Envoyer votre bon travail dans la base de connaissances est simple. Utilisez le formulaire ci-dessous

Les étudiants, étudiants diplômés, jeunes scientifiques qui utilisent la base de connaissances dans leurs études et leur travail vous en seront très reconnaissants.

Posté sur http://www.allbest.ru/

• Introduction
• 1. Production de nitrate d'ammonium
• 2. Matières premières
• 3. Synthèse d'ammoniac
• 4. Caractéristiques du produit cible
• 5. Justification physique et chimique des principaux processus de production du produit cible et sécurité environnementale de la production

Introduction

Les engrais minéraux les plus importants sont les engrais azotés : nitrate d'ammonium, urée, sulfate d'ammonium, solutions aqueuses d'ammoniaque, etc. L'azote joue un rôle extrêmement important dans la vie des plantes : il fait partie de la chlorophylle, qui est un accepteur d'énergie solaire. l'énergie et les protéines, nécessaires à la construction d'une cellule vivante. Les plantes ne peuvent consommer que de l'azote fixe, sous forme de nitrates, de sels d'ammonium ou d'amides. Des quantités relativement faibles d’azote fixe sont formées à partir de l’azote atmosphérique en raison de l’activité des micro-organismes du sol. Cependant, l'agriculture intensive moderne ne peut plus exister sans l'application supplémentaire d'engrais azotés au sol, obtenus grâce à la fixation industrielle de l'azote atmosphérique.

Les engrais azotés diffèrent les uns des autres par leur teneur en azote, sous forme de composés azotés (nitrate, ammonium, amide), d'état de phase (solide et liquide), et il existe également des engrais physiologiquement acides et physiologiquement alcalins.

1. Production de nitrate d'ammonium

Nitrate d'ammonium, ou nitrate d'ammonium, NH 4 NO 3 - une substance cristalline blanche contenant 35 % d'azote sous forme d'ammonium et de nitrate , les deux formes d’azote sont facilement absorbées par les plantes. Le nitrate d'ammonium granulé est utilisé à grande échelle avant le semis et pour tous types de fertilisation. À plus petite échelle, il est utilisé pour produire des explosifs.

Le nitrate d'ammonium est très soluble dans l'eau et possède une hygroscopique élevée (capacité à absorber l'humidité de l'air). C'est la raison pour laquelle les granulés d'engrais se dispersent, perdent leur forme cristalline et les engrais s'agglutinent - le matériau en vrac se transforme en une masse monolithique solide.

Le nitrate d'ammonium est produit sous trois types :

A et B - utilisés dans l'industrie ; utilisé dans des mélanges explosifs (ammonites, ammoniacs)

B est l'engrais azoté efficace et le plus courant, contenant environ 33 à 34 % d'azote ; a une acidité physiologique.

2. Matières premières

Les matières premières pour la production de nitrate d'ammonium sont l'ammoniac et l'acide nitrique.

Acide nitrique . L'acide nitrique pur HNO est un liquide incolore d'une densité de 1,51 g/cm3 à - 42 °C, se solidifiant en une masse cristalline transparente. Dans l'air, comme l'acide chlorhydrique concentré, il « fume », car ses vapeurs forment de petites gouttelettes de brouillard avec l'humidité de l'air. L'acide nitrique n'est pas durable et, déjà sous l'influence de la lumière, il se décompose progressivement :

Plus la température est élevée et plus l’acide est concentré, plus la décomposition est rapide. Le dioxyde d'azote libéré se dissout dans l'acide et lui donne une couleur brune.

L'acide nitrique est l'un des acides les plus puissants ; dans les solutions diluées, il se décompose complètement en ions H et -NO. L'acide nitrique est l'un des composés azotés les plus importants : il est utilisé en grande quantité dans la production d'engrais azotés, d'explosifs et de colorants organiques, sert d'agent oxydant dans de nombreux procédés chimiques, et est utilisé dans la production d'acide sulfurique par la méthode nitreuse, utilisé pour la fabrication de vernis et de films cellulosiques. .

Production industrielle d'acide nitrique . Les méthodes industrielles modernes de production d'acide nitrique reposent sur l'oxydation catalytique de l'ammoniac avec l'oxygène de l'air. Lors de la description des propriétés de l'ammoniac, il a été indiqué qu'il brûle dans l'oxygène et que les produits de réaction sont de l'eau et de l'azote libre. Mais en présence de catalyseurs, l'oxydation de l'ammoniac avec l'oxygène peut se dérouler différemment dans le cas d'un mélange d'ammoniac et d'air. est passé sur le catalyseur, puis à 750°C et A une certaine composition du mélange, une conversion presque complète se produit

Le mélange obtenu passe facilement dans celui qui, avec l'eau en présence de l'oxygène de l'air, donne de l'acide nitrique.

Les alliages à base de platine sont utilisés comme catalyseurs pour l'oxydation de l'ammoniac.

L'acide nitrique obtenu par oxydation de l'ammoniac a une concentration ne dépassant pas 60 %. Si nécessaire, il est concentré,

L'industrie produit de l'acide nitrique dilué avec une concentration de 55, 47 et 45 %, et de l'acide nitrique concentré - 98 et 97 %. L'acide concentré est transporté dans des réservoirs en aluminium, l'acide dilué - dans des réservoirs en acier résistant aux acides.

3. Synthèse d'ammoniac

matières premières de nitrate d'azote ammoniacal

L'ammoniac est un produit clé de diverses substances contenant de l'azote utilisées dans l'industrie et l'agriculture. D.N. Pryanishnikov a qualifié l'ammoniac d'« alpha et oméga » dans le métabolisme des substances azotées des plantes.

Le diagramme montre les principales applications de l'ammoniac. La composition de l'ammoniac a été établie par C. Berthollet en 1784. L'ammoniac NH 3 est une base, un réducteur moyennement fort et un agent complexant efficace vis-à-vis des cations à orbitales de liaison vacantes.

Bases physico-chimiques du procédé . La synthèse de l'ammoniac à partir des éléments s'effectue selon l'équation de réaction

N 2 +3H 2 =2NH 3; ?H<0

La réaction est réversible, exothermique, caractérisée par un effet enthalpique négatif important (?H = -91,96 kJ/mol) et devient encore plus exothermique à haute température (?H = -112,86 kJ/mol). Selon le principe de Le Chatelier, lorsqu'on chauffe, l'équilibre se déplace vers la gauche, vers une diminution du rendement en ammoniac. Dans ce cas, le changement d’entropie est également négatif et ne favorise pas la réaction. Avec une valeur négative de ?S, une augmentation de la température réduit la probabilité qu'une réaction se produise,

La réaction de synthèse de l'ammoniac se déroule avec une diminution de volume. Selon l'équation de réaction, 4 moles de réactifs gazeux initiaux forment 2 moles de produit gazeux. En nous basant sur le principe de Le Chatelier, nous pouvons conclure que, dans des conditions d'équilibre, la teneur en ammoniac du mélange sera plus élevée à haute pression qu'à basse pression.

4. Caractéristiques du produit cible

Caractéristiques physicochimiques . Le nitrate d'ammonium (nitrate d'ammonium) NH4NO3 a un poids moléculaire de 80,043 ; le produit pur est une substance cristalline incolore contenant 60 % d'oxygène, 5 % d'hydrogène et 35 % d'azote (17,5 % chacun sous forme d'ammoniac et de nitrate). Le produit technique contient au moins 34,0 % d'azote.

Propriétés physiques et chimiques de base du nitrate d'ammoniums:

Le nitrate d'ammonium, selon la température, existe sous cinq modifications cristallines thermodynamiquement stables à pression atmosphérique (tableau). Chaque modification n'existe que dans une certaine plage de température, et la transition (polymorphe) d'une modification à une autre s'accompagne de changements dans la structure cristalline, de dégagement (ou d'absorption) de chaleur, ainsi que d'un changement brusque de volume spécifique, de capacité thermique , entropie, etc. Les transitions polymorphes sont réversibles - énantiotropes.

Tableau. Modifications cristallines du nitrate d'ammonium

Le système NH 4 NO 3 -H 2 O (Fig. 11-2) fait référence aux systèmes avec eutectiques simples. Le point eutectique correspond à une concentration de 42,4 % MH 4 MO 3 et une température de -16,9 °C. La branche gauche du diagramme — la ligne du liquidus de l'eau — correspond aux conditions de libération de la glace dans le système NN 4 MO 3 -H 2 O. La branche droite de la courbe du liquidus est la courbe de solubilité de MH 4 MO 3 dans l'eau. Cette courbe présente trois points de rupture correspondant aux températures de transitions de modification NH 4 NO 3 1 = 11 (125,8°C), II = III (84,2°C) et 111 = IV (32,2°C). le nitrate d'ammonium anhydre est de 169,6°C. Il diminue avec l'augmentation de la teneur en humidité du sel.

Dépendance de la température de cristallisation de NH 4 NO 3 (Tcristal, "C) sur la teneur en humidité (X,%) jusqu'à 1,5 % est décrit par l'équation :

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

Dépendance de la température de cristallisation du nitrate d'ammonium avec ajout de sulfate d'ammonium sur la teneur en humidité (X,%) jusqu'à 1,5 % et le sulfate d'ammonium (U, %) jusqu'à 3,0 % est exprimé par l'équation :

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

Le nitrate d'ammonium se dissout dans l'eau et absorbe la chaleur. Ci-dessous les valeurs des chaleurs de dissolution (Q dist) du nitrate d'ammonium de différentes concentrations dans l'eau à 25°C :

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

Le nitrate d'ammonium est hautement soluble dans l'eau, les alcools éthylique et méthylique, la pyridine, l'acétone et l'ammoniac liquide.

Riz. 11-2. Diagramme d'état du systèmeN.H.4 N03 - H20

Décomposition thermique . Le nitrate d'ammonium est un agent oxydant qui peut entretenir la combustion. Lorsqu'il est chauffé dans un espace confiné, lorsque les produits de décomposition thermique ne peuvent pas être éliminés librement, le salpêtre peut, dans certaines conditions, exploser (détoner). Il peut également exploser sous l'influence de chocs violents, par exemple lorsqu'ils sont déclenchés par des explosifs.

Durant la période initiale de chauffage à 110°C, une dissociation endothermique du nitrate en ammoniac et acide nitrique se produit progressivement :

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

A 165°C, la perte de poids ne dépasse pas 6%/jour. Le taux de dissociation dépend non seulement de la température, mais aussi du rapport entre la surface du nitrate et son volume, de la teneur en impuretés, etc.

L'ammoniac est moins soluble dans la masse fondue que l'acide nitrique, il est donc éliminé plus rapidement ; la concentration d'acide nitrique augmente jusqu'à une valeur d'équilibre déterminée par la température. La présence d'acide nitrique dans la masse fondue détermine la nature autocatalytique de la décomposition thermique.

Dans la plage de température de 200 à 270 °C, une réaction principalement faiblement exothermique de décomposition du nitrate en oxyde nitreux et en eau se produit :

NH 4 NO 3 > N 2 O + 2H 2 O + 36,8 kJ/mol. (11.10)

Un effet notable sur le taux de décomposition thermique est exercé par le dioxyde d'azote, qui se forme lors de la décomposition thermique de l'acide nitrique, qui est un produit de la dissociation du nitrate d'ammonium.

Lorsque le dioxyde d'azote réagit avec le nitrate, de l'acide nitrique, de l'eau et de l'azote se forment :

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

L'effet thermique de cette réaction est plus de 6 fois supérieur à l'effet thermique de la réaction de décomposition du nitrate en N 2 O et H 2 O. Ainsi, dans le nitrate acidifié, même à températures ordinaires, en raison d'une réaction exothermique importante d'interaction avec le dioxyde d'azote, une décomposition thermique spontanée se produit, ce qui, avec une masse importante de nitrate d'ammonium, peut conduire à sa décomposition rapide.

