ТЕХНОЛОГИЯ КАРБАМИДА

Автоматическое управление системой жидкостного рецикла

Как известно, от масштаба рецикла воды в зону син­теза существенно зависят показатели эффективности основных аппаратов и узлов агрегата производства карбамида: реактора, блока дистилляции и системы вакуум-концентрирования. По­этому на практике стремятся ограничить рецикл воды. В то же время минимальное содержание Н20 в рециркулируемом РУАС лимитируется необходимостью предотвращения выпадения кри­сталлов солей и нарушения гомогенности раствора. Перечислен­ные факторы обусловливают целесообразность тщательного кон­троля за содержанием воды в рециркулируемом растворе и опти­мизации этого показателя.

Наиболее доступный метод контроля состава материальных потоков путем химического анализа обладает существенными не­достатками — высокая продолжительность аналитических опре­делений, возможные погрешности как при отборе проб, так и в ходе анализа. Поэтому важное значение имеют методы автома­тического управления системой жидкостного рецикла [66, 76—79].

В соответствии со схемой автоматического обеспечения постоянной кон­центрации рециркулнруемого РУАС [66], изменение состава раствора фикси­руется вискозиметром, который служит датчиком регулятора производитель­ности карбаматного насоса, подающего раствор в колонну синтеза. Например, если концентрация раствора соли ниже нормы, уменьшается скорость подачи раствора в зону синтеза, и уровень жидкости в промывкой колонне повышается. В этом случае автоматически понижается скорость подачи РУАС из узла дистил­ляции II ступени в промывную колонну, и концентрация рециркулнруемого карбаматного раствора повышается. Такая схема [66] предусматривает также автоматическое поддержание постоянного уровня жидкости в кубе колонны кон­денсации-абсорбции газов дистилляции II ступени.

Метод автоматического управления промывной колонной [78] позволяет стабилизировать технологический режим и регулировать расход жидкого NH3 иа орошение (по температуре нижней части колонны) и конденсата сокового пара (по плотности рециркулнруемого раствора); регулирующее воздействие на пнев­мопривод гидромуфты карбаматного насоса зависит от числа его ходов, причем задание регулятору числа ходов изменяют, исходя из уровня жидкости в ко­лонне. Комплект приборов для косвенного контроля состава рециркулнруемого РУАС и косвенного измерения и регулирования его расхода испытывался в одном из цехов карбамида [76].

По мнению автора работы [77], методы, основанные на измерении физиче­ских свойств рециркулнруемого раствора: плотности, вязкости, электропровод­ности, скорости звука в нем, — не обеспечивают необходимой точности опре­деления содержания воды в карбаматном растворе, поскольку они требуют при­менения весьма сложной измерительной аппаратуры, работающей в агрессивной среде. Кроме того, физические свойства всех трех компонентов рециркулнруемого раствора (карбамат аммония, свободный аммиак и вода) очень сильно разли­чаются. Поэтому изменение любого из этих свойств не может однозначно быть следствием определенного изменения состава раствора. Даже при одном и том же
массовом соотношении карбамата аммония и воды показания приборов будут весьма чувствительны к небольшим изменениям содержания NH3. Очевидно, задача определения этого соотношения, от которого в наибольшей степени за­висит температура кристаллизации карбаматного раствора, явлется не про­стой.

Новый метод [77] контроля за содержанием Н20 в растворе УАС основан на определении показателя преломления рециркулируемого раствора. Точность метода обеспечивается тем, что показатели преломления жидкого NH3 и Н20 практически одинаковы (п 1,33), тогда как для твердого карбамата аммония я 1,54. В то же время массовые соотношения NH3 и Н20 в потоке газов дистил­ляции при ие слишком больших колебаниях давления и температуры приблизи­тельно постоянны. В связи с этим соотношение между свободным NH3 и Н20 в растворе будет колебаться в очень узких пределах, тогда как соотношение между карбаматом аммония (или содержащимся в нем С02) и водой будет весьма ощутимо изменяться. Другими словами, соотношение между связанным С02 и Н20 в рециркулируемом растворе практически пропорционально показателю преломления раствора. Эта закономерность, по данным [77], соблюдается в очень широком диапазоне соотношений С02 : Н20 (примерно от 0,3 до 4).

На основе этих принципов разработана [77] автоматическая система регу­лирования баланса воды в жидкостном рецикле. Непрерывные замеры показателя преломления карбаматного раствора, осуществляемые с помощью соответству­ющего прибора, могут быть преобразованы в пропорциональный сигнал (пневма­тический, электрический и т. п.), передаваемый на регулирующий клапан, кото­рый должен быть установлен на линия поступления газов дистилляции (потока с колеблющимся содержанием воды) в абсорбер-конденсатор. Таким образом, в зависимости от состава рециркулируемого раствора автоматически увеличи­вается или уменьшается поступление воды в зону абсорбции-конденсации газов дистилляции, и тем самым поддерживается требуемое оптимальное соотношение С02 : Н20.

