Производство карбамида

     Министерство  образования и науки Российской Федерации

     Федеральное агентство по образованию

     Российский  химико-технологический

     Университет им. Д.И.Менделеева

     Институт  экономики и менеджмента 
 
 
 
 
 
 
 

Курсовая  работа на тему: «Производство  карбамида» 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил студент ИЭМ

 группы  ЭК-33

Прокопенко  Олег Сергеевич 

Научный руководитель:

Давидханова Мария Григорьевна 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Москва 2011

Содержание:

Введение…………………………………………………………………………………………..3

Общая характеристика карбамида………………………………………………………………4

Физико-химические основы процесса синтеза…………………………………………………5

Технологическая схема производства…………………………………………………………..7

Область применения карбамида………………………………………………………………..13

Производство  в России………………………………………………………………………….15

Заключение………………………………………………………………………………………17

Список литературы……………………………………………………………………………...19 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

           Карбамид (Мочевина) открыт Руэлем в 1773 г. и идентифицирован Праутом в 1818 г.

Особое значение мочевине в истории органической химии придал тот факт, что ее синтез

Велером в 1828 г. явился первым синтезом органического  соединения из неорганического:

 Вёлер получил  её нагревом цианата аммония,  полученного взаимодействием цианата  калия с 

сульфатом аммония.

            Первые промышленные установки получения карбамида за рубежом появились в 1920-

е годы на базе работ, проводившихся химиками Германии, США  и Франции в начале 20 века.

Эти установки  работали по так называемой открытой схеме: плав карбамида дросселировали

до атмосферного давления, при этом давлении отделяли не прореагировавшие газы и

использовали  содержащийся в них аммиак для  производства аммонийных солей, а затем 

выпаривали раствор  карбамида и получали карбамид в  кристаллическом виде. Этот способ

был крайне экономически невыгоден.

         Поэтому в 1930-40-х годах были  активизированы в разных странах  исследовательские 

работы, которые  были направлены к созданию более  экономичных способов получения 

карбамида.

         В СССР начало промышленного  производства карбамида относится к 1935 г., когда на

Чернореченском  химическом заводе (г. Дзержинск) была пущена первая установка 

мощностью 240 кг в сутки.

         К 1950-м годам в СССР действовали  две промышленные установки получения 

карбамида на Новомосковском и Лисичанском химических комбинатах общей мощностью

около 20 тыс. тонн в год, созданные на основании  предвоенных работ ГИВД, г. Ленинград, и 

работавшие по открытой схеме. Научно-исследовательские  работы в области 

совершенствования технологии производства карбамида проводились параллельно в

нескольких направлениях; разрабатывались схемы синтеза  карбамида с газовым, частичным  и 

жидкостным рециклами.

         За рубежом в этот период  фирмой Stamicarbon (Нидерланды) был разработан  и в 1959

году доведен до промышленного воплощения процесс производства карбамида с полным

рециклом не прореагировавших веществ в виде водного раствора углеаммонийных солей - так 

называемый полный жидкостный рецикл - с получением гранулированного продукта путем 

разбрызгивания расплава карбамида в пустотелой башне навстречу восходящему потоку

воздуха.

         Позднее это способ гранулирования  получил название «приллирование».  Одновременно 

со строительством в СССР упомянутых агрегатов мощностью 35 тыс. тонн в год были

приобретены за рубежом несколько комплектов оборудования для агрегатов мощностью 90

тыс. тонн в год, работающих по технологии полного жидкостного  рецикла фирмы 

Stamicarbon. Цехи  введены в эксплуатацию в период 1963-1965 гг. на Щекинском и 

Северодонецком  химических комбинатах, Чирчикском электрохимическом комбинате и на

Салаватском нефтехимическом  комбинате (цех № 24-1).

         На базе опыта освоения этих  агрегатов, в 1960-70-х годах были  выполнены проекты 

более 25 агрегатов  производства карбамида производительностью 90 тыс. тонн в год по

технологии полного  жидкостного рецикла, включая проект переоборудования цеха с газовым 

рециклом в  Щекино. Цехи с двумя агрегатами были пущены на Новомосковском,

Невинномысском, Новгородском химических комбинатах, и т.п. Всего по этому проекту за

1966-1972 гг. введены  в эксплуатацию 32 агрегата по  выпуску карбамида.

         Мощность установок карбамида  в СССР к концу 1972 года превысила  5 млн. тонн в год 

– более 30% от мировой.

         В 1970-х годах правительственным решением были закуплены комплекты оборудования

агрегатов для  производства карбамида производительностью 330 и 450 тыс. тонн в год по

технологиям всех ведущих зарубежных фирм.

