DE2708683C3 - Vorrichtung zur Synthese von Harnstoff - Google Patents

Vorrichtung zur Synthese von Harnstoff

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DE2708683C3
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Stanislaw Dipl.-Phys. Golembiowski
Jozef Dipl.-Ing.- Chem. Kedzierzyn Jendrzej
Stanislaw Kolanek
Ernest Dipl.-Ing.-Chem. Pieczora
Jerzy Opole Simonides
Janusz Dipl.-Ing.-Chem. Sobczak
Jadwiga Dipl.- Ing. Starzycka Geb. Borowka
Janusz Dipl.-Ing.-Chem. Starzycki
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Description

2NH, + CO2 = NH4CO2NH2
ι«
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Synthese von Harnstoff aus Ammoniak und Kohlendioxid bei 100 bis 2500C und 10 bis 30 N/mm2 in Gegenwart von nicht umgesetzten Rohstoffen, die aus der Nachsynthese-Schmelze abgeschieden und in die Synthesevorrichtung zurückgeführt werden; die Vorrichtung ist zylinderförmig und senkrecht stehend ausgebildet und enthält quer zur Strömungsri:htung angeordnete Böden, die mit runden, ovalen, schlitzförmigen o^r anderen öffnungen versehen sind.
Die Synthese von Harnstoff er^Igt bei erhöhter Temperatur und unter erhöhtem Druck und verläuft gemäß den folgenden Reaktionsgleichungen
NH4CO2NH2 = CO(NH2), + H2O (2)
Die Reaktion (1) ist stark exotherm und läuft mit großer Geschwindigkeit ab. Demgegenüber ist die Reaktion (2) schwach endotherm und bedarf einer längeren Zeitdauer, um den Gleichgewichtszustand zu erreichen.
Aus diesen Gründen sind für die Synthese von Harnstoff sehr große Vorrichtungen erforderlich, wodurch jedoch die Baukosten einer solchen Produktionsanlage sehr ungünstig werden.
Bisher gebräuchliche Synthesevorrichtungen weisen ein stehendes zylindrisches Gefäß mit geringer linearer Geschwindigkeit des Durchflusses auf, nämlich etwa 1 cm/sec. Dies begünstigt die Entstehung einer starken Zirkulation im Inneren der Vorrichtung, die durch hohe Geschwindigkeiten der eintretenden Ströme, durch thermische Effekte der chemischen Reaktionen und durch unterschiedliche Dichte des Reaktionsgemisches im unteren und im oberen Teil der Vorrichtung hervorgerufen wird, Infolgedessen weicht eine solche Strömung von einer für die Reaktion (2) sehr vorteilhaften Druckströmung stark ab.
Es ist bekannt (vgl. S. Yoshimury, Hydrocarbon Processing, 1970 [6], 49, S. 111 bis 115, oder G. J. Nieupokojewu. a., Chim. Prom., 1974, Nr. 6, S. 38 bis 41), in einer Synthesevorrichtung Platten (Böden) aus perforiertem Blech anzuordnen, um die Zirkulation zu beseitigen. Solche Maßnahmen bewirken zwar, daß die maximalen linearen Geschwindigkeiten innerhalb der Vorrichtung etwas herabgesetzt werden, jedoch wird die Innenzirkulation nicht beseitigt, weil die Strömung dennoch in beiden Richtungen verlaufen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Synthesevorrichtung anzugeben, bei der die Reaktionen wirksamer und damit mit erhöhter Ausbeute ablaufen können, deren Abmessungen gegenüber bekannten Vorrichtungen verringert werden können und die konstengünstiger ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Vorrichtung der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß überlauflose Böden vorgesehen sind, die in den Öffnungen bewegliche Elemente aufweisen, die bewirken, daß die Strömung des Reaktionsgemisches in einer Richtung erfolgt.
Die beweglichen Elemente sind vorzugsweise als Ventil, Pilz, Kugel, Halbkugel, Kegel, Klappen oder beweglichen Abschirmungen ausgestaltet.
Die beweglichen Elemente sind in bekannter Weise an den Böden befestigt, wie das bei Böden mit Überlauf in Rektifiziersäulen üblich ist. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Böden an den inneren Seitenflächen derselben ortsfest angebracht oder auswechselbar befestigt, bzw. im Falle der Verwendung eines korrosionsschützenden Einsatzes i» der Vorrichtung an der inneren Flache dieses Einsatzes angebracht.
Die erfindungegemäße Vorrichtung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.
Beispiel
In den unteren Teil der Vorrichtung 1 wird Ammoniak durch den Einlaufstützen 2, Kohlendioxid durch den Einlaufstutzen 3 und eine wäßrige Lösung nicht umgesetzter Rohstoffe als Umlauflösung durch den Einlaufstutzen 4 eingeleitet. Das Reaktionsgeniisch strömt aufwärts und wird an den Böden 5 mit den darin eingebauten beweglichen Elementen 7 bis 11 zerteilt, abgebremst und vermischt.
Die als Ventile wirkenden beweglichen Elemente können auf den Böden beliebig angeordnet sein, am besten jedoch in gleichmäßiger Anordnung.
In der Zeichnung sind beispielsweise fünf überlauflose Böden 5 gezeigt. Diese Böden sind mit beweglichen Elementen versehen, die z. B. als Kugel 8, Pilz 7, Halbkugel 9, Kegel 10 oder Plättchen Il ausgebildet sind. Diese Elemente bewirken, daß das Reaktionsgemisch nur in einer Richtung strömt.
Nach erfolgter Reaktion strömt das Gemisch aus der Vorrichtung durch den Auslaufstutzen 6 heraus.
Wegen der Zerteilung, der die in die Vorrichtung eingeführten Ströme unterliegen, wird die Kontaktfläche der reagierenden Stoffe im unteren Teil der Vorrichtung vergrößert und somit die für die Synthese des Harnstoffs benötigte Zeitdauer beträchtlich herabgesetzt. Durch die Abbremsung der reagierenden Ströme und die Verhinderung einer Rückzirkulation wird erreicht, daß eine Strömung einer der Druckströmung angenähert gleichen Beschaffenheit erzeugt wird und daß gleichzeitig fast ein Gleichgewichtszustand erzielt wird.
Der erhöhte Grad der Umwandlung von Kohlendioxid zu Harnstoff, der auf diese Weise erreicht wird, führt zu beträchtlichen Energievorteilen in den Aggregaten und zur Zersetzung von nicht umgesetzten Ausgangsstoffen oder bietet auch die Möglichkeit, die Beaufschlagung der Vorrichtung zu erhöhen und die Ausbeute an Harnstoff pro Kubikmeter Inhalt der
Vorrichtung günstiger zu gestalten. Und zwar wurden in Vergleichsversuchen, in denen die erfindungsgemäße Synthesevorrichtung mit überlauflosen Böden mit einer
Tabelle
üblichen Synthesevorrichtung ohne diese überlauflosen Böden verglichen wurde, die in der Tabelle angegebenen Werte erhalten.
Vergleichsvor- Erfindungsgemälk Vorrichtung mil
richlung ohne überlauflosen Böden
überlauflose
Boden
NH3/CO2 4 Mol/Mol 4 Mol/Mol 3,7 Mol/Mol
Η-,Ο/CO, 0,65 Mol/Mol 0,65 Mol/Mol 0,7 Mol/Mol
/ 197 C 197 C 197 C
.ν 64,5% 68,6% 64,2%
HurnstolTleistung pro Einheitsvolu- 0.58t/m'h 0.6 t/m'h 1,02 t/m'h men der Synthesevorrichtung
Aus der Tabelle ist zu erkennen, daß unter identischen Betriebsbedingungen der Reaktionsgrad χ dtr erfindungsgemäßen Synthesevorrichtung um 4,1% verbessert ist bzw. daß die Leistung pro Einheitsvolumen der Synthesevorrichtung bei Beibehaltung des Reaktions- j-, grades χ auf 176% der ursprünglichen Leistung einer Synthesevorrichtung ohne die überlauflosen Böden ansteigt. Daraus ergibt sich auch, daß die Abmessungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei gleicher Leistung kleiner gehalten werden können, als die der bisher verwendeten Synthesevorrichtungen.
Die erindungsgemäße Vorrichtung ist im Hinblick auf den Kostenaufwand besonders vorteilhaft und einfach in der Aufstellung. Im Falle der Korrosion kann ein Einsatz von Zeit zu Zeit ausgetauscht werden, ohne daß eine längere Stillstandszeit erforderlich in.
Hierzu 1 Blat·. Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Vorrichtung zur Synthese von Harnstoff aus Ammoniak und Kohlendioxid bei 100 bis 2500C und 10 bis 30 N/mm2, bestehend aus einem senkrecht stehenden zylinderförmigen Gefäß mit quer zur Strömungsrichtung angeordneten Böden, die mit runden, ovalen, schlitzförmigen oder anderen öffnungen versehen sind, gekennzeichnet durch überlauflose, in den öffnungen bewegliche Elemente aufweisende Böden (5).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Ausbildung der beweglichen Elemente als Pilz (7), Kugel (8), Halbkugel (9), Kegel (10) oder Plättchen (11).
DE2708683A 1977-02-28 1977-02-28 Vorrichtung zur Synthese von Harnstoff Expired DE2708683C3 (de)

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