Производство аммиачной селитры состоит из нейтрализации азотной кислоты газообразным аммиаком и кристаллизации продукта. Аммиак не должен содержать более 1% влаги, в нем не допускается присутствие масла. Азотную кислоту берут концентрацией более 45% HNO 3 ; содержание окислов азота в ней не должно превышать 0,1%. Для получения аммиачной селитры могут быть использованы также отходы аммиачного производства - например, аммиачная вода и танковые и продувочные газы, отводимые из хранилищ жидкого аммиака и получаемые при продувках систем синтеза аммиака. Состав танковых газов: 45-70% NH 3 , 55-30% Н 2 + N 2 (со следами метана и аргона); состав продувочных газов: 7,5-9% NH 3 , 92,5-91% Н 2 + N 2 (со следами метана и аргона). Кроме того, для производства аммиачной селитры используются также газы дистилляции с производства карбамида, их примерный состав: 55-57% NH 3 , 18-24% СО 2 , 15-20% Н 2 О.

Тепловой эффект реакции NH 3(г) +НNО 3(ж) NH 4 NO 3 составляет 35,46 ккал/(г·моль). При производстве аммиачной селитры обычно применяют 45-58%-ную кислоту. В этом случае тепловой эффект реакции нейтрализации соответственно уменьшается на величину теплоты разбавления азотной кислоты водой и на величину растворения аммиачной селитры.

При рациональном использовании тепла нейтрализации можно получить за счет испарения воды концентрированные растворы и даже плав аммиачной селитры.

В соответствии с этим различают схемы с получением раствора аммиачной селитры с последующим выпариванием его (так называемый многостадийный процесс) и с получением плава (одностадийный или безупарочный процесс). Для выбора рациональной схемы нейтрализации необходимо сравнить четыре принципиально различные схемы получения аммиачной селитры с использованием тепла нейтрализации:

1) установки, работающие при атмосферном давлении (избыточное давление сокового пара 0,15-0,2 ат);

2) установки с вакуум-испарителем;

3) установки, работающие под давлением, с однократным использованием тепла сокового пара;

4) установки, работающие под давлением, с двукратным использованием тепла сокового пара (получение концентрированного плава).

В промышленной практике нашли широкое применение как наиболее эффективные установки, работающие при атмосферном давлении, с использованием тепла нейтрализации и частично установки с вакуум-испарителем .

Технические требования к готовой продукции

Согласно существующему в России ГОСТ 2-85, производят гранулированный нитрат аммония двух марок: А - высшей категории качества и Б - высшей категории качества (высший сорт) и первой категории качества (первый сорт). Показатели качества выпускаемой промышленностью аммиачной селитры представлены в таблице 1.

Таблица 1

селитра аммиачная ГОСТ 2-85

внешний вид	Гранулированный продукт без посторонних механических примесей
Суммарная массовая доля нитритного и аммонийного азота в пересчёте:
на NH4NO3 в сухом веществе, % не менее		не нормируется
на азот в сухом веществе, %, не менее
Массовая доля воды, %, не более
PH 10%-ного водного раствора, не менее
Массовая доля веществ, нерастворимых в 10%-ном растворе азотной кислоты, %, не более		не нормируется
Гранулометрический состав:
Массовая доля гранул
от 1 до 3 мм, %, не менее		не нормируется
от 1 до 4 мм, %, не менее
от 2 до 4 мм, %, не менее
менее 1 мм, %
более 6 мм, %
Статистическая прочность гранул н/гранулу (кг/гранулу), не менее
Рассыпчатость, %, не менее
Кондиционирующая добавка	нитрат магния

Предприятия, выпускающие аммиачную селитру, должны гарантировать потребителю, что предусмотренные ГОСТ 2-85 качественные показатели продукта будут сохраняться в течение 6 месяцев при соблюдении потребителем условий хранения, установленных стандартом.

Применение аммиачной селитры

Аммиачная селитра относится к тому виду минеральных удобрений, без которого практически немыслимо современное сельское хозяйство. Принадлежность к семейству азотных удобрений, универсальность применения, возможность промышленных объемов производства и поставок, отработанная технология производства - вот плюсы, которые сохраняют непоколебимыми позиции селитры аммиачной на рынке удобрений.

Азот совершенно необходим растениям. Хлорофилл, благодаря которому используется солнечная энергия и производится строительный материал для живых клеток, содержит азот. Внешне аммиачная селитра представляет собой гранулы белого цвета. Гранулированное вещество хорошо растворяется в воде и содержит 34,4% азота. Ее вносят в качестве подкормки для всех видов сельскохозяйственных культур, в условиях любых типов почв и для подготовки почвы к посеву. В промышленности аммиачная селитра используется как сырье для производства взрывчатых веществ и дальнейшего применения в химической, горнодобывающей и строительной отрасли.

Существует проблема, связанная с высокой гигроскопичностью аммиачной селитры. Гранулы теряют твердость, расползаются при повышении влажности воздуха. Однако, современные технологические разработки позволяют учесть этот нюанс и искоренить его еще на стадии производства.

Одним из достоинств аммиачной селитры традиционно считают то, что почва в полном объеме поглощает аммиачную часть, благодаря быстрой растворимости удобрения. При этом аммиачная селитра обладает более длительным действием по сравнению с нитратной. Дробное внесение аммиачной селитры позволяет снизить потери нитратного азота от вымывания. Успешно применяется в производстве тукосмеси как наиболее оптимальный азотный компонент. В настоящее время на рынке химии наблюдается стабильный рост спроса на аммиачную селитру и как на удобрение, и как на промышленное химическое сырье. Это связано и с поддержкой, оказываемой государством сельскохозяйственной отрасли и развитием отечественной промышленности в целом.

Метод получения аммиачной селитры из аммиака коксового газа и разбавленной азотной кислоты перестали применять как экономически невыгодный.

