диплом, дипломная работа, курсовая работа

  • Россия, Пермский край, г. Березники пр-кт Советский 28, diamant-art@yandex.ru
  • Россия, Пермский край, г. Пермь ул. Мира, 18-26
телефоны Вайбер :
  • 8-902-64-131-81
  • 8-902-47-483-95

Решение задачи 8.10 по ПАХТ из задачника Павлова Романкова Носкова

Решение задачи 8.10 по ПАХТ из задачника Павлова Романкова Носкова

 

8.10. Построить фазовые диаграммы равновесия в координатах X, Y-z, Z для системы гептан - метилциклогексан - анилин при 25 °С. Данные о равновесных составах сосуществующих фаз [в % (масс.)] взять из табл. 8.10. Определить, какой концентрации продукты можно получить, обрабатывая 40% раствор метилциклогексана в гептане чистым анилином при обычной ротивоточной экстракции. Определить также минимальное число ступеней экстрагирования (при полном возврате экстракта и рафината), если экстракт содержит 98% (масс.), а рафинат 1% (масс.) метилциклогексана (после отгонки от растворителя).

 Купить эту задачу за 150 рублей онлайн

 

 Решение задачи 8.10 по ПАХТ из задачника Павлова Романкова Носкова

 

 Решение задачи 8.10 по ПАХТ из задачника Павлова Романкова Носкова

 

 Решение задачи 8.10 по ПАХТ из задачника Павлова Романкова Носкова

 

 Решение задачи 8.10 по ПАХТ из задачника Павлова Романкова Носкова

Прошу обратить внимание, что при покупке решений задач по ПАХТ на сайте www.diplom-berezniki.ru

Вам в почту приходит не сам файл решения, а ссылка на файл решения, который нужно скачать по этой ссылке СНАЧАЛА НА ЖЕСТКИЙ ДИСК своего компьютера.

Открывать и просматривать решения задач нужно с жесткого диска своего компьютера.

Файл решения приходит к Вам в трёх вариантах:

1 - ссылка - это формат ПДФ.

2 - ссылка - это архив, который нужно распаковать и уже там будет решение в ворде.

3 - ссылка - это архив, который нужно распаковать и уже там будет решение в ПДФ.

Если у Вас нет опыта оплаты и получения заказа через платежную систему «Робокасса», то Вы можете посмотреть видеролик на этой странице, где эта процедура подробно рассмотрена.

Если у Вас возникли вопросы и что-то не получается

Вы всегда можете задать вопрос через форму обратной связи задать вопрос

 

Решение задачи 8.10 по ПАХТ из задачника Павлова Романкова Носкова

 

 

Характеристика существующих технологических схем по производству карбамида.
Изыскание технологических решений о наиболее рациональном возврате непрореагировавших CO2 и NH3 в цикл синтеза, а также схем переработки плава в товарный  продукт  является важнейшей частью современных  технологий, определяющей технико-экономические показатели всего процесса.
Все известные в настоящее время схемы производства карбамида из аммиака и двуокиси углерода могут быть разделены на пять основных групп, отличающихся друг от друга главным образом способом рекуперации непрореагировавших веществ:
-процессы без рецикла. При котором весь отогнанный в процессе дистилляции аммиак перерабатывается в другие продукты;
-процессы с частичным рециклом аммиака. Процесс с частичным рециклом аммиака, в котором путем дросселирования плава отгоняют значительную часть избыточного аммиака. Последний возвращают в реактор. Окончательную отгонку аммиака и разложения карбамата аммония ведут при атмосферном давлении с переработкой выделенного аммиака в другие продукты;
-процессы с рециркуляцией горячих газов. Полученные в результате дистилляции аммиак и диоксид углерода, очищаются и возвращаются в узел синтеза в виде газов. К достоинствам способов сепарации и рециркуляции непрореагировавших NH3 и СО2 в виде газа является отсутствие воды в рецикле, что позволяет получить более высокую степень превращения карбамата аммония в карбамид при синтезе. Однако вследствие  более высоких энергетических расходов на компримирование отогнанных аммиака и двуокиси углерода этот способ не получил широкого распространения.
-процессы с рециркуляцией углеаммонийных солей в виде раствора. Существует несколько различных схем с полным жидкостным рециклом, отличающихся друг от друга аппаратурным оформлением и технологическими параметрами.
Процессы без рецикла. Решение задачи 8.10 по ПАХТ из задачника Павлова Романкова Носкова
Впервые процесс был осуществлён в Германии в 1922 г. на установке производительностью 1,2 т/ч.
Газообразная двуокись углерода компрессором 2 сжимается до 15 МПа, подогревается до 200 Сº и на медно-никелевом катализаторе освобождается от кислорода. Далее двуокись углерода конденсируется и смешивается со сжатым до 150 МПа жидким аммиаком, подаваемым в незначительном избытке против стехиометрического количества с помощью насоса 1. Тепло образования карбамата аммония отводится в реакторе 4.
В последнем поддерживается давление 11—13 МПа и температура 160 Сº при этом на 1 т карбамида получается около 0,8 т пара, который используется в производстве (рис.1). Реактор 4 изготовлен из освинцованной углеродистой стали. Охлажденный плав направляется в пять последовательно соединенных освинцованных автоклавов 5, обогре-ваемых паром. Здесь в течение 2 ч при 160—170 Сº и давлении 10 МПа около 50% карбамата аммония превращается в карбамид.
Непрореагировавшие NH3 и С02 выделяются в сепараторе 7 при дросселировании плава до атмосферного давления и далее при нагревании до 80—95 Сº в перегонной колонне 14. Раствор, поступающий из колонны в сборник 12 и, далее, в систему упарки, содержит 4% NH3, 4% С02 и 85% карбамида. Газы из сепаратора 7 направляются в башню, орошаемую серной кислотой, для получения раствора сульфата аммония. Основной недостаток низкая степень конверсии.
Процессы с частичным рециклом аммиака.
Процессы с частичным рециклом аммиака, основанные на возврате аммиака по способу, предложенному Миллером были реализованы во многих странах и дали возможность разработать более совершенные схемы с полным рециклом аммиака и двуокиси углерода.
Основным отличием схемы с частичным рециклом аммиака от процесса без рецикла является двухступенчатое дросселирование и дистилляция плава, полученного в колонне синтеза. При этом в I ступени дистилляции поддерживается такое давление, которое позволяет конденсировать выделившийся аммиак охлаждением водой. Давление во II ступени приближается к атмосферному.
Сюда же подается возвратный аммиак насосом 16. Свежий аммииак насосом 2 нагнетается в зазор между стаканом и колонны колонны. Последний изготовлен из углеродистой низкуглеродистой стали. В колонне синтеза поддерживается давление около 20 МПа и температура в пределах 185—200 Сº, L=З-4.Плав, выходящий из колонны синтеза, дросселируется примерно до 1,8 МПа и подвергается дистилляции в колонне 6, в нижней части которой с помощью парового подогревателя 5 поддерживается температура 135-145 Сº. В колонне дистилляции происходит выделение из плава части избыточного аммиака, а также незначительное разложение карбамата аммония. Отмытые от С02¬ и осушенные пары аммиака с температурой около 50—60 Сºнаправляются для сжижения в два последовательно включенных конденсатора 8. Жидкий аммиак собирается в сборнике 15 и насосом 16 возвращается в колонну синтеза. Раствор карбамида из колонны дистилляции 6, частично освобожденный от аммиака, дросселируется до давления 0,15—0,17 МПа и подается на глухую тарелку колонны дистилляции II ступени 9, сюда же или на третью (сверху) тарелку подается раствор углеаммонийных солей, полученный в колонне фракционирования. Освобожденный от аммиака и двуокиси углерода раствор, содержащий 70—80% карбамида и менее 0,5% NH3, из сборника 14 подается центробежным насосом 12 через фильтрпресс (на схеме не показан) в кипятильник выпарного аппарата I ступени 10, где при остаточном давлении около 300 мм рт. ст. и 125 Сºупаривается до концентрации 91—95%, (рис 2).
Схема производства карбамида с частичным жидкостным рециклом.
Преимущество процессов с частичным жидкостнымрециклом аммиака по сравнению с процессом без рецикла состоит в том, что они позволяют значительно повысить степень превращения аммиака в карбамид.
Процессы с рециркуляцией горячих газов.
Построить фазовые диаграммы равновесия в координатах X, Y-z, Z для системы гептан - метилциклогексан - анилин при 25 °С. Данные о равновесных составах сосуществующих фаз [в % (масс.)] взять из табл. 8.10. Определить, какой концентрации продукты можно получить, обрабатывая 40% раствор метилциклогексана в гептане чистым анилином при обычной ротивоточной экстракции. Определить также минимальное число ступеней экстрагирования (при полном возврате экстракта и рафината), если экстракт содержит 98% (масс.), а рафинат 1% (масс.) метилциклогексана (после отгонки от растворителя).
Впервые практически полный рецикл аммиака и двуокиси углерода, не превращенных в карбамид, был осуществлен на установке в Оппау путем сжатия поршневым компрессором влажной газовой смеси, содержащей 45 вес. % NH3, 26 вес. % С02 и 29 вес. % Н20, до давления 20 МПа.
Газообразный аммиак и двуокись углерода сжимаются компрессорами (1 и 2) до 20МПа и смешиваются с горячим циркуляционным газовым потоком (315—535 Сº), подаваемым компрессором 3. Газовая смесь с температурой 185—260 Сº  направляется в реактор-теплообменник 4, где происходит образование карбамида. Тепло, выделяющееся при реакции, используется для получения пара.
Плав подвергается трехступенчатому дросселированию (1,5-3,0 МПа, 0,15—0,5 МПа и вакуум), сепарации и подогреву для разложения карбамата аммония.
Газовая фаза из аппарата для разложения карбамата аммония при пониженном давлении 7 поступает в скруббер с насадкой 8, где раствором, циркулирующим через холодильник 9, поглощаются аммиак и двуокись углерода, а инертные газы, содержащие аммиак, направляются на очистку. Часть раствора непрерывно отводится насосом 10 в I ступень разложения карбамата аммония 6. Газовая фаза из I ступени дистилляции смешивается с газами, выходящими из сепаратора 5, и поступает в линию всасывания центробежного компрессора 3, (рис 3)
Процесс с рециркуляцией горячих газов.
Преимущества этого метода - значительное снижение капитальных и эксплуатационных затрат (так, по предварительным расчетам расход энергии сокращается на 20% по сравнению с лучшими эксплуатируемыми в настоящее время промышленными схемами) и возможность создания производства карбамида мощностью до 1800 т/сутки. Следует, однако, отметить, что промышленное освоение этого процесса зависит от подбора коррозионно- и эрозионноустойчивых материалов и разработки надежной конструкции турбокомпрессора.
Процессы с рециркуляцией углеаммонийных солей в виде раствора (жидкостный рецикл).
Процессы производства карбамида с частичным или полным рециклом утлеаммонийных солей нашли наиболее широкое применение в промышленности. Конкуренция между фирмами разных стран («Дюпон», «Хемико»-США; «Монтекатини»-Италия, «Стамикарбон»-Голландия, «Тое-Коацу»-Япония,«Инвента»-Швейцария, «Пешине»-Франция и т. д.) привела к созданию различных вариантов процесса.
Метод фирмы «Монтекатини»
Двуокись углерода, свежий аммиак и раствор углеаммонийных солей подаются в колонну синтеза 4, в которой поддерживаются давление 200 МПа и температура 180—190 Сº. На входе в колонну L = 5, W = 0,54, (рис. 4).
Схема процесса с полным жидкостным рециклом фирмы «Монтекатини».
Решение задачи 8.10 по ПАХТ из задачника Павлова Романкова Носкова
Плав дросселируется (с подогревом) в I ступень дистилляции 5, давление в которой составляет 2,0—4,5 МПа и температура 150 Сº; во II ступени 6 дистилляция проводится под давлением 0,3—0,6 МПа (~135 Сº). Газовая фаза конденсируется в абсорбционной части аппаратов дистилляции 5, 6. Водный раствор, полученный во II ступени, подается насосом на орошение абсорбера I ступени 7. Концентрированный раствор углеаммонийных солей возвращается в реактор насосом 3. Раствор карбамида из узла снижения давления 9 либо направляют на переработку в кристаллический продукт, либо упаривают до концентрации 99% с последующей переработкой в гранулированный продукт. Аммиак, выделенный при дросселировании от 0,3—0,6 МПа до атмосферного давления, поглощается в абсорбере 10.
Основные преимущества метода «Монтекатини»:
-избыточный аммиак конденсируется вместе с образовавшимся карбаматом аммония, что позволяет уменьшить количество аппаратов и создает условия для более полной рекуперации тепла на стадии дистилляции;
-возвратный раствор углеаммонийных солей образуется под давлением 2—4,5 МПа, что способствует уменьшению количества воды, поступающей в колонну синтеза. Это позволяет получать высокую степень превращения при более низких давлениях и температурах, что практически устраняет трудности, связанные с коррозией.
Метод фирмы «Тое- Коацу». Основой для создания схемы с полным жидкостным рециклом, по которой в 1958 г. была пущена в Японии первая установка мощностью 132 тыс. т карбамида в год, послужили работы исследовательской лаборатории, а также опыт эксплуатации установок без рецикла и с частичным рециклом аммиака и раствора углеаммонийных солей, действующих с 1948 г. на заводах фирмы «Тое-Коацу» (рис. 5).
Схема производства карбамида с полным жидкостным рециклом по методу фирмы «Тое-Коацу» Газообразная двуокись углерода сжимается до 13 МПа, сжижается и подается в сборник 1. Свежий и рециркулируемый аммиак поступает в сборник 2. Насосом 3 жидкие аммиак и двуокись углерода сжимаются до 28—30 МПа и направляются в колонну синтеза 5, куда одновременно насосом 15 подается раствор углеаммонийных солей. В смеси на входе в колонну синтеза L-4,54-4,7, W-0,43.
В колонне синтеза поддерживается давление 27—30 МПа; температура в нижней части  155 Сº, в верхней – 175-180° Сº, время пребывания реагентов 30 мин; при этом степень превращения карбамата аммония в карбамид достигает 67 %. Для выделения части избыточного аммиака плав дросселируется до 1,7-2,0 МПа в сепаратор 6, откуда газообразный аммиак отводится на конденсацию о теплообменник 4 и далее в сборник 2. Плав подогревается в теплообменнике 7 до 130-140 Сº и поступает в сепаратор 8. Выделившиеся газы поглощаются в абсорбере- 9 слабым раствором углеаммонийных солей; укрепленный раствор насосом 15 возвращается в колонну синтеза. Из сепаратора 8 раствор карбамида вновь дросселируется до давления, близкого к атмосферному, подогревается до 100 Сº в теплообменнике 13, освобождается от газов в сепараторе 12 и поступает в систему упарки. Газовая смесь из сепаратора 12 сжимается компрессором 11 и совместно с газовой фазой, сбрасываемой из абсорбера 9, промывается водой в хвостовом абсорбере 10. Раствор из последнего насосом 14 подается на орошение абсорбера 9. Очищенный раствор карбамида упаривается до концентрации 88—89% и направляется в охлаждаемый шнек для выделения кристаллического карбамида. Последний подвергается сушке в барабанной сушилке до содержания влаги 0,2—0,3%. Этот продукт может быть использован для технических целей. Для получения гранулированного карбамида кристаллический подаётся на плавление и грануляцию.
Построить фазовые диаграммы равновесия в координатах X, Y-z, Z для системы гептан - метилциклогексан - анилин при 25 °С. Данные о равновесных составах сосуществующих фаз [в % (масс.)] взять из табл. 8.10. Определить, какой концентрации продукты можно получить, обрабатывая 40% раствор метилциклогексана в гептане чистым анилином при обычной ротивоточной экстракции. Определить также минимальное число ступеней экстрагирования (при полном возврате экстракта и рафината), если экстракт содержит 98% (масс.), а рафинат 1% (масс.) метилциклогексана (после отгонки от растворителя).
Способ «Тое-Коацу», имеет следующие преимущества:
-упрощение схемы вследствие применения газообразной двуокиси углерода;
-увеличение межремонтного пробега футеровки колонны синтеза от 1 года до 10 лет за счет тонкой очистки газа от сернистых соединений (до 1 мг-м"');
-более полная утилизация аммиака вследствие применения трехступенчатой дистилляции (расходный коэффициент по аммиак) снижается с 58Г до 573 кг/т);
-замена выпарки вакуум-кристаллизацией и центрифугированием позволяет уменьшить расход пара и снизить содержание биурета в готовой продукции;
-возврат маточного раствора в цикл синтеза благоприятствует  снижению содержания биурета в продукте, так как в колонне синтеза при избытке аммиака биурет превращается в карбамид.
Метод фирмы «СНАМ». Процесс фирмы «СНАМ» отличается от процесса фирмы «Стамикарбон» тем, что разложение непрореагировавшего карбамата аммония осуществляется в одной ступени при давлении 8,0 МПа и выше (вплоть до давления синтеза) путем продувки плава аммиаком в аппарате разложения.
Согласно данным фирмы, при давлении 19 МПа и температуре 180 Сº в плаве после разложения остается около 0,7 Сº карбамата аммония. Это позволяет во много раз сократить количество рециркулируемого раствора углеаммонийных солей по сравнению с обычной схемой с полным жидкостным рециклом. Процесс отличается сравнительно малыми энергетическими расходами (пар 0,6 Мкал/т, электроэнергия 150 кв/ч) и относи-тельно небольшими капиталовложениями.
Стриппинг процесс. Способ дистилляции, характеризующийся значительным выделением NH3 и СО2 из плава под давлением синтеза только за счет интенсивного нагревания плава, неприемлем, так как необходимая для этого высокая температура неизбежно вызовет недопустимые побочные явления: частичный гидролиз карбамида, образование биурета, коррозию. Однако, если плав синтеза нагревать при давлении синтеза в присутствии одного из исходных реагентов (NH3 или С02), эффективная дистилляция плава может быть осуществлена при сравнительно низких температурах.
Зарубежные фирмы предлагают сегодня установки мощностью преимущественно от 1000 до 2000 и даже 3000 т/сутки. Все эти технологии находятся примерно на одном уровне по степени использования сырья, отличаются различными решениями по аппаратурному оформлению, применяемым конструкционным материалам, технологическим приёмам, позволяющим минимизировать уровень энергопотребления.
Стриппинг-процесс СО2 Стамикарбон.
Упрощенная схема процесса представлена на рис. 6.
Аммиак и диоксид углерода превращаются в карбамид через карбамат аммония при давлении около 14 МПа и температуре 180-185 Сº. Конверсия аммиака достигает 41%, углекислого газа – 60%. Непрореагировавшие аммиак и диоксид углерода поступают в стриппер, при этом СО2 выступает в роли стиппер-агента. После конденсации СО2 и NH33 идут на рецикл и возвращаются в процесс синтеза. Теплота конденсации используется для выработки пара, поступающего в компрессор СО2.
принципиальная схема стриппинг процесса производства карбамида по методу фирмы Стамикарбон.
Данный процесс может иметь различное аппаратурное оформление. На рисунке 7 представлена технология Urea 2000plusTM -синтез с бассейновым конденсатором.

