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• Introducción
• 1. Producción de nitrato de amonio
• 2. Materias primas
• 3. Síntesis de amoníaco
• 4. Características del producto objetivo
• 5. Justificación física y química de los principales procesos de producción del producto objetivo y seguridad ambiental de la producción.

Introducción

El tipo más importante de fertilizantes minerales son los fertilizantes nitrogenados: nitrato de amonio, urea, sulfato de amonio, soluciones acuosas de amoníaco, etc. El nitrógeno juega un papel extremadamente importante en la vida de las plantas: forma parte de la clorofila, que es un aceptor de energía solar. energía y proteínas, necesarias para la construcción de una célula viva. Las plantas sólo pueden consumir nitrógeno fijo, en forma de nitratos, sales de amonio o amidas. Se forman cantidades relativamente pequeñas de nitrógeno fijado a partir del nitrógeno atmosférico debido a la actividad de los microorganismos del suelo. Sin embargo, la agricultura intensiva moderna ya no puede existir sin la aplicación adicional al suelo de fertilizantes nitrogenados, obtenidos mediante la fijación industrial del nitrógeno atmosférico.

Los fertilizantes nitrogenados se diferencian entre sí por su contenido de nitrógeno, en forma de compuestos nitrogenados (nitrato, amonio, amida), estado de fase (sólido y líquido), y también existen fertilizantes fisiológicamente ácidos y fisiológicamente alcalinos.

1. Producción de nitrato de amonio

Nitrato de amonio o nitrato de amonio, NH 4 NO 3: una sustancia cristalina blanca que contiene un 35% de nitrógeno en forma de amonio y nitrato. , Ambas formas de nitrógeno son fácilmente absorbidas por las plantas. El nitrato de amonio granulado se utiliza a gran escala antes de la siembra y para todo tipo de abonos. En menor escala, se utiliza para producir explosivos.

El nitrato de amonio es muy soluble en agua y tiene una alta higroscopicidad (la capacidad de absorber la humedad del aire). Esta es la razón por la que los gránulos de fertilizante se esparcen, pierden su forma cristalina, se produce el apelmazamiento de los fertilizantes y el material a granel se convierte en una masa monolítica sólida.

El nitrato de amonio se produce en tres tipos:

A y B - utilizados en la industria; utilizado en mezclas explosivas (amonitas, amoniales)

B es el fertilizante nitrogenado eficaz y más común y contiene entre un 33 y un 34 % de nitrógeno; Tiene acidez fisiológica.

2. Materias primas

Los materiales de partida para la producción de nitrato de amonio son el amoníaco y el ácido nítrico.

Ácido nítrico . El ácido nítrico puro HNO es un líquido incoloro con una densidad de 1,51 g/cm3 a -42 °C, que se solidifica formando una masa cristalina transparente. En el aire, como el ácido clorhídrico concentrado, “fuma”, ya que sus vapores forman pequeñas gotas de niebla con la humedad del aire. El ácido nítrico no es duradero y, bajo la influencia de la luz, se descompone gradualmente:

Cuanto mayor sea la temperatura y más concentrado esté el ácido, más rápida será la descomposición. El dióxido de nitrógeno liberado se disuelve en el ácido y le da un color marrón.

El ácido nítrico es uno de los ácidos más poderosos; en soluciones diluidas, se descompone completamente en iones H y -NO. El ácido nítrico es uno de los compuestos nitrogenados más importantes: se utiliza en grandes cantidades en la producción de fertilizantes nitrogenados, explosivos y tintes orgánicos, y en muchos sirve como agente oxidante. procesos químicos, y se utiliza en la producción de ácido sulfúrico mediante el método nitroso, utilizado para la fabricación de barnices y películas de celulosa. .

Producción industrial de ácido nítrico. . Los métodos industriales modernos para producir ácido nítrico se basan en la oxidación catalítica del amoníaco con oxígeno atmosférico. Al describir las propiedades del amoníaco, se indicó que arde en oxígeno y los productos de la reacción son agua y nitrógeno libre, pero en presencia de catalizadores, la oxidación del amoníaco con oxígeno puede proceder de manera diferente si se utiliza una mezcla de amoníaco y aire. se pasa sobre el catalizador, luego a 750 ° C y a una determinada composición de la mezcla, se produce una conversión casi completa

La mezcla resultante pasa fácilmente a él, que, con agua en presencia de oxígeno atmosférico, produce ácido nítrico.

Las aleaciones a base de platino se utilizan como catalizadores para la oxidación del amoníaco.

El ácido nítrico obtenido por oxidación del amoníaco tiene una concentración no superior al 60%. Si es necesario, se concentra,

La industria produce ácido nítrico diluido en concentraciones de 55, 47 y 45%, y ácido nítrico concentrado (98 y 97%). El ácido concentrado se transporta en tanques de aluminio, diluido, en tanques de acero resistentes a los ácidos.

3. Síntesis de amoníaco

materias primas de nitrato de nitrógeno amoniacal

El amoníaco es un producto clave de diversas sustancias que contienen nitrógeno utilizadas en la industria y la agricultura. D.N. Pryanishnikov llamó al amoníaco “alfa y omega” en el metabolismo de las sustancias nitrogenadas de las plantas.

El diagrama muestra las principales aplicaciones del amoniaco. La composición del amoníaco fue establecida por C. Berthollet en 1784. El amoníaco NH 3 es una base, un agente reductor moderadamente fuerte y un agente complejante eficaz con respecto a cationes con orbitales de enlace vacantes.

Bases físico-químicas del proceso. . La síntesis de amoníaco a partir de elementos se realiza según la ecuación de reacción.

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

La reacción es reversible, exotérmica, caracterizada por un gran efecto de entalpía negativa (?H = -91,96 kJ/mol) y a altas temperaturas se vuelve aún más exotérmica (?H = -112,86 kJ/mol). Según el principio de Le Chatelier, cuando se calienta, el equilibrio se desplaza hacia la izquierda, hacia una disminución en el rendimiento de amoníaco. El cambio de entropía en este caso también es negativo y no favorece la reacción. Con un valor negativo de ?S, un aumento de temperatura reduce la probabilidad de que ocurra una reacción,

La reacción de síntesis de amoníaco procede con una disminución de volumen. Según la ecuación de reacción, 4 moles de reactivos gaseosos iniciales forman 2 moles de producto gaseoso. Basándonos en el principio de Le Chatelier, podemos concluir que, en condiciones de equilibrio, el contenido de amoníaco en la mezcla será mayor a alta presión que a baja presión.

4. Características del producto objetivo

Características fisicoquímicas . El nitrato de amonio (nitrato de amonio) NH4NO3 tiene un peso molecular de 80,043; el producto puro es una sustancia cristalina incolora que contiene 60% de oxígeno, 5% de hidrógeno y 35% de nitrógeno (17,5% cada uno en forma de amoníaco y nitrato). El producto técnico contiene al menos un 34,0% de nitrógeno.

Propiedades físicas y químicas básicas del nitrato de amonio.s:

El nitrato de amonio, dependiendo de la temperatura, existe en cinco modificaciones cristalinas que son termodinámicamente estables a presión atmosférica (tabla). Cada modificación existe solo en un cierto rango de temperatura, y la transición (polimórfica) de una modificación a otra va acompañada de cambios en la estructura cristalina, liberación (o absorción) de calor, así como un cambio abrupto en el volumen específico, la capacidad calorífica. , entropía, etc. Las transiciones polimórficas son reversibles: enantiotrópicas.

Mesa. Modificaciones cristalinas de nitrato de amonio.

El sistema NH 4 NO 3 -H 2 O (Fig. 11-2) se refiere a sistemas con eutécticos simples. El punto eutéctico corresponde a una concentración del 42,4 % de MH 4 MO 3 y una temperatura de -16,9 °C. La rama izquierda del diagrama, la línea liquidus del agua, corresponde a las condiciones para la liberación de hielo en el sistema NN 4 MO 3 -H 2 O. La rama derecha de la curva liquidus es la curva de solubilidad de MH 4 MO 3 en agua. Esta curva tiene tres puntos de ruptura correspondientes a las temperaturas de transiciones de modificación NH 4 NO 3 1 = 11 (125,8 °C), II = III (84,2 °C) y 111 = IV (32,2 °C) de punto de fusión (cristalización). el nitrato de amonio anhidro es 169,6 ° C. Disminuye al aumentar el contenido de humedad de la sal.

Dependencia de la temperatura de cristalización de NH 4 NO 3 (Tcrystal, "C) del contenido de humedad (X,%) hasta 1,5% se describe mediante la ecuación:

t crist = 169,6 - 13, 2x (11.6)

Dependencia de la temperatura de cristalización del nitrato de amonio con la adición de sulfato de amonio del contenido de humedad (X,%) hasta 1,5% y sulfato de amonio (U, %) hasta 3,0% se expresa mediante la ecuación:

t cristal = 169,6 - 13,2X+2, OU. (11.7).

El nitrato de amonio se disuelve en agua y absorbe calor. A continuación se muestran los valores de los calores de disolución (Q dist) del nitrato de amonio de diversas concentraciones en agua a 25 °C:

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

El nitrato de amonio es muy soluble en agua, alcoholes etílicos y metílicos, piridina, acetona y amoníaco líquido.

Arroz. 11-2. Diagrama de estado del sistemaNueva Hampshire4 norte03 - h20

Descomposición térmica . El nitrato de amonio es un agente oxidante que puede favorecer la combustión. Cuando se calienta en un espacio confinado, cuando los productos de descomposición térmica no se pueden eliminar libremente, el salitre puede, bajo ciertas condiciones, explotar (detonar). También puede explotar bajo la influencia de impactos fuertes, por ejemplo cuando son iniciados por explosivos.

Durante el período inicial de calentamiento a 110°C, se produce gradualmente la disociación endotérmica del nitrato en amoníaco y ácido nítrico:

NH 4 NO 3 > NH 3 + HNO 3 - 174,4 kJ/mol. (11.9)

A 165 °C la pérdida de peso no supera el 6%/día. La velocidad de disociación depende no sólo de la temperatura, sino también de la relación entre la superficie del nitrato y su volumen, el contenido de impurezas, etc.

El amoníaco es menos soluble en la masa fundida que el ácido nítrico, por lo que se elimina más rápido; la concentración de ácido nítrico aumenta hasta un valor de equilibrio determinado por la temperatura. La presencia de ácido nítrico en la masa fundida determina la naturaleza autocatalítica de la descomposición térmica.

En el rango de temperatura de 200-270 °C se produce una reacción principalmente débilmente exotérmica de descomposición del nitrato en óxido nitroso y agua:

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

Un efecto notable sobre la velocidad de descomposición térmica lo ejerce el dióxido de nitrógeno, que se forma durante la descomposición térmica del ácido nítrico, que es un producto de la disociación del nitrato de amonio.

Cuando el dióxido de nitrógeno reacciona con nitrato, se forman ácido nítrico, agua y nitrógeno:

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

El efecto térmico de esta reacción es más de 6 veces mayor que el efecto térmico de la reacción de descomposición del nitrato en N 2 O y H 2 O. Así, en el nitrato acidificado, incluso a temperaturas normales, debido a una reacción exotérmica significativa. Al interactuar con el dióxido de nitrógeno, se produce una descomposición térmica espontánea que, en presencia de una gran masa de nitrato de amonio, puede provocar su rápida descomposición.

Cuando el nitrato se calienta en un sistema cerrado a 210-220 °C, se acumula amoníaco, la concentración de ácido nítrico disminuye y, por lo tanto, la reacción de descomposición se inhibe fuertemente. El proceso de descomposición térmica prácticamente se detiene, a pesar de que la mayor parte de la sal ha desaparecido. aún no descompuesto. A temperaturas más altas, el amoníaco se oxida más rápido, el ácido nítrico se acumula en el sistema y la reacción avanza con una autoaceleración significativa, lo que puede provocar una explosión.

