Синтез карбамида в аппаратах вытеснения
Доказательство возможности проведения непрерывного процесса синтеза карбамида в аппаратах вытеснения имеет большое практическое значение — реакционный объем аппаратов смешения не полностью используется для получения целевого продукта. Для построения такого доказательства прежде всего оценили, в какой мере всплывающие в движущемся плаве пузырьки сырья размешивают жидкость. Оценку провели, вычислив 46 максимальный линейный размер турбулентных пульсаций, возникающих в жидкости при движении пузырьков [27]. Оказалось, что даже в начале процесса, когда пузырьки имеют максимальный устойчивый размер, турбулентному возмущению может подвергаться не более 10% (об.) жидкости. По мере растворения пузырьков этот эффект быстро уменьшается. Таким образом, всплывание растворяющихся пузырьков сырья само по себе не является первопричиной возникновения режима смешения. Он возникает потому, что принятые в современной технологии давления синтеза Рс (18—23 МПа) меньше равновесного давления образования карбамата аммония Р,. а, достигающего при температурах синтеза более 30 МПа [ЗҐ/
При Рс > Рк. а (в соответствующих условиях) карбамат аммония образуется практически мгновенно, но при PG < Pv. а — лишь путем сравнительно медленного растворения NH3 и С02 в жидкой фазе. В течение времени растворения всплывающие пузырьки успевают «рассеять» сырье по реакционному объему. Следовательно, возникновение режима вытеснения можно было ожидать при давлениях, превышающих значение Рк, а. Это было проверено экспериментально на опытно-промышленной колонне синтеза (V = 0,09 м3) при Р = 50 МПа.
Полученные данные хп — qCoг — ^ ПРИ различных температурах сравнили с уравнением (1.51) и нашли удовлетворительное соответствие вычисленных и экспериментальных значений хв [29]. Опыты были также проведены при Р < 50 МПа. Анализ полученных данных показал, что уравнение (1.51) перестает отвечать опытным данным при Р < 33,5 МПа (давление диссоциации карбамата аммония). Таким образом, синтез карбамида можно провести в вертикальном реакторе вытеснения, если С02 будет связан в жидкой фазе в виде карбамата аммония. Последний имеет более высокую плотность, чем плав синтеза, что исключает рассеивание сырья по реакционному объему.
Применяя высокое давление, можно доказать возможность проведения синтеза карбамида в аппаратах вытеснения. Технические средства для достижения режима вытеснения, разумеется, не сводятся только к повышению давления. Этот режим можно достичь и другими способами, например, путем предварительного связывания С02 в карбамат аммония в так называемом форреакторе или путем локализации зон всплывания газообразного сырья применением специальных устройств в колоннах синтеза. Эти и другие способы являются предметом специальных технологических исследований [31, 32].
