Министерство Образования Республики Беларусь Белорусский Государственный Экономический Университет Кафедра технологии Индивидуальная работа Тема: «Технология производства мочевины» Выполнила студентка 1 курса ФФБД Группа ДФН Е. А. Орлова Проверил И.В. Пищ Минск 2006 Содержание: ВВЕДЕНИЕ 3
ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРОИЗВОДСТВА МОЧЕВИНЫ И ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОЙ СХЕМЫ 5 УПРОЩЕННАЯ СХЕМА ПРОИЗВОДСТВА МОЧЕВИНЫ С ЖИДКОСТНЫМ РЕЦИКЛОМ: 7 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ БЛОК-СХЕМА ПРОИЗВОДСТВА КАРБАМИДА (МОЧЕВИНЫ) ((NH2)2CO) 8 ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНОЙ СХЕМЫ С УЧЕТОМ
НАЛИЧИЯ СЫРЬЯ, ТОПЛИВА, ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ, ТРУДОВЫХ РЕСУРСОВ, ГЕОГРАФИЧЕСКОГО РАСПОЛОЖЕНИЯ ПРЕДПРИЯТИЯ, РЫНКОВ СБЫТА ГОТОВОЙ ПРОДУКЦИИ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ МОЩНОСТИ ПРЕДПРИЯТИЯ 10 РАСЧЕТ МАТЕРИАЛЬНОГО БАЛАНСА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА РАСХОДА СЫРЬЯ 11 ДИНАМИКА ТРУДОЗАТРАТ
ПРИ РАЗВИТИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА 13 УРОВЕНЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА 16 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 17 ЛИТЕРАТУРА 18 Введение Удобрения классифицируют по происхождению, составу, назначению, свойствам и другим признакам. По происхождению удобрения подразделяются на минеральные, органические, органоминеральные и бактериальные. К минеральным или искусственным удобрениям относятся специально производимые на химических предприятиях неорганические вещества, в основном минеральные соли;
в то же время к ним причисляются и некоторые органические вещества, например карбамид CO(NH2)2. органические удобрения содержат питательные вещества в основном в виде органических соединений, к которым обычно относятся продукты естественного происхождения (навоз, фекалии, солома, торф и др.). Органоминеральные удобрения – смеси различных органических и неорганических соединений. Бактериальные удобрения содержат некоторые культуры микроорганизмов, способствующих накоплению в гумусовом
слое усвояемых форм питательных элементов. По составу, т.е. по видам питательных элементов, удобрения подразделяются на азотные, фосфорные (фосфатные), калийные (калиевые), магниевые, борные и др. К азотным удобрениям относятся соли аммония (хлорид, сульфат, фосфаты и др.), соли азотной кислоты (кальциевая, калиевая, натриевая селитры) и некоторые амиды (карбамид, цианамид кальция CaCN2 и др.). Фосфорными удобрениями являются соли фосфорных кислот.
Калийные удобрения обычно представлены хлоридом калия. По назначению и срокам внесения удобрения разделяются на основные (предпосевные), вносимые до посева; припосевные, вносимые во время посева, например, в рядки, и подкормки, вносимые в период развития растений (в вегетационный период). Удобрения должны обладать и хорошими физическими свойствами, т. е. водорастворимые соли не должны быть сильно гигроскопичными и не должны слеживаться при хранении, быть сыпучими, не сдуваться
вет¬ром и не слишком быстро смываться дождевой водой. Таким требованиям в наибольшей степени отвечают гранулированные удобрения. Водонерастворимые удобрения усваиваются растениями медленно, поэтому их про¬изводят и применяют в порошкообразном виде. Многообразие минеральных удобрений обусловливает и необходи¬мость использования самых разнообразных сырьевых материалов. Так, для производства фосфорных удобрений применяют апатит и фосфориты, хлорид
калия КСl получают из сильвинита КаСl•КСl,; азотные удобрения вырабатывают из синтетического аммиака, а также из аммиака, содержащегося в коксовом газе, и т.д. Кроме природного сырья, для производства минеральных удобрений используют полупродукты и продукты химической и других отраслей промышленности. К таким видам сырья, прежде всего, относятся минеральные кислоты: серная, фосфорная, азотная, соляная, угольная, а также щелочи – главным образом аммиак, перерабатываемый
