Saletra amonowa jest jednym z najpopularniejszych nawozów.

Azotan amonu (znany również jako azotan amonu) produkowany jest w fabrykach z kwasu azotowego i amoniaku w wyniku chemicznego oddziaływania tych związków.

Proces produkcyjny składa się z następujących etapów:

1. Neutralizacja kwasu azotowego gazowym amoniakiem.
2. Odparowanie roztworu azotanu amonu.
3. Krystalizacja azotanu amonu.
4. Suszenie soli.

Rysunek przedstawia uproszczony schemat blokowy procesu produkcji azotanu amonu. Jak przebiega ten proces?

Surowiec - gazowy amoniak i kwas azotowy (roztwór wodny) - trafia do neutralizatora. Tutaj w wyniku chemicznego oddziaływania obu substancji następuje gwałtowna reakcja z wydzieleniem dużej ilości ciepła. W takim przypadku część wody odparowuje, a powstała para wodna (tzw. para sokowa) jest odprowadzana na zewnątrz przez syfon.

Niecałkowicie odparowany roztwór azotanu amonu przepływa z neutralizatora do kolejnego aparatu – neutralizatora końcowego. W nim po dodaniu wodnego roztworu amoniaku kończy się proces neutralizacji kwasu azotowego.

Z neutralizatora wstępnego roztwór azotanu amonu pompowany jest do parownika – działającego w sposób ciągły aparatu próżniowego. Roztwór w takich urządzeniach odparowuje się pod zmniejszonym ciśnieniem, w tym przypadku pod ciśnieniem 160-200 mm Hg. Sztuka. Ciepło parowania przekazywane jest do roztworu przez ścianki rur ogrzewanych parą.

Odparowanie prowadzi się do momentu, gdy stężenie roztworu osiągnie 98%. Następnie roztwór przechodzi do krystalizacji.

Według jednej z metod krystalizacja azotanu amonu zachodzi na powierzchni bębna chłodzonego od wewnątrz. Bęben obraca się, a na jego powierzchni tworzy się skorupa krystalizującego azotanu amonu o grubości do 2 mm. Skórkę odcina się nożem i przesyła przez rynnę do suszenia.

Saletra amonowa jest suszona gorącym powietrzem w obracających się bębnach suszących w temperaturze 120°. Po wyschnięciu gotowy produkt kierowany jest do pakowania. Saletra amonowa zawiera 34-35% azotu. Aby ograniczyć zbrylanie, podczas produkcji do jego składu dodaje się różne dodatki.

Saletra amonowa produkowana jest fabrycznie w postaci granulatu i płatków. Saletra płatkowa silnie chłonie wilgoć z powietrza, dlatego podczas przechowywania rozprzestrzenia się i traci swoją kruchość. Granulowana saletra amonowa ma postać ziarenek (granulek).

Granulacja azotanu amonu odbywa się najczęściej w wieżach (patrz rysunek). Odparowany roztwór azotanu amonu – stopiony – natryskuje się za pomocą wirówki zamontowanej w suficie wieży.

Stop przepływa ciągłym strumieniem do obracającego się perforowanego bębna wirówki. Przechodząc przez otwory bębna, spray zamienia się w kulki o odpowiedniej średnicy, które w miarę opadania twardnieją.

Saletra amonowa granulowana charakteryzuje się dobrymi właściwościami fizycznymi, nie zbryla się podczas przechowywania, dobrze rozprowadza się na polu i powoli wchłania wilgoć z powietrza.

Siarczan amonu - (inaczej - siarczan amonu) zawiera 21% azotu. Większość siarczanu amonu jest produkowana przez przemysł koksowniczy.

W nadchodzących latach bardzo rozwinie się produkcja najbardziej stężonego nawozu azotowego - mocznika, czyli mocznika zawierającego 46% azotu.

Mocznik wytwarza się pod wysokim ciśnieniem w drodze syntezy z amoniaku i dwutlenku węgla. Stosowany jest nie tylko jako nawóz, ale także do karmienia zwierząt gospodarskich (uzupełnianie żywienia białkowego) oraz jako półprodukt do produkcji tworzyw sztucznych.

Duże znaczenie mają także nawozy ciekłym azotem – ciekły amoniak, amoniak i woda amoniakalna.

Amoniak ciekły wytwarzany jest z amoniaku gazowego poprzez upłynnienie pod wysokim ciśnieniem. Zawiera 82% azotu. Związki amoniaku to roztwory azotanu amonu, azotanu wapnia lub mocznika w ciekłym amoniaku z niewielkim dodatkiem wody. Zawierają do 37% azotu. Woda amoniakalna jest wodnym roztworem amoniaku. Zawiera 20% azotu. Pod względem wpływu na plony nawozy ciekłe azotowe nie ustępują nawozom stałym. A ich produkcja jest znacznie tańsza niż w postaci stałej, ponieważ eliminuje się operacje odparowania roztworu, suszenia i granulowania. Spośród trzech rodzajów nawozów ciekłych azotem najczęściej stosowana jest woda amoniakalna. Oczywiście aplikacja płynnych nawozów do gleby, a także ich przechowywanie i transport wymagają specjalnych maszyn i urządzeń.

Jeśli znajdziesz błąd, zaznacz fragment tekstu i kliknij Ctrl+Enter.

Wyślij swoją dobrą pracę do bazy wiedzy jest prosta. Skorzystaj z poniższego formularza

Studenci, doktoranci, młodzi naukowcy, którzy wykorzystują bazę wiedzy w swoich studiach i pracy, będą Państwu bardzo wdzięczni.

Wysłany dnia http://www.allbest.ru/

• Wstęp
• 1. Produkcja saletry amonowej
• 2. Surowce
• 3. Synteza amoniaku
• 4. Charakterystyka produktu docelowego
• 5. Fizyko-chemiczne uzasadnienie głównych procesów wytwarzania docelowego produktu oraz bezpieczeństwo środowiskowe produkcji

Wstęp

Najważniejszym rodzajem nawozów mineralnych są nawozy azotowe: saletra amonowa, mocznik, siarczan amonu, wodne roztwory amoniaku itp. Azot odgrywa niezwykle ważną rolę w życiu roślin: wchodzi w skład chlorofilu, który jest akceptorem energii słonecznej energię i białko niezbędne do budowy żywej komórki. Rośliny mogą pobierać wyłącznie azot związany – w postaci azotanów, soli amonowych lub amidów. Stosunkowo niewielkie ilości azotu związanego powstają z azotu atmosferycznego w wyniku działania mikroorganizmów glebowych. Jednak współczesne intensywne rolnictwo nie może już istnieć bez dodatkowego stosowania do gleby nawozów azotowych, uzyskiwanych w wyniku przemysłowego wiązania azotu atmosferycznego.

Nawozy azotowe różnią się między sobą zawartością azotu, formą związków azotu (azotan, amon, amid), stanem fazowym (stałym i płynnym), występują także nawozy fizjologicznie kwaśne i fizjologicznie zasadowe.

1. Produkcja saletry amonowej

Azotan amonu, czyli azotan amonu, NH 4 NO 3 - biała, krystaliczna substancja zawierająca 35% azotu w postaci amonowej i azotanowej , obie formy azotu są łatwo przyswajalne przez rośliny. Saletra amonowa granulowana stosowana jest na szeroką skalę przedsiewnie oraz do wszelkiego rodzaju nawozów. Na mniejszą skalę służy do produkcji materiałów wybuchowych.

Saletra amonowa jest dobrze rozpuszczalna w wodzie i posiada wysoką higroskopijność (zdolność pochłaniania wilgoci z powietrza). Z tego powodu granulki nawozu rozsypują się, tracą swój krystaliczny kształt, następuje zbrylanie nawozów – materiał sypki zamienia się w stałą, monolityczną masę.

Saletra amonowa produkowana jest w trzech rodzajach:

A i B - stosowane w przemyśle; stosowany w mieszaninach wybuchowych (amonity, amoniaki)

B to skuteczny i najpopularniejszy nawóz azotowy, zawierający około 33-34% azotu; ma fizjologiczną kwasowość.

2. Surowce

Materiałami wyjściowymi do produkcji azotanu amonu są amoniak i kwas azotowy.

Kwas azotowy . Czysty kwas azotowy HNO jest bezbarwną cieczą o gęstości 1,51 g/cm3 w temperaturze -42°C, krzepnącą w przezroczystą krystaliczną masę. W powietrzu podobnie jak stężony kwas solny „dymi”, gdyż jego opary tworzą z wilgocią w powietrzu drobne kropelki mgły. Kwas azotowy jest nietrwały i już pod wpływem światła stopniowo ulega rozkładowi:

Im wyższa temperatura i im bardziej stężony jest kwas, tym szybciej następuje rozkład. Uwolniony dwutlenek azotu rozpuszcza się w kwasie i nadaje mu brązowy kolor.

Kwas azotowy jest jednym z najsilniejszych kwasów; w rozcieńczonych roztworach ulega całkowitemu rozkładowi na jony H i -NO Kwas azotowy jest jednym z najważniejszych związków azotu: stosowany jest w dużych ilościach do produkcji nawozów azotowych, materiałów wybuchowych i barwników organicznych, w wielu przypadkach służy jako środek utleniający. procesach chemicznych i wykorzystywany jest do produkcji kwasu siarkowego metodą azotawą, stosowanego do produkcji lakierów i folii celulozowych .

Przemysłowa produkcja kwasu azotowego . Nowoczesne, przemysłowe metody produkcji kwasu azotowego opierają się na katalitycznym utlenianiu amoniaku tlenem atmosferycznym. Opisując właściwości amoniaku wskazano, że spala się on w tlenie, a produktami reakcji są woda i wolny azot. Jednak w obecności katalizatorów utlenianie amoniaku tlenem może przebiegać inaczej w przypadku mieszaniny amoniaku i powietrza przepuszcza się przez katalizator, następnie w temperaturze 750°C i przy pewnym składzie mieszaniny następuje prawie całkowita konwersja

Powstała mieszanina łatwo przechodzi do, która z wodą w obecności tlenu atmosferycznego daje kwas azotowy.

Stopy na bazie platyny stosowane są jako katalizatory utleniania amoniaku.

Kwas azotowy otrzymywany w wyniku utleniania amoniaku ma stężenie nie przekraczające 60%. W razie potrzeby skoncentrowany,

Przemysł produkuje kwas azotowy rozcieńczony o stężeniach 55, 47 i 45% oraz kwas azotowy stężony - 98 i 97%. Kwas stężony transportowany jest w zbiornikach aluminiowych, rozcieńczony - w zbiornikach ze stali kwasoodpornej.

3. Synteza amoniaku

Surowce azotanu amoniaku

Amoniak jest kluczowym produktem różnych substancji zawierających azot stosowanych w przemyśle i rolnictwie. D.N. Pryanishnikov nazwał amoniak „alfa i omega” w metabolizmie substancji azotowych w roślinach.

Schemat przedstawia główne zastosowania amoniaku. Skład amoniaku ustalił C. Berthollet w 1784 r. Amoniak NH 3 jest zasadą, umiarkowanie silnym środkiem redukującym i skutecznym środkiem kompleksującym w stosunku do kationów z wolnymi orbitalami wiążącymi.

Fizykochemiczne podstawy procesu . Syntezę amoniaku z pierwiastków przeprowadza się zgodnie z równaniem reakcji

N2+3H2=2NH3; ?H<0

Reakcja jest odwracalna, egzotermiczna, charakteryzuje się dużym efektem ujemnej entalpii (ΔH = -91,96 kJ/mol), a w wysokich temperaturach staje się jeszcze bardziej egzotermiczna (ΔH = -112,86 kJ/mol). Zgodnie z zasadą Le Chateliera podczas ogrzewania równowaga przesuwa się w lewo, w kierunku zmniejszenia wydajności amoniaku. Zmiana entropii w tym przypadku również jest ujemna i nie sprzyja reakcji. Przy ujemnej wartości ΔS wzrost temperatury zmniejsza prawdopodobieństwo wystąpienia reakcji,

Reakcja syntezy amoniaku przebiega ze spadkiem objętości. Zgodnie z równaniem reakcji 4 mole początkowych reagentów gazowych tworzą 2 mole produktu gazowego. Bazując na zasadzie Le Chateliera możemy stwierdzić, że w warunkach równowagi zawartość amoniaku w mieszaninie będzie większa przy wysokim ciśnieniu niż przy niskim ciśnieniu.

4. Charakterystyka produktu docelowego

Charakterystyka fizykochemiczna . Azotan amonu (azotan amonu) NH4NO3 ma masę cząsteczkową 80,043; czysty produkt jest bezbarwną, krystaliczną substancją zawierającą 60% tlenu, 5% wodoru i 35% azotu (po 17,5% w postaci amoniaku i azotanów). Produkt techniczny zawiera co najmniej 34,0% azotu.

Podstawowe właściwości fizyczne i chemiczne saletry amonowejS:

Azotan amonu, w zależności od temperatury, występuje w pięciu odmianach krystalicznych, które są stabilne termodynamicznie pod ciśnieniem atmosferycznym (tabela). Każda modyfikacja istnieje tylko w pewnym zakresie temperatur, a przejściu (polimorficznemu) z jednej modyfikacji do drugiej towarzyszą zmiany w strukturze kryształu, uwalnianie (lub pochłanianie) ciepła, a także nagła zmiana objętości właściwej, pojemności cieplnej , entropia itp. Przejścia polimorficzne są odwracalne - enancjotropowe.

Tabela. Modyfikacje krystaliczne azotanu amonu

Układ NH 4 NO 3 -H 2 O (Rys. 11-2) odnosi się do układów o prostej eutektyce. Punkt eutektyczny odpowiada stężeniu 42,4% MH 4 MO 3 i temperaturze -16,9 °C. Lewa gałąź diagramu – linia likwidusu wody – odpowiada warunkom uwolnienia lodu w układzie NN 4 MO 3 -H 2 O. Prawa gałąź krzywej likwidusu to krzywa rozpuszczalności MH 4 MO 3 w wodzie. Krzywa ta ma trzy punkty załamania odpowiadające temperaturom przejść modyfikacji NH 4 NO 3 1 = 11 (125,8 ° C), II = III (84,2 ° C) i 111 = IV (32,2 ° C). Temperatura topnienia (krystalizacja). bezwodnej saletry amonowej wynosi 169,6°C. Maleje wraz ze wzrostem wilgotności soli.

Zależność temperatury krystalizacji NH 4 NO 3 (Tkryształ, „C) od zawartości wilgoci (X,%) do 1,5% opisuje równanie:

tkryst = 169,6 - 13, 2x (11.6)

Zależność temperatury krystalizacji saletry amonowej z dodatkiem siarczanu amonu od wilgotności (X,%) do 1,5% i siarczanu amonu (U, %) do 3,0% wyraża się równaniem:

t kryształ = 169,6 - 13,2X+2, OU. (11,7).

Azotan amonu rozpuszcza się w wodzie i pochłania ciepło. Poniżej podano wartości ciepła rozpuszczania (Q dist) azotanu amonu o różnych stężeniach w wodzie o temperaturze 25°C:

C(NH4NO3) % szerokie rzesze 59,69 47.05 38,84 30,76 22,85 15,09 2,17
Roztwór Q kJ/kg. -202,8 -225,82 -240,45 -256,13 -271,29 -287,49 -320,95

Azotan amonu jest dobrze rozpuszczalny w wodzie, alkoholach etylowych i metylowych, pirydynie, acetonie i ciekłym amoniaku.

Ryż. 11-2. Diagram stanu systemuN.H.4 N03 - H20

Rozkład termiczny . Azotan amonu jest środkiem utleniającym, który może wspomagać spalanie. Saletra po podgrzaniu w zamkniętej przestrzeni, gdy nie można swobodnie usunąć produktów rozkładu termicznego, może w pewnych warunkach eksplodować (detonować). Może również eksplodować pod wpływem silnych uderzeń, na przykład inicjowanych przez materiały wybuchowe.

W początkowym okresie ogrzewania w temperaturze 110°C następuje stopniowo endotermiczna dysocjacja azotanów na amoniak i kwas azotowy:

NH4NO3 > NH3 + HNO3 - 174,4 kJ/mol. (11,9)

W temperaturze 165°C ubytek masy nie przekracza 6%/dzień. Szybkość dysocjacji zależy nie tylko od temperatury, ale także od stosunku powierzchni azotanu do jego objętości, zawartości zanieczyszczeń itp.

Amoniak jest mniej rozpuszczalny w stopie niż kwas azotowy, dlatego jest usuwany szybciej; stężenie kwasu azotowego wzrasta do wartości równowagi określonej przez temperaturę. Obecność kwasu azotowego w stopie decyduje o autokatalitycznym charakterze rozkładu termicznego.

W zakresie temperatur 200-270°C zachodzi przeważnie słabo egzotermiczna reakcja rozkładu azotanów na podtlenek azotu i wodę:

NH4NO3 > N2O+ 2H2O + 36,8 kJ/mol. (11.10)

Zauważalny wpływ na szybkość rozkładu termicznego ma dwutlenek azotu, powstający podczas termicznego rozkładu kwasu azotowego, będącego produktem dysocjacji azotanu amonu.

Kiedy dwutlenek azotu reaguje z azotanem, powstaje kwas azotowy, woda i azot:

NH 4NO 3 + 2NO 2 > N 2 + 2HNO 3 + H 2O + 232 kJ/mol )

Efekt termiczny tej reakcji jest ponad 6 razy większy niż efekt termiczny reakcji rozkładu azotanu na N 2 O i H 2 O. Zatem w zakwaszonym azotanie, nawet w zwykłych temperaturach, ze względu na znaczną reakcję egzotermiczną interakcji z dwutlenkiem azotu następuje spontaniczny rozkład termiczny, który przy dużej masie azotanu amonu może doprowadzić do jego szybkiego rozkładu.

Kiedy azotan jest podgrzewany w układzie zamkniętym w temperaturze 210-220°C, gromadzi się amoniak, stężenie kwasu azotowego spada, przez co reakcja rozkładu jest silnie hamowana. Proces rozkładu termicznego praktycznie zatrzymuje się, mimo że większość soli tak się dzieje jeszcze nie rozłożony. W wyższych temperaturach amoniak utlenia się szybciej, w układzie gromadzi się kwas azotowy i reakcja przebiega ze znacznym samoprzyspieszeniem, co może doprowadzić do wybuchu.

Dodatek do azotan amonu substancji, które mogą rozkładać się z uwolnieniem amoniaku (na przykład mocznik i acetamid) hamuje rozkład termiczny. Sole z kationami srebra lub talu znacznie zwiększają szybkość reakcji ze względu na tworzenie się w stopie kompleksów z jonami azotanowymi. Jony chloru mają silne działanie katalityczne na proces rozkładu termicznego. Gdy mieszaninę zawierającą chlorek i azotan amonu ogrzeje się do temperatury 220-230°C, rozpoczyna się bardzo szybki rozkład z wydzieleniem dużych ilości gazu. Ze względu na ciepło reakcji temperatura mieszaniny znacznie wzrasta, a rozkład kończy się w krótkim czasie.

Jeśli mieszaninę zawierającą chlorki utrzymuje się w temperaturze 150-200°C, to w pierwszym okresie czasu, zwanym indukcją, rozkład będzie przebiegał z szybkością odpowiadającą rozkładowi azotanów w danej temperaturze. W tym okresie oprócz rozkładu zajdą także inne procesy, których efektem jest w szczególności wzrost zawartości kwasu w mieszaninie i uwolnienie niewielkiej ilości chloru. Po okresie indukcji rozkład przebiega z dużą szybkością i towarzyszy mu silne wydzielanie ciepła oraz powstawanie dużych ilości toksycznych gazów. Przy wysokiej zawartości chlorków rozkład całej masy azotanu amonu szybko się kończy. W związku z tym zawartość chlorków w produkcie jest ściśle ograniczona.

Przy obsłudze mechanizmów stosowanych przy produkcji saletry amonowej należy stosować smary niewchodzące w interakcję z produktem i nie obniżające początkowej temperatury rozkładu termicznego. W tym celu można na przykład zastosować smar VNIINP-282 (GOST 24926-81).

Temperatura produktu wysyłanego do przechowywania luzem lub do pakowania w worki nie powinna przekraczać 55°C. Jako pojemniki stosuje się torby polietylenowe lub papierowe kraft. Temperatury, w których rozpoczynają się aktywne procesy utleniania polietylenu i papieru siarczanowego azotanem amonu, wynoszą odpowiednio 270-280 i 220-230°C. Puste torby plastikowe i papierowe należy oczyścić z resztek produktu, a jeżeli nie nadają się do użytku, spalić.

Pod względem energii wybuchu azotan amonu jest trzy razy słabszy niż większość materiałów wybuchowych. Produkt ziarnisty może w zasadzie zdetonować, ale inicjacja za pomocą kapsuły detonatora jest niemożliwa; wymaga to dużych ładunków silnych materiałów wybuchowych.

Wybuchowy rozkład azotanów przebiega według równania:

NH 4NO 3 > N 2 + 0,5 O 2 + 2H 2 O + 118 kJ/mol. (11.12)

Zgodnie z równaniem (11.12) ciepło wybuchu powinno wynosić 1,48 MJ/kg. Jednakże ze względu na występowanie reakcji ubocznych, z których jedna jest endotermiczna (11,9), rzeczywiste ciepło wybuchu wynosi 0,96 MJ/kg i jest małe w porównaniu z ciepłem wybuchu heksogenu (5,45 MJ). Jednak w przypadku produktu o tak dużej pojemności jak azotan amonu, uwzględnienie jego właściwości wybuchowych (choć słabych) jest ważne dla zapewnienia bezpieczeństwa.

Wymagania konsumentów dotyczące jakości azotanu amonu produkowanego przez przemysł znajdują odzwierciedlenie w GOST 2-85, zgodnie z którym produkowane są dwa gatunki produktu handlowego.

Wytrzymałość granulek określa się zgodnie z GOST-21560.2-82 przy użyciu urządzeń IPG-1, MIP-10-1 lub OSPG-1M.

Kruchość granulowanej saletry amonowej pakowanej w worki określa się zgodnie z GOST-21560.5-82.

GOST 14702-79-" wodoodporny"

5. Fizyko-chemiczne uzasadnienie głównych procesów wytwarzania docelowego produktu oraz bezpieczeństwo środowiskowe produkcji

Aby otrzymać praktycznie niezbrylającą się azotan amonu, stosuje się szereg metod technologicznych. Skutecznym sposobem na zmniejszenie szybkości wchłaniania wilgoci przez sole higroskopijne jest ich granulacja. Całkowita powierzchnia jednorodnych granulek jest mniejsza niż powierzchnia tej samej ilości drobnokrystalicznej soli, dlatego nawozy granulowane wolniej absorbują wilgoć z powietrza. Czasami azotan amonu łączy się z mniej higroskopijnymi solami, takimi jak siarczan amonu.

Jako podobnie działające dodatki stosuje się również fosforany amonu, chlorek potasu i azotan magnezu. Proces produkcji azotanu amonu opiera się na heterogenicznej reakcji gazowego amoniaku z roztworem kwasu azotowego:

NH3 + HNO3 = NH4NO3

?H = -144,9 kJ (VIII)

Reakcja chemiczna zachodzi z dużą prędkością; w reaktorze przemysłowym jest ono ograniczone przez rozpuszczenie gazu w cieczy. Aby zmniejszyć hamowanie dyfuzji, ogromne znaczenie ma mieszanie odczynników.

Intensywne warunki prowadzenia procesu można w dużym stopniu zapewnić już przy opracowywaniu konstrukcji aparatu. Reakcję (VIII) prowadzi się w działającym w sposób ciągły aparacie ITN (wykorzystując ciepło zobojętniania). Reaktor jest pionowym, cylindrycznym aparatem składającym się ze strefy reakcji i separacji. W strefie reakcyjnej znajduje się szyba /, w której dolnej części znajdują się otwory umożliwiające cyrkulację roztworu. Bełkot znajduje się nieco nad otworami wewnątrz kieliszka 2 do zasilania gazowym amoniakiem, nad nim znajduje się bełkotka 3 do dostarczania kwasu azotowego. Mieszanina reakcyjna para-ciecz opuszcza górną część szkła reakcyjnego; część roztworu jest usuwana z aparatu ITN i trafia do końcowego neutralizatora, a reszta (cyrkulacja) ponownie spada. Opary soku uwolnione z mieszaniny para-ciecz przemywa się na płytkach kołpakowych 6 z rozprysków roztworu azotanu amonu i oparów kwasu azotowego z 20% roztworem azotanu, a następnie kondensatu pary sokowej.

Ciepło reakcji (VIII) wykorzystywane jest do częściowego odparowania wody z mieszaniny reakcyjnej (stąd nazwa aparatu - ITN). Różnica temperatur w różnych częściach aparatu powoduje intensywniejszą cyrkulację mieszaniny reakcyjnej.

Proces technologiczny produkcji azotanu amonu obejmuje, oprócz etapu zobojętniania kwasu azotowego amoniakiem, także etapy odparowania roztworu azotanu, granulację stopu, chłodzenie granulek, obróbkę granulatu środkami powierzchniowo czynnymi , pakowanie, magazynowanie i załadunek azotanów, oczyszczanie emisji gazów i ścieków.

Na ryc. przedstawiono schemat nowoczesnej wielkowydajnej instalacji do produkcji saletry amonowej AS-72 o wydajności 1360 ton/dobę. Początkowy kwas azotowy 58-60% podgrzewa się w podgrzewaczu / do 70-80 za pomocą pary sokowej z aparatu ITN 3 i jest wysyłany do neutralizacji. Przed urządzeniami 3 Do kwasu azotowego dodaje się kwasy fosforowy i siarkowy w takich ilościach, aby gotowy produkt zawierał 0,3-0,5% P 2 O 5 i 0,05-0,2% siarczanu amonu.

Jednostka zawiera dwa urządzenia ITN pracujące równolegle. Oprócz kwasu azotowego zasilane są gazowym amoniakiem, podgrzanym w grzejniku 2 kondensat pary wodnej do 120-130°C. Ilości dostarczanego kwasu azotowego i amoniaku tak dobiera się, aby na wyjściu z aparatury pompującej roztwór zawierał niewielki nadmiar kwasu (2-5 g/l), zapewniający całkowitą absorpcję amoniaku.

W aparacie podgrzewa się kwas azotowy (58-60%) 2 do 80–90°C za pomocą pary sokowej z aparatu ITN 8. Gaz amoniakalny w grzejniku 1 podgrzewany kondensatem pary do temperatury 120-160°C. Kwas azotowy i gazowy amoniak w automatycznie kontrolowanej proporcji trafiają do części reakcyjnych dwóch pracujących równolegle aparatów ITN 5. 89-92% roztwór NH4NO3 opuszczający aparat ITN w temperaturze 155-170°C zawiera nadmiar kwasu azotowego w zakresie 2-5 g/l, zapewniający całkowitą absorpcję amoniaku.

W górnej części aparatu para sokowa z części reakcyjnej jest wypłukiwana z rozprysków azotanu amonu; pary HNO 3 i NH 3 z 20% roztworem azotanu amonu z płuczki myjącej 18 i kondensat pary sokowej z podgrzewacza kwasu azotowego 2, które podawane są na pokrywach górnej części aparatu. Część pary sokowej wykorzystywana jest do podgrzewania kwasu azotowego w podgrzewaczu 2, a większa jej część kierowana jest do płuczki myjącej 18, gdzie miesza się go z powietrzem z wieży granulacyjnej, z mieszaniną parowo-powietrzną z wyparki 6 i przemyto na płytkach płuczkowych płuczki. Przemyta mieszanina pary i powietrza jest uwalniana do atmosfery za pomocą wentylatora 19.

Rozwiązanie z urządzeń ITN 8 kolejno przechodzi przez neutralizator 4 i neutralizator kontrolny 5. Do neutralizatora 4 kwasy siarkowy i fosforowy dozuje się w ilości zapewniającej, aby gotowy produkt zawierał 0,05-0,2% siarczanu amonu i 0,3-0,5% P20s. Dozowanie kwasów za pomocą pomp nurnikowych dostosowywane jest w zależności od obciążenia agregatu.

Po zobojętnieniu nadmiaru NMO3 w roztworze saletry amonowej z urządzeń ITN i wprowadzeniu kwasów siarkowego i fosforowego do neutralizatora końcowego nr 4, roztwór przechodzi kontrolę po neutralizatorze końcowym 5 (gdzie amoniak jest dostarczany automatycznie tylko w przypadku wycieku kwasu z neutralizatora 4) i wchodzi do parownika 6. W odróżnieniu od jednostki AC-67, górna część parownika 6 wyposażony w dwie płyty płuczące sita, na które dostarczany jest kondensat parowy, płuczący mieszaninę parowo-powietrzną z parownika z azotanu amonu

Stop azotanów z parownika 6, przechodząc przez syfon i neutralizator 9 i filtruj 10, wchodzi do zbiornika 11, skąd jest to pompa głębinowa 12 dostarczany rurociągiem z króćcem przeciwstukowym do zbiornika ciśnieniowego 15, a następnie do granulatorów 16 Lub 17. Bezpieczeństwo zespołu pompującego stop zapewnia system automatycznego utrzymania temperatury stopu podczas jego odparowywania w wyparce (nie wyższej niż 190°C), kontrola i regulacja środowiska stopu za neutralizatorem 9 (w granicach 0,1-0,5 g/l NH 3), kontrolując temperaturę wytopu w zbiorniku 11, obudowa pompy 12 i rurociąg ciśnieniowy. Jeżeli parametry regulacyjne procesu odbiegają od normy, pompowanie wytopu zostaje automatycznie zatrzymane, a wytop trafia do zbiorników 11 i parownik 6 gdy temperatura wzrośnie, rozcieńczyć kondensatem.

Granulację zapewniają dwa rodzaje granulatorów: wibroakustyczny 16 i monodyspersyjne 17. Granulatory wibroakustyczne, które są stosowane na jednostkach o dużej wydajności, okazały się bardziej niezawodne i wygodne w obsłudze.

Stop jest granulowany w prostokątnej metalowej wieży 20 o wymiarach rzutu 8x11 m. Wysokość lotu granulatu wynosi 55 m, co zapewnia krystalizację i chłodzenie granulatu o średnicy 2-3 mm do 90-120°C przy przeciwprądzie powietrza latem do 500 tys. m/h, a zimą (w niskich temperaturach) do 300-400 tys. m/h. Na dole wieży znajdują się stożki odbiorcze, z których granulat transportowany jest przenośnikiem taśmowym 21 przesyłane do aparatu chłodzącego CC 22.

Aparatura chłodząca 22 podzielony na trzy sekcje z autonomicznym dopływem powietrza pod każdą sekcję rusztu złoża fluidalnego. W jego części czołowej wbudowane jest sito, które odsiewa grudki azotanów powstałe w wyniku zakłócenia trybu pracy granulatorów. Grudki wysyła się do rozpuszczenia. Powietrze dostarczane do sekcji aparatury chłodzącej za pomocą wentylatorów 23, podgrzewane w aparacie 24 ze względu na ciepło pary sokowej z urządzeń ITN. Ogrzewanie przeprowadza się przy wilgotności powietrza powyżej 60%, a zimą w celu uniknięcia nagłego wychłodzenia granulatu. Granulki azotanu amonu przechodzą kolejno przez jedną, dwie lub trzy sekcje aparatu chłodniczego, w zależności od obciążenia urządzenia i temperatury otoczenia. Zalecana temperatura chłodzenia granulatu zimą wynosi poniżej 27°C, latem do 40-50°C. Podczas eksploatacji jednostek w regionach południowych, gdzie przez znaczną liczbę dni temperatura powietrza przekracza 30°C, trzecia sekcja aparatu chłodniczego pracuje na wstępnie schłodzonym powietrzu (w wymienniku ciepła z amoniakiem wyparnym). Ilość powietrza dostarczanego do każdej sekcji wynosi 75-80 tys. m3/h. Ciśnienie wentylatora 3,6 kPa. Powietrze wylotowe z sekcji aparatu o temperaturze 45-60°C, zawierające do 0,52 g/m 3 pyłu azotanu amonu kierowane jest do wieży granulacyjnej, gdzie jest mieszane z powietrzem atmosferycznym i podawane do przemywania płuczkę myjącą 18.

Schłodzony produkt kierowany jest do magazynu lub do obróbki środkiem powierzchniowo czynnym (dyspergatorem NP), a następnie do wysyłki luzem lub do pakowania w worki. Obróbkę dyspergatorem NF przeprowadza się w wydrążonym aparacie 27 z centralnie umieszczoną dyszą rozpylającą pierścieniowy pionowy strumień granulatu lub w obracającym się bębnie. Jakość obróbki granulatu we wszystkich stosowanych urządzeniach odpowiada wymaganiom GOST 2-85.

Saletra amonowa granulowana składowana jest w magazynie w pryzmach o wysokości do 11 m. Przed wysyłką do konsumenta azotan kierowany jest z magazynu do przesiewania. Niestandardowy produkt rozpuszcza się, roztwór zawraca do parku. Standardowy produkt jest poddawany działaniu dyspergatora NF i wysyłany do konsumentów.

Zbiorniki na kwasy siarkowy i fosforowy oraz urządzenia pompujące do ich dozowania umieszczone są w oddzielnej jednostce. W oddzielnym budynku zlokalizowano centralny punkt kontrolny, stację elektroenergetyczną, laboratorium, pomieszczenia usługowe i gospodarcze.

Opublikowano na Allbest.ru

...

Podobne dokumenty

Właściwości fizykochemiczne saletry amonowej. Główne etapy produkcji saletry amonowej z amoniaku i kwasu azotowego. Instalacje neutralizacji pracujące pod ciśnieniem atmosferycznym i działające w próżni. Recykling i unieszkodliwianie odpadów.

praca na kursie, dodano 31.03.2014


Charakterystyka wytwarzanych wyrobów, surowców i materiałów do produkcji. Proces technologiczny wytwarzania saletry amonowej. Neutralizacja kwasu azotowego gazowym amoniakiem i odparowanie do wysoce stężonego stopu.

praca na kursie, dodano 19.01.2016


Automatyzacja produkcji granulatu saletry amonowej. Układy stabilizacji ciśnienia w przewodzie doprowadzającym parę sokową oraz regulacji temperatury kondensatu pary ze skraplacza barometrycznego. Monitorowanie ciśnienia w przewodzie wylotowym pompy próżniowej.

praca na kursie, dodano 01.09.2014


Saletra amonowa jest powszechnym i tanim nawozem azotowym. Przegląd istniejących schematów technologicznych jego produkcji. Modernizacja produkcji saletry amonowej o produkcję kompleksowego nawozu azotowo-fosforanowego w OJSC Cherepovets Azot.

teza, dodana 22.02.2012


Charakterystyka surowców i materiałów pomocniczych do produkcji kwasu azotowego. Wybór i uzasadnienie przyjętego schematu produkcji. Opis schematu technologicznego. Obliczenia bilansów materiałowych procesów. Automatyzacja procesu technologicznego.

teza, dodano 24.10.2011


Przemysłowe metody wytwarzania rozcieńczonego kwasu azotowego. Katalizatory utleniania amoniaku. Skład mieszaniny gazów. Optymalna zawartość amoniaku w mieszaninie amoniak-powietrze. Rodzaje układów kwasu azotowego. Obliczanie bilansu materiałowego i cieplnego reaktora.

praca na kursie, dodano 14.03.2015


Przegląd nowoczesnych metod produkcji kwasu azotowego. Opis schematu technologicznego instalacji, projekt aparatury głównej i urządzeń pomocniczych. Charakterystyka surowców i produktów gotowych, produktów ubocznych i odpadów produkcyjnych.

praca magisterska, dodana 11.01.2013


Produkcja i zastosowanie katalizatorów syntezy amoniaku. Budowa katalizatora tlenkowego, wpływ warunków jego redukcji na aktywność. Mechanizm i kinetyka regeneracji. Instalacja termograwimetryczna do odzyskiwania katalizatorów syntezy amoniaku.

teza, dodana 16.05.2011


Opisy granulatorów do granulowania i mieszania materiałów sypkich, zwilżonych proszków i past. Produkcja nawozów kompleksowych na bazie saletry amonowej i mocznika. Wzmacnianie wiązań między cząstkami poprzez suszenie, chłodzenie i polimeryzację.

praca na kursie, dodano 03.11.2015


Technologia i reakcje chemiczne etapu produkcji amoniaku. Surowiec, produkt syntezy. Analiza technologii oczyszczania gazu przetworzonego z dwutlenku węgla, istniejących problemów i opracowanie sposobów rozwiązania zidentyfikowanych problemów produkcyjnych.

Ministerstwo Edukacji i Nauki Federacji Rosyjskiej

Państwowa instytucja edukacyjna

Wykształcenie wyższe zawodowe

„Państwowy Uniwersytet Techniczny w Twer”

Katedra TPM

Praca na kursie

w dyscyplinie: „Ogólna technologia chemiczna”

Produkcja saletry amonowej

• Treść

Wstęp

1. Właściwości fizykochemiczne saletry amonowej

2. Metody produkcji

3. Główne etapy produkcji saletry amonowej z amoniaku i kwasu azotowego

3.1 Przygotowanie roztworów azotanu amonu

3.1.1 Podstawy procesu neutralizacji

3.1.2 Charakterystyka instalacji neutralizacyjnych

3. 1 5 Wyposażenie główne

4. Obliczenia materiałowe i energetyczne

5. Obliczenia termodynamiczne

6. Recykling i unieszkodliwianie odpadów przy produkcji saletry amonowej

Wniosek

Lista wykorzystanych źródeł

załącznik A

Wstęp

W przyrodzie i życiu człowieka azot jest niezwykle ważny. Wchodzi w skład związków białkowych (16-18%), które stanowią podstawę świata roślinnego i zwierzęcego. Człowiek spożywa dziennie 80-100 g białka, co odpowiada 12-17 g azotu.

Do normalnego rozwoju roślin potrzebnych jest wiele pierwiastków chemicznych. Najważniejsze z nich to węgiel, tlen, wodór, azot, fosfor, magnez, siarka, wapń, potas i żelazo. Pierwsze trzy elementy rośliny pozyskujemy z powietrza i wody, pozostałe ekstrahujemy z gleby.

Azot odgrywa szczególnie ważną rolę w mineralnym żywieniu roślin, chociaż jego średnia zawartość w masie roślinnej nie przekracza 1,5%. Bez azotu żadna roślina nie może normalnie żyć i rozwijać się.

Azot jest składnikiem nie tylko białek roślinnych, ale także chlorofilu, za pomocą którego rośliny pod wpływem energii słonecznej absorbują węgiel z dwutlenku węgla CO2 znajdującego się w atmosferze.

Naturalne związki azotu powstają w wyniku procesów chemicznych rozkładu pozostałości organicznych, podczas wyładowań atmosferycznych, a także biochemicznie w wyniku działania specjalnych bakterii - Azotobacter, które bezpośrednio pochłaniają azot z powietrza. Tę samą zdolność posiadają bakterie brodawkowe żyjące w korzeniach roślin strączkowych (groch, lucerna, fasola, koniczyna itp.).

Corocznie wraz z powstałymi zbiorami usuwa się z gleby znaczną ilość azotu i innych składników odżywczych niezbędnych do rozwoju upraw rolnych. Ponadto część składników odżywczych ulega utracie w wyniku ich wymywania przez wody gruntowe i deszczowe. Dlatego, aby zapobiec spadkowi plonów i zubożeniu gleby, konieczne jest uzupełnianie jej w składniki odżywcze poprzez stosowanie różnego rodzaju nawozów.

Wiadomo, że prawie każdy nawóz ma fizjologiczną kwasowość lub zasadowość. W zależności od tego może działać zakwaszająco lub alkalizująco na glebę, co jest brane pod uwagę przy stosowaniu go pod niektóre uprawy rolne.

Nawozy, których kationy zasadowe są szybciej wydobywane przez rośliny z gleby, powodują zakwaszenie; Rośliny zużywające kwaśne aniony z nawozów szybciej przyczyniają się do alkalizacji gleby.

Nawozy azotowe zawierające kation amonowy NH4 (azotan amonu, siarczan amonu) oraz grupę amidową NH2 (mocznik) zakwaszają glebę. Zakwaszające działanie azotanu amonu jest słabsze niż siarczanu amonu.

W zależności od rodzaju gleby, warunków klimatycznych i innych, różne uprawy wymagają różnych ilości azotu.

Saletra amonowa (saleta amonowa, inaczej saletra amonowa) zajmuje znaczące miejsce w gamie nawozów azotowych, których światowa produkcja sięga milionów ton rocznie.

Obecnie około 50% nawozów azotowych stosowanych w rolnictwie naszego kraju to saletra amonowa.

Saletra amonowa ma szereg zalet w porównaniu z innymi nawozami azotowymi. Zawiera 34-34,5% azotu i pod tym względem ustępuje jedynie mocznikowi CO(NH2)2, zawierającemu 46% azotu. Pozostałe nawozy azotowe i zawierające azot zawierają znacznie mniej azotu (zawartość azotu podana jest w przeliczeniu na suchą masę):

Tabela 1 - Zawartość azotu w związkach

Saletra amonowa jest uniwersalnym nawozem azotowym, gdyż zawiera jednocześnie amonową i azotanową formę azotu. Jest skuteczny we wszystkich strefach, dla prawie wszystkich upraw.

Bardzo ważne jest, aby formy azotowe azotanu amonu były wykorzystywane przez rośliny w różnym czasie. Azot amonowy, bezpośrednio biorący udział w syntezie białek, jest szybko wchłaniany przez rośliny w okresie wzrostu; Azot azotanowy wchłania się stosunkowo powoli, dzięki czemu utrzymuje się dłużej. Ustalono również, że azot w formie amoniakalnej może być wykorzystywany przez rośliny bez uprzedniego utleniania.

Powyższe właściwości saletry amonowej bardzo pozytywnie wpływają na zwiększenie plonów niemal wszystkich roślin uprawnych.

Saletra amonowa należy do dużej grupy stabilnych materiałów wybuchowych. Do operacji strzałowych wykorzystuje się materiały wybuchowe na bazie azotanu amonu i azotanu amonu, czyste lub poddane działaniu określonych dodatków.

Niewielka ilość saletry służy do produkcji podtlenku azotu, stosowanego w medycynie.

Wraz ze zwiększaniem wolumenu produkcji saletry amonowej poprzez modernizację istniejących obiektów produkcyjnych i budowę nowych, podejmowane są działania mające na celu dalszą poprawę jakości gotowego produktu (uzyskanie produktu w 100% kruchego oraz zabezpieczenie granulatu po długotrwałym przechowywaniu produktu ).

1. Właściwości fizykochemiczne saletry amonowej

W czystej postaci azotan amonu jest białą, krystaliczną substancją zawierającą 35% azotu, 60% tlenu i 5% wodoru. Produkt techniczny jest biały z żółtawym odcieniem i zawiera co najmniej 34,2% azotu.

Azotan amonu jest silnym utleniaczem wielu związków nieorganicznych i organicznych. Reaguje gwałtownie ze stopionymi substancjami, aż do wybuchu (np. z azotynem sodu NaNO2).

Jeśli gazowy amoniak przepuści się przez stałą azotan amonu, szybko powstanie bardzo ruchliwa ciecz - amoniak 2NH4NO3*2Np lub NH4NO3*3Np.

Azotan amonu jest dobrze rozpuszczalny w wodzie, alkoholach etylowych i metylowych, pirydynie, acetonie i ciekłym amoniaku. Wraz ze wzrostem temperatury rozpuszczalność azotanu amonu znacznie wzrasta.

Kiedy azotan amonu rozpuszcza się w wodzie, pochłaniana jest duża ilość ciepła. Na przykład, gdy 1 mol krystalicznego NH4NO3 zostanie rozpuszczony w 220-400 molach wody i w temperaturze 10-15°C, pochłonięte zostanie 6,4 kcal ciepła.

Azotan amonu ma zdolność sublimacji. W przypadku przechowywania azotanu amonu w warunkach podwyższonej temperatury i wilgotności powietrza jego objętość wzrasta około dwukrotnie, co zwykle prowadzi do rozerwania pojemnika.

Pod mikroskopem pory i pęknięcia są wyraźnie widoczne na powierzchni granulek azotanu amonu. Zwiększona porowatość granul azotanów ma bardzo negatywny wpływ na właściwości fizyczne gotowego produktu.

Azotan amonu jest wysoce higroskopijny. Na świeżym powietrzu, w cienkiej warstwie saletry, szybko ulega nawilżeniu, traci swój krystaliczny kształt i zaczyna się rozmazywać. Stopień, w jakim sól absorbuje wilgoć z powietrza, zależy od jej wilgotności i prężności pary nad nasyconym roztworem danej soli w danej temperaturze.

Wymiana wilgoci zachodzi pomiędzy powietrzem a higroskopijną solą. Decydujący wpływ na ten proces ma wilgotność względna powietrza.

Azotan wapniowy i wapniowo-amonowy mają stosunkowo niskie ciśnienie pary wodnej w stosunku do roztworów nasyconych; w określonej temperaturze odpowiadają najniższej wilgotności względnej. Są to najbardziej higroskopijne sole spośród powyższych nawozów azotowych. Siarczan amonu jest najmniej higroskopijny, a azotan potasu jest prawie całkowicie niehigroskopijny.

Wilgoć pochłaniana jest jedynie przez stosunkowo niewielką warstwę soli przylegającą bezpośrednio do otaczającego powietrza. Jednak nawet takie zwilżenie saletry znacznie pogarsza właściwości fizyczne gotowego produktu. Szybkość, z jaką azotan amonu pochłania wilgoć z powietrza, gwałtownie wzrasta wraz ze wzrostem temperatury. Zatem w temperaturze 40°C stopień absorpcji wilgoci jest 2,6 razy większy niż w temperaturze 23°C.

Zaproponowano wiele metod zmniejszania higroskopijności azotanu amonu. Jedna z takich metod polega na zmieszaniu lub stopieniu azotanu amonu z inną solą. Wybierając drugą sól, należy kierować się następującą zasadą: aby zmniejszyć higroskopijność, ciśnienie pary wodnej nad nasyconym roztworem mieszaniny soli musi być większe niż jej ciśnienie nad nasyconym roztworem czystej azotanu amonu.

Ustalono, że higroskopijność mieszaniny dwóch soli mających wspólny jon jest większa niż najbardziej higroskopijnej z nich (wyjątkiem są mieszaniny lub stopy azotanu amonu z siarczanem amonu i niektórymi innymi). Mieszanie azotanu amonu z substancjami niehigroskopijnymi, ale nierozpuszczalnymi w wodzie (na przykład pyłem wapiennym, fosforytem, ​​fosforanem dwuwapniowym itp.) nie zmniejsza jego higroskopijności. Liczne doświadczenia wykazały, że wszystkie sole, które mają taką samą lub większą rozpuszczalność w wodzie niż azotan amonu, mają właściwość zwiększania jej higroskopijności.

Sole, które mogą zmniejszać higroskopijność azotanu amonu, należy dodawać w dużych ilościach (na przykład siarczan potasu, chlorek potasu, fosforan diamonu), co znacznie zmniejsza zawartość azotu w produkcie.

Najskuteczniejszym sposobem ograniczenia absorpcji wilgoci z powietrza jest pokrycie cząstek azotanów filmami ochronnymi z substancji organicznych, które nie są zwilżane przez wodę. Folia ochronna zmniejsza szybkość wchłaniania wilgoci 3-5 razy i pomaga poprawić właściwości fizyczne azotanu amonu.

Negatywną właściwością azotanu amonu jest jego zdolność do zbrylania - utraty płynności (kruchości) podczas przechowywania. W tym przypadku azotan amonu zamienia się w stałą, monolityczną masę, trudną do zmielenia. Zbrylanie azotanu amonu jest spowodowane wieloma przyczynami.

Zwiększona zawartość wilgoci w gotowym produkcie. Cząsteczki azotanu amonu o dowolnym kształcie zawsze zawierają wilgoć w postaci roztworu nasyconego (matki). Zawartość NH4NO3 w takim roztworze odpowiada rozpuszczalności soli w temperaturach, w jakich jest ona ładowana do pojemnika. Gdy gotowy produkt ostygnie, ług macierzysty często staje się przesycony. Wraz z dalszym spadkiem temperatury z przesyconego roztworu wypada duża liczba kryształów o średnicy 0,2-0,3 mm. Te nowe kryształy cementują niezwiązane wcześniej cząsteczki azotanu, powodując jego zamianę w gęstą masę.

Niska wytrzymałość mechaniczna cząstek saletry. Azotan amonu produkowany jest w postaci okrągłych cząstek (granulek), płytek lub małych kryształków. Cząsteczki granulowanego azotanu amonu mają mniejszą powierzchnię właściwą i bardziej regularny kształt niż cząstki płatkowe i drobnokrystaliczne, dzięki czemu granulki zbrylają się mniej. Jednakże podczas procesu granulacji tworzy się pewna ilość pustych cząstek, które mają niską wytrzymałość mechaniczną.

Podczas przechowywania worki z saletrą granulowaną układane są w stosy o wysokości 2,5 m. Pod naciskiem worków górnych najmniej trwałe granulaty ulegają zniszczeniu, tworząc cząstki pyłopodobne, które zagęszczają masę saletry, zwiększając jej zbrylanie. Praktyka pokazuje, że zniszczenie pustych cząstek w warstwie produktu ziarnistego znacznie przyspiesza proces zbrylania. Obserwuje się to nawet jeśli po załadowaniu do pojemnika produkt schłodzono do 45°C, a większość granulek miała dobrą wytrzymałość mechaniczną. Ustalono, że puste granulki ulegają również zniszczeniu w wyniku rekrystalizacji.

Wraz ze wzrostem temperatury otoczenia granulki saletry prawie całkowicie tracą swoją wytrzymałość, a taki produkt mocno się zbryla.

Termiczny rozkład azotanu amonu. Niebezpieczeństwo wybuchu. Odporność na ogień. Z punktu widzenia bezpieczeństwa wybuchowego saletra amonowa jest stosunkowo mało wrażliwa na wstrząsy, tarcie, uderzenia oraz pozostaje stabilna przy uderzeniu iskrami o różnym natężeniu. Domieszki piasku, szkła i zanieczyszczeń metalowych nie zwiększają wrażliwości saletry amonowej na naprężenia mechaniczne. Może wybuchnąć tylko pod wpływem silnego detonatora lub podczas rozkładu termicznego w określonych warunkach.

Przy długotrwałym ogrzewaniu azotan amonu stopniowo rozkłada się na amoniak i kwas azotowy:

NH4NO3=Np+HNO3 - 174598,32 J (1)

Proces ten, który zachodzi wraz z absorpcją ciepła, rozpoczyna się w temperaturach powyżej 110°C.

Podczas dalszego ogrzewania azotan amonu rozkłada się, tworząc podtlenek azotu i wodę:

NH4NO3= N2O + 2H2O + 36902,88 J (2)

Rozkład termiczny azotanu amonu przebiega w następujących, następujących po sobie etapach:

· hydroliza (lub dysocjacja) cząsteczek NH4NO3;

· rozkład termiczny kwasu azotowego powstającego podczas hydrolizy;

· oddziaływanie dwutlenku azotu i amoniaku powstałego w dwóch pierwszych etapach.

Przy intensywnym podgrzewaniu azotanu amonu do temperatury 220-240°C, jego rozkładowi mogą towarzyszyć wytrącenia się stopionej masy.

Ogrzewanie azotanu amonu w objętości zamkniętej lub w objętości z ograniczonym wydzielaniem gazów powstałych podczas termicznego rozkładu azotanu jest bardzo niebezpieczne.

W takich przypadkach rozkład azotanu amonu może przebiegać poprzez wiele reakcji, w szczególności poprzez:

NH4NO3 = N2+2H2O + S02 + 1401,64 J/kg (3)

2NH4NO3 = N2 + 2NO+ 4H20 + 359,82 J/kg (4)

3NH4NO3= 2N2 + N0 + N02 + 6H20 + 966,50 J/kg (5)

Z powyższych reakcji jasno wynika, że ​​amoniak powstający w początkowym okresie rozkładu termicznego azotanów jest często nieobecny w mieszaninach gazowych; Zachodzą w nich reakcje wtórne, podczas których amoniak ulega całkowitemu utlenieniu do azotu elementarnego. W wyniku reakcji wtórnych ciśnienie mieszaniny gazów w zamkniętej objętości gwałtownie wzrasta, a proces rozkładu może zakończyć się eksplozją.

Miedź, siarczki, magnez, piryty i niektóre inne zanieczyszczenia aktywują proces rozkładu azotanu amonu podczas jego ogrzewania. W wyniku interakcji tych substancji z ogrzanym azotanem powstaje niestabilny azotyn amonu, który w temperaturze 70-80 ° C szybko rozkłada się z eksplozją:

NH4NO3=N2+ 2H2O (6)

Azotan amonu nie reaguje z żelazem, cyną i aluminium nawet w stanie stopionym.

Wraz ze wzrostem wilgotności i wzrostem wielkości cząstek azotanu amonu jego wrażliwość na wybuch znacznie maleje. W obecności około 3% wilgoci saletra staje się niewrażliwa na wybuch nawet pod wpływem silnego detonatora.

Rozkład termiczny azotanu amonu wzrasta wraz ze wzrostem ciśnienia do pewnej granicy. Ustalono, że pod ciśnieniem około 6 kgf/cm2 i odpowiedniej temperaturze cały stopiony azotan ulega rozkładowi.

Kluczowe znaczenie dla ograniczenia lub zapobiegania rozkładowi termicznemu azotanu amonu ma utrzymywanie środowiska zasadowego podczas odparowywania roztworów. Dlatego w nowym schemacie technologicznym produkcji niezbrylającej saletry amonowej wskazane jest dodanie do gorącego powietrza niewielkiej ilości amoniaku.

Biorąc pod uwagę, że azotan amonu w pewnych warunkach może być produktem wybuchowym, podczas jego produkcji, przechowywania i transportu należy ściśle przestrzegać ustalonego reżimu technologicznego i przepisów bezpieczeństwa.

Saletra amonowa jest produktem niepalnym. Jedynie podtlenek azotu powstający podczas termicznego rozkładu soli wspomaga spalanie.

Mieszanina azotanu amonu i kruszonego węgla drzewnego może samozapalić się po mocnym podgrzaniu. Niektóre łatwo utlenione metale (takie jak sproszkowany cynk) w kontakcie z mokrym azotanem amonu przy niewielkim ogniu mogą również spowodować jego zapalenie. W praktyce obserwowano przypadki samozapłonu mieszanin azotanu amonu z superfosfatem.

Torby papierowe lub drewniane beczki zawierające azotan amonu mogą zapalić się nawet pod wpływem światła słonecznego. W przypadku zapalenia się pojemnika zawierającego azotan amonu mogą uwolnić się tlenki azotu i pary kwasu azotowego. W przypadku pożaru powstałego na skutek otwartego płomienia lub w wyniku detonacji azotan amonu topi się i częściowo rozkłada. Płomień nie rozprzestrzenia się w głąb masy saletry.

2 . Metody produkcji

kwas zobojętniający azotan amonu

W przemyśle powszechnie stosuje się jedynie metodę wytwarzania azotanu amonu z syntetycznego amoniaku (lub gazów zawierających amoniak) i rozcieńczonego kwasu azotowego.

Produkcja saletry amonowej z syntetycznego amoniaku (lub gazów zawierających amoniak) i kwasu azotowego jest wieloetapowa. W tym celu próbowano otrzymać azotan amonu bezpośrednio z amoniaku, tlenków azotu, tlenu i pary wodnej w reakcji

4Np + 4NO2 + 02 + 2H20 = 4NH4NO3 (7)

Trzeba było jednak porzucić tę metodę, ponieważ wraz z azotanem amonu utworzył się azotyn amonu - produkt niestabilny i wybuchowy.

W produkcji saletry amonowej z amoniaku i kwasu azotowego wprowadzono szereg udoskonaleń, które pozwoliły obniżyć koszty inwestycyjne budowy nowych zakładów i obniżyć koszt gotowego produktu.

Aby radykalnie usprawnić produkcję saletry amonowej, należało porzucić panujące od wielu lat wyobrażenia o niemożliwości pracy bez odpowiednich zapasów podstawowego wyposażenia (np. wyparki, wieże granulacyjne itp.), o niebezpieczeństwie otrzymanie stopu prawie bezwodnego azotanu amonu do granulacji.

W Rosji i za granicą ugruntowano pogląd, że jedynie budowa bloków dużej mocy, przy wykorzystaniu nowoczesnych osiągnięć nauki i techniki, może zapewnić znaczące korzyści ekonomiczne w porównaniu z istniejącą produkcją saletry amonowej.

Znaczna ilość azotanu amonu jest obecnie produkowana z gazów odlotowych zawierających amoniak z niektórych instalacji syntezy mocznika. Według jednej z metod jego produkcji z 1 tony mocznika można uzyskać od 1 do 1,4 tony amoniaku. Z tej ilości amoniaku można wyprodukować 4,6-6,5 tony saletry amonowej. Choć działają także bardziej zaawansowane schematy syntezy mocznika, to gazy zawierające amoniak – odpady z tej produkcji – przez jakiś czas będą służyć jako surowiec do produkcji saletry amonowej.

Metoda wytwarzania saletry amonowej z gazów zawierających amoniak różni się od metody jej wytwarzania z gazowego amoniaku dopiero na etapie neutralizacji.

Azotan amonu otrzymuje się w małych ilościach w wyniku rozkładu wymiennego soli (metody konwersji).

Te metody wytwarzania azotanu amonu opierają się na wytrącaniu jednej z powstałych soli lub na wytworzeniu dwóch soli o różnej rozpuszczalności w wodzie. W pierwszym przypadku roztwory azotanu amonu oddzielane są od osadów na filtrach obrotowych i przetwarzane na produkt stały według konwencjonalnych procedur. W drugim przypadku roztwory odparowuje się do określonego stężenia i rozdziela poprzez krystalizację frakcyjną, która sprowadza się do następującej zasady: podczas chłodzenia gorących roztworów większość azotanu amonu wyodrębnia się w czystej postaci, następnie krystalizację prowadzi się w oddzielnych sprzęt z roztworów macierzystych w celu uzyskania produktu zanieczyszczonego zanieczyszczeniami.

