Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
ХТНВ,Часть2.doc
Скачиваний:
553
Добавлен:
24.08.2019
Размер:
4.15 Mб
Скачать

2.1. Химические уравнения и их анализ.

Образование карбамида из аммиака и углекислого газа описывается уравнением реакции

2NH3 + CO2 ↔ H2NCONH2 + H2O ∆Н = – 110,1 кДж (2.1)

Реакция осуществляется в две стадии:

сначала образуется аммониевая соль карбаминовой кислоты (карбамат аммония):

2 NH3 + CO2↔H2NCOONH4; ∆Н = – 125,6 кДж (2.1а)

затем карбамат разлагается с образованием карбамида и воды (реакция дегидратации):

H2NCOONH4 ↔ H2NCONH2 + H2O; ∆Н = +15,5 кДж (2.1б)

Реакция (2.1) протекает в кинетической области. Суммарно её можно рассматривать как некаталитический гетерогенный процесс, протекающий с участием газообразной и жидкой (или расплавленной) фаз.

Первая стадия – реакция (2.1а) – обратимая, экзотермическая (∆Н < 0), идет с уменьшением энтропии (∆S < 0) и протекает с большой скоростью. В соответствии с принципом Ле-Шателье на смещение равновесия, вправо благоприятно сказываются следующие условия:

– повышение давления;

– понижение температуры, т. е. необходим отвод тепла.

Вторая стадия – реакция (2.1б) – обратимая, эндотермическая (∆Н > 0), идёт с увеличением энтропии (∆S > 0). Эта реакция значительно более медленная, чем реакция (1а) и является лимитирующей для процесса в целом. Для смещения равновесия реакции разложения карбамата (2.1б) вправо требуется повышение температуры.

2.2. Оптимальный технологический режим процесса синтеза карбамида.

Как выбрать оптимальный температурный режим в таких противоречивых условиях?

Поступают следующим образом.

Инициируют реакцию (2.1б) повышением температуры до 180 – 200ºС. А для того чтобы подавить диссоциацию карбамата по реакции (2.1а), то есть сместить равновесие (2.1а) вправо, увеличивают давление до 20 МПа.

Кроме того, неблагоприятное воздействие повышенных температур на равновесную экзотермическую реакцию (2.1а) компенсируют применением двойного избытка аммиака по отношению к теоретически необходимому.

Почему аммиак берут в избытке и почему именно аммиак, а не углекислый газ?

- Избыток аммиака увеличивает скорость реакции (2.1а).

- Избыток аммиака уменьшает коррозию аппаратуры.

- Избыток аммиака способствует смещению равновесия (2.1б) вправо, так как связывает выделяющуюся воду в малодиссоциирующее соединение NH4OH.

Таким образом, оптимальными параметрами процесса синтеза карбамида являются:

  • температура 200ºС;

  • давление 20 МПа;

  • мольное соотношение NH3 : CO2 = 4:1

При указанных оптимальных условиях максимальная степень превращения карбамата в карбамид составляет около 75%, а время пребывания реагентов в аппарате составляет 40 – 60 минут.

Дальнейшее повышение температуры с целью увеличения скорости реакции нецелесообразно, так как возрастает вклад побочных реакций (например, образование биурета).

Так как протекает не полное взаимодействие исходных веществ, то за стадией синтеза должна следовать стадия дистилляции, а затем выпаривание плава и грануляция полученного карбамида.