Aditivo para El nitrato de amonio de sustancias que pueden descomponerse con la liberación de amoníaco (por ejemplo, urea y acetamida) inhibe la descomposición térmica. Las sales con cationes de plata o talio aumentan significativamente la velocidad de reacción debido a la formación de complejos con iones nitrato en la masa fundida. Los iones de cloro tienen un fuerte efecto catalítico en el proceso de descomposición térmica. Cuando una mezcla que contiene cloruro y nitrato de amonio se calienta a 220-230 °C, comienza una descomposición muy rápida con la liberación de grandes cantidades de gas. Debido al calor de reacción, la temperatura de la mezcla aumenta mucho y la descomposición se completa en poco tiempo.

Si la mezcla que contiene cloruro se mantiene a una temperatura de 150-200 ° C, en el primer período de tiempo, llamado inducción, la descomposición procederá a una velocidad correspondiente a la descomposición del nitrato a una temperatura determinada. Durante este período, además de la descomposición, se producirán otros procesos, cuyo resultado es, en particular, un aumento del contenido de ácido en la mezcla y la liberación de una pequeña cantidad de cloro. Después del período de inducción, la descomposición avanza a gran velocidad y va acompañada de una fuerte liberación de calor y la formación de grandes cantidades de gases tóxicos. Con un alto contenido de cloruro, la descomposición de toda la masa de nitrato de amonio finaliza rápidamente. Por este motivo, el contenido de cloruro en el producto está estrictamente limitado.

Al operar los mecanismos utilizados en la producción de nitrato de amonio, se deben utilizar lubricantes que no interactúen con el producto y no reduzcan la temperatura inicial de descomposición térmica. Para ello, se puede utilizar, por ejemplo, el lubricante VNIINP-282 (GOST 24926-81).

La temperatura del producto enviado para almacenamiento a granel o envasado en bolsas no debe exceder los 55 °C. Como contenedores se utilizan bolsas de polietileno o papel kraft. Las temperaturas a las que comienzan los procesos activos de oxidación del polietileno y del papel kraft con nitrato de amonio son 270-280 y 220-230 °C, respectivamente. Las bolsas de plástico y papel kraft vacías deben limpiarse de residuos de producto y, si no se pueden utilizar, deben incinerarse.

En términos de energía de explosión, el nitrato de amonio es tres veces más débil que la mayoría de los explosivos. Un producto granular puede, en principio, detonar, pero la iniciación con una cápsula detonadora es imposible, lo que requiere grandes cargas de explosivos potentes;

La descomposición explosiva del nitrato se produce según la ecuación:

NH4NO3 > N2 + 0,5O2 + 2H2O + 118 kJ/mol. (11.12)

Según la ecuación (11.12), el calor de la explosión debería ser 1,48 MJ/kg. Sin embargo, debido a la aparición de reacciones secundarias, una de las cuales es endotérmica (11.9), el calor de explosión real es 0,96 MJ/kg y es pequeño en comparación con el calor de explosión del hexógeno (5,45 MJ). Pero para un producto de tan gran capacidad como el nitrato de amonio, tener en cuenta sus propiedades explosivas (aunque débiles) es importante para garantizar la seguridad.

Los requisitos de los consumidores sobre la calidad del nitrato de amonio producido por la industria se reflejan en GOST 2-85, según el cual se producen dos grados de producto comercial.

La resistencia de los gránulos se determina de acuerdo con GOST-21560.2-82 utilizando dispositivos IPG-1, MIP-10-1 u OSPG-1M.

La friabilidad del nitrato de amonio granulado envasado en bolsas se determina de acuerdo con GOST-21560.5-82.

GOST 14702-79-" impermeable"

5. Justificación física y química de los principales procesos de producción del producto objetivo y seguridad ambiental de la producción.

Para obtener nitrato de amonio prácticamente no apelmazante, se utilizan varios métodos tecnológicos. Un medio eficaz para reducir la tasa de absorción de humedad por las sales higroscópicas es su granulación. La superficie total de los gránulos homogéneos es menor que la superficie de la misma cantidad de sal finamente cristalina, por lo que los fertilizantes granulares absorben la humedad del aire más lentamente. A veces, el nitrato de amonio se fusiona con sales menos higroscópicas, por ejemplo, el sulfato de amonio.

Como aditivos de acción similar también se utilizan fosfatos de amonio, cloruro de potasio y nitrato de magnesio. El proceso de producción de nitrato de amonio se basa en una reacción heterogénea entre amoníaco gaseoso y una solución de ácido nítrico:

NH3 + HNO3 = NH4NO3

?H = -144,9 kJ (VIII)

La reacción química ocurre a alta velocidad; en un reactor industrial está limitado por la disolución del gas en el líquido. Para reducir la inhibición de la difusión, la mezcla de los reactivos es de gran importancia.

Durante el desarrollo del diseño del aparato se pueden garantizar en gran medida unas condiciones intensas para la realización del proceso. La reacción (VIII) se lleva a cabo en un aparato ITN que funciona continuamente (utilizando el calor de neutralización). El reactor es un aparato cilíndrico vertical que consta de zonas de reacción y separación. En la zona de reacción hay un vaso /, en cuya parte inferior hay orificios para la circulación de la solución. Un burbujeador se encuentra ligeramente encima de los agujeros dentro del vaso. 2 para suministrar gas amoniaco, encima hay un burbujeador 3 para suministrar ácido nítrico. La mezcla de vapor-líquido de reacción sale por la parte superior del vidrio de reacción; parte de la solución se retira del aparato ITN y ingresa al neutralizador final, y el resto (circulación) vuelve a bajar. El vapor de jugo liberado de la mezcla vapor-líquido se lava sobre placas de tapa. 6 de salpicaduras de solución de nitrato de amonio y vapor de ácido nítrico con una solución de nitrato al 20%, y luego jugo condensado de vapor.

El calor de reacción (VIII) se utiliza para evaporar parcialmente el agua de la mezcla de reacción (de ahí el nombre del aparato - ITN). La diferencia de temperaturas en diferentes partes del aparato conduce a una circulación más intensa de la mezcla de reacción.

El proceso tecnológico para la producción de nitrato de amonio incluye, además de la etapa de neutralización del ácido nítrico con amoníaco, también las etapas de evaporación de la solución de nitrato, granulación de la masa fundida, enfriamiento de los gránulos, tratamiento de los gránulos con tensioactivos. , envasado, almacenamiento y carga de nitrato, depuración de emisiones de gases y aguas residuales.

En la Fig. Se muestra un esquema de una unidad moderna de gran capacidad para la producción de nitrato de amonio AS-72 con una capacidad de 1360 toneladas/día. El ácido nítrico inicial al 58-60% se calienta en un calentador / hasta 70-80 con vapor de jugo del aparato ITN. 3 y es enviado para neutralización. Frente a los dispositivos 3 Los ácidos fosfórico y sulfúrico se añaden al ácido nítrico en cantidades tales que el producto terminado contenga entre un 0,3 y un 0,5% de P 2 O 5 y entre un 0,05 y un 0,2% de sulfato de amonio.

La unidad contiene dos dispositivos ITN que funcionan en paralelo. Además de ácido nítrico, se les suministra gas amoniaco precalentado en un calentador. 2 Condensado de vapor hasta 120-130 °C. Las cantidades de ácido nítrico y amoniaco suministrados se regulan de modo que a la salida del aparato ITN la solución tenga un ligero exceso de ácido (2-5 g/l), asegurando la completa absorción del amoniaco.

El ácido nítrico (58-60%) se calienta en el aparato. 2 hasta 80-90 °C con vapor de jugo de un aparato ITN 8. Gas amoníaco en el calentador. 1 calentado por condensado de vapor a 120-160°C. El ácido nítrico y el amoníaco gaseoso en una proporción controlada automáticamente entran en las partes de reacción de dos aparatos ITN 5 que funcionan en paralelo. La solución de NH 4 NO 3 al 89-92 % que sale del aparato ITN a 155-170 °C tiene un exceso de ácido nítrico en el rango de 2-5 g/l, lo que garantiza una absorción completa del amoníaco.

En la parte superior del aparato, el vapor de jugo de la parte de reacción se elimina de las salpicaduras de nitrato de amonio; vapores de HNO 3 y NH 3 con una solución al 20% de nitrato de amonio de una fregadora de lavado 18 y jugo condensado de vapor del calentador de ácido nítrico 2, que se sirven en las placas de tapa de la parte superior del aparato. Parte del vapor de jugo se usa para calentar ácido nítrico en el calentador 2 y la mayor parte se envía a la fregadora de lavado. 18, donde se mezcla con aire de la torre de granulación, con una mezcla vapor-aire del evaporador 6 y lavado en placas de lavado de fregadora. La mezcla de vapor y aire lavada se libera a la atmósfera mediante un ventilador. 19.

Solución desde dispositivos ITN 8 pasa secuencialmente a través del neutralizador 4 y neutralizador de control 5. al neutralizador 4 Los ácidos sulfúrico y fosfórico se dosifican en una cantidad que garantice que el producto terminado contenga entre un 0,05 y un 0,2 % de sulfato de amonio y entre un 0,3 y un 0,5 % de P20. La dosificación de ácidos mediante bombas de émbolo se ajusta en función de la carga de la unidad.

Después de neutralizar el exceso de NMO3 en una solución de nitrato de amonio de los dispositivos ITN y de introducir ácidos sulfúrico y fosfórico en el postneutralizador 4, la solución pasa el postneutralizador de control. 5 (donde el amoníaco se suministra automáticamente solo en caso de fuga de ácido del neutralizador 4) y entra al evaporador 6. A diferencia de la unidad AS-67, la parte superior del evaporador 6 equipado con dos placas de lavado de tamiz, a las que se suministra el condensado de vapor, lavando la mezcla de vapor y aire del evaporador del nitrato de amonio

Nitrato fundido del evaporador 6, pasando por el sello de agua y el neutralizador 9 y filtrar 10, entra al tanque 11, de donde es una bomba sumergible 12 suministrado a través de una tubería con una boquilla antidetonante a un tanque de presión 15, y luego a los granuladores 16 o 17. La seguridad de la unidad de bombeo de material fundido está garantizada por un sistema de mantenimiento automático de la temperatura del material fundido durante su evaporación en el evaporador (no superior a 190 °C), control y regulación del ambiente del material fundido después del neutralizador. 9 (dentro de 0,1-0,5 g/l NH 3), controlando la temperatura de la masa fundida en el tanque 11, carcasa de bomba 12 y tubería de presión. Si los parámetros regulatorios del proceso se desvían, el bombeo de la masa fundida se detiene automáticamente y la masa fundida en los tanques 11 y evaporador 6 cuando la temperatura suba, diluir con condensado.

La granulación se realiza mediante dos tipos de granuladores: vibroacústicos 16 y monodisperso 17. Los granuladores vibroacústicos, que se utilizan en unidades de gran escala, han demostrado ser más fiables y cómodos de usar.

La masa fundida se granula en una torre metálica rectangular. 20 con dimensiones en planta de 8x11 m La altura de vuelo de los gránulos es de 55 m, lo que asegura la cristalización y enfriamiento de los gránulos con un diámetro de 2-3 mm a 90-120 ° C con un flujo de aire contrario en verano de hasta 500 mil. m/h y en invierno (a bajas temperaturas) hasta 300-400 mil m/h. En la parte inferior de la torre se encuentran conos receptores desde donde se transporta el granulado mediante una cinta transportadora. 21 enviado al aparato de enfriamiento CC 22.

Aparato de enfriamiento 22 dividido en tres secciones con suministro de aire autónomo debajo de cada sección de la rejilla de lecho fluidizado. En su parte superior hay una criba incorporada que tamiza los grumos de nitrato que se forman como resultado de la interrupción del funcionamiento de los granuladores. Los grumos se envían para su disolución. Aire suministrado a las secciones del aparato de refrigeración mediante ventiladores. 23, calentado en el aparato 24 debido al calor del vapor de jugo de los dispositivos ITN. El calentamiento se realiza cuando la humedad atmosférica es superior al 60% y en invierno para evitar un enfriamiento brusco de los gránulos. Los gránulos de nitrato de amonio pasan secuencialmente a través de una, dos o tres secciones del aparato de enfriamiento, dependiendo de la carga de la unidad y la temperatura del aire ambiente. La temperatura de enfriamiento recomendada para el producto granulado en invierno es inferior a 27 °C, en verano hasta 40-50 °C. Cuando se utilizan unidades en las regiones del sur, donde un número importante de días la temperatura del aire supera los 30 °C, la tercera sección del aparato de refrigeración funciona con aire preenfriado (en un intercambiador de calor de amoníaco evaporativo). La cantidad de aire suministrada a cada sección es de 75 a 80 mil m³/h. Presión del ventilador 3,6 kPa. El aire de escape de las secciones del aparato a una temperatura de 45-60°C, que contiene hasta 0,52 g/m 3 de polvo de nitrato de amonio, se envía a la torre de granulación, donde se mezcla con el aire atmosférico y se suministra para su lavado en un fregadora de lavado 18.