Wszystkie metody wytwarzania azotanu amonu w drodze rozkładu wymiennego soli są złożone i wiążą się z dużym zużyciem pary oraz utratą związanego azotu. W przemyśle stosuje się je zazwyczaj tylko wtedy, gdy istnieje konieczność wykorzystania związków azotu powstałych jako produkty uboczne.

Nowoczesna metoda wytwarzania saletry amonowej z gazowego amoniaku (lub gazów zawierających amoniak) i kwasu azotowego jest stale udoskonalana.

3 . Główne etapy produkcji saletry amonowej z amoniaku i kwasu azotowego

Proces produkcji azotanu amonu składa się z następujących głównych etapów:

1. Otrzymywanie roztworów saletry amonowej poprzez zobojętnianie kwasu azotowego gazowym amoniakiem lub gazami zawierającymi amoniak.

2. Odparowanie roztworów azotanu amonu do stanu stopionego.

3. Krystalizacja ze stopionej soli w postaci okrągłych cząstek (granulek), płatków (płytek) i małych kryształów.

4. Sól chłodząca lub susząca.

5. Opakowanie gotowego produktu.

Aby otrzymać niskozbrylający i wodoodporny azotan amonu, oprócz wskazanych etapów, niezbędny jest także etap przygotowania odpowiednich dodatków.

3,1 s Przygotowanie roztworów saletry amonowej

3.1.1 Podstawy procesu neutralizacji

Roztwory azotanu amonu ry otrzymuje się w reakcji amoniaku z kwasem azotowym według reakcji:

4NH3 + HNO3 = NH4NO3 + QJ (8)

Tworzenie się azotanu amonu jest nieodwracalne i towarzyszy mu wydzielanie ciepła. Ilość ciepła wydzielanego w reakcji zobojętniania zależy od stężenia użytego kwasu azotowego i jego temperatury, a także od temperatury gazowego amoniaku (lub gazów zawierających amoniak). Im wyższe stężenie kwasu azotowego, tym więcej generowanego ciepła. W tym przypadku woda odparowuje, co umożliwia otrzymanie bardziej stężonych roztworów azotanu amonu. Do otrzymania roztworów azotanu amonu stosuje się 42-58% kwas azotowy.

Stosowanie kwasu azotowego o stężeniu wyższym niż 58% do otrzymywania roztworów saletry amonowej przy dotychczasowej konstrukcji procesu nie jest możliwe, gdyż w tym przypadku w aparacie neutralizatora powstaje temperatura znacznie przekraczająca temperaturę wrzenia kwasu azotowego, co może prowadzić do jego rozkładu z wydzieleniem tlenków azotu. Podczas odparowywania roztworów azotanu amonu, pod wpływem ciepła reakcji w aparaturze neutralizującej, powstaje para soku o temperaturze 110-120°C.

Przy otrzymywaniu roztworów azotanu amonu o możliwie najwyższym stężeniu wymagane są stosunkowo małe powierzchnie wymiany ciepła wyparek, a do dalszego odparowania roztworów zużywana jest niewielka ilość pary świeżej. W tym zakresie wraz z wsadem starają się dostarczyć dodatkowe ciepło do neutralizatora, dla którego za pomocą pary sokowej podgrzewają amoniak do 70°C i kwas azotowy do 60°C (przy wyższej temperaturze kwasu azotowego jego znaczny rozkład występuje, a rury nagrzewnicy ulegają silnej korozji, jeśli nie są wykonane z tytanu).

Kwas azotowy stosowany do produkcji saletry amonowej nie może zawierać więcej niż 0,20% rozpuszczonych tlenków azotu. Jeżeli kwas nie zostanie dostatecznie oczyszczony powietrzem, aby usunąć rozpuszczone tlenki azotu, tworzą one z amoniakiem azotyn amonu, który szybko rozkłada się na azot i wodę. W tym przypadku straty azotu mogą wynieść około 0,3 kg na 1 tonę gotowego produktu.

Para soku z reguły zawiera zanieczyszczenia NH3, NHO3 i NH4NO3. Ilość tych zanieczyszczeń silnie zależy od stabilności ciśnień, pod jakimi należy dostarczać amoniak i kwas azotowy do neutralizatora. Do utrzymania zadanego ciśnienia kwas azotowy podawany jest ze zbiornika ciśnieniowego wyposażonego w rurę przelewową, a amoniak gazowy za pomocą reduktora ciśnienia.

Obciążenie neutralizatorem w dużej mierze determinuje również utratę związanego azotu z parą soku. Przy normalnym obciążeniu straty z kondensatem pary sokowej nie powinny przekraczać 2 g/l (w przeliczeniu na azot). Po przekroczeniu obciążenia neutralizatora zachodzą reakcje uboczne pomiędzy amoniakiem i parami kwasu azotowego, w wyniku których w szczególności w fazie gazowej tworzy się mglisty azotan amonu, zanieczyszczający parę wodną soku i zwiększa się utrata związanego azotu. Otrzymane w neutralizatorach roztwory azotanu amonu gromadzone są w pojemnikach pośrednich z mieszadłami, neutralizowane amoniakiem lub kwasem azotowym, a następnie kierowane do odparowania.

3.1.2 Charakterystyka instalacji neutralizacyjnych

W zależności od zastosowania wymagane ciśnienie, nowoczesne instalacje do wytwarzania roztworów saletry amonowej wykorzystujące ciepło neutralizacji dzieli się na instalacje pracujące pod ciśnieniem atmosferycznym; w rozrzedzeniu (próżnia); przy podwyższonym ciśnieniu (kilka atmosfer) oraz instalacje kombinowane pracujące pod ciśnieniem w strefie neutralizacji i pod próżnią w strefie oddzielania par soku od roztworu azotanu amonu (stopu).

Instalacje pracujące przy ciśnieniu atmosferycznym lub niewielkim nadciśnieniu charakteryzują się prostotą technologii i konstrukcji. Są również łatwe w utrzymaniu, uruchamianiu i zatrzymywaniu; przypadkowe naruszenia określonego trybu pracy są zwykle szybko eliminowane. Instalacje tego typu są najczęściej stosowane. Podstawowym aparatem tych instalacji jest aparat neutralizujący ITN (wykorzystanie ciepła neutralizacji). Aparat ITN pracuje pod ciśnieniem bezwzględnym 1,15-1,25 atm. Strukturalnie jest zaprojektowany w taki sposób, że prawie nie dochodzi do wrzenia roztworów - z utworzeniem mglistego azotanu amonu.

Obecność cyrkulacji w aparacie pompy ciepła eliminuje przegrzanie w strefie reakcji, co pozwala na prowadzenie procesu neutralizacji przy minimalnych stratach związanego azotu.

W zależności od warunków pracy produkcji saletry amonowej, para sokowa z aparatów ITN wykorzystywana jest do wstępnego odparowania roztworów azotanów, odparowania ciekłego amoniaku, ogrzewania kwasu azotowego i amoniaku gazowego kierowanego do aparatów ITN oraz do odparowanie ciekłego amoniaku podczas otrzymywania amoniaku gazowego wykorzystywanego do produkcji rozcieńczonego kwasu azotowego.

Roztwory azotanu amonu produkowane są z gazów zawierających amoniak w instalacjach, których aparat główny pracuje w próżni (parownik) i pod ciśnieniem atmosferycznym (płuczka-neutralizator). Instalacje takie są nieporęczne i trudno jest w nich utrzymać stabilny tryb pracy ze względu na zmienność składu gazów zawierających amoniak. Ta ostatnia okoliczność negatywnie wpływa na dokładność regulacji nadmiaru kwasu azotowego, w efekcie czego powstałe roztwory azotanu amonu często zawierają zwiększoną ilość kwasu lub amoniaku.

Instalacje neutralizacyjne pracujące pod ciśnieniem bezwzględnym 5-6 atm nie są zbyt powszechne. Wymagają znacznego zużycia energii do sprężania gazowego amoniaku i dostarczania kwasu azotowego pod ciśnieniem do neutralizatorów. Ponadto na tych instalacjach możliwe są zwiększone straty azotanu amonu na skutek porywania rozprysków roztworów (nawet w separatorach o skomplikowanej konstrukcji nie można całkowicie wychwycić rozprysków).

W instalacjach opartych na metodzie kombinowanej procesy neutralizacji kwasu azotowego amoniakiem są łączone i powstają stopiony azotan amonu, który można bezpośrednio skierować do krystalizacji (tzn. z takich instalacji wyłączone są wyparki do zatężania roztworów azotanów). Instalacje tego typu wymagają 58-60% kwasu azotowego, którego przemysł wciąż produkuje w stosunkowo małych ilościach. Poza tym część wyposażenia musi być wykonana z drogiego tytanu. Proces neutralizacji w celu uzyskania stopionego azotanu należy przeprowadzić w bardzo wysokich temperaturach (200-220°C). Ze względu na właściwości azotanu amonu, aby prowadzić proces w wysokich temperaturach, konieczne jest stworzenie specjalnych warunków, które zapobiegają rozkładowi termicznemu stopionego azotanu.

3.1.3 Instalacje neutralizacji pracujące pod ciśnieniem atmosferycznym

Instalacje te obejmują Należą do nich urządzenia neutralizujące ITN (wykorzystujące ciepło neutralizacji) oraz urządzenia pomocnicze.

Na rys. 1 przedstawiono jedną z konstrukcji aparatu ITN stosowanego w wielu istniejących zakładach produkujących azotan amonu.

Z1 - zawirowywacz; BC1 - naczynie zewnętrzne (zbiornik); VTs1 - cylinder wewnętrzny (część neutralizująca); U1 - urządzenie do dystrybucji kwasu azotowego; Ř1 - złączka do rozwiązań odwadniających; O1 - okna; U2 - urządzenie do dystrybucji amoniaku; G1 - uszczelnienie wodne; C1 - separator-pułapka

Ryc. 1 - Aparat neutralizujący ITN z naturalnym obiegiem roztworów

Aparat ITN jest pionowym cylindrycznym naczyniem (zbiornikiem) 2, w którym umieszczony jest cylinder (szkło) 3 z półkami 1 (zawirowacz) w celu usprawnienia mieszania roztworów. Rurociągi do wprowadzania kwasu azotowego i amoniaku gazowego są podłączone do butli 3 (odczynniki dostarczane są w przeciwprądzie); rury kończą się urządzeniami 4 i 7 dla lepszej dystrybucji kwasu i gazu. W wewnętrznym cylindrze kwas azotowy reaguje z amoniakiem. Cylinder ten nazywany jest komorą neutralizacji.

Przestrzeń pierścieniowa pomiędzy naczyniem 2 a cylindrem 3 służy do cyrkulacji wrzących roztworów azotanu amonu. W dolnej części cylindra znajduje się 6 otworów (okien) łączących komorę neutralizacyjną z częścią parową pompy ciepła. Ze względu na obecność tych otworów wydajność aparatu ITN jest nieco zmniejszona, ale osiąga się intensywny naturalny obieg roztworów, co prowadzi do zmniejszenia strat związanego azotu.

Uwolniona z roztworu para sokowa jest odprowadzana przez króciec w pokrywie aparatu ITN oraz przez syfon-separator 9. Roztwory azotanów powstałe w cylindrze 3 w postaci emulsji – mieszaniny z parą sokową dostają się do separatora przez syfon wodny 5. Z mocowania dolnej części separatora-separatora roztwory amonowe Azotan kierowany jest do końcowego neutralizatora-mieszalnika w celu dalszej obróbki. Syfon wodny w części zaparowującej urządzenia pozwala na utrzymanie stałego poziomu znajdującego się w nim roztworu oraz zapobiega ulatnianiu się pary sokowej bez wypłukiwania z porywanych przez nią rozprysków roztworu.

Kondensat pary tworzy się na płytach separatora w wyniku częściowej kondensacji pary sokowej. W tym przypadku ciepło kondensacji jest usuwane przez krążącą wodę przechodzącą przez wężownice ułożone na płytach. W wyniku częściowej kondensacji pary sokowej otrzymuje się 15-20% roztwór NH4NO3, który wraz z głównym strumieniem roztworu azotanu amonu poddaje się odparowaniu.

Rysunek 2 przedstawia schemat jednej z jednostek neutralizacji pracującej pod ciśnieniem zbliżonym do atmosferycznego.

NB1 - zbiornik ciśnieniowy; C1 - separator; I1 - parownik; P1 - grzejnik; SK1 - odbiór kondensatu; ITN1 – urządzenie ITN; M1 - mieszadło; TsN1 - pompa odśrodkowa

Rysunek 2 - Schemat instalacji neutralizacji pracującej pod ciśnieniem atmosferycznym

Kwas azotowy czysty lub z dodatkami podawany jest do zbiornika ciśnieniowego wyposażonego w stały przelew nadmiaru kwasu do magazynu.

Ze zbiornika ciśnieniowego 1 kwas azotowy kierowany jest bezpośrednio do szyby aparatu ITN 6 lub poprzez grzałkę (nie pokazaną na rysunku), gdzie jest podgrzewany ciepłem pary sokowej usuwanej przez separator 2.

Gazowy amoniak wchodzi do parownika ciekłego amoniaku 3, następnie do podgrzewacza 4, gdzie jest podgrzewany ciepłem pary wtórnej z ekspandera lub gorącym kondensatem pary grzewczej z parowników, a następnie przesyłany jest dwoma równoległymi rurami do szyba aparatu ITN 6.

W parowniku 3 mgła ciekłego amoniaku odparowuje i oddzielane są zanieczyszczenia zwykle związane z gazowym amoniakiem. W tym przypadku powstaje słaba woda amoniakalna z domieszką oleju smarowego i pyłu katalizatora z warsztatu syntezy amoniaku.

Otrzymany w neutralizatorze roztwór azotanu amonu przepływa w sposób ciągły przez uszczelnienie hydrauliczne i syfon do końcowego mieszalnika neutralizatora 7, skąd po zobojętnieniu nadmiaru kwasu kierowany jest do odparowania.

Para soku uwolniona w aparacie grzewczym, po przejściu przez separator 2, jest kierowana do wykorzystania jako para grzewcza do wyparek pierwszego stopnia.

Kondensat pary sokowej z podgrzewacza 4 gromadzony jest w kolektorze 5, skąd jest wykorzystywany na różne potrzeby produkcyjne.

Przed uruchomieniem neutralizatora należy wykonać prace przygotowawcze przewidziane w instrukcji obsługi. Zwróćmy uwagę tylko na część prac przygotowawczych związanych z normalnym przebiegiem procesu neutralizacji i zapewnieniem środków bezpieczeństwa.

Przede wszystkim należy wlać roztwór azotanu amonu lub kondensat pary do neutralizatora aż do zaworu próbkującego.