в разные азотные удобрения. Производство многих удобрений часто комбинируют с другими химическими производствами, а иногда и с производствами даже других отраслей промышленности. Например, цехи, перерабатывающие синтети¬ческий аммиак и азотную кислоту в азотные удобрения, объединяют с цехами синтеза аммиака и азотной кислоты в пределах единого азотно¬тукового предприятия. Цехи сульфата и фосфата аммония, для которых сырьем служит аммиак, содержащийся в коксовом газе, строятся
при коксогазовых заводах. Во всех случаях необходимость комбинирования про¬изводства возникает из условий наиболее целесообразного и дешевого способа обеспечения их сырьем. К белорусским производителям минеральных удобрений относятся: ОАО «Гомельский химический завод» (фосфорные, сложные и комплекс¬ные удобрения), Гродненское производственное объединение «Азот» (азотные удобрения), производственное объединение «Беларуськалий»
(калийные удобрения). Описание технологических процессов производства мочевины и выбор оптимальной схемы Карбамид (мочевина) (NH2)2CO – наиболее ценное азотное удобрение, легко усваиваемое растениями, содержащее до 46% азота. Карбамид применяют так же, как азотистую добавку, непосредственно в корм скоту. Карбамид используется не только в сельском хозяйстве, но и в промышленности. Из него готовят карбамидные смолы, идущие на приготовление ценных пластмасс, древесностружечных плит,
синтетических клеев, составов для пропитки тканей. Карбамид применяется в фармацевтической промышленности, при очистке нефтепродуктов, для приготовления синтетического волокна урилона и т.п. Сырьем для производства карбамида служат аммиак NH3 и диоксид углерода CO2. Его синтез протекает в две стадии. На первой стадии осуществляется образование карбамата (карбаминовокислого аммония):
2NH3 + CO2 = NH2COONH4, ΔHº = -159 кДж. (а) Во второй стадии карбамат дегидратируется с образованием карбамида: NH2COONH4 = (NH2)2CO + H2O, ΔHº = -285 кДж. (б) Образование карбамата аммония NH2COONH4 в оптимальных условиях протекает с большой скоростью. Вторая же стадия (б) происходит медленно, неполностью и ускоряется лишь в жидкой фазе.
С повышением температуры время дегидратации карбамата резко уменьшается, при этом возрастает и выход карбамида. Для увеличения выхода карбамида используют также давление и избыток аммиака сверх стехиометрического, который препятствует образованию побочных продуктов. В промышленности синтез карбамида осуществляется при 100% избытке аммиака, давлении 18-20 МПа и температуре 180-200 ºС. Выход карбамида (по
CO2) в оптимальных условиях составляет 60-70% при использовании чистых CO2 и NH3. В целях улучшения экономических показателей производства не вступившие во взаимодействие между собой аммиак и CO2 используются для получения других продуктов (разомкнутые схемы), или снова возвращаются в процесс (замкнутые, цикличные схемы). Технологические схемы производства карбамида отличаются разными методами разделения и регенерации отходящих
газов: использование их в смежном производстве аммиачной селитры; раздельное поглощение CO2 и NH3 селективными сорбентами с возвратом этих газов в процесс (газовый рецикл); абсорбция CO2 и NH3 водой и возвращение в процесс водных растворов аммонийных солей (жидкостный рецикл) и др. Наиболее экономичной является схема с жидкостным рециклом, в упрощенном виде изображенная на рис. 1. Диоксид углерода, предварительно очищенный от соединений серы и механических примесей, сжимается
компрессором 1 до 18-20 МПа и при температуре ≈40 ºС непрерывно подается через смеситель 4 в колонну синтеза 5. В колонну непрерывно вводится плунжерным насосом 3 и жидкий аммиак из емкости 2, нагретый до 90 ºС. Мольное отношение NH3 : CO2 поддерживается в пределах (3,8 – 4) : 1. Скорость подачи реагентов рассчитана так, чтобы продолжительность реакционной смеси в колонне синтеза 5 находилась в пределах 30 – 40 мин.
