ייצור אמוניום חנקתי מורכב מנטרול חומצה חנקתית באמוניה גזית וגיבוש המוצר. אמוניה לא אמורה להכיל יותר מ-1% לחות, אין להכניס בה שמן. חומצה חנקתית נלקחת בריכוז של יותר מ-45% HNO 3; התוכן של תחמוצות חנקן בו לא יעלה על 0.1%. פסולת מייצור אמוניה יכולה לשמש גם להפקת אמוניום חנקתי - למשל, מי אמוניה וגזי מיכל וטיהור המורחקים ממאגרי אמוניה נוזלית ומתקבלים על ידי ניפוח מערכות סינתזת אמוניה. הרכב גזי מיכל: 45-70% NH 3, 55-30% H 2 + N 2 (עם עקבות של מתאן וארגון); הרכב גז הטיהור: 7.5-9% NH 3, 92.5-91% H 2 + N 2 (עם עקבות של מתאן וארגון). בנוסף, לייצור אמוניום חנקתי משתמשים גם בגזי זיקוק מייצור אוריאה, הרכבם המשוער הוא: 55-57% NH 3, 18-24% CO 2, 15-20% H 2 O.

ההשפעה התרמית של התגובה NH 3 (g) + НNO 3 (l) NH 4 NO 3 היא 35.46 קק"ל / (g mol). בייצור אמוניום חנקתי משתמשים בדרך כלל בחומצה של 45-58%. במקרה זה, השפעת החום של תגובת הנטרול מופחתת בהתאם על ידי חום הדילול של חומצה חנקתית במים ועל ידי כמות ההמסה של אמוניום חנקתי.

בעזרת שימוש רציונלי בחום הניטרול, ניתן להשיג תמיסות מרוכזות ואפילו נמסות אמוניום חנקתי על ידי אידוי מים.

בהתאם לכך, קיימות תוכניות להשגת תמיסה של אמוניום חנקתי עם האידוי לאחר מכן (מה שנקרא תהליך רב-שלבי) ולהשגת נמס (תהליך חד-שלבי או לא אידוי). כדי לבחור ערכת נטרול רציונלית, יש צורך להשוות ארבע תוכניות שונות מהותית לייצור אמוניום חנקתי באמצעות חום נטרול:

1) מתקנים הפועלים בלחץ אטמוספרי (לחץ אדי מיץ 0.15-0.2 אטמוספירה);

2) מתקנים עם מאייד ואקום;

3) מתקנים הפועלים בלחץ, עם שימוש חד פעמי בחום של אדי המיץ;

4) מתקנים הפועלים בלחץ, תוך שימוש כפול בחום של אדי המיץ (השגת נמס מרוכז).

בפרקטיקה התעשייתית, הם נמצאים בשימוש נרחב כמתקנים היעילים ביותר הפועלים בלחץ אטמוספרי, תוך שימוש בחום נטרול ובחלקו מתקנים עם מאייד ואקום.

דרישות טכניות למוצרים מוגמרים

על פי GOST 2-85 הקיים ברוסיה, אמוניום חנקתי מגורען משתי דרגות מיוצר: A - קטגוריית האיכות הגבוהה ביותר ו-B - קטגוריית האיכות הגבוהה ביותר (הכיתה הגבוהה ביותר) וקטגוריית האיכות הראשונה (כיתה א'). מדדי האיכות של אמוניום חנקתי המיוצר על ידי התעשייה מוצגים בטבלה 1.

שולחן 1

אמוניום חנקתי GOST 2-85
מראה חיצוני	מוצר גרגירי ללא זיהומים מכניים זרים
חלק המסה הכולל של חנקן ניטריט וחנקן אמוניום במונחים של:
עבור NH4NO3 בחומר יבש, % לא פחות מ		לא סטנדרטי
עבור חנקן בחומר יבש, %, לא פחות מ
חלק המוני של מים, %, לא יותר
PH 10% תמיסה מימית, לא פחות מ
חלק המוני של חומרים בלתי מסיסים בתמיסת חומצה חנקתית 10%, %, מקסימום		לא סטנדרטי
תִשׁבּוּץ:
חלק המוני של גרגירים
מ-1 עד 3 מ"מ, %, לא פחות		לא סטנדרטי
מ-1 עד 4 מ"מ, %, לא פחות
מ-2 עד 4 מ"מ, %, לא פחות
פחות מ-1 מ"מ, %
יותר מ-6 מ"מ, %
חוזק סטטיסטי של גרגירים n / גרגיר (ק"ג / גרגיר), לא פחות מ
פריכות, %, לא פחות
תוסף מיזוג	מגנזיום חנקתי

ארגונים המייצרים אמוניום חנקתי חייבים להבטיח לצרכן כי מדדי האיכות של המוצר המסופקים על ידי GOST 2-85 יישמרו במשך 6 חודשים, בתנאי שהצרכן יקיים את תנאי האחסון שנקבעו בתקן.

השימוש באמוניום חנקתי

אמוניום חנקתי שייך לסוג של דשנים מינרליים, שבלעדיהם החקלאות המודרנית כמעט בלתי מתקבלת על הדעת. השתייכות למשפחת דשני החנקן, צדדיות של יישום, אפשרות להיקפי ייצור ואספקה ​​תעשייתיים, טכנולוגיית ייצור מוכחת - אלו הם היתרונות ששומרים על מעמדה של אמוניום חנקתי בלתי מעורער בשוק הדשנים.

חנקן חיוני לצמחים. הכלורופיל, המשתמש באנרגיה סולארית ומייצר את חומר הבנייה לתאים חיים, מכיל חנקן. חיצונית, אמוניום חנקתי הוא גרגיר לבן. החומר הגרגירי מסיס מאוד במים ומכיל 34.4% חנקן. הוא מיושם כרוטב עליון לכל סוגי הגידולים, בכל סוגי הקרקעות ולהכנת האדמה לזריעה. בתעשייה, אמוניום חנקתי משמש כחומר גלם לייצור חומרי נפץ ושימוש נוסף בתעשיות הכימיות, הכרייה והבנייה.

קיימת בעיה הקשורה להיגרוסקופיות גבוהה של אמוניום חנקתי. גרגירים מאבדים את הקשיות שלהם, מתפשטים עם לחות גוברת. עם זאת, פיתוחים טכנולוגיים מודרניים מאפשרים לקחת בחשבון ניואנס זה ולמגר אותו בשלב הייצור.

אחד היתרונות של אמוניום חנקתי נחשב באופן מסורתי בכך שהאדמה סופגת לחלוטין את חלק האמוניה, עקב מסיסותו המהירה של הדשן. יחד עם זאת, לאמוניום חנקתי השפעה ארוכה יותר בהשוואה לחנקה. יישום חלקי של אמוניום חנקתי מפחית את אובדן החנקן החנקתי מהשטיפה. הוא משמש בהצלחה בייצור תערובות דשן כמרכיב החנקן האופטימלי ביותר. נכון להיום, שוק הכימיקלים חווה גידול מתמשך בביקוש לאמוניום חנקתי הן כדשן והן כחומר גלם כימי תעשייתי. זאת גם בשל התמיכה שמעניקה המדינה למגזר החקלאי ופיתוח התעשייה המקומית כולה.

שלח את העבודה הטובה שלך במאגר הידע הוא פשוט. השתמש בטופס למטה

סטודנטים, סטודנטים לתארים מתקדמים, מדענים צעירים המשתמשים בבסיס הידע בלימודיהם ובעבודתם יהיו אסירי תודה לכם מאוד.

פורסם ב http://www.allbest.ru/

• מבוא
• 1. ייצור אמוניום חנקתי
• 2. חומר גלם
• 3. סינתזה של אמוניה
• 4. מאפייני מוצר היעד
• 5. ביסוס פיזי וכימי של התהליכים העיקריים לייצור מוצר היעד ובטיחות סביבתית בייצור

מבוא

הסוג החשוב ביותר של דשנים מינרליים הם חנקן: אמוניום חנקתי, קרבמיד, אמוניום גופרתי, תמיסות מימיות של אמוניה וכו'. לחנקן תפקיד חשוב ביותר בחיי הצמחים: הוא חלק מהכלורופיל, שהוא מקבל אנרגיה סולארית , וחלבון, הנחוץ לבניית תא חי. צמחים יכולים לצרוך רק חנקן קשור - בצורה של חנקות, מלחי אמוניום או אמידים. כמויות קטנות יחסית של חנקן קשור נוצרות מחנקן אטמוספרי עקב פעילותם של מיקרואורגניזמים בקרקע. עם זאת, חקלאות אינטנסיבית מודרנית אינה יכולה להתקיים עוד ללא יישום נוסף של דשני חנקן על הקרקע, המתקבל כתוצאה מקיבוע תעשייתי של חנקן אטמוספרי.

דשני חנקן נבדלים זה מזה בתכולת החנקן שלהם, בצורה של תרכובות חנקן (חנקה, אמוניום, אמיד), מצב פאזה (מוצק ונוזל), דשנים חומציים פיזיולוגית ואלקליות פיזיולוגית נבדלים גם הם.

1. ייצור אמוניום חנקתי

אמוניום חנקתי, או אמוניום חנקתי, NH 4 NO 3 - חומר גבישי לבן המכיל 35% חנקן בצורות אמוניום וחנקה , שתי צורות החנקן נטמעות בקלות על ידי צמחים. אמוניום חנקתי גרגירי משמש בקנה מידה גדול לפני הזריעה ולכל סוגי ההלבשה העליונה. בקנה מידה קטן יותר, הוא משמש לייצור חומרי נפץ.

אמוניום חנקתי מסיס מאוד במים ובעל היגרוסקופיות גבוהה (יכולת לספוג לחות מהאוויר). זו הסיבה שגרגרי דשן מתפשטים, מאבדים את צורתם הגבישית, מתרחשת התגבשות של דשנים - חומר רופף הופך למסה מונוליטית מוצקה.

אמוניום חנקתי מיוצר בשלושה סוגים:

A ו-B - משמשים בתעשייה; משמש בתערובות נפץ (אמוניטים, אמוניאלים)

ב' - דשן חנקן יעיל והנפוץ ביותר המכיל כ-33-34% חנקן; בעל חומציות פיזיולוגית.

2. חומר גלם

חומר הזנה בייצור אמוניום חנקתי הוא אמוניה וחומצה חנקתית.

חומצה חנקתית . חומצה חנקתית טהורה HNO היא נוזל חסר צבע עם צפיפות של 1.51 גרם / cm3 ב- 42 מעלות צלזיוס, מתמצק למסה גבישית שקופה. באוויר, זה, כמו חומצה הידרוכלורית מרוכזת, "מעשן", מכיוון שהאדים שלו יוצרים טיפות קטנות של ערפל עם "לחות באוויר. חומצה חנקתית אינה שונה בחוזקה, כבר בהשפעת האור, היא מתפרקת בהדרגה:

ככל שהטמפרטורה גבוהה יותר והחומצה מרוכזת יותר, כך הפירוק מהיר יותר. החנקן הדו-חמצני המשוחרר מתמוסס בחומצה ונותן לה צבע חום.

חומצה חנקתית היא אחת החומצות החזקות ביותר; בתמיסות מדוללות, הוא מתפרק לחלוטין ליוני H ו-NO. חומצה חנקתית היא אחת מתרכובות החנקן החשובות ביותר: היא נצרכת בכמויות גדולות בייצור דשני חנקן, חומרי נפץ וצבעים אורגניים, משמשת כחומר מחמצן ברבים. תהליכים כימיים, ומשמשת לייצור חומצה גופרתית. חומצה בשיטת החנקן, המשמשת לייצור לכות תאית, סרט .

ייצור תעשייתי של חומצה חנקתית . שיטות תעשייתיות מודרניות לייצור חומצה חנקתית מבוססות על חמצון קטליטי של אמוניה עם חמצן אטמוספרי. כשתיארו את תכונות האמוניה, צוין שהיא שורפת בחמצן, ותוצרי התגובה הם מים וחנקן חופשי. אבל בנוכחות זרזים, החמצון של אמוניה עם חמצן יכול להתנהל אחרת. אם מעבירים תערובת של אמוניה עם אוויר מעל הזרז, ואז ב-750 מעלות צלזיוס והרכב מסוים של התערובת, מתרחשת טרנספורמציה כמעט מלאה

נוצר בקלות עובר לתוך, אשר עם מים בנוכחות חמצן אטמוספרי נותן חומצה חנקתית.

סגסוגות מבוססות פלטינה משמשות כזרזים בחמצון אמוניה.

לחומצה חנקתית המתקבלת על ידי חמצון של אמוניה יש ריכוז שאינו עולה על 60%. אם יש צורך, התרכז

התעשייה מייצרת חומצה חנקתית מדוללת בריכוז של 55, 47 ו-45%, ומרוכזת - 98 ו- 97%. חומצה מרוכזת מובלת במיכלי אלומיניום, מדוללת - במיכלי פלדה עמידים לחומצה.

3. סינתזה של אמוניה

אמוניה חנקתי חנקתי חומר גלם

אמוניה היא תוצר מפתח של חומרים שונים המכילים חנקן המשמשים בתעשייה ובחקלאות. ד.נ. פרינישניקוב כינה את האמוניה "אלפא ואומגה" במטבוליזם של חומרים חנקניים בצמחים.

התרשים מציג את היישומים העיקריים של אמוניה. הרכב האמוניה הוקם על ידי C. Berthollet בשנת 1784. אמוניה NH 3 היא בסיס, חומר מפחית חזק בינוני וחומר קומפלקס יעיל ביחס לקטיונים עם אורביטלי מליטה פנויים.

בסיסים פיסיים וכימיים של התהליך . הסינתזה של אמוניה מהיסודות מתבצעת לפי משוואת התגובה

N 2 + 3H 2 \u003d 2NH 3; ?ה<0

התגובה היא הפיכה, אקסותרמית, מאופיינת בהשפעת אנתלפיה שלילית גדולה (?H = -91.96 קילו-ג'יי-מול) והופכת אפילו יותר אקסותרמית בטמפרטורות גבוהות (?H = -112.86 קילו-ג'יי-מול). לפי העיקרון של Le Chatelier, בחימום, שיווי המשקל עובר שמאלה, לקראת ירידה בתפוקת האמוניה. השינוי באנטרופיה במקרה זה הוא גם שלילי ואינו מעדיף את התגובה. עם ערך שלילי? S, עלייה בטמפרטורה מפחיתה את הסבירות להתרחשות תגובה,

תגובת סינתזת האמוניה ממשיכה עם ירידה בנפח. לפי משוואת התגובה, 4 מול מהמגיבים הגזים הראשוניים יוצרים 2 מול מהתוצר הגזי. בהתבסס על העיקרון של Le Chatelier, ניתן להסיק שבתנאי שיווי משקל, תכולת האמוניה בתערובת תהיה גדולה יותר בלחץ גבוה מאשר בלחץ נמוך.

4. מאפייני מוצר היעד

מאפיינים פיזיקוכימיים . אמוניום חנקתי (אמוניום חנקתי) ל-NH4NO3 משקל מולקולרי של 80.043; מוצר טהור - חומר גבישי חסר צבע המכיל 60% חמצן, 5% מימן ו-35% חנקן (17.5% כל אחד בצורת אמוניה וחנקה). המוצר הטכני מכיל לפחות 34.0% חנקן.

תכונות פיזיקליות וכימיות בסיסיות של אמוניום חנקתיס:

אמוניום חנקתי, בהתאם לטמפרטורה, קיים בחמישה שינויים גבישיים שהם יציבים מבחינה תרמודינמית בלחץ אטמוספרי (טבלה). כל שינוי קיים רק בטווח טמפרטורות מסוים, והמעבר (פולימורפי) משינוי אחד למשנהו מלווה בשינויים במבנה הגבישי, בשחרור (או בספיגה) של חום, וכן בשינוי פתאומי בנפח הספציפי, בקיבולת החום. , אנטרופיה וכו' מעברים פולימורפיים הם הפיכים - אננטיוטרופיים.

שולחן. שינויים גבישיים של אמוניום חנקתי

מערכת NH 4 NO 3 -H 2 O (איור 11-2) שייכת למערכות בעלות אוקטיקה פשוטה. הנקודה האוטקטית מתאימה לריכוז של 42.4% MH 4 MO 3 וטמפרטורה של -16.9 מעלות צלזיוס. הענף השמאלי של הדיאגרמה, קו הליקווידוס של המים, מתאים לתנאים לשחרור קרח במערכת HH 4 MO 3 -H 2 O. הענף הימני של עקומת הליקווידוס הוא עקומת המסיסות של MH 4 MO 3 במים. לעקומה זו שלוש נקודות שבירה המתאימות לטמפרטורות של מעברי השינוי NH 4 NO 3 1=11 (125.8 מעלות צלזיוס), II=III (84.2 מעלות צלזיוס) ו-111 = IV (32.2 "C). נקודת התכה (התגבשות) של חנקתי אמוניום נטול מים הוא 169.6 מעלות צלזיוס. זה פוחת עם הגדלת תכולת הלחות של המלח.

התלות של טמפרטורת ההתגבשות של NH 4 NO 3 (Tcryst, "C) בתכולת הלחות (איקס,אחוז עד 1.5% מתואר במשוואה:

t crist = 169.6 - 13, 2x (11.6)

התלות של טמפרטורת ההתגבשות של אמוניום חנקתי בתוספת אמוניום גופרתי בתכולת הלחות (איקס,%) עד 1.5% ואמוניום גופרתי (U, %) עד 3.0% בא לידי ביטוי במשוואה:

t crist \u003d 169.6 - 13.2X + 2, OU. (11.7).

אמוניום חנקתי מתמוסס במים עם ספיגת חום. להלן הערכים של חום הפירוק (Qsolv) של אמוניום חנקתי בריכוזים שונים במים ב-25 מעלות צלזיוס:

C (NH 4 NO 3) % המונים 59,69 47.05 38,84 30,76 22,85 15,09 2,17
פתרון Q kJ / kg. -202.8 -225.82 -240.45 -256.13 -271.29 -287.49 -320.95

אמוניום חנקתי מסיס מאוד במים, אתיל ומתיל אלכוהולים, פירידין, אצטון, אמוניה נוזלית.

אורז. 11-2. תרשים מצב מערכתNH4 נ03 - ח20

פירוק תרמי . אמוניום חנקתי הוא חומר מחמצן המסוגל לתמוך בעירה. כאשר הוא מחומם בחלל סגור, כאשר לא ניתן להסיר את תוצרי הפירוק התרמי בחופשיות, החנקה יכולה להתפוצץ (להתפוצץ) בתנאים מסוימים. זה יכול גם להתפוצץ בהשפעת פגיעות חזקות, למשל, כאשר הוא יוזם על ידי חומרי נפץ.