Технология производства аммиачной селитры включает в себя нейтрализацию азотной кислоты газообразным аммиаком с использованием теплоты реакции (145 кДж/моль) для упаривания раствора селитры. После образования раствора, обычно с концентрацией 83 %, лишняя вода выпаривается до состояния расплава, в котором содержание нитрата аммония составляет 95 — 99,5 % в зависимости от сорта готового продукта. Для использования в качестве удобрения расплав гранулируется в распылительных аппаратах, сушится, охлаждается и покрывается составами для предотвращения слёживания. Цвет гранул варьируется от белого до бесцветного. Нитрат аммония для применения в химии обычно обезвоживается, так как он очень гигроскопичен и процентное количество воды в нем (ω(H 2 O)) получить практически невозможно.

На современных заводах, производящих практически неслеживающуюся аммиачную селитру, горячие гранулы, содержащие 0,4 % влаги и менее, охлаждаются в аппаратах с кипящим слоем. Охлажденные гранулы поступают на упаковку в полиэтиленовые или пятислойные бумажные битумированные мешки. Для придания гранулам большей прочности, обеспечивающей возможность бестарных перевозок, и сохранения стабильности кристаллической модификации при более длительном сроке хранения в аммиачную селитру вносят такие добавки, как магнезит, полуводный сульфат кальция, продукты разложении сульфатного сырья азотной кислотой и другие (обычно не более 0,5% по массе).

В производстве аммиачной селитры используют азотную кислоту с концентрацией более 45% (45-58%), содержание окислов азота не должно превышать 0,1%. В производстве аммиачной селитры могут быть использованы также отходы аммиачного производства, например аммиачная вода и танковые и продувочные газы, отводимые из хранилищ жидкого аммиака и получаемые при продувках систем синтеза аммиака. Кроме того, в производстве аммиачной селитры используются также газы дистилляции с производства карбамида.

При рациональном использовании выделяющегося тепла нейтрализации можно получить за счет испарения воды концентрированные растворы и даже плав аммиачной селитры. В соответствии с этим различают схемы с получением раствора аммиачной селитры с последующим выпариванием его (многостадийный процесс) и с получением плава (одностадийный или безупарочный процесс).

Возможны следующие принципиально различные схемы получения аммиачной селитры с использованием тепла нейтрализации:

Установки, работающие при атмосферном давлении (избыточное давление сокового пара 0,15-0,2 ат);

Установки с вакуум-испарителем;

Установки, работающие под давлением, с однократным использованием тепла сокового пара;

Установки, работающие под давлением, с двукратным использованием тепла сокового пара (получение концентрированного плава).

Получение аммиачной селитры по этому методу состоит из следующих основных стадий:

1. получение раствора аммиачной селитры нейтрализацией азотной кислоты аммиаком;

2. выпаривание раствора аммиачной селитры до состояния плава;

3. кристаллизация соли из плава;

4. сушка и охлаждение соли;

5. упаковка.

Процесс нейтрализации осуществляют в нейтрализаторе, позволяющем использовать тепло реакции для частичного выпаривания раствора - ИТН. Он предназначен для получения раствора аммиачной селитры путём нейтрализации 58 - 60 % азотной кислоты газообразным аммиаком с использованием тепла реакции для частичного выпаривания воды из раствора под атмосферным давлением по реакции:

NH 3 + HNO 3 = NH 4 NO 3 + Qккал

Аммиачная селитра, или нитрат аммония, NH 4 NO 3 - кристаллическое вещество белого цвета, содержащее 35% азота в аммонийной и нитратной формах, обе формы азота легко усваиваются растениями. Гранулированную аммиачную селитру применяют в больших масштабах перед посевом и для всех видов подкормок. В меньших масштабах ее используют для производства взрывчатых веществ.

Аммиачная селитра хорошо растворяется в воде и обладает большой гигроскопичностью (способностью поглощать влагу из воздуха), что является причиной того, что гранулы удобрения расплываются, теряют свою кристаллическую форму, происходит слеживание удобрений - сыпучий материал превращается в твердую монолитную массу.

Принципиальная схема производства нитрата аммония

Для получения практически неслеживающейся аммиачной селитры применяют ряд технологических приемов. Эффективным средством уменьшения скорости поглощения влаги гигроскопичными солями является их гранулирование. Суммарная поверхность однородных гранул меньше поверхности такого же количества мелкокристаллической соли, поэтому гранулированные удобрения медленнее поглощают влагу из

В качестве аналогично действующих добавок применяют также фосфаты аммония, хлорид калия, нитрат магния. В основе процесса производства аммиачной селитры лежит гетерогенная реакция взаимодействия газообразного аммиака с раствором азотной кислоты:

NH 3 +HNO 3 = NH 4 NO 3 ; ΔН = -144.9кДж

Химическая реакция протекает с большой скоростью; в промышленном реакторе она лимитируется растворением газа в жидкости. Для уменьшения диффузионного торможения большое значение имеет перемешивание реагентов.

Технологический процесс производства аммиачной селитры включает кроме стадии нейтрализации азотной кислоты аммиаком также стадии упаривания раствора селитры, гранулирования плава, охлаждения гранул, обработки гранул поверхностно-активными веществами, упаковки, хранения и погрузки селитры, очистки газовых выбросов и сточных вод. На рис. 8.8 приведена схема современного крупнотоннажного агрегата по производству аммиачной селитры АС-72 мощностью 1360 т/сут. Исходная 58-60%-ная азотная кислота подогревается в подогревателе до 70 - 80°С соковым паром из аппарата ИТН 3 и подается на нейтрализацию. Перед аппаратами 3 к азотной кислоте добавляют фосфорную и серную кислоты в таких количествах, чтобы в готовом продукте содержалась 0,3-0,5% Р 2 О 5 и 0,05-0,2% суль- фата аммония. В агрегате установлены два аппарата ИТН, работающие параллельно. Кроме азотной кислоты в них подают газообразный аммиак, предварительно нагретый в подогревателе 2 паровым конденсатом до 120- 130°С. Количества подаваемых азотной кислоты и аммиака регули- руют таким образом, чтобы на выходе из аппарата ИТН раствор имел небольшой избыток кислоты (2-5 г/л), обеспечивающий полноту поглощения аммиака.

В нижней части аппарата происходит реакция нейтрализации при температуре 155-170°С; при этом получается концентрированный раствор, содержащий 91-92% NH 4 NO 3 . В верхней части аппарата водяные пары (так называемый соковый пар) отмываются от брызг аммиачной селитры и паров азотной кислоты. Часть теплоты сокового пара используется на подогрев азотной кислоты. Затем соковый пар направляют на очистку и выбрасывают в атмосферу.

Рис.8.8.Схема агрегата аммиачной селитры АС-72:

1 – подогреватель кислоты; 2 – подогреватель аммиака; 3 –аппараты ИТН; 4 – донейтрализатор; 5 –выпарной аппарат; 6 – напорный бак; 7,8 – грануляторы; 9,23 – вентиляторы; 10 – промывной скруббер; 11 – барабан; 12,14 – транспортеры; 13 –элеватор; 15 – аппарат кипящего слоя; 16 –грануляционная башня; 17 – сборник; 18, 20 – насосы; 19 – бак для плава; 21 –фильтр для плава; 22 – подогреватель воздуха.

Кислый раствор аммиачной селитры направляют в донейтрализатор 4; куда поступает аммиак, необходимый для взаимодействия с оставшейся азотной кислотой. Затем раствор подают в выпарной аппарат 5. Полученный плав, содержащий 99,7-99,8% селитры, при 175°С проходит фильтр 21 и центробежным погружным насосом 20 подается в напорный бак 6, а затем в прямоугольную металлическую грануляционную башню 16.

В верхней части башни расположены грануляторы 7 и 8, в нижнюю часть которых подают воздух, охлаждающий падающие сверху капли селитры. Во время падения капель селитры с высоты 50-55 м при обтекании их потоком воздуха образуются гранулы удобрения. Температура гранул на выходе из башни равна 90-110°С; горячие гранулы охлаждают в аппарате кипящего слоя 15. Это прямоугольный аппарат, имеющий три секции и снабженный решеткой с отверстиями. Под решетку вентиляторами подают воздух; при этом создается псевдоожиженный слой гранул селитры, поступающих по транспортеру из грануляционной башни. Воздух после охлаждения попадает в грануляционную башню. Гранулы аммиачной селитры транспортером 14 подают на обработку поверхностно-активными веществами во вращающийся барабан. Затем готовое удобрение транспортером 12 направляют на упаковку.

Воздух, выходящий из грануляционной башни, загрязнен частицами аммиачной селитры, а соковый пар из нейтрализатора и паровоздушная смесь из выпарного аппарата содержат непрореагировавший аммиак и азотную кислоту, а также частицы унесенной аммиачной селитры.

Для очистки этих потоков в верхней части грануляционной башни расположены шесть параллельно работающих промывных скрубберов тарельчатого типа 10, орошаемых 20-30%-ным раствором аммиачной селитры, которая подается насосом 18 из сборника 17. Часть этого раствора отводится в нейтрализатор ИТН для промывки сокового пара, а затем подмешивается к раствору селитры, и, следовательно, используется для выработкой продукции. Очищенный воздух отсасывается из грануляционной башни вентилятором 9 и выбрасывается в атмосферу.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение
1. Производство аммиачной селитры
2. Исходное сырьё
3. Синтез аммиака
4. Характеристика целевого продукта
5. Физико-химическое обоснование основных процессов производства целевого продукта и экологической безопасности производства

Введение

Важнейшим видом минеральных удобрений являются азотные: аммиачная селитра, карбамид, сульфат аммония, водные растворы аммиака и др. Азоту принадлежит исключительно важная роль в жизнедеятельности растений: он входит в состав хлорофилла, являющегося акцептором солнечной энергии, и белка, необходимого для построения живой клетки. Растения могут потреблять только связанный азот - в форме нитратов, солей аммония или амидов. Сравнительно небольшие количества связанного азота образуются из атмосферного за счет деятельности почвенных микроорганизмов. Однако современное интенсивное земледелие уже не может существовать без дополнительного внесения в почву азотных удобрений, полученных в результате промышленного связывания атмосферного азота.

Азотные удобрения отличаются друг от друга по содержанию в них азота, по форме соединений азота (нитратные, аммонийные, амидные), фазовому состоянию (твердые и жидкие), различают также физиологически кислые и физиологически щелочные удобрения.

1. Производство аммиачной селитры

Аммиачная селитра, или нитрат аммония, NН 4 NО 3 - кристаллическое вещество белого цвета, содержащее 35% азота в аммонийной и нитратной формах, обе формы азота легко усваиваются растениями. Гранулированную аммиачную селитру применяют в больших масштабах перед посевом и для всех видов подкормок. В меньших масштабах ее используют для производства взрывчатых веществ.

Аммиачная селитра хорошо растворяется в воде и обладает большой гигроскопичностью (способностью поглощать влагу из воздуха). Это является причиной того, что гранулы удобрения расплываются, теряют свою кристаллическую форму, происходит слеживание удобрений- сыпучий материал превращается в твердую монолитную массу.

Аммиачную селитру выпускают трех видов:

А и В - используют в промышленности; применяют во взрывчатых смесях (аммонитах, аммониалах)

В - эффективное и наиболее распространенное азотное удобрение, содержащее около 33-34% азота; обладает физиологической кислотностью.

2. Исходное сырьё

Исходным сырьем в производстве аммиачной селитры является аммиак и азотная кислота.

Азотная кислота . Чистая азотная кислота HNO-бесцветная жидкость плотностью 1,51 г/смі при - 42 °С застывающая в прозрачную кристаллическую массу. На воздухе она, подобно концентрированной соляной кислоте, "дымит", так как пары ее образуют с "влагой воздуха мелкие капельки тумана. Азотная кислота не отличается прочностью, Уже под влиянием света она постепенно разлагается:

Чем выше температура и чем концентрированнее кислота, тем быстрее идет разложение. Выделяющийся диоксид азота растворяется в кислоте и придает ей бурую окраску.