За счет подогретого аммиака и тепла реакции в колонне поддерживается температура 185 – 195 ºС, а степень конверсии CO2 составляет 60 – 70 %. Реактор работает в режиме вытеснения; реакционная масса продвигается снизу вверх; из верхней его части выводится плав, состоящий из карбамида, непревратившегося карбамата, избыточного аммиака и воды. После снижения давления дросселированием до 1,6 – 2 МПа плав поступает в ректификационную колонну 8 и затем через систему подогревателей и сепарации подается
на вакуум-выпарку (обычно двухкорпусную). В ректификационной колонне от карбамида отделяется избыточный аммиак, возвращаемый снова в процесс. В подогревателе 9 плав нагревается до 170 ºС, в результате чего происходит разложение карбамата на CO2 и NH3. Газожидкостная смесь разделяется в сепараторе 10; газовая фаза возвращается в ректификационную колонну, а жидкая – в вакуум-выпарной аппарат 13. Парогазовая смесь из ректификационной колонны, содержащая
NH3 (75%), CO2 и Н2О, подается в промывную колонну 7, в которой происходит образование раствора аммонийных солей, а в газовой фазе остается только чистый аммиак. В низу колонны температура поддерживается около 100 ºС, в верху – около 40 ºС. Концентрированный раствор углеаммонийных солей насосом 3 подается в смеситель 4 и далее попадает в колонну синтеза. Плав карбамида после вакуум-выпарки поступает в накопитель плава (сборник) 12 и насосом 14
подается в грануляционную башню 15 на грануляцию. В некоторых системах вместо грануляции применяют трехкорпусную вакуум-кристаллизацию. Тогда готовый продукт на склад отправляется не в гранулированном, а в кристаллическом виде. Следует отметить, что гранулированный карбамид меньше слеживается, и его легче транспортировать и использовать. Технологическая блок-схема производства карбамида (мочевины) ((NH2)2CO) 1-я операция 2-я операция 3-я операция 4-я операция 5-я операция Газовая фаза
Жидкая фаза 6-я операция 7-я операция Ниже приведена пооперационная структура приведенной блок-схемы получения мочевины 1-я операция 2-я 2-я операция 3-я операция 4-я операция 5-я операция Газовая фаза Жидкая фаза 6-я операция 7- я операция Экономическое обоснование оптимальной схемы с учетом наличия сырья, топлива, электроэнергии, трудовых ресурсов, географического расположения предприятия, рынков сбыта готовой продукции.
Определение производственной мощности предприятия В 1963 г. на атмосферном азоте и природном газе, получаемом из Дашавы, начал работать азотнотуковый завод в Гродно (с 1975 г. производственное объединение «Азот»). ОАО входит в десятку крупнейших предприятий химической отрасли. Сегодня ОАО "Гродно Азот" — крупное химическое объединение, производящее аммиак, азотные
удобрения (карбамид, жидкое удобрение КАС, сульфат аммония), капролактам, серную кислоту, метанол и продукты малотоннажной химии, товары народного потребления. Из товаров народного потребления хорошо известны антикоррозийный препарат «Мовиль-2», растворитель сантехнический «Крот-М», сульфат аммония, аккумуляторная кислота, изделия из пластмасс и полиэтилена (сумки, виньетки, фильтры тонкой очистки бензина) и др.
Основная продукция предприятия соответствует требованиям международных стандартов по системе ИСО-9002. Это позволяет более 50% своей продукции успешно экспортировать. Среди торговых партнеров «Азота» предприятия Италии и Индии, Шри Ланки и Венгрии, Чехословакии и Вьетнама, Югославии и Кубы и др. С 1988 года товары народного потребления поставляются в
Китай и Испанию. Объединение имеет развитую инфраструктуру вспомогательных цехов, обеспечивающих ремонт и техническое обслуживание оборудования, изготовление запасных частей. В 1970 г. в Гродно вступил в строй капролактамовый завод, использующий в качестве сырья продукцию Новополоцкого нефтеперерабатывающего завода (бензол и др.). Неотъемлемой частью технологического процесса является использование аммиака азотнотукового завода.
Капролактам – полупродукт для производства синтетических смол и капронового волокна. Из капролактама (мощность завода 50 тыс. т) можно изготовить 400 млн. м капроновых тканей. Это предприятие входит в производственное объединение «Азот». Расчет материального баланса и определение коэффициента расхода сырья Исходные данные для расчета материального баланса в производстве мочевины
Количество карбамида 1000 кг Массовая доля аммиака 0,96 Массовая доля углекислоты 40% Пооперационные потери (ПП) 10% Молярная масса аммиака 17 Молярная масса углекислоты 62 Молярная масса карбамида 60 Молярная масса воды 18 H2CO3 (H2O + CO2) + 2NH3 CO(NH2)2 + 2H2O 1. Определим теоретическую массу вступившей в реакцию углекислоты:
m(Н2CO3) = 1000 • 62 / 60 = 1033,33 кг 2. Масса углекислоты с учетом 40% раствора: m1 = 1033,33 / 0,4 = 2583,33кг 3. С учетом общих потерь и (ПП) необходимое количество исходной массы углекислоты составит: m2 = m1 • 100% / (100% - (ПП)) = 2583,33• 100% / 90% = 2870,37кг Общие потери углекислоты: 2870,370 - 2583,33 = 287,04кг 4. Определим теоретическую массу вступившего в реакцию аммиака: m3 (NH3) = 1000 • 2 • 17 / 60 = 566,67кг 5.