בתקופה הראשונית של חימום ב-110 מעלות צלזיוס, מתרחש בהדרגה פירוק אנדותרמי של חנקה לאמוניה וחומצה חנקתית:

NH 4 NO 3 > NH 3 + HNO 3 - 174.4 kJ/mol. (11.9)

ב-165 מעלות צלזיוס, הירידה במשקל אינה עולה על 6% ליום. קצב הניתוק תלוי לא רק בטמפרטורה, אלא גם ביחס שבין פני המלח לנפח שלו, תכולת הזיהומים וכו'.

אמוניה פחות מסיסים בהמסה מאשר חומצה חנקתית, ולכן היא מוסרת מהר יותר; ריכוז החומצה החנקתית עולה לערך שיווי משקל הנקבע לפי הטמפרטורה. הנוכחות של חומצה חנקתית בהמסה קובעת את האופי האוטוקטליטי של הפירוק התרמי.

בטווח הטמפרטורות של 200-270 מעלות צלזיוס, מתרחשת בעיקר תגובה אקזותרמית חלשה של פירוק חנקתי לתחמוצת חנקן ומים:

NH 4 NO 3 > N 2 O+ 2H 2 O + 36.8 kJ/mol. (11.10)

לחנקן דו חמצני, שנוצר במהלך הפירוק התרמי של חומצה חנקתית, שהיא תוצר של פירוק אמוניום חנקתי, יש השפעה ניכרת על קצב הפירוק התרמי.

כאשר חנקן דו חמצני מגיב עם חנקה, נוצרת חומצה חנקתית, מים וחנקן:

NH 4 NO 3 + 2NO 2 > N 2 + 2HNO 3 + H 2 O + 232 kJ/מול (11.11 )

ההשפעה התרמית של תגובה זו גדולה יותר מפי 6 מההשפעה התרמית של תגובת הפירוק של סלטפטר ל-N 2 O ו- H 2 O. אמוניום חנקתי יכול להוביל לפירוקו המהיר.

כאשר מחממים את המלח במערכת סגורה ב-210-220 מעלות צלזיוס, אמוניה מצטברת, ריכוז החומצה החנקתית יורד, ולכן תגובת הפירוק מעוכבת מאוד. תהליך הפירוק התרמי נעצר למעשה, למרות העובדה שרוב המלח יש עדיין לא מפורק. בטמפרטורות גבוהות יותר האמוניה מתחמצנת מהר יותר, חומצה חנקתית מצטברת במערכת והתגובה ממשיכה בהאצה עצמית משמעותית שעלולה להוביל לפיצוץ.

תוסף ל אמוניום חנקתי של חומרים שיכולים להתפרק עם שחרור אמוניה (לדוגמה, אוריאה ואצטמיד), מעכב פירוק תרמי. מלחים עם קטיוני כסף או תליום מגבירים משמעותית את קצב התגובה עקב היווצרות קומפלקסים עם יוני חנקה בהמסה. ליוני כלור יש השפעה קטליטית חזקה על תהליך הפירוק התרמי. כאשר תערובת המכילה כלוריד ואמוניום חנקתי מחוממת ל-220-230 מעלות צלזיוס, מתחיל פירוק מהיר מאוד עם שחרור כמויות גדולות של גז. בגלל חום התגובה, הטמפרטורה של התערובת גדלה מאוד, והפירוק מסתיים תוך זמן קצר.

אם התערובת המכילה כלוריד נשמרת בטמפרטורה של 150-200 מעלות צלזיוס, אז בפרק הזמן הראשון, המכונה תקופת האינדוקציה, יתקדם הפירוק בקצב התואם לפירוק המלח בטמפרטורה נתונה. במהלך תקופה זו, בנוסף לפירוק, יתרחשו גם תהליכים נוספים, שתוצאתם, בעיקר, היא עלייה בתכולת החומצה בתערובת ושחרור כמות קטנה של כלור. לאחר תקופת האינדוקציה, הפירוק ממשיך בקצב גבוה ומלווה בשחרור חזק של חום והיווצרות כמות גדולה של גזים רעילים. עם תכולת כלוריד גבוהה, הפירוק של כל המסה של אמוניום חנקתי מסתיים במהירות. לאור זאת, תכולת הכלורידים במוצר מוגבלת בהחלט.

בעת הפעלת מנגנונים המשמשים לייצור אמוניום חנקתי, יש להשתמש בחומרי סיכה שאינם מקיימים אינטראקציה עם המוצר ואינם מפחיתים את הטמפרטורה הראשונית של פירוק תרמי. למטרה זו, למשל, ניתן להשתמש בשומן VNIINP-282 (GOST 24926-81).

הטמפרטורה של המוצר הנשלח לאחסון בתפזורת או לאריזה בשקיות לא תעלה על 55 מעלות צלזיוס. כמיכל משתמשים בשקיות עשויות פוליאתילן או נייר קראפט. הטמפרטורות שבהן מתחילים תהליכי חמצון פעילים של פוליאתילן ונייר קראפט עם אמוניום חנקתי הן 270-280 ו-220-230 מעלות צלזיוס, בהתאמה. יש לנקות שקיות ריקות מפוליאתילן ונייר קראפט משאריות מוצר, ואם לא ניתן להשתמש בהן, יש לשרוף אותן.

במונחים של אנרגיית פיצוץ, אמוניום חנקתי חלש פי שלושה מרוב חומרי הנפץ. מוצר גרגירי יכול באופן עקרוני להתפוצץ, אבל ייזום על ידי קפסולת נפץ היא בלתי אפשרית, זה דורש מטענים גדולים של חומרי נפץ חזקים.

הפירוק הנפיץ של המלח ממשיך לפי המשוואה:

NH 4 NO 3 > N 2 + 0.5O 2 + 2H 2 O + 118 kJ/mol. (11.12)

לפי משוואה (11.12), חום הפיצוץ היה צריך להיות 1.48 MJ/kg. עם זאת, עקב תגובות לוואי, שאחת מהן היא אנדותרמית (11.9), חום הפיצוץ בפועל הוא 0.96 MJ/kg, שהוא קטן בהשוואה לחום של פיצוץ RDX (5.45 MJ). אבל עבור מוצר כה גדול כמו אמוניום חנקתי, התחשבות בתכונות הנפיצות שלו (אם כי חלשות) חשובה להבטחת הבטיחות.

דרישות הצרכנים לאיכות אמוניום חנקתי המיוצר על ידי התעשייה באות לידי ביטוי ב-GOST 2-85, לפיו מיוצר מוצר מסחרי של שתי דרגות.

חוזק הגרגירים נקבע בהתאם ל-GOST-21560.2-82 באמצעות התקני IPG-1, MIP-10-1 או OSPG-1M.

השבריריות של חנקתי אמוניום מגורען ארוז בשקיות נקבעת בהתאם ל-GOST-21560.5-82.

GOST 14702-79-" חסין מים"

5. ביסוס פיזי וכימי של התהליכים העיקריים לייצור מוצר היעד ובטיחות סביבתית בייצור

כדי להשיג חנקתי אמוניום כמעט שאינו מתגבש, נעשה שימוש במספר שיטות טכנולוגיות. אמצעי יעיל להפחתת קצב ספיגת הלחות על ידי מלחים היגרוסקופיים הוא הגרנולציה שלהם. פני השטח הכוללים של גרגירים הומוגניים קטן ממשטח של אותה כמות של מלח גבישי עדין, כך שדשנים גרגירים סופגים לחות מהאוויר לאט יותר. לפעמים אמוניום חנקתי סגסוגת עם מלחים פחות היגרוסקופיים, כגון אמוניום גופרתי.

אמוניום פוספטים, אשלגן כלורי, מגנזיום חנקתי משמשים גם כתוספים הפועלים באופן דומה. תהליך הייצור של אמוניום חנקתי מבוסס על תגובה הטרוגנית של אינטראקציה של אמוניה גזית עם תמיסה של חומצה חנקתית:

NH 3 + HNO 3 \u003d NH 4 NO 3

?H = -144.9 קילו-ג'יי (VIII)

התגובה הכימית מתנהלת בקצב גבוה; בכור תעשייתי הוא מוגבל ע"י פירוק הגז בנוזל. לערבוב המגיבים יש חשיבות רבה להפחתת גרר הדיפוזיה.

ניתן להבטיח במידה רבה תנאים אינטנסיביים לביצוע התהליך על ידי פיתוח העיצוב של המנגנון. התגובה (VIII) מתבצעת במכשיר ITN הפועל ברציפות (באמצעות חום הנטרול). הכור הוא מנגנון גלילי אנכי, המורכב מאזורי תגובה והפרדה. באזור התגובה יש זכוכית /, שבחלקה התחתון יש חורים למחזור התמיסה. מבעבע ממוקם מעט מעל החורים בתוך הכוס. 2 לאספקת אמוניה גזית, מעליה - מבעבע 3 לספק חומצה חנקתית. תערובת אדי-נוזל התגובה יוצאת מהחלק העליון של כוס התגובה; חלק מהתמיסה מוסר ממכשיר ה-ITN ונכנס לנטרול לאחר, והשאר (במחזור) יורד שוב. אדי מיץ המשתחררים מתערובת האדים-נוזל נשטפים על צלחות מכוסות 6 מהתזות של תמיסת אמוניום חנקתי ואדי חומצה חנקתית עם תמיסה של 20% של חנקה, ולאחר מכן עיבוי קיטור מיץ.

חום התגובה (VIII) משמש לאידוי חלקי של מים מתערובת התגובה (ומכאן שמו של המנגנון - ITN). ההבדל בטמפרטורות בחלקים שונים של המנגנון מוביל למחזור אינטנסיבי יותר של תערובת התגובה.

התהליך הטכנולוגי לייצור אמוניום חנקתי כולל, בנוסף לשלב הנטרול של חומצה חנקתית עם אמוניה, גם את שלבי האידוי של תמיסת החנקה, גרגירת ההמסה, קירור הגרגירים, טיפול בגרגירים בחומרי שטח, אריזה, אחסון והעמסה של חנקה, טיהור פליטת גזים ושפכים.

על איור. ניתן תרשים של יחידה מודרנית בעלת קיבולת גדולה לייצור אמוניום חנקתי AS-72 עם קיבולת של 1360 טון ליום. חומצה חנקתית התחלתית של 58-60% מחוממת במחמם / עד 70-80 עם קיטור מיץ ממכשיר ITN 3 ונשלח לנטרול. מול המכונות 3 חומצות זרחתיות וגופרית מתווספות לחומצה חנקתית בכמויות שהמוצר המוגמר מכיל 0.3-0.5% P 2 O 5 ו- 0.05-0.2% אמוניום גופרתי.

היחידה מצוידת בשני התקני ITN הפועלים במקביל. בנוסף לחומצה חנקתית, הם מסופקים עם אמוניה גזית, מחוממת מראש במחמם. 2 עיבוי קיטור עד 120-130 מעלות צלזיוס. כמות החומצה החנקתית והאמוניה שסופקו מווסתת כך שביציאת מכשיר ה-ITN לתמיסה יש עודף קל של חומצה (2-5 גרם/ליטר), מה שמבטיח ספיגה מלאה של אמוניה.

חומצה חנקתית (58-60%) מחוממת במכשיר 2 עד 80-90 מעלות צלזיוס עם קיטור מיץ ממכשיר ITN 8. אמוניה גזית בתנור 1 מחומם על ידי עיבוי קיטור ל 120-160 מעלות צלזיוס. חומצה חנקתית ואמוניה גזית ביחס מבוקר אוטומטי נכנסים לחלקי התגובה של שני מכשירי ITN 5 הפועלים במקביל. התמיסה של 89-92% של NH 4 NO 3 העוזבת את מכשירי ה-ITN ב-155-170 מעלות צלזיוס מכילה עודף של חומצה חנקתית בטווח של 2-5 גרם/ליטר, מה שמבטיח ספיגה מלאה של אמוניה.

בחלק העליון של המנגנון, אדי המיץ מחלק התגובה נשטפים מהתזות של אמוניום חנקתי; אדים של HNO 3 ו-NH 3 עם תמיסה של 20% של אמוניום חנקתי ממרחץ כביסה 18 ועיבוי קיטור מיץ ממחמם החומצה החנקתית 2, המוגשים על צלחות המכסה של החלק העליון של המנגנון. חלק מאדי המיץ משמש לחימום חומצה חנקתית במחמם 2, וחלק הארי שלו נשלח לסורק הכביסה. 18, שבו הוא מעורבב עם אוויר ממגדל הגרנולציה, עם תערובת הקיטור-אוויר מהמאייד 6 ושטף על צלחות הכביסה של הסורבר. תערובת הקיטור-אוויר השטופה משתחררת לאטמוספירה על ידי מאוורר 19.

פתרון ממכשירי ITN 8 עובר ברצף לאחר מנטרל 4 וממיר שליטה 5. אל המנטרל 4 מינון חומצות גופרתיות וזרחתיות בכמות המבטיחה תכולה במוצר המוגמר של 0.05-0.2% אמוניום גופרתי ו-0.3-0.5% P20s. מינון החומצות באמצעות משאבות בוכנה מוסדר בהתאם לעומס היחידה.

לאחר נטרול של עודף NMO3 בתמיסת האמוניום חנקתי ממנגנון ITN וחומצות גופרית וזרחתיות שהוכנסו למנטרל לאחר 4, התמיסה עוברת את מנטרל לאחר הבקרה 5 (כאשר אמוניה מסופקת אוטומטית רק במקרה של פריצת דרך חומצה מהמנטרל שאחרי 4) ונכנס למאייד 6. בניגוד ליחידת AC-67, החלק העליון של המאייד 6 מצויד בשתי צלחות שטיפת מסננת, המסופקות עם עיבוי קיטור, שוטפות את תערובת הקיטור-אוויר מהמאייד מאמוניום חנקתי

נמס סלפטטר מהמאייד 6, לאחר העברת חותם המים 9 ולסנן 10, נכנס לטנק 11, מהיכן המשאבה הטבולה שלו 12 דרך צינור עם זרבובית נגד דפיקה מוזנת למיכל לחץ 15, ואחר כך לגרנולטורים 16 אוֹ 17. בטיחות יחידת שאיבת ההמסה מובטחת על ידי מערכת התחזוקה האוטומטית של טמפרטורת הנמס במהלך האידוי במאייד (לא גבוה מ-190 מעלות צלזיוס), בקרה וויסות המדיום הנמס לאחר הנטרול לאחר 9 (בתוך 0.1-0.5 גרם/ליטר NH 3), בקרת טמפרטורה של ההיתוך במיכל 11, בית משאבה 12 וצינור לחץ. אם הפרמטרים הרגולטוריים של התהליך סוטים, שאיבת ההמסה נפסקת אוטומטית, וההמסה במיכלים 11 ומאייד 6 כאשר הטמפרטורה עולה, לדלל עם עיבוי.

גרנולציה מסופקת על ידי שני סוגים של גרנולטורים: vibroacoustic 16 ומפוזרים 17. גרנולטורים ויברואקוסטיים, המופעלים על יחידות בעלות קיבולת גדולה, התבררו כאמינים ונוחים יותר בפעולה.

ההיתוך מגורען במגדל מתכת מלבני 20 עם מידות במונחים של 8x11 מ'. גובה הטיסה של גרגירים של 55 מ' מספק התגבשות וקירור של גרגירים בקוטר של 2-3 מ"מ עד 90-120 מעלות צלזיוס עם זרימת אוויר נגדית בקיץ עד 500 אלף מ"מ. ובחורף (בטמפרטורות נמוכות) עד 300 - 400 אלף מ"ש. בחלקו התחתון של המגדל ישנם קונוסים קליטה, מהם מועברים הגרגירים באמצעות מסוע רצועה. 21 נשלח למנגנון הקירור CS 22.

מכשיר קירור 22 מחולקים לשלושה חלקים עם אספקת אוויר אוטונומית מתחת לכל חלק של רשת המיטה הנוזלת. בחלק ראשו קיים מסך מובנה, עליו מסננים גושי מלח הנוצרים כתוצאה מהפרה של פעולת הגרנולטור. גושים נשלחים לפירוק. אוויר מסופק לחלקי הקירור על ידי מאווררים 23, מחומם במכשיר 24 בגלל החום של אדי המיץ ממכשיר ITN. החימום מתבצע בלחות אוויר אטמוספרית מעל 60%, ובחורף כדי למנוע קירור פתאומי של הגרגירים. גרגירי אמוניום חנקתי עוברים ברצף אחד, שניים או שלושה חלקים של מנגנון הקירור, בהתאם לעומס היחידה ולטמפרטורת האוויר האטמוספרי. הטמפרטורה המומלצת לקירור המוצר הגרגירי בחורף היא מתחת ל-27 מעלות צלזיוס, בקיץ היא עד 40-50 מעלות צלזיוס. כאשר מפעילים יחידות באזורים הדרומיים, שבהם מספר משמעותי של ימים טמפרטורת האוויר עולה על 30 מעלות צלזיוס, החלק השלישי של מנגנון הקירור פועל על אוויר מקורר מראש (במחליף חום אמוניה אידוי). כמות האוויר המסופקת לכל מקטע היא 75-80 אלף מ"ק לשעה. לחץ המאווררים הוא 3.6 kPa. אוויר פליט מחלקים של המנגנון בטמפרטורה של 45-60 מעלות צלזיוס, המכיל עד 0.52 גרם/מ"ק של אבק אמוניום חנקתי, נשלח למגדל הגרנולציה, שם הוא מתערבב עם אוויר אטמוספרי ונכנס לסורר הכביסה לצורך כביסה. 18.

המוצר המקורר נשלח למחסן או לעיבוד חומרים פעילי שטח (מפזר NF), ולאחר מכן למשלוח בתפזורת או לאריזה בשקיות. עיבוד עם חומר מפזר NF מתבצע במנגנון חלול 27 עם זרבובית ממוקמת במרכז המתיזה זרימה אנכית טבעתית של גרגירים, או בתוף מסתובב. איכות העיבוד של המוצר הגרגירי בכל המכשירים המשומשים עומדת בדרישות GOST 2-85.

אמוניום חנקתי מגורען מאוחסן במחסן בערימות בגובה של עד 11 מ' לפני שליחתו לצרכן מוגשת חנקה מהמחסן לניפוי. המוצר הלא סטנדרטי מומס, התמיסה מוחזרת לפארק. המוצר הסטנדרטי מטופל בחומר מפזר NF ונשלח לצרכנים.