Рис. 7. Технология Urea 2000plus: синтез с бассейновым конденсатором
Данная технология успешно эксплуатируется на производстве карбамида мощностью 2700 тонн/сутки в Китае (CNOOC), запущенном в 2004 году, а также на производстве мощностью 3200 тонн/сутки в Катаре (Qafco IV), запущенном в 2005 году.
Второй вариант осуществления данного процесса предполагает использование бассейнового реактора. Преимуществами синтеза с использованием бассейнового реактора являются:
-в данном случае требуется на 40% меньше поверхности теплообмена по сравнению с вертикальным конденсатором пленочного типа;
-конденсатор ВД и реактор объединены в одном аппарате;
-высота конструкции производства значительно снижается,- длина трубопроводов ВД из коррозионно-стойкой стали значительно снижается;
- снижение инвестиций;
-легкость в эксплуатации, стабильный синтез нечувствительный к изменению соотношения NH3/CO2. На рисунке 8 представлена схема производства карбамида с бассейновым реактором.
Технология Urea 2000plus: синтез с бассейновым реактором
Применяемая на ОАО «Азот» схема производства карбамида фирмы «Монтэдисон», с полным жидкостным рециклом в виде раствора углеаммонийных солей.
Принципиальная схема производство карбамида состоит из следующих стадий:
1. Химводоподготовка.
2. Парокотельная установка.
3. Подготовка и сжатие углекислого газа.
4. Подготовка и сжатие жидкого аммиака.
5. Сжатие карбамата аммония.
6. Синтез карбамида.
7. Трёхступенчатая дистилляция.
8. Двухступенчатая вакуум-выпарка.
9. Гранулирование плава карбамида.
10. Узел обработки гранулированного карбамида.
11. Складирование и погрузка гранулированного карбамида.
Технико-экономические показатели крупнотоннажного агрегата для производства карбамида на ОАО «АЗОТ» можно принять в настоящее время за типовые при использовании импортного оборудования. Это производство комплектуется фирмой «Монтэдисон» с использованием усовершенствованного метода получения карбамида с жидкостным рециклом. Следует иметь ввиду, что цены на импортное оборудование по сравнению с закупками увеличились, что, естественно, отразилось на снижении фондоотдачи и удлинении срока окупаемости.
Производство карбамида, предназначенное для получения гранулированного продукта, закуплено комплектно на компенсационной основе по контракту N0 46-08/87015-126.
Сырьём для производства карбамида является жидкий синтетический аммиак и газообразный диоксид углерода.
Жидкий аммиак поставляется на производство с агрегатов аммиака 1А и 1Б с температурой -33°С и давлением 1-1,2 МПа.
Двуокись углерода поставляется с агрегатов аммиака как отход его производства. Требование к качеству сырья представлены в таблице 1:
Энергоресурсами для получения карбамида является:
Березниковское ОАО "Азот" находится на левом берегу реки Кама в 5 километрах от города Березники. Существующая площадка ОАО "Азот" с северо-запада примыкает к ограждающей дамбе водохранилища. Камское водохранилище, после его заполнения, значительно повлияло на климатическую обстановку города Березники и предприятий этого региона. Климат стал более влажным, снизилась скорость потока воды за счет регулирования стока плотиной.
Промышленной водой завод обеспечивается от существующего водозабора, расположенного на берегу водохранилища. Источниками хозяйственно-питьевого водоснабжения является водозаборы артезианской воды реки Усолка.
С севера предприятие граничит с Березниковским ОАО «Сода». Непосредственно на площадке предприятия находится ТЭЦ-4, которая до 1990 года обеспечивала предприятие паром.
ОАО «Азот» находится рядом с двумя мощными транспортными магистралями: судоходная Кама и Горнозаводская железная дорога. Река Кама является неисчерпаемым источником воды и транспортной магистралью. Удобное расположение завода определило место строительства производства аммиачной селитры. Предприятие располагается в непосредственной близости к сырьевой базе.
Годовая проектная производительность установки составляет 450000 т.
Фактическая выработка продукта на предприятии зависит от ритмичности работы, нагрузки и объёмов сбыта. В 2007 году выработка карбамида составила 435000 тонн.
3 Теоретический анализ.
3.1 Теоретический анализ охлаждения углекислого газа в контактном теплообменнике. Описание центробежного компрессора. Зависимость производительности центробежного компрессора от начальной температуры СО2.
3.1.1 Теоретический анализ охлаждения углекислого газа в контактном теплообменнике.
По назначению проектируемый теплообменник относится к охладителю газа.
По принципу образования межфазной поверхности: поверхность образуемая в процессе движения сред. Движение среды вызывается силами гравитации. Направление движения теплоносителей – противоток.
По конструктивному оформлению теплообменник «газ – жидкость» выполнен в виде тарельчатого аппарата.
В контактном теплообменнике протекают следующие процессы:
-гидродинамические процессы взаимодействия между непрерывными потоками газа и жидкости;
-перенос тепла и массы между взаимодействующими нагреваемой и охлаждаемой средами;
-отрыв и унос капель жидкости из аппарата;
-растворение газа в жидкости и дегазация жидкости;
К основным особенностям работы теплообменника «газ – жидкость» можно отнести следующее:
-процесс охлаждения или нагрева сред сопровождается массообменом;
-нагрев или охлаждение сред происходит до определённого температурного предела, после достижения которого устанавливается динамическое равновесие;
-нормальная работа возможна в относительно узком диапазоне параметров, определяемых конструкцией аппарата, соотношением расходов сред, их взаимным направлением, скоростями, способами распределения, уносом;
-процессы формирования поверхности контакта между газом и жидкостью имеют стохастический характер, определяемый гидродинамическим и тепловым режимом аппарата.
