IV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2012

• Карбамид является самым распространенным химикатом в мире, около 140 миллионов тонн в год.
• Мировой спрос на карбамид растёт на 3,7%- что даже выше, чем рост населения.
• Количество доступных пахотных земель не увеличивается с 1960 г.- при этом, средняя урожайность резко возрастает.
• В действительности, около 90% карбамида во всём мире используется в качестве удобрения.
• Более 40%выращиваемых в мире культур удобряются карбамидом.

Более того, за последние годы резко возросло применение  карбамида в непищевых производствах, что также стимулирует спрос. Эти сферы применения включают: производство биотоплива, восстановление NOx, производство меламин-карбамидо-формальдегидов карбамидо-формальдегидов и меламина.

В данной работе рассматривается производство карбамида на основе стрипинг-процесса фирмы «Стамикарбон».   Схема «Стамикарбон» основана на принципе разложения карбамата, непрореагировавшего в карбамид, при давлении синтеза путем подогрева и подачи в раствор, входящий в стриппер, диоксида углерода - так называемый стриппинг процесс.

В данной работе рассматривается процесс производства карбамида последней модификации.

 Процесс производства карбамида состоит из следующих аппаратов:

1. Реактор (происходит дальнейшее образование карбамата аммония и его превращение в карбамид)
2. Стриппер (происходит разложение карбамата аммония)
3. Дистилляция (разложение оставшегося карбамата и отгон аммиака и диоксида углерода из раствора)
4. Конденсатор низкого давления (растворение газового дистиллята II ступени в растворе УАС 1)
5. Скруббер высокого давления (происходит очистка от аммиака и диоксида углерода газового потока)
6. Абсорбер низкого давления (газовая фаза проходит кислую промывку и окончательно очищается от аммиака)
7. Конденсатор высокого давления (частичное превращение аммиака и диоксида углерода в карбамат)

После дистилляции раствор карбамида поступает на выпарку, а упаренный раствор на грануляцию. Готовый продукт в виде гранул 1-4 мм поступает на склад.

В данной работе будут использоваться алгоритмы оптимизации производства карбамида по математическим моделям.

Основу математической модели агрегата получения карбамида как сложной химико-технологической системы (ХТС) составляют балансовые уравнения агрегата в целом и математические описания технологических процессов, протекающих в отдельных узлах систем. Указанный математический аппарат позволяет рассчитывать состав всех материальных потоков агрегата получения карбамида.

К числу показателей, существенно влияющих на работу всех узлов технологической схемы, прежде всего относится степень превращения CO₂. При постоянной нагрузке колонны синтеза по CO₂ и фиксированных значениях температуры и давления величина х_в зависит от L (NH₃:CO₂) и W (H₂O:CO₂). Возможность расчетного определения состава и количества рециркулируемого раствора позволяет решать задачу стабилизации значений L и W. Величина L  стабилизируется изменением подачи жидкого аммиака в конденсатор высокого давления через эжектор. Для стабилизации W изменяем подачу РУАС 1 в конденсатор низкого давления. Известно, что при L<4,5 максимальное значение х_в соответствует минимальным удельным энергетическим затратам в производстве.

Расчет материального баланса агрегата позволяет непрерывно получать удобную для оперативного использования информацию о составе потоков между аппаратами. Управление параметрами рецикла приводит к снижение масштаба рецикла и повышает х_в. Это с одной стороны, обуславливает, как было отмечено выше, снижение энергозатрат на выделение и рекуперацию непрореагировавших веществ, а с другой стороны, дает возможность увеличить объем производства за счет повышения ритмичности работы, лучшего использования и более полной загрузки оборудования.

Таким образом на основе анализа технологического процесса в работе реализуется замкнутая система автоматизации производства карбамида.