Фізико - хімічні основи процесу

Виробництво карбаміду полягає у взаємодії NH₃ і CO₂ при температурі 150–220 °C і тиску 7–100 МПа, в дистиляції продуктів синтезу (плаву) і в переробці отримуваних розчинів в готовий продукт. При синтезі карбаміду протікають наступні основні оборотні реакції: спочатку отримують карбамат амонію

2NH_3(г)+ СО_2(г) <=> NН₂СООNH_4(р) + 125,6 кДж, (1)

який потім відщеплює воду і перетворюється на карбамід:

NH₂COONH_4(р) <=> NH₂CONH_2(р) + H₂O_(р) - 15,5 кДж, (2)

При одночасному протіканні обох стадій синтезу карбаміду, теплота утворення карбамату амонію компенсує ендотермічний ефект реакції його дегідратації і забезпечує необхідне розігрівання суміші до оптимальної температури синтезу карбаміду.

Сумарна реакція синтезу карбаміду має вигляд:

2NH₃ + CO_2(г) <=> CO(NH₂)_2(р) + H₂O + 110,1 кДж. (3)

Рівноважні концентрації і швидкості процесів визначаються температурою, тиском, співвідношенням NH₃ і CO₂, кількістю H₂O в суміші.

Процес протікає з утворенням двох фаз: газоподібної (NH₃, CO₂, H₂O↑) і рідкої, що складається з розплавлених і розчинених компонентів (аміаку, карбамату амонію, карбаміду, вуглеамонійних солей) і води. Карбамід утворюється переважно в рідкій фазі, тобто з розплавленого карбамату амонію.

На діаграмі стану трифазної системи NH₄CO₂NH₂– CO(NH₂)₂ – (CO₂ + NH₃) (рисунок 1.1) зображено область температур і тисків, при яких карбамід знаходить ся в рідкій фазі. В цій області може протікати реакція утворення карбаміду. Мінімальні параметри проведення реакції: температура плавлення карбамату амонію 152 °С і тиск 8,33 МПа. З підвищенням тиску розширяється область температур, при яких існує рідка фаза.

Рисунок 1.1 – Діаграма стану трифазної системи NH₄CO₂NH₂ – CO(NH₂)₂ – (CO₂ + NH₃)

Твердий карбамат амонію при нагріванні відщеплює воду дуже повільно.

Карбамат амонію при 150–220 °С розкладається на аміак і дво­оксид вуглецю. Для припинення цього процесу синтез карбаміду ведуть під високим тиском.

Густина завантаження, г/см³: 1 – 0,9÷1,1; 2 – 0,676; 3 – 0,5; 4 – 0,3.

Рисунок 1.1 – Тиск пари над пла­вом карбаміду, отриманому при молярному відношенні NH₃ : CO₂ = 2.

На рисунку 1.1 показана зміна тиску пари над плавом залежно від температури синтезу карбаміду при різній кількості початкових речовин на одиницю об'єму реактора (густини завантаження). Цей тиск залежить не тільки від температури, але і від складу системи, зокрема від молярного співвідношення NH₃ : CO₂ в початковій суміші. Він різко збільшується, при зростанні вмісту CO₂ в початковій суміші понад стехіометричне співвідношення, внаслідок того, що надлишок двооксиду вуглецю знахо­диться, переважно в газовій фазі. Надлишок же NH₃, добре розчинного в рідкій фазі, не приводить до такого сильного зростання тиску. При надлишку аміаку тиск знижується додаванням до системи води.

Швидкість утворення карбамату амонію збільшується, при­близно, пропорційно квадрату тиску. При атмосферному тиску і невисокій температурі утворення карбамату амонію йде дуже повільно, а при 10 МПа і 150 °С проходить практично миттєво.

Поиск по сайту: