LOGOWANIE
KWALIFIKACJA A56 - STYCZEŃ 2023 - ZADANIE PRAKTYCZNE NR 1
KOD ARKUSZA: A.56-01-23.01-SG
Podziel się arkuszem z innymi i udostępnij go na Facebooku:
SKRÓCONA TREŚĆ ARKUSZA:
Na podstawie opisu procesu technologicznego oraz wykazu danych technologicznych opracuj kartę technologiczną procesu produkcji mocznika granulowanego - Tabela 1. Wykonaj obliczenia związane ze średnim miesięcznym zapotrzebowaniem na surowce - Tabela 3. Dobierz, na podstawie obliczeń i danych technicznych wybranych sprężarek i pomp, urządzenia do dozowania surowców - tlenku węgla(IV) i ciekłego amoniaku oraz zapotrzebowanie na opakowania miesięcznej partii mocznika granulowanego - Tabela 5. Sporządź wykaz:
- operacji jednostkowych wytwarzania wodnego roztworu mocznika na podstawie schematu blokowego - Tabela 2,
- punktów kontroli parametrów procesowych uwzględniający miejsca pomiaru oraz wartości tych parametrów Tabela 4,
- czynności jakie powinna wykonać osoba udzielająca pierwszej pomocy w przypadku kontaktu ciekłego amoniaku ze skórą dłoni poszkodowanej osoby - Tabela 6.
Opis procesu technologicznego produkcji mocznika granulowanego
Chemizm procesu
Substratami do syntezy mocznika (jednego z wolno działających nawozów o dużej zawartości azotu, stosowanego w rolnictwie) są ciekły amoniak i tlenek węgla(IV). Reakcja przebiega w dwóch etapach, gdzie produktem pośrednim jest karbaminian amonu (NH2COO-NH4+)
Reakcje te przebiegają równolegle i przeprowadza się je w tym samym reaktorze, dlatego syntezę mocznika można przedstawić równaniem sumarycznym:
Ponieważ reakcje (1) i (2) są odwracalne, w strumieniu reagentów odprowadzanych z reaktora oprócz mocznika i wody znajdują się znaczne ilości karbaminianu amonu, amoniaku i tlenku węgla(IV). Z tego powodu w instalacjach produkcyjnych stosuje się obiegi powrotne, do których kieruje się nieprzereagowane substraty.
Przemysłowy proces syntezy mocznika prowadzi się pod ciśnieniem 20 MPa w temperaturze 180°C. W zbyt wysokiej temperaturze zmniejsza się wydajność procesu, gdyż wzrasta szybkość reakcji ubocznych powodujących powstawanie biuretu - produktu niepożądanego, szkodliwego dla roślin. Na wydajność mocznika duży wpływ ma nadmiar NH3 w stosunku do CO2, dlatego do reakcji wprowadza się trzykrotnie większą ilość amoniaku, dzięki temu uzyskuje się większy stopień przemiany CO2 niż w mieszaninie stechiometrycznej.
Przebieg procesu
Sprężarka 10 tłoczy 234 m3 tlenku węgla(IV) w ciągu godziny ze zbiornika 8b. Następnie po ogrzaniu w wymienniku ciepła wprowadzany jest do reaktora w temperaturze 40oC i pod ciśnieniem 20 MPa. Świeży amoniak zmieszany z amoniakiem z recyrkulacji (zbiornik 8a) w ilości 36 m3 w ciągu godziny tłoczy wysokociśnieniowa pompa 9a i po ogrzaniu w ten sposób przygotowany surowiec wprowadzany jest do reaktora, gdzie w temperaturze 180oC i pod ciśnieniem 20 MPa następuje synteza mocznika. Amoniak i tlenek węgla(IV) wydzielają się ze stopu poreakcyjnego przez dwustopniową desorpcję. Najpierw rozpręża się stop do ciśnienia 3,2 MPa, pod którym pracuje kolumna 2. Następuje odpędzenie nadmiaru amoniaku i częściowy rozkład karbaminianu. Wydzielenie podstawowej ilości nieprzereagowanego amoniaku pod takim, a więc jeszcze nieobniżonym całkowicie ciśnieniem pozwala skroplić amoniak wyłącznie przez oziębienie, tj. bez sprężania. Gaz z kolumny 2 przemywa się w kolumnie absorpcyjnej 3a rozcieńczonym wodnym roztworem soli amonowych. Kolumna ta pracuje w temperaturze 95oC i ciśnieniem 1,7 MPa. Powstający stężony roztwór soli amonowych pompuje się do reaktora. Reszta amoniaku uchodząca ze szczytu kolumny 3a zostaje skroplona przez ochłodzenie oraz poddana recyrkulacji poprzez zbiornik 8a. Stop z kolumny 2 rozpręża się powtórnie w pracującej pod ciśnieniem 1,7 MPa kolumnie 4. Następuje dalsze wydzielenie gazów; NH3 i CO2, które kieruje się do absorbera 3b zraszanego roztworem wodnym zawierającym niewielką ilość soli amonowych. Otrzymany z tej kolumny roztwór o temperaturze 37oC i ciśnieniu 0,2 MPa tłoczy się do kolumny 3a.
W oddzielaczu 5 stop z kolumny 4 przedmuchuje się powietrzem w celu odpędzenia reszty NH3 i CO2. Odbierany z oddzielacza 80% roztwór mocznika poddaje się odparowaniu i granulacji. Połowę otrzymanej partii granulowanego mocznika pakuje się do worków polietylenowych o pojemności 25 kg, a drugą połowę do kontenerów elastycznych typu big-bag o pojemności 500 kg. W trakcie procesu pakowania mogą wystąpić uszkodzenia worków i pojemników, dlatego przy składaniu zamówienia należy uwzględnić 0,1% strat opakowań podczas pakowania.
2 NH3 + CO2 ± NH2COO-NH4+ NH2COO-NH4+ ± CO(NH2)2 + H2O
(1) (2)
2 NH3 + CO2 ± CO(NH2)2 + H2O
(3)
\10 Schemat syntezy mocznika: 1 - reaktor, 2 i 4 - kolumny rozprężające, 3 - absorbery, 5 -oddzielacz gazu, 6 - dmuchawa powietrzna, 7 - chłodnica ociekowa, 8 - zbiorniki, 9 - pompy wysokiego ciśnienia, 10 - sprężarka C02. ----Zawracanie CQ2 I NH3 w roztworze soli amonowych
Wykaz danych technologicznych niezbędnych do wykonania obliczeń dotyczących miesięcznego zapotrzebowania na surowce dla procesu otrzymywania mocznika oraz ilości opakowań mocznika
granulowanego
- planowana produkcja mocznika granulowanego: 600 000 ton/rok,
- wydajność otrzymywanego mocznika: 98%
- surowiec: ciekły amoniak o stopniu przereagowania: 0,97,
- 3-krotny nadmiar amoniaku,
- surowiec: tlenek węgla(IV) gazowy o stopniu przereagowania: 0,95,
- straty opakowań w trakcie pakowania: 0,1%.
Mh = 1 g/mol, Mn = 14 g/mol, Mc = 12 g/mol, Mo = 16 g/mol.
3
m=[t], V=[m3], ilosc opakowań w sztukach.
W obliczeniach zastosuj dla gazów warunki normalne,
przyjmij objętość jednego mola gazu 22,4 dm3 Wyniki obliczeń podaj z dokładnością do liczb całkowitych.
........
........
