Технология минеральных солей (удо­Брений, пестицидов, промышленных со­лей, окислов и кислот)

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СИНТЕЗА КАРБАМИДА ИЗ АММИАКА И ДВУОКИСИ УГЛЕРОДА

Синтез карбамида из аммиака и двуокиси углерода протекает в две стадии. В первой стадии происходит непосредственное соеди­нение реагентов с образованием карбамата аммония:

2NH3 + C02 NH2COONH4+ 38,0 ккал

Во второй стадии карбамат аммония отщепляет воду и превра­щается в карбамид:

NH2COONH4 NH2CONH2 + Н20 - 6,8 ккал

/

Процесс протекает с образованием двух фаз: газообразной (NH3, СОг, НгО) и жидкой, состоящей из расплавленных солей (карбамата аммония, карбамида, аммонийных солей) и воды.

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СИНТЕЗА КАРБАМИДА ИЗ АММИАКА И ДВУОКИСИ УГЛЕРОДА

С0(Кнг),30 80 70 Ао" So 40 30 20 W NH^COfcNH,

Рис. 376. Диаграмма состоянии системы карбамид— карбамат аммонии — аммиак (в вес. %).

Установлено 117-'20> что карбамид образуется только в жидкой фазе, т. е. когда карбамат аммония находится в расплавленном состоянии. При нагревании твердого карбамата аммония образова­Ние карбамида идет очень медленно.

На рис. 376 приведена диаграмма растворимости системы кар­бамид—карбамат аммония—аммиак. На ней ограничены три поля кристаллизации — СО(NH2)2, C0(NH2)2-NH3 и NH2C02NH4, и об­ласть расслоения, в которой система состоит из двух трехкомпо - нентных жидкостей; точки составов этих жидкостей находятся на пересечении соответствующей изотермы с кривой, ограничивающей область расслоения.

Карбамат аммония обладает высоким давлением паров. Из-за этого синтез карбамида ведут под высоким давлением (200—300 ат).

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СИНТЕЗА КАРБАМИДА ИЗ АММИАКА И ДВУОКИСИ УГЛЕРОДА

500

100 150 200 250 Температура,"С

Рис. 377. Равновесное дав­ление паров над плавом карбамида, получаемым при его синтезе при молярном соотношении NH3: С02 = 2.

Плотность загрузки в г1см$: 1 — 0,9 - ь 1,1; 2-0,676; 3-0,5;

4- 0,3.

О 8; е

ч и С

100

Рис. 378. Диаграмма плавкости Системы карбамат аммония —кар­бамид.

Со(гшг)2

Nh2coonh^

152

140

120

20 60 100

Концентрация CO(NHz)I, Бес.%

На рис. 377 показано изменение давления паров над плавом карба­мида в зависимости от температуры синтеза 121> 122. Это давление зависит не только от температуры, но и от состава системы, в част­ности от соотношения компонентов NH3: С02 в исходной смеси, ^но резко увеличивается при возрастании содержания С02 в исход­ном смеси сверх стехиометрического соотношения. Избыток же NH3 приводит к такому сильному возрастанию давления. При из - Ь1Тке аммиака давление понижается при добавлении к системе воды. Помимо температуры и состава системы на величину рав - овесного давления влияет степень заполнения реакционного аппа - £ Та жидкой фазой (плотность загрузки) — чем она больше, тем иольше давление ^3-125

Скорость образования карбамата аммония увеличивается при - зительно пропорционально квадрату давления. При атмосферном

Давлении и при невысокой температуре образование карбамата аммония протекает очень медленно, а при 100 ат и 150° проходит практически мгновенно 126.

Температура плавления карбамата аммония находится в пре­делах 145—150°, следовательно, процесс образования карбамида должен был бы протекать при температурах выше 150°. Однако он идет и ниже этой температуры, так как по мере нагревания карба­мат аммония отщепляет воду, которая снижает его температуру

0,6

0,5

| 0,4

TOC o "1-3" h z I. 0,3 В

1 0,2

« 4>

0

Плавления. Так, при содержании в расплаве 9,2% воды темпера­тура плавления NH2COONH4 снижается до 140°, при 14,7% воды — до 130°. При этом увеличивается объем жидкой фазы.

Под действием воды часть карбамата переходит в карбонат аммония и затем в бикарбонат, которые в свою очередь также по­нижают температуру плавления карбамата, что вызывает увеличе­ние скорости реакции образования карбамида.

На рис. 378 видно, насколько сильно понижается температура плавления NH2COONH4 в присутствии CO(NH2)2. Эвтектическая смесь, содержащая 51% NH2COONH4 и 49% CO(NH2)2, плавится при 98°.

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СИНТЕЗА КАРБАМИДА ИЗ АММИАКА И ДВУОКИСИ УГЛЕРОДА

X 40 S0 2 3 А 5

Минуты часы

Рис. 379. Зависимость выхода карбамида от продолжительности дегидратации карбамата аммония при разных температурах (в долях от теоретического).

Процесс образования карбамида в зависимости от продолжи­тельности нагревания карбамата аммония при разных температу­рах показан на рис. 379 126-129 Скорость образования и выход карбамида тем больше, чем выше температура. Выше 180° кривые выходов проходят через максимум — при дальнейшем увеличений продолжительности нагревания реакционной смеси степень превра­щения карбамата в карбамид уменьшается. Это объясняется уси­лением роли побочных реакций. Кроме того, выше 200° резко уси­
ливается коррозия аппаратуры реакционной смесью. Поэтому син­Тез карбамида ведут при температурах не выше 200°.