В схеме автоматического управления системой жидкостного рецикла (рис. III.8) предусмотрено три ступени дистилляции плава синтеза со следующими параметрами:

I П ill

2,059 0,206 0,054 155 127 121

Газы дистилляции III ступени конденсируют в соответствующем абсорбере - конденсаторе 7. Давление в аппарате регулируют изменением температуры, поскольку от последней зависит упругость паров над образуемым раствором. Для регулирования температуры предусмотрено изменение подачи охлаждающей воды с помощью специального клапана. Изменение давления в аппарате 7 обус­ловливает соответствующее изменение давления в зоне дистилляции III ступени, вследствие чего изменится количество водяных паров в газах дистилляции и конечная концентрация раствора карбамида. Давление в аппарате дистилляции III ступени можно также регулировать непосредственно клапаном на линии отво­димых из него газов. В этом случае давление в конденсаторе 7 может поддержи­ваться постоянным и более низким, чем в аппарате 4. Водный РУАС из конден­сатора 7 через клапаи, регулирующий уровень, передают в конденсатор 6. Взаимо­связь между конденсатором 6 и аппаратом 3 аналогична изложенной для Ш сту­пени дистилляции. Раствор из конденсатора 6 отводят в абсорбер-конденсатор 5 (промывную колонну), куда также подают газы дистилляции I ступени. В этом газовом потоке наряду с парами Н20 и продуктами диссоциации карбамата аммо­ния содержится также основное количество избыточного NH3, не прореагировав­шего в зоне синтеза. Давление в системе абсорбции-дистилляции I ступени ста­билизируют с помощью клапана на сдувках инертных примесей из конденсатора возвратного аммиака 8. Раствор из абсорбера-конденсатора 5 подают в колонну синтеза 1 насосом 12, производительность которого автоматически регулируется в зависимости от уровня в аппарате 5.

Состав рециркулируемого РУАС и соотношение С02 : Н20 в нем зависит от количества водяных паров, поступающих с газами дистилляции в абсорберы-
конденсаторы всех трех ступеней. Общее количество карбамата аммония в рецир­кулируемом растворе зависит от хв и от количества H2NCOONH4 в плаве синтеза. Если, например, хв возрастет, в плаве синтеза и, соответственно, в рециркули­руемом растворе снизится количество карбамата аммония. В этом случае, чтобы соотношение С02 : Н20 сохранить неизменным, необходимо снизить количество водяных паров в газах дистилляции. Практически достаточно регулирования количества испаряемой воды на II и III ступенях дистилляции или даже на одной из них. Для этого следует увеличить давление в аппаратах соответствующих ступеней, что, согласно схеме, вызовет подачу импульса на уменьшение расхода охлаждающей воды в конденсаторах. Понижение хв приведет, соответственно, к обратным результатам. При любом изменении количества жидкой фазы в абсор­берах-конденсаторах будет срабатывать система автоматического регулирования уровня и, соответственно, будет изменяться количество рециркулнруемого рас­твора.

Предназначенный для определения показателя преломления раствора рефрак­тометр рекомендуют [77] устанавливать на линии передачи рециркулнруемого раствора в колонну синтеза. Показание рефрактометра преобразуется в соот­ветствующий пропорциональный сигнал, воздействующий на один или оба ре­гулирующих клапана на линиях охлаждающей воды и (или) на один или оба клапана иа линиях газов дистилляции II и III ступени. В результате поддержи­вается постоянным соотношение С02 : Н20 в карбаматном растворе, рецирку­лируемом в колонну синтеза. Возможны различные варианты работы упомяну­тых клапанов, однако наиболее просто и эффективно использовать клапаны на линиях охлаждающей воды. Менее надежным, хотя и возможным, является регу­лирование давления в конденсаторах и, соответственно, в аппаратах дистилля­ции с помощью клапанов на линиях сдувочных газов из упомянутых конденса­торов.

Рассмотрим случай, когда хв не изменяется, но меняется содержание воды в плаве после дистилляции вследствие, например, изменения температуры в аппа­ратах дистилляции. Так, если температура повысится, увеличится отгонка паров воды из плава синтеза. Содержание воды в рециркулируемом растворе увеличится,
а соотношение С02 : Н20 уменьшится. Соответственно уменьшится п, что будет зафиксировано рефрактометром, и автоматически повысится давление в дистил­ляторах за счет прикрытия регулирующих клапанов либо на линиях подачи охлаждающей воды в конденсаторы, либо на линиях газов дистилляции. С уве­личением давления сократится количество испаряющейся воды и, как следствие, войдет в норму соотношение С02 : Н20 в рециркулируемом растворе. Обратные явления будут существовать при понижении температуры в аппаратах дистил­ляции.

В некоторых технологических схемах производства карбамида определенное количество последнего в виде более или менее концентрированного водного рас­твора вводят в систему жидкостного рецикла, например, в конденсатор III сту­пени. Присутствие C0(NH2)2 в качестве четвертого компонента рециркулируемого раствора не искажает пропорциональность между соотношением С02 : Н20 и показателем преломления, поскольку количество вводимого карбамида является постоянным. Таким образом, система автоматического регулирования [77] приемлема и в этом случае.

Разработан способ [79] минимизации W на входе в колонну синтеза при нормальной работе карбаматных насосов путем автоматического регулирования расхода воды в узлы абсорбции и конденсации с применением вычислительного устройства.