מיכלים לחומצות גופריתיות וזרחתיות וציוד שאיבה למינון שלהם מסודרים ביחידה עצמאית. נקודת הבקרה המרכזית, תחנת החשמל, המעבדה, השירותים והשירותים ממוקמים בבניין נפרד.

מתארח ב- Allbest.ru

...

מסמכים דומים

תכונות פיזיקליות וכימיות של אמוניום חנקתי. השלבים העיקריים של ייצור אמוניום חנקתי מאמוניה וחומצה חנקתית. מפעלי נטרול הפועלים בלחץ אטמוספרי ופועלים תחת ואקום. ניצול ופינוי פסולת.

עבודת קודש, נוספה 31/03/2014


מאפיינים של מוצרים, חומרי גלם וחומרים לייצור. תהליך טכנולוגי להשגת אמוניום חנקתי. ניטרול חומצה חנקתית עם אמוניה גזית ואיוד למצב של התכה מרוכזת ביותר.

עבודת לימוד, התווספה 19/01/2016


אוטומציה של ייצור אמוניום חנקתי מגורען. מעגלי ייצוב לחץ בקו אספקת קיטור המיץ ובקרת טמפרטורת עיבוי הקיטור מהמעבה הברומטרי. בקרת לחץ בקו היציאה למשאבת הוואקום.

עבודת קודש, התווסף 01/09/2014


אמוניום חנקתי כדשן חנקן נפוץ וזול. סקירה של תוכניות טכנולוגיות קיימות לייצור שלה. מודרניזציה של ייצור אמוניום חנקתי עם ייצור דשן חנקן-פוספט מורכב ב-OAO Cherepovetsky Azot.

עבודת גמר, נוספה 22/02/2012


מאפייני חומר ההזנה, חומרי עזר לייצור חומצה חנקתית. בחירה והצדקה של תכנית הייצור המאומצת. תיאור התכנית הטכנולוגית. חישובים של מאזני חומרים של תהליכים. אוטומציה של התהליך הטכנולוגי.

עבודת גמר, נוספה 24/10/2011


שיטות תעשייתיות להשגת חומצה חנקתית מדוללת. זרזי חמצון אמוניה. הרכב תערובת הגז. תכולת אמוניה אופטימלית בתערובת האמוניה-אוויר. סוגי מערכות חומצה חנקתית. חישוב החומר והאיזון התרמי של הכור.

עבודת קודש, נוספה 14/03/2015


סקירה של שיטות מודרניות לייצור חומצה חנקתית. תיאור התוכנית הטכנולוגית של ההתקנה, עיצוב המנגנון הראשי וציוד עזר. מאפיינים של חומרי גלם ומוצרים מוגמרים, תוצרי לוואי ופסולת ייצור.

עבודת גמר, נוספה 11/01/2013


ייצור ויישום של זרזים לסינתזת אמוניה. מבנה זרז התחמוצת, ההשפעה על פעילות התנאים להפחתה. מנגנון וקינטיקה של התאוששות. התקנה תרמוגרבימטרית לשחזור זרזים לסינתזה של אמוניה.

עבודת גמר, נוספה 16/05/2011


תיאורים של גרנולטורים לגרנול וערבוב חומרים בתפזורת, אבקות מורטבות ומשחות. ייצור דשנים מורכבים על בסיס אמוניום חנקתי ואוריאה. חיזוק הקשרים בין חלקיקים על ידי ייבוש, קירור ופילמור.

עבודת קודש, נוספה 03/11/2015


טכנולוגיה ותגובות כימיות של שלב ייצור האמוניה. חומר מזין, מוצר סינתזה. ניתוח טכנולוגיית טיהור הגז המומר מפחמן דו חמצני, בעיות קיימות ופיתוח שיטות לפתרון בעיות ההפקה שזוהו.

התהליך הטכנולוגי לייצור אמוניום חנקתי מורכב מהשלבים העיקריים הבאים: נטרול חומצה חנקתית עם אמוניה גזית, אידוי תמיסת אמוניום חנקתי, התגבשות וגרגירה של ההמסה.

אמוניה גזית ממחמם 1 וחומצה חנקתית ממחמם 2 בטמפרטורה של 80-90 0 C נכנסים למנגנון ITP 3. כדי להפחית את אובדן האמוניה, יחד עם קיטור, התגובה מתבצעת בעודף חומצה. תמיסת האמוניום חנקתי ממכשיר 3 מנוטרלת במנטרל לאחר 4 עם אמוניה ונכנסת למאייד 5 לאידוי. לתוך מגדל גרגיר מלבני 16.

איור.5.1. תכנית טכנולוגית לייצור אמוניום חנקתי.

1 - מחמם אמוניה, 2 - מחמם חומצה חנקתית, 3 - מכשיר ITN (באמצעות חום הנטרול), 4 - מנטרל נוסף, 5 - מאייד, 6 - מיכל לחץ, 7.8 - גרנולטורים, 9.23 - מאווררים, 10 - מקרצף כביסה, 11 תופים, 12,14- מסועים, 13-מעלית, מכשיר 15 מיטות נוזליות, מגדל 16-גרגירים, 17-קולטים, 18,20-משאבות, מיכל 19-ציף, מסנן 21-float, 22 - דוד אוויר.

בחלקו העליון של המגדל ישנם גרנולטורים 7 ו-8, שחלקם התחתון מסופק באוויר, המקרר את טיפות המלח הנופלות מלמעלה. במהלך נפילת המלח מגובה של 50-55 מטר, כאשר אוויר זורם סביבם, נוצרים גרגירים, אשר מקוררים במנגנון מיטה נוזלית 15. זהו מנגנון מלבני בעל שלושה חלקים ורשת עם חורים. מאווררים מספקים אוויר מתחת לסורג. נוצרת מצע נוזלי של גרגירי מלח, המגיעים ממגדל הגרנולציה דרך מסוע. האוויר לאחר הקירור נכנס למגדל הגרנולציה.

גרגירים של מסוע אמוניום חנקתי 14 מוגשות לטיפול בחומרי שטח בתוף מסתובב 11. ואז מסוע הדשן המוגמר 12 נשלח לאריזה.

האוויר היוצא ממגדל הגרנולציה מזוהם באמוניום חנקתי, ואדי המיץ מהמנטרל מכילים אמוניה וחומצה חנקתית שלא הגיבו, כמו גם חלקיקים של חנקת אמוניום נסחפת. כדי לנקות את הזרמים הללו בחלק העליון של מגדל הגרנולציה, ישנם שישה מקרצפים מסוג פלטות שטיפה 10 הפועלים במקביל, המושקים בתמיסה של 20-30% של מלח, אשר מסופקת על ידי משאבה 18 מאוסף 17. לתמיסה. של מלח, ולכן, משמש לייצור מוצרים. האוויר המטוהר נשאב החוצה ממגדל הגרנולציה על ידי מאוורר 9 ומשוחרר לאטמוספירה.

אמוניום חנקתי, או אמוניום חנקתי, NH 4 NO 3 הוא חומר גבישי לבן המכיל 35% חנקן בצורות האמוניום והחנקה, שתי צורות החנקן נספגות בקלות בצמחים. אמוניום חנקתי גרגירי משמש בקנה מידה גדול לפני הזריעה ולכל סוגי ההלבשה העליונה. בקנה מידה קטן יותר, הוא משמש לייצור חומרי נפץ.

אמוניום חנקתי מתמוסס היטב במים ובעל היגרוסקופיות גבוהה (יכולת לספוג לחות מהאוויר), הגורמת להתפשטות גרגירי הדשן, לאבד את צורתם הגבישית, מתרחשת התגבשות הדשן - חומר הנפח הופך למסה מונוליטית מוצקה.

תרשים סכמטי של ייצור אמוניום חנקתי

כדי להשיג חנקתי אמוניום כמעט שאינו מתגבש, נעשה שימוש במספר שיטות טכנולוגיות. אמצעי יעיל להפחתת קצב ספיגת הלחות על ידי מלחים היגרוסקופיים הוא הגרנולציה שלהם. השטח הכולל של גרגירים הומוגניים קטן ממשטח של אותה כמות של מלח גבישי עדין, לכן, דשנים גרגירים סופגים לחות לאט יותר

אמוניום פוספטים, אשלגן כלורי, מגנזיום חנקתי משמשים גם כתוספים הפועלים באופן דומה. תהליך הייצור של אמוניום חנקתי מבוסס על תגובה הטרוגנית של אינטראקציה של אמוניה גזית עם תמיסה של חומצה חנקתית:

NH 3 + HNO 3 \u003d NH 4 NO 3; ΔН = -144.9kJ

התגובה הכימית מתנהלת בקצב גבוה; בכור תעשייתי, הוא מוגבל על ידי פירוק הגז בנוזל. לערבוב המגיבים חשיבות רבה להפחתת עיכוב הדיפוזיה.

התהליך הטכנולוגי לייצור אמוניום חנקתי כולל, בנוסף לשלב הנטרול של חומצה חנקתית עם אמוניה, גם את שלבי האידוי של תמיסת החנקה, גרגירת ההמסה, קירור הגרגירים, טיפול גרגירים בחומרים פעילי שטח, אריזה, אחסון והעמסה של חנקה, טיהור פליטת גזים ושפכים. על איור. 8.8 מציג תרשים של יחידה מודרנית בעלת קיבולת גדולה לייצור אמוניום חנקתי AS-72 עם קיבולת של 1360 טון ליום. החומצה החנקתית המקורית 58-60% מחוממת במחמם ל-70 - 80 מעלות צלזיוס עם אדי מיץ מהמכשיר ITN 3 ומוזנת לנטרול. לפני מכשיר 3, חומצות זרחתיות וגופרית מתווספות לחומצה חנקתית בכמויות כאלה שהמוצר המוגמר מכיל 0.3-0.5% P 2 O 5 ו- 0.05-0.2% אמוניום גופרתי. היחידה מצוידת בשני התקני ITN הפועלים במקביל. בנוסף לחומצה חנקתית, מסופקת להם אמוניה גזית, מחוממת מראש בתנור 2 עם עיבוי קיטור ל-120-130 מעלות צלזיוס. כמויות החומצה החנקתית והאמוניה שסופקו מוסדרות כך שביציאת מכשיר ה-ITN לתמיסה יש עודף קל של חומצה (2-5 גרם/ליטר), מה שמבטיח ספיגה מלאה של אמוניה.

בחלק התחתון של המנגנון מתרחשת תגובת ניטרול בטמפרטורה של 155-170 מעלות צלזיוס; זה מייצר תמיסה מרוכזת המכילה 91-92% NH 4 NO 3 . בחלק העליון של המנגנון נשטפים אדי מים (מה שנקרא אדי מיץ) מתזות אמוניום חנקתי ואדי חומצה חנקתית. חלק מהחום של אדי המיץ משמש לחימום החומצה החנקתית. לאחר מכן נשלחים אדי המיץ לטיהור ומשוחררים לאטמוספירה.

איור 8.8. סכימה של יחידת חנקתי אמוניום AS-72:

1 - דוד חומצה; 2 - דוד אמוניה; 3 - התקני ITN; 4 - מנטרל לאחר; 5 - מאייד; 6 - מיכל לחץ; 7.8 - גרנולטורים; 9.23 - אוהדים; 10 - מקרצף כביסה; 11 - תוף; 12.14 - מסועים; 13 - מעלית; 15 - מנגנון מיטה נוזלית; 16 - מגדל גרנולציה; 17 - אוסף; 18, 20 - משאבות; 19 - טנק לשחייה; 21 - מסנן לשחייה; 22 - מחמם אוויר.

תמיסה חומצית של אמוניום חנקתי נשלחת למנטרל 4; איפה אמוניה נכנסת, הכרחי לאינטראקציה עם החומצה החנקתית הנותרת. לאחר מכן התמיסה מוזנת לתוך המאייד 5. ההמסה המתקבלת, המכילה 99.7-99.8% חנקה, עוברת דרך המסנן 21 ב-175 מעלות צלזיוס ומוזנת למיכל הלחץ 6 על ידי משאבה טבולה צנטריפוגלית 20, ולאחר מכן לתוך המלבני. מגדל גרגירי מתכת 16.

בחלקו העליון של המגדל ישנם גרנולטורים 7 ו-8, שחלקם התחתון מסופק באוויר, המקרר את טיפות המלח הנופלות מלמעלה. במהלך נפילת טיפות המלח מגובה של 50-55 מ', נוצרים גרגירי דשן כאשר אוויר זורם סביבם. הטמפרטורה של הכדורים במוצא המגדל היא 90-110 מעלות צלזיוס; הגרגירים החמים מקוררים במתקן מיטה נוזלית 15. זהו מתקן מלבני בעל שלושה חלקים ומצויד בסורג עם חורים. מאווררים מספקים אוויר מתחת לסורג; זה יוצר מצע נוזלי של גרגירי חנקה המגיעים דרך המסוע ממגדל הגרנולציה. האוויר לאחר הקירור נכנס למגדל הגרנולציה. גרגירים של מסוע אמוניום חנקתי 14 מוגשות לטיפול בחומרי שטח בתוף מסתובב. לאחר מכן הדשן המוגמר נשלח לאריזה על ידי המסוע 12.

האוויר היוצא ממגדל הגרגירים מזוהם בחלקיקי אמוניום חנקתי, ואדי המיץ מהמנטרל ותערובת האדים-אוויר מהמאייד מכילים אמוניה וחומצה חנקתית שלא הגיבו, כמו גם חלקיקים של חנקתי אמוניום נסחפת.

לניקוי הזרמים הללו בחלק העליון של מגדל הגרנולציה, ישנם שישה מקרצפים מסוג מגש כביסה 10 הפועלים במקביל, המושקים בתמיסה של 20-30% אמוניום חנקתי, המסופקת על ידי משאבה 18 מאוסף 17. חלק מ פתרון זה מופנה למנטרל ITN לשטיפת אדי מיץ, ולאחר מכן מעורבב עם תמיסה של מלח, ולכן משמש לייצור מוצרים. האוויר המטוהר נשאב החוצה ממגדל הגרנולציה על ידי מאוורר 9 ומשוחרר לאטמוספירה.

ייצור אוריאה

קרבמיד (אוריאה) בין דשני חנקן מדורג במקום השני מבחינת ייצור אחרי אמוניום חנקתי. צמיחת ייצור הקרבמיד נובעת מההיקף הרחב של היישום שלו בחקלאות. הוא עמיד יותר לשטיפה מדשני חנקן אחרים, כלומר הוא פחות רגיש לשטיפה מהאדמה, פחות היגרוסקופי ויכול לשמש לא רק כדשן, אלא גם כתוסף להזנת בקר. אוריאה נמצאת בשימוש נרחב גם בדשנים מורכבים, דשנים בשליטה בזמן ובפלסטיק, דבקים, לכות וציפויים. Carbamide CO (NH 2) 2 הוא חומר גבישי לבן המכיל 46.6% חנקן. ייצורו מבוסס על התגובה של האינטראקציה של אמוניה עם פחמן דו חמצני:

2NH 3 + CO 2 ↔ CO (NH 2) 2 + H 2 O; ΔН = -110.1 קילו-ג'יי (1)

לפיכך, חומרי הגלם לייצור אוריאה הם אמוניה ופחמן דו חמצני המתקבלים כתוצר לוואי בייצור גז תהליך לסינתזה של אמוניה. לכן, ייצור אוריאה במפעלים כימיים משולב בדרך כלל עם ייצור אמוניה. תגובה (I) - סך הכל; זה מתקדם בשני שלבים. בשלב הראשון מתרחשת הסינתזה של קרבמט:

2NH 3 (g) + CO2 (g) ↔ NH 2 COOHNH 4 (g); ΔН = –125.6 קילו-ג'יי (2)

בשלב השני מתרחש תהליך אנדותרמי של התפצלות מים ממולקולות קרבמט, וכתוצאה מכך נוצר קרבמיד:

NH 2 COOHNH 4 (l) ↔ CO (NH 2) 2 (l) + H2O (l); ΔН =15.5 kJ (3) התגובה של היווצרות אמוניום קרבמט היא תגובה אקסותרמית הפיכה המתמשכת עם ירידה בנפח. כדי להעביר את שיווי המשקל לכיוון המוצר, זה חייב להתבצע בלחץ גבוה. על מנת שהתהליך יתקדם בקצב גבוה מספיק, יש צורך בטמפרטורות גבוהות. עלייה בלחץ מפצה על ההשפעה השלילית של טמפרטורות גבוהות על הסטת שיווי המשקל של התגובה בכיוון ההפוך. בפועל, הסינתזה של קרבמיד מתבצעת בטמפרטורות של 150-190 מעלות צלזיוס ובלחץ של 15-20 מגפ"ס. בתנאים אלה, התגובה ממשיכה בקצב גבוה וכמעט עד לסופה. הפירוק של אמוניום קרבמט הוא תגובה אנדותרמית הפיכה המתמשכת באופן אינטנסיבי בשלב הנוזל. כדי למנוע התגבשות של מוצרים מוצקים בכור, התהליך חייב להתבצע בטמפרטורות שאינן נמוכות מ-98 מעלות צלזיוס [נקודה אוטקטית עבור מערכת CO(NH 2) 2 - NH 2 COONH 4]. טמפרטורות גבוהות יותר מסיטות את שיווי המשקל של התגובה ימינה ומגבירות את קצבו. מידת ההמרה המקסימלית של קרבמט לקרבמיד מושגת ב-220 מעלות צלזיוס. כדי לשנות את שיווי המשקל של תגובה זו, מוכנס גם עודף של אמוניה, אשר, על ידי קשירת מי התגובה, מסיר אותו מכדור התגובה. עם זאת, עדיין לא ניתן להשיג המרה מלאה של קרבמט לאוריאה. תערובת התגובה, בנוסף לתוצרי התגובה (אוריאה ומים), מכילה גם אמוניום קרבמט ותוצרי הפירוק שלו - אמוניה ו-CO 2 .

לצורך שימוש מלא בחומר הזינה, יש צורך לדאוג להחזרה של אמוניה ופחמן דו חמצני שלא הגיבו, כמו גם מלחי אמוניום פחמן (תוצרי תגובת ביניים) לעמוד הסינתזה, כלומר, יצירת מיחזור, או הפרדת אוריאה מתערובת התגובה והכיוון של הריאגנטים הנותרים לתעשיות אחרות, למשל לייצור אמוניום חנקתי, כלומר. ניהול תהליך פתוח.

במקרה האחרון, ההמסה היוצאת מעמודת הסינתזה מצטמצמת ללחץ אטמוספרי; שיווי המשקל של התגובה (2) בטמפרטורות של 140-150 מעלות צלזיוס מוזז כמעט לחלוטין שמאלה וכל הקרבמט שנותר מתפרק. בפאזה הנוזלית נשארת תמיסה מימית של אוריאה, שמתאדה ונשלחת לגרנולציה. מיחזור גזי האמוניה והפחמן הדו-חמצני שנוצרו אל עמודת הסינתזה יחייבו את דחיסתם במדחס ללחץ סינתזת האוריאה. זה קשור לקשיים טכניים הקשורים לאפשרות של היווצרות קרבמט בטמפרטורות נמוכות ולחץ גבוה כבר במדחס וסתימת מכונות וצינורות עם חלקיקים מוצקים.

לכן, במעגלים סגורים (מעגלים עם מחזור) משתמשים בדרך כלל במחזור נוזלים בלבד. ישנן מספר תוכניות טכנולוגיות עם מיחזור נוזלים. בין המתקדמות ביותר הן התוכניות המכונות עם מיחזור נוזלי מלא ועם שימוש בתהליך הפשטה. הפשטה (נשיפה) מורכבת מכך שהפירוק של אמוניום קרבמט בהמסה לאחר עמודת הסינתזה מתבצע בלחץ קרוב ללחץ בשלב הסינתזה, על ידי ניפוח ההמסה עם CO 2 דחוס או אמוניה דחוסה. בתנאים אלה, ההתנתקות של אמוניום קרבמט מתרחשת בשל העובדה שכאשר מתנפחים פחמן דו חמצני, הלחץ החלקי של האמוניה יורד בחדות ושיווי המשקל של התגובה (2) עובר שמאלה. תהליך כזה נבדל על ידי שימוש בחום התגובה של היווצרות קרבמט וצריכת אנרגיה נמוכה יותר.

באיור 8.9. ניתן דיאגרמה פשוטה של ​​יחידת סינתזת אוריאה בעלת קיבולת גדולה עם מיחזור נוזל ושימוש בתהליך הפשטה. ניתן לחלק אותו ליחידת לחץ גבוה, יחידת לחץ נמוך ומערכת גרנולציה. תמיסה מימית של אמוניום קרבמט ומלחי אמוניום פחמן, כמו גם אמוניה ופחמן דו חמצני, נכנסת לחלק התחתון של עמודת הסינתזה 1 מהמעבה בלחץ גבוה 4. בעמודת הסינתזה בטמפרטורה של 170-190 מעלות צלזיוס. לחץ של 13-15 MPa, היווצרות של קרבמט מסתיימת ותגובת הסינתזה ממשיכה קרבמיד. הצריכה של ריאגנטים נבחרה כך שהיחס המולארי של NH 3: CO 2 בכור הוא 2.8-2.9. תערובת התגובה הנוזלית (ההמסה) מעמודת סינתזת האוריאה נכנסת לעמוד הפשטה 5, שם היא זורמת במורד הצינורות. פחמן דו חמצני שנדחס במדחס ללחץ של 13-15 MPa מוזנת בזרם נגדי להמסה, אליו מוסיפים אוויר בכמות המספקת ריכוז חמצן של 0.5-0.8% בתערובת ליצירת סרט פסיבי והפחתת ציוד קורוזיה. עמוד ההפשטה מחומם בקיטור. תערובת אדי הגז מעמודה 5, המכילה פחמן דו חמצני טרי, נכנסת למעבה בלחץ גבוה 4. גם אמוניה נוזלית מוכנסת לתוכה. הוא משמש בו זמנית כזרימת עבודה במזרק 3, המספק תמיסה של מלחי פחמן-אמוניום מ-scrubber 2 למעבה, ובמידת הצורך, חלק

איור.8.9. דיאגרמת זרימת תהליך פשוטה לייצור קרבמיד עם מיחזור נוזלי מלא ושימוש בתהליך הפשטה:

1 - טור סינתזה של קרבמיד; 2 - מקרצף בלחץ גבוה; 3 - מזרק; 4 - מעבה קרבמט בלחץ גבוה; 5 - עמוד הפשטה; 6 - משאבות; 7 - מעבה בלחץ נמוך; 8 - עמודת זיקוק של לחץ נמוך; 9 - דוד; 10 - אוסף; 11 - מאייד; 12 - מגדל גרנולציה.

נמס מעמודת הסינתזה. קרבמט נוצר במעבה. החום המשתחרר במהלך התגובה משמש להפקת קיטור.

מהחלק העליון של עמוד הסינתזה יוצאים ללא הרף גזים שאינם מגיבים, הנכנסים לסורר בלחץ גבוה 2, שבו מתעבים רובם עקב קירור מים, ויוצרים תמיסה מימית של מלחי קרבמט ופחמן אמוניום. התמיסה המימית של קרבמיד היוצאת מעמודת ההפשטה 5 מכילה 4-5% קרבמט. לפירוקה הסופי, התמיסה מצררת ללחץ של 0.3-0.6 MPa ולאחר מכן נשלחת לחלק העליון של עמוד הזיקוק 8. הפאזה הנוזלית זורמת בעמודה במורד הזרבובית בזרם נגדי לתערובת האדים-גז העולה מ. מלמטה למעלה; NH 3, CO 2 ואדי מים יוצאים מהחלק העליון של העמוד. אדי מים מתעבים במעבה בלחץ נמוך 7, בעוד החלק העיקרי של האמוניה והפחמן הדו חמצני מומס. התמיסה המתקבלת נשלחת לסורר 2. הטיהור הסופי של גזים הנפלטים לאטמוספירה מתבצע בשיטות ספיגה (לא מוצגות בתרשים).

תמיסה מימית של 70% של קרבמיד היוצאת מהחלק התחתון של עמודת הזיקוק 8 מופרדת מתערובת האדים-גז ונשלחת, לאחר הפחתת הלחץ לאטמוספירה, תחילה לאידוי, ולאחר מכן לגרנולציה. לפני ריסוס ההמסה במגדל הגרנולציה 12 מוסיפים לו תוספי מיזוג כמו שרף אוריאה-פורמלדהיד על מנת לקבל דשן לא מתגבש שאינו מתקלקל במהלך האחסון.

דיאגרמה סכמטית עם מיחזור מלא

מבוא

תעשיית החנקן היא אחת הענפים הצומחים ביותר.

חומצה חנקתית היא אחד מהמוצרים ההתחלתיים לייצור רוב החומרים המכילים חנקן והיא אחת החומצות החשובות ביותר.

מבחינת קנה המידה של הייצור, חומצה חנקתית נמצאת במקום השני בין חומצות שונות אחרי חומצה גופרתית. היקף הייצור הגדול מוסבר בכך שחומצה חנקתית ומלחיה הפכו חשובים מאוד בכלכלה הלאומית.

צריכת חומצה חנקתית אינה מוגבלת לייצור דשנים. הוא מוצא יישום נרחב בייצור כל סוגי חומרי הנפץ, מספר מלחים טכניים, בתעשיית הסינתזה האורגנית, בייצור חומצה גופרתית, בטכנולוגיית רקטות ובענפים רבים נוספים של הכלכלה הלאומית.

הייצור התעשייתי של חומצה חנקתית מבוסס על חמצון קטליטי של אמוניה עם חמצן אטמוספרי, ולאחר מכן ספיגת תחמוצות החנקן המתקבלות במים.

מטרת פרויקט הקורס הזה היא לשקול את השלב הראשון של ייצור חומצה חנקתית - חמצון מגע של אמוניה, וכן את חישוב מאזני החומר והחום של הכור.

בתוכניות טכנולוגיות לייצור חומצה חנקתית, תהליך החמצון הקטליטי של אמוניה חשוב, שכן הוא קובע שלושה אינדיקטורים עיקריים - צריכת אמוניה, השקעות והפסדים של מתכות פלטינה, כמו גם את יכולות האנרגיה של התוכנית. בהקשר זה, לשיפור תהליך החמצון הקטליטי של אמוניה יש חשיבות רבה לייצור חומצה חנקתית ודשנים מינרליים בכלל.

1. מאפייני חומצת חנקן

1.1 זנים של חומצה חנקתית

בתעשייה משתמשים ב-2 דרגות של חומצה חנקתית: מדוללת (חלשה) בתכולה של 30-60% HNO3 ומרוכזת, המכילה 97-99% HNO3, וכן כמות קטנה יחסית של חומצה חנקתית תגובתית וטהורה במיוחד. איכות החומצה החנקתית המיוצרת חייבת לעמוד בסטנדרטים שנקבעו.

על פי פרמטרים פיזיקוכימיים, חומצה חנקתית מרוכזת חייבת לעמוד בסטנדרטים המפורטים בטבלה 1.

טבלה 1 - דרישות לאיכות חומצה חנקתית מרוכזת (GOST 701-89)

איכות החומצה החנקתית המיוצרת חייבת לעמוד בסטנדרטים שנקבעו המצוינים בטבלאות 2 ו-3.

טבלה 2 - דרישות איכות לחומצה חנקתית לא מרוכזת (OST 6-03-270-76)

טבלה 3 - דרישות לאיכות חומצה חנקתית (GOST 4461-67)

תוכן באחוזים, לא יותר 005סולפטים (SO42)-0.00020.00050.002פוספטים (PO43-)0.000020.00020.002כלורידים (Cl-)0.000050.00010.00050.002פוספטים (PO43-)0.000020.00020.002כלורידים (Cl-)0.000050.00010.00050.03 Ca)0.0005 0 .0010.002Arsenic (As)0.0000020 .0000030.00001 מתכות כבדות (Pb)0.000020.00050.0005

1.2 שימוש בחומצה חנקתית

חומצה חנקתית משמשת בתחומי פעילות שונים:

1)בגלוון וציפוי כרום של פרטים;

)לייצור דשנים מינרליים;

)להשיג חומרי נפץ (תעשייה צבאית);

)בייצור תרופות (תרופות);

)השגת חנקתי כסף לצילום;

)לחריטה וחריטה של ​​צורות מתכת;

)כחומר גלם להשגת חומצה חנקתית מרוכזת;

)בהידרופטלורגיה;

)בתכשיטים - הדרך העיקרית לקבוע זהב בסגסוגת זהב;

)להשיג תרכובות ניטרו ארומטיות - מבשרי צבעים, תכשירים פרמקולוגיים ותרכובות אחרות המשמשות בסינתזה אורגנית עדינה;

)להשיג ניטרוצלולוזה.

1.3 תכונות חומצה חנקתית

3.1 תכונות פיזיקליות של חומצה חנקתית

חומצה חנקתית היא אחת החומצות החד-בסיסיות החזקות בעלות ריח מחניק חריף, רגישה לאור ובאור עז מתפרקת לאחת מתחמוצות החנקן (הנקראות גם גז חום - NO2) ומים. לכן, רצוי לאחסן אותו במיכלים כהים. במצב מרוכז הוא אינו ממיס אלומיניום וברזל ולכן ניתן לאחסן אותו בכלי מתכת מתאימים. חומצה חנקתית - היא אלקטרוליט חזק (כמו חומצות רבות) וחומר מחמצן חזק מאוד. הוא משמש לעתים קרובות בתגובות עם חומרים אורגניים.

חנקן בחומצה חנקתית הוא ארבע ערכי, מצב חמצון +5. חומצה חנקתית היא נוזל חסר צבע מתאדה באוויר, נקודת התכה -41.59 , נקודת רתיחה +82.6 עם הרחבה חלקית. המסיסות של חומצה חנקתית במים אינה מוגבלת. תמיסות מימיות של HNO3 עם שבר מסה של 0.95-0.98 נקראות "חומצה חנקתית מבעבעת", עם שבר מסה של 0.6-0.7 - חומצה חנקתית מרוכזת. יוצר תערובת אזאוטרופית עם מים (שבר מסה 68.4%, d20 = 1.41 גרם/ס"מ, Tboil = 120.7)

כאשר מתגבשים מתמיסות מימיות, חומצה חנקתית יוצרת הידרטים גבישיים:

) HNO3 H2O מונוהידראט, Tm = -37.62;

2) HNO3 3H2O trihydrate, Tm = -18.47.

חומצה חנקתית, כמו אוזון, יכולה להיווצר באטמוספירה במהלך הבזקי ברק. חנקן, המהווה 78% מהאוויר האטמוספרי, מגיב עם חמצן אטמוספרי ליצירת תחמוצת החנקן NO. לאחר חמצון נוסף באוויר, תחמוצת זו הופכת לחנקן דו חמצני (גז חום NO2), המגיב עם לחות אטמוספרית (עננים וערפל), ויוצר חומצה חנקתית.

אבל כמות קטנה כזו אינה מזיקה לחלוטין לאקולוגיה של כדור הארץ ואורגניזמים חיים. נפח אחד של חומצה חנקתית ושלושה נפחים של חומצה הידרוכלורית יוצרים תרכובת הנקראת אקווה רג'יה. הוא מסוגל להמיס מתכות (פלטינה וזהב) שאינן מסיסות בחומצות רגילות. כאשר מכניסים נייר, קש, כותנה לתערובת זו, יתרחש חמצון נמרץ, אפילו הצתה.

1.3.2 תכונות כימיות של חומצה חנקתית

חומצה חנקתית מציגה תכונות כימיות שונות בהתאם לריכוז ולחומר איתו היא מגיבה.

אם חומצה חנקתית מרוכזת:

1) עם מתכות - ברזל (Fe), כרום (Cr), אלומיניום (Al), זהב (Au), פלטינה (Pt), אירידיום (Ir), נתרן (Na) - אינו מקיים אינטראקציה עקב היווצרות חומר מגן סרט על פני השטח שלהם, אשר אינו מאפשר חמצון נוסף של המתכת. עם כל שאר המתכות<#"justify">HNO3 conc + Cu = Cu(NO3)2 + 2NO2 + H2O(1)

2) עם לא מתכות<#"justify">ריכוז HNO3 + P = H3PO4 + 5NO2 + H2O(2)

אם חומצה חנקתית מדוללת:

1) בעת אינטראקציה עם מתכות אדמה אלקליות, כמו גם עם אבץ (Zn), ברזל (Fe), הוא מחומצן לאמוניה (NH3) או לאמוניום חנקתי (NH4NO3). לדוגמה, כאשר מגיבים עם מגנזיום (Mg):

HNO3 מדולל + 4Zn = 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O(3)

HNO3 מדולל + 4Mg = 4Mg(NO3)2 + N2O + 3H2O(4)

מגיב עם מתכות אחרות ליצירת תחמוצת חנקן (NO), למשל, ממיס כסף (Ag):

HNO3 מדולל + Ag = AgNO3 + NO + H2O(5)

2) מגיב באופן דומה עם לא-מתכות, כגון גופרית<#"justify">HNO3 מדולל + S = H2SO4 + 2NO(6)

חמצון של גופרית להיווצרות חומצה גופרתית ושחרור גז - תחמוצת חנקן;

3) תגובה כימית עם תחמוצות מתכות, למשל תחמוצת סידן:

HNO3 + CaO = Ca(NO3)2 + H2O(7)

נוצרים מלח (סידן חנקתי) ומים;

) תגובה כימית עם הידרוקסידים (או בסיסים), למשל, עם סיד שפוי:

HNO3 + Ca(OH)2 = Ca(NO3)2 + H2O(8)

נוצרים מלח (סידן חנקתי) ומים - תגובת נטרול;

) תגובה כימית עם מלחים, למשל עם גיר:

HNO3 + CaCO3 = Ca(NO3)2 + H2O + CO2(9)

נוצר מלח (סידן חנקתי) וחומצה נוספת (במקרה זה חומצה פחמנית, המתפרקת למים ולפחמן דו חמצני).

6) בהתאם למתכת המומסת, פירוק המלח בטמפרטורה מתרחש באופן הבא:

א) כל מתכת (המסומנת בשם Me) עד מגנזיום (Mg):

MeNO2 + O2(10)

ב) כל מתכת ממגנזיום (Mg) ועד נחושת (Cu):

3 = MeO + NO2 + O2(11)

ג) כל מתכת אחרי נחושת (Cu):

3 = Me + NO2 + O2(12)

2. שיטות להשגת חומצת חנקן

אמוניה זרז חומצה חנקתית

שיטות תעשייתיות לייצור חומצה חנקתית מדוללת כוללות את השלבים הבאים:

) השגת תחמוצת חנקן (II);

2) חמצון שלו לחנקן תחמוצת (IV);

3) ספיגת NO2 על ידי מים;

4) טיהור גזי פליטה (המכילים בעיקר חנקן מולקולרי) מתחמוצות חנקן.

חומצה חנקתית מרוכזת מתקבלת בשתי דרכים:

1) השיטה הראשונה כוללת תיקון של תערובות טרינריות המכילות חומצה חנקתית, מים וחומרים מסירי מים (בדרך כלל חומצה גופרתית או מגנזיום חנקת). כתוצאה מכך מתקבלים אדים של 100% חומצה חנקתית (המתעבים) ותמיסות מימיות של חומר ההתייבשות, האחרון מתאדה ומוחזר לייצור;

2) השיטה השנייה מבוססת על התגובה:

N2O4(t) + 2H2O(l) + O2(g) = 4HNO3(l) + 78.8 kJ(13)

בלחץ של 5 MPa ובאמצעות O2 טהור נוצרת חומצה של 97-98% המכילה עד 30% במשקל של תחמוצות חנקן. תוצר המטרה מתקבל על ידי זיקוק של תמיסה זו. חומצה חנקתית בטוהר גבוה מתקבלת על ידי זיקוק עם 97-98.5% חומצה חנקתית בציוד זכוכית סיליקט או קוורץ. תכולת הזיהומים בחומצה כזו היא פחות מ-110-6% במשקל.

3. בסיס חומר גלם בייצור של חומצה חנקן לא מרוכזת

חומרי הגלם העיקריים לייצור חומצה חנקתית לא מרוכזת הם כיום אמוניה, אוויר ומים. חומרי עזר ומשאבי אנרגיה הם זרזים לחמצון אמוניה וטיהור גזי פליטה, גז טבעי, קיטור וחשמל.

1. אמוניה. בתנאים רגילים, זהו גז חסר צבע בעל ריח חריף, מסיס בקלות במים ובממיסים אחרים, יוצר חמי ומונוהידרטים. נקודת מפנה בפיתוח ייצור אמוניה סינתטית הייתה השימוש בשיטה השלטת כיום בתעשייה להפקת מימן על ידי המרת מתאן הכלול בגז טבעי בגזי נפט נלווים ובמוצרים מזוקקים. התוכן של זיהומים באמוניה נוזלית מוסדר על ידי GOST 6221-82. הזיהומים האופייניים ביותר הם: מים, שמני סיכה, אבק זרז, אבנית, אמוניום קרבונט, גזים מומסים (מימן, חנקן, מתאן). אם GOST מופר, זיהומים הכלולים באמוניה יכולים להיכנס לתערובת האמוניה-אוויר ולהפחית את הפלט של תחמוצת חנקן (II), ומימן ומתאן יכולים לשנות את גבולות הנפץ של תערובת האמוניה-אוויר.

אוויר. עבור חישובים טכניים, ההנחה היא שאוויר יבש מכיל [%, (נפח)]: N2 = 78.1, O2 = 21.0, Ar2 = 0.9, H2O = 0.1-2.8. ייתכנו גם עקבות של SO2, NH3, CO2 באוויר. באזור אתרי התעשייה, האוויר מזוהם באבק ממקורות שונים, וכן במרכיבים שונים של פליטת גזים נמלטים (SO2, SO3, H2S, С2H2, Cl2 וכו'). כמות האבק באוויר היא 0.5-1.0 מ"ג/מ"ק.

3. מים. הוא משמש לייצור חומצה חנקתית להשקיית עמודת הספיגה, לייצור קיטור במהלך התאוששות חום בדודי חום פסולת, לקירור מכשירי תגובה. לספיגת תחמוצות חנקן, נעשה שימוש לרוב בקיטור ובמים מטוהרים כימיים. בתוכניות מסוימות, מותר להשתמש בקונדנסט מיץ אמוניום חנקתי. בכל מקרה, המים המשמשים להשקיית העמודים לא צריכים להכיל אמוניה חופשית ותרחיפים מוצקים, תכולת יון כלוריד לא תעלה על 2 מ"ג/ליטר, שמנים לא יעלו על 1 מ"ג/ליטר, NH4NO3 לא יעלה על 0.5 גרם/ליטר . מים מטוהרים כימית לדודי חום פסולת חייבים לעמוד בדרישות של GOST 20995-75. מי תהליך המיועדים להסרת חום במחלפי חום וקירור ציוד (מים במחזור) חייבים לעמוד בדרישות הבאות: קשיות קרבונט לא יותר מ-3.6 מ"ק/ק"ג, תכולת מוצקים מרחפים לא יותר מ-50 מ"ג/ק"ג, ערך pH 6.5-8 ,5 .

4. חמצן. הוא משמש בעיקר בייצור חומצה חנקתית מרוכזת על ידי סינתזה ישירה. במקרים מסוימים, הוא משמש להעשרת תערובת האמוניה-אוויר בעת קבלת חומצה חנקתית לא מרוכזת.

4. מגע חמצון של אמוניה

4.1 בסיסים פיסיים וכימיים של התהליך

שיטות מודרניות לייצור חומצה חנקתית מבוססות על חמצון מגע של אמוניה. במהלך חמצון של אמוניה על זרזים שונים ובהתאם לתנאים, מתרחשות התגובות הבאות:

NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O + 907.3 kJ(14)

4NH3 + 4O2 = 2N2O + 6H2O + 1104.9 kJ(15)

4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O + 1269.1 kJ(16)

בנוסף לתגובות (14-16), אפשריות גם אחרות, המתרחשות בשכבות הקרובות לפני השטח של הזרז. לדוגמה, הפירוק של NO, האינטראקציה של N2O, NO2 ו-NH3:

NON2+O2 (17)

2NH3 + 3N2O = 4N2+3H2O(18)

NH3 + 6NO2 = 7N2 + 12H2O(19)

באופן טבעי, תגובה (14) תהיה "שימושית". חישובים תרמודינמיים מראים שתגובות (14-16) ממשיכות למעשה עד להשלמה.

לקבועי שיווי המשקל לתגובות הפוכות (14-16) ב-900 מעלות צלזיוס יש את הערכים הבאים

(20)

(21)

(22)

K1 = , (23)

כאשר k1 - NO + H2O; k2 - NH3 + O2.

ב-900 ההמרה הקטליטית של אמוניה למוצרים סופיים מגיעה ל-100%, כלומר התהליך הוא כמעט בלתי הפיך.

עם זאת, משוואות (14-16) אינן משקפות את המנגנון בפועל של התהליך, שכן במקרה זה תשע מולקולות יצטרכו להתנגש בו-זמנית בתגובה (14); בתגובה (16) - שבע מולקולות. זה כמעט לא ייאמן.

הוצעו מספר מנגנונים של חמצון אמוניה על זרזים. ההבדלים ברעיונות לגבי המנגנונים הם כדלקמן:

1) היווצרות NO ו-N2 באמצעות תווך על הזרז;

2) היווצרות NO מתרחשת על הזרז, והיווצרות N2 על הזרז ובנפח הגז.

בהתבסס על האמור לעיל (על קבוע שיווי המשקל ומנגנוני החמצון), ניתן לקבוע שהזרז הנבחר חייב להיות בעל פעילות גבוהה (קצב תגובה גבוה וזמן מגע קצר: ככל שהוא עולה, ההסתברות להיווצרות N2 עולה) וסלקטיביות ביחס לתגובה (14).

בין מספר מנגנונים שהוצעו על ידי מדענים שלנו ומדענים זרים, המנגנון המוצע על ידי L.K. Androsov, G.K. בורסקוב, ד.א. אפשטיין.

ניתן להציג את המנגנון שלב אחר שלב באופן הבא:

שלב 1 - חמצון משטח הפלטינה. נוצר קומפלקס זרז חמצן מי חמצן (איור 1).

איור 1 - מבנה קומפלקס זרז חמצן-פרוקסיד

שלב - דיפוזיה וספיחה של אמוניה על פני פלטינה מכוסה בחמצן. נוצר קומפלקס זרז-חמצן-אמוניה (איור 2).

איור 2 - מבנה קומפלקס זרז-חמצן-אמוניה

השלב הוא חלוקה מחדש של קשרים אלקטרוניים, שבירת קשרים ישנים וחיזוק קשרים חדשים.

שלב - ספיחה של מוצרים ודיפוזיה לזרימת הגז (מסירים תרכובות NO ו- H2O יציבות מפני השטח).

המרכזים המשוחררים סופחים שוב חמצן, מאחר וקצב הדיפוזיה של החמצן גבוה מזה של אמוניה וכו'. לדברי מדענים, חמצן הנכנס לסריג הזרז (ללא מגע פלטינה) אינו משתתף בתגובת חמצון האמוניה (הוכח בשיטה של אטומים מסומנים).

הפיכת אמוניה לחנקן, לפי I.I. ברגר וג.ק. בורסקוב, יכול להתרחש בנפח כתוצאה מתגובות של אמוניה, הן עם חמצן והן עם תחמוצת החנקן.

ישנם אזורים קינטיים, מעבר ודיפוזיה של התהליך. האזור הקינטי אופייני לטמפרטורות נמוכות: הוא מוגבל על ידי טמפרטורת ההצתה של הזרז, שבה מצוין חימום ספונטני מהיר של פני השטח שלו, כלומר, עד לטמפרטורת ההצתה, הקצב מוגבל על ידי קצב התגובה הכימית אצל איש הקשר. ב-T > Tzazh כבר הדיפוזיה שולטת בתהליך - התגובה הכימית מהירה. התהליך עובר לאזור הדיפוזיה. זה האזור הזה (600-1000 ) אופייני לתהליך אוטרמי נייח בתנאים תעשייתיים. זה מרמז על עלייה הכרחית במהירות הנפח של הגז וירידה בזמן המגע.

תגובת החמצון של אמוניה על זרזים פעילים מתחילה מוקדם יותר: על פלדיום (Pd) ב-100 , על פלטינה (Pt) ב-145 , על ברזל (Fe) ב-230 , על תחמוצות מתכת, הטמפרטורה של תחילת התגובה משתנה מאוד. במקביל, הוא מגיע לקצב ודרגת טרנספורמציה מספקים ב-T > 600.

4.2 זרזי חמצון אמוניה

כמעט כל מפעלי החומצה החנקתית משתמשים בפלטינה או בסגסוגות שלה כזרז לחמצון אמוניה.

פלטינה היא זרז יקר, אך הוא שומר על פעילות גבוהה לאורך זמן, בעל יציבות מספקת וחוזק מכני ומתחדש בקלות. לבסוף, עם צורת הרשת המודרנית של הזרז, השימוש בפלטינה מאפשר להשתמש בסוג הפשוט ביותר של מנגנון מגע. הוא נדלק בקלות, וצריכתו ליחידת ייצור זניחה.

בייצור חומצה חנקתית לא משתמשים בנשאים לפלטינה וסגסוגותיה, שכן בנוכחות נשאים פעילות הזרז יורדת מהר יחסית והתחדשותו מתקשה. במפעלים מודרניים, פלטינה עבור זרזים משמשת בצורה של רשתות. צורת הרשת יוצרת משטח זרז גדול במנגנון המגע בצריכה נמוכה יחסית של פלטינה. בדרך כלל משתמשים ברשתות שבהן קוטר החוט הוא 0.045-0.09 מ"מ עם מידות בצד התא של 0.22 מ"מ. שטח הרשתות שאינן תפוסות על ידי תיל הוא כ 50-60% משטחה הכולל. בעת שימוש בחוטים בקוטר שונה, מספר האריגים משתנה כך שהשטח הפנוי שאינו תפוס על ידי החוט נשאר בגבולות שצוינו.

במכשירי מגע הפועלים בלחץ אטמוספרי. התקן מ-2 עד 4 רשתות, בעיקר 3, ובמכשירים הפועלים בלחץ של עד 8 אטמוספירות - מ-13 עד 16 רשתות. כאשר מותקנת רשת אחת, חלק ממולקולות האמוניה אינן באות במגע עם הזרז, מה שמפחית את התפוקה של תחמוצת החנקן. בתנאים הטובים ביותר, מידת המגע יכולה להגיע ל-86-90% על רשת אחת, 95-97% על שתי רשתות, ו-98% על שלוש רשתות. כאשר עובדים בלחץ אטמוספרי, לא משתמשים ביותר מ-4 רשתות, שכן עם מספר רב של רשתות, למרות שהביצועים של מנגנון המגע גדלים, ההתנגדות לזרימת הגז עולה מאוד. רשתות צריכות להתאים זו לזו, כי אחרת, בחלל הפנוי בין הרשתות, מתרחשות מספר תגובות הומוגניות, המפחיתות את הפלט של תחמוצת החנקן.

בתהליך העבודה, רשתות פלטינה משתחררות מאוד. החוטים החלקים והמבריקים שלהם הופכים ספוגיים ומאטים, רשתות אלסטיות הופכות לשבירות. היווצרות משטח ספוגי ומשוחרר מגדילה את עובי החוטים. כל זה יוצר משטח רשת מפותח מאוד, אשר מגביר את הפעילות הקטליטית של פלטינה. רק הרעלה של הזרז עם זיהומים המגיעים עם גזים עלולה לגרום לאחר מכן לירידה בפעילותו.

התרופפות פני השטח של גזי פלטינה לאורך זמן מובילה להרס חזק של הגזה, מה שגורם לאובדן גדול של פלטינה.

פלטינה המיועדת לייצור זרז לא צריכה להכיל ברזל, שכבר ב-0.2% מפחית משמעותית את התשואה של תחמוצת חנקן.

פלטינה טהורה נהרסת במהירות בטמפרטורות גבוהות, והחלקיקים הקטנים ביותר שלה נסחפים עם זרימת הגז. מתכות אחרות מקבוצת הפלטינה בצורתן הטהורה אינן משמשות כזרזים. פלדיום מתפרק במהירות. אירידיום ורודיום אינם פעילים במיוחד. אוסמיום מתחמצן בקלות.

נחקרו ויישמו סגסוגות פלטינה, בעלות חוזק גדול יותר ופעילות לא פחותה מאשר פלטינה טהורה. בפועל משתמשים בסגסוגות של פלטינה עם אירידיום או עם רודיום ולעיתים עם פלדיום. רשתות העשויות מסגסוגת של פלטינה עם 1% אירידיום בטמפרטורות גבוהות הן פעילות יותר מאלה של פלטינה. פעילות גדולה יותר באופן משמעותי ובמיוחד חוזק מכני אופייניים לסגסוגות פלטינה-רודיום.

התשואה הטובה ביותר של תחמוצת החנקן מתקבלת כאשר עובדים על סגסוגות פלטינה, המכילות 10% רודיום. עם זאת, לאור העלות הגבוהה יותר של רודיום בהשוואה לפלטינה, תכולתו בסגסוגות מופחתת בדרך כלל ל-7-5%.

כאשר אמוניה מתחמצנת בלחץ על רשתות פלטינה-רודיום, מתקבלת תשואה גבוהה משמעותית של תחמוצת חנקן מאשר ברשתות פלטינה טהורה.

זרזי פלטינה רגישים לזיהומים מסוימים הכלולים בגז ההזנה. לפיכך, נוכחות של 0.00002% פוספין (РН3) בגז מפחיתה את מידת ההמרה ל-80%. רעלים פחות חזקים הם מימן גופרתי, אדי אצטילן, שמני סיכה, תחמוצות ברזל וחומרים אחרים. רשתות מתחדשות על ידי טיפול בהן בתמיסת חומצה הידרוכלורית 10-15% ב-60-70 מעלות צלזיוס למשך 2 שעות. לאחר מכן הרשתות נשטפות ביסודיות במים מזוקקים, מיובשות ומסוללות בלהבת מימן. במהלך הפעולה, המבנה הפיזי של הרשתות משתנה והחוזק המכני של הסגסוגת יורד, מה שמגביר את אובדן המתכת ומפחית את חיי השירות של הזרז.

4.3 הרכב תערובת הגז. תכולת אמוניה אופטימלית בתערובת האמוניה-אוויר

אוויר משמש בעיקר לחמצון אמוניה. ניתן לחשב את צריכת החמצן לחמצון אמוניה לפי תגובה (24) עם היווצרות NO באופן הבא:

NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O(24)

לפי תגובה (24), מול 1 של NH3 מהווה 1.25 מולים של O2 = , אם כן - ניתן לבטא את התוכן של NH3 באופן הבא:

איפה - כמות NH3 מעורבבת עם אוויר; 100 - הכמות הכוללת של התערובת (%).

עם זאת, זה תיאורטי. למטרות מעשיות, נעשה שימוש בעודף מסוים של חמצן, ואז ריכוז האמוניה יהיה פחות מ-14.4% (נפח).

הריכוז האופטימלי של אמוניה בתערובת האמוניה-אוויר הוא התכולה הגבוהה ביותר שבה, שבה עדיין אפשרית תפוקת NO גבוהה ביחס של O2:NH3< 2.

נצפית ירידה חדה במידת ההמרה עם ירידה ביחס של O2:NH3< 1,7 и содержании NH3 в смеси равном 11,5 % (об.). Если увеличивать соотношение O2:NH3, например, >2, שיעור ההמרה עולה באופן משמעותי.

אז הנקודה החשובה היא:

1) מצד אחד, עלייה בתכולת ה-NH3 בתערובת האמוניה-אוויר, כלומר ירידה ביחס O2:NH3, מביאה לירידה במידת ההמרה של אמוניה;

2) לעומת זאת, עם עלייה בתכולת ה-NH3 בתערובת האמוניה-אוויר, טמפרטורת המערכת עולה, מאחר ומשתחרר יותר חום בהתאם לתגובות (14-16), ודרגת ההמרה עולה, כפי שניתן לראות מטבלה 4.

טבלה 4 - תלות מידת ההמרה של אמוניה בתכולתה בתערובת אמוניה-אוויר (P = 0.65 MPa)

מטבלה 4 עולה כי עלייה בטמפרטורה מ-740 ל-830 מעלות צלזיוס ביחס של O2:NH3 בטווח של 1.6-2 משפיעה לטובה על התהליך. ביחס של O2:NH3< 1,35 лимитирующая стадия процесса - диффузия кислорода.

עודף של O2 הכרחי כדי להבטיח שפני הפלטינה יהיו תמיד מכוסים בחמצן כדי לבצע את תהליך החמצון על פי המנגנון שנחשב קודם וכדי למנוע היווצרות של N2 ו-N2O (עם חוסר חמצן). זה חייב להיות יותר מ-30%, כלומר יחס O2:NH3 > 1.62.

הרכב הגז יהיה תלוי גם בזרימת השלב השני של קבלת חומצה חנקתית (חמצון של NO)

2NO + 1.5O2 + H2O = 2HNO3(25)

זה גם דורש עודף חמצן:

1) עבור מערכות הפועלות בלחץ - 2.5%;

2) למערכות הפועלות בלחץ אטמוספרי - 5%.

התגובה הכוללת הקובעת את דרישת החמצן לייצור חומצה חנקתית כתובה כדלקמן

NH3 + 2O2 = HNO3 + H2O(26)

יש עוד נסיבה אחת, שבגללה לא רצוי להעלות את ריכוז האמוניה מעל 9.5% (כרך). במקרה זה, יש ירידה בריכוז תחמוצות החנקן במגדלי הספיגה עקב הכנסת חמצן נוסף (כלומר, NO בדילול). לפיכך, 9.5% (נפח) הוא תכולת האמוניה האופטימלית לכל שלבי קבלת חומצה חנקתית מדוללת.

אתה יכול להשתמש בחמצן במקום באוויר לחמצון. לאחר מכן, בהתאם לתגובה הכוללת (26), יש צורך להעלות את ריכוז האמוניה ל-33.3% (כרך). אולם, אמצעי בטיחות באים לידי ביטוי, שכן תערובת עם ריכוז כזה של אמוניה הופכת לנפיצה (טבלה 5).

טבלה 5 - גבולות נפץ תחתונים (LEL) ועליונים (URL) עבור תערובות אמוניה-חמצן-חנקן

עם עלייה בלחות הגז, גבולות הנפץ צרים, כלומר, ניתן להשתמש בהמרת קיטור חמצן של אמוניה.

תערובות של אמוניה עם חמצן מתלקחות בפיצוץ (Tflax = 700-800 ). בגבולות הטמפרטורה הללו, מתרחשת הצתה עצמית בכל תכולת אמוניה בתערובת אמוניה-חמצן.

תערובות אמוניה-אוויר בשימוש מעשי (ריכוז אמוניה 9.5-11.5% (נפח)) אינן חומר נפץ (טבלה 5). קיימות תלות של גבולות הנפץ של תערובת האמוניה-אוויר בתכולת האמוניה והחמצן בלחצים שונים.