Należy wówczas zapewnić ciągły dopływ kwasu azotowego do zbiornika ciśnieniowego i jego przelew do obszaru składowania magazynu. Następnie należy odebrać gazowy amoniak z warsztatu syntezy amoniaku, dla którego konieczne jest krótkie otwarcie zaworów na linii uwalniania pary sokowej do atmosfery oraz zaworu wylotu roztworu do mieszalnika-neutralizatora. Zapobiega to powstaniu wysokiego ciśnienia w aparacie pompującym i powstaniu niebezpiecznej mieszaniny amoniaku i powietrza podczas uruchamiania urządzenia.

W tym samym celu przed uruchomieniem neutralizator i podłączona do niego komunikacja są czyszczone parą.

Po osiągnięciu normalnego trybu pracy para sokowa z aparatu grzewczego kierowana jest do wykorzystania jako para grzewcza].

3.1.4 Instalacje neutralizacji pracujące w próżni

Współprzetwarzanie m.in gazów zawierających amoniak i amoniaku w postaci gazowej jest niepraktyczne, gdyż wiąże się z dużymi stratami azotanu amonu, kwasu i amoniaku ze względu na obecność znacznej ilości zanieczyszczeń w gazach zawierających amoniak (azot, metan, wodór itp.) - Zanieczyszczenia te przenikające przez powstałe wrzące roztwory azotanu amonu usuwałyby związany azot wraz z parą soku. Ponadto para sokowa zanieczyszczona zanieczyszczeniami nie mogła być wykorzystywana jako para grzewcza. Dlatego gazy zawierające amoniak są zwykle przetwarzane oddzielnie od gazowego amoniaku.

W instalacjach pracujących w próżni ciepło reakcji wykorzystywane jest na zewnątrz neutralizatora – w parowniku próżniowym. Tutaj gorące roztwory azotanu amonu pochodzące z neutralizatora gotuje się w temperaturze odpowiadającej próżni panującej w aparacie. Do instalacji takich zalicza się: neutralizator typu płuczka, wyparkę próżniową oraz urządzenia pomocnicze.

Na rys. 3 przedstawiono schemat instalacji neutralizacji pracującej z wykorzystaniem wyparki próżniowej.

HP1 - neutralizator typu płuczkowego; H1 - pompa; B1 - parownik próżniowy; B2 - separator próżniowy; NB1 - zbiornik ciśnieniowy kwasu azotowego; B1 - zbiornik (mikser zasuwowy); P1 - podkładka; DN1 - neutralizator wstępny

Rysunek 3 - Schemat instalacji neutralizacji z parownikiem próżniowym

Do dolnej części płuczki-neutralizatora 1 doprowadzane są gazy zawierające amoniak o temperaturze 30-90°C pod ciśnieniem 1,2-1,3 atm. Krążący roztwór azotanu wchodzi do górnej części płuczki z uszczelnienie zbiornika 6, do którego zwykle w sposób ciągły zasilany jest kwas azotowy ze zbiornika 5, czasami podgrzany do temperatury nieprzekraczającej 60 °C. Proces neutralizacji przeprowadza się przy nadmiarze kwasu w zakresie 20-50 g/l. Płuczka 1 zwykle utrzymuje temperaturę 15–20°C poniżej temperatury wrzenia roztworów, co pomaga zapobiegać rozkładowi kwasu i tworzeniu się mgły azotanu amonu. Utrzymanie zadanej temperatury odbywa się poprzez nawadnianie płuczki roztworem z wyparki próżniowej, która pracuje pod próżnią 600 mm Hg. Art., więc roztwór w nim ma niższą temperaturę niż w płuczce.

Roztwór azotanów otrzymany w płuczce zasysa się do wyparki próżniowej 5, gdzie panuje próżnia 560-600 mm Hg. Sztuka. następuje częściowe odparowanie wody (parowanie) i wzrost stężenia roztworu.

Z wyparki próżniowej roztwór przepływa do zbiornika uszczelnienia wodnego 6, skąd większość z niego ponownie trafia do płukania płuczki 1, a reszta kierowana jest do neutralizatora końcowego 8. Para sokowa wytwarzana w parowniku próżniowym 3 jest przesyłany przez separator próżniowy 4 do skraplacza powierzchniowego (niepokazanego na rysunku) lub do kondensatora mieszającego. W pierwszym przypadku kondensat pary sokowej wykorzystuje się do produkcji kwasu azotowego, w drugim - do różnych innych celów. Podciśnienie w parowniku próżniowym powstaje w wyniku kondensacji pary sokowej. Nieskroplone pary i gazy są zasysane ze skraplaczy za pomocą pompy próżniowej i odprowadzane do atmosfery.

Spaliny z płuczki 1 dostają się do aparatu 7, gdzie są przemywane kondensatem w celu usunięcia kropel roztworu azotanu, po czym są również usuwane do atmosfery. W końcowym mieszalniku neutralizatora roztwory zobojętnia się do zawartości wolnego amoniaku 0,1-0,2 g/l i wraz z przepływem roztworu azotanu otrzymanego w aparacie ITN poddaje się odparowaniu.

Rysunek 4 przedstawia bardziej zaawansowany schemat neutralizacji próżni.

XK1 - lodówka-skraplacz; CH1 - płuczka-neutralizator; C1, C2 - zbiory; TsN1, TsN2, TsN3 - pompy odśrodkowe; P1 - myjka gazowa; G1 - uszczelnienie wodne; L1 - pułapka; B1 - parownik próżniowy; BD1 - zbiornik neutralizatora; B2 - pompa próżniowa; P2 - myjka do soków; K1 - kondensator powierzchniowy

Rysunek 4 - Schemat neutralizacji próżni:

Gazy destylacyjne kierowane są do dolnej części płuczki neutralizatora 2, przepłukiwanej roztworem z kolektora 3 za pomocą pompy obiegowej 4.

Do zbioru 3 przez syfon wodny 6 trafiają roztwory z płuczki-neutralizatora 2, a także roztwory za odwadniaczem wyparki próżniowej 10 i myjki parowej soku 14.

Przez zbiornik ciśnieniowy (niepokazany na rysunku) roztwór kwasu azotowego z płuczki gazu 5, nawadniany kondensatem pary soku, jest w sposób ciągły podawany do zbioru 7. Stąd roztwory są dostarczane przez pompę obiegową 8 do płuczki 5, skąd wracają do kolekcji 7.

Gorące gazy za pralką 5 są schładzane w lodówce-skraplaczu 1 i uwalniane do atmosfery.

Gorące roztwory azotanu amonu z syfonu 6 zasysane są przez pompę próżniową 13 do wyparki próżniowej 10, gdzie stężenie NH4NO3 wzrasta o kilka procent.

Opary soku uwolnione w parowniku próżniowym 10, po przejściu przez syfon 9, myjkę 14 i skraplacz powierzchniowy 15, są uwalniane do atmosfery za pomocą pompy próżniowej 13.

Roztwór azotanu amonu o zadanej kwasowości jest odprowadzany z przewodu tłocznego pompy 4 do zbiornika neutralizatora. Tutaj roztwór neutralizuje się gazowym amoniakiem, a pompa 12 przesyłana jest do stacji odparowywania.

3.1. 5 Główne wyposażenie

Neutralizatory ITN. Stosuje się kilka rodzajów neutralizatorów, różniących się głównie wielkością i konstrukcją urządzeń do rozprowadzania amoniaku i kwasu azotowego wewnątrz aparatury. Często stosowane są urządzenia o wymiarach: średnica 2400 mm, wysokość 7155 mm, szkło - średnica 1000 mm, wysokość 5000 mm. Wykorzystuje się także urządzenia o średnicy 2440 mm i wysokości 6294 mm oraz urządzenia, z których usunięto dostarczony wcześniej mieszalnik (rys. 5).

LK1 - właz; P1 - półki; L1 - linia próbkowania; L2 - linia wyjściowa rozwiązania; BC1 - szyba wewnętrzna; C1 - naczynie zewnętrzne; Ř1 - złączka do rozwiązań odwadniających; P1 - dystrybutor amoniaku; P2 - dystrybutor kwasu azotowego

Rysunek 5 - Urządzenie neutralizujące ITN

W niektórych przypadkach do przetwarzania małych ilości gazów zawierających amoniak stosuje się urządzenia ITP o średnicy 1700 mm i wysokości 5000 mm.

Gazowy podgrzewacz amoniaku jest aparatem płaszczowo-rurowym wykonanym ze stali węglowej. Średnica koperty 400-476 mm, wysokość 3500-3280 mm. Rura często składa się ze 121 rur (średnica rury 25x3 mm) o całkowitej powierzchni wymiany ciepła wynoszącej 28 m2. Do rurek dostaje się gazowy amoniak, a do przestrzeni międzyrurowej dostaje się para grzewcza lub gorący kondensat.

Jeżeli do ogrzewania używana jest para sokowa z urządzeń grzewczych, wówczas grzejnik wykonany jest ze stali nierdzewnej 1Х18Н9Т.

Parownik ciekłego amoniaku jest aparatem ze stali węglowej, w dolnej części którego znajduje się wężownica parowa, a pośrodku styczny dopływ gazowego amoniaku.

W większości przypadków parownik pracuje na świeżej parze o ciśnieniu (nadmiarze) 9 atm. Na dnie parownika amoniaku znajduje się armatura do okresowego oczyszczania z nagromadzonych zanieczyszczeń.

Podgrzewacz kwasu azotowego jest aparatem płaszczowo-rurowym o średnicy 400 mm i długości 3890 mm. Średnica rury 25x2 mm, długość 3500 mm; całkowita powierzchnia wymiany ciepła 32 m2. Ogrzewanie odbywa się za pomocą pary sokowej pod ciśnieniem bezwzględnym 1,2 atm.

Neutralizator typu płuczka jest pionowym aparatem cylindrycznym o średnicy 1800-2400 mm i wysokości 4700-5150 mm. Stosowane są również urządzenia o średnicy 2012 mm i wysokości 9000 mm. Wewnątrz aparatu, dla równomiernego rozprowadzenia krążących roztworów w przekroju, zastosowano kilka perforowanych płytek lub dyszę wykonaną z pierścieni ceramicznych. W górnej części urządzeń wyposażonych w płyty ułożona jest warstwa pierścieni o wymiarach 50x50x3 mm, która stanowi barierę przed rozpryskami roztworów.

Prędkość gazu w swobodnej części płuczki o średnicy 1700 mm i wysokości 5150 mm wynosi około 0,4 m/s. Nawadnianie aparatu płuczkowego roztworami odbywa się za pomocą pomp odśrodkowych o wydajności 175-250 m3/h.

Wyparka próżniowa jest pionowym aparatem cylindrycznym o średnicy 1000-1200 mm i wysokości 5000-3200 mm. Dysza to ceramiczne pierścienie o wymiarach 50x50x5 mm, ułożone w regularnych rzędach.

Myjka gazowa jest pionowym aparatem cylindrycznym wykonanym ze stali nierdzewnej o średnicy 1000 mm i wysokości 5000 mm. Dysza to ceramiczne pierścienie o wymiarach 50x50x5 mm.

Mieszadło-neutralizator – cylindryczny aparat z mieszadłem obracającym się z prędkością 30 obr/min. Napęd realizowany jest z silnika elektrycznego poprzez przekładnię (rys. 6).

Ř1 - przyłącze do montażu miernika poziomu; B1 - odpowietrznik; E1 - silnik elektryczny; P1 - skrzynia biegów; VM1 - wał mieszalnika; L1 - właz

Rysunek 6 - Mieszadło-neutralizator

Średnica często używanych urządzeń wynosi 2800 mm, wysokość 3200 mm. Pracują pod ciśnieniem atmosferycznym, służą do ostatecznej neutralizacji roztworów saletry amonowej oraz jako pojemniki pośrednie dla roztworów kierowanych do odparowania.

Skraplacz powierzchniowy to pionowy, płaszczowo-rurowy, dwuciągowy (przez wodę) wymiennik ciepła przeznaczony do skraplania pary sokowej pochodzącej z wyparki próżniowej. Średnica urządzenia 1200 mm, wysokość 4285 mm; powierzchnia wymiany ciepła 309 m2. Działa przy podciśnieniu około 550-600 mm Hg. Sztuka.; posiada rury: średnica 25x2 mm, długość 3500 m, łączna ilość 1150 szt.; waga takiego kondensatora wynosi około 7200 kg

W niektórych przypadkach w celu wyeliminowania emisji pary sokowej do atmosfery, odprowadzanej podczas oczyszczania z parowników, odwadniaczy urządzeń grzewczych i uszczelnień wodnych, instaluje się skraplacz powierzchniowy o następujących parametrach: średnica obudowy 800 mm, wysokość 4430 mm, całkowita liczba tuby 483 szt., średnica 25x2, powierzchnia całkowita 125 m2.

Pompy próżniowe. Stosowane są różne typy pomp. Pompa typu VVN-12 ma wydajność 66 m3/h, prędkość obrotowa wału wynosi 980 obr/min. Pompa przeznaczona jest do wytwarzania podciśnienia w urządzeniu neutralizującym próżnię.

Pompy odśrodkowe. Do cyrkulacji roztworu azotanu amonu w instalacji neutralizacji próżniowej często stosuje się pompy 7ХН-12 o wydajności 175-250 m3/h. Moc zainstalowana silnika elektrycznego wynosi 55 kW.

4 . Obliczenia materiałowe i energetyczne

Obliczmy bilans materiałowy i cieplny procesu. Obliczam neutralizację kwasu azotowego gazowym amoniakiem na 1 tonę produktu. Dane wyjściowe czerpię z tabeli 2, korzystając z metodologii podręczników , , .

Akceptujemy, że proces neutralizacji będzie przebiegał pod następującymi warunkami:

Temperatura początkowa, °C

amoniak gazowy............................................ ....................50

kwas azotowy............................................ ..................................20

Tabela 2 – Dane wstępne

Obliczenia materiałowe

1 Aby otrzymać 1 tonę azotanu w reakcji:

Np+HNO3=NH4NO3 +Q J (9)

teoretycznie potrzebna jest następująca ilość surowców (w kg):

17 - 80 x = 1000*17/80 = 212,5

kwas azotowy

63 - 80 x = 1000*63/80 = 787,5

Gdzie 17, 63 i 80 to odpowiednio masy cząsteczkowe amoniaku, kwasu azotowego i azotanu amonu.

Praktyczne zużycie Np i HNO3 jest nieco wyższe niż teoretyczne, ponieważ podczas procesu neutralizacji straty odczynników z parą soku są nieuniknione w wyniku wycieków komunikacyjnych z powodu lekkiego rozkładu reagujących składników i azotanów itp.