Масса аммиака с учетом 96% раствора: m4 = 566,67 / 0,96 = 590,278кг 6. С учетом общих потерь и (ПП) необходимое количество исходной массы аммиака составит: m5 = m4 • 100% / (100% - (ПП)) = 590,278 • 100% / 90% = 655,864 кг Общие потери аммиака: 655,864 - 590,278 = 65,586 кг 7. Определим теоретическую массу полученного карбамида: m6 = m2 • 60 / 62 = 2870,37 • 60 / 62 = 2573,608
кг Тогда потери мочевины составят: 2573,608 – 1000 = 1573,608 кг 8. Общие потери H2CO3 + NH3: 287,04 + 65,586 = 352,626 кг 9. Определим количество образовавшейся воды: m7 = 2 • 18 • 1000 / 60 = 600 кг 10. Общее количество сырьевых материалов: m об. = m2 + m5 = 2870,37 + 655,864 = 3526,234 кг Материальный баланс производства мочевины Приход кг
Расход кг H2CO3 2870,37 CO(NH2)2 1000 NH3 655,864 Потери CO(NH2)2 1573,608 Потери H2CO3 + NH3 352,626 Вода 600 Итого 3526,234 Итого 3526,234 Коэффициент расхода сырья (Кр) составит: Кр = m об. / 1000 = 3526,234 / 1000 = 3,526 Динамика трудозатрат при развитии технологического процесса Tж (t) = 1000/ (3t² + 1200) и Тп (t) =0,002t² + 0,8, построим график изменения затрат
живого Тж, прошлого Тп и совокупного Тс труда, t-время. Тс = Тж + Тп Tж (t) =1000/ (3t² + 1200) Тп (t) =0,002t² + 0.8 Тж(0) =1000/1200=0,833 Тп(0) =0 + 0,8=0,8 Тж(1) =1000/1203=0,831 Тп(1) =0,002 + 0,8=0,802 Тж(2) =1000/1212=0,825 Тп(2) =0,008 + 0,8=0,808 Тж(3) =1000/1227=0,815 Тп(3) =0,018 + 0,8=0,818 Тж(4) =1000/1248=0,801
Тп(4) =0,032 + 0,8=0,832 Тж(5) =1000/1275=0,784 Тп(5) =0,05 + 0,8=0,85 Тж(6) =1000/1308=0,765 Тп(6) =0,072 + 0,8=0,872 Тж(7) =1000/1347=0,742 Тп(7) =0,098 + 0,8=0,898 Тж(8) =1000/1392=0,718 Тп(8) =0,128 + 0,8=0,928 Тж(9) =1000/1443=0,693 Тп(9) =0,162 + 0,8=0,962 Тж(10) =1000/1500=0,667 Тп(10) =0,2 + 0,8=1 Зависимость Тп, Тж, Тс от времени t t 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Тж(t) 0,833 0,831 0,825 0,815 0,801 0,784 0,765 0,742 0,718 0,693 0,667 Тп(t) 0,8 0,802 0,808 0,818 0,832 0,85 0,872 0,898 0,928 0,962 1 Тс(t) 1,633 1,633 1,633 1,633 1,633 1,634 1,637 1,640 1,646 1,655 1,667 По графику видно, что вариант развития технологического процесса – ограниченный. Графически найдем экономический предел накопления прошлого труда.
Он равен 0,816. А граница рационалистического развития, до которого целесообразно накапливать прошлый труд, приблизительно равна 2,87. Теперь найдем экономический предел накопления прошлого труда аналитически: Tж (t) = 1000/ (3t² + 1200), Тп (t) = 0,002t² + 0.8 Тж´ = (1000/ (3t² + 1200))´=-6000t/(3t² + 1200)² Тп´= (0,002t² + 0,8)´=0,004t
Тс = Тж + Тп; Тс´ = Тж´ + Тп´ Тс´ = 0,004t - 6000t/(3t² + 1200)²; Тс´ = 0; 0,004t - 6000t/(3t² + 1200)² = 0; 6000t/9t² + 7200t + 1440000 = 0,004t 0,004t(9t² + 7200t + 1440000) = 6000t 0,036t² + 28,8t + 5760 = 6000 0,036t² + 28,8t - 240 = 0 0,009t² + 7,2t – 60 = 0
D = 51,84 – 4•0,009•(-60) = 54 t1 = (-7,2 + )/2•0,009 ≈ 8,25 t2 = (-7.2 - )/2•0.009 ≈ -808,2 < 0 (не подходит по условию) t* ≈ 8.25 – граница рационалистического развития, до которого целесообразно накапливать прошлый труд. Тп = 0,002•8,25²+ 0,8 = 0,94 – экономический предел накопления прошлого труда. По графику определим, что процесс развития имеет трудосберегающий характер, т.к. происходит экономия затрат живого труда за счет роста затрат прошлого труда.
Теперь важно установить, в какой степени снижаются затраты живого труда, т.е. определить тип отдачи от дополнительных затрат прошлого труда: Тж = f(Тп) Тп =0,002t² + 0.8 => t² = (Тп – 0,8)/0,002 Тж = 1000/ (3t² + 1200) = 1000/[3(Тп – 0,8)/0,002 + 1200] = 1000/3Тп (Тж)´ = dТж/dТп ≈ ΔТж/ΔТп (Тж)´ = (1000/3Тп)´ = -3•1000/9(Тп)²
= -1000/3(Тп)² (Тж)´ = |-1000/3(Тп)²| = 1000/3(Тп)² С увеличением Тп значение производной уменьшается => убывающий тип отдачи. Уровень технологического процесса Ограниченный путь развития технологического процесса называется рационалистическим. Он связан с уменьшением затрат живого труда за счет роста затрат прошлого труда, и живой труд уменьшается в большей степени, чем возрастает прошлый труд. Найдем производительность живого труда (L), технологическую
вооруженность (В) и уровень технологии (Y), который показывает, насколько эффективно используется живой и прошлый труд при решении проблемы повышения производительности технологического процесса, а также является показателем «качества» технологического процесса и определяет его производительную способность. L = L = 1 / Тж В = Тп / Тж Y = (1 / Тп) • (1 / Тж) Тж = 1000/ (3t² + 1200); Тп = 0,002t² + 0,8;
L = 1 / Тж = (3t² + 1200) / 1000 Т.к. t = 3 года, то L = (3 • 9 + 1200) / 1000 = 1,227 B = Тп / Тж = (0,002t² + 0,8) / (1000/ (3t² + 1200)) = (0,002t² + 0,8) (1000/ (3t² + +1200)) / 1000 = (0,006t + 4,8t² + 960) / 1000 B = (0,006 • 27 + 4,8 • 9 + 960) / 1000 = 1,003362 Y = (1 / Тп) • (1 / Тж) = 1 / (0,002t² + 0,8) • 1 / (1000/ (3t² + 1200)) = (3t&
#178; + 1200) / /(2t² + 800) Y = (3 • 9 + 1200) / (2 • 9 + 800) = 1,5 С целью упрощения определения границы рационалистического развития рекомендуется использовать понятие относительного уровня технологии Y*: Y* = Y / L Y* = 1,5 / 1,227 ≈ 1,2225 1,2225 < 1,227, т.е. Y* < L => рационалистическое развитие нецелесообразно Заключение В соответствии с заданием выбрана наиболее рациональная технологическая оценка, рассчитан
материальный баланс и определены основные критерии технологического процесса. Графическим и расчетным способом определен уровень технологического процесса в соответствии с результатами, полученными при выполнении семестрового задания Литература 1. Основы химической технологии / Под ред. И. П. Мухленова. М.: Высшая школа, 1991. 2. Технология важнейших отраслей промышленности /
Под ред. А. М. Гинберга. М.: Высшая школа, 1985. 3. Андриевская З. Я Сидор С. И. Хрестоматия по экономической географии БССР. Мн.: Народная асвета, 1991. 4. Экономическая география Белоруссии / Под ред. С. М. Мельничука. Мн.: Вышэйшая школа, 1982. 5. Информация из Интернета 6. Миронович И. М.
Основы технологии производства продукции химического комплекса. Мн.: ОДО Равноденствие, 2005