Ниже рассмотрены особенности нагрева и охлаждения сред в теплообменнике «газ – жидкость», где в объёме аппарата возможны различные направления тепло- и массообмена, определяемые параметрами взаимодействующих жидкости и газа. Направление процессов иллюстрируется на I-x – диаграмме (рис. 9), на которой каждая точка кривой насыщения (ф=100%) характеризует состояние пограничного слоя над поверхностью жидкости. Состояние газа характеризуется точкой В. Он взаимодействует с жидкостью состояние которой характеризуется точкой К на линии ф=100%. Характер протекания процессов различен в зависимости от положения точки К. Через точку В проведены касательные к линии равновесия ВК1 и ВК5; изотерма ВК2; изоэнтальпа ВК3, линии постоянного влагосодержания ВК4 и постоянной температуры мокрого термометра ВК3' точка кривой насыщения (ф=100%) характеризует состояние пограничного слоя над поверхностью жидкости. Состояние газа характеризуется точкой В.
При взаимодействии газа с жидкостью, температура которой выше tк2 (выше температуры газа), процесс взаимодействия протекает под влиянием разностей температур tж – tг и парциальных давлений pж – pг. Одновременно протекают процессы нагрева и насыщения газа парами жидкости и охлаждения жидкости. При температуре жидкости, равной tк2 (tк2=tг), происходит только перенос вещества в поток газа.
Решение задачи 8.10 по ПАХТ из задачника Павлова Романкова Носкова
Рис. 9. Направление процессов протекающих в контактном теплообменнике.
Если состояние жидкости, взаимодействующей с газом, отвечает участку К2 – К3, температура жидкости ниже температуры газа. Происходит перенос тепла теплопроводностью и конвекцией от газа к жидкости и одновременный перенос массы в результате испарения от жидкости к газу.
Температура жидкости в точке К3' называют температурой мокрого термометра tм. При этой температуреколичество тепла, перешедшего от газа к жидкости вследствие теплопроводности и конвекции, становится равным количеству тепла, перенесенного парами жидкости в газ. Температура tм определяет предел охлаждения жидкости, имеющей более высокую исходную температуру, и, наоборот, предел нагрева жидкости, имеющей температуру ниже tм. Из рисунка 9 следует, что tм существенно повышается с увеличением давления и влагосодержания газа и в меньшей степени – с увеличением температуры газа. Если состояние жидкости отвечает участкам К3' – К3 и К3 – К4 на рис. 9, то при взаимодействии ее с газом (точка В) последний охлаждается с одновременным насыщением жидкостью.
Температура жидкости при этом возрастает.
Точку К4 называют точкой росы для данного состояния газа. Взаимодействие газа с жидкостью, имеющей температуру tк4 – tр, протекает без изменения влагосодержания (x=const). Происходит только процесс теплообмена, а массообмен отсутствует. Газ при этом охлаждается. Во всех случаях взаимодействия жидкости и газа, когда температура жидкости выше tр, газ насыщается жидкостью, а в случаях, когда температура жидкости ниже tр, - осушается.
При взаимодействии газа с жидкостью, температура которой ниже tк4 нагревается за счет охлаждения и осушения газа.
Жидкость нагревается до температуры выше точки росы газа tр, но ниже температуры мокрого термометра tм, процесс охлаждения газа изобразится линией 1-3-4-2 (рис. 10). В начальном состоянии происходит охлаждение нагретого газа с одновременным насыщением его парами жидкости (участок 1-3). В дальнейшем (участок 3-4) газ охлаждается, соприкасаясь с более холодной жидкостью, а часть паров жидкости, находящихся в нём, конденсируется. В точке 3 газ взаимодействует с жидкостью, имеющей температуру точки росы tр для этого состояния газа. Температура tр соответствует вторичной точке росы, которая находится на пересечении линий x=const, проходящей через точку 3, и кривой =100%. Следует отметить, что в процессе конденсации паров (участок 3-4)  из газа выделится такое же количество жидкости, какое было поглощено на участке (1-3). При этом тепло, затраченное на увлажнение газа на участке 1-3, будет возвращено жидкости в результате конденсации на участке 3-4. Для передачи этого тепла («оборотное тепло») необходимо соответствующее увеличение объёма аппарата. На участке 4-2 процесс охлаждения газа аналогичен процессу 1-2.
Точка 2 характеризует предел охлаждения газа, равный температуре жидкости на входе
 и производительности компрессора от входной температуры газа.
Компрессор предназначен для сжатия углекислого газа поступающего из агрегата аммиака от давления 1,1 кг/см2 (абс.) до 220 кг/см2 и подачи его в колонну синтеза.
Компрессор имеет 3 цилиндра, 4 секции и 17 ступеней сжатия (рис. 11) Он предназначен для компримирования смеси газов, в которой преобладает углекислый газ (СО2). Компрессор изготовлен итальянской фирмой Nuovo Pignone в 1978 г. и находится в эксплуатации с 1980г.
1-я и 2-я секции компрессора, содержащие соответственно 3 и 4 ступени, размещены в одном (первом) цилиндре, фирменное обозначение которого - 2 MCL 607. 3-я и 4-я секции, содержащие по 5 ступеней, выполнены в виде отдельных цилиндров, фирменные наименования которых соответственно BCL 305/а и BCL 205/b.
Приводом компрессора служит паровая турбина. При этом ротор цилиндра 2 MCL 607 (1-ой и 2-ой секций) соединен с ротором турбины непосредственно, а роторы цилиндров BCL 305/а (3-ей секции) и BCL 205/b (4-ой секции) - через 2 MCL 607 и мультипликатор с передаточным отношением 1,9464. Все ступени компрессора имеют рабочие колеса с цилиндрическими лопатками и безлопаточные диффузоры. Выходные углы лопаток колес равны приблизительно 50° на 1-ой и 2-ой секциях и около 40° на 3-ей и 4-ой секциях. Относительные ширины колес составляют 0,062.. .0,033 на 1-ой, 0,016.. .0,013 на 2-ой, 0,025.. .0,022 на 3-ей и 0,014 на 4-ой секции.
Безлопаточные диффузоры 1-ой, 2-ой и 3-ей секций — зауженные по отношению к колесам. Ширина безлопаточных диффузоров 4-ой секции равна ширине колес (3 мм).
Между секциями компримируемый газ охлаждается в аппаратах воздушного охлаждения (АВО) ЕА 919 А, В и С. За каждым АВО расположен сепаратор Д955 А, В, С конденсирующейся влаги.
Для запуска компрессора и предотвращения помпажных режимов служат клапаны HIC 5/902, HIC 5/903 и HIC 5/904. Клапаны расположены: HIC 5/902 на линии перепуска газа с всасывания 3-ей секции на всасывание компрессора; HIC 5/903 - на линии сброса газа с всасывания 3-ей секции в атмосферу; HIC 5/904 - на линии перепуска с нагнетания компрессора на его всасывани