El producto enfriado se envía a un almacén o para su tratamiento con un tensioactivo (dispersante NP), y luego para su envío a granel o envasado en bolsas. El tratamiento con dispersante NF se realiza en un aparato hueco. 27 con una boquilla ubicada en el centro que rocía un flujo anular vertical de gránulos, o en un tambor giratorio. La calidad del procesamiento del producto granulado en todos los dispositivos usados ​​cumple con los requisitos de GOST 2-85.

El nitrato de amonio granulado se almacena en un almacén en pilas de hasta 11 m de altura. Antes de enviarlo al consumidor, el nitrato se suministra desde el almacén para tamizarlo. El producto no estándar se disuelve y la solución se devuelve al parque. El producto estándar se trata con un dispersante NF y se envía a los consumidores.

Los tanques para ácidos sulfúrico y fosfórico y el equipo de bombeo para su dosificación están dispuestos en una unidad separada. El punto de control central, la subestación eléctrica, el laboratorio, los locales de servicio y domésticos se encuentran en un edificio separado.

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9.4. PRODUCCIÓN DE NITERATO DE AMONIO

El nitrato de amonio es uno de los principales tipos de fertilizantes nitrogenados; contiene al menos un 34,2% de nitrógeno. Las materias primas para producir nitrato de amonio granulado son ácido nítrico no concentrado al 58-60% y amoníaco gaseoso.

Como aditivo acondicionador se utiliza ácido sulfúrico al 92,5%, que se neutraliza con amoníaco junto con ácido nítrico para formar sulfato de amonio. Para rociar los gránulos terminados, se utiliza un tensioactivo: una solución acuosa al 40% del dispersante "NF".

Las principales etapas de la producción de nitrato de amonio son: neutralización del ácido nítrico con gas amoniaco; obtención de nitrato de amonio fundido altamente concentrado; granulación en estado fundido; enfriamiento de gránulos de nitrato de amonio; tratamiento de gránulos con tensioactivo - dispersante "NF"; purificación del aire y del vapor de jugo antes de su liberación a la atmósfera; embalaje y almacenamiento del producto terminado.

A continuación consideramos la automatización de la primera etapa, la neutralización del ácido nítrico con amoníaco, que determina en gran medida los modos de funcionamiento de las etapas posteriores.

Esquema tecnológico del proceso. El ácido nítrico se precalienta en un intercambiador de calor. 1 (Fig. 9.8) a una temperatura de 70-80 °C con vapor de jugo del aparato 2 Neutralización (ITN), el gas amoníaco se calienta en un intercambiador de calor. 3 y luego entra al aparato 2. El ácido nítrico calentado ingresa al mezclador. 4, donde también se suministran ácidos sulfúrico y fosfórico. El ácido sulfúrico se dosifica de tal manera que el contenido de sulfato de amonio en el producto terminado esté en el rango de 0,3-0,7%. La mezcla de ácidos luego ingresa al aparato de calentamiento, donde, bajo una presión cercana a la atmosférica, a una temperatura de 155-165 °C, se lleva a cabo el proceso de neutralización del ácido nítrico con amoníaco:

El ácido nítrico y el amoníaco se dosifican de tal manera que a la salida del aparato ITN la solución tenga un cierto exceso de ácido nítrico (entre 2 y 5 g/l), necesario para garantizar la absorción completa del amoníaco en la zona de reacción. . En la zona de separación del aparato ITN, el vapor de jugo se separa de la solución hirviendo y se limpia en la zona de lavado del aparato ITN, que consta de cuatro placas y una trampa para salpicaduras. El condensado de vapor de jugo se suministra a la placa superior. A la salida del aparato ITN, el vapor de jugo contiene 2-5 g/l NH 4 NO 3, 1-2 g/l HNO 3; Si el proceso de lavado se realiza correctamente, no hay amoniaco en el vapor.

La solución de nitrato de amonio al 92-93% formada en el aparato ITN se diluye ligeramente con soluciones de la parte de lavado del aparato y, en una concentración del 89-91%, se envía al neutralizador final. 5 , donde se suministra amoníaco para neutralizar el exceso de ácido y crear una solución alcalina (el exceso de amoníaco debe mantenerse dentro de 0,1 g/l de NH 3 libre). A continuación, la solución de nitrato de amonio se envía al departamento de evaporación.

Automatización de procesos. En la etapa de neutralización, la tarea del sistema de control automático del proceso es mantener la proporción de flujos de amoníaco y ácido nítrico hacia el aparato ITN; mantener un pH determinado de la solución de nitrato de amonio en el aparato ITN; asegurando una reacción alcalina de la solución de nitrato de amonio después de la neutralización completa en la entrada al evaporador.

Para el sistema de control, los parámetros principales son los parámetros del gas amoníaco. Para evitar la influencia de las fluctuaciones de la presión del amoníaco en la red externa sobre la calidad de la regulación del proceso de neutralización, la presión del gas amoníaco se mantiene automáticamente en la entrada de la unidad de nitrato de amonio. El flujo de amoníaco hacia el aparato ITN se mantiene automáticamente mediante un regulador de flujo. 6, actuando sobre la válvula de control 7 .

El suministro de ácido nítrico al aparato de bombeo se regula automáticamente en una relación determinada con el caudal de amoníaco mediante un regulador de relación de flujo. 8 influencia en la válvula de control 9. El suministro de ácidos sulfúrico y fosfórico se ajusta automáticamente en una proporción determinada con el consumo de ácido nítrico mediante reguladores de relación de flujo. 10 Y 11 y válvulas de control 12 Y 13 .

La relación entre el consumo de ácido nítrico y amoníaco predetermina un cierto exceso de ácido, para controlar y regular el pH de la solución de nitrato de amonio se monitorea continuamente en la salida del aparato de bombeo. El exceso especificado de ácido nítrico en la solución se mantiene automáticamente mediante el regulador de pH. 14 , ajustando el suministro de amoniaco a la estación de bombeo mediante una válvula de control 15 instalado en la línea de derivación de amoníaco, que transporta una pequeña cantidad de amoníaco (un pequeño porcentaje del flujo total). Un sistema de este tipo proporciona un buen control de calidad del proceso de neutralización.

Para garantizar la máxima purificación posible del vapor de jugo en la parte de lavado del aparato ITN, el suministro de condensado de vapor de jugo a la placa superior se regula automáticamente. Un gran suministro de condensado no es deseable para evitar la dilución de las soluciones de nitrato antes de que se evaporen, y un suministro insuficiente de condensado expondrá las placas, ya que el vapor del jugo se sobrecalienta. El suministro de condensado de vapor de jugo se regula mediante un controlador de temperatura. 16 influencia en la válvula de control 17 . Dado que no se pueden introducir soluciones ácidas de nitrato de amonio en el evaporador, el exceso de acidez se neutraliza en el neutralizador. 5 . El suministro de amoníaco se regula mediante un regulador. 18 pH de la solución a la salida del preneutralizador que actúa sobre la válvula de control 19 .

El sistema de control automático prevé la regulación del calentamiento de amoníaco y ácido nítrico mediante controladores de temperatura. 20 Y 21 influencia en las válvulas de control 22 Y 23 suministro de refrigerante a los intercambiadores de calor 1 Y 2 .

El nitrato de amonio, o nitrato de amonio, NH 4 NO 3 es una sustancia cristalina blanca que contiene un 35% de nitrógeno en forma de amonio y nitrato; ambas formas de nitrógeno son fácilmente absorbidas por las plantas. El nitrato de amonio granulado se utiliza a gran escala antes de la siembra y para todo tipo de abonos. En menor escala, se utiliza para producir explosivos.

El nitrato de amonio es altamente soluble en agua y tiene una alta higroscopicidad (la capacidad de absorber la humedad del aire), razón por la cual los gránulos de fertilizante se esparcen, pierden su forma cristalina y se produce el apelmazamiento del fertilizante: el material a granel se convierte en una masa monolítica sólida. .

Diagrama esquemático de la producción de nitrato de amonio.

Para obtener nitrato de amonio prácticamente no apelmazante, se utilizan varios métodos tecnológicos. Un medio eficaz para reducir la tasa de absorción de humedad por las sales higroscópicas es su granulación. La superficie total de los gránulos homogéneos es menor que la superficie de la misma cantidad de sal finamente cristalina, por lo que los fertilizantes granulados absorben la humedad de

Como aditivos de acción similar también se utilizan fosfatos de amonio, cloruro de potasio y nitrato de magnesio. El proceso de producción de nitrato de amonio se basa en una reacción heterogénea entre amoníaco gaseoso y una solución de ácido nítrico:

NH3 +HNO3 = NH4NO3; ΔН = -144,9 kJ

La reacción química ocurre a alta velocidad; en un reactor industrial está limitado por la disolución del gas en el líquido. Para reducir la inhibición de la difusión, es de gran importancia agitar los reactivos.

El proceso tecnológico para la producción de nitrato de amonio incluye, además de la etapa de neutralización del ácido nítrico con amoníaco, también las etapas de evaporación de la solución de nitrato, granulación de la masa fundida, enfriamiento de los gránulos, tratamiento de los gránulos con tensioactivos. , envasado, almacenamiento y carga de nitrato, depuración de emisiones de gases y aguas residuales. En la Fig. La Figura 8.8 muestra un diagrama de una moderna unidad a gran escala para la producción de nitrato de amonio AS-72 con una capacidad de 1360 toneladas/día. El ácido nítrico inicial al 58-60% se calienta en un calentador a 70-80°C con vapor de jugo del aparato ITN 3 y se suministra para su neutralización. Antes del aparato 3, se añaden ácidos fosfórico y sulfúrico al ácido nítrico en cantidades tales que el producto terminado contenga entre 0,3 y 0,5% de P 2 O 5 y entre 0,05 y 0,2% de sulfato de amonio. La unidad contiene dos dispositivos ITN que funcionan en paralelo. Además de ácido nítrico, se les suministra gas amoniaco, precalentado en el calentador 2 con vapor condensado a 120-130°C. Las cantidades de ácido nítrico y amoniaco suministrados se regulan de modo que a la salida del aparato de bombeo la solución tenga un ligero exceso de ácido (2-5 g/l), asegurando la completa absorción del amoniaco.

En la parte inferior del aparato se produce una reacción de neutralización a una temperatura de 155-170°C; esto produce una solución concentrada que contiene 91-92 % de NH 4 NO 3 . En la parte superior del aparato se elimina mediante lavado vapor de agua (el llamado vapor de jugo) de las salpicaduras de nitrato de amonio y vapor de ácido nítrico. Parte del calor del vapor del jugo se utiliza para calentar el ácido nítrico. Luego, el vapor del jugo se envía para su purificación y se libera a la atmósfera.

Fig. 8.8 Esquema de la unidad de nitrato de amonio AS-72:

1 – calentador de ácido; 2 – calentador de amoníaco; 3 – dispositivos MTI; 4 – preneutralizador; 5 – evaporador; 6 – tanque de presión; 7.8 – granuladores; 9.23 – aficionados; 10 – fregadora de lavado; 11 – tambor; 12,14 – transportadores; 13 – ascensor; 15 – aparato de lecho fluidizado; 16 – torre de granulación; 17 – colección; 18, 20 – bombas; 19 – tanque de natación; 21 – filtro de agua; 22 – calentador de aire.

La solución ácida de nitrato de amonio se envía al neutralizador 4; donde se suministra amoniaco, necesario para reaccionar con el ácido nítrico restante. Luego, la solución se introduce en el evaporador 5. La masa fundida resultante, que contiene entre 99,7 y 99,8 % de nitrato, pasa a través de un filtro 21 a 175 °C y se alimenta mediante una bomba centrífuga sumergible 20 a un tanque de presión 6 y luego a un recipiente rectangular. torre de granulación de metal 16.

En la parte superior de la torre se encuentran los granuladores 7 y 8, a cuya parte inferior se suministra aire, enfriando las gotas de nitrato que caen desde arriba. Cuando caen gotas de nitrato desde una altura de 50 a 55 m y el aire fluye a su alrededor, se forman gránulos de fertilizante. La temperatura de los gránulos a la salida de la torre es de 90-110°C; Los gránulos calientes se enfrían en un aparato de lecho fluidizado 15. Se trata de un aparato rectangular que tiene tres secciones y está equipado con una rejilla con orificios. Los ventiladores suministran aire debajo de la rejilla; en este caso se crea una capa fluidizada de gránulos de nitrato que llega a través de un transportador desde la torre de granulación. Después del enfriamiento, el aire ingresa a la torre de granulación. Los gránulos de nitrato de amonio se alimentan mediante el transportador 14 a un tambor giratorio para su tratamiento con tensioactivos. Luego, el fertilizante terminado se envía al embalaje mediante el transportador 12.

El aire que sale de la torre de granulación está contaminado con partículas de nitrato de amonio, y el vapor de jugo del neutralizador y la mezcla de vapor y aire del evaporador contienen amoníaco y ácido nítrico que no han reaccionado, así como partículas de nitrato de amonio arrastrado.

Para la limpieza de estos flujos, en la parte superior de la torre de granulación se disponen seis depuradores de lavado de funcionamiento paralelo del tipo 10 de placas, regados con una solución de nitrato de amonio al 20-30%, que es alimentada por la bomba 18 desde la colección 17. Parte Una parte de esta solución se descarga al neutralizador ITN para lavar el jugo con vapor y luego se mezcla con una solución de nitrato y, por lo tanto, se utiliza para la producción de productos. El aire purificado es aspirado por el ventilador 9 de la torre de granulación y liberado a la atmósfera.

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Ministerio de Educación y Ciencia de la Federación de Rusia

Institución educativa estatal

Educación profesional superior

"Universidad Técnica Estatal de Tver"

Departamento de TPM

Trabajo del curso

disciplina: “Tecnología química general”

Producción de nitrato de amonio.

• Contenido

Introducción

2. Métodos de producción

3. Las principales etapas de producción de nitrato de amonio a partir de amoníaco y ácido nítrico.

3.1 Preparación de soluciones de nitrato de amonio.

3.1.1 Conceptos básicos del proceso de neutralización

3. 1 5 Equipo principal

4. Cálculos de materiales y energía.

5. Cálculo termodinámico

6. Reciclado y neutralización de residuos en la producción de nitrato de amonio

Conclusión

Lista de fuentes utilizadas

Apéndice A

Introducción

En la naturaleza y en la vida humana, el nitrógeno es extremadamente importante. Forma parte de compuestos proteicos (16-18%), que son la base del mundo vegetal y animal. Una persona consume entre 80 y 100 g de proteína al día, lo que corresponde a entre 12 y 17 g de nitrógeno.

Para el desarrollo normal de las plantas se requieren muchos elementos químicos. Los principales son el carbono, oxígeno, hidrógeno, nitrógeno, fósforo, magnesio, azufre, calcio, potasio y hierro. Los tres primeros elementos de una planta se obtienen del aire y del agua, el resto se extrae del suelo.

El nitrógeno juega un papel especialmente importante en la nutrición mineral de las plantas, aunque su contenido medio en masa vegetal no supera el 1,5%. Sin nitrógeno, ninguna planta puede vivir ni desarrollarse normalmente.

El nitrógeno es un componente no solo de las proteínas vegetales, sino también de la clorofila, con la ayuda de la cual las plantas, bajo la influencia de la energía solar, absorben carbono del dióxido de carbono CO2 de la atmósfera.

Los compuestos de nitrógeno natural se forman como resultado de procesos químicos de descomposición de residuos orgánicos, durante las descargas de rayos, así como bioquímicamente como resultado de la actividad de bacterias especiales: Azotobacter, que absorben directamente el nitrógeno del aire. La misma capacidad la poseen las bacterias nódulos que viven en las raíces de las leguminosas (guisantes, alfalfa, judías, trébol, etc.).

Anualmente se elimina del suelo una cantidad significativa de nitrógeno y otros nutrientes necesarios para el desarrollo de los cultivos agrícolas con la cosecha resultante. Además, algunos nutrientes se pierden como resultado de su lixiviación por las aguas subterráneas y de lluvia. Por lo tanto, para evitar una disminución del rendimiento y el agotamiento del suelo, es necesario reponerlo con nutrientes mediante la aplicación de varios tipos de fertilizantes.

Se sabe que casi todos los fertilizantes tienen acidez o alcalinidad fisiológica. Dependiendo de ello, puede tener un efecto acidificante o alcalinizante del suelo, lo que se tiene en cuenta a la hora de utilizarlo para determinados cultivos agrícolas.

Los fertilizantes, cuyos cationes alcalinos son extraídos más rápidamente del suelo por las plantas, provocan acidificación; Las plantas que consumen aniones ácidos de los fertilizantes contribuyen más rápidamente a la alcalinización del suelo.

Los fertilizantes nitrogenados que contienen el catión amonio NH4 (nitrato de amonio, sulfato de amonio) y el grupo amida NH2 (urea) acidifican el suelo. El efecto acidificante del nitrato de amonio es más débil que el del sulfato de amonio.

Dependiendo de la naturaleza del suelo, las condiciones climáticas y de otro tipo, se requieren diferentes cantidades de nitrógeno para diferentes cultivos.

El nitrato de amonio (nitrato de amonio o nitrato de amonio) ocupa un lugar importante en la gama de fertilizantes nitrogenados, cuya producción mundial asciende a millones de toneladas por año.

Actualmente, aproximadamente el 50% de los fertilizantes nitrogenados utilizados en la agricultura en nuestro país son nitrato de amonio.

El nitrato de amonio tiene una serie de ventajas sobre otros fertilizantes nitrogenados. Contiene entre un 34 y un 34,5 % de nitrógeno y, en este sentido, sólo es superado por la urea CO(NH2) 2, que contiene un 46 % de nitrógeno. Otros fertilizantes que contienen nitrógeno y que contienen nitrógeno tienen significativamente menos nitrógeno (el contenido de nitrógeno se expresa en términos de materia seca):

Tabla 1 - Contenido de nitrógeno en compuestos

El nitrato de amonio es un fertilizante nitrogenado universal, ya que contiene simultáneamente formas de nitrógeno amonio y nitrato. Es eficaz en todas las zonas, para casi todos los cultivos.

Es muy importante que las plantas utilicen las formas nitrogenadas del nitrato de amonio en diferentes momentos. El nitrógeno amónico, que participa directamente en la síntesis de proteínas, es rápidamente absorbido por las plantas durante el período de crecimiento; El nitrógeno nitrato se absorbe relativamente lentamente, por lo que dura más. También se ha establecido que las plantas pueden utilizar la forma amoniacal del nitrógeno sin oxidación previa.

Estas propiedades del nitrato de amonio tienen un efecto muy positivo en el aumento del rendimiento de casi todos los cultivos agrícolas.

El alto contenido de nitrógeno del nitrato de amonio, el método relativamente sencillo de producción y el coste relativamente bajo por unidad de nitrógeno crean buenas condiciones previas para un mayor desarrollo de esta producción.

El nitrato de amonio forma parte de un gran grupo de explosivos estables. Para las operaciones de voladura se utilizan explosivos a base de nitrato de amonio y nitrato de amonio, puro o tratado con determinados aditivos.

Se utiliza una pequeña cantidad de salitre para producir óxido nitroso, utilizado en medicina.

Además de aumentar el volumen de producción de nitrato de amonio mediante la modernización de las instalaciones de producción existentes y la construcción de otras nuevas, se están tomando medidas para mejorar aún más la calidad del producto terminado (obtener un producto 100% friable y conservar los gránulos después de un almacenamiento prolongado del producto). ).

1. Propiedades físico-químicas del nitrato de amonio

En su forma pura, el nitrato de amonio es una sustancia cristalina de color blanco que contiene un 35% de nitrógeno, un 60% de oxígeno y un 5% de hidrógeno. El producto técnico es de color blanco con un tinte amarillento y contiene al menos un 34,2% de nitrógeno.

El nitrato de amonio es un fuerte agente oxidante para varios compuestos orgánicos e inorgánicos. Reacciona violentamente con las masas fundidas de algunas sustancias, incluso hasta el punto de explotar (por ejemplo, con el nitrito de sodio NaNO2).

Si se pasa amoníaco gaseoso sobre nitrato de amonio sólido, se forma rápidamente un líquido muy móvil: amoníaco 2NH4NO3*2NH3 o NH4NO3*3NH3.

El nitrato de amonio es muy soluble en agua, alcoholes etílicos y metílicos, piridina, acetona y amoníaco líquido. Al aumentar la temperatura, la solubilidad del nitrato de amonio aumenta significativamente.

Cuando el nitrato de amonio se disuelve en agua, se absorbe una gran cantidad de calor. Por ejemplo, cuando 1 mol de NH4NO3 cristalino se disuelve en 220-400 moles de agua y una temperatura de 10-15 °C, se absorben 6,4 kcal de calor.

El nitrato de amonio tiene la capacidad de sublimar. Cuando el nitrato de amonio se almacena en condiciones de temperatura y humedad elevadas, su volumen aproximadamente se duplica, lo que suele provocar la rotura del recipiente.

Bajo el microscopio, los poros y grietas son claramente visibles en la superficie de los gránulos de nitrato de amonio. La mayor porosidad de los gránulos de nitrato tiene un efecto muy negativo sobre las propiedades físicas del producto terminado.

El nitrato de amonio es muy higroscópico. Al aire libre, en una fina capa de salitre, rápidamente se humedece, pierde su forma cristalina y comienza a difuminarse. El grado en que la sal absorbe humedad del aire depende de su humedad y de la presión de vapor sobre una solución saturada de una sal determinada a una temperatura determinada.

El intercambio de humedad se produce entre el aire y la sal higroscópica. La humedad relativa del aire tiene una influencia decisiva en este proceso.

El nitrato de calcio y cal-amonio tiene una presión de vapor de agua relativamente baja sobre soluciones saturadas; a una determinada temperatura corresponden a la humedad relativa más baja. Estas son las sales más higroscópicas entre los fertilizantes nitrogenados anteriores. El sulfato de amonio es el menos higroscópico y el nitrato de potasio es casi completamente no higroscópico.

La humedad es absorbida sólo por una capa relativamente pequeña de sal inmediatamente adyacente al aire circundante. Sin embargo, incluso tal humectación del salitre deteriora en gran medida las propiedades físicas del producto terminado. La velocidad a la que el nitrato de amonio absorbe la humedad del aire aumenta drásticamente al aumentar la temperatura. Así, a 40 °C la tasa de absorción de humedad es 2,6 veces mayor que a 23 °C.

Se han propuesto muchos métodos para reducir la higroscopicidad del nitrato de amonio. Uno de esos métodos se basa en mezclar o fusionar nitrato de amonio con otra sal. Al elegir una segunda sal, proceda de la siguiente regla: para reducir la higroscopicidad, la presión del vapor de agua sobre una solución saturada de una mezcla de sales debe ser mayor que su presión sobre una solución saturada de nitrato de amonio puro.

Se ha establecido que la higroscopicidad de una mezcla de dos sales que tienen un ion común es mayor que la más higroscópica de ellas (la excepción son las mezclas o aleaciones de nitrato de amonio con sulfato de amonio y algunas otras). Mezclar nitrato de amonio con sustancias no higroscópicas pero insolubles en agua (por ejemplo, polvo de piedra caliza, roca fosfórica, fosfato dicálcico, etc.) no reduce su higroscopicidad. Numerosos experimentos han demostrado que todas las sales que tienen igual o mayor solubilidad en agua que el nitrato de amonio tienen la propiedad de aumentar su higroscopicidad.

Se deben agregar en grandes cantidades sales que puedan reducir la higroscopicidad del nitrato de amonio (por ejemplo, sulfato de potasio, cloruro de potasio, fosfato diamónico), lo que reduce drásticamente el contenido de nitrógeno en el producto.

La forma más eficaz de reducir la absorción de humedad del aire es recubrir las partículas de nitrato con películas protectoras de sustancias orgánicas que no sean humedecidas por el agua. La película protectora reduce la tasa de absorción de humedad de 3 a 5 veces y ayuda a mejorar las propiedades físicas del nitrato de amonio.

Una propiedad negativa del nitrato de amonio es su capacidad de apelmazarse, de perder su fluidez (desmenuzarse) durante el almacenamiento. En este caso, el nitrato de amonio se convierte en una masa monolítica sólida, difícil de moler. El apelmazamiento del nitrato de amonio se debe a muchas razones.

Mayor contenido de humedad en el producto terminado. Las partículas de nitrato de amonio de cualquier forma siempre contienen humedad en forma de una solución saturada (madre). El contenido de NH4NO3 en dicha solución corresponde a la solubilidad de la sal a las temperaturas a las que se carga en el recipiente. A medida que el producto terminado se enfría, las aguas madres a menudo se sobresaturan. Con una mayor disminución de la temperatura, una gran cantidad de cristales de 0,2-0,3 mm caen de la solución sobresaturada. Estos nuevos cristales cementan las partículas de nitrato previamente liberadas, haciendo que se conviertan en una masa densa.

Baja resistencia mecánica de las partículas de salitre. El nitrato de amonio se produce en forma de partículas redondas (gránulos), placas o pequeños cristales. Las partículas de nitrato de amonio granular tienen una superficie específica más pequeña y una forma más regular que las escamas y las cristalinas finas, por lo que los gránulos se apelmazan menos. Sin embargo, durante el proceso de granulación se forma una cierta cantidad de partículas huecas que tienen una resistencia mecánica baja.

Al almacenar, los sacos con salitre granulado se colocan en pilas de 2,5 m de altura. Bajo la presión de los sacos superiores, los gránulos menos duraderos se destruyen con la formación de partículas parecidas al polvo, que compactan la masa de salitre, aumentando su apelmazamiento. La práctica demuestra que la destrucción de partículas huecas en una capa de producto granular acelera drásticamente el proceso de apelmazamiento. Esto se observa incluso si, cuando se cargó en el recipiente, el producto se enfrió a 45 °C y la mayor parte de los gránulos tenía buena resistencia mecánica. Se ha demostrado que los gránulos huecos también se destruyen mediante la recristalización.

A medida que aumenta la temperatura ambiente, los gránulos de salitre pierden casi por completo su resistencia y dicho producto se apelmaza mucho.

Descomposición térmica del nitrato de amonio. Peligro de explosión. Resistente al fuego. Desde el punto de vista de la seguridad contra explosiones, el nitrato de amonio es relativamente poco sensible a los golpes, la fricción y los impactos y permanece estable cuando lo golpean chispas de diversa intensidad. Las mezclas de arena, vidrio y impurezas metálicas no aumentan la sensibilidad del nitrato de amonio al estrés mecánico. Es capaz de explotar sólo bajo la influencia de un detonador fuerte o durante la descomposición térmica en determinadas condiciones.

Con un calentamiento prolongado, el nitrato de amonio se descompone gradualmente en amoníaco y ácido nítrico:

NH4NO3=NH3+HNO3 - 174598,32 J (1)

Este proceso, que se produce con la absorción de calor, comienza a temperaturas superiores a 110°C.

Con un calentamiento adicional, el nitrato de amonio se descompone para formar óxido nitroso y agua:

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

La descomposición térmica del nitrato de amonio se produce en las siguientes etapas sucesivas:

· hidrólisis (o disociación) de moléculas de NH4NO3;

· descomposición térmica del ácido nítrico formado durante la hidrólisis;

· interacción del dióxido de nitrógeno y el amoníaco formado en las dos primeras etapas.

Cuando el nitrato de amonio se calienta intensamente a 220-240 °C, su descomposición puede ir acompañada de la explosión de una masa fundida.

Calentar nitrato de amonio en un volumen cerrado o en un volumen con una liberación limitada de gases formados durante la descomposición térmica del nitrato es muy peligroso.

En estos casos, la descomposición del nitrato de amonio puede ocurrir mediante muchas reacciones, en particular, mediante las siguientes:

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)

De las reacciones anteriores se desprende claramente que el amoníaco, formado durante el período inicial de descomposición térmica del nitrato, a menudo está ausente en las mezclas de gases; En ellos tienen lugar reacciones secundarias, durante las cuales el amoníaco se oxida completamente a nitrógeno elemental. Como resultado de reacciones secundarias, la presión de la mezcla de gases en un volumen cerrado aumenta bruscamente y el proceso de descomposición puede terminar en una explosión.

El cobre, los sulfuros, el magnesio, las piritas y algunas otras impurezas activan el proceso de descomposición del nitrato de amonio cuando se calienta. Como resultado de la interacción de estas sustancias con nitrato calentado, se forma nitrito de amonio inestable, que a 70-80 ° C se descompone rápidamente con una explosión:

NH4NO3=N2+ 2H20 (6)

El nitrato de amonio no reacciona con el hierro, el estaño y el aluminio, incluso en estado fundido.

Con el aumento de la humedad y el aumento del tamaño de las partículas de nitrato de amonio, su sensibilidad a la explosión disminuye considerablemente. En presencia de aproximadamente un 3% de humedad, el salitre se vuelve insensible a la explosión incluso cuando se expone a un detonador fuerte.

La descomposición térmica del nitrato de amonio aumenta al aumentar la presión hasta un cierto límite. Se ha establecido que a una presión de aproximadamente 6 kgf/cm2 y a la temperatura correspondiente, todo el nitrato fundido se descompone.

Es fundamental para reducir o prevenir la descomposición térmica del nitrato de amonio mantener un ambiente alcalino al evaporar las soluciones. Por tanto, en el nuevo esquema tecnológico para la producción de nitrato de amonio no apelmazante, es recomendable añadir una pequeña cantidad de amoniaco al aire caliente.

Teniendo en cuenta que, en determinadas condiciones, el nitrato de amonio puede ser un producto explosivo, durante su producción, almacenamiento y transporte se debe observar estrictamente el régimen tecnológico establecido y las normas de seguridad.

El nitrato de amonio es un producto no inflamable. Sólo el óxido nitroso, formado durante la descomposición térmica de la sal, favorece la combustión.

Una mezcla de nitrato de amonio con carbón triturado puede encenderse espontáneamente cuando se calienta fuertemente. Algunos metales que se oxidan fácilmente (como el zinc en polvo) en contacto con nitrato de amonio húmedo con un ligero calor también pueden provocar que se encienda. En la práctica se han observado casos de ignición espontánea de mezclas de nitrato de amonio con superfosfato.

Las bolsas de papel o los barriles de madera que contienen nitrato de amonio pueden incendiarse incluso cuando se exponen a la luz solar. Cuando se enciende un recipiente que contiene nitrato de amonio, se pueden liberar óxidos de nitrógeno y vapores de ácido nítrico. En caso de incendios provocados por una llama abierta o por detonación, el nitrato de amonio se funde y se descompone parcialmente. La llama no se propaga hasta las profundidades de la masa de salitre.

2 . Métodos de producción

ácido de neutralización de nitrato de amonio

En la industria, sólo se utiliza ampliamente el método de producir nitrato de amonio a partir de amoníaco sintético (o gases que contienen amoníaco) y ácido nítrico diluido.

La producción de nitrato de amonio a partir de amoníaco sintético (o gases que contienen amoníaco) y ácido nítrico se realiza en varias etapas. En este sentido, intentaron obtener nitrato de amonio directamente a partir de amoníaco, óxidos de nitrógeno, oxígeno y vapor de agua mediante la reacción.

4NH3 + 4NO2 + 02 + 2H20 = 4NH4NO3 (7)

Sin embargo, este método tuvo que abandonarse, ya que junto con el nitrato de amonio se formó nitrito de amonio, un producto inestable y explosivo.

Se han introducido una serie de mejoras en la producción de nitrato de amonio a partir de amoníaco y ácido nítrico, que permitieron reducir los costos de capital para la construcción de nuevas plantas y reducir el costo del producto terminado.

Para mejorar radicalmente la producción de nitrato de amonio, fue necesario abandonar las ideas que prevalecieron durante muchos años sobre la imposibilidad de trabajar sin reservas adecuadas de equipos básicos (por ejemplo, evaporadores, torres de granulación, etc.), sobre el peligro de obtención de nitrato de amonio casi anhidro fundido para granulación.

En Rusia y en el extranjero está firmemente establecido que sólo la construcción de unidades de alta potencia, utilizando los logros modernos de la ciencia y la tecnología, puede proporcionar ventajas económicas significativas en comparación con la producción actual de nitrato de amonio.

Actualmente se produce una cantidad significativa de nitrato de amonio a partir de los gases residuales que contienen amoníaco de algunos sistemas de síntesis de urea. Según uno de los métodos de producción, de 1 tonelada de urea se obtienen de 1 a 1,4 toneladas de amoníaco. A partir de esta cantidad de amoníaco se pueden producir entre 4,6 y 6,5 toneladas de nitrato de amonio. Aunque también están funcionando esquemas más avanzados para la síntesis de urea, los gases que contienen amoníaco (residuos de esta producción) servirán durante algún tiempo como materia prima para la producción de nitrato de amonio.

El método para producir nitrato de amonio a partir de gases que contienen amoníaco se diferencia del método para producirlo a partir de amoníaco gaseoso sólo en la etapa de neutralización.

El nitrato de amonio se obtiene en pequeñas cantidades mediante descomposición por intercambio de sales (métodos de conversión).

Estos métodos de producción de nitrato de amonio se basan en la precipitación de una de las sales resultantes o en la producción de dos sales con diferentes solubilidades en agua. En el primer caso, las soluciones de nitrato de amonio se separan de los sedimentos mediante filtros giratorios y se procesan hasta obtener un producto sólido según procedimientos convencionales. En el segundo caso, las soluciones se evaporan hasta una cierta concentración y se separan mediante cristalización fraccionada, que se reduce a lo siguiente: cuando se enfrían soluciones calientes, la mayor parte del nitrato de amonio se aísla en su forma pura, luego la cristalización se lleva a cabo por separado. equipos a partir de las soluciones madre para obtener un producto contaminado con impurezas.

Todos los métodos para producir nitrato de amonio mediante descomposición por intercambio de sales son complejos e implican un alto consumo de vapor y pérdida de nitrógeno unido. Por lo general, se utilizan en la industria solo cuando es necesario utilizar compuestos nitrogenados obtenidos como subproductos.

El método moderno para producir nitrato de amonio a partir de amoníaco gaseoso (o gases que contienen amoníaco) y ácido nítrico se mejora constantemente.

3 . Las principales etapas de la producción de nitrato de amonio a partir de amoníaco y ácido nítrico.

El proceso de producción de nitrato de amonio consta de las siguientes etapas principales:

1. Obtención de soluciones de nitrato amónico neutralizando el ácido nítrico con amoniaco gaseoso o gases que contienen amoniaco.

2. Evaporación de soluciones de nitrato de amonio hasta estado fundido.

3. Cristalización a partir de sal derretida en forma de partículas redondas (gránulos), escamas (placas) y pequeños cristales.

4. Sal refrescante o seca.

5. Embalaje del producto terminado.

Para obtener nitrato amónico poco apelmazante y resistente al agua, además de las etapas indicadas, también es necesaria una etapa de preparación de aditivos adecuados.

3.1P Preparación de soluciones de nitrato de amonio.

3.1.1 Conceptos básicos del proceso de neutralización

Soluciones de nitrato de amonio ry se obtienen haciendo reaccionar amoníaco con ácido nítrico según la reacción:

4NH3 + HNO3 = NH4NO3 + QJ (8)

La formación de nitrato de amonio es irreversible y va acompañada de una liberación de calor. La cantidad de calor liberado durante la reacción de neutralización depende de la concentración de ácido nítrico utilizado y de su temperatura, así como de la temperatura del gas amoniaco (o de los gases que contienen amoniaco). Cuanto mayor es la concentración de ácido nítrico, más calor se genera. En este caso, el agua se evapora, lo que permite obtener soluciones más concentradas de nitrato de amonio. Para obtener soluciones de nitrato de amonio se utiliza ácido nítrico al 42-58%.

El uso de ácido nítrico con una concentración superior al 58% para obtener soluciones de nitrato de amonio con el diseño de proceso existente no es posible, ya que en este caso se desarrolla una temperatura en el aparato neutralizador que excede significativamente el punto de ebullición del ácido nítrico, que puede provocar su descomposición con liberación de óxidos de nitrógeno. Cuando se evaporan las soluciones de nitrato de amonio, se forma vapor de jugo debido al calor de reacción en los aparatos neutralizadores, que tienen una temperatura de 110-120 °C.

Cuando se obtienen soluciones de nitrato de amonio de la mayor concentración posible, se requieren superficies de intercambio de calor de los evaporadores relativamente pequeñas y se consume una pequeña cantidad de vapor fresco para una mayor evaporación de las soluciones. En este sentido, junto con la materia prima, se esfuerzan por suministrar calor adicional al neutralizador, para lo cual calientan el amoníaco a 70 ° C y el ácido nítrico a 60 ° C con vapor de jugo (a una temperatura más alta del ácido nítrico, su descomposición significativa Esto ocurre y los tubos de calefacción están sujetos a una fuerte corrosión si no están hechos de titanio).

El ácido nítrico utilizado en la producción de nitrato de amonio no debe contener más del 0,20% de óxidos de nitrógeno disueltos. Si el ácido no se purga lo suficiente con aire para eliminar los óxidos de nitrógeno disueltos, se forma nitrito de amonio con amoníaco, que se descompone rápidamente en nitrógeno y agua. En este caso, las pérdidas de nitrógeno pueden ascender a aproximadamente 0,3 kg por 1 tonelada de producto terminado.

Los vapores de jugo, por regla general, contienen impurezas NH3, NHO3 y NH4NO3. La cantidad de estas impurezas depende en gran medida de la estabilidad de las presiones a las que se deben suministrar amoniaco y ácido nítrico al neutralizador. Para mantener una presión determinada, se suministra ácido nítrico desde un tanque de presión equipado con un tubo de rebose y se suministra gas amoníaco mediante un regulador de presión.

La carga del neutralizador también determina en gran medida la pérdida de nitrógeno ligado al vapor de jugo. Bajo carga normal, las pérdidas con el condensado de vapor de jugo no deben exceder los 2 g/l (en términos de nitrógeno). Cuando se excede la carga de neutralizador, se producen reacciones secundarias entre el amoníaco y el vapor de ácido nítrico, como resultado de lo cual, en particular, se forma nitrato de amonio brumoso en la fase gaseosa, lo que contamina el vapor de jugo y aumenta la pérdida de nitrógeno unido. Las soluciones de nitrato de amonio obtenidas en los neutralizadores se acumulan en recipientes intermedios con agitadores, se neutralizan con amoniaco o ácido nítrico y luego se envían a evaporación.

3.1.2 Características de las instalaciones de neutralización

Dependiendo de la aplicación presión requerida, las instalaciones modernas para producir soluciones de nitrato de amonio utilizando calor de neutralización se dividen en instalaciones que funcionan a presión atmosférica; en rarefacción (vacío); a presión elevada (varias atmósferas) e instalaciones combinadas que funcionan bajo presión en la zona de neutralización y al vacío en la zona de separación de los vapores de jugo de la solución de nitrato de amonio (fundida).

Las instalaciones que funcionan a presión atmosférica o con un ligero exceso de presión se caracterizan por la simplicidad de la tecnología y el diseño. También son fáciles de mantener, arrancar y detener; Las violaciones accidentales del modo de funcionamiento especificado generalmente se eliminan rápidamente. Las instalaciones de este tipo son las más utilizadas. El aparato principal de estas instalaciones es el aparato neutralizador ITN (uso de calor de neutralización). El aparato ITN funciona bajo una presión absoluta de 1,15 a 1,25 atm. Estructuralmente, está diseñado de tal manera que casi no se produce ebullición de las soluciones, con la formación de nitrato de amonio brumoso.

La presencia de circulación en el aparato de la bomba de calor elimina el sobrecalentamiento en la zona de reacción, lo que permite llevar a cabo el proceso de neutralización con pérdidas mínimas de nitrógeno unido.

Dependiendo de las condiciones de funcionamiento de la producción de nitrato de amonio, el vapor de jugo de los aparatos ITN se utiliza para la evaporación preliminar de soluciones de nitrato, para la evaporación del amoníaco líquido, el calentamiento del ácido nítrico y el amoníaco gaseoso enviado a los aparatos ITN, y para la evaporación del amoníaco líquido en la obtención de amoníaco gaseoso utilizado en la producción de ácido nítrico diluido.

Las soluciones de nitrato de amonio se producen a partir de gases que contienen amoníaco en instalaciones cuyos aparatos principales funcionan al vacío (evaporador) y a presión atmosférica (depurador-neutralizador). Estas instalaciones son voluminosas y es difícil mantener en ellas un modo de funcionamiento estable debido a la variabilidad de la composición de los gases que contienen amoníaco. Esta última circunstancia afecta negativamente la precisión de la regulación del exceso de ácido nítrico, como resultado de lo cual las soluciones resultantes de nitrato de amonio a menudo contienen una mayor cantidad de ácido o amoníaco.

Las instalaciones de neutralización que funcionan bajo una presión absoluta de 5-6 atm no son muy comunes. Requieren un consumo de energía significativo para comprimir el gas amoníaco y suministrar ácido nítrico presurizado a los neutralizadores. Además, en estas instalaciones es posible que se produzcan mayores pérdidas de nitrato de amonio debido al arrastre de salpicaduras de soluciones (incluso en separadores de diseño complejo, las salpicaduras no se pueden capturar por completo).

En las instalaciones basadas en el método combinado, se combinan los procesos de neutralización del ácido nítrico con amoníaco y se produce nitrato fundido de amonio, que se puede enviar directamente a cristalización (es decir, los evaporadores para concentrar soluciones de nitrato están excluidos de tales instalaciones). Las instalaciones de este tipo requieren entre un 58 y un 60 % de ácido nítrico, que la industria todavía produce en cantidades relativamente pequeñas. Además, parte del equipo debe estar fabricado de costoso titanio. El proceso de neutralización para la obtención de salitre fundido tiene que realizarse a temperaturas muy elevadas (200-220 °C). Teniendo en cuenta las propiedades del nitrato de amonio, para llevar a cabo el proceso a altas temperaturas es necesario crear condiciones especiales que impidan la descomposición térmica del nitrato fundido.

3.1.3 Plantas de neutralización funcionando a presión atmosférica

Estas instalaciones incluyen Incluyen dispositivos neutralizadores ITN (que utilizan el calor de neutralización) y equipos auxiliares.

La Figura 1 muestra uno de los diseños del aparato ITN utilizado en muchas plantas de producción de nitrato de amonio existentes.

Z1 - remolino; BC1 - recipiente externo (depósito); VTs1 - cilindro interior (parte de neutralización); U1 - dispositivo para distribuir ácido nítrico; Ш1 - racor para drenaje de soluciones; O1 - ventanas; U2 - dispositivo para distribución de amoníaco; G1 - sello de agua; C1 - trampa separadora

Figura 1 - Aparato neutralizador ITN con circulación natural de soluciones.

El aparato ITN es un recipiente cilíndrico vertical (depósito) 2, en el que se coloca un cilindro (vidrio) 3 con estantes 1 (giratorio) para mejorar la mezcla de soluciones. Las tuberías para introducir ácido nítrico y gas amoníaco están conectadas al cilindro 3 (los reactivos se suministran en contracorriente); los tubos terminan con los dispositivos 4 y 7 para una mejor distribución del ácido y el gas. En el cilindro interior, el ácido nítrico reacciona con el amoníaco. Este cilindro se llama cámara de neutralización.

El espacio anular entre el recipiente 2 y el cilindro 3 sirve para la circulación de soluciones hirviendo de nitrato de amonio. En la parte inferior del cilindro hay 6 orificios (ventanas) que conectan la cámara de neutralización con la parte de evaporación del elemento calefactor. Debido a la presencia de estos agujeros, la productividad del aparato ITN se reduce algo, pero se logra una circulación natural intensiva de las soluciones, lo que conduce a una reducción en la pérdida de nitrógeno unido.

El vapor de jugo liberado de la solución se descarga a través del accesorio en la tapa del aparato ITN y a través de la trampa-separador 9. Las soluciones de nitrato formadas en el cilindro 3 en forma de emulsión: las mezclas con vapor de jugo ingresan al separador a través el sello de agua 5. Desde el accesorio de la parte inferior de la trampa-separador, soluciones de amonio El nitrato se envía al neutralizador-mezclador final para su posterior procesamiento. El sello de agua en la parte de evaporación del aparato le permite mantener un nivel constante de solución en él y evita que el vapor del jugo se escape sin salir de las salpicaduras de solución arrastradas por él.

El condensado de vapor se forma en las placas separadoras debido a la condensación parcial del vapor del jugo. En este caso, el calor de condensación se elimina haciendo circular agua que pasa a través de serpentines colocados sobre placas. Como resultado de la condensación parcial del vapor del jugo, se obtiene una solución de NH4NO3 al 15-20%, que se envía a evaporación junto con el flujo principal de solución de nitrato de amonio.

La Figura 2 muestra un diagrama de una de las unidades de neutralización operando a una presión cercana a la atmosférica.

NB1 - tanque de presión; C1 - separador; I1 - evaporador; P1 - calentador; SK1 - recogida de condensado; ITN1 - dispositivo ITN; M1 - agitador; TsN1 - bomba centrífuga

Figura 2 - Diagrama de una instalación de neutralización que funciona a presión atmosférica.

El ácido nítrico puro o con aditivos se suministra a un tanque de presión equipado con un desbordamiento constante del exceso de ácido hacia el almacenamiento.

Desde el tanque de presión 1, el ácido nítrico se dirige directamente al vaso del aparato ITN 6 o a través de un calentador (no mostrado en la figura), donde se calienta con el calor del vapor de jugo extraído a través del separador 2.

El amoníaco gaseoso ingresa al evaporador de amoníaco líquido 3, luego al calentador 4, donde se calienta con el calor del vapor secundario del expansor o con el condensado caliente del vapor de calentamiento de los evaporadores, y luego se envía a través de dos tuberías paralelas a el cristal del aparato ITN 6.

En el evaporador 3 se evapora la pulverización de amoníaco líquido y se separan los contaminantes normalmente asociados con el amoníaco gaseoso. En este caso, se forma agua de amoníaco débil con una mezcla de aceite lubricante y polvo de catalizador del taller de síntesis de amoníaco.

La solución de nitrato de amonio obtenida en el neutralizador fluye continuamente a través de un sello hidráulico y una trampa de salpicaduras hacia el mezclador neutralizador final 7, desde donde, después de neutralizar el exceso de ácido, se envía a evaporación.

El vapor de jugo liberado en el aparato de calentamiento, después de pasar a través del separador 2, se envía para su uso como vapor de calentamiento a los evaporadores de la primera etapa.

El vapor de jugo condensado del calentador 4 se recoge en el colector 5, desde donde se gasta para diversas necesidades de producción.

Antes de poner en marcha el neutralizador, se realizan los trabajos preparatorios previstos en las instrucciones de funcionamiento. Señalemos sólo algunos de los trabajos preparatorios relacionados con el desarrollo normal del proceso de neutralización y la garantía de las medidas de seguridad.

En primer lugar, debe verter una solución de nitrato de amonio o condensado de vapor en el neutralizador hasta la válvula de muestreo.

Luego es necesario establecer un suministro continuo de ácido nítrico al tanque de presión y su rebose al área de almacenamiento del almacén. Después de esto, es necesario recibir amoníaco gaseoso del taller de síntesis de amoníaco, para lo cual es necesario abrir brevemente las válvulas en la línea de liberación de vapor de jugo a la atmósfera y la válvula de salida de la solución al mezclador-neutralizador. Esto evita la creación de alta presión en el aparato de bombeo y la formación de una mezcla peligrosa de amoníaco y aire al arrancar el dispositivo.

Con el mismo fin, antes de la puesta en marcha, el neutralizador y las comunicaciones conectadas a él se purgan con vapor.

Después de alcanzar las condiciones normales de funcionamiento, el vapor de jugo procedente del aparato calentador se envía para su uso como vapor calentador].

3.1.4 Unidades de neutralización funcionando al vacío.

Coprocesamiento de amm Los gases que contienen amoníaco y el amoníaco gaseoso no son prácticos, ya que se asocian con grandes pérdidas de nitrato de amonio, ácido y amoníaco debido a la presencia de una cantidad significativa de impurezas en los gases que contienen amoníaco (nitrógeno, metano, hidrógeno, etc.) - Estas impurezas, que burbujean a través de las soluciones resultantes de nitrato de amonio en ebullición, arrastrarían el nitrógeno ligado con el vapor del jugo. Además, el vapor de zumo contaminado con impurezas no se puede utilizar como vapor de calentamiento. Por lo tanto, los gases que contienen amoníaco normalmente se procesan por separado del gas amoníaco.

En instalaciones que funcionan al vacío, el calor de reacción se utiliza fuera del neutralizador, en un evaporador al vacío. Aquí se hierven soluciones calientes de nitrato de amonio procedentes del neutralizador a una temperatura correspondiente al vacío del aparato. Dichas instalaciones incluyen: un neutralizador tipo depurador, un evaporador al vacío y equipos auxiliares.

La figura 3 muestra un esquema de una instalación de neutralización que funciona mediante un evaporador al vacío.

HP1 - neutralizador tipo depurador; H1 - bomba; B1 - evaporador al vacío; B2 - separador de vacío; NB1 - tanque de presión de ácido nítrico; B1 - tanque (mezclador de compuerta); P1 - lavadora; DN1 - preneutralizador

Figura 3 - Esquema de una instalación de neutralización con evaporador al vacío.

A la parte inferior del depurador-neutralizador 1 se suministran gases que contienen amoníaco a una temperatura de 30--90 °C bajo una presión de 1,2--1,3 atm. Una solución circulante de nitrato ingresa a la parte superior del depurador desde el Sella el tanque 6, que generalmente se alimenta continuamente desde el tanque 5 con ácido nítrico, a veces precalentado a una temperatura que no excede los 60 °C. El proceso de neutralización se realiza con un exceso de ácido en el rango de 20-50 g/l. El depurador 1 normalmente mantiene una temperatura de 15 a 20 °C por debajo del punto de ebullición de las soluciones, lo que ayuda a prevenir la descomposición ácida y la formación de niebla de nitrato de amonio. La temperatura establecida se mantiene irrigando el depurador con una solución de un evaporador de vacío, que funciona a un vacío de 600 mm Hg. Art., Por lo tanto, la solución que contiene tiene una temperatura más baja que en el depurador.

La solución de nitrato obtenida en el depurador se aspira al evaporador de vacío 5, donde se realiza un vacío de 560-600 mm Hg. Arte. Se produce una evaporación parcial del agua (evaporación) y un aumento en la concentración de la solución.

Desde el evaporador de vacío, la solución fluye hacia el tanque de sellado de agua 6, desde donde la mayor parte vuelve a irrigar el depurador 1, y el resto se envía al neutralizador posterior 8. El vapor de jugo generado en el evaporador de vacío 3 se enviado a través del separador de vacío 4 al condensador de superficie (no mostrado en la figura) o a un condensador de tipo mezclador. En el primer caso, el condensado de vapor de jugo se utiliza en la producción de ácido nítrico, en el segundo, para otros fines. El vacío en el evaporador al vacío se crea debido a la condensación del vapor del jugo. Los vapores y gases no condensados ​​son aspirados de los condensadores mediante una bomba de vacío y descargados a la atmósfera.

Los gases de escape del depurador 1 ingresan al aparato 7, donde se lavan con condensado para eliminar las gotas de solución de nitrato, después de lo cual también se eliminan a la atmósfera. En el mezclador neutralizador final, las soluciones se neutralizan hasta un contenido de 0,1-0,2 g/l de amoníaco libre y, junto con el flujo de solución de nitrato obtenido en el aparato ITN, se envían a la evaporación.

La Figura 4 muestra un esquema de neutralización de vacío más avanzado.

ХК1 - frigorífico-condensador; CH1 - depurador-neutralizador; C1, C2 - colecciones; TsN1, TsN2, TsN3 - bombas centrífugas; P1 - lavadora de gas; G1 - sello de agua; L1 - trampa; B1 - evaporador al vacío; BD1 - tanque neutralizador; B2 - bomba de vacío; P2 - lavadora de jugos; K1 - condensador de superficie

Figura 4 - Diagrama de neutralización del vacío:

Los gases de destilación se dirigen a la parte inferior del depurador neutralizador 2 y se riegan con una solución del colector 3 mediante una bomba de circulación 4.

La colección 3 a través del sello de agua 6 recibe soluciones del depurador-neutralizador 2, así como soluciones después de la trampa del evaporador de vacío 10 y el lavador de vapor de jugo 14.

A través de un tanque de presión (no mostrado en la figura), la solución de ácido nítrico del lavador de gas 5, irrigada con jugo condensado de vapor, se alimenta continuamente al colector 7. Desde aquí, las soluciones se suministran mediante la bomba de circulación 8 al lavador 5, después de lo cual se devuelven a la colección 7.

Los gases calientes después de la lavadora 5 se enfrían en el refrigerador-condensador 1 y se liberan a la atmósfera.

Las soluciones calientes de nitrato de amonio del sello hidráulico 6 son aspiradas por la bomba de vacío 13 al evaporador de vacío 10, donde la concentración de NH4NO3 aumenta en varios por ciento.

Los vapores de jugo liberados en el evaporador de vacío 10, después de pasar a través de la trampa 9, la lavadora 14 y el condensador de superficie 15, son liberados a la atmósfera mediante la bomba de vacío 13.

Una solución de nitrato de amonio con una acidez determinada se descarga desde la línea de descarga de la bomba 4 al tanque neutralizador. Aquí la solución se neutraliza con gas amoniaco y la bomba 12 se envía a la estación de evaporación.

3.1. 5 Equipo principal

Neutralizadores de ITN. Se utilizan varios tipos de neutralizadores, que se diferencian principalmente en el tamaño y diseño de los dispositivos para distribuir amoníaco y ácido nítrico dentro del aparato. A menudo se utilizan dispositivos de los siguientes tamaños: diámetro 2400 mm, altura 7155 mm, vidrio - diámetro 1000 mm, altura 5000 mm. También se utilizan dispositivos con un diámetro de 2440 mm y una altura de 6294 mm y dispositivos a los que se les ha quitado el mezclador previamente provisto (Figura 5).

LK1 - trampilla; P1 - estantes; L1 - línea de muestreo; L2 - línea de salida de solución; BC1 - vidrio interior; C1 - vaso externo; Ш1 - racor para drenaje de soluciones; P1 - distribuidor de amoníaco; P2 - distribuidor de ácido nítrico

Figura 5 - Dispositivo neutralizador ITN

En algunos casos, para procesar pequeñas cantidades de gases que contienen amoníaco, se utilizan dispositivos ITP con un diámetro de 1700 mm y una altura de 5000 mm.

El calentador de gas amoniaco es un aparato de carcasa y tubos fabricado de acero al carbono. Diámetro de la caja 400--476 mm, altura 3500--3280 mm. El tubo suele constar de 121 tubos (diámetro del tubo 25x3 mm) con una superficie total de transferencia de calor de 28 m2. El amoníaco gaseoso ingresa a los tubos y el vapor caliente o el condensado caliente ingresa al espacio entre los tubos.

Si para calentar se utiliza vapor de jugo de equipo de calefacción, entonces el calentador está hecho de acero inoxidable 1Х18Н9Т.

El evaporador de amoníaco líquido es un aparato de acero al carbono, en cuya parte inferior hay un serpentín de vapor y en el medio hay una entrada tangencial de amoníaco gaseoso.

En la mayoría de los casos, el evaporador funciona con vapor fresco con una presión (exceso) de 9 atm. En la parte inferior del evaporador de amoníaco hay un accesorio para la purga periódica de los contaminantes acumulados.

El calentador de ácido nítrico es un aparato de carcasa y tubos con un diámetro de 400 mm y una longitud de 3890 mm. Diámetro del tubo 25x2 mm, longitud 3500 mm; Superficie total de intercambio de calor 32 m2. El calentamiento se realiza mediante vapor de jugo a una presión absoluta de 1,2 atm.

El neutralizador tipo depurador es un aparato cilíndrico vertical con un diámetro de 1800-2400 mm y una altura de 4700-5150 mm. También se utilizan dispositivos con un diámetro de 2012 mm y una altura de 9000 mm. En el interior del aparato, para una distribución uniforme de las soluciones circulantes a lo largo de la sección transversal, hay varias placas perforadas o una boquilla hecha de anillos cerámicos. En la parte superior de los dispositivos equipados con placas se coloca una capa de anillos de dimensiones 50x50x3 mm, que actúa como barrera contra salpicaduras de soluciones.

La velocidad del gas en la sección libre del depurador con un diámetro de 1700 mm y una altura de 5150 mm es de aproximadamente 0,4 m/s. El riego del aparato tipo depuradora con soluciones se realiza mediante bombas centrífugas con una capacidad de 175-250 m3/h.

El evaporador al vacío es un dispositivo cilíndrico vertical con un diámetro de 1000-1200 mm y una altura de 5000-3200 mm. La boquilla son anillos cerámicos de 50x50x5 mm, colocados en filas regulares.

El lavador de gas es un aparato cilíndrico vertical fabricado en acero inoxidable con un diámetro de 1000 mm y una altura de 5000 mm. La boquilla son anillos cerámicos de 50x50x5 mm.

Agitador-neutralizador: un aparato cilíndrico con un agitador que gira a una velocidad de 30 rpm. El accionamiento se realiza desde un motor eléctrico a través de una caja de cambios (Figura 6).

Ш1 - accesorio para instalar un medidor de nivel; B1 - salida de aire; E1 - motor eléctrico; P1 - caja de cambios; VM1 - eje mezclador; L1 - boca de acceso

Figura 6 - Agitador-neutralizador

El diámetro de los dispositivos de uso frecuente es de 2800 mm y la altura de 3200 mm. Operan bajo presión atmosférica, sirven para la neutralización final de soluciones de nitrato de amonio y como contenedores intermedios para soluciones enviadas a evaporación.

El condensador de superficie es un intercambiador de calor vertical de carcasa y tubos de dos pasos (a través de agua) diseñado para condensar el vapor de jugo proveniente de un evaporador al vacío. Diámetro del dispositivo 1200 mm, altura 4285 mm; Superficie de transferencia de calor 309 m2. Funciona a un vacío de aproximadamente 550 a 600 mmHg. Arte.; tiene tubos: diámetro 25x2 mm, longitud 3500 m, número total 1150 piezas; el peso de dicho condensador es de unos 7200 kg

En algunos casos, para eliminar las emisiones a la atmósfera de vapor de jugo descargado durante la purga de evaporadores, trampas de equipos de calefacción y sellos de agua, se instala un condensador de superficie con las siguientes características: diámetro del cuerpo 800 mm, altura 4430 mm, número total de tubos. 483 uds., diámetro 25x2, superficie total 125 m2.

Bombas de vacío. Se utilizan diferentes tipos de bombas. La bomba tipo VVN-12 tiene una capacidad de 66 m3/h, la velocidad de rotación del eje es de 980 rpm. La bomba está diseñada para crear un vacío en una unidad de neutralización de vacío.

Bombas centrífugas. Para hacer circular la solución de nitrato de amonio en una instalación de neutralización al vacío, a menudo se utilizan bombas 7ХН-12 con una capacidad de 175-250 m3/h. La potencia instalada del motor eléctrico es de 55 kW.

4 . Cálculos de materiales y energía.

Calculemos el balance material y térmico del proceso. Calculo la neutralización del ácido nítrico con gas amoniaco por 1 tonelada de producto. Los datos iniciales los tomo de la Tabla 2, utilizando la metodología de los manuales , , .

Aceptamos que el proceso de neutralización se desarrollará bajo las siguientes condiciones:

Temperatura inicial, °C

gas amoníaco................................................ ...................................50

Ácido nítrico................................................ ........................................................20

Tabla 2 - Datos iniciales

Cálculo de materiales

1 Para obtener 1 tonelada de nitrato mediante la reacción:

NH3+HNO3=NH4NO3 +Q J (9)

Teóricamente se requiere la siguiente cantidad de materias primas (en kg):

amoníaco

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

x - 1000

Ácido nítrico

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

x - 1000

Donde 17, 63 y 80 son los pesos moleculares del amoniaco, ácido nítrico y nitrato de amonio, respectivamente.

El consumo práctico de NH3 y HNO3 es ligeramente superior al teórico, ya que durante el proceso de neutralización son inevitables las pérdidas de reactivos con vapor de jugo por fugas en las comunicaciones por ligera descomposición de los componentes reactivos y nitrato, etc.

2. Determinar la cantidad de nitrato de amonio en el producto comercial: 0,98*1000=980 kg/h

o

980/80=12,25 kmol/h,

y también la cantidad de agua:

1000-980=20kg/h

3. Calcularé el consumo de ácido nítrico (100%) para obtener 12,25 kmol/h de nitrato. Según la estequiometría, se consume la misma cantidad (kmol/h) que se forma nitrato: 12,25 kmol/h, o 12,25*63=771,75 kg/h

Dado que las condiciones establecen la conversión completa (100%) del ácido, esta será la cantidad suministrada.

El proceso implica ácido diluido - 60%:

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

incluyendo agua:

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

4. De manera similar, el consumo de amoníaco (100%) para producir 12,25 kmol/h, o 12,25*17=208,25 kg/h

En términos de agua con un 25 % de amoníaco, esto será 208,25/0,25 = 833 kg/h, incluida el agua 833-208,25 = 624,75 kg/h.

5. Encontraré la cantidad total de agua en el neutralizador suministrado con los reactivos:

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

6. Determinemos la cantidad de vapor de agua que se forma por evaporación de la solución de nitrato (quedan 20 kg/h en el producto comercial): 1139,25 - 20 = 1119,25 kg/h.

7. Elaboremos una tabla del balance de materia del proceso de producción de nitrato de amonio.

Tabla 3 - Balance de materia del proceso de neutralización

8. Calculemos indicadores tecnológicos.

· coeficientes de gasto teóricos:

para ácido - 63/80=0,78 kg/kg

para amoníaco - 17/80=0,21 kg/kg

· ratios de gastos reales:

para ácido - 1286,25/1000=1,28 kg/kg

para amoníaco - 833/1000=0,83 kg/kg

Durante el proceso de neutralización solo tuvo lugar una reacción, la conversión de la materia prima fue igual a 1 (es decir, se produjo una conversión completa), no hubo pérdidas, lo que significa que el rendimiento es realmente igual al teórico:

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

Cálculo de energía

La llegada del calor. Durante el proceso de neutralización, el aporte de calor consiste en el calor introducido por el amoníaco y el ácido nítrico, y el calor liberado durante la neutralización.

1. El calor aportado por el gas amoniaco es:

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

donde 208,25 es el consumo de amoníaco, kg/h

2,18 - capacidad calorífica del amoníaco, kJ/(kg*°C)

50 - temperatura del amoníaco, °C

2. Calor introducido por el ácido nítrico:

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

donde 771,25 es el consumo de ácido nítrico, kg/h

2,76 - capacidad calorífica del ácido nítrico, kJ/(kg*°C)

20 - temperatura del ácido, °C

3. El calor de neutralización se calcula preliminarmente por 1 mol de nitrato de amonio formado según la ecuación:

HNO3*3,95H2O(líquido) +NH3(gas) =NH4NO3*3,95H2O(líquido)

donde HNO3*3.95H2O corresponde al ácido nítrico.

El efecto térmico Q3 de esta reacción se obtiene a partir de las siguientes cantidades:

a) calor de disolución del ácido nítrico en agua:

HNO3+3,95 H2O=HNO3*3,95H2O (10)

b) calor de formación de NH4NO3 sólido a partir de 100% ácido nítrico y 100% amoníaco:

HNO3 (líquido) + NH3 (gas) = ​​NH4NO3 (sólido) (11)

c) el calor de disolución del nitrato de amonio en agua, teniendo en cuenta el consumo de calor de reacción para la evaporación de la solución resultante del 52,5% (NH4NO3 *H2O) al 64% (NH4NO3 *2,5H2O)

NH4NO3 +2,5H2O= NH4NO3*2,5H2O, (12)

donde NH4NO3*4H2O corresponde a una concentración del 52,5% NH4NO3

El valor de NH4NO3*4H2O se calcula a partir de la relación

80*47,5/52,5*18=4H2O,

donde 80 es el peso molar de NH4NO3

47,5 - Concentración de HNO3, %

52,5 - Concentración de NH4NO3, %

18 - peso molar de H2O

De manera similar se calcula el valor de NH4NO3*2.5H2O, correspondiente a una solución al 64% de NH4NO3.

80*36/64*18=2,5H2O

Según la reacción (10), el calor de la solución q de ácido nítrico en agua es 2594,08 J/mol. Para determinar el efecto térmico de la reacción (11), es necesario restar la suma de los calores de formación de NH3 (gas) y HNO3 (líquido) del calor de formación del nitrato de amonio.

El calor de formación de estos compuestos a partir de sustancias simples a 18°C ​​y 1 atm tiene los siguientes valores (en J/mol):

NH3(gas):46191,36

HNO3 (líquido): 174472,8

NH4NO3(s):364844,8

El efecto térmico general de un proceso químico depende únicamente de los calores de formación de las sustancias que interactúan inicialmente y de los productos finales. De esto se deduce que el efecto térmico de la reacción (11) será:

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

El calor q3 de disolución de NH4NO3 según la reacción (12) es igual a 15606,32 J/mol.

La disolución del NH4NO3 en agua se produce con la absorción de calor. En este sentido, el calor de solución se toma en el balance de energía con un signo menos. La concentración de la solución de NH4NO3 se produce en consecuencia con la liberación de calor.

Por tanto, el efecto térmico de la reacción Q3.

HNO3 +*3,95H2O(líquido)+ NH3(gas) =NH4NO3*2,5H2O(líquido)+1,45 H2O(vapor)

será:

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

Al producir 1 tonelada de nitrato de amonio, el calor de la reacción de neutralización será:

102633,52*1000/80=1282919 kJ,

donde 80 es el peso molecular de NH4NO3

De los cálculos anteriores se desprende claramente que la ganancia total de calor será: con amoníaco 22699,25, con ácido nítrico 42600,8, debido al calor de neutralización 1282919 y un total de 1348219,05 kJ.

Consumo de calor. Al neutralizar el ácido nítrico con amoníaco, la solución de nitrato de amonio resultante elimina el calor del aparato, se gasta en evaporar el agua de esta solución y se pierde al medio ambiente.

La cantidad de calor que disipa la solución de nitrato de amonio es:

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

donde 980 es la cantidad de solución de nitrato de amonio, kg

10 - pérdidas de NH3 y HNO3, kg

tboil - temperatura de ebullición de la solución de nitrato de amonio, °C

El punto de ebullición de una solución de nitrato de amonio se determina a una presión absoluta en el neutralizador de 1,15 a 1,2 atm; Esta presión corresponde a una temperatura del vapor de agua saturado de 103 °C. a presión atmosférica, el punto de ebullición de la solución de NH4NO3 es 115,2 °C. La caída de temperatura es igual a:

?t=115,2 - 100=15,2°C

Calcule el punto de ebullición de una solución de NH4NO3 al 64%.

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

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El nitrato de amonio es uno de los fertilizantes más comunes.

El nitrato de amonio (también conocido como nitrato de amonio) se produce en fábricas a partir de ácido nítrico y amoníaco mediante la interacción química de estos compuestos.

El proceso de producción consta de las siguientes etapas:

1. Neutralización del ácido nítrico con gas amoniaco.
2. Evaporación de solución de nitrato de amonio.
3. Cristalización de nitrato de amonio.
4. Sal secante.

La figura muestra un diagrama de flujo de proceso simplificado para la producción de nitrato de amonio. ¿Cómo se lleva a cabo este proceso?

La materia prima, amoníaco gaseoso y ácido nítrico (solución acuosa), ingresa al neutralizador. Aquí, como resultado de la interacción química de ambas sustancias, se produce una reacción violenta con la liberación de una gran cantidad de calor. En este caso, parte del agua se evapora y el vapor de agua resultante (el llamado vapor de savia) se descarga al exterior a través de la trampa.

La solución de nitrato de amonio no completamente evaporada fluye desde el neutralizador al siguiente aparato: el neutralizador final. En él, tras añadir una solución acuosa de amoniaco, finaliza el proceso de neutralización del ácido nítrico.

Desde el preneutralizador, la solución de nitrato de amonio se bombea a un evaporador, un aparato de vacío que funciona continuamente. La solución en tales dispositivos se evapora a presión reducida, en este caso a una presión de 160-200 mm Hg. Arte. El calor para la evaporación se transfiere a la solución a través de las paredes de los tubos calentados con vapor.

La evaporación se lleva a cabo hasta que la concentración de la solución alcance el 98%. Después de esto, la solución pasa a la cristalización.

Según un método, la cristalización del nitrato de amonio se produce en la superficie de un tambor, que se enfría desde el interior. El tambor gira y en su superficie se forma una costra de nitrato de amonio cristalizado de hasta 2 mm de espesor. La corteza se corta con un cuchillo y se envía a través de un conducto para que se seque.

El nitrato de amonio se seca con aire caliente en tambores de secado giratorios a una temperatura de 120°. Después del secado, el producto terminado se envía para su embalaje. El nitrato de amonio contiene entre un 34 y un 35% de nitrógeno. Para reducir el apelmazamiento, se añaden varios aditivos a su composición durante la producción.

El nitrato de amonio se produce en fábricas en forma granular y en forma de escamas. El salitre en escamas absorbe fuertemente la humedad del aire, por lo que durante el almacenamiento se esparce y pierde su friabilidad. El nitrato de amonio granulado tiene la forma de granos (gránulos).

La granulación del nitrato de amonio se realiza principalmente en torres (ver figura). La solución evaporada de nitrato de amonio (fundido) se pulveriza mediante una centrífuga montada en el techo de la torre.

La masa fundida fluye en forma continua hacia el tambor perforado giratorio de la centrífuga. Al pasar por los orificios del bidón, el spray se convierte en bolas del diámetro adecuado y se endurece al caer.

El nitrato de amonio granulado tiene buenas propiedades físicas, no se endurece durante el almacenamiento, se dispersa bien en el campo y absorbe lentamente la humedad del aire.

El sulfato de amonio (de lo contrario, el sulfato de amonio) contiene un 21% de nitrógeno. La mayor parte del sulfato de amonio se produce en la industria del coque.

En los próximos años se desarrollará mucho la producción del fertilizante nitrogenado más concentrado: la urea, o urea, que contiene un 46% de nitrógeno.

La urea se produce a alta presión mediante síntesis a partir de amoníaco y dióxido de carbono. Se utiliza no sólo como fertilizante, sino también para alimentar al ganado (complementando la nutrición proteica) y como intermediario para la producción de plásticos.

Los fertilizantes nitrogenados líquidos (amoníaco líquido, amoníaco y agua con amoníaco) también son de gran importancia.

El amoníaco líquido se produce a partir de amoníaco gaseoso mediante licuefacción a alta presión. Contiene 82% de nitrógeno. Los compuestos de amoníaco son soluciones de nitrato de amonio, nitrato de calcio o urea en amoníaco líquido con una pequeña adición de agua. Contienen hasta un 37% de nitrógeno. El agua con amoníaco es una solución acuosa de amoníaco. Contiene un 20% de nitrógeno. En cuanto a su efecto sobre el cultivo, los fertilizantes nitrogenados líquidos no son inferiores a los sólidos. Y su producción es mucho más económica que la sólida, ya que se eliminan las operaciones de evaporación de la solución, secado y granulación. De los tres tipos de fertilizantes nitrogenados líquidos, el agua con amoníaco es el más utilizado. Por supuesto, la aplicación de fertilizantes líquidos al suelo, así como su almacenamiento y transporte, requieren máquinas y equipos especiales.

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