עם זאת, יש לציין כי מהירות ההתפשטות של הפיצוץ נמוכה ועבור תערובת האמוניה-אוויר היא 0.3-0.5 מ"ש. כלומר, כדי לבטל את האפשרות של התפשטות פיצוץ, יש צורך ליצור מהירות גז גדולה יותר מערך זה (0.5 מ"ש). זה בדיוק מה שמושג על ידי שימוש בזרזי פלטינואידים פעילים בתהליך, כאשר זמן המגע הוא 10-4 שניות, וכתוצאה מכך, המהירות הליניארית היא יותר מ-1.5 מ"ש.

4.4 חמצון של אמוניה בלחץ

מטרת הלחץ היא:

1) הצורך להגביר את מהירות התהליך;

2) התקנות קומפקטיות.

הוכח תרמודינמית שגם בלחצים גבוהים תפוקת ה-NO קרובה ל-100%. ביצועי הממיר גדלים עם הגדלת הלחץ והגדלת מספר הרשתות של הזרז הפלטינואיד. עם עלייה בלחץ, גם טמפרטורת התהליך עולה מעל 900 . עם זאת, עם הגדלת הלחץ, על מנת להשיג רמה גבוהה של המרה NH3, יש צורך להגדיל את זמן השהייה של הגז בממיר

מה שבתורו מוביל לעלייה במספר הרשתות.

החיסרון העיקרי הוא אובדן מוגבר של זרז פלטינה (Pt) בטמפרטורות גבוהות. ניתן לבטל את החסרונות הללו (אובדן פלטינה, ירידה במידת ההמרה) על ידי פנייה לשיטת ייצור משולבת, כלומר, ביצוע תהליך של חמצון NH3 בלחץ אטמוספרי או קרוב אליו, ו-NO חמצון וספיגה בלחץ גבוה. . גישה זו מיושמת לעתים קרובות בתוכניות הטכנולוגיות של מדינות רבות. במקביל, עלויות האנרגיה למיזוג גז מעלות את העלות של חומצה חנקתית.

4.5 תנאים מיטביים לחמצון אמוניה

טֶמפֶּרָטוּרָה. התגובה של אמוניה על פלטינה מתחילה ב-145 , אך ממשיך עם תפוקת NO נמוכה ויצירת חנקן אלמנטרי בעיקר. עלייה בטמפרטורה מובילה לעלייה בתפוקת תחמוצת החנקן ולעלייה בקצב התגובה. בטווח של 700-1000 ניתן להגדיל את התשואה של NO ל-95-98%. זמן מגע בעת עליית טמפרטורה מ-650 ל-900 מופחת בערך פי חמישה (מ-5 10-4 עד 1.1 10-4 שניות). ניתן לשמור על משטר הטמפרטורה הנדרש של התהליך על ידי החום של תגובות החמצון. עבור תערובת אמוניה-אוויר יבשה המכילה 10% NH3, בשיעור המרה של 96%, עליית טמפרטורת הגז התיאורטית היא כ-705 או בערך 70 עבור כל אחוז אמוניה בתערובת הראשונית. באמצעות תערובת אמוניה-אוויר המכילה 9.5% אמוניה, ניתן, עקב ההשפעה התרמית של התגובה, להגיע לטמפרטורה של כ-600 , כדי להגדיל עוד יותר את טמפרטורת ההמרה, יש צורך בחימום מוקדם של תערובת האוויר או אמוניה-אוויר. יש לזכור כי ניתן לחמם את תערובת האמוניה-אוויר רק לטמפרטורה שאינה עולה על 150-200 בטמפרטורת גז חימום של לא יותר מ-400 . אחרת, התנתקות של אמוניה או חמצון הומוגנית שלה עם היווצרות של חנקן יסודי אפשרי.

הגבול העליון של העלייה בטמפרטורה של חמצון המגע של אמוניה נקבע על ידי אובדן זרז הפלטינה. אם עד 920 מכיוון שאובדן הפלטינה מפוצה במידה מסוימת על ידי עלייה בפעילות הזרז, הרי שמעל לטמפרטורה זו, העלייה בהפסדי הזרז עולה משמעותית על העלייה בקצב התגובה.

על פי נתוני המפעל, טמפרטורת ההמרה האופטימלית של אמוניה בלחץ אטמוספרי היא כ-800 ; על מתקנים הפועלים בלחץ של 9 atm, זה 870-900.

לַחַץ. השימוש בלחץ מוגבר בייצור חומצה חנקתית מדוללת קשור בעיקר לרצון להגביר את קצב החמצון של תחמוצת החנקן ולעיבוד החנקן הדו-חמצני שנוצר לחומצה חנקתית.

חישובים תרמודינמיים מראים שגם בלחץ מוגבר תפוקת ה-NO בשיווי המשקל קרובה ל-100%. עם זאת, רמה גבוהה של מגע במקרה זה מושגת רק עם מספר רב של גזה זרז וטמפרטורה גבוהה יותר.

לאחרונה, בתנאים תעשייתיים על זרזים רב שכבתיים עם טיהור גז יסודי וטמפרטורה של 900 הצליח להביא את מידת ההמרה של אמוניה ל-96%. בבחירת הלחץ האופטימלי, יש לקחת בחשבון שעלייה בלחץ מביאה לעלייה בהפסדי פלטינה. זה מוסבר על ידי עלייה בטמפרטורת הקטליזה, שימוש ברשתות רב שכבתיות ועלייה בהרס המכני שלהן בפעולה של מהירות גז גבוהה.

3. תכולת האמוניה בתערובת. בדרך כלל משתמשים באוויר לחמצון אמוניה, ולכן תכולת האמוניה בתערובת נקבעת לפי תכולת החמצן באוויר. ביחס סטוכיומטרי של O2:NH3 = 1.25 (תכולת אמוניה בתערובת עם אוויר היא 14.4%), התשואה של תחמוצת חנקן אינה משמעותית. כדי להגדיל את תפוקת ה-NO, נדרש עודף חמצן, ולכן תכולת האמוניה בתערובת צריכה להיות פחות מ-14.4%. בתרגול במפעל, תכולת האמוניה בתערובת נשמרת בטווח של 9.5-11.5%, המתאים ליחס O2:NH3 = 21.7.

התגובה הכוללת (26), הקובעת את הצורך בחמצן במהלך עיבוד האמוניה לחומצה חנקתית, נותנת את היחס O2:NH3 = 2, התואם לתכולת האמוניה בתערובת הראשונית של 9.5%. הדבר מצביע על כך שעלייה בריכוז האמוניה בתערובת מעל 9.5% לא תוביל בסופו של דבר לעלייה בריכוז ה-NO, שכן במקרה זה יהיה צורך להכניס אוויר נוסף למערכת הספיחה. אם משתמשים בתערובת אמוניה-חמצן כמגיבים ראשוניים, אזי, בהתאם למשוואת התגובה הכוללת, ניתן יהיה להעלות את ריכוז האמוניה בה ל-33.3%. עם זאת, השימוש בריכוז גבוה של אמוניה קשה מכיוון שתערובות כאלה הן חומר נפץ.

השפעת זיהומים. סגסוגות פלטינה רגישות לזיהומים הכלולים בתערובת האמוניה-אוויר. בנוכחות 0.0002% מימן פוספיד בתערובת הגז, מידת המרת האמוניה מופחתת ל-80%. רעל מגע פחות חזק הם מימן גופרתי, אצטילן, כלור, אדי שמן סיכה, אבק המכיל תחמוצות ברזל, תחמוצת סידן, חול וכו'.

טיהור ראשוני של גזים מגדיל את משך הזרז. עם זאת, עם הזמן, הזרז מורעל בהדרגה ותפוקת ה-NO פוחתת. כדי להסיר רעלים ומזהמים, הרשתות מתחדשות מעת לעת על ידי טיפול בהן בתמיסת חומצה הידרוכלורית של 10-15%.

5. זמן קשר. זמן המגע האופטימלי נקבע לפי קצב חמצון האמוניה. לרוב, קצב החמצון מוגדר ככמות האמוניה המחומצנת (ק"ג) ליחידת שטח (מ"ר) ליום (עוצמת הזרז). משך המגע של הגז עם הזרז, או זמן המגע, נקבע על ידי המשוואה:

כאשר t הוא זמן השהייה של הגז באזור הזרז, שניות; Vw הוא הנפח החופשי של הזרז, m3; W - מהירות נפח בתנאי מגע m3 s-1.

מידת ההמרה המקסימלית של אמוניה לחנקן תחמוצת מושגת בזמן מוגדר היטב של מגע של הגז עם הזרז. יש להתייחס לזמן המגע האופטימלי לא לזה שבו מושגת תפוקת ה-NO המקסימלית, אלא לקצר מעט יותר, שכן כלכלית משתלם לעבוד בתפוקה גבוהה יותר גם על חשבון ירידה בתפוקת המוצר. בתנאים מעשיים, זמן המגע של אמוניה עם הזרז נע בין 1 10-4 עד 2 10-4 שניות.

ערבוב אמוניה עם אוויר. ההומוגניות המלאה של תערובת האמוניה-אוויר הנכנסת לאזור המגע היא אחד התנאים העיקריים לקבלת תשואה גבוהה של תחמוצת חנקן. ערבוב טוב של גזים הוא בעל חשיבות רבה לא רק כדי להבטיח רמה גבוהה של מגע, אלא גם כדי להגן מפני סכנת פיצוץ. העיצוב והנפח של המיקסר חייבים להבטיח באופן מלא ערבוב טוב של הגז ולא לכלול החלקה של אמוניה בסילונים נפרדים על הזרז.

5. מכשירי קשר

השיפורים המורכבים והמשמעותיים ביותר הוא תכנון מנגנון המגע עצמו.

איור 3 - מנגנון מגע אוסטוולד: 1 - קולט תערובת אמוניה-אוויר; 2 - ספירלת פלטינה; 3 - חלון צפייה; 4 - קולט גז חנקן

מנגנון המגע התעשייתי הראשון היה מנגנון אוסטוולד (איור 3), המורכב משני צינורות קונצנטריים: צינור חיצוני מברזל יצוק בקוטר 100 מ"מ, מצופה אמייל מבפנים, ואחד פנימי עשוי ניקל בקוטר 65 מ"מ. תערובת האמוניה-אוויר נכנסה למכשיר מלמטה דרך הצינור החיצוני ונפלה על הזרז שנמצא בחלק העליון של הצינור הפנימי. הגזים החנקניים הופנו מטה דרך הצינור הפנימי אל הקולט, ונותרו חום לתערובת הנכנסת.

הזרז כלל רצועות של רדיד פלטינה בעובי 0.01 מ"מ וברוחב 20 מ"מ מפותלים יחד לספירלה. אחד הקלטות חלק, השני גלי עם עיקולים של 1 מ"מ. מידת המרת האמוניה הגיעה ל-90-95%, התערובת עם האוויר הכילה NH3 8% (נפח), התפוקה של המנגנון הייתה 100 ק"ג חומצה חנקתית ליום.

צורה זו של הזרז לא אפשרה להגדיל את התפוקה של המנגנון על ידי הגדלת גודלו. במנגנון אוסטוולד לא הובטחה אספקה ​​אחידה של תערובת הגז, שכן לפני הכניסה לזרז, זרימת הגז שינתה את כיוונו ב-180° ורק אז נכנסה אליו. בנוסף, התכנון של המנגנון לא אפשר הסרה מהירה של תחמוצות חנקן (II) מאזור הטמפרטורה הגבוהה.

בעיצובים הבאים של מנגנון המגע, נעשה שימוש בזרז בצורה של רשת של חוטים בקוטר של 0.06 מ"מ.

איור 4 - מנגנון המגע של אנדרייב: 1 - רשתות פלטינה; 2 - חלון צפייה

ייצור החומצה החנקתית הראשון ברוסיה צויד במנגנון המגע של אנדרייב, שהפיק 386 ק"ג של חומצה חנקתית ליום ונחשב למתקדם ביותר בעולם. המנגנון הגלילי בקוטר 300 מ"מ ובגובה 450 מ"מ היה עשוי מברזל יצוק. תערובת הגזים הגיעה מלמטה (איור 4). הרשת של זרז הפלטינה הייתה ממוקמת על פני המנגנון, באמצעו.

לשימוש בברזל יצוק לייצור מכשיר זה היו מספר חסרונות: התרחשות של תגובות לוואי, זיהום פלטינה עם אבנית. מידת ההמרה בו לא עלתה על 87%.

איור 5 - מנגנון המגע של פישר: 1 - זרבובית; 2 - רשת פלטינה; 3 - בידוד

מכשיר פישר היה עשוי מאלומיניום, קוטרו היה 1000 מ"מ, גובה 2000 מ"מ (איור 5). מלמטה, המנגנון היה מלא בטבעות רשיג פורצלן, וחלקו העליון מרופד בלבנים עקשניות. תכנון המנגנון לא סיפק אספקה ​​אחידה של תערובת האמוניה-אוויר לזרז, תפוקת התחמוצות הייתה 89-92% בטמפרטורת מגע של 700-720 מעלות צלזיוס. הפרודוקטיביות של המכשיר על אמוניה היא 600-700 ק"ג ליום. חלקיקים של לבנים עקשן, שנפלו על הזרז, הפחיתו את פעילותו.

איור 6 - מנגנון במאג: 1 - זרבובית; 2 - רשת פלטינה; 3 - חלון צפייה

המנגנון שהציע במאג (איור 6) כלל שני קונוסים קטומים המחוברים בבסיסים רחבים, שביניהם הוצבו רשתות זרז. קוטר המכשיר בחלק הרחב ביותר היה 1.1 מ' או 2.0 מ'.

תערובת האמוניה-אוויר הוכנסה למכשיר מלמטה. בתחילה, המכשיר היה עשוי מאלומיניום, ולאחר מכן החלק העליון והחם שלו היה עשוי מפלדת אל חלד. לערבוב טוב יותר של התערובת, שפכו טבעות Raschig לחלק התחתון של המנגנון.

החיסרון העיקרי של מכשירים אלה היה כיוון תערובת הגז על הזרז מלמטה, מה שהוביל לרטט הרשתות ולעלייה באובדן הפלטינה.

מחקרים על תכנון מנגנון המגע הראו כי כיוון תערובת הגז מלמעלה למטה מייצב את פעולת רשתות הזרז, מפחית את אובדן זרז פלטינה יקר, מגדיל את מידת ההמרה ב-1.0-1.5% ומאפשר השימוש בזרז דו-שלבי, שבו השלב השני משמש זרז תחמוצת שאינו פלטינה.

כאשר תערובת גז מסופקת למכשיר מלמעלה, בחלקו התחתון, ניתן להניח שכבת חומר בידוד, כמו גם סלילים של דוד קיטור ומחמם-על ללא סיכון של זיהום הזרז באבק עקשן וברזל. סוּלָם. זה מפחית את אובדן חום התגובה לסביבה.

מחקר של התפלגות הטמפרטורה על פני הזרז הראה שלקצוות הזרז הסמוכים לקירות יש טמפרטורה נמוכה יותר, בהתאם לכך, גם מידת המגע פוחתת, מה שמפחית את התשואה הכוללת של תחמוצת החנקן (II). בהקשר זה, הגיאומטריה של חלק הכניסה של מנגנון המגע היא בעלת חשיבות רבה; זה צריך להיות חרוט מתפצל בצורה חלקה עם זווית בחלק העליון של לא יותר מ 30°.

איור 7 - מכשיר פרסונס: 1 - רשת פלטינה גלילית; 2 תחתית קוורץ; 3 - חלון צפייה; 4 - בידוד

בארצות הברית נוצר מכשיר פרסונס עם סידור אנכי של רשת זרז מגולגלת בצורה של גליל ארבע שכבתי בגובה 33 ס"מ ובקוטר 29 ס"מ (איור 7). גליל הפלטינה הונח בתוך מעטפת מתכת מרופדת בלבנים עקשן, מה שהבטיח חילופי חום טובים עם הזרז החם. התפוקה של מכשיר כזה הייתה עד 1 טון אמוניה ליום, מידת ההמרה הייתה 95-96%.

היתרון של מכשיר זה הוא משטח זרז גדול בהשוואה לנפח המכשיר. החיסרון שלו הוא באספקה ​​לא אחידה של תערובת האמוניה-אוויר לזרז. יותר תערובת זורמת דרך החלק התחתון של זרז המסננת מאשר דרך החלק העליון.

נבדקו מספר מכשירים בצורות שונות: בצורת שתי המיספרות, קונוס והמיספרה עם כיוון זרימת הגז מלמטה למעלה. למכשירים אלו לא היו יתרונות מיוחדים גם כאשר התהליך בוצע עד 0.51 MPa, מידת ההמרה לא עלתה על 90%.

איור 8 - מנגנון Dupont: 1 - רשתות פלטינה; 2 - פומפיה; 3 - מעיל מים

בעת ביצוע התהליך בלחץ מוגבר, מכשיר ה-DuPont (איור 8) הפך לנפוץ, המורכב מקונוסים: העליון עשוי ניקל והתחתון עשוי פלדה עמידה בחום. המארז התחתון סופק עם מעיל מים לקירור. הזרז המונח על השבכה עשוי בצורה של חבילה של רשתות מלבניות.

כעת בכל העולם הם מתכננים ובונים יחידות לייצור חומצה חנקתית מדוללת עם קיבולת יחידה גדולה - עד 400-600 טון לשנה. התקני מגע עם שכבות שטוחות של רשתות או שכבת חומר גרגירי הממוקמת על פני זרימת הגז עבור יחידות כאלה צריכים להיות בעלי קוטר גדול של עד 5-7 מ'. עם זאת, עם עלייה בקוטר המכשיר, האחידות של חלוקת תערובת האמוניה-אוויר על פני החתך של המכשיר מחמירה, צריכת המתכת ליחידת פרודוקטיביות עולה, הקשיים באיטום מפרקי אוגן גדלים. מכשירים בקטרים ​​גדולים (מעל 4 מ') אינם ניתנים להובלה ברכבת, ייצורם באתר המפעל קשור בקשיים חמורים.

בהקשר זה, המבטיח ביותר הוא ממיר עם זרימה רדיאלית של תערובת הגז דרך הזרז, עשוי בצורה של גליל או חרוט. עם סידור כזה של הזרז, ניתן, מבלי לשנות את קוטר המנגנון, להגדיל את גובהו ובהתאם לכך, את התפוקה שלו.

העיצובים של מכשירים עם סידור גלילי של הזרז ידועים מזה זמן רב (מכשירי פרסונס), אך עם עלייה בתפוקה שלהם מ-4.5 ק"ג לשעה ל-14.3 ט' לשעה של אמוניה, התעוררו בעיות בחלוקת הגז. זרימות תערובת, חילופי חום, הצמדת זרז וכו'.