Основной проблемой эксплуатации машины в летний период с температурой окружающего воздуха более 20 ºС, является высокая температура газа на всасывании. Углекислый газ поступает с агрегатов аммиака с температурой более 50 ºС, что создаёт определённые проблемы в работе машины, как например: высокая температура на межступенчатых холодильниках, высокий уровень абсолютного давления в системе вакуум-вытяжки турбины и как следствие этого высокий расход пара на турбину.
Так-же основной негативной стороной высокой температуры на всасывании является поддержание минимально необходимого объёмного расхода газа через компрессор во-избежании явления помпажа. Вследствии срыва потока при малых расходах давление, создаваемое машиной, становится меньшим, чем в ёмкости за ней, и газ устремляется из емкости через машину в направлении, обратном нормальному течению. После падения давления в ёмкости возобновляется подача газа машиной, что приводит к росту давления в ёмкости и снижению расхода, в результате чего явление снова повторяется. Таким образом: при помпаже происходят периодические колебательные движения газа через машину в направлении нормальной подачи и обратном направлении. Частота и интенсивность этих колебательных движений газа зависят от величины давления и плотности газа вблизи критической точки, размеров машины и ёмкости сети. В зависимости от этих условий помпаж проявляется в форме вибрации или периодических толчков, которые могут повредить машину.
Работа в помпажной зоне, как правило, недопустима, и поэтому крупные машины снабжают устройствами для предотвращения помпажа. В действующем в цехе карбамида компрессоре этим устройством является противопомпажный клапан позиции HIC 5/904. Принцип дейсвия системы таков: при приближении расхода газа к помпажному открывается противопомпажный клапан, перепуская часть газа с нагнетания компрессора на всас, таким образом, увеличивая расход газа через компрессор. Недостатком этой системы является то, что часть газа снимается с подачи его в колонну синтеза тем самым снижая выработку готового продукта.
При многоступенчатом сжатии в ряде случаев можно достигнуть существенного уменьшения требуемой мощности путем охлаждения газа. При достаточно большой степени повышения давления, в особенности при сжатии газов с высокими показателями адиабаты, температура газа становится настолько высокой, что охлаждение оказывается неизбежным.
Применением охлаждения наряду с основным положительным результатом (снижение требуемой мощности привода и температуры газа) вызывает и отрицательные последствия. Так, в зависимости от способа охлаждения могут увеличиться масса и габариты машины или установки, появляются дополнительные затраты на холодильники, насосы и другое оборудование, требуются затраты энергии на циркуляцию воды, возникают потери давления газа в холодильниках. Охлаждение может вызвать эрозию или коррозию деталей компрессора в связи  выпадением влаги из сжимаемого газа или заносом ее в машину из холодильника. При введении охлаждения необходимо тщательно сопоставить достигаемый эффект и те отрицательные последствия, которые вызывает тот или иной способ охлаждения.
Построить фазовые диаграммы равновесия в координатах X, Y-z, Z для системы гептан - метилциклогексан - анилин при 25 °С. Данные о равновесных составах сосуществующих фаз [в % (масс.)] взять из табл. 8.10. Определить, какой концентрации продукты можно получить, обрабатывая 40% раствор метилциклогексана в гептане чистым анилином при обычной ротивоточной экстракции. Определить также минимальное число ступеней экстрагирования (при полном возврате экстракта и рафината), если экстракт содержит 98% (масс.), а рафинат 1% (масс.) метилциклогексана (после отгонки от растворителя).
5 Материальный и тепловой баланс
5.1 Материальный баланс охладителя углекислого газа
Для расчёта материального баланса охладителя углекислого газа принимаем следующие исходные данные:
-температура газа на входе в охладитель, tг1   55 ºС;
-температура газа на выходе из охладителя, tг2   30 ºС;
-давление углекислого газа на входе в охладитель (изб) 0,03 МПа;
-массовый расход углекислого газа, Gг    46 т/ч;
-относительная влажность, φ     100%;
-температура охлаждающей воды на входе, tв1   25 ºС;
-температуру воды на выходе принимаем, tв2   30 ºС.
Целью материального баланса является нахождение расхода охлаждающей жидкости Gж который определяется по формуле:
5.2 Материальный баланс реактора синтеза карбамида
Для расчёта материального баланса колонны синтеза карбамида принимаем следующие исходные данные. Расчёт производим исходя из производительности компрессора по углекислому газу 40 т/ч, (после реконструкции).
Состав жидкого аммиака (свежего и находящегося в циркуляции) (в  %):
аммиак         99,6
вода          0,4
Состав углекислого газа (в объемн. %):
Двуокись углерода        98
Водород         0,05
прочие газы         1,95
Содержание аммиака в растворе УАС, возвращаемом в цикл (в %)  52
Давление в колонне синтеза (МПа)      200
Температура (оС)         200
Мольное соотношение компонентов NH3 : CO2 : H2O   3,5 : 1 : 0,5
Степень превращения карбамата аммония в карбамид, %   65
Потери карбамида %:
при дистилляции         5
при выпаривании         0,5
в том числе безвозвратные        0,5
при грануляции (безвозвратные)       0,5
Исходя из производительности компрессора, по углекислому газу 40 т/ч определяем производительность агрегата по готовому продукту и стехиометрический расход аммиака, согласно основному уравнению реакции синтеза карбамида:
CO2 + 2NH3 – CO(NH2)2+ H2O+133,05 кДж
  кг NH3,
  т/ч карбамида
где 17 и 60-молекулярные массы соответственно NH3 и карбамида;
0,76-количество углекислого газа по уравнению реакции.
Количество NH3, которое необходимо ввести в цикл для выработки 53 т/ч карбамида:
53×0,5667=30 т/ч
Практический расход реагентов с учетом степени превращения образующегося карбамата аммония в карбамид и заданного мольного соотношения реагентов составит:

где 3,5-1-0,8-коэффициенты, учитывающие мольные соотношения аммиака, двуокиси углерода и воды; 65-равновесная степень превращения карбамата аммония в карбамид, %.
Количество аммиака, двуокиси углерода и воды, возвращаемых в цикл с раствором углеаммонийных солей.
Обозначим процентное содержание NH3, CO2 и Н2О в углеаммонийных солях соответственно ,  и . Согласно исходным данным, = 52%. Тогда состав раствора углеаммонийных солей определится так:
 ,
где η-степень превращения карбамата аммония в карбамид равная 0,65;
П-потери карбамида при дистилляции и выпаривании, за исключением безвозвратных 0,05+0,005-0,005=0,05.
 ,
 ,


 
Подставляем значения  и  в уравнения и определяем количество аммиака и  воды, поступающее с раствором углеаммонийных солей:
 
 Всего поступает раствора углеаммонийных солей
22,8+14,83+9,12=46,75 т/ч
Количество свежего и возвратного аммиака без учета NH3, возвращаемого с раствором углеаммонийных солей:
А1=80,86–14,83=66,03 кг/ч.
Количество воды, вводимой со свежим и возвратным аммиаком:
 .
Колонна синтеза.
Общее количество поступающих компонентов (в т/ч)^
 
 
 
Количество свежей двуокиси углерода:
 
Образуется карбамата аммония по реакции:
 
где 78 и 44–молекулярные массы карбамата аммония и двуокиси углерода.
На образование карбамата аммония расходуется аммиака:
 
где 17–молекулярная масса аммиака.
Остается непрореагировавшего аммиака:
80,84-47,4=33,4 т/ч
Образуется карбамида из карбамата аммония:
 
Количество непрореагировавшего карбамата аммония:
 
При превращении карбамата аммония в карбамид выделяется воды
 
Всего получается воды в колонне синтеза:
16,32+19,6=35,9 т/ч
Вода взаимодействует с избыточным аммиаком, образуя NH4OH, количество которого составит:
 
где 35 и 18–молекулярные массы NH4OH и воды.
На образование 68 т/ч NH4OH затрачивается аммиака:
68-35,9=32,1 т/ч
Остается свободного аммиака в газовой фазе:
33,4-32=1,4 т/ч