2. Określ ilość azotanu amonu w produkcie handlowym: 0,98*1000=980 kg/h

980/80=12,25 kmol/h,

a także ilość wody:

1000-980=20 kg/h

3. Obliczę zużycie kwasu azotowego (100%), aby otrzymać 12,25 kmol/h azotanów. Według stechiometrii zużywana jest taka sama ilość (kmol/h), jak powstaje azotan: 12,25 kmol/h, czyli 12,25*63=771,75 kg/h

Ponieważ warunki określają całkowitą (100%) konwersję kwasu, będzie to dostarczona ilość.

W procesie wykorzystuje się rozcieńczony kwas - 60%:

771,75/0,6=1286,25 kg/h,

w tym woda:

1286,25-771,25=514,5 kg/h

4. Podobnie zużycie amoniaku (100%) do wytworzenia 12,25 kmol/h, czyli 12,25*17=208,25 kg/h

W przeliczeniu na wodę amoniakalną 25% będzie to 208,25/0,25 = 833 kg/h, w tym woda 833-208,25 = 624,75 kg/h.

5. Obliczę całkowitą ilość wody w neutralizatorze dostarczonym z odczynnikami:

514,5+624,75=1139,25 kg/h

6. Określmy ilość pary wodnej powstałej w wyniku odparowania roztworu azotanu (w produkcie handlowym pozostaje 20 kg/h): 1139,25 - 20 = 1119,25 kg/h.

7. Sporządźmy tabelę bilansu materiałowego procesu produkcji saletry amonowej.

Tabela 3 – Bilans materiałowy procesu neutralizacji

8. Obliczmy wskaźniki technologiczne.

· teoretyczne współczynniki wydatków:

dla kwasu - 63/80=0,78 kg/kg

dla amoniaku - 17/80=0,21 kg/kg

· rzeczywiste wskaźniki wydatków:

dla kwasu - 1286,25/1000=1,28 kg/kg

dla amoniaku - 833/1000=0,83 kg/kg

Podczas procesu neutralizacji miała miejsce tylko jedna reakcja, konwersja surowca była równa 1 (tj. nastąpiła konwersja całkowita), nie było strat, co oznacza, że ​​wydajność rzeczywista jest równa wydajności teoretycznej:

Qf/Qt*100=980/980*100=100%

Obliczanie energii

Nadejście ciepła. Podczas procesu neutralizacji na ciepło dostarczane jest ciepło wprowadzone przez amoniak i kwas azotowy oraz ciepło wydzielane podczas neutralizacji.

1. Ciepło wydzielane przez gazowy amoniak wynosi:

Q1=208,25*2,18*50=22699,25 kJ,

gdzie 208,25 to zużycie amoniaku, kg/h

2,18 - pojemność cieplna amoniaku, kJ/(kg*°C)

50 - temperatura amoniaku, °C

2. Ciepło wprowadzone przez kwas azotowy:

Q2=771,75*2,76*20=42600,8 kJ,

gdzie 771,25 to zużycie kwasu azotowego, kg/h

2,76 - pojemność cieplna kwasu azotowego, kJ/(kg*°C)

20 - temperatura kwasu, °C

3. Ciepło zobojętniania wstępnie oblicza się na 1 mol powstałej saletry amonowej według równania:

HNO3*3,95pO(ciecz) +Np(gaz) =NH4NO3*3,95pO(ciecz)

gdzie HNO3*3,95pO odpowiada kwasowi azotowemu.

Efekt cieplny Q3 tej reakcji wyznacza się z następujących wielkości:

a) ciepło rozpuszczania kwasu azotowego w wodzie:

HNO3+3,95 pO=HNO3*3,95pO (10)

b) ciepło tworzenia stałego NH4NO3 ze 100% kwasu azotowego i 100% amoniaku:

HNO3 (ciecz) + Np (gaz) = ​​NH4NO3 (stała) (11)

c) ciepło rozpuszczania azotanu amonu w wodzie, biorąc pod uwagę zużycie ciepła reakcji na odparowanie powstałego roztworu od 52,5% (NH4NO3 *pO) do 64% (NH4NO3 *2,5pO)

NH4NO3 +2,5pO= NH4NO3*2,5pO, (12)

gdzie NH4NO3*4pO odpowiada stężeniu 52,5% NH4NO3

Ze stosunku oblicza się wartość NH4NO3*4pO

80*47,5/52,5*18=4pO,

gdzie 80 to masa molowa NH4NO3

47,5 - stężenie HNO3,%

52,5 - stężenie NH4NO3,%

18 - masa molowa pO

Wartość NH4NO3*2,5pO oblicza się w podobny sposób, co odpowiada 64% roztworowi NH4NO3

80*36/64*18=2,5pO

Zgodnie z reakcją (10) ciepło rozpuszczania q kwasu azotowego w wodzie wynosi 2594,08 J/mol. Aby określić efekt cieplny reakcji (11), należy od ciepła tworzenia azotanu amonu odjąć sumę ciepła tworzenia Np (gaz) i HNO3 (ciecz).

Ciepło tworzenia tych związków z prostych substancji w temperaturze 18°C ​​i pod ciśnieniem 1 atmosfery ma następujące wartości (w J/mol):

Np (gaz): 46191,36

HNO3 (ciecz): 174472,8

NH4NO3(s):364844,8

Całkowity efekt termiczny procesu chemicznego zależy tylko od ciepła tworzenia początkowych substancji oddziałujących i produktów końcowych. Wynika z tego, że efekt cieplny reakcji (11) będzie wynosił:

q2=364844,8-(46191,36+174472,8)=144180,64 J/mol

Ciepło q3 rozpuszczania NH4NO3 zgodnie z reakcją (12) wynosi 15606,32 J/mol.

Rozpuszczanie NH4NO3 w wodzie następuje w wyniku absorpcji ciepła. W związku z tym ciepło rozpuszczania jest uwzględniane w bilansie energetycznym ze znakiem minus. Stężenie roztworu NH4NO3 przebiega odpowiednio wraz z wydzielaniem ciepła.

Zatem efekt termiczny reakcji Q3

HNO3 +*3,95pO(ciecz)+ Np(gaz) =NH4NO3*2,5pO(ciecz)+1,45 pO(para)

będzie:

Q3=q1+q2+q3= -25940,08+144180,64-15606,32=102633,52 J/mol

Przy produkcji 1 tony azotanu amonu ciepło reakcji zobojętniania będzie wynosić:

102633,52*1000/80=1282919 kJ,

gdzie 80 to masa cząsteczkowa NH4NO3

Z powyższych obliczeń wynika, że ​​całkowity zysk ciepła wyniesie: z amoniakiem 22699,25, z kwasem azotowym 42600,8, od ciepła zobojętniania 1282919 i łącznie 1348219,05 kJ.

Zużycie ciepła. Podczas neutralizacji kwasu azotowego amoniakiem ciepło jest usuwane z aparatu przez powstały roztwór azotanu amonu, zużywane na odparowanie wody z tego roztworu i tracone do środowiska.

Ilość ciepła odebranego przez roztwór azotanu amonu wynosi:

Q=(980+10)*2,55 tkipa,

gdzie 980 to ilość roztworu azotanu amonu, kg

10 - straty Np i HNO3, kg

tboil - temperatura wrzenia roztworu azotanu amonu, °C

Temperaturę wrzenia roztworu azotanu amonu określa się przy ciśnieniu bezwzględnym w neutralizatorze 1,15 - 1,2 atm; Ciśnienie to odpowiada temperaturze nasyconej pary wodnej wynoszącej 103°C. pod ciśnieniem atmosferycznym temperatura wrzenia roztworu NH4NO3 wynosi 115,2°C. obniżenie temperatury jest równe:

T=115,2 - 100=15,2°C

Oblicz temperaturę wrzenia 64% roztworu NH4NO3

gotować = tsat. para+?t*з =103+15,2*1,03 = 118,7°С,

Podobne dokumenty

Charakterystyka wytwarzanych wyrobów, surowców i materiałów do produkcji. Proces technologiczny wytwarzania saletry amonowej. Neutralizacja kwasu azotowego gazowym amoniakiem i odparowanie do wysoce stężonego stopu.

praca na kursie, dodano 19.01.2016


Automatyzacja produkcji granulatu saletry amonowej. Układy stabilizacji ciśnienia w przewodzie doprowadzającym parę sokową oraz regulacji temperatury kondensatu pary ze skraplacza barometrycznego. Monitorowanie ciśnienia w przewodzie wylotowym pompy próżniowej.

praca na kursie, dodano 01.09.2014


Saletra amonowa jest powszechnym i tanim nawozem azotowym. Przegląd istniejących schematów technologicznych jego produkcji. Modernizacja produkcji saletry amonowej o produkcję kompleksowego nawozu azotowo-fosforanowego w OJSC Cherepovets Azot.

teza, dodana 22.02.2012


Opisy granulatorów do granulowania i mieszania materiałów sypkich, zwilżonych proszków i past. Produkcja nawozów kompleksowych na bazie saletry amonowej i mocznika. Wzmacnianie wiązań między cząstkami poprzez suszenie, chłodzenie i polimeryzację.

praca na kursie, dodano 03.11.2015


Cel, konstrukcja i schemat funkcjonalny agregatu chłodniczego amoniaku. Konstrukcja cyklu na schemacie termodynamicznym dla zadanego i optymalnego trybu. Określanie wydajności chłodniczej, poboru mocy i zużycia energii.

test, dodano 25.12.2013


Istota procesu suszenia i opis jego schematu technologicznego. Bębnowe suszarki atmosferyczne, ich budowa i podstawowe obliczenia. Parametry gazów spalinowych dostarczanych do suszarni, automatyczna kontrola wilgotności. Transport środka suszącego.

praca na kursie, dodano 24.06.2012


Przegląd nowoczesnych metod produkcji kwasu azotowego. Opis schematu technologicznego instalacji, projekt aparatury głównej i urządzeń pomocniczych. Charakterystyka surowców i produktów gotowych, produktów ubocznych i odpadów produkcyjnych.

praca magisterska, dodana 11.01.2013


Przemysłowe metody wytwarzania rozcieńczonego kwasu azotowego. Katalizatory utleniania amoniaku. Skład mieszaniny gazów. Optymalna zawartość amoniaku w mieszaninie amoniak-powietrze. Rodzaje układów kwasu azotowego. Obliczanie bilansu materiałowego i cieplnego reaktora.

praca na kursie, dodano 14.03.2015


Proces technologiczny, normy technologiczne. Właściwości fizykochemiczne fosforanu dwuamonowego. System technologiczny. Odbiór, dystrybucja kwasu fosforowego. Pierwszy i drugi etap neutralizacji kwasu fosforowego. Granulacja i suszenie produktu.

praca na kursie, dodano 18.12.2008


Charakterystyka surowców i materiałów pomocniczych do produkcji kwasu azotowego. Wybór i uzasadnienie przyjętego schematu produkcji. Opis schematu technologicznego. Obliczenia bilansów materiałowych procesów. Automatyzacja procesu technologicznego.

Saletra amonowa jest jednym z głównych rodzajów nawozów azotowych; zawiera co najmniej 34,2% azotu. Surowcami do produkcji saletry amonowej granulowanej są niezagęszczony 30-40% kwas azotowy i amoniak gazowy.

Jako dodatek kondycjonujący czasami stosuje się 92,5% kwas siarkowy, który neutralizuje się amoniakiem wraz z kwasem azotowym, tworząc siarczan amonu. Do natryskiwania gotowego granulatu stosuje się środek powierzchniowo czynny - 40% wodny roztwór dyspergatora „NF”.

Główne etapy produkcji azotanu amonu to: neutralizacja kwasu azotowego gazowym amoniakiem; otrzymanie wysoce stężonego stopu azotanu amonu; granulacja w stanie stopionym; chłodzenie granulatu azotanu amonu; obróbka granulatu środkiem powierzchniowo czynnym - dyspergatorem „NF”; oczyszczanie powietrza i pary sokowej przed uwolnieniem do atmosfery; pakowanie i przechowywanie gotowego produktu.

Schemat przepływu produkcji

Saletra amonowa to jeden z najpopularniejszych nawozów azotowych. Otrzymuje się go przez zobojętnienie rozcieńczonego kwasu azotowego (40-50%) gazowym amoniakiem.

Kwas azotowy ze zbiornika odbiorczego 1 (rys. 9.8) przechodzi przez wymiennik ciepła 2 i wchodzi do neutralizatora 3. Tam też dostarczany jest gazowy amoniak, podgrzany w wymienniku ciepła 5. Główna ilość amoniaku pochodzi w stanie gazowym z warsztatu syntezy amoniaku. Dodatkowo z magazynu dostarczany jest ciekły amoniak, który odparowuje w aparacie 4.

W neutralizatorze 3, pod ciśnieniem atmosferycznym i w określonej temperaturze, następuje proces neutralizacji

równolegle następuje częściowe odparowanie roztworu z powodu ciepła neutralizacji. Częściowo odparowany słabo kwaśny roztwór azotanu amonu o stężeniu 60-80% (tzw. słaby ług) trafia do zbiornika z mieszadłem – neutralizatorem wstępnym 6, gdzie zostaje ostatecznie zneutralizowany amoniakiem. Para powstająca podczas odparowywania roztworu (para sokowa) jest usuwana ze szczytu neutralizatora. Jeżeli proces zostanie przeprowadzony nieprawidłowo, część amoniaku i kwasu azotowego może zostać wyniesiona z neutralizatora wraz z parą sokową.

Odparowanie słabego ługu do 98,5% NH4NO3 przeprowadza się pod próżnią w dwóch etapach. Początkowo w wyparce 8 stężenie cieczy doprowadza się do 82% NH4NO3, a następnie w wyparce 12 do wartości zadanej.

Słaby ług doprowadzany jest do dolnej części wyparki 8. Para sokowa stosowana jest głównie jako czynnik grzewczy w parowniku I stopnia. Dodatkowo dostarczana jest do niego para wodna. Wraz ze wzrostem stężenia pary sokowej w komorze grzewczej parownika gromadzą się gazy obojętne, pogarszając wymianę ciepła. Aby zapewnić normalną pracę aparatu 8, przestrzeń międzyrurowa jest oczyszczana poprzez uwalnianie gazów obojętnych do atmosfery.

Odparowany ług z aparatu 8 kierowany jest do kolektora 10. Tutaj, w celu poprawy jakości powstałego azotanu, do ługu dodaje się roztwór dolomitu, który zmniejsza zdolność zbrylania azotanów.

Z zbioru 10 ciecz jest pompowana do wyparki 12. W separatorze 13 odparowany roztwór rozdziela się na parę sokową i roztwór stężony – stopiony. Para z soku przechodzi do skraplacza barometrycznego 14, a stop podawany jest do wieży granulacyjnej 15. Granulowana azotan amonu (produkt końcowy) jest usuwany z wieży rurą wylotową 16 za pomocą przenośnika 17.

