в движущемся плаве, что приводит к «рассеиванию» сырья по реакционному объему. Оценка скорости всплывания пузырьков и скорости растворения смеси NHj + СО£ в плаве показала, что пузырьки способны вынести газообразное сырье на высоту, превышающую половину высоты колонны, т. е. промыш­ленный пустотелый аппарат работает как реактор смешения.

Последнее предопределяет изменение формы кинетического урав­нения при переходе к реактору смешения [28 J, что положено в основу суждений о масштабном переносе данных. Предполагая, что смешение сырья и реагирующей смеси в колонне синтеза близко к идеальному, и исходя из уравнения (1.51), нашли кинетическое уравнение процесса синтеза карбамида в непрерывном аппарате идеального смешения [29]:

Ь JL____________ Рсм____________ L_ /г ы

«с т — г= — - и &7>

*„(*„ +У) (1-**) с Р* / , _17_ L, _1S_ Ясо2 1 *в x*(x*-\-W) Vі + 44 L+ 44 w)

Где? со2 — удельная нагрузка реактора по С02, кг/(м3ч).

Уравнение (1.57) проверили на обширном экспериментальном материале, включающем зависимость хв от qCOi (закреплены Р, Т, L, W),xB от L (закреплены qCOl, Р, Т, W), Ук~с от мощности установки при различных Р, Т, L, W, qcо2, полученные на дей­ствующих колоннах синтеза различных типов [29]. В результате доказано, что уравнение (1.57) воспроизводит опытные значения хв с точностью ±1% (абс.) при изменении qcо2 в интервале 200— 600 кг/(м3-ч) (диапазон, освоенный на практике), отражает суще­ствование оптимального значения L,)llT, воспроизводит фактиче­ские значения VK. с с точностью ±5% (отн). независимо от объема колонны в интервале 0,745—41 м3. Поэтому (1.57) можно считать кинетическим уравнением непрерывного процесса синтеза карба­мида в реакторах промышленных размеров, когда не применяются специальные приемы для упорядочения гидродинамического ре­жима с целью его приближения к модели идеального вытеснения.

Основное практическое значение уравнения (1.57) заключается в том, что на его основе проведена количественная оценка резерва производительности действующих колонн синтеза и рекомендованы пути интенсификации мощности производства карбамида не менее чем в 1,5 раза за счет увеличения qCo2 при некотором снижении хв [на 2 + 5% (абс.) ] [29, 30 ]. Предсказать этот результат без приме­нения уравнения (1.57) ранее не представлялось возможным, столь значительное увеличение нагрузки действующего реактора считалось рискованным. Практика внедрения мероприятий по интенсификации действующих производств подтвердила справедли­вость технологических выводов из уравнения (1.57).