איור 9 - המנגנון המשופר של פרסונס: 1 - גוף; 2 - כיסויים; 3 - אספן נוזל קירור; 4 - מכשיר תמיכה; 5 - התאמה לתפוקה של גזים חנקניים; 6 - רשתות זרז; 7 - תעלות לקירור; 8 - תעלות לגזים

אחד המכשירים החדשים הוא מכשיר פרסונס המשופר (איור 9). הוא מורכב מגוף עם כיסויים, אביזרים לכניסת תערובת האמוניה-אוויר והפלט של גזים חנקניים. הזרז הוא רשתות פלטינה המסודרות אנכית לאורך המשטח הגלילי ומקובעות מתחת למכסים. הרשתות נמתחות על מתקן תומך קרמי, בעל תעלות אופקיות לאספקת תערובת האמוניה-אוויר לרשתות המגע ותעלות אנכיות לאספקת נוזל קירור. החיסרון של מכשיר תמיכה כזה הוא חלוקת הגז הנכנס לזרז בצורה של סילונים נפרדים, וכתוצאה מכך אזור הזרז אינו פועל לחלוטין.

איור 10 - מכשיר מגע עם זרימת גז רדיאלית: 1 - גוף; 2 - כיסוי; 3 - מערכת של אלמנטים תומכים; 4 - זרז; 5 - סריג; 6 - תחתית עיוורת

מוצע מכשיר עם זרימת גז רדיאלית (איור 10), המורכב מגוף 1 ומכסה עם אביזר להחדרת תערובת אמוניה-אוויר. בחלק התחתון של המארז קיים מתקן להחדרת גזים חנקניים. גזי זרז בצורת גליל וחרוט מסודרים אנכית. עם זאת, מכשיר זה גם אינו מספק אספקה ​​אחידה של גזים לזרז.

איור 11 - התקן מגע עם זרז גרגירי: גוף גלילי אחד; 2 - מכסים עם חור מרכזי; 3, 4 - רשתות הפצה מחוררות גליליות קואקסיאליות; 5 - תחתית טבעתית; 6 - חיבור לשקע

מוצע מנגנון עם זרימת גז רדיאלית וזרז גרגירי. כזרזים, משתמשים במתכות פלטינה המופקדות על נשא או טבליות של זרז שאינו פלטינה (איור 11).

המתקן באיור 11 מורכב מגוף גלילי 1, שבחלקו העליון מוכנסת תערובת אמוניה-אוויר, ובחלקו התחתון מוסרים גזים חנקניים. בפנים ישנן שתי רשתות חלוקה מחוררות גליליות קואקסיאליות 3 ו-4, ביניהן מונחת שכבה של זרז גרגירי 7. התאמה 6.

תערובת האמוניה-אוויר בכניסה למכשיר מחולקת לשני זרמים. החלק העיקרי עובר לתוך הרווח הטבעתי בין קירות הדיור לגליל ההפצה החיצוני ונכנס בצורה רדיאלית על הזרז. החלק השני, הקטן יותר, עובר דרך החור במכסה ונכנס לזרז לאורך הציר. חלוקה אחידה של תערובת הגז בזרז אינה מובטחת.

החיסרון של עיצובים אלה הוא התחממות יתר של תערובת האמוניה-אוויר מעל 200 ליד קרקעית עיוורת עקב ירידה במהירות הגז לאפס. התחממות יתר של הגז גורמת להתחממות יתר של גיזות הזרז ולשחיקה מוגברת שלהן.

איור 12 - מכשיר עם זרז בצורת חרוט: 1 - חולצה לחימום גז; 2 - זרז; 3 - התקן צינור תמיכה; 4 - מעיל מים

המתקן (איור 12) מכיל זרז בצורת מספר שכבות של רשת פלטינה, המרותכות מחתיכות בצורת משולש לקונוס עם זווית קודקוד של כ-60°. חבילת הרשת מבוססת על מבנה המורכב מ-6-12 צינורות לאורך הגנרטריקס של החרוט, שדרכו עובר נוזל הקירור. לצורה זו של זרז יש משטח ספציפי גדול (ביחס לנפח המנגנון) בהשוואה לזרז שטוח הממוקם על פני זרימת הגז. עם זאת, בהשוואה לזרז גלילי, שטח הפנים הספציפי שלו קטן יותר.

איור 13 - מכשיר מגע לחמצון אמוניה בלחץ גבוה: 1 - דיור; 2 - חרוט פנימי; 3 - מיתוג; 4 - מצת; 5 - רשתות זרז; 6 - מחמם-על; 7 - חבילות דודי קיטור; 8 - חסכן

איור 13 מציג מכשיר מגע לחמצון אמוניה בלחץ של 0.71 MPa. המנגנון מורכב משני קונוסים המוכנסים זה לזה. תערובת האמוניה-אוויר נכנסת מלמטה אל החלל שבין החרוט הפנימי והחיצוני, עולה ומשם יורדת למטה החרוט הפנימי. בדרך לזרז הפלטינה, העשוי בצורה של רשתות, התערובת מעורבבת היטב במתקן ההפצה של טבעות הרשיג.

כדי למדוד את הטמפרטורות של תערובת הגז הנכנסת ותהליך ההמרה, המכשיר מצויד בצמדים תרמיים: ארבעה לפני הזרז וארבעה אחריו. עבור דגימת גז, יש צינורות דגימת אדים: ארבעה לפני הזרז וארבעה אחריו. הזרז מוצת בתערובת חנקנית-מימן המסופקת באמצעות מבער סיבובי (מצית).

איור 14 - מכשיר מגע של Grand Paroiss: 1 - מארז; 2 סריג; 3 - זרז פלטינה; 4 - רשת משוריינת; 5 - שכבת טבעות; 6 צלחת מחוררת; 7 - מחמם-על; 8 - דוד פסולת חום

בין המכשירים הפועלים בלחץ ממוצע של 0.40-0.50 MPa, מעניין את המנגנון של חברת Grande Paroiss, העשוי מנירוסטה (איור 14). הוא מורכב מגוף, סגור מלמעלה במכסה אליפטי, עם צינור כניסה להחדרת תערובת גז. מתחת לכיסוי יש קונוס מחורר, ואז בפל. מעל רשתות הפלטינה ממוקמת רשת חלוקה, עליה מונחת שכבה של שש רשתות המשמשות כבולם לפעימות מהירות הזרימה. החיסרון של המכשיר הוא נוכחותם של אזורים עומדים באזור הטמפרטורות הגבוהות של הזרז, שבהם האמוניה הנכנסת יכולה להתפרק.

6. בחירה ותיאור של התכנית הטכנולוגית לייצור חומצה חנקנית לא מרוכזת

בהתאם לתנאי תהליך הייצור, נבדלים הסוגים הבאים של מערכות חומצה חנקתית:

2) מערכות הפועלות בלחץ גבוה (4-8 atm);

3) מערכות משולבות שבהן חמצון האמוניה מתבצע בלחץ נמוך יותר, וספיגת תחמוצות - בלחץ גבוה יותר.

שקול את התוכניות הטכנולוגיות הללו.

1) מערכות הפועלות בלחץ אטמוספרי;

איור 15 - תכנית המתקן לייצור חומצה חנקתית מדוללת בלחץ אטמוספרי: 1 - מקרצף מים; 2 - מסנן בד; 3 - מאוורר אמוניה-אוויר; 4 - מסנן קרטון; 5 - ממיר; 6 - דוד שחזור קיטור; 7 - מקרר מהיר; 8 - מקרר-קבל; 9 - מאוורר לגזים חנקניים; 10 - מגדלי קליטה; 11 - מגדל חמצון; 12 - מגדל לספיגת תחמוצות חנקן על ידי אלקליים; 13 - מקרר חומצה; 14, 15 - משאבות

מערכות אלו (איור 15) אינן פועלות עוד עקב נפח הציוד (מספר רב של מגדלי ספיגה חומציים ואלקליים), תפוקה נמוכה והצטברות של כמות מסוימת של כלור, אשר במערכות ספיגה של חומצה ואלקליין. יש השפעה קורוזיבית חזקה על הציוד, אשר כל הזמן צריך להיות מוחלף, וזה מוביל לעלויות כלכליות גדולות.

2) מערכות משולבות;

איור 16 - השגת חומצה חנקתית בשיטה משולבת: 1 - מקרר מהיר; 2 - מקרר; 3 - מנוע מגדש טורבו; 4 - מפחית; 5 - טורבו מדחס של גזים חנקניים; 6 - טורבינה להשקיה של גזי פליטה; 7 - מחמצן; 8 - מחליף חום; 9 - מקרר-קבל; 10 - עמודת ספיגה; 11 - שסתום חומצה; 12 - אספן קונדנסט; 13, 14 - קולטי חומצה חנקתית

היתרונות העיקריים של תכנית זו הם:

1. מערכות אלו (איור 16) פועלות ללא צריכת אנרגיה חיצונית, שכן די בחום של חמצון אמוניה וחמצון תחמוצת חנקן כדי לקבל אנרגיה לדחיסת אוויר וגזים חנקניים ללחצים הנדרשים;

2. קומפקטיות הציוד.

3. הפריון של יחידות כאלה הוא 1360 טון ליום.

החסרונות של התוכנית:

החיסרון העיקרי של תכנית זו הוא שכאשר אמוניה מתחמצנת בלחץ של 9 אטמוספירות, מידת ההמרה נמוכה ב-2-3% מאשר בלחץ אטמוספרי, והאובדן של זרז הפלטינה גדול פי 2-3. לפיכך, תהליך זה מועיל יותר לביצוע בלחץ אטמוספרי. אבל עבור חנויות מודרניות חזקות המייצרות חומצה חנקתית, במקרה זה, יידרש מספר רב של מכשירים בגודל גדול, וכתוצאה מכך, עלייה בעלות עבודות הבנייה וההתקנה. שיקולים אלו מחייבים לפנות להגברת הלחץ בתהליך המרת האמוניה. בהקשר זה, לחץ של כ-2.5 אטמוספירות מקובל, שכן נפח המכשיר מצטמצם בפקטור של 2.5 בהשוואה לנפח במערכות הפועלות בלחץ אטמוספרי, עם הפסדים מתונים של אמוניה וזרז.

3) מערכות הפועלות בלחץ גבוה.

יתרונות המעגל (איור 17):

1. היחידה קומפקטית, כל המכשירים ניתנים להובלה. מחזור החשמל של היחידה הוא אוטונומי, וכאשר הייצור הכימי כבוי, נשאר בפעולה עד לכיבויו מלוח הבקרה. זה מאפשר לך להפעיל במהירות את היחידה במקרה של כיבוי בשוגג של התהליך הכימי. השליטה ביחידה במצב ההפעלה היא אוטומטית.

2. העלות בפועל ועוצמת האנרגיה של חומצה חנקתית, המיוצרת על יחידות של לחץ בודד של 0.716 MPa, נותרה הנמוכה ביותר בהשוואה ליחידת AK-72 וליחידה הפועלת לפי התוכנית המשולבת.

3. במקום דוד חום פסולת, מותקן מחליף חום בטמפרטורה גבוהה מאחורי מנגנון המגע לחימום גזי הפליטה בחזית הטורבינה עד 1120 K. במקביל, עקב הגדלת הספק של הטורבינה. בטורבינת גז, תפוקת החשמל גדלה ב-274 בהשוואה ליחידת AK-72.

4. בתכנית, מותקן תא בעירה מופעל כל הזמן במקביל למנגנון הטכנולוגי, המאפשר להפוך את פעולת יחידת המכונה לבלתי תלויה בקו הייצור, כמו גם להבטיח מעבר חלק מהפעולה של המכונה במצב סרק לפעולה של המכונה כשהתהליך הטכנולוגי מופעל.

החסרונות של התוכנית:

1. התהליך מתנהל בטמפרטורות גבוהות ביחידה, מה שמציב עומסים גדולים מאוד על זרז הפלדיום והוא נכשל. על פי הספרות, ההפסדים הספציפיים הבלתי ניתנים לשחזור לכל טון חומצה חנקתית הם 40-45 מ"ג לתהליך בלחץ אטמוספרי, 100 מ"ג ב-0.3-1.6 MPa ו-130-180 מ"ג ב-0.7-0.9 MPa. כלומר, אובדן הפלטינה במפעלים הפועלים בלחץ עולה עקב טמפרטורות קטליזה גבוהות יותר בהשוואה לטמפרטורה במפעלים הפועלים בלחץ אטמוספרי.

2. דרושה רמה גבוהה מאוד של טיהור אוויר לפני הכניסה לטורבינת הגז, שכן ניתן להפחית את קיבולת האוויר של המדחס בעד 10% וביעילות עד 6%.

בפרויקט הקורס הזה, נשקל בפירוט תכנית לייצור חומצה חנקתית בלחץ עם מדחס המונע על ידי טורבינת גז (איור 17).

כושר הייצור של חומצה חנקתית על פי התוכנית הפועלת בלחץ של 0.716 MPa נקבעת על פי מספר היחידות. הקיבולת של יחידה אחת היא 120 אלף טון לשנה (100% HNO3). מספר היחידות בתכנית נקבע על פי הצורך בחנויות לעיבוד חומצה חנקתית.

בכל יחידה מתבצעים: הכנת תערובת האמוניה-אוויר (ניקוי ודחיסת אוויר, אידוי אמוניה נוזלית, טיהור אמוניה גזית ותערובת אמוניה-אוויר); המרת אמוניה; ניצול חום היווצרות תחמוצות חנקן; קירור של גזים חנקניים; השגת חומצה חנקתית; חימום מחוץ לגז; טיהור מתחמוצות חנקן והשבת אנרגיית הגז בטורבינת הגז ובדוד חום הפסולת.

בנוסף, התוכנית כוללת יחידות להכנת מי הזנה להזנת דודי פסולת חום, קירור עיבוי או מים ממוזערים להשקיית עמודי ספיגה, הפחתת קיטור לפרמטרים הנדרשים, אחסון החומצה החנקתית שנוצרת והפצתה לצרכנים.

איור 17 - תרשים של ייצור חומצה חנקתית בלחץ עם הנע מדחס מטורבינת גז: 1 - מסנן אוויר; 2 - מגדש טורבו של השלב הראשון; 3 - מקרר ביניים; 4 - מגדש טורבו של השלב השני; 5 - טורבינת גז; 6 - תיבת הילוכים; 7 - מנוע-גנרטור; 8 - דוד אוויר; 9 - מערבל אמוניה עם אוויר; 10 - דוד אוויר; 11 - מסנן נקבובי; 12 - ממיר; 13 - דוד חום פסולת; 14 - כלי לחמצון של גזים חנקניים; 15 - מקרר - מעבה; 16 - עמודת ספיגה; 17 - ממיר; 18 - דוד פסולת חום

אוויר אטמוספרי נשאב פנימה דרך מסנן 1 על ידי מגדש הטורבו של שלב 2 הראשון ונדחס ל-0.2-0.35 MPa. בגלל הדחיסה, האוויר מחומם ל-175 . לאחר התקררות ל-30-45 במקרר 3, האוויר נכנס למגדש הטורבו של שלב 4, שם הוא נדחס ללחץ סופי של 0.73 MPa ומחומם ל-125-135 . חימום אוויר נוסף עד 270 מתרחשת במחמם 8 עקב החום של גזים חנקניים חמים היוצאים מהממיר. אוויר חם נכנס יותר לתוך המיקסר 9.

אמוניה בלחץ של 1.0-1.2 MPa מחוממת ל-150 במחמם 10 עם אדי מים ונכנס למיקסר 9, שם הוא מתערבב עם אוויר. תערובת האמוניה-אוויר המתקבלת, המכילה 10-12% NH3, מסוננת במסנן הפורוליט 11 ונכנסת לממיר 12, שם על זרז פלטינה-רודיום בטמפרטורה של 890-900 אמוניה מתחמצנת לתחמוצת חנקן. חום הגזים היוצאים מהממיר משמש בדוד חום הפסולת 13 להפקת קיטור, בעוד הגזים מקוררים ל-260.

לאחר מכן, הגזים עוברים דרך מסנן ללכידת פלטינה, הממוקם בחלקו העליון של הכלי הריק 14. בכלי 14 מתחמצן NO ל-NO2 (דרגת חמצון 80%), וכתוצאה מכך תערובת הגז מתחממת ל 300-310 ונכנס למחמם האוויר 8, שם הוא מקורר ל-175 . שימוש נוסף בחום של גזים חנקניים הופך ללא רווחי, ולכן הם מקוררים במים במקרר 16 עד 50-55 . במקביל לקירור הגז במקרר 16 מתבצע עיבוי אדי מים ויצירת חומצה חנקתית כתוצאה מאינטראקציה של מים עם חנקן דו חמצני. ריכוז החומצה המתקבלת אינו עולה על 52% HNO3, התשואה היא כ-50% מהקיבולת הכוללת של המפעל.

מהמצנן 15, גזים חנקניים נכנסים לעמוד הספיגה 16 עם לוחות מסננת, כאשר NO2 נספג במים ליצירת חומצה חנקתית (ריכוז עד 55%). על הלוחות של עמוד הקליטה מונחים 16 סלילים (אלמנטים לקירור), שדרכם מסתובבים מים להסרת חום המשתחרר במהלך היווצרות חומצה חנקתית.

כדי לנקות את גזי הפליטה מתחמוצות חנקן, הם מחוממים ל-370-420 מעלות צלזיוס, מתווספת להם כמות קטנה של גז טבעי ונשלחת לממיר (כור) 17. כאן, בנוכחות זרז פלדיום, התגובות הבאות מתרחשות:

CH4 + O2 2CO + 4H2 + Q (27)

2NO2 + 4H2 = N2 + 4H2O + Q(28)

2NO + 2H2 = N2 + 2H2O + Q(29)

מכיוון שתגובות אלו מתרחשות עם שחרור חום, טמפרטורת הגזים עולה ל-700-730 . גזים אלו נכנסים לטורבינה 5 בלחץ של 0.5-0.6 MPa, המניע את מגדשי הטורבו 2 ו-4, הדוחסים את האוויר. לאחר מכן, גזים בטמפרטורה של כ-400 להיכנס לדוד הפסולת 19, המקבלים קיטור בלחץ נמוך.

מגדשי טורבו של השלב הראשון והשני 2 ו-4, כמו גם טורבינת גז 5 הם יחידה אחת. הטורבינה של שלב ראשון 2 וטורבינת הגז 5 ממוקמות על פיר משותף ומחוברים באמצעות תיבת הילוכים 6 לטורבינה של שלב 4 ולמנוע חשמלי 7. יחידה זו מאפשרת לך להשתמש בחלק הארי של האנרגיה בילה על דחיסת אוויר, ובכך להפחית משמעותית את צריכת החשמל.