              В настоящее время промышленность  по производству карбамида базируется на схеме с полным жидкостным рециклом ТЕС (Япония), ОАО «НИИК», а также на схемах со стриппинг-процессом фирм Stamicarbon, Snamproggetti (Италия)  и Tecnimont (Италия) 

     Общая характеристика карбамида

     Карбамид (мочевина) – диамид угольной, или  амид карбаминовой кислот  CO(NH₂)₂. Генетическая связь производных угольной кислоты может быть выражена следующей схемой: 

     ОН                   ОН                      ОNН₄                  NН₂

     |                        |                            |                           |

     C=О                 C=О                    C=О                    C=О

     |                        |                            |                           |

     ОН                   NН₂                      NН₂                    NН₂

     угольная    карбаминовая        карбамат             карбамид

     кислота        кислота               аммония                 

     

     Карбамид  представляет собой твердое кристаллическое  вещество с температурой плавления 132,7ºС. Хорошо растворим в воде, этаноле  и жидком аммиаке, что используется для получения аммиакатов.

     При нагревании выше 130 ºС подвергается термической  диссоциации с образованием биурета  и выделением аммиака: 

     2CO(NH₂)₂ = H₂N – CO – NH – СО – H₂N + NH₃. 

     Водные  растворы карбамида устойчивы до 80 ºС, при более высокой температуре разлагаются через образование карбоната аммония на аммиак и оксид углерода (IV):  

     CO(NH₂)₂ + 2H₂O Û (NH₄)₂CO₃ Û (NH₄)₂HCO₃ + Û

     Û CO₂ +  H₂O + 2NH₃.

     Карбамид  – безбалластное высококонцентрированное  МУ. Он легко усваивается растениями. Содержание азота в нем в амидной форме составляет 46,6%. По сравнению с нитратом аммония карбамид более богат азотом, меньше слеживается, не взрывоопасен в смесях с органическими веществами и медленнее вымывается из почвы.

     Карбамид  легко конденсируется с формальдегидом, что обуславливает широкое его применение в производстве смол.

     Физико-химические основы процесса синтеза

     В основе получения карбамида лежит  взаимодействие аммиака с оксидом  углерода (IV) с последующей дистилляцией продуктов синтеза и переработкой полученных растворов. При синтезе карбамида последовательно протекают две обратимых реакции:

     образование карбамата аммония: 

     2NH₃ + CO₂ Û CO(NH₂)(ONH₄) – 121,6 кДж           (1) 

     и дегидратации карбамата аммония  до карбамида: 

     CO(NH₂)(ONH₄)ÛCO(NH₂)₂ + H₂O–11,1 кДж          (2) 

     Процесс синтеза описывается суммарным  уравнением: 

     2NH₃ + CO₂ = CO(NH₂)₂ + H₂O – 110,1кДж. 

     Он  протекает в гетерогенной системе, состоящей из газообразной фазы (аммиак, диоксид углерода, пары воды) и жидкой фазы, включающей расплавленные и растворенные компоненты (аммиак, карбамат аммония, карбонаты аммония, карбамид) и воду.

     Скорости  реакций 1 и 2 различны. Реакция 1 протекает  значительно быстрее реакции 2, поэтому  лимитирующей процесс синтеза стадией, от которой и зависит выход продукта, является стадия дегидратации карбамата аммония 2. Состояние равновесия и скорость ее определяются температурой, давлением, соотношением аммиака и диоксида углерода и содержанием воды в реакционной смеси.

     Скорость  реакции 2 возрастает с увеличением температуры и давления. Так как она протекает с поглощением тепла, то повышение температуры одновременно способствует смещению равновесия вправо и увеличивает степень конверсии карбамата аммония.

     Повышение температуры быстро смещает равновесие реакции 1 влево, что приводит к уменьшению концентрации карбамата и, следовательно, к падению скорости реакции 2 конверсии карбамата в карбамид.

     Максимальная  степень превращения карбамата  аммония в карбамид достигается  при температуре около 220ºС. При  этой температуре продолжительность процесса составляет  около 60 минут. При понижении температуры для достижения более высокой степени превращения карбамата в карбамид время процесса существенно увеличивается.

     Скорость  образования карбамата аммония  возрастает пропорционально квадрату давления и при давлении 1 МПа протекает практически мгновенно.

     Наибольшее  влияние на выход карбамида оказывает  избыток аммиака в исходной смеси  сверх стехиометрического количества (NH₃ : CO₂ – 2 : 1). Избыток аммиака смещает равновесие реакции 1, а также вследствие своего дегидратирующего действия связывает реакционную воду, удаляя ее из сферы реакции, и смещает вправо равновесие реакции 2. Образование карбамата и его дегидратация до карбамида протекают в жидкой фазе, поэтому в реакторе должны быть созданы условия ее существования. Этому способствует увеличение степени заполнения реактора, что приводит к уменьшению объема газовой фазы, и нагрев реакционной смеси до температуры выше эвтектической точки системы «карбамат-карбамид», равной 98ºС.