Проект отделения выпаривания карбамида цеха производства карбамида (стр. 1 из 2)
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ
УКРАИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра химической технологии неорганических веществ и экологии
КУРСОВАЯ РАБОТА
по теме:
Проект отделения выпаривания карбамида цеха производства карбамида
Днепропетровск 2007
Содержание
1. Введение
2. Расчет коэффициента теплопередачи и поверхности теплопередачи выпарного аппарата
3. Блок-схема
4. Таблица идентификаторов
5. Решение на ЭВМ
Литература
1. Введение
Карбамид (мочевина) СО(NH2)2 представляет собой амид карбаминовой кислоты.
NН2
/
Структурная формула О=С
\
NН2
Карбамид выпускается в виде гранул или кристаллов. В данном производстве карбамид выпускается в виде гранул. По внешнему виду гранулы карбамида белые или слабо окрашенные. Чистый карбамид СО(NH2)2 содержит 46,6 % азота в амидной форме. Раствор карбамида в воде обладает слабощелочными свойствами. Физико-химические свойства карбамида:
Таблица 1.1.
| Относительная молекулярная масса | 60,056 |
| Плотность (при 25 °С), кг/м3 | 1330 |
| Насыпная плотность гранулированного карбамида влажности 0,5 - 0,17 %, кг/м3 | 687-736 |
| Температура плавления приатмосферном давлении, оС | 132,7 |
| Удельная теплоемкость при20 оС, кДж. | 1,34 |
| Теплота плавления, кДж/кг | 242 |
| Теплота образования из простых веществ при 25 оС, кДж/моль | 333,27 |
| Теплота растворения, кДж/кг | 242 |
| Теплопроводность плава при 35 оС, Вт/(м к) | 0,42 |
| Динамическая вязкость при132,7 оС, МПа× с | 2,58 |
| Угол естественного откоса гранулированного продукта, град | 35 |
С некоторыми солями карбамид образует комплексные соединения. При смешении в определенных соотношениях с аммиачной селитрой карбамид образует комплексные соединения, более растворимые, нежели каждая соль в отдельности.
Комплексные соединения карбамид образует с нормальными углеводородами и их производными. Реагируя с формальдегидом при нагревании в присутствии щелочи, карбамид образует различные высокомолекулярные продукты, которые применяются в промышленности для изготовления пластических масс. Продукт, полученный путем конденсации карбамида с формальдегидом в кислой среде представляет собой карбамидо-формальдегидное удобрение, содержащее до 40 % азота, большая часть которого находится в труднорастворимой, но полностью усвояемой растениями форме.
В воде карбамид растворяется хорошо. При повышении температуры его растворимость увеличивается.
Карбамид легко растворяется в жидком аммиаке, образуя соединение СО(NH2)2NH3 с массовой долей 71,9 % карбамида и 22,1 % вес аммиака и существующее только в растворах. С повышением температуры растворимость карбамида в аммиаке значительно возрастает.
Твердый карбамид, нагретый под вакуумом до 120-130 оС возгоняется без разложения. Нагревание сухого карбамида при атмосферном давлении выше температуры плавления 132,7 оС приводит к образованию биурета, а при 180-190 оС - циануровой кислоты: амелида и др.
Карбамид выпускается по ГОСТ 2081-92Е, который соответствует требованиям к карбамиду, изготовляемому для нужд сельского хозяйства и для поставки на экспорт:
Таблица 1.2.