Lorsque le nitrate est chauffé dans un système fermé à 210-220 °C, l'ammoniac s'accumule, la concentration d'acide nitrique diminue et la réaction de décomposition est donc fortement inhibée. Le processus de décomposition thermique s'arrête pratiquement, malgré le fait que la majeure partie du sel soit présente. pas encore décomposé. À des températures plus élevées, l'ammoniac s'oxyde plus rapidement, l'acide nitrique s'accumule dans le système et la réaction se déroule avec une auto-accélération significative, ce qui peut conduire à une explosion.

Additif à le nitrate d'ammonium de substances pouvant se décomposer avec la libération d'ammoniac (par exemple, l'urée et l'acétamide) inhibe la décomposition thermique. Les sels contenant des cations d'argent ou de thallium augmentent considérablement la vitesse de réaction en raison de la formation de complexes avec les ions nitrate dans la masse fondue. Les ions chlore ont un fort effet catalytique sur le processus de décomposition thermique. Lorsqu'un mélange contenant du chlorure et du nitrate d'ammonium est chauffé à 220-230 °C, une décomposition très rapide commence avec la libération de grandes quantités de gaz. En raison de la chaleur de réaction, la température du mélange augmente considérablement et la décomposition est achevée en peu de temps.

Si le mélange contenant du chlorure est maintenu à une température de 150 à 200 ° C, alors au cours de la première période, appelée induction, la décomposition se déroulera à un rythme correspondant à la décomposition du nitrate à une température donnée. Durant cette période, outre la décomposition, d'autres processus se produiront également, dont le résultat sera notamment une augmentation de la teneur en acide du mélange et le dégagement d'une petite quantité de chlore. Après la période d'induction, la décomposition se déroule à grande vitesse et s'accompagne d'un fort dégagement de chaleur et de la formation de grandes quantités de gaz toxiques. Avec une teneur élevée en chlorure, la décomposition de toute la masse de nitrate d'ammonium se termine rapidement. De ce fait, la teneur en chlorure du produit est strictement limitée.

Lors du fonctionnement des mécanismes utilisés dans la production de nitrate d'ammonium, il convient d'utiliser des lubrifiants qui n'interagissent pas avec le produit et ne réduisent pas la température initiale de décomposition thermique. À cette fin, par exemple, le lubrifiant VNIINP-282 (GOST 24926-81) peut être utilisé.

La température du produit envoyé pour stockage en vrac ou pour conditionnement en sacs ne doit pas dépasser 55 °C. Des sacs en polyéthylène ou en papier kraft sont utilisés comme conteneurs. Les températures auxquelles commencent les processus actifs d'oxydation du polyéthylène et du papier kraft avec du nitrate d'ammonium sont respectivement de 270 à 280 et de 220 à 230 °C. Les sacs vides en plastique et en papier kraft doivent être nettoyés des résidus de produits et, s’ils ne peuvent pas être utilisés, doivent être incinérés.

En termes d'énergie d'explosion, le nitrate d'ammonium est trois fois plus faible que la plupart des explosifs. Un produit granulaire peut, en principe, exploser, mais l'amorçage avec une capsule détonante est impossible ; cela nécessite de grosses charges d'explosifs puissants.

La décomposition explosive du nitrate se déroule selon l'équation :

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

D’après l’équation (11.12), la chaleur de l’explosion devrait être de 1,48 MJ/kg. Cependant, en raison de l'apparition de réactions secondaires, dont l'une est endothermique (11,9), la chaleur d'explosion réelle est de 0,96 MJ/kg et est faible comparée à la chaleur d'explosion de l'hexogène (5,45 MJ). Mais pour un produit aussi répandu que le nitrate d’ammonium, la prise en compte de ses propriétés explosives (quoique faibles) est importante pour garantir la sécurité.

Les exigences des consommateurs concernant la qualité du nitrate d'ammonium produit par l'industrie sont reflétées dans GOST 2-85, selon lequel deux qualités de produits commerciaux sont produites.

La résistance des granulés est déterminée conformément à GOST-21560.2-82 à l'aide d'appareils IPG-1, MIP-10-1 ou OSPG-1M.

La friabilité du nitrate d'ammonium granulé emballé dans des sacs est déterminée conformément à GOST-21560.5-82.

GOST 14702-79-" imperméable"

5. Justification physique et chimique des principaux processus de production du produit cible et sécurité environnementale de la production

Pour obtenir du nitrate d'ammonium pratiquement non agglomérant, plusieurs méthodes technologiques sont utilisées. Un moyen efficace de réduire le taux d'absorption d'humidité par les sels hygroscopiques est leur granulation. La surface totale des granulés homogènes est inférieure à la surface de la même quantité de sel finement cristallin, de sorte que les engrais granulaires absorbent plus lentement l'humidité de l'air. Parfois, le nitrate d'ammonium est fusionné avec des sels moins hygroscopiques, par exemple le sulfate d'ammonium.

Les phosphates d'ammonium, le chlorure de potassium et le nitrate de magnésium sont également utilisés comme additifs agissant de manière similaire. Le procédé de production du nitrate d'ammonium repose sur une réaction hétérogène entre l'ammoniac gazeux et une solution d'acide nitrique :

NH 3 + HNO 3 = NH 4 NON 3

?H = -144,9 kJ (VIII)

La réaction chimique se produit à grande vitesse ; dans un réacteur industriel, elle est limitée par la dissolution du gaz dans le liquide. Pour réduire l'inhibition de la diffusion, le mélange des réactifs est d'une grande importance.

Des conditions intensives de mise en œuvre du procédé peuvent être assurées dans une large mesure lors du développement de la conception de l'appareil. La réaction (VIII) est réalisée dans un appareil ITN fonctionnant en continu (en utilisant la chaleur de neutralisation). Le réacteur est un appareil cylindrique vertical constitué de zones de réaction et de séparation. Dans la zone de réaction se trouve un verre /, dans la partie inférieure duquel se trouvent des trous pour la circulation de la solution. Un bulleur est situé légèrement au dessus des trous à l'intérieur du verre 2 pour fournir du gaz ammoniac, au-dessus il y a un barboteur 3 pour fournir de l'acide nitrique. Le mélange vapeur-liquide de réaction sort par le haut du verre de réaction ; une partie de la solution est retirée de l'appareil ITN et entre dans le neutralisant final, et le reste (circulation) redescend. La vapeur de jus libérée par le mélange vapeur-liquide est lavée sur des plaques à capuchon 6 des éclaboussures de solution de nitrate d'ammonium et de vapeur d'acide nitrique avec une solution de nitrate à 20 %, puis du condensat de vapeur de jus.

La chaleur de réaction (VIII) est utilisée pour évaporer partiellement l'eau du mélange réactionnel (d'où le nom de l'appareil - ITN). La différence de températures dans les différentes parties de l'appareil conduit à une circulation plus intense du mélange réactionnel.

Le processus technologique de production de nitrate d'ammonium comprend, outre l'étape de neutralisation de l'acide nitrique avec de l'ammoniac, également les étapes d'évaporation de la solution de nitrate, de granulation de la masse fondue, de refroidissement des granulés, de traitement des granulés avec des tensioactifs. , conditionnement, stockage et chargement des nitrates, épuration des émissions de gaz et des eaux usées.

En figue. un schéma d'une unité moderne de grande capacité pour la production de nitrate d'ammonium AS-72 d'une capacité de 1 360 tonnes/jour est présenté. L'acide nitrique initial à 58-60 % est chauffé dans un radiateur / jusqu'à 70-80 Avec la vapeur de jus provenant de l'appareil ITN 3 et est envoyé pour neutralisation. Devant les appareils 3 Les acides phosphorique et sulfurique sont ajoutés à l'acide nitrique en quantités telles que le produit fini contient 0,3 à 0,5 % de P 2 O 5 et 0,05 à 0,2 % de sulfate d'ammonium.

L'unité contient deux appareils ITN fonctionnant en parallèle. En plus de l'acide nitrique, ils sont alimentés en gaz ammoniac, préchauffé dans un radiateur. 2 condensat de vapeur jusqu'à 120-130 °C. Les quantités d'acide nitrique et d'ammoniac fournies sont régulées de manière à ce qu'à la sortie de l'appareil ITN, la solution présente un léger excès d'acide (2-5 g/l), garantissant une absorption complète de l'ammoniac.

L'acide nitrique (58-60%) est chauffé dans l'appareil 2 jusqu'à 80-90 °C avec de la vapeur de jus provenant d'un appareil ITN 8. Gaz ammoniac dans le radiateur 1 chauffé par condensat de vapeur à 120-160°C. L'acide nitrique et l'ammoniac gazeux dans un rapport automatiquement contrôlé entrent dans les parties réactionnelles de deux appareils ITN 5 fonctionnant en parallèle. La solution de NH 4 NO 3 à 89-92 % quittant l'appareil ITN à 155-170 °C présente un excès d'acide nitrique de l'ordre de 2 à 5 g/l, garantissant une absorption complète de l'ammoniac.

Dans la partie supérieure de l'appareil, la vapeur de jus provenant de la partie réactionnelle est éliminée des éclaboussures de nitrate d'ammonium ; vapeurs de HNO 3 et NH 3 avec une solution à 20 % de nitrate d'ammonium provenant d'un laveur 18 et le condensat de vapeur de jus provenant du réchauffeur d'acide nitrique 2, qui sont servies sur les plaques de recouvrement de la partie supérieure de l'appareil. Une partie de la vapeur de jus est utilisée pour chauffer l'acide nitrique dans le réchauffeur 2, et la majeure partie est envoyée au laveur de lavage. 18, où il est mélangé à l'air de la tour de granulation, avec un mélange vapeur-air de l'évaporateur 6 et lavé sur des plaques de lavage à épurateur. Le mélange vapeur-air lavé est rejeté dans l'atmosphère par un ventilateur 19.

Solution à partir des appareils ITN 8 passe séquentiellement à travers le neutralisant 4 et neutralisant de contrôle 5. Vers le neutralisant 4 les acides sulfurique et phosphorique sont dosés en une quantité garantissant que le produit fini contient 0,05 à 0,2 % de sulfate d'ammonium et 0,3 à 0,5 % de P20. Le dosage des acides par les pompes à piston est ajusté en fonction de la charge de l'unité.

Après neutralisation de l'excès de NMO3 dans une solution de nitrate d'ammonium provenant des appareils ITN et introduction des acides sulfurique et phosphorique dans l'après-neutraliseur 4, la solution passe le contrôle de l'après-neutraliseur 5 (où l'ammoniac est automatiquement fourni uniquement en cas de fuite d'acide du neutralisant 4) et entre dans l'évaporateur 6. Contrairement à l'unité AC-67, la partie supérieure de l'évaporateur 6 équipé de deux plaques de lavage à tamis, sur lesquelles est amené le condensat de vapeur, lavant le mélange vapeur-air de l'évaporateur du nitrate d'ammonium

Nitrate fondu de l'évaporateur 6, passant par le joint hydraulique et le neutralisant 9 et filtrer 10, entre dans le réservoir 11, d'où c'est une pompe submersible 12 alimenté par un pipeline doté d'une buse antidétonante jusqu'à un réservoir sous pression 15, puis aux granulateurs 16 ou 17. La sécurité de l'unité de pompage de la matière fondue est assurée par un système de maintien automatique de la température de la matière fondue pendant son évaporation dans l'évaporateur (pas plus de 190 °C), de contrôle et de régulation de l'environnement de la matière fondue après le neutraliseur. 9 (dans la plage de 0,1 à 0,5 g/l NH 3), en contrôlant la température de la matière fondue dans la cuve 11, boîtier de pompe 12 et canalisation sous pression. Si les paramètres réglementaires du procédé s'écartent, le pompage de la matière fondue s'arrête automatiquement et la matière fondue dans les cuves 11 et évaporateur 6 lorsque la température augmente, diluer avec du condensat.

La granulation est assurée par deux types de granulateurs : vibroacoustique 16 et monodispersé 17. Les granulateurs vibroacoustiques, utilisés sur des unités à grande échelle, se sont révélés plus fiables et plus pratiques à utiliser.

La masse fondue est granulée dans une tour métallique rectangulaire 20 avec des dimensions en plan de 8x11 m. La hauteur de vol des granulés est de 55 m, ce qui assure la cristallisation et le refroidissement des granulés d'un diamètre de 2-3 mm à 90-120°C avec un contre-flux d'air en été jusqu'à 500 mille. m/h et en hiver (à basses températures) jusqu'à 300-400 mille m/h. Au bas de la tour se trouvent des cônes de réception à partir desquels les granulés sont acheminés par un convoyeur à bande. 21 envoyé à l'appareil de refroidissement CC 22.

Appareil de refroidissement 22 divisé en trois sections avec alimentation en air autonome sous chaque section de la grille à lit fluidisé. Dans sa partie supérieure se trouve un tamis intégré qui tamise les morceaux de nitrate formés à la suite d'une perturbation du mode de fonctionnement des granulateurs. Les grumeaux sont envoyés pour dissolution. Air fourni aux sections de l'appareil de refroidissement par des ventilateurs 23, chauffé dans l'appareil 24 en raison de la chaleur de la vapeur de jus des appareils ITN. Le chauffage est effectué lorsque l'humidité atmosphérique est supérieure à 60%, et en hiver pour éviter un refroidissement brutal des granulés. Les granules de nitrate d'ammonium traversent séquentiellement une, deux ou trois sections de l'appareil de refroidissement, en fonction de la charge de l'unité et de la température de l'air ambiant. La température de refroidissement recommandée pour le produit granulaire est inférieure à 27 °C en hiver et peut atteindre 40 à 50 °C en été. Lors du fonctionnement des unités dans les régions du sud, où la température de l'air dépasse 30 °C pendant un nombre important de jours, la troisième section de l'appareil de refroidissement fonctionne avec de l'air pré-refroidi (dans un échangeur de chaleur par évaporation d'ammoniac). La quantité d'air fournie à chaque section est de 75 à 80 000 m³/h. Pression du ventilateur 3,6 kPa. L'air évacué des sections de l'appareil à une température de 45 à 60°C, contenant jusqu'à 0,52 g/m 3 de poussière de nitrate d'ammonium, est envoyé à la tour de granulation, où il est mélangé à l'air atmosphérique et amené pour être lavé dans un épurateur de lavage 18.

Le produit refroidi est envoyé dans un entrepôt ou pour traitement avec un tensioactif (dispersant NP), puis pour expédition en vrac ou pour conditionnement en sacs. Le traitement au dispersant NF est réalisé dans un appareil creux 27 avec une buse centrale pulvérisant un flux vertical annulaire de granulés, ou dans un tambour rotatif. La qualité du traitement du produit granulaire dans tous les appareils utilisés satisfait aux exigences de GOST 2-85.

Le nitrate d'ammonium granulé est stocké dans un entrepôt en tas jusqu'à 11 m de haut. Avant d'être expédié au consommateur, le nitrate de l'entrepôt est tamisé. Le produit non standard est dissous, la solution est renvoyée dans le parc. Le produit standard est traité avec un dispersant NF et expédié aux consommateurs.

Les réservoirs d'acide sulfurique et phosphorique et les équipements de pompage pour leur dosage sont disposés dans une unité séparée. Le point de contrôle central, la sous-station électrique, le laboratoire, les services et les locaux domestiques sont situés dans un bâtiment séparé.

Publié sur Allbest.ru

...

Documents similaires

Propriétés physico-chimiques du nitrate d'ammonium. Les principales étapes de la production de nitrate d'ammonium à partir d'ammoniac et d'acide nitrique. Installations de neutralisation fonctionnant à pression atmosphérique et fonctionnant sous vide. Recyclage et neutralisation des déchets.

travail de cours, ajouté le 31/03/2014


Caractéristiques des produits manufacturés, des matières premières et des matériaux de production. Procédé technologique de production de nitrate d'ammonium. Neutralisation de l'acide nitrique avec du gaz ammoniac et évaporation jusqu'à obtenir une masse fondue hautement concentrée.

travail de cours, ajouté le 19/01/2016


Automatisation de la production de nitrate d'ammonium granulé. Circuits pour stabiliser la pression dans la conduite d'alimentation en vapeur de jus et réguler la température du condensat de vapeur provenant d'un condenseur barométrique. Surveillance de la pression dans la conduite de sortie vers la pompe à vide.

travail de cours, ajouté le 09/01/2014


Le nitrate d'ammonium est un engrais azoté courant et bon marché. Examen des schémas technologiques existants pour sa production. Modernisation de la production de nitrate d'ammonium avec la production d'engrais complexes azotés-phosphates à l'OJSC Cherepovets Azot.

thèse, ajoutée le 22/02/2012


Caractéristiques des matières premières et des matières auxiliaires pour la production d'acide nitrique. Sélection et justification du schéma de production adopté. Description du schéma technologique. Calculs de bilans matières des procédés. Automatisation du processus technologique.

thèse, ajoutée le 24/10/2011


Méthodes industrielles de production d'acide nitrique dilué. Catalyseurs d'oxydation de l'ammoniac. Composition du mélange gazeux. Teneur optimale en ammoniac dans le mélange ammoniac-air. Types de systèmes d'acide nitrique. Calcul du bilan matière et thermique du réacteur.

travail de cours, ajouté le 14/03/2015


Revue des méthodes modernes de production d'acide nitrique. Description du schéma technologique de l'installation, conception de l'appareil principal et des équipements auxiliaires. Caractéristiques des matières premières et produits finis, sous-produits et déchets de production.

thèse, ajoutée le 11/01/2013


Production et utilisation de catalyseurs de synthèse d'ammoniac. La structure du catalyseur oxyde, l'effet de ses conditions de réduction sur l'activité. Mécanisme et cinétique de récupération. Installation thermogravimétrique pour la récupération de catalyseurs de synthèse d'ammoniac.

thèse, ajoutée le 16/05/2011


Descriptions des granulateurs pour granuler et mélanger des matériaux en vrac, des poudres et des pâtes humidifiées. Production d'engrais complexes à base de nitrate d'ammonium et d'urée. Renforcement des liaisons entre particules par séchage, refroidissement et polymérisation.

travail de cours, ajouté le 11/03/2015


Technologie et réactions chimiques de l'étape de production d'ammoniac. Matière première, produit de synthèse. Analyse de la technologie de purification du gaz converti du dioxyde de carbone, des problèmes existants et développement de moyens de résoudre les problèmes de production identifiés.

9.4. PRODUCTION DE NITERATE D'AMMONIUM

Le nitrate d'ammonium est l'un des principaux types d'engrais azotés ; contient au moins 34,2% d'azote. Les matières premières pour la production de nitrate d'ammonium granulé sont de l'acide nitrique non concentré à 58-60 % et de l'ammoniac gazeux.

L'acide sulfurique à 92,5 % est utilisé comme additif de conditionnement, qui est neutralisé avec de l'ammoniac avec de l'acide nitrique pour obtenir du sulfate d'ammonium. Pour pulvériser les granulés finis, un tensioactif est utilisé - une solution aqueuse à 40 % du dispersant « NF ».

Les principales étapes de la production de nitrate d'ammonium sont : la neutralisation de l'acide nitrique avec de l'ammoniac gazeux ; obtenir une masse fondue de nitrate d'ammonium hautement concentrée ; granulation fondue; refroidissement des granulés de nitrate d'ammonium ; traitement des granulés avec un tensioactif - dispersant « NF » ; purification de l'air et de la vapeur du jus avant rejet dans l'atmosphère ; emballage et stockage du produit fini.

Ci-dessous, nous considérons l'automatisation de la première étape - neutralisation de l'acide nitrique avec de l'ammoniac - qui détermine en grande partie les modes de fonctionnement des étapes suivantes.

Schéma technologique du processus. L'acide nitrique est préchauffé dans un échangeur de chaleur 1 (Fig. 9.8) à une température de 70-80 °C avec la vapeur de jus provenant de l'appareil 2 neutralisation (ITN), le gaz ammoniac est chauffé dans un échangeur de chaleur 3 puis entre dans l'appareil 2. L'acide nitrique chauffé entre dans le mélangeur 4, où les acides sulfurique et phosphorique sont également fournis. L'acide sulfurique est dosé de telle manière que la teneur en sulfate d'ammonium dans le produit fini soit comprise entre 0,3 et 0,7 %. Le mélange d'acides entre ensuite dans l'appareil de chauffage, où, sous une pression proche de la pression atmosphérique, à une température de 155-165 °C, est effectué le processus de neutralisation de l'acide nitrique avec de l'ammoniac :

L'acide nitrique et l'ammoniac sont dosés de telle manière qu'à la sortie de l'appareil ITN, la solution présente un certain excès d'acide nitrique (dans la limite de 2 à 5 g/l), nécessaire pour assurer l'absorption complète de l'ammoniac dans la zone de réaction. . Dans la zone de séparation de l'appareil ITN, la vapeur de jus est séparée de la solution bouillante et est envoyée pour le nettoyage dans la zone de lavage de l'appareil ITN, qui se compose de quatre plaques et d'un piège à éclaboussures. Le condensat de vapeur de jus est fourni à la plaque supérieure. A la sortie de l'appareil ITN, la vapeur de jus contient 2 à 5 g/l de NH 4 NO 3, 1 à 2 g/l de HNO 3 ; Si le processus de lavage est effectué correctement, il n’y a pas d’ammoniac dans la vapeur.

La solution de nitrate d'ammonium à 92-93 % formée dans l'appareil ITN est légèrement diluée avec les solutions de la partie lavage de l'appareil et, à une concentration de 89-91 %, est envoyée au neutralisant final. 5 , où l'ammoniac est fourni pour neutraliser l'excès d'acide et créer une solution alcaline (l'excès d'ammoniac doit être maintenu à moins de 0,1 g/l de NH 3 libre). Ensuite, la solution de nitrate d'ammonium est envoyée au service d'évaporation.

Automatisation des processus. Au stade de la neutralisation, la tâche du système de contrôle automatique du processus est de maintenir le rapport des flux d'ammoniac et d'acide nitrique dans l'appareil ITN ; maintenir un pH donné de la solution de nitrate d'ammonium dans l'appareil ITN ; assurer une réaction alcaline de la solution de nitrate d'ammonium après neutralisation complète à l'entrée de l'évaporateur.

Pour le système de contrôle, les principaux paramètres sont les paramètres du gaz ammoniac. Pour éviter l'influence des fluctuations de pression de l'ammoniac dans le réseau extérieur sur la qualité de régulation du procédé de neutralisation, la pression du gaz ammoniac est automatiquement maintenue à l'entrée de l'unité de nitrate d'ammonium. Le flux d'ammoniac dans l'appareil ITN est maintenu automatiquement à l'aide d'un régulateur de débit 6, en agissant sur la vanne de régulation 7 .

L'alimentation en acide nitrique de l'appareil de pompage est automatiquement ajustée dans un rapport donné avec le débit d'ammoniac à l'aide d'un régulateur de débit. 8 influence sur la vanne de régulation 9. L'apport d'acide sulfurique et phosphorique est automatiquement ajusté dans un rapport donné avec la consommation d'acide nitrique à l'aide de régulateurs de débit 10 Et 11 et vannes de régulation 12 Et 13 .

Le rapport de consommation d'acide nitrique et d'ammoniac prédétermine un certain excès d'acide, pour contrôler et réguler lequel le pH de la solution de nitrate d'ammonium est surveillé en permanence à la sortie de l'appareil de pompage. L'excès spécifié d'acide nitrique dans la solution est automatiquement maintenu par le régulateur de pH 14 , réglage de l'alimentation en ammoniac de la station de pompage à l'aide d'une vanne de régulation 15 installé sur la conduite de dérivation d'ammoniac, qui transporte une petite quantité d'ammoniac (quelques pour cent du débit total). Un tel système permet un bon contrôle de la qualité du processus de neutralisation.

Pour assurer la purification maximale possible de la vapeur de jus dans la partie lavage de l'appareil ITN, l'alimentation en condensat de vapeur de jus vers le plateau supérieur est automatiquement régulée. Un apport important de condensat n'est pas souhaitable afin d'éviter la dilution des solutions de nitrate avant qu'elles ne soient évaporées, et un apport insuffisant de condensat exposera les plaques, car la vapeur du jus est surchauffée. L'apport de condensat de vapeur de jus est régulé à l'aide d'un régulateur de température 16 influence sur la vanne de régulation 17 . Étant donné que les solutions acides de nitrate d'ammonium ne peuvent pas être introduites dans l'évaporateur, l'excès d'acidité est neutralisé dans le neutralisant. 5 . L'apport d'ammoniac y est régulé à l'aide d'un régulateur 18 pH de la solution en sortie du pré-neutraliseur agissant sur la vanne de régulation 19 .

Le système de contrôle automatique permet de réguler le chauffage de l'ammoniac et de l'acide nitrique à l'aide de régulateurs de température 20 Et 21 influence sur les vannes de régulation 22 Et 23 alimentation en liquide de refroidissement des échangeurs de chaleur 1 Et 2 .

Le nitrate d'ammonium, ou nitrate d'ammonium, NH 4 NO 3 est une substance cristalline blanche contenant 35 % d'azote sous forme d'ammonium et de nitrate, les deux formes d'azote sont facilement absorbées par les plantes. Le nitrate d'ammonium granulé est utilisé à grande échelle avant le semis et pour tous types de fertilisation. À plus petite échelle, il est utilisé pour produire des explosifs.

Le nitrate d'ammonium est très soluble dans l'eau et a une hygroscopique élevée (la capacité d'absorber l'humidité de l'air), ce qui explique pourquoi les granulés d'engrais se dispersent, perdent leur forme cristalline et une agglomération d'engrais se produit - le matériau en vrac se transforme en une masse monolithique solide. .

Diagramme schématique de la production de nitrate d'ammonium

Pour obtenir du nitrate d'ammonium pratiquement non agglomérant, plusieurs méthodes technologiques sont utilisées. Un moyen efficace de réduire le taux d'absorption d'humidité par les sels hygroscopiques est leur granulation. La surface totale des granulés homogènes est inférieure à la surface de la même quantité de sel cristallin fin, c'est pourquoi les engrais granulaires absorbent l'humidité de

Les phosphates d'ammonium, le chlorure de potassium et le nitrate de magnésium sont également utilisés comme additifs agissant de manière similaire. Le procédé de production du nitrate d'ammonium repose sur une réaction hétérogène entre l'ammoniac gazeux et une solution d'acide nitrique :

NH 3 + HNO 3 = NH 4 NO 3; ΔН = -144,9 kJ

La réaction chimique se produit à grande vitesse ; dans un réacteur industriel, elle est limitée par la dissolution du gaz dans le liquide. Pour réduire l’inhibition de la diffusion, l’agitation des réactifs est d’une grande importance.

Le processus technologique de production de nitrate d'ammonium comprend, outre l'étape de neutralisation de l'acide nitrique avec de l'ammoniac, également les étapes d'évaporation de la solution de nitrate, de granulation de la masse fondue, de refroidissement des granulés, de traitement des granulés avec des tensioactifs. , conditionnement, stockage et chargement des nitrates, épuration des émissions de gaz et des eaux usées. En figue. La figure 8.8 montre un schéma d'une unité moderne à grande échelle pour la production de nitrate d'ammonium AS-72 d'une capacité de 1 360 tonnes/jour. L'acide nitrique initial à 58-60 % est chauffé dans un appareil de chauffage à 70-80°C avec la vapeur de jus provenant de l'appareil ITN 3 et fourni pour la neutralisation. Avant l'appareil 3, les acides phosphorique et sulfurique sont ajoutés à l'acide nitrique en quantités telles que le produit fini contient 0,3 à 0,5 % de P 2 O 5 et 0,05 à 0,2 % de sulfate d'ammonium. L'unité contient deux appareils ITN fonctionnant en parallèle. En plus de l'acide nitrique, ils sont alimentés en gaz ammoniac, préchauffé dans le réchauffeur 2 avec condensat de vapeur à 120-130°C. Les quantités d'acide nitrique et d'ammoniac fournies sont régulées de manière à ce qu'à la sortie de l'appareil de pompage, la solution présente un léger excès d'acide (2-5 g/l), garantissant une absorption complète de l'ammoniac.

Dans la partie inférieure de l'appareil, une réaction de neutralisation se produit à une température de 155-170°C ; cela produit une solution concentrée contenant 91 à 92 % de NH 4 NO 3 . Dans la partie supérieure de l'appareil, la vapeur d'eau (appelée vapeur de jus) est éliminée des éclaboussures de nitrate d'ammonium et des vapeurs d'acide nitrique. Une partie de la chaleur dégagée par la vapeur du jus est utilisée pour chauffer l’acide nitrique. La vapeur du jus est ensuite envoyée pour purification et rejetée dans l’atmosphère.

Fig. 8.8. Schéma de l'unité de nitrate d'ammonium AS-72 :

1 – réchauffeur d'acide ; 2 – réchauffeur d'ammoniac ; 3 – Dispositifs ITN ; 4 – pré-neutraliseur ; 5 – évaporateur ; 6 – réservoir sous pression ; 7.8 – granulateurs ; 9h23 – supporters ; 10 – épurateur de lavage ; 11 – tambour ; 12,14 – convoyeurs ; 13 – ascenseur ; 15 – appareil à lit fluidisé ; 16 – tour de granulation ; 17 – collecte ; 18, 20 – pompes ; 19 – réservoir de natation ; 21 – filtre à eau; 22 – aérotherme.

La solution acide de nitrate d'ammonium est envoyée vers le neutraliseur 4 ; là où l'ammoniac est fourni, il est nécessaire de réagir avec l'acide nitrique restant. Ensuite, la solution est introduite dans l'évaporateur 5. La masse fondue résultante, contenant 99,7 à 99,8 % de nitrate, passe à travers un filtre 21 à 175°C et est introduite par une pompe centrifuge submersible 20 dans un réservoir sous pression 6, puis dans un récipient rectangulaire. tour de granulation métallique 16.

Dans la partie supérieure de la tour se trouvent les granulateurs 7 et 8, dans la partie inférieure desquels est amené de l'air, refroidissant les gouttes de nitrate tombant d'en haut. Lorsque des gouttes de nitrate tombent d'une hauteur de 50 à 55 m et que l'air circule autour d'elles, des granulés d'engrais se forment. La température des granulés à la sortie de la tour est de 90-110°C ; les granulés chauds sont refroidis dans un appareil à lit fluidisé 15. Il s'agit d'un appareil rectangulaire à trois sections et équipé d'une grille percée de trous. Des ventilateurs fournissent de l'air sous la grille ; dans ce cas, une couche fluidisée de granulés de nitrate est créée, arrivant via un convoyeur depuis la tour de granulation. Après refroidissement, l'air entre dans la tour de granulation. Les granules de nitrate d'ammonium sont introduits par le convoyeur 14 dans un tambour rotatif pour un traitement avec des tensioactifs. Ensuite, l'engrais fini est envoyé au conditionnement par le convoyeur 12.

L'air sortant de la tour de granulation est contaminé par des particules de nitrate d'ammonium, et la vapeur de jus provenant du neutraliseur et le mélange vapeur-air de l'évaporateur contiennent de l'ammoniac et de l'acide nitrique n'ayant pas réagi, ainsi que des particules de nitrate d'ammonium entraînées.

Pour nettoyer ces flux, dans la partie supérieure de la tour de granulation se trouvent six laveurs fonctionnant en parallèle, du type à plaques 10, irrigués avec une solution à 20-30% de nitrate d'ammonium, qui sont alimentés par la pompe 18 de la collecte 17. Une partie de cette solution est évacuée vers le neutraliseur ITN pour laver le jus à la vapeur, puis mélangée à une solution de nitrate et, par conséquent, utilisée pour la fabrication de produits. L'air purifié est aspiré hors de la tour de granulation par le ventilateur 9 et rejeté dans l'atmosphère.

Envoyer votre bon travail dans la base de connaissances est simple. Utilisez le formulaire ci-dessous

Les étudiants, étudiants diplômés, jeunes scientifiques qui utilisent la base de connaissances dans leurs études et leur travail vous en seront très reconnaissants.

Publié sur http://www.allbest.ru/

Ministère de l'Éducation et des Sciences de la Fédération de Russie

Établissement d'enseignement public

Formation professionnelle supérieure

"Université technique d'État de Tver"

Département du TPM

Travaux de cours

dans la discipline : « Technologie chimique générale »

Production de nitrate d'ammonium

• Contenu

Introduction

2. Méthodes de production

3. Les principales étapes de la production de nitrate d'ammonium à partir d'ammoniac et d'acide nitrique

3.1 Préparation des solutions de nitrate d'ammonium

3.1.1 Principes de base du processus de neutralisation

3. 1 5 Équipement principal

4. Calculs matériaux et énergie

5. Calcul thermodynamique

6. Recyclage et neutralisation des déchets dans la production de nitrate d'ammonium

Conclusion

Liste des sources utilisées

Annexe A

Introduction

Dans la nature et dans la vie humaine, l'azote est extrêmement important. Il fait partie des composés protéiques (16-18 %), qui constituent la base du monde végétal et animal. Une personne consomme quotidiennement 80 à 100 g de protéines, ce qui correspond à 12 à 17 g d'azote.

Pour le développement normal des plantes, de nombreux éléments chimiques sont nécessaires. Les principaux sont le carbone, l’oxygène, l’hydrogène, l’azote, le phosphore, le magnésium, le soufre, le calcium, le potassium et le fer. Les trois premiers éléments d’une plante sont obtenus à partir de l’air et de l’eau, le reste est extrait du sol.

L'azote joue un rôle particulièrement important dans la nutrition minérale des plantes, même si sa teneur moyenne dans la masse végétale ne dépasse pas 1,5 %. Sans azote, aucune plante ne peut vivre ou se développer normalement.

L'azote est un composant non seulement des protéines végétales, mais aussi de la chlorophylle, à l'aide de laquelle les plantes, sous l'influence de l'énergie solaire, absorbent le carbone du dioxyde de carbone CO2 présent dans l'atmosphère.

Les composés azotés naturels se forment à la suite de processus chimiques de décomposition de résidus organiques, lors de décharges de foudre, ainsi que biochimiquement à la suite de l'activité de bactéries spéciales - Azotobacter, qui absorbent directement l'azote de l'air. La même capacité est possédée par les bactéries nodulaires qui vivent dans les racines des légumineuses (pois, luzerne, haricots, trèfle, etc.).

Une quantité importante d'azote et d'autres nutriments nécessaires au développement des cultures agricoles est éliminée chaque année du sol avec la récolte qui en résulte. De plus, certains éléments nutritifs sont perdus en raison de leur lessivage par les eaux souterraines et les eaux de pluie. Par conséquent, pour éviter une diminution du rendement et l'épuisement du sol, il est nécessaire de le reconstituer en nutriments en appliquant divers types d'engrais.

On sait que presque tous les engrais ont une acidité ou une alcalinité physiologique. En fonction de cela, il peut avoir un effet acidifiant ou alcalinisant sur le sol, ce qui est pris en compte lors de son utilisation pour certaines cultures agricoles.

Les engrais, dont les cations alcalins sont extraits plus rapidement par les plantes du sol, provoquent une acidification ; Les plantes qui consomment les anions acides des engrais contribuent plus rapidement à l’alcalinisation du sol.

Les engrais azotés contenant le cation ammonium NH4 (nitrate d'ammonium, sulfate d'ammonium) et le groupe amide NH2 (urée) acidifient le sol. L'effet acidifiant du nitrate d'ammonium est plus faible que celui du sulfate d'ammonium.

Selon la nature du sol, les conditions climatiques et autres, différentes quantités d'azote sont nécessaires pour différentes cultures.

Le nitrate d'ammonium (nitrate d'ammonium, ou nitrate d'ammonium) occupe une place importante dans la gamme des engrais azotés dont la production mondiale s'élève à des millions de tonnes par an.

Actuellement, environ 50 % des engrais azotés utilisés dans l’agriculture de notre pays sont du nitrate d’ammonium.

Le nitrate d'ammonium présente un certain nombre d'avantages par rapport aux autres engrais azotés. Il contient 34 à 34,5 % d'azote et est à cet égard juste derrière l'urée CO(NH2) 2, contenant 46 % d'azote. Les autres engrais azotés et contenant de l'azote contiennent nettement moins d'azote (la teneur en azote est indiquée en termes de matière sèche) :

Tableau 1 - Teneur en azote des composés

Le nitrate d’ammonium est un engrais azoté universel, car il contient simultanément des formes d’azote ammonium et nitrate. Il est efficace dans toutes les zones, pour presque toutes les cultures.

Il est très important que les formes azotées du nitrate d’ammonium soient utilisées par les plantes à des moments différents. L'azote ammoniacal, directement impliqué dans la synthèse des protéines, est rapidement absorbé par les plantes pendant la période de croissance ; L'azote nitrique est absorbé relativement lentement et dure donc plus longtemps. Il a également été établi que la forme ammoniacale de l’azote peut être utilisée par les plantes sans oxydation préalable.

Ces propriétés du nitrate d'ammonium ont un effet très positif sur l'augmentation du rendement de presque toutes les cultures agricoles.

La teneur élevée en azote du nitrate d'ammonium, la méthode de production relativement simple et le coût relativement faible par unité d'azote créent de bonnes conditions préalables au développement ultérieur de cette production.

Le nitrate d'ammonium fait partie d'un grand groupe d'explosifs stables. Des explosifs à base de nitrate d'ammonium et de nitrate d'ammonium, purs ou traités avec certains additifs, sont utilisés pour les opérations de dynamitage.

Une petite quantité de salpêtre est utilisée pour produire du protoxyde d’azote, utilisé en médecine.

Parallèlement à l'augmentation du volume de production de nitrate d'ammonium par la modernisation des installations de production existantes et la construction de nouvelles, des mesures sont prises pour améliorer encore la qualité du produit fini (obtention d'un produit 100 % friable et conservation des granulés après un stockage de longue durée du produit). ).

1. Propriétés physico-chimiques du nitrate d'ammonium

Sous sa forme pure, le nitrate d'ammonium est une substance cristalline blanche contenant 35 % d'azote, 60 % d'oxygène et 5 % d'hydrogène. Le produit technique est blanc avec une teinte jaunâtre et contient au moins 34,2 % d'azote.

Le nitrate d'ammonium est un puissant agent oxydant pour un certain nombre de composés inorganiques et organiques. Il réagit violemment avec les matières fondues de certaines substances, jusqu'au point d'explosion (par exemple, avec le nitrite de sodium NaNO2).

Si de l'ammoniac gazeux passe sur du nitrate d'ammonium solide, un liquide très mobile se forme rapidement - ammoniac 2NH4NO3*2NH3 ou NH4NO3*3NH3.

Le nitrate d'ammonium est hautement soluble dans l'eau, les alcools éthylique et méthylique, la pyridine, l'acétone et l'ammoniac liquide. Avec l'augmentation de la température, la solubilité du nitrate d'ammonium augmente considérablement.

Lorsque le nitrate d’ammonium est dissous dans l’eau, une grande quantité de chaleur est absorbée. Par exemple, lorsqu’une mole de NH4NO3 cristallin est dissoute dans 220 à 400 moles d’eau et à une température de 10 à 15 °C, 6,4 kcal de chaleur sont absorbées.

Le nitrate d'ammonium a la capacité de se sublimer. Lorsque le nitrate d'ammonium est stocké dans des conditions de température et d'humidité de l'air élevées, son volume double approximativement, ce qui entraîne généralement la rupture du récipient.

Au microscope, les pores et les fissures sont clairement visibles à la surface des granules de nitrate d'ammonium. La porosité accrue des granulés de nitrate a un effet très négatif sur les propriétés physiques du produit fini.

Le nitrate d'ammonium est hautement hygroscopique. A l'air libre, dans une fine couche de salpêtre, il s'humidifie rapidement, perd sa forme cristalline et commence à s'estomper. Le degré auquel le sel absorbe l'humidité de l'air dépend de son humidité et de la pression de vapeur au-dessus d'une solution saturée d'un sel donné à une température donnée.

L'échange d'humidité se produit entre l'air et le sel hygroscopique. L'humidité relative de l'air a une influence décisive sur ce processus.

Le nitrate de calcium et de chaux-ammonium ont une pression de vapeur d'eau relativement faible par rapport aux solutions saturées ; à une certaine température, ils correspondent à l'humidité relative la plus basse. Ce sont les sels les plus hygroscopiques parmi les engrais azotés ci-dessus. Le sulfate d'ammonium est le moins hygroscopique et le nitrate de potassium est presque totalement non hygroscopique.

L'humidité n'est absorbée que par une couche relativement petite de sel immédiatement adjacente à l'air ambiant. Cependant, même une telle humidification du salpêtre détériore considérablement les propriétés physiques du produit fini. La vitesse à laquelle le nitrate d'ammonium absorbe l'humidité de l'air augmente fortement avec l'augmentation de la température. Ainsi, à 40 °C, le taux d’absorption d’humidité est 2,6 fois plus élevé qu’à 23 °C.

De nombreuses méthodes ont été proposées pour réduire l'hygroscopique du nitrate d'ammonium. Une de ces méthodes consiste à mélanger ou à fusionner du nitrate d’ammonium avec un autre sel. Lors du choix d'un deuxième sel, partez de la règle suivante : pour réduire l'hygroscopique, la pression de la vapeur d'eau au-dessus d'une solution saturée d'un mélange de sels doit être supérieure à leur pression au-dessus d'une solution saturée de nitrate d'ammonium pur.

Il a été établi que l'hygroscopique d'un mélange de deux sels ayant un ion commun est supérieure à celle du plus hygroscopique d'entre eux (à l'exception des mélanges ou alliages de nitrate d'ammonium avec du sulfate d'ammonium et quelques autres). Le mélange du nitrate d'ammonium avec des substances non hygroscopiques mais insolubles dans l'eau (par exemple, poussière de calcaire, roche phosphatée, phosphate dicalcique, etc.) ne réduit pas son hygroscopique. De nombreuses expériences ont montré que tous les sels qui ont une solubilité dans l'eau égale ou supérieure à celle du nitrate d'ammonium ont la propriété d'augmenter son hygroscopique.

Les sels pouvant réduire l'hygroscopique du nitrate d'ammonium doivent être ajoutés en grande quantité (par exemple, sulfate de potassium, chlorure de potassium, phosphate diammonique), ce qui réduit fortement la teneur en azote du produit.

Le moyen le plus efficace de réduire l’absorption de l’humidité de l’air consiste à recouvrir les particules de nitrate de films protecteurs constitués de substances organiques qui ne sont pas mouillées par l’eau. Le film protecteur réduit le taux d'absorption de l'humidité de 3 à 5 fois et contribue à améliorer les propriétés physiques du nitrate d'ammonium.

Une propriété négative du nitrate d'ammonium est sa capacité à s'agglutiner - à perdre sa fluidité (friable) pendant le stockage. Dans ce cas, le nitrate d'ammonium se transforme en une masse monolithique solide, difficile à broyer. L'agglomération du nitrate d'ammonium est causée par de nombreuses raisons.

Augmentation de la teneur en humidité dans le produit fini. Les particules de nitrate d'ammonium de toute forme contiennent toujours de l'humidité sous la forme d'une solution (mère) saturée. La teneur en NH4NO3 d'une telle solution correspond à la solubilité du sel aux températures auxquelles il est chargé dans le conteneur. À mesure que le produit fini refroidit, la liqueur mère devient souvent sursaturée. Avec une nouvelle diminution de la température, un grand nombre de cristaux mesurant 0,2 à 0,3 mm tombent de la solution sursaturée. Ces nouveaux cristaux cimentent les particules de nitrate auparavant non liées, les transformant en une masse dense.

Faible résistance mécanique des particules de salpêtre. Le nitrate d'ammonium est produit sous forme de particules rondes (granulés), de plaques ou de petits cristaux. Les particules de nitrate d'ammonium granulaire ont une surface spécifique plus petite et une forme plus régulière que celles en flocons et à cristaux fins, de sorte que les granules s'agglutinent moins. Cependant, lors du processus de granulation, une certaine quantité de particules creuses se forme, qui ont une faible résistance mécanique.

Lors du stockage, les sacs contenant du salpêtre granulé sont placés en tas de 2,5 m de haut. Sous la pression des sacs supérieurs, les granulés les moins durables sont détruits avec formation de particules ressemblant à de la poussière, qui compactent la masse de salpêtre, augmentant ainsi son agglomération. La pratique montre que la destruction des particules creuses dans une couche de produit granulaire accélère fortement le processus de prise en masse. Ceci est observé même si, lors du chargement dans le conteneur, le produit a été refroidi à 45 °C et que la majeure partie des granulés présentait une bonne résistance mécanique. Il a été établi que les granulés creux sont également détruits par recristallisation.

À mesure que la température ambiante augmente, les granulés de salpêtre perdent presque complètement leur résistance et un tel produit s'agglutine fortement.

Décomposition thermique du nitrate d'ammonium. Risque d'explosion. Résistance au feu. Du point de vue de la sécurité contre les explosions, le nitrate d'ammonium est relativement peu sensible aux chocs, aux frottements, aux impacts, et reste stable lorsqu'il est frappé par des étincelles d'intensité variable. Les mélanges d'impuretés de sable, de verre et de métal n'augmentent pas la sensibilité du nitrate d'ammonium aux contraintes mécaniques. Il n'est capable d'exploser que sous l'influence d'un détonateur puissant ou lors d'une décomposition thermique dans certaines conditions.

Avec un chauffage prolongé, le nitrate d'ammonium se décompose progressivement en ammoniac et acide nitrique :

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

Ce processus, qui se produit par absorption de chaleur, commence à des températures supérieures à 110°C.

Avec un chauffage supplémentaire, le nitrate d'ammonium se décompose pour former du protoxyde d'azote et de l'eau :

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

La décomposition thermique du nitrate d'ammonium se déroule selon les étapes successives suivantes :

· hydrolyse (ou dissociation) des molécules NH4NO3 ;

· décomposition thermique de l'acide nitrique formé lors de l'hydrolyse ;

· interaction du dioxyde d'azote et de l'ammoniac formée au cours des deux premières étapes.

Lorsque le nitrate d'ammonium est intensément chauffé à 220-240 °C, sa décomposition peut s'accompagner d'apparitions d'une masse fondue.

Chauffer du nitrate d'ammonium dans un volume fermé ou dans un volume avec un dégagement limité de gaz formés lors de la décomposition thermique du nitrate est très dangereux.

Dans ces cas, la décomposition du nitrate d'ammonium peut procéder par de nombreuses réactions, notamment à travers les suivantes :

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)

D'après les réactions ci-dessus, il ressort clairement que l'ammoniac, formé au cours de la période initiale de décomposition thermique du nitrate, est souvent absent des mélanges gazeux ; Des réactions secondaires s'y déroulent, au cours desquelles l'ammoniac est complètement oxydé en azote élémentaire. À la suite de réactions secondaires, la pression du mélange gazeux dans un volume fermé augmente fortement et le processus de décomposition peut se terminer par une explosion.

Le cuivre, les sulfures, le magnésium, les pyrites et quelques autres impuretés activent le processus de décomposition du nitrate d'ammonium lorsqu'il est chauffé. À la suite de l'interaction de ces substances avec le nitrate chauffé, il se forme du nitrite d'ammonium instable qui, à 70-80 ° C, se décompose rapidement avec une explosion :

NH4NO3=N2+2H20 (6)

Le nitrate d'ammonium ne réagit pas avec le fer, l'étain et l'aluminium, même à l'état fondu.

Avec l'augmentation de l'humidité et de la taille des particules de nitrate d'ammonium, sa sensibilité à l'explosion diminue considérablement. En présence d'environ 3 % d'humidité, le salpêtre devient insensible à l'explosion même lorsqu'il est exposé à un détonateur puissant.

La décomposition thermique du nitrate d'ammonium augmente avec l'augmentation de la pression jusqu'à une certaine limite. Il a été établi qu'à une pression d'environ 6 kgf/cm2 et à la température correspondante, tout le nitrate fondu se décompose.

Pour réduire ou prévenir la décomposition thermique du nitrate d'ammonium, il est essentiel de maintenir un environnement alcalin lors de l'évaporation des solutions. Par conséquent, dans le nouveau schéma technologique de production de nitrate d'ammonium non agglomérant, il est conseillé d'ajouter une petite quantité d'ammoniac à l'air chaud.

Considérant que, dans certaines conditions, le nitrate d'ammonium peut être un produit explosif, lors de sa production, de son stockage et de son transport, le régime technologique et les règles de sécurité établis doivent être strictement respectés.

Le nitrate d'ammonium est un produit ininflammable. Seul le protoxyde d’azote, formé lors de la décomposition thermique du sel, entretient la combustion.

Un mélange de nitrate d'ammonium et de charbon de bois broyé peut s'enflammer spontanément lorsqu'il est fortement chauffé. Certains métaux facilement oxydables (comme le zinc en poudre) en contact avec du nitrate d'ammonium humide avec une légère chaleur peuvent également provoquer son inflammation. En pratique, des cas d'inflammation spontanée de mélanges de nitrate d'ammonium et de superphosphate ont été observés.

Les sacs en papier ou les fûts en bois contenant du nitrate d'ammonium peuvent prendre feu même s'ils sont exposés au soleil. Lorsqu'un récipient contenant du nitrate d'ammonium s'enflamme, des oxydes d'azote et des vapeurs d'acide nitrique peuvent être libérés. En cas d'incendie provoqué par une flamme nue ou dû à une détonation, le nitrate d'ammonium fond et se décompose partiellement. La flamme ne se propage pas dans la profondeur de la masse de salpêtre.

2 . Méthodes de production

acide de neutralisation du nitrate d'ammonium

Dans l'industrie, seule la méthode de production de nitrate d'ammonium à partir d'ammoniac synthétique (ou de gaz contenant de l'ammoniac) et d'acide nitrique dilué est largement utilisée.

La production de nitrate d'ammonium à partir d'ammoniac synthétique (ou de gaz contenant de l'ammoniac) et d'acide nitrique se déroule en plusieurs étapes. À cet égard, ils ont essayé d'obtenir du nitrate d'ammonium directement à partir de l'ammoniac, des oxydes d'azote, de l'oxygène et de la vapeur d'eau par la réaction

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

Cependant, cette méthode a dû être abandonnée, car avec le nitrate d'ammonium, du nitrite d'ammonium s'est formé - un produit instable et explosif.

Un certain nombre d'améliorations ont été apportées à la production de nitrate d'ammonium à partir d'ammoniac et d'acide nitrique, ce qui a permis de réduire les coûts d'investissement pour la construction de nouvelles usines et de réduire le coût du produit fini.

Pour améliorer radicalement la production de nitrate d'ammonium, il a fallu abandonner les idées qui prévalaient depuis de nombreuses années sur l'impossibilité de travailler sans réserves appropriées d'équipements de base (par exemple, évaporateurs, tours de granulation, etc.), sur le danger de obtenir une masse fondue de nitrate d'ammonium presque anhydre pour la granulation.

Il est fermement établi en Russie et à l'étranger que seule la construction d'unités de grande puissance, utilisant les avancées scientifiques et technologiques modernes, peut offrir des avantages économiques significatifs par rapport à la production actuelle de nitrate d'ammonium.

Une quantité importante de nitrate d’ammonium est actuellement produite à partir des gaz résiduaires contenant de l’ammoniac de certains systèmes de synthèse d’urée. Selon l'un des modes de production, 1 tonne d'urée produit de 1 à 1,4 tonne d'ammoniac. À partir de cette quantité d'ammoniac, 4,6 à 6,5 tonnes de nitrate d'ammonium peuvent être produites. Bien que des systèmes plus avancés de synthèse de l'urée fonctionnent également, les gaz contenant de l'ammoniac - les déchets de cette production - serviront pendant un certain temps de matière première pour la production de nitrate d'ammonium.

La méthode de production de nitrate d'ammonium à partir de gaz contenant de l'ammoniac ne diffère de la méthode de production à partir d'ammoniac gazeux qu'au stade de la neutralisation.

Le nitrate d'ammonium est obtenu en petites quantités par décomposition par échange de sels (méthodes de conversion).

Ces procédés de production de nitrate d'ammonium reposent sur la précipitation d'un des sels obtenus ou sur la production de deux sels de solubilités différentes dans l'eau. Dans le premier cas, les solutions de nitrate d'ammonium sont séparées des sédiments sur des filtres rotatifs et transformées en un produit solide selon des procédures conventionnelles. Dans le second cas, les solutions sont évaporées jusqu'à une certaine concentration et séparées par cristallisation fractionnée, qui se résume à ce qui suit : lors du refroidissement des solutions chaudes, la majeure partie du nitrate d'ammonium est isolée sous sa forme pure, puis la cristallisation est réalisée dans des solutions séparées. équipement à partir des solutions mères pour obtenir un produit contaminé par des impuretés.

Tous les procédés de production de nitrate d'ammonium par décomposition par échange de sels sont complexes et impliquent une consommation de vapeur élevée et une perte d'azote lié. Ils ne sont généralement utilisés dans l'industrie que lorsqu'il est nécessaire d'utiliser des composés azotés obtenus comme sous-produits.

La méthode moderne de production de nitrate d'ammonium à partir d'ammoniac gazeux (ou de gaz contenant de l'ammoniac) et d'acide nitrique est constamment améliorée.

3 . Les principales étapes de la production de nitrate d'ammonium à partir d'ammoniac et d'acide nitrique

Le processus de production de nitrate d'ammonium comprend les principales étapes suivantes :

1. Préparation de solutions de nitrate d'ammonium en neutralisant l'acide nitrique avec de l'ammoniac gazeux ou des gaz contenant de l'ammoniac.

2. Évaporation des solutions de nitrate d'ammonium jusqu'à l'état fondu.

3. Cristallisation à partir de sel fondu sous forme de particules rondes (granulés), de flocons (plaques) et de petits cristaux.

4. Sel de refroidissement ou de séchage.

5. Emballage du produit fini.

Pour obtenir du nitrate d'ammonium peu agglomérant et résistant à l'eau, outre les étapes indiquées, une étape de préparation d'additifs appropriés est également nécessaire.

3.1P Préparation de solutions de nitrate d'ammonium

3.1.1 Bases du processus de neutralisation

Solutions de nitrate d'ammonium ry sont obtenus en faisant réagir de l'ammoniac avec de l'acide nitrique selon la réaction :

4NH3 + HNO3 = NH4NO3 + Q J (8)

La formation de nitrate d'ammonium est irréversible et s'accompagne d'un dégagement de chaleur. La quantité de chaleur dégagée lors de la réaction de neutralisation dépend de la concentration d'acide nitrique utilisée et de sa température, ainsi que de la température du gaz ammoniac (ou des gaz contenant de l'ammoniac). Plus la concentration d’acide nitrique est élevée, plus la chaleur est générée. Dans ce cas, l'eau s'évapore, ce qui permet d'obtenir des solutions plus concentrées de nitrate d'ammonium. Pour obtenir des solutions de nitrate d'ammonium, on utilise de l'acide nitrique à 42-58 %.

L'utilisation d'acide nitrique avec une concentration supérieure à 58 % pour obtenir des solutions de nitrate d'ammonium avec la conception existante du procédé n'est pas possible, car dans ce cas, une température se développe dans l'appareil neutralisant qui dépasse considérablement le point d'ébullition de l'acide nitrique, ce qui peut conduire à sa décomposition avec dégagement d’oxydes d’azote. Lorsque les solutions de nitrate d'ammonium sont évaporées, de la vapeur de jus se forme en raison de la chaleur de réaction dans les appareils neutralisants, ayant une température de 110 à 120 °C.

Lors de l'obtention de solutions de nitrate d'ammonium de la concentration la plus élevée possible, des surfaces d'échange thermique relativement petites des évaporateurs sont nécessaires et une petite quantité de vapeur fraîche est consommée pour une évaporation ultérieure des solutions. À cet égard, avec la matière première, ils s'efforcent de fournir une chaleur supplémentaire au neutralisant, pour lequel ils chauffent l'ammoniac à 70°C et l'acide nitrique à 60°C avec de la vapeur de jus (à une température plus élevée de l'acide nitrique, sa décomposition importante se produit et les tuyaux de chauffage sont soumis à une forte corrosion s'ils ne sont pas en titane).

L'acide nitrique utilisé dans la production de nitrate d'ammonium ne doit pas contenir plus de 0,20 % d'oxydes d'azote dissous. Si l'acide n'est pas suffisamment purgé avec de l'air pour éliminer les oxydes d'azote dissous, ils forment du nitrite d'ammonium avec l'ammoniac, qui se décompose rapidement en azote et en eau. Dans ce cas, les pertes d'azote peuvent s'élever à environ 0,3 kg pour 1 tonne de produit fini.

En règle générale, la vapeur de jus contient des impuretés NH3, NHO3 et NH4NO3. La quantité de ces impuretés dépend fortement de la stabilité des pressions auxquelles l'ammoniac et l'acide nitrique doivent être fournis au neutralisant. Pour maintenir une pression donnée, l'acide nitrique est fourni à partir d'un réservoir sous pression équipé d'un tuyau de trop-plein et l'ammoniac gazeux est fourni à l'aide d'un régulateur de pression.

La charge du neutralisant détermine également dans une large mesure la perte d’azote lié avec la vapeur de jus. Sous charge normale, les pertes avec les condensats de vapeur de jus ne doivent pas dépasser 2 g/l (en termes d'azote). Lorsque la charge du neutralisant est dépassée, des réactions secondaires se produisent entre l'ammoniac et les vapeurs d'acide nitrique, ce qui entraîne notamment la formation de nitrate d'ammonium brumeux dans la phase gazeuse, contaminant la vapeur de jus et augmentant la perte d'azote lié. Les solutions de nitrate d'ammonium obtenues dans les neutralisants sont accumulées dans des récipients intermédiaires munis d'agitateurs, neutralisées avec de l'ammoniaque ou de l'acide nitrique, puis envoyées à l'évaporation.

3.1.2 Caractéristiques des installations de neutralisation

Selon l'application pression requise, les installations modernes de production de solutions de nitrate d'ammonium par chaleur de neutralisation sont divisées en installations fonctionnant à pression atmosphérique ; en raréfaction (vide) ; à pression élevée (plusieurs atmosphères) et installations combinées fonctionnant sous pression dans la zone de neutralisation et sous vide dans la zone de séparation des vapeurs de jus de la solution de nitrate d'ammonium (fondu).