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СИНТЕЗА КАРБАМИДА ИЗ АММИАКА И ДВУОКИСИ УГЛЕРОДА

140 210 280.

Давление, ат

Рис. 381. Влияние давле­ния на степень конверсии карбамата аммония в карб­амид.

Образующаяся вода в начале процесса увеличивает степень конверсии карбамата аммония в карбамид, так как способствует появлению жидкой фазы. По мере накопления воды реакция за­медляется вследствие сдвига равновесия. По этой причине выход карбамида, достигнув известного предела, далее не увеличивается (рис. 379). На рис. 380 показано уменьшение выхода карбамида при добавке воды к карбамату аммония ш.

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СИНТЕЗА КАРБАМИДА ИЗ АММИАКА И ДВУОКИСИ УГЛЕРОДА

О 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2

Число молей воды на 1мояь Карбамата аммония

Рис. 380. Влияние добавки воды к карбамату аммония на равновесный выход карбамида (по С02) при 160°.

Избыточное количество С02 не оказывает влияния на выход, карбамида 130, но концентрация ее оказывает значительное влия­ние 131. Чем выше концентрация С02 в исходном газе, тем выше степень конверсии. Обычно источником С02 служит экспанзерный газ — отход от производства аммиака. Содержащиеся в углекис­лом газе примеси (Н2, СО, N2, 02 и другие) уменьшают парциаль­ное давление аммиака и, следовательно, его растворимость в жид­кой фазе. Так, например, если при начальном содержании С02: в исходном газе 98—99% степень конверсии составляет 65—66%,, при содержании С02 85—86% степень конверсии, при прочих рав­ных условиях, снижается до 45%. Рост степени конверсии с повы­шением общего давления в системе синтеза показан на рис. 381. 'ак как карбамид образуется только в жидкой фазе, то чем больше степень заполнения ею аппарата (плотность загрузки), тем °ольше в нем жидкой фазы и больше равновесное давление над ней газовой фазы (см. выше) — это увеличивает выход карба-

Наибольшее влияние на увеличение выхода карбамида оказы­вает избыток аммиака в исходной смеси против стехиометриче­ского количества9'119'132"137, определяемого молярным соотношением NH3 : С02 = 2 (рис. 382). Избыточный аммиак уменьшает вредное действие выделившейся в процессе воды — он связывает воду и тем самым сдвигает равновесие реакции превращения карбамата аммония в карбамид в сторону последнего. По этой. же причине замед­ляется гидролиз карбамата аммония с об­разованием побочных продуктов. Кроме того, избыточный аммиак уменьшает кор­розию аппаратуры.

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СИНТЕЗА КАРБАМИДА ИЗ АММИАКА И ДВУОКИСИ УГЛЕРОДА

З А 5 6

NHj : СОг

Рис. 382. Влияние из­бытка аммиака на равно­весный выход карбамида (по средним данным для 185-195°, 185-320 ат и плотности загрузки

0,7 г/см3).

Для определения равновесного выхода карбамида может быть использована номо­грамма Фрежака (рис. 383). Например, при 180°, отношении NH3: С02 = 5,3 и до­бавке 1,6 моль воды на 1 моль С02 равно­весный выход карбамида по С02 будет 0,58; при тех же условиях, но без добавки воды он равен 0,8.

При выборе условий, обеспечивающих высокий выход карба­мида, следует учитывать, что избыточный аммиак или должен быть t,°c

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СИНТЕЗА КАРБАМИДА ИЗ АММИАКА И ДВУОКИСИ УГЛЕРОДА

Рис. 383. Номограмма для определения равновесного вы­хода карбамида (по С02).

Возвращен в цикл или переработан в другие продукты, например в аммиачную селитру. Рециркуляция аммиака связана с возраста­
нием капитальных и эксплуатационных расходов, приводящим к удорожанию карбамида. При переработке избыточного аммиака в аммиачную селитру количество получаемой аммиачной селитры превышает количество вырабатываемого карбамида — оно изме­няется в зависимости от величины избытка аммиака и метода ди­стилляции плава карбамида (одно - или двухступенчатая дистил­ляция).

Технология минеральных солей (удо­Брений, пестицидов, промышленных со­лей, окислов и кислот)

Кислота азотная оптом

При производстве удобрений, красителей, взрывчатых веществ требуется такой компонент, как кислота азотная. Вещество также используется в современной металлургии, при синтезе серной кислоты. Если вы ищете, где продается азотная кислота в …

Родентициды – средства защиты от грызунов

Родентициды это средства защиты от грызунов. Их применяют для уничтожения крыс, мышей и некоторых видов диких хомяков. Применять их в качестве уничтожителя начинают в том случае, если грызуны становятся стихийным …

Получение двуокиси хлора из хлорита натрия

При взаимодействии хлорита натрия с хлором происходит обра­зование хлористого натрия и выделяется двуокись хлора: 2NaC102 + С12 = 2NaCl + 2 СЮ2 Этот способ ранее был основным для получения двуокиси …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Партнеры МСД

Контакты для заказов оборудования:

Внимание! На этом сайте большинство материалов - техническая литература в помощь предпринимателю. Так же большинство производственного оборудования сегодня не актуально. Уточнить можно по почте: Эл. почта: msd@msd.com.ua

+38 050 512 1194 Александр
- телефон для консультаций и заказов спец.оборудования, дробилок, уловителей, дражираторов, гереторных насосов и инженерных решений.