7. חישוב מאזן החומרים והתרמיות של הכור

7.1 חישוב מאזן החומרים של הכור

1) חשב את נפח האוויר הנדרש:

2) נפחים המסופקים עם אוויר, nm3:

א) אדי מים

ב) אוויר יבש

3) חשב את נפחי החמצן, החנקן והארגון המגיעים עם האוויר, על סמך אחוזם באוויר

מצא את הנפחים שנוצרו על ידי תגובה (14), ננומטר³ /h:

א) תחמוצת חנקן

ב) אדי מים

5) קבע את הנפחים הנוצרים בתגובה (15), ננומטר³ /h:

ב) אדי מים

ג) חמצן הנצרך במהלך תגובה זו

6) אנו מחשבים את הנפחים בגז לאחר חמצון של אמוניה, ננומטר³ /h:

א) חמצן

ג) ארגון

ד) אדי מים

7) ניתן לחשב את מאזן החומרים בפועל אם מחושבים מחדש את נפחי הזרימות בכניסה למנגנון המגע וביציאתו למסה, תוך הקפדה על איזון החומרים.

הבה נמלא את הטבלה עבור מאזן החומרים (טבלה 6).

טבלה 6

רכיב תזרים הכנסה כמות רכיב כמות ק"ג/מ"מ ³ /hkg/hm ³ /hNH34477,6795900NO7348,6615487O215608,57110926O25367,8573757.5N250729,69140583,755N250987,816245106אר,29140583,755N250987,81624510950,816245109605,81625150969,816245109,81624510969,8162451506969 2 0H2O1827.022273.625H2O8938.62711123.625סה"כ73572.07760203.68סה"כ73570.96161678.38

אי התאמה של איזון

7.2 חישוב מאזן החום של הכור

הבה נמצא את הטמפרטורה tx שאליה יש צורך לחמם את תערובת האמוניה-אוויר כדי להבטיח את האופי האוטו-תרמי של תהליך חמצון האמוניה.

1) חשב את הנפח הכולל של תערובת האמוניה-אוויר

) קבעו את ריכוז מרכיבי תערובת האמוניה-אוויר,% (נפח):

א) אמוניה

ב) אוויר יבש

ג) אדי מים

3) חשב את קיבולת החום הממוצעת של תערובת האמוניה-אוויר

Cav = 0.01 (35.8 Pam + 28.7 Psv + 32.6 PN2O) (59)

Сav = 0.01 (35.8 9.8 + 28.7 86.4 + 32.6 3.8) = 29.544 kJ/(קמול K),

שבו 35.8; 28.7 ו- 32.6 - יכולות חום של אמוניה, אוויר יבש ואדי מים, kJ/(kmol K).

) קבעו את החום המוכנס מתערובת האמוניה-אוויר

) אנו מחשבים את החום המשתחרר במהלך התגובה (14) ו-(16)

או 17030 קילוואט, כאשר 905800 ו-126660 הם החום המשתחרר במהלך היווצרות תחמוצת חנקן וחנקן לפי תגובות (14) ו-(16).

מצא את הנפח הכולל של גז חנקני הנכנס לדוד חום הפסולת

7) קבע את הריכוז של מרכיבי הגז החנקני,% (נפח):

א) תחמוצת חנקן

ב) חמצן

ג) ארגון

ה) אדי מים

8) חשב את קיבולת החום הממוצעת של גז חנקני:

Snav = 0.01(31.68 PNO + 32.3 P2 + 20.78 Steam 30.8 PN2 + 37.4 Pvod 3(68)

Sav=0.01(31.68 8.9+32.3 6.1+20.78 0.84+30.8 66.1+37.4 18.0) = 32.17 kJ/(kmol K)

שבו 31.68; 32.3; 20.78; 30.8 ו-37.4 הם יכולות החום של רכיבי הגז החנקני בטמפרטורה של 900, kJ/(קמול K).

9) לחימום בקיטור מ-198 עד 250 במחמם-על יש צורך להסיר את החום:

1880 קילוואט, כאשר 800 10 ³ ו-1082 10 ³ J/kg - אנטלפיות ספציפיות של קיטור מחומם בטמפרטורות של 198 ו-250 ולחצים של 1.5 MPa ו-3.98 MPa.

10) הטמפרטורה של גזים חנקניים ביציאה של מנגנון המגע נקבעת ממשוואת מאזן החום עבור סעיף זה:

6768 106 = 64631 1.66 10³(900 - t2)

11) אנו מחשבים את החום הנישא על ידי גזים חנקניים. שקול את המקרה כאשר מנגנון המגע ודוד חום הפסולת מותקנים כמכשיר יחיד:

12) קבע את אובדן החום לסביבה

משווים את קלט החום לקצב הזרימה, אנו מרכיבים את משוואת מאזן החום ופותרים אותה ביחס ל-tx:

מלא את הטבלה לאיזון חום (טבלה 7).

טבלה 7

קלט, kWConsumption, kWHeat המוכנס על ידי תערובת האמוניה-אוויר6369.2חום לחימום אדי מים במחמם-על1880חום הנסחף על-ידי גזים חנקניים20584.3חום המשתחרר במהלך התגובה (14) ו-(16)17030.6הפסדים לסביבה923329סה"כ923329סה"כ.

אי התאמה במאזן:

8. בטיחות וסביבה תעשייתית

כדי להבטיח אופן פעולה בטוח בייצור חומצה חנקתית לא מרוכזת בלחץ גבוה, יש צורך בעמידה קפדנית בתקנות הטכנולוגיות, הוראות הגנת העבודה למקומות עבודה, הוראות הגנת העבודה והבטיחות התעשייתית של המחלקה, הנחיות עבור סוגים מסוימים של עבודה.

אנשי השירות רשאים לעבוד בבגדי העבודה ובנעלי הבטיחות שנקבעו בנורמות, הם מחויבים להחזיק עמם ציוד מגן אישי בר שירות. יש לבדוק ציוד מגן (מסיכת גז בודדת) בכל משמרת לפני תחילת העבודה.

אנשים המשרתים את המנגנונים חייבים להכיר את הכללים של Gosgortekhnadzor הקשורים לציוד המטופל. אנשים המשרתים ציוד פיקוח על דוודים - כללי פיקוח על דוודים.

למנוע הפרות של המשטר הטכנולוגי הרגיל בכל שלבי התהליך.

בצע עבודה רק על ציוד בר שירות, המצויד בכל מכשירי הבטיחות הדרושים ומתפקדים כהלכה, מכשירי מכשור ובקרה, אזעקות ומנעולים.

בעת מסירת ציוד ותקשורת לתיקון, בהם מתאפשרת הצטברות אמוניה, יש לטהר את הציוד והתקשורת בחנקן עד שלא יהיו חומרי בעירה בחנקן הטיהור.

לפני מילוי המכשירים והתקשורת באמוניה לאחר תיקונם, טהר בחנקן עד שתכולת החמצן בחנקן הטיהור לא תעלה על 3.0% (נפח).

אין לאפשר תיקון של תקשורת, אביזרים, ציוד תחת לחץ. יש לבצע תיקונים לאחר הורדת לחץ וסגירת האזור המתוקן באמצעות פקקים. יש לפוצץ או לשטוף ציוד, תקשורת שיש לתקן.

כדי למנוע זעזועים הידראוליים, אספקת קיטור לצינורות קיטור קרים באיטיות, תוך הבטחת חימום מספק עם פריקת עיבוי לכל אורך הצינור. יציאת קיטור יבש מהניקוז מעידה על חימום מספק של הצינור.

אין להפעיל ציוד חשמלי עם הארקה פגומה.

אין לאפשר תיקון של ציוד עם כונן חשמלי, מבלי להסיר את המתח מהמנועים החשמליים.

תיקון והתאמה של מכשירי בקרה ומדידה וציוד חשמלי יש לבצע רק על ידי שירותי מחלקת מפעיל המכשיר הראשי והחשמלאים.

אסור להשתמש באש גלויה במתקני ייצור ואחסנה: העישון מותר במקומות המיועדים למטרות אלו.

כל החלקים המסתובבים של הציוד (חצאי צימוד), אימפלרים של מאווררים מסתובבים, על פירי מנועים חשמליים חייבים להיות מהודקים היטב ומגודרים, וצבועים באדום.

חיבורי אוגן של קווי חומצה חייבים להיות מוגנים על ידי כיסויי הגנה.

הידוק ברגים של חיבורי אוגן של צינורות, כמו גם עבודה על ציוד תחת לחץ, אסור.

מכשירים הפועלים בלחץ חייבים לעמוד בדרישות המפורטות במפרטים הטכניים ובכללים לתכנון והפעלה בטוחה של כלי שיט ותקשורת הפועלים בלחץ.

יש לבצע עבודות בכלים סגורים בנוכחות אישור עבודה לביצוע עבודות מסוכנות בגז.

האוורור חייב להיות במצב טוב ולהיות בפעולה מתמדת.

תחזוקת מנגנוני הרמה, מכלי לחץ מתבצעת רק על ידי אנשים שהוכשרו במיוחד ובעלי תעודה מיוחדת.

אין להתערב בגישות לארונות חירום, גלאי אש, טלפונים, ציוד כיבוי אש בחפצים זרים, יש לשמור עליהם נקיים ובמצב תקין.

פתחים פתוחים בתקרות, במות, שבילים צריכים להיות בעלי גדרות בגובה 1 מ'. בתחתית הגדר צריכה להיות צד או פס מגן בגובה 15 ס"מ.

כל מערכות המכשור והאוטומציה והחסימה חייבות להיות תקינות.

כדי למנוע שקיעת מלחי ניטריט-חנקה על המשטחים הפנימיים של מכשירים וצינורות, להבי רוטור, קירות של מדחסי גז חנקניים וחלקים ומתקנים אחרים, למנוע הצתה ממושכת של מכשירי מגע (יותר מ-20 דקות), ולהוריד את טמפרטורת הזרז. גזה, קרע אותם, מה שמוביל להחלקות של אמוניה , הפסקת השקיה של משטחים, מה שמוביל לתצהיר של מלחי ניטריט-חנקה.

בצע בזמן ניגוב, ניקוי ציוד משפכים של מוצרי תהליך, מילוי שמן בארכובה למשאבה.

יש לגדר מקומות עבודה לתיקון ועבודות אחרות ומעברים אליהם בגובה 1.3 מ' ומעלה.

אם זה בלתי אפשרי או לא כדאי להתקין גדרות לעבודה בגובה של 1.3 מ' ומעלה, כמו גם בעבודה מסולם בגובה של יותר מ-1.3 מ', יש צורך להשתמש בחגורות בטיחות, במקום של בעבודה חייבים להיות עובדי עזר שמוכנים לסייע לעובד. מקום ההידוק של הקרבינר נקבע על ידי ראש העבודה.

חגורות בטיחות נבדקות לפני ההפעלה, כמו גם במהלך הפעולה כל 6 חודשים. יש לתייג את חגורת הבטיחות עם מספר הרישום ותאריך הבדיקה הבאה.

בעבודה עם חומצה חנקתית (דגימה, בדיקת תקשורת, התחלת ייצור משאבות חומצה וכו'), יש צורך להשתמש בהגנה אישית על מערכת הנשימה והעיניים (מסיכת גז סינון עם קופסת מותג M, משקפי מגן עם מסכת חצי גומי או מגן מגן עשוי פרספקס, או קסדת מסיכת גז), כפפות גומי חסינות חומצה, ביגוד מיוחד חסין חומצה.

אם מתגלים תקלות בתפעול הציוד, פגמים בתומכים, קירות וכדומה. להודיע ​​בזמן לראש המחלקה, מכונאי החנות. במידת הצורך, עצור את הציוד והכין אותו למשלוח לתיקון.

בכל עצירה של היחידה לתיקון, פתח את הפתח התחתון של המחמצן, ובנוכחות מלחי אמוניום על רשת החלוקה, לאורך הקירות והתחתית, אדים אותו בקיטור חי, רוקנו את הקונדנסט.

עבודה עם קיטור, עיבוי קיטור צריך להתבצע בסרבלים, הנעלה, כפפות.

למניעת הרעלות תעסוקתיות ומחלות במחלקה, יש להקפיד על הדרישות הסניטריות וההיגייניות הבאות:

א) טמפרטורת האוויר צריכה להיות:

23- תקופת מעבר ותקופת חורף;

18-27 - תקופת קיץ.

ב) לחות אוויר יחסית:

בקיץ - לא יותר מ-75%;

בחורף - לא יותר מ-65%.

ג) רעש - לא יותר מ-65 dBA בתאים אטומים לרעש, במקומות אחרים לא יותר מ-80 dBA;

ד) רטט - לא יותר מ-75 dB בתאים אטומים לרעש, בחדרי מנועים ומגע לא יותר מ-92 dB;

ה) תאורה של מקומות עבודה:

דוכנים אטומים לרעש - לפחות 200 לוקס;

באתרי עמודי הקליטה - לפחות 50 לוקס;

בחדרי המנוע והמגע - לפחות 75 לוקס.

ו) הריכוז המרבי המותר של חומרים מזיקים באוויר של אזור העבודה של המקום:

אמוניה - לא יותר מ-20 מ"ג/מ"ק;

תחמוצות חנקן - לא יותר מ-5 מ"ג/מ"ק.

בנוסף למסכות גז בודדות, למחלקה אספקת חירום של מסכות גז מסננות ובידוד.

מסכות גז לשעת חירום מאוחסנות בארונות חירום.

סיכום

במסגרת עבודת הקורס תוכנן כור לחמצון קטליטי של אמוניה לייצור תחמוצות חנקן בייצור חומצה חנקתית לא מרוכזת.

נשקלו היסודות הפיזיים והכימיים של התהליך. ניתנים המאפיינים של חומר הגלם הראשוני והמוצר המוגמר.

נפח האוויר הנדרש לחמצון חושב כ-5900 מ' ³ / שעה של אמוניה, זה הסתכם ב-54304 מ' ³ /h נפחי החמצן, החנקן והארגון שסופקו לאוויר חושבו על סמך אחוזם באוויר. כמו כן חושבו נפחי החמצן, החנקן, הארגון ואדי המים בגז לאחר חמצון של אמוניה.

מאזן החום חושב, כתוצאה מכך חושבו כל זרימות החום. הטמפרטורה שאליה יש צורך לחמם את תערובת האמוניה-אוויר כדי להבטיח את האופי האוטו-תרמי של תהליך חמצון האמוניה, היא הייתה 288 . טמפרטורת הגז החנקני לאחר חישוב המחמם-על, היא הייתה 836.7 . הפסדי חום לסביבה נקבעים.

נעשתה סקירה של הספרות על התוכנית היעילה ביותר לייצור חומצה חנקתית לא מרוכזת. נבחרה מערכת הפועלת בלחץ גבוה, מכיוון שיחידה זו קומפקטית, כל המכשירים ניתנים להובלה, מחזור האנרגיה של היחידה הוא אוטונומי. בתכנית הנחשבת, חשמל אינו נצרך לצרכים טכנולוגיים. חשמל נצרך בכמות קטנה רק כדי להניע את המשאבות הנחוצות לשאיבת חומצה, אספקת מי הזנה לדודים. העבודה על פי תכנית זו מתבצעת ללא פליטת גזים מזיקים לאטמוספירה.

הפניות

1. Atroshchenko V.I., Kargin S.I. טכנולוגיה של חומצה חנקתית: פרוק. קצבה לאוניברסיטאות. - מהדורה שלישית, מתוקנת. ועוד - מ.: כימיה, 1970. - 496 עמ'.

אגורוב א.פ. שרשבסקי א.י., שמננקו I.V. טכנולוגיה כימית כללית של חומרים אנאורגניים: ספר לימוד לבתי ספר טכניים. - אד. גרסה רביעית - מוסקבה, לנינגרד: כימיה, 1965 - 688.

Karavaev M.M., Zasorin A.P., Kleschev N.F. חמצון קטליטי של אמוניה / אד. Karavaeva M.M. - מ.: כימיה, 1983. - 232 עמ'.

זרזים בתעשיית החנקן./אד. אטרושצ'נקו V.I. - חרקוב: בית ספר וישצ'ה, 1977. - 144 עמ'.

טכנולוגיה כימית כללית. בעריכתו של פרופ. אמלינה א.ג. מוסקבה: כימיה, 1977. - 400 שניות.

Pavlov K.F., Romankov P.G., Noskov A.A. דוגמאות ומשימות במהלך תהליכים ומנגנונים של טכנולוגיה כימית. ל.: כימיה, 1976 - 552s.

Perlov E.I., Bagdasaryan V.S. אופטימיזציה של ייצור חומצה חנקתית. מ.: כימיה, 1983. - 208 עמ'.

חישובים לטכנולוגיה של חומרים אנאורגניים: פרוק. מדריך לאוניברסיטאות / Pozin M.E., Kopylev B.A., Belchenko G.V. וכו.; אד. פוזינה מ.ע. מהדורה 2. מתוקן ועוד - ל.: כימיה. לנינגרד. מחלקה, 1977 - 496 עמ'.

Rumyantsev O.V. ציוד לחנויות סינתזה בלחץ גבוה בתעשיית החנקן; פרוק. לאוניברסיטאות - מ': כימיה, 1970 - 376 עמ'.

10. סוקולוב ר.ש. טכנולוגיה כימית: ספר לימוד. קצבה לסטודנטים. גבוה יותר ספר לימוד מוסדות: ב-2 ת' - מ': הומניט עורך. מרכז VLADOS, 2000. - V.1: ייצור כימי בפעילות אנתרופוגנית. שאלות בסיסיות של טכנולוגיה כימית. ייצור חומרים אנאורגניים. - 368 עמ'.

מדריך Azotchik./Ed. מלניקובה E.Ya. - V.2: ייצור חומצה חנקתית. ייצור דשני חנקן. חומרים וציוד בסיסי מיוחד. אספקת אנרגיה. הנדסת בטיחות. - מ.: כימיה - 1969. - 448s.

טכנולוגיה כימית של חומרים אנאורגניים: ב-2 ספרים. ספר 1. ספר לימוד / T.G. אחמטוב, ר.ג. פורפיריבה, ל.ג. גיסין. - מ.: גבוה יותר. בית ספר, 2002. 688s.: ill.

קורובוצ'קין V.V. טכנולוגיית חומצה חנקתית. - הוצאה לאור של האוניברסיטה הפוליטכנית של טומסק. 2012.