Азотная кислота принадлежит к числу наиболее сильных кислот; в разбавленных растворах она полностью распадается на ионы Н и- NO.Азотная кислота - одно из важнейших соединений азота: в больших количествах она расходуется в производстве, азотных удобрений, взрывчатых веществ и органических красителей, служит окислителем во многих химических процессах, используется в производстве серной кислоты по нитрозному способу, применяется для изготовления целлюлозных лаков, кинопленки.

Промышленное получение азотной кислоты . Современные промышленные способы получения азотной кислоты основаны на каталитическом окислении аммиака кислородом воздуха. При" описании свойств аммиака было указано, что он горит в кислороде, причём продуктами реакции являются вода и свободный азот. Но в присутствии катализаторов - окисление аммиака кислородом может протекать иначе. Если пропускать смесь аммиака с воздухом над катализатором, то при 750 °С и определенном составе смеси происходит почти полное превращение

Образовавшийся легко переходит в, который с водой в присутствии кислорода воздуха дает азотную кислоту.

В качестве катализаторов при окислении аммиака используют сплавы на основе платины.

Получаемая окислением аммиака азотная кислота имеет концентрацию, не превышающую 60%. При необходимости ее концентрируют,

Промышленностью выпускается разбавленная азотная кислота концентрацией 55, 47 и 45%, а концентрированная-98 и 97%, Концентрированную кислоту перевозят в алюминиевых цистернах, разбавленную - в цистернах из кислотоупорной стали.

3. Синтез аммиака

аммиак азотный селитра сырье

Аммиак - ключевой продукт различных азотсодержащих веществ, применяемых в промышленности и сельском хозяйстве. Д.Н. Прянишников назвал аммиак "альфой и омегой" в обмене азотистых веществ у растений.

На схеме показаны основные области применения аммиака. Состав аммиака был установлен К. Бертолле в 1784 г. Аммиак NН 3 - основание, умеренно сильный восстановительный агент и эффективный комплексообразователь по отношению к катионам, обладающим вакантными связывающими орбиталями.

Физико-химические основы процесса . Синтез аммиака из элементов осуществляется по уравнению реакции

N 2 +3Н 2 =2NН 3 ; ?H<0

Реакция обратимая, экзотермическая, характеризуется большим отрицательным энтальпийным эффектом (?Н = -91,96 кДж/моль) и при высоких температурах становится еще более экзотермической (?H = -112,86 кДж/моль). Согласно принципу Ле Шателье при нагревании равновесие смещается влево, в сторону уменьшения выхода аммиака. Изменение энтропии в данном случае тоже отрицательно и не благоприятствует протеканию реакции. При отрицательном значении?S повышение температуры уменьшает вероятность протекания реакции,

Реакция синтеза аммиака протекает с уменьшением объема. Согласно уравнению реакции 4 моль исходных газообразных реагентов образуют 2 моль газообразного продукта. Основываясь на принципе Л е Шателье, можно сделать вывод о том, что в условиях равновесия содержание аммиака в смеси будет больше при высоком давлении, чем при низком.

4. Характеристика целевого продукта

Физико-химические свойства . Аммиачная селитра (нитрат аммония) NH4NO3 имеет молекулярную массу 80,043; чистый продукт - бесцветное кристаллическое вещество, содержащее 60% кислорода, 5% водорода и 35% азота (по 17,5% в аммиачной и нитратной формах). Технический продукт содержит не менее 34,0% азота.

Основные физико-химические свойства аммиачной селитр ы :

Аммиачная селитра в зависимостиот температуры существует в пяти кристаллических модификациях, термодинамически устойчивых при атмосферном давлении (табл.). Каждая модификация существует лишь в определенной области температур, и переход (полиморфный) из одной модификации в другую сопровождается изменениями кристаллической структуры, выделением (или поглощением) тепла, а также скачкообразным изменением удельного объема, теплоемкости, энтропии и т. д. Полиморфные переходы являются обратимыми - энантиотропными.

Таблица. Кристаллические модификации аммиачной селитры

Система NH 4 NO 3 -Н 2 О (рис. 11-2) относится к системам с простой эвтектикой. Эвтектической точке соответствует концентрация 42,4% МН 4 МО 3 и температура -16,9 °С. Левая ветвь диаграммы-линия ликвидуса воды отвечает условиям выделения льда в системе НН 4 МО 3 -Н 2 О. Правая ветвь кривой ликвидуса - кривая растворимости МН 4 МО 3 в воде. Эта кривая имеет три точки перелома, соответствующие температурам модификационных переходов NH 4 NO 3 1=11(125,8 °С), II=III (84,2 °С) и 111 =IV (32,2 "С). Температура плавления (кристаллизации) безводной аммиачной селитры равна 169,6 °С. Она понижается с увеличением влагосодержания соли.

Зависимость температуры кристаллизации NH 4 NO 3 (Tкрист, "С) от содержания влаги {X, %) до 1,5% описывается уравнением:

t крист = 169,6 - 13,2x (11.6)

Зависимость температуры кристаллизации аммиачной селитры с добавкой сульфата аммония от содержания влаги {X, %) до 1,5% и сульфата аммония (У, %) до 3,0% выражается уравнением :

t крист = 169,6 - 13,2Х+2,ОУ. (11.7).

Аммиачная селитра растворяется в воде с поглощением тепла. Ниже приведены значения теплот растворения (Q раств) аммиачной селитры различной концентрации в воде при 25 °С :

C (NH 4 NO 3)% масс 59,69 47.05 38,84 30,76 22,85 15,09 2,17
Q раств кДж/кг. -202,8 -225,82 -240,45 -256,13 -271,29 -287,49 -320,95

Аммиачная селитра хорошо растворима в воде, этиловом и метиловом спиртах, пиридине, ацетоне, жидком аммиаке.

Рис. 11-2. Диаграмма состояния системы NH 4 N 03 - H 20

Терморазложение . Аммиачная селитра представляет собой окислитель, способный поддерживать горение. При нагревании ее в замкнутом пространстве, когда продукты терморазложения не могут свободно удаляться, селитра может при некоторыхусловиях взрываться (детонировать). Она может взрываться также под воздействием сильных ударов, например при инициировании взрывчатыми веществами.

В начальный период нагревания при 110°С постепенно происходит эндотермическая диссоциация селитры на аммиак и азотную кислоту:

NH 4 NO 3 > NH 3 + НNО 3 - 174,4 кДж/моль. (11.9)

При 165 °С потеря массы не превосходит 6%/сут. Скорость диссоциации зависит не только от температуры, но и от соотношения между поверхностью селитры и ее объемом, содержания примесей и др.

Аммиак менее растворим в расплаве, чем азотная кислота, поэтому удаляется быстрее; концентрация азотной кислоты увеличивается до равновесного значения, определяемого температурой. Наличие в расплаве азотной кислоты обусловливает автокаталитический характер терморазложения.

В интервале температур 200-270 °С протекает в основном слабоэкзотермическая реакция разложения селитры на закись азота и воду:

NH 4 NO 3 > N 2 O+ 2H 2 О + 36,8 кДж/моль. (11.10)

Заметное влияние на скорость терморазложения оказывает диоксид азота, который образуется при термическом разложении азотной кислоты, являющейся продуктом диссоциации аммиачной селитры.

При взаимодействии диоксида азота с селитрой образуются азотная кислота, вода и азот:

NH 4 NО 3 + 2NO 2 > N 2 + 2НNО 3 + Н 2 О + 232 кДж/моль.(11.11)

Тепловой эффект этой реакции более чем в 6 раз превышает тепловой эффект реакции разложения селитры на N 2 О и Н 2 О. Таким образом, в закисленной селитре даже при обычных температурах вследствие значительной экзотермической реакции взаимодействия с диоксидом азота происходит самопроизвольное терморазложение, которое при большой массе аммиачной селитры может привести к ее бурному разложению.

При нагревании селитры в замкнутой системе при 210-220 °С происходит накопление аммиака, концентрация азотной кислоты снижается, поэтому происходит сильное торможение реакции разложения Процесс терморазложения практически прекращается, несмотря на то что большая часть соли еще не разложилась. При более высоких температурах аммиак окисляется быстрее, в системе накапливается азотная кислота и реакция протекает со значительным самоускорением, что может привести к взрыву.

Добавка к аммиачной селитре веществ, которые могут разлагаться с выделением аммиака (например, карбамид и ацетамид), тормозит терморазложение. Соли с катионами серебра или таллия значительно увеличивают скорость реакции вследствие образования комплексов с ионами нитрата в расплаве. Ионы хлора оказывают сильное каталитическое действие на процесс терморазложения. При нагревании смеси, содержащей хлорид и аммиачную селитру, до 220-230 °С начинается очень бурное разложение с выделением больших количеств газа. За счет теплоты реакции сильно повышается температура смеси, и разложение заканчивается в течение короткого времени.

Если хлоридсодержащую смесь поддерживать при температуре 150-200 °С, то в первый период времени, называемый индукционным, разложение будет протекать со скоростью, соответствующей разложению селитры при данной температуре. В этот период помимо разложения будут протекать также другие процессы, результатом которых являются, в частности, увеличение содержания кислоты в смеси и выделение небольшого количества хлора. После индукционного периода разложение протекает с большой скоростью и сопровождается сильным выделением тепла и образованием большого количества токсичных газов. При большом содержании хлорида разложение всей массы аммиачной селитры быстро заканчивается. Ввиду этого содержание хлоридов в продукте строго ограничено.

При эксплуатации механизмов, используемых в производстве аммиачной селитры, следует применять смазки, которые не взаимодействуют с продуктом и не снижают начальную температуру терморазложения. Для этой цели может быть, например, использована смазка ВНИИНП-282 (ГОСТ 24926-81).

Температура продукта, направляемого на хранение насыпью или на упаковку в мешки, должна быть не выше 55 °С. В качестве тары используют мешки из полиэтилена или крафтбумаги. Температуры, при которых начинаются активные процессы окисления аммиачной селитрой полиэтилена и крафтбумаги, составляют соответственно 270-280 и 220-230 °С. Опорожненные полиэтиленовые и крафтбумажные мешки должны быть очищены от остатков продукта и, если не могут быть использованы, то должны быть сожжены.

По энергии взрыва аммиачная селитра в три раза слабее большинства ВВ. Гранулированный продукт может в принципе детонировать, но инициирование капсулем-детонатором невозможно, для этого требуются большие заряды мощных ВВ.

Взрывное разложение селитры протекает по уравнению:

NH 4 NО 3 > N 2 + 0,5О 2 + 2Н 2 О + 118 кДж/моль. (11.12)

По уравнению (11.12) тепло взрыва должно было бы составить 1,48 МДж/кг. Однако вследствие протекания побочных реакций, одна из которых эндотермична (11.9), фактическое тепло взрыва составляет 0,96 МДж/кг и по сравнению с теплом взрыва гексогена (5,45 МДж) мало. Но для такого крупнотоннажного продукта как аммиачная селитра учет его взрывчатых свойств (хотя и слабых) имеет значение для обеспечения безопасности.

Требования потребителей к качеству выпускаемой промышленностью аммиачной селитры отражены в ГОСТ 2-85, согласно которому выпускают товарный продукт двух марок.

Прочность гранул определяют в соответствии с ГОСТ- 21560.2-82 при помощи приборов ИПГ-1, МИП-10-1 или ОСПГ -1М.

Рассыпчатость гранулированной аммиачной селитры, упакованной в мешки, определяют в соответствии с ГОСТ-21560.5-82.

ГОСТ 14702-79- " водоустойчива "

5. Физико-химическое обоснование основных процессов производства целевого продукта и экологической безопасности производства

В качестве аналогично действующих добавок применяют также фосфаты аммония, хлорид калия, нитрат магния. В основе процесса производства аммиачной селитры лежит гетерогенная реакция взаимодействия газообразного аммиака с раствором азотной кислоты:

NH 3 + HNO 3 = NH 4 NO 3

?H = -144,9 кДж (VIII)

Химическая реакция протекает с большой скоростью; в промышленном реакторе она лимитируется растворением газа в жидкости.Для уменьшения диффузионного торможения большое значение имеет перемешивание реагентов.

Интенсивные условия проведения процесса в значительной мере могут быть обеспечены при разработке конструкции аппарата. Реакцию (VIII) проводят в непрерывно действующем аппарате ИТН (использование теплоты нейтрализации). Реактор представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат, состоящий из реакционной и сепарационной зон. В реакционной зоне имеется стакан /, в нижней части которого расположены отверстия для циркуляции раствора. Несколько выше отверстий внутри стакана размещен барботер 2 для подачи газообразного аммиака, над ним - барботер 3 для подачи азотной кислоты. Реакционная парожидкостная смесь выходит из верхней части реакционного стакана; часть раствора выводится из аппарата ИТН и поступает в донейтрализатор, а остальная часть (циркуляционная) вновь идет вниз. Выделившийся из парожидкостной смеси соковый пар отмывается на колпачковых тарелках 6 от брызг раствора аммиачной селитры и паров азотной кислоты 20%-ным раствором селитры, а затем конденсатом сокового пара.

Теплота реакции (VIII) используется для частичного испарения воды из реакционной смеси (отсюда и название аппарата - ИТН). Разница в температурах в разных частях аппарата приводит к более интенсивной циркуляции реакционной смеси.

Технологический процесс производства аммиачной селитры включает кроме стадии нейтрализации азотной кислоты аммиаком также стадии упаривания раствора селитры, гранулирования плава, охлаждения гранул, обработки гранул поверхностно-активными веществами, упаковки, хранения и погрузки селитры, очистки газовых выбросов и сточных вод.

На рис. приведена схема современного крупнотоннажного агрегата по производству аммиачной селитры АС-72 мощностью 1360 т/сут. Исходная 58-60%-ная азотная кислота подогревается в подогревателе / до 70-80 С соковым паром из аппарата ИТН 3 и подается на нейтрализацию. Перед аппаратами 3 к азотной кислоте добавляют фосфорную и серную кислоты в таких количествах, чтобы в готовом продукте содержалась 0,3-0,5% Р 2 О 5 и 0,05-0,2% сульфата аммония.

В агрегате установлены два аппарата ИТН, работающие параллельно. Кроме азотной кислоты в них подают газообразный аммиак, предварительно нагретый в подогревателе 2 паровым конденсатом до 120- 130 °С. Количества подаваемых азотной кислоты и аммиака регулируют таким образом, чтобы на выходе из аппарата ИТН раствор имел небольшой избыток кислоты (2-5 г/л), обеспечивающий полноту поглощения аммиака.

Азотную кислоту (58-60%-ную) подогревают в аппарате 2 до 80-90 °С соковым паром из аппарата ИТН 8. Газообразный аммиак в подогревателе 1 нагревается паровым конденсатом до 120-160°С. Азотная кислота и газообразный аммиак в автоматически регулируемом соотношении поступают в реакционные части двух аппаратов ИТН 5, работающих параллельно. Выходящий из аппаратов ИТН 89-92%-ный раствор NH 4 NO 3 при 155-170 °С имеет избыток азотной кислоты в пределах 2-5 г/л, обеспечивающий полноту поглощения аммиака.

В верхней части аппарата соковый пар из реакционной части отмывается от брызг аммиачной селитры; паров HNO 3 и NН 3 20%-ным раствором аммиачной селитры из промывного скруббера 18 и конденсатом сокового пара из подогревателя азотной кислоты 2, которые подают на колпачковые тарелки верхней части аппарата. Часть сокового пара используют на подогрев азотной кислоты в подогревателе 2, а основную его массу направляют в промывной скруббер 18, где смешивают с воздухом из грануляционной башни, с паровоздушной смесью из выпарного аппарата 6 и промывают на промывных тарелках скруббера. Промытую паровоздушную смесь выбрасывают в атмосферу вентилятором 19.

Раствор из аппаратов ИТН 8 последовательно проходит донейтрализатор 4 и контрольный донейтрализатор 5. В донейтрализатор 4 дозируют серную и фосфорную кислоты в количестве, обеспечивающем содержание в готовом продукте 0,05-0,2% сульфата аммония и 0,3-0,5% P20s. Дозировку кислот плунжерными насосами регулируют в зависимости от нагрузки агрегата.

После нейтрализации избыточной НМОз в растворе аммиачной селитры из аппаратов ИТН и введенных серной и фосфорной кислот в донейтрализаторе 4, раствор проходит контрольный донейтрализатор 5 (куда аммиак автоматически подается только в случае проскока кислоты из донейтрализатора 4) и поступает в выпарной аппарат 6. В отличие от агрегата АС-67 верхняя часть выпарного аппарата 6 снабжена двумя ситчатыми промывными тарелками, на которые подают паровой конденсат, отмывающий паровоздушную смесь из выпарного аппарата от аммиачной селитры

Плав селитры из выпарного аппарата 6, пройдя гидрозатвордонейтрализатор 9 и фильтр 10, поступает в бак 11, откуда его погружным насосом 12 по трубопроводу с антидетонационной насадкой подают в напорный бак 15, а затем к грануляторам 16 или 17. Безопасность узла перекачивания плава обеспечивается системой автоматического поддержания температуры плава при его упаривании в выпарном аппарате (не выше 190 °С), контролем и регулированием среды плава после донейтрализатора 9 (в пределах 0,1- 0,5 г/л NН 3), контролем температуры плава в баке 11, корпусе насоса 12 и напорном трубопроводе. При отклонении регламентных параметров процесса перекачивание плава автоматически прекращается, а плав в баках 11 и выпарном аппарате 6 при повышении температуры разбавляют конденсатом.

Предусмотрено гранулирование двумя типами грануляторов: виброакустическими 16 и монодисперсными 17. Более надежными и удобными в работе оказались виброакустические грануляторы, которые и эксплуатируются на крупнотоннажных агрегатах.