Les installations fonctionnant à la pression atmosphérique ou à une légère surpression se caractérisent par la simplicité de leur technologie et de leur conception. Ils sont également faciles à entretenir, à démarrer et à arrêter ; les violations accidentelles du mode de fonctionnement spécifié sont généralement rapidement éliminées. Les installations de ce type sont les plus utilisées. L'appareil principal de ces installations est l'appareil neutralisant ITN (utilisation de chaleur de neutralisation). L'appareil ITN fonctionne sous une pression absolue de 1,15 à 1,25 atm. Structurellement, il est conçu de telle manière qu'il n'y a presque pas d'ébullition des solutions - avec formation de nitrate d'ammonium brumeux.

La présence d'une circulation dans l'appareil pompe à chaleur élimine la surchauffe dans la zone de réaction, ce qui permet d'effectuer le processus de neutralisation avec des pertes minimales d'azote lié.

Selon les conditions opératoires de production du nitrate d'ammonium, la vapeur de jus des appareils ITN est utilisée pour l'évaporation préalable des solutions de nitrate, pour l'évaporation de l'ammoniac liquide, le chauffage de l'acide nitrique et de l'ammoniac gazeux envoyés aux appareils ITN, et pour l'évaporation de l'ammoniac liquide lors de l'obtention de l'ammoniac gazeux utilisé dans la production d'acide nitrique dilué.

Les solutions de nitrate d'ammonium sont produites à partir de gaz contenant de l'ammoniac dans des installations dont l'appareil principal fonctionne sous vide (évaporateur) et à pression atmosphérique (épurateur-neutraliseur). De telles installations sont volumineuses et il est difficile d'y maintenir un mode de fonctionnement stable en raison de la variabilité de la composition des gaz contenant de l'ammoniac. Cette dernière circonstance affecte négativement la précision de la régulation de l'excès d'acide nitrique, de sorte que les solutions de nitrate d'ammonium résultantes contiennent souvent une quantité accrue d'acide ou d'ammoniac.

Les installations de neutralisation fonctionnant sous une pression absolue de 5 à 6 atm ne sont pas très courantes. Ils nécessitent une consommation d’énergie importante pour comprimer le gaz ammoniac et fournir de l’acide nitrique sous pression aux neutralisants. De plus, dans ces installations, des pertes accrues de nitrate d'ammonium sont possibles en raison de l'entraînement des projections de solutions (même dans les séparateurs de conception complexe, les projections ne peuvent pas être complètement captées).

Dans les installations basées sur la méthode combinée, les processus de neutralisation de l'acide nitrique avec de l'ammoniac sont combinés et produisent du nitrate d'ammonium fondu, qui peut être directement envoyé à la cristallisation (c'est-à-dire que les évaporateurs destinés à concentrer les solutions de nitrate sont exclus de ces installations). Les installations de ce type nécessitent 58 à 60 % d'acide nitrique, que l'industrie produit encore en quantités relativement faibles. De plus, certains équipements doivent être fabriqués en titane coûteux. Le processus de neutralisation pour obtenir du nitrate fondu doit être effectué à des températures très élevées (200-220°C). Compte tenu des propriétés du nitrate d'ammonium, pour effectuer le processus à des températures élevées, il est nécessaire de créer des conditions spéciales empêchant la décomposition thermique du nitrate fondu.

3.1.3 Installations de neutralisation fonctionnant à pression atmosphérique

Ces installations comprennent Ils comprennent des dispositifs neutralisants de MII (utilisant la chaleur de neutralisation) et des équipements auxiliaires.

La figure 1 montre l'une des conceptions de l'appareil ITN utilisé dans de nombreuses usines de production de nitrate d'ammonium existantes.

Z1 - tourbillonnant ; BC1 - récipient externe (réservoir) ; VTs1 - cylindre intérieur (partie neutralisation) ; U1 - dispositif de distribution d'acide nitrique ; Ш1 - raccord pour solutions de drainage ; O1 - fenêtres ; U2 - dispositif de distribution d'ammoniac ; G1 - joint hydraulique ; C1 - séparateur-piège

Figure 1 - Appareil neutralisateur de MII à circulation naturelle des solutions

L'appareil ITN est un récipient cylindrique vertical (réservoir) 2, dans lequel un cylindre (verre) 3 avec des étagères 1 (tourbillon) est placé pour améliorer le mélange des solutions. Des canalisations d'introduction d'acide nitrique et d'ammoniac gazeux sont reliées au cylindre 3 (les réactifs sont fournis à contre-courant) ; les canalisations se terminent par les dispositifs 4 et 7 pour une meilleure répartition de l'acide et du gaz. Dans le cylindre intérieur, l'acide nitrique réagit avec l'ammoniac. Ce cylindre est appelé chambre de neutralisation.

L'espace annulaire entre la cuve 2 et le cylindre 3 sert à la circulation des solutions bouillantes de nitrate d'ammonium. Dans la partie inférieure du cylindre se trouvent 6 trous (fenêtres) reliant la chambre de neutralisation à la partie d'évaporation de l'élément chauffant. En raison de la présence de ces trous, la productivité de l'appareil ITN est quelque peu réduite, mais une circulation naturelle intensive des solutions est obtenue, ce qui entraîne une réduction de la perte d'azote lié.

La vapeur de jus libérée par la solution est évacuée par le raccord situé dans le couvercle de l'appareil ITN et par le piège-séparateur 9. Les solutions de nitrate formées dans le cylindre 3 sous forme d'émulsion - les mélanges avec la vapeur de jus pénètrent dans le séparateur par le joint hydraulique 5. Depuis le raccord de la partie inférieure du piège-séparateur, les solutions d'ammonium. Le nitrate est envoyé au neutraliseur-mélangeur final pour un traitement ultérieur. Le joint hydraulique de la partie évaporation de l'appareil permet d'y maintenir un niveau constant de solution et empêche la vapeur de jus de s'échapper sans chasser des projections de solution entraînées par celle-ci.

Du condensat de vapeur se forme sur les plaques séparatrices en raison de la condensation partielle de la vapeur de jus. Dans ce cas, la chaleur de condensation est évacuée par la circulation de l'eau passant dans des serpentins posés sur des plaques. À la suite de la condensation partielle de la vapeur de jus, une solution de 15 à 20 % de NH4NO3 est obtenue, qui est envoyée à l'évaporation avec le flux principal de solution de nitrate d'ammonium.

La figure 2 montre un schéma d'une des unités de neutralisation fonctionnant à une pression proche de l'atmosphérique.

NB1 - réservoir sous pression ; C1 - séparateur ; I1 - évaporateur ; P1 - chauffage ; SK1 - collecte des condensats ; ITN1 - dispositif ITN ; M1 - agitateur ; TsN1 - pompe centrifuge

Figure 2 - Schéma d'une installation de neutralisation fonctionnant à pression atmosphérique

L'acide nitrique pur ou additionné est fourni à un réservoir sous pression équipé d'un débordement constant de l'excès d'acide vers le stockage.

Depuis le réservoir sous pression 1, l'acide nitrique est dirigé directement dans le verre de l'appareil ITN 6 ou à travers un réchauffeur (non représenté sur la figure), où il est chauffé par la chaleur de la vapeur de jus évacuée par le séparateur 2.

L'ammoniac gazeux entre dans l'évaporateur d'ammoniac liquide 3, puis dans le réchauffeur 4, où il est chauffé par la chaleur de la vapeur secondaire du détendeur ou par le condensat chaud de la vapeur de chauffage des évaporateurs, puis est envoyé par deux canalisations parallèles dans le verre de l'appareil ITN 6.

Dans l'évaporateur 3, l'ammoniac liquide pulvérisé s'évapore et les contaminants habituellement associés à l'ammoniac gazeux sont séparés. Dans ce cas, de l'eau ammoniacale faible est formée avec un mélange d'huile lubrifiante et de poussière de catalyseur provenant de l'atelier de synthèse d'ammoniac.

La solution de nitrate d'ammonium obtenue dans le neutralisant s'écoule en continu à travers un joint hydraulique et un piège à éclaboussures dans le mélangeur final du neutralisant 7, d'où, après avoir neutralisé l'excès d'acide, elle est envoyée à l'évaporation.

La vapeur de jus libérée dans l'appareil de chauffage, après avoir traversé le séparateur 2, est envoyée pour être utilisée comme vapeur de chauffage vers les évaporateurs du premier étage.

Le condensat de vapeur de jus provenant du réchauffeur 4 est collecté dans le collecteur 5, d'où il est dépensé pour divers besoins de production.

Avant de démarrer le neutralisant, les travaux préparatoires prévus dans la notice d'utilisation sont effectués. Notons seulement quelques-uns des travaux préparatoires liés au déroulement normal du processus de neutralisation et à la garantie des précautions de sécurité.

Tout d'abord, vous devez verser une solution de nitrate d'ammonium ou du condensat de vapeur dans le neutraliseur jusqu'à la vanne d'échantillonnage.

Ensuite, il est nécessaire d'établir un approvisionnement continu en acide nitrique dans le réservoir sous pression et son débordement dans la zone de stockage de l'entrepôt. Après cela, il est nécessaire de recevoir de l'ammoniac gazeux de l'atelier de synthèse d'ammoniac, pour lequel il est nécessaire d'ouvrir brièvement les vannes de la ligne de libération de la vapeur de jus dans l'atmosphère et la vanne de sortie de la solution dans le mélangeur-neutraliseur. Cela évite la création d'une haute pression dans l'appareil de pompage et la formation d'un mélange ammoniac-air dangereux lors du démarrage de l'appareil.

Dans le même but, avant le démarrage, le neutraliseur et les communications qui y sont connectées sont purgés à la vapeur.

Après avoir atteint les conditions normales de fonctionnement, la vapeur de jus provenant de l'appareil de chauffage est envoyée pour être utilisée comme vapeur de chauffage].

3.1.4 Installations de neutralisation fonctionnant sous vide

Co-traitement d'amm les gaz contenant de l'ammoniac et l'ammoniac gazeux ne sont pas pratiques, car ils sont associés à d'importantes pertes de nitrate d'ammonium, d'acide et d'ammoniac en raison de la présence d'une quantité importante d'impuretés dans les gaz contenant de l'ammoniac (azote, méthane, hydrogène, etc.) - Ces impuretés bouillonnant à travers les solutions bouillantes de nitrate d'ammonium résultantes emporteraient l'azote lié avec la vapeur du jus. De plus, la vapeur de jus contaminée par des impuretés ne pouvait pas être utilisée comme vapeur de chauffage. Par conséquent, les gaz contenant de l’ammoniac sont généralement traités séparément du gaz ammoniac.

Dans les installations fonctionnant sous vide, la chaleur de réaction est utilisée en dehors du neutralisant, dans un évaporateur sous vide. Ici, les solutions chaudes de nitrate d'ammonium provenant du neutralisant sont portées à ébullition à une température correspondant au vide régnant dans l'appareil. De telles installations comprennent : un neutralisant de type épurateur, un évaporateur sous vide et des équipements auxiliaires.

La figure 3 représente un schéma d'une installation de neutralisation fonctionnant à l'aide d'un évaporateur sous vide.

HP1 - neutralisant de type épurateur ; H1 - pompe ; B1 - évaporateur sous vide ; B2 - séparateur sous vide ; NB1 - réservoir sous pression d'acide nitrique ; B1 - réservoir (mélangeur à porte) ; P1 - rondelle ; DN1 - pré-neutraliseur

Figure 3 - Schéma d'une installation de neutralisation avec un évaporateur sous vide

Des gaz contenant de l'ammoniac à une température de 30 à 90 °C sous une pression de 1,2 à 1,3 atm sont fournis à la partie inférieure de l'épurateur-neutraliseur 1. Une solution de nitrate en circulation pénètre dans la partie supérieure de l'épurateur depuis le réservoir étanche 6, qui est généralement alimenté en continu à partir du réservoir 5 en acide nitrique, parfois préchauffé à une température ne dépassant pas 60 °C. Le processus de neutralisation est effectué avec un excès d'acide compris entre 20 et 50 g/l. L'épurateur 1 maintient généralement une température de 15 à 20 °C en dessous du point d'ébullition des solutions, ce qui aide à prévenir la décomposition acide et la formation de brouillard de nitrate d'ammonium. La température réglée est maintenue en irriguant l'épurateur avec une solution provenant d'un évaporateur sous vide, qui fonctionne sous un vide de 600 mm Hg. Art., de sorte que la solution qu'elle contient a une température plus basse que dans l'épurateur.