Produkcja saletry amonowej

Saletra amonowa jest nawozem bezbalastowym, zawierającym 35% azotu w formie amonowej i azotanowej, dzięki czemu można go stosować na każdą glebę i pod dowolne uprawy. Nawóz ten posiada jednak właściwości fizyczne, które nie sprzyjają jego przechowywaniu i stosowaniu. Kryształy i granulki azotanu amonu rozprzestrzeniają się w powietrzu lub zbrylają w duże agregaty ze względu na ich higroskopijność i dobrą rozpuszczalność w wodzie. Dodatkowo, gdy podczas przechowywania saletry amonowej zmienia się temperatura i wilgotność powietrza, mogą zachodzić przemiany polimorficzne. Aby stłumić przemiany polimorficzne i zwiększyć wytrzymałość granulek azotanu amonu, stosuje się dodatki wprowadzane podczas jego produkcji - fosforany i siarczany amonu, kwas borowy, azotan magnezu itp. Wybuchowość azotanu amonu komplikuje jego produkcję, przechowywanie i transport.

Saletra amonowa produkowana jest w fabrykach produkujących syntetyczny amoniak i kwas azotowy. Proces produkcyjny składa się z etapów neutralizacji słabego kwasu azotowego gazowym amoniakiem, odparowania powstałego roztworu i granulacji azotanu amonu. Etap neutralizacji opiera się na reakcji

NH3+HNO3 =NH4NO3 +148,6 kJ

Ten proces chemisorpcji, podczas którego absorpcji gazu przez ciecz towarzyszy szybka reakcja chemiczna, zachodzi w obszarze dyfuzji i jest silnie egzotermiczny. Ciepło neutralizacji racjonalnie wykorzystuje się do odparowania wody z roztworów saletry amonowej. Stosując kwas azotowy o wysokim stężeniu i podgrzewając odczynniki początkowe, możliwe jest bezpośrednie otrzymanie stopu azotanu amonu (o stężeniu powyżej 95-96% NH 4 NO 3) bez stosowania odparowania.

Najczęstsze schematy obejmują niecałkowite odparowanie roztworu azotanu amonu na skutek ciepła neutralizacji (ryc. 2).

Większość wody odparowuje się w reaktorze chemicznym-neutralizatorze ITN (wykorzystując ciepło neutralizacji). Reaktor ten jest cylindrycznym naczyniem ze stali nierdzewnej, wewnątrz którego znajduje się kolejny cylinder, do którego bezpośrednio wprowadza się amoniak i kwas azotowy. Cylinder wewnętrzny służy jako część neutralizująca reaktora (strefa reakcji chemicznej), a przestrzeń pierścieniowa pomiędzy cylindrem wewnętrznym a korpusem reaktora służy jako część odparowująca. Powstały roztwór azotanu amonu przepływa z cylindra wewnętrznego do części odparowującej reaktora, gdzie następuje odparowanie wody w wyniku wymiany ciepła pomiędzy strefą neutralizacji i parowania przez ściankę cylindra wewnętrznego. Powstałą parę sokową usuwa się z neutralizatora ITN, a następnie wykorzystuje jako czynnik grzewczy.

Dodatek siarczanowo-fosforanowy dozowany jest do kwasu azotowego w postaci stężonych kwasów siarkowego i fosforowego, które są neutralizowane wraz z amoniakiem azotowym w neutralizatorze ITN. Podczas neutralizacji początkowego kwasu azotowego 58% roztwór azotanu amonu na wylocie ITN zawiera 92-93% NH 4 NO 3; roztwór ten kierowany jest do poneutralizatora, do którego doprowadza się gazowy amoniak tak, aby roztwór zawierał nadmiar amoniaku (około 1 g/dm 3 wolnego NH 3), co zapewnia bezpieczeństwo dalszej pracy ze stopionym NH 4 NO 3 . Całkowicie zobojętniony roztwór zatęża się w połączonej wyparce płytowej rurowej, otrzymując stop zawierający 99,7-99,8% NH4NO3. Aby granulować wysoko stężony azotan amonu, stop jest pompowany za pomocą pomp głębinowych na szczyt wieży granulacyjnej o wysokości 50-55 m. Granulacja odbywa się poprzez natryskiwanie stopu za pomocą granulatorów akustycznych wibracyjnych typu komórkowego, które zapewniają jednolity skład granulometryczny produktu. Granulki są chłodzone powietrzem w chłodnicy ze złożem fluidalnym, która składa się z kilku kolejnych etapów chłodzenia. Ochłodzony granulat natryskuje się środkami powierzchniowo czynnymi w bębnie z dyszami i przenosi do opakowania.

Ze względu na wady saletry amonu wskazane jest wytwarzanie na jej bazie nawozów złożonych i mieszanych. Przez zmieszanie azotanu amonu z wapieniem otrzymuje się siarczan amonu, azotan amonu wapniowy, azotan siarczanu amonu itp. Nitrofoskę można otrzymać przez stopienie NH 4 NO 3 z solami fosforu i potasu.

Produkcja mocznika

Mocznik (mocznik) zajmuje drugie miejsce wśród nawozów azotowych pod względem wielkości produkcji po saletrze amonowej. Wzrost produkcji mocznika wynika z jego szerokiego zastosowania w rolnictwie. Posiada dużą odporność na wymywanie w porównaniu do innych nawozów azotowych tj. mniej podatny na wymywanie z gleby, mniej higroskopijny, może być stosowany nie tylko jako nawóz, ale także jako dodatek do pasz dla bydła. Mocznik ma także szerokie zastosowanie do produkcji nawozów złożonych, nawozów terminowych oraz do produkcji tworzyw sztucznych, klejów, lakierów i powłok.

Mocznik CO(NH 2) 2 jest białą, krystaliczną substancją zawierającą 46,6% azotu. Jego produkcja opiera się na reakcji amoniaku z dwutlenkiem węgla

2NH3 +CO2 =CO(NH2)2+H2O H=-110,1 kJ (1)

Zatem surowcem do produkcji mocznika jest amoniak i dwutlenek węgla, uzyskiwany jako produkt uboczny przy produkcji gazu technologicznego do syntezy amoniaku. Dlatego też produkcja mocznika w zakładach chemicznych jest zwykle łączona z produkcją amoniaku.

Reakcja (1) – całkowita; zachodzi w dwóch etapach. W pierwszym etapie zachodzi synteza karbaminianów:

2NH3 +CO2 =NH2COONH4H=-125,6 kJ (2)

gaz gaz ciecz

W drugim etapie następuje endotermiczny proces oddzielenia się wody od cząsteczek karbaminianu, w wyniku którego powstaje mocznik:

NH 2 COONH 4 = CO(NH 2) 2 + H 2 O H = 15,5 (3)

płynny płyn

Reakcja powstawania karbaminianu amonu jest odwracalna, egzotermiczna i przebiega ze spadkiem objętości. Aby przesunąć równowagę w kierunku produktu, należy to przeprowadzić pod podwyższonym ciśnieniem. Aby proces przebiegał z odpowiednio dużą szybkością, niezbędne są także podwyższone temperatury. Wzrost ciśnienia kompensuje negatywny wpływ wysokich temperatur na przesunięcie równowagi reakcji w przeciwnym kierunku. W praktyce syntezę mocznika prowadzi się w temperaturach 150-190°C C i ciśnienie 15-20 MPa. W tych warunkach reakcja przebiega z dużą szybkością i do końca.

Rozkład karbaminianu amonu jest odwracalną reakcją endotermiczną, która intensywnie zachodzi w fazie ciekłej. Aby zapobiec krystalizacji produktów stałych w reaktorze, proces należy prowadzić w temperaturze poniżej 98°C (punkt eutektyczny dla układu CO(NH 2) 2 - NH 2 COONH 4).

Wyższe temperatury przesuwają równowagę reakcji w prawo i zwiększają jej szybkość. Maksymalny stopień przemiany karbaminianu w mocznik osiąga się w temperaturze 220°C. Aby przesunąć równowagę tej reakcji, wprowadza się także nadmiar amoniaku, który wiąże wodę reakcyjną i usuwa ją ze sfery reakcyjnej. Jednak w dalszym ciągu nie jest możliwe całkowite przekształcenie karbaminianu w mocznik. Mieszanina reakcyjna oprócz produktów reakcji (mocznika i wody) zawiera także karbaminian amonu i produkty jego rozkładu – amoniak i CO2.

Aby w pełni wykorzystać wsad, należy albo zapewnić powrót nieprzereagowanego amoniaku i dwutlenku węgla, a także soli węglowych amonowych (pośrednich produktów reakcji) do kolumny syntezy, tj. utworzenie recyklingu, czyli wydzielenie mocznika z mieszaniny reakcyjnej i przesłanie pozostałych odczynników do innych zakładów produkcyjnych, np. do produkcji saletry amonowej, tj. prowadzenie procesu według otwartego schematu.

W wielkoskalowej instalacji syntezy mocznika z recyklingiem cieczy i zastosowaniem procesu strippingu (rys. 3) można wyróżnić instalację wysokociśnieniową, instalację niskociśnieniową oraz instalację granulacyjną. Wodny roztwór karbaminianu amonu i soli węglowych amonu oraz amoniaku i dwutlenku węgla wprowadzany jest do dolnej części kolumny syntezowej 1 z wysokociśnieniowego kondensatora karbaminianu 4. W kolumnie syntezowej w temperaturze 170-190°C i pod ciśnieniem przy ciśnieniu 13-15 MPa następuje utworzenie końcówek karbaminianowych i reakcja syntezy mocznika. Zużycie reagentów dobiera się tak, aby stosunek molowy NH3:CO2 w reaktorze wynosił 2,8-2,9. Ciekła mieszanina reakcyjna (stop) z kolumny syntezy mocznika trafia do kolumny odpędowej 5, gdzie spływa rurami. Dwutlenek węgla sprężony w kompresorze do ciśnienia 13-15 MPa podawany jest przeciwprądowo do wytopu, do którego dodaje się powietrze w celu utworzenia pasywującego filmu i ograniczenia korozji urządzeń w ilości zapewniającej stężenie tlenu 0,5-0,8% w mikstura. Kolumnę odpędową ogrzewa się parą wodną. Mieszanina parowo-gazowa z kolumny 5 zawierająca świeży dwutlenek węgla trafia do wysokociśnieniowego skraplacza 4. Do niej wprowadzany jest także ciekły amoniak. Pełni jednocześnie funkcję strumienia roboczego we iniektorze 3, który dostarcza roztwór soli amonowo-węglowych z płuczki wysokociśnieniowej 2 i w razie potrzeby część wytopu z kolumny syntezy do skraplacza. W skraplaczu powstaje karbaminian. Ciepło wydzielone podczas reakcji wykorzystywane jest do wytworzenia pary wodnej.

Nieprzereagowane gazy w sposób ciągły opuszczają górną część kolumny syntezy i trafiają do płuczki wysokociśnieniowej 2, w której większość z nich skrapla się w wyniku chłodzenia wodą, tworząc roztwór karbaminianu i soli amonowo-węglowych.

Wodny roztwór mocznika opuszczający kolumnę odpędową 5 zawiera 4-5% karbaminianu. W celu ostatecznego rozkładu roztwór dławi się do ciśnienia 0,3-0,6 MPa, a następnie przesyła do górnej części kolumny destylacyjnej 8.

Faza ciekła przepływa w kolumnie przez dyszę w przeciwprądzie do mieszaniny para-gaz unoszącej się od dołu do góry. NH3, CO2 i para wodna wydostają się ze szczytu kolumny. Para wodna skrapla się w niskociśnieniowym skraplaczu 7, a większość amoniaku i dwutlenku węgla rozpuszcza się. Powstały roztwór kierowany jest do płuczki nr 2. Końcowe oczyszczanie gazów emitowanych do atmosfery odbywa się metodami absorpcyjnymi.

Opuszczający dno kolumny destylacyjnej 8 70% roztwór mocznika oddziela się od mieszaniny parowo-gazowej i po obniżeniu ciśnienia do atmosferycznego przesyła do odparowania, a następnie do granulacji. Przed natryskiwaniem wytopu w wieży granulacyjnej 12 dodaje się do niego dodatki kondycjonujące, na przykład żywicę mocznikowo-formaldehydową, w celu uzyskania nawozu niezbrylającego, który nie ulega zniszczeniu podczas przechowywania.

Ochrona środowiska podczas produkcji nawozów

Przy produkcji nawozów fosforowych istnieje duże ryzyko zanieczyszczenia powietrza gazami fluorkowymi. Wychwytywanie związków fluoru jest ważne nie tylko z punktu widzenia ochrony środowiska, ale także dlatego, że fluor jest cennym surowcem do produkcji freonów, fluoroplastów, kauczuku fluorowego itp. Związki fluoru mogą przedostawać się do ścieków na etapach przemywania nawozów i oczyszczania gazów. Aby ograniczyć ilość takich ścieków, zaleca się tworzenie w procesach zamkniętych obiegów wody. Do oczyszczania ścieków ze związków fluoru można zastosować metody wymiany jonowej, wytrącania wodorotlenkami żelaza i glinu, sorpcję na tlenku glinu itp.

Ścieki z produkcji nawozów azotowych zawierające azotan amonu i mocznik kierowane są do oczyszczania biologicznego, wstępnie zmieszane z innymi ściekami w takich proporcjach, aby stężenie mocznika nie przekraczało 700 mg/l, a amoniaku - 65-70 mg/l.

Ważnym zadaniem w produkcji nawozów mineralnych jest oczyszczanie gazów z pyłów. Możliwość zanieczyszczenia powietrza pyłem nawozowym na etapie granulacji jest szczególnie duża. Dlatego też gaz opuszczający wieże granulacyjne należy poddać odpylaniu metodą suchą i mokrą.

Bibliografia

JESTEM.

Kutepow i inni.

Ogólna technologia chemiczna: Podręcznik. dla uniwersytetów/A.M. Kutepow,

T.I. Bondareva, M.G. Berengarten – wyd. 3, poprawione. – M.: MCK „Akademkniga”. 2003. – 528 s.

IP Mukhlenov, A.Ya. Averbukh, D.A. Kuzniecow, E.S. Tumarkina,

TJ. Furmera.

Ogólna technologia chemiczna: Podręcznik. dla inżynierii chemicznej specjalista. uniwersytety

W 2 tomach. T.2. Najważniejsza produkcja chemiczna / I.P. Mukhlenov, A.Ya. Kuzniecow i inni; wyd. IP Mukhlenova. – wyd. 4, poprawione. i dodatkowe – M.: „Wyżej. szkoła”, 1984.-263 s., il.

Beskov V.S.