Плав гранулируют в прямоугольной металлической башне 20 с размерами в плане 8х11 м. Высота полета гранул 55 м обеспечивает кристаллизацию и остывание гранул диаметром 2-3 мм до 90-120°С при встречном потоке воздуха летом до 500 тыс. м/ч и зимой (при низких температурах) до 300-400 тыс. м/ч. В нижней части башни расположены приемные конуса, с которых гранулы ленточным конвейером 21 направляют в аппарат охлаждения КС 22.

Аппарат охлаждения 22 разделен на три секции с автономной подачей воздуха под каждую секцию решетки кипящего слоя. В головной его части имеется встроенный грохот, на котором отсеиваются комки селитры, образовавшиеся вследствие нарушения режима работы грануляторов. Комки направляют на растворение. Воздух, подаваемый в секции аппарата охлаждения вентиляторами 23, подогревают в аппарате 24 за счет тепла сокового пара из аппаратов ИТН. Подогрев производят при влажности атмосферного воздуха выше 60%, а в зимнее время во избежание резкого охлаждения гранул. Гранулы аммиачной селитры последовательно проходят одну, две или три секции аппарата охлаждения в зависимости от нагрузки агрегата и температуры атмосферного воздуха. Рекомендуемая температура охлаждения гранулированного продукта в зимнее время-ниже 27 °С, летом-до 40-50 °С. При эксплуатации агрегатов в южных районах, где значительное число дней температура воздуха превышает 30 °С, третья секция аппарата охлаждения работает на предварительно охлажденном воздухе (в испарительном аммиачном теплообменнике). Количество воздуха, подаваемое в каждую секцию, 75-80тыc.мі/ч. Напор вентиляторов 3,6 кПа. Отработанный воздух из секций аппарата при температуре 45-60°С, содержащий до 0,52 г/м 3 пыли аммиачной селитры, направляют в грануляционную башню, где он смешивается с атмосферным воздухом и поступает на промывку в промывной скруббер 18.

Охлажденный продукт направляют на склад или на обработку ПАВ (диспергатором НФ), а затем на отгрузку навалом или на упаковку в мешки. Обработку диспергатором НФ ведут в полом аппарате 27 с центральнорасположенной форсункой, опрыскивающей кольцевой вертикальный поток гранул, или во вращающемся барабане. Качество обработки гранулированного продукта во всех применяемых аппаратах удовлетворяет требование ГОСТ 2-85.

Гранулированную аммиачную селитру хранят на складе в буртах высотой до 11 м. Перед отправкой потребителю селитру из склада подают на рассев. Нестандартный продукт растворяют, раствор возвращаютнаупарку. Стандартный продукт обрабатывают диспергатором НФ и отгружают потребителям.

Емкости для серной и фосфорной кислот и насосное оборудование для их дозирования скомпоновано в самостоятельный блок. Центральный пункт управления, электроподстанция, лаборатория, служебные и бытовые помещения расположены в отдельном здании.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Физико-химические свойства аммиачной селитры. Основные стадии производства аммиачной селитры из аммиака и азотной кислоты. Установки нейтрализации, работающие при атмосферном давлении и работающие при разрежении. Утилизация и обезвреживание отходов.

курсовая работа , добавлен 31.03.2014

Характеристика выпускаемой продукции, исходного сырья и материалов для производства. Технологический процесс получения аммиачной селитры. Нейтрализация азотной кислоты газообразным аммиаком и выпаривание до состояния высококонцентрированного плава.

курсовая работа , добавлен 19.01.2016

Автоматизация производства гранулированной аммиачной селитры. Контуры стабилизации давления в линии подачи сокового пара и регулирования температуры конденсата пара из барометрического конденсатора. Контроль давления в линии отвода к вакуум-насосу.

курсовая работа , добавлен 09.01.2014

Аммиачная селитра как распространённое и дешёвое азотное удобрение. Обзор существующих технологических схем его производства. Модернизация производства аммиачной селитры с получением сложного азотно-фосфатного удобрения на ОАО "Череповецкий "Азот".

дипломная работа , добавлен 22.02.2012

Характеристика исходного сырья, вспомогательных материалов для получения азотной кислоты. Выбор и обоснование принятой схемы производства. Описание технологической схемы. Расчеты материальных балансов процессов. Автоматизация технологического процесса.

дипломная работа , добавлен 24.10.2011

Промышленные способы получения разбавленной азотной кислоты. Катализаторы окисления аммиака. Состав газовой смеси. Оптимальное содержание аммиака в аммиачно-воздушной смеси. Типы азотнокислотных систем. Расчет материального и теплового баланса реактора.

курсовая работа , добавлен 14.03.2015

Обзор современных методов производства азотной кислоты. Описание технологической схемы установки, конструкция основного аппарата и вспомогательного оборудования. Характеристика исходного сырья и готовой продукции, побочные продукты и отходы производства.

дипломная работа , добавлен 01.11.2013

Производство и применение катализаторов синтеза аммиака. Строение оксидного катализатора, влияние на активность условий его восстановления. Механизм и кинетика восстановления. Термогравиметрическая установка восстановления катализаторов синтеза аммиака.

дипломная работа , добавлен 16.05.2011

Описания грануляторов для гранулирования и смешивания сыпучих материалов, увлажненных порошков и паст. Производство комплексных удобрений на основе аммиачной селитры и карбамида. Упрочнение связей между частицами сушкой, охлаждением и полимеризацией.

курсовая работа , добавлен 11.03.2015

Технология и химические реакции стадии производства аммиака. Исходное сырье, продукт синтеза. Анализ технологии очистки конвертированного газа от диоксида углерода, существующие проблемы и разработка способов решения выявленных проблем производства.

Аммиачную селитру получают нейтрализацией азотной кислоты газообразным аммиаком по реакции:

NH 3(г) +НNО 3(ж) NH 4 NO 3 +144,9 кДж

Эта практически необратимая реакция протекает с большой скоростью и с выделением значительного количества тепла. Обычно ее ведут при давлении, близком к атмосферному; в некоторых странах работают установки нейтрализация протекает под давлением 0,34 МПа. В производстве аммиачной селитры используется разбавленная 47-60%-ная азотная кислота.