| № п/п | Наименование показателей | Норма марки Б | ||
| Высший сорт | 1-й сорт | 2-й сорт | ||
| 1 | Массовая доля азота в пересчете на сухое вещество, %, не менее | 46,2 | 46,2 | 46,2 |
| 2 | Массовая доля биурета, %, не более | 1,4 | 1,4 | 1,4 |
| 3 | Массовая доля воды, %, не более: | |||
| метод высушивания | 0,3 | 0,3 | 0,3 | |
| метод Фишера | 0,5 | 0,5 | 0,6 | |
| 4 | Рассыпчатость, %. | 100 | 100 | 100 |
| 5 | Гранулометрический состав, %. | |||
| массовая доля гранул размером, мм: | ||||
| От 1 до 4 мм, не менее | 94 | 94 | 94 | |
| От 2 до 4 мм, не менее | 70 | 50 | - | |
| Менее 1 мм, не более | 3 | 5 | 5 | |
| Остаток на сите 6 мм, не более | Отсутствие | |||
| 6 | Статическая прочность гранул, кгс/гранулу, не менее | 0,7 | 0,5 | 0,3 |
Карбамид находит широкое применение как в сельском хозяйстве, так и в промышленности. В сельском хозяйстве он используется как азотное удобрение и кормовое средство.
Раствор карбамида концентрируют с помощью упаривания раствора карбамида в выпарных аппаратах. Раствор карбамида после стадии рецикла с концентрацией 69 - 75 % подвергается процессу выпаривания.
Процесс выпаривания протекает в двухступенчатой выпарной установке. В первой ступени выпарки раствор карбамида упаривается до массовой доли карбамида не менее 95 % при температуре 125 - 130 оС и абсолютном давлении 25 - 49 кПа. Во второй ступени выпарки раствор карбамида концентрируется от 95 % до 99,8 % при температуре 135 - 140 оС и абсолютном давлении не более 4,9 кПа.
Температура процесса упаривания поддерживается за счет подачи пара в межтрубное пространство испарителей. Полученный после выпаривания раствора карбамида плав направляется на грануляцию для получения товарного продукта.
В данном курсовой работе произведен расчет коэффициента теплопередачи и поверхноститеплопередачи выпарного аппарата с использованием ЭВМ.
2. Расчет коэффициента теплопередачи
Коэффициент теплопередачидля корпуса выпарного аппарата определяют по уравнению аддитивности термических сопротивлений:
где a1- коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке, Вт/(м2К); Sd/l - Суммарное термическое сопротивление, м2К/Вт; a2- коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору, Вт/(м2К).
Примем, что суммарное термическое сопротивление равно термическому сопротивлению стенки dст/lст и накипи dн/lн (/lн=2Вт/мК). Термическое сопротивление загрязнений со стороны пара не учитываем.
Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке рассчитывается по формуле:
где r1 - теплота конденсации греющего пара, Дж/кг; rж, lж, mж -соответственно плотность (кг/м3), теплопроводность Вт/м*К, вязкость (Па*с) конденсата
при средней температуре пленки tпл=tг.п.- Dt1 – разность температур конденсации пара и стенки, град.Расчет a1 ведут методом последовательных приближений. В первом приближении примем Dt1=2,0 град. Тогда получим:
Для установившегося процесса передачи тепла справедливо уравнение:
где q - удельная тепловая нагрузка, Вт/м2; Dtст - перепад температур на стенке, град; Dt2 - разность между температурой стенки со стороны раствора и температурой кипения раствора, град.
Полезная разность температур в аппарате Dtп рассчитывается по формуле:
Отсюда:
Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору для пузырькового кипения в вертикальных кипятильных трубках при условии естественной циркуляции раствора равен,
: 
Подставив численные значения получим:
Физические свойства кипящего раствора карбамида и его паров приведены ниже:
Таблица 2.1
| Параметр | Значение | Литература |
| Теплопроводность раствора l, Вт/м*К | 0,421 |  |
| Плотность раствора r, кг/м3 | 1220 | |
| Теплоемкость раствора с, Дж/кг*К | 1344 | |
| Вязкость раствора m, Па*с | 2,58*10-3 | |
| Поверхностное натяжение s, Н/м | 0,036 | |
| Теплота парообразования rв, Дж/кг | 2170 | |
| Плотность пара rп, кг/м3 | 2,2 | |
Проверим правильность первого приближения по равенству удельных тепловых нагрузок:
