апрель 2019

Розробка конструктивних особливостей електромагнітного реактора процесу конверсії N-вмісних сполук конденсату сокової пари виробництва карбаміду в N2H4


Демчук Іванна Михайлівна Демчук І. М. , Столяренко Г. С.
Химия и современные технологии
Abstract / Full Text

Демчук І. М., Столяренко Г. С. Розробка конструктивних особливостей електромагнітного реактора процесу конверсії N-вмісних сполук конденсату сокової пари виробництва карбаміду в N2H4 / Химия и современные технологии : Метериалы ІХ Международной научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Химия и современные технологии», 2019. – C. 36-37


Практично всі галузі хімічної промисловості орієнтуються на велику кількість споживання сировини, енергії та води. Можливість рекуперації водостоків шляхом створення нової технології конверсії N-вмісних сполук стічних вод дозволить не тільки розширити сировинну базу та вплинути на економічні показники продуктів, а й заощадити водні ресурси.

Метою цієї роботи стала розробка електромагнітного реактора (ЕМР) конверсії N-вмісних сполук конденсату сокової пари (КСП) виробництва карбаміду до стадії десорбції та гідролізу в N2H4.

Нами розроблена та випробувана в напівпромислових умовах технологія утилізації КСП шляхом конверсії низько концентрованих водних розчинів амідного та амонійного Нітрогену, що містяться в стоках, в N2H4-сирець з вилученням гідразину у вигляді малорозчинної солі ‒ N2H4∙H2SO4. Основною стадією є процес конверсії низько концентрованих водних розчинів зв’язаного N в гідразин. В якості альтернативи процесам теплопередачі та конвекції використано мікрохвилі довжиною від 1 мм до 1 м. Так, під впливом мікрохвильового опромінення з частотою 2,4-3,0 ГГц в інтервалі температур 263-373 К (тиск ~ атмосферний) в мультимодовому електро-магнітному реакторі проходив синтез N2H4. Нами розроблено механізм синтезу N2H4-сирця з N-вмісних сполук КСП із урахуванням утворення інтермедіатів та радикальних часток та їх подальшою взаємодією з компонентами синтез-розчину, який досліджено на основі трьох гіпотетичних механізмів протікання основних реакцій синтезу N2H4 в ЕМР з низько концентрованих водних розчинів амідного та амонійного N, враховуючи утворення інтермедіатів (HOCl; NH2Cl; CONH2Cl) та радикалів О· та Сl. Доведено ефективність впровадження ЕМР та встановлено збільшення коефіцієнту корисної дії  ЕМР на ~ 80% в порівнянні з реактором синтезу N2H4, в якому  використовуються термічні способи нагріву реакційної суміші.

Спираючись на результати експериментів конверсії N-вмісних сполук КСП в N2H4∙H2SO4, проведені з використанням модельної установки синтезу, яка розміщена на території підприємства ПАТ «АЗОТ» в місті Черкаси,  початковий вихід N2H4·H2SO4 складає 5,3 кг з 1 м3 азотовмісної сировини. При повторному багаторазовому використанні фільтрату як джерела H2SO4 установлено збільшення виходу N2H4∙ H2SO4 до 6 кг з 1 м3. Встановлена максимальна продуктивність модельної установки синтезу N2H4∙ H2SO4, яка становить 0,9 кг/добу. На основі даних роботи модельної установки синтезу ГС з використанням ЕМР синтезу N2H4 розроблено принципово-технологічну схему процесу утилізації нітрогенвмісних сполук КСП шляхом переробки в N2H4∙H2SO4, основною стадією процесу став синтез N2H4 в мономодовому ЕМР.

Конструктивні особливості ЕСР синтезу N2H4 більш детально представлені на рисунку 1.

Рисунок 1 − Мономодовий ЕМР синтезу N2H4

В зв’язку з тим, що реактори синтезів хімічних сполук з використанням електромагнітних коливань знаходяться в стадії лабораторного тестування і не набули промислового значення, розробка конструктивних особливостей даних реакторів матиме практичне значення не тільки для технології синтезу N2H4 з КСП, а й для хімічної технології вцілому. Зазвичай, для проведення лабораторних синтезів використовують ЕМР з мультимодовою системою розподілення мікрохвиль. Для локалізації мікрохвиль і, як наслідок зменшенню енергоємності апарату, доцільніше використовувати мономодову систему розподілення хвильового опромі-нення. В світовій практиці основною проблемою використання мономо-дової системи є неможливість ведення безперервного процесу, що для промислових масштабів є обов’язковою умовою. До того ж, для збільшення продуктивності основною вимогою є забезпечення турбулентності режиму потоку реакційної суміші. Розроблене конструктивне виконання мономо-дового реактора синтезу (рис. 1) можна застосувати для промислових синтезів з урахуванням турбулентності режиму потоку реакційної суміші. Запропоноване конструктивне рішення дає можливість зменшити час перебування реакційної суміші в зоні дії опромінення не втрачаючи в якості.