Тепло реакции нейтрализации используется на испарение воды и концентрирование раствора.

Промышленное производство включает следующие стадии: нейтрализацию азотной кислоты газообразным аммиаком в аппарате ИТН (использование тепла нейтрализации); упаривание раствора селитры, гранулирование плава селитры, охлаждение гранул, обработка гранул ПАВ, упаковку, хранение и погрузку селитры, очистку газовых выбросов и сточных вод. Добавки вводят при нейтрализации азотной кислоты.

На рис.1 приведена схема современного крупнотоннажного агрегата АС-72 мощностью 1360 т/сут.

Рис. 1.

1 - подогреватель кислоты; 2 - подогреватель аммиака; 3 - аппараты ИТН; 4 - донейтрализатор; 5 - выпарной аппарат; 6 - напорный бак; 7, 8 - грануляторы; 9, 23-вентиляторы; 10 - промывной скруббер; 11 - барабан; 12,14 - транспортеры; 13 - элеватор; 15-аппарат кипящего слоя; 16 - грануляционная башня; 17 - сборник; 18, 20 - насосы; 19 - бак для плава; 21-фильтр для плава; 22 - подогреватель воздуха

Поступающая 58-60%-ная азотная кислота подогревается в подогревателе 1 до 70-80 о С соковым паром из аппарата ИТН 3 и подается на нейтрализацию. Перед аппаратами 3 в азотную кислоту добавляют термическую фосфорную и серную кислоты в количестве 0,3-0,5% Р 2 О 5 и 0,05-0,2% сульфата аммония, считая на готовый продукт.

Серная и фосфорная кислоты подаются плунжерными насосами, производительность которых легко и точно регулируется. В агрегате установлены два аппарата нейтрализации, работающие параллельно. Сюда же подается газообразный аммиак, нагретый в подогревателе 2 паровым конденсатом до 120-130 о С. Количество подаваемых азотной кислоты и аммиака регулируют таким образом, чтобы на выходе из аппарата ИТН раствор имел небольшой избыток азотной кислоты, обеспечивающий полноту поглощения аммиака.

В нижней части аппарата происходит нейтрализация кислот при температуре 155-170°С с получением раствора, содержащего 91-92% NH 4 NO 3 . В верхней части аппарата водяные пары (так называемый соковый пар) отмываются от брызг аммиачной селитры и паров HN0 3 . Часть тепла сокового пара используется на подогрев азотной кислоты. Далее соковый пар направляют на очистку в промывные скрубберы и затем выбрасывают в атмосферу.

Кислый раствор аммиачной селитры направляют в донейтрализатор 4, куда поступает аммиак в количестве, необходимом для донейтрализации раствора. Затем раствор подают в выпарной аппарат 5 на доупарку, которая ведется водяным паром под давлением 1,4 МПа и воздухом, нагретым примерно до 180°С. Полученный плав, содержащий 99,8-99,7% селитры, при 175 °С проходит фильтр 21 и центробежным погружным насосом 20 подается в напорный бак 5, а затем в прямоугольную металлическую грануляционную башню 16 длиной 11 м, шириной 8 м и высотой от верха до конуса 52,8 м.

В верхней части башни расположены грануляторы 7 и 8; в нижнюю часть башни подают воздух, охлаждающий капли селитры, которые превращаются в гранулы. Высота падения частиц селитры 50--55м. Конструкция грануляторов обеспечивает получение гранул однородного гранулометрического состава с минимальным содержанием мелких гранул, что уменьшает унос воздухом пыли из башни. Температура гранул на выходе из башни равна 90--110°С, поэтому их направляют для охлаждения в аппарат кипящего слоя 15. Аппарат кипящего слоя - прямоугольный аппарат, имеющий три секции и снабженный решеткой с отверстиями. Под решетку вентиляторами подается воздух, при этом создается кипящий слой гранул селитры высотой 100--150 мм, которые поступают по транспортеру из грануляционной башни. Происходит интенсивное охлаждение гранул до температуры 40°С (но не выше 50°С), соответствующей условиям существования IV модификации. Если температура охлаждающего воздуха ниже 15°С, то перед поступлением в аппарат кипящего слоя воздух подогревают в теплообменнике до20°С. В холодный период времени в работе могут находиться 1-2 секции.

Воздух из аппарата 15 поступает в грануляционную башню для образования гранул и их охлаждения.

Гранулы аммиачной селитры из аппарата кипящего слоя подают транспортером 14 на обработку поверхностно-активным веществом во вращающийся барабан 11. Здесь гранулы опрыскивают распыленным 40%-ным водным раствором диспергатора НФ. После этого селитра проходит электромагнитный сепаратор для отделения случайно попавших металлических предметов и направляется в бункер, а затем на взвешивание и упаковку в бумажные или полиэтиленовые мешки. Мешки транспортером подают для погрузки в вагоны или на склад.

Воздух, выходящий из верхней части грануляционной башни, загрязнен частицами аммиачной селитры, а соковый пар из нейтрализатора и паровоздушная смесь из выпарного аппарата содержит непрореагировавшие аммиак и азотную кислоту и частицы унесенной аммиачной селитры. Для очистки в верхней части грануляционной башни установлены шесть параллельно работающих промывных скрубберов тарельчатого типа 10, орошаемых 20-30%-ным раствором аммиачной селитры, которая подается насосом 18 из бака. Часть этого раствора отводится в нейтрализатор ИТН для промывки сокового пара, а затем подмешивается к раствору аммиачной селитры и, следовательно, идет на выработку продукции.

Из цикла непрерывно отводится часть раствора (20-30%), поэтому цикл обедняется и восполняется добавкой воды. На выходе из каждого скруббера установлен вентилятор 9 производительностью 100000 м 3 /ч, который отсасывает воздух из грануляционной башни и выбрасывает его в атмосферу .