La solution de nitrate obtenue dans l'épurateur est aspirée dans l'évaporateur sous vide 5, où, sous un vide de 560 à 600 mm Hg. Art. une évaporation partielle de l'eau se produit (évaporation) et une augmentation de la concentration de la solution.

De l'évaporateur sous vide, la solution s'écoule dans le réservoir à joint hydraulique 6, d'où la majeure partie va à nouveau pour irriguer l'épurateur 1, et le reste est envoyé au neutralisant final 8. La vapeur de jus générée dans l'évaporateur sous vide 3 est envoyé à travers le séparateur sous vide 4 vers le condenseur de surface (non représenté sur la figure) ou dans un condensateur de type mélangeur. Dans le premier cas, le condensat de vapeur de jus est utilisé dans la production d'acide nitrique, dans le second, à diverses autres fins. Le vide dans l’évaporateur sous vide est créé par la condensation de la vapeur de jus. Les vapeurs et gaz non condensés sont aspirés hors des condenseurs par une pompe à vide et évacués dans l'atmosphère.

Les gaz d'échappement du laveur 1 pénètrent dans l'appareil 7, où ils sont lavés avec du condensat pour éliminer les gouttes de solution de nitrate, après quoi ils sont également évacués dans l'atmosphère. Dans le mélangeur neutralisant final, les solutions sont neutralisées jusqu'à une teneur de 0,1 à 0,2 g/l d'ammoniac libre et, avec le flux de solution de nitrate obtenu dans l'appareil ITN, sont envoyées à l'évaporation.

La figure 4 montre un schéma de neutralisation sous vide plus avancé.

XK1 - réfrigérateur-condenseur ; CH1 - épurateur-neutraliseur ; C1, C2 - collections ; TsN1, TsN2, TsN3 - pompes centrifuges ; P1 - laveuse à gaz ; G1 - joint hydraulique ; L1 - piège ; B1 - évaporateur sous vide ; BD1 - réservoir neutralisant ; B2 - pompe à vide ; P2 - machine à laver les jus ; K1 - condensateur de surface

Figure 4 - Schéma de neutralisation sous vide :

Les gaz de distillation sont dirigés vers la partie inférieure du laveur neutralisant 2, irrigué avec une solution issue du collecteur 3 à l'aide d'une pompe de circulation 4.

La collecte 3 à travers le joint hydraulique 6 reçoit les solutions du laveur-neutraliseur 2, ainsi que les solutions après le piège de l'évaporateur sous vide 10 et du laveur de jus à vapeur 14.

Grâce à un réservoir sous pression (non représenté sur la figure), la solution d'acide nitrique du laveur de gaz 5, irriguée avec du condensat de vapeur de jus, est introduite en continu dans la collection 7. De là, les solutions sont fournies par la pompe de circulation 8 au laveur 5, après quoi ils sont remis dans la collection 7.

Les gaz chauds issus du laveur 5 sont refroidis dans le réfrigérateur-condenseur 1 et rejetés dans l'atmosphère.

Les solutions chaudes de nitrate d'ammonium provenant du joint hydraulique 6 sont aspirées par la pompe à vide 13 dans l'évaporateur sous vide 10, où la concentration de NH4NO3 augmente de plusieurs pour cent.

Les vapeurs de jus libérées dans l'évaporateur sous vide 10, après avoir traversé le piège 9, le laveur 14 et le condenseur surfacique 15, sont rejetées dans l'atmosphère par la pompe à vide 13.

Une solution de nitrate d'ammonium avec une acidité donnée est évacuée de la conduite de refoulement de la pompe 4 dans le réservoir du neutralisant. Ici, la solution est neutralisée avec du gaz ammoniac et la pompe 12 est envoyée à la station d'évaporation.

3.1. 5 Équipement principal

Neutralisants de MII. Plusieurs types de neutralisants sont utilisés, se différenciant principalement par la taille et la conception des dispositifs de distribution d'ammoniac et d'acide nitrique à l'intérieur de l'appareil. Des appareils des tailles suivantes sont souvent utilisés : diamètre 2400 mm, hauteur 7155 mm, verre - diamètre 1000 mm, hauteur 5000 mm. Des appareils d'un diamètre de 2440 mm et d'une hauteur de 6294 mm et des appareils dont le mélangeur fourni précédemment a été retiré sont également utilisés (Figure 5).

LK1 - trappe ; P1 - étagères ; L1 - ligne d'échantillonnage ; L2 - ligne de sortie de solution ; BC1 - verre intérieur ; C1 - récipient externe ; Ш1 - raccord pour solutions de drainage ; P1 - distributeur d'ammoniac ; P2 - distributeur d'acide nitrique

Figure 5 - Dispositif neutralisant les MII

Dans certains cas, pour le traitement de petites quantités de gaz contenant de l'ammoniac, des appareils ITP d'un diamètre de 1 700 mm et d'une hauteur de 5 000 mm sont utilisés.

Le réchauffeur de gaz ammoniac est un appareil à coque et tube en acier au carbone. Diamètre du boîtier 400--476 mm, hauteur 3500--3280 mm. Le tube est souvent constitué de 121 tubes (diamètre du tube 25x3 mm) avec une surface totale de transfert de chaleur de 28 m2. L'ammoniac gazeux pénètre dans les tubes et la vapeur de chauffage ou le condensat chaud pénètre dans l'espace inter-tubes.

Si la vapeur de jus provenant d'un équipement de chauffage est utilisée pour le chauffage, le radiateur est en acier inoxydable 1Х18Н9Т.

L'évaporateur d'ammoniac liquide est un appareil en acier au carbone, dans la partie inférieure duquel se trouve un serpentin à vapeur, et au milieu se trouve une entrée tangentielle d'ammoniac gazeux.

Dans la plupart des cas, l'évaporateur fonctionne avec de la vapeur fraîche à une pression (excédent) de 9 atm. Au bas de l'évaporateur d'ammoniac se trouve un raccord permettant une purge périodique des contaminants accumulés.

Le réchauffeur d'acide nitrique est un appareil à coque et tube d'un diamètre de 400 mm et d'une longueur de 3890 mm. Diamètre du tube 25x2 mm, longueur 3500 mm ; surface totale d'échange thermique 32 m2. Le chauffage est effectué par de la vapeur de jus avec une pression absolue de 1,2 atm.

Le neutralisant de type épurateur est un appareil cylindrique vertical d'un diamètre de 1 800 à 2 400 mm et d'une hauteur de 4 700 à 5 150 mm. Des appareils d'un diamètre de 2012 mm et d'une hauteur de 9000 mm sont également utilisés. À l'intérieur de l'appareil, pour une répartition uniforme des solutions en circulation sur la section transversale, se trouvent plusieurs plaques perforées ou une buse constituée d'anneaux en céramique. Dans la partie supérieure des appareils équipés de plaques, est posée une couche d'anneaux de dimensions 50x50x3 mm, qui fait office de barrière contre les projections de solutions.

La vitesse du gaz dans la section libre du laveur d'un diamètre de 1 700 mm et d'une hauteur de 5 150 mm est d'environ 0,4 m/s. L'irrigation de l'appareil de type épurateur avec des solutions est réalisée à l'aide de pompes centrifuges d'une capacité de 175 à 250 m3/h.

L'évaporateur sous vide est un appareil cylindrique vertical d'un diamètre de 1 000 à 1 200 mm et d'une hauteur de 5 000 à 3 200 mm. La buse est constituée d'anneaux en céramique mesurant 50x50x5 mm, disposés en rangées régulières.

Le lave-gaz est un appareil cylindrique vertical en acier inoxydable d'un diamètre de 1000 mm et d'une hauteur de 5000 mm. La buse est constituée d'anneaux en céramique mesurant 50x50x5 mm.

Agitateur-neutraliseur - un appareil cylindrique doté d'un agitateur tournant à une vitesse de 30 tr/min. L'entraînement s'effectue à partir d'un moteur électrique via une boîte de vitesses (Figure 6).

Ш1 - raccord pour l'installation d'un indicateur de niveau ; B1 - bouche d'aération ; E1 - moteur électrique ; P1 - boîte de vitesses ; VM1 - arbre mélangeur ; L1 - regard

Figure 6 - Agitateur-neutraliseur

Le diamètre des appareils fréquemment utilisés est de 2800 mm, hauteur 3200 mm. Ils fonctionnent sous pression atmosphérique, servent à la neutralisation finale des solutions de nitrate d'ammonium et de récipients intermédiaires pour les solutions envoyées à l'évaporation.

Le condenseur de surface est un échangeur de chaleur vertical à deux passes (à travers l'eau) conçu pour condenser la vapeur de jus provenant d'un évaporateur sous vide. Diamètre de l'appareil 1 200 mm, hauteur 4 285 mm ; surface d'échange thermique 309 m2. Il fonctionne sous un vide d'environ 550 à 600 mmHg. Art.; a des tubes : diamètre 25x2 mm, longueur 3500 m, nombre total 1150 pièces ; le poids d'un tel condensateur est d'environ 7200 kg

Dans certains cas, pour éliminer les émissions dans l'atmosphère de vapeur de jus évacuée lors de la purge des évaporateurs, des siphons des équipements de chauffage et des joints hydrauliques, un condenseur surfacique est installé avec les caractéristiques suivantes : diamètre du boîtier 800 mm, hauteur 4430 mm, nombre total de tubes 483 pcs., diamètre 25x2, surface totale 125 m2.

Les pompes à vide. Différents types de pompes sont utilisés. La pompe de type VVN-12 a une capacité de 66 m3/h, la vitesse de rotation de l'arbre est de 980 tr/min. La pompe est conçue pour créer un vide dans une unité de neutralisation du vide.

Pompes centrifuges. Pour faire circuler la solution de nitrate d'ammonium dans une installation de neutralisation sous vide, des pompes 7ХН-12 d'une capacité de 175-250 m3/h sont souvent utilisées. La puissance installée du moteur électrique est de 55 kW.

4 . Calculs matériaux et énergie

Calculons le bilan matière et thermique du procédé. Je calcule la neutralisation de l'acide nitrique avec du gaz ammoniac pour 1 tonne de produit. Je reprends les données initiales du tableau 2, en utilisant la méthodologie des manuels , , .

Nous acceptons que le processus de neutralisation se déroule dans les conditions suivantes :

Température initiale, °C

gaz ammoniac............................................................ ...................................50

acide nitrique................................................ .......................................................20

Tableau 2 - Données initiales

Calcul du matériau

1 Pour obtenir 1 tonne de nitrate par réaction :

NH3+HNO3=NH4NO3 +Q J (9)

théoriquement, la quantité de matières premières suivante est nécessaire (en kg) :

ammoniac

17 - 80 x = 1 000*17/80 = 212,5

x-1000

acide nitrique

63 - 80 x = 1 000*63/80 = 787,5

x-1000

Où 17, 63 et 80 sont respectivement les poids moléculaires de l'ammoniac, de l'acide nitrique et du nitrate d'ammonium.

La consommation pratique de NH3 et HNO3 est légèrement supérieure à la consommation théorique, car pendant le processus de neutralisation, des pertes de réactifs avec de la vapeur de jus sont inévitables en raison de fuites dans les communications dues à une légère décomposition des composants réactifs et des nitrates, etc.

2. Déterminer la quantité de nitrate d'ammonium dans le produit commercial : 0,98*1000=980 kg/h

ou

980/80=12,25 kmol/h,

et aussi la quantité d'eau :

1000-980=20kg/h

3. Je calculerai la consommation d'acide nitrique (100 %) pour obtenir 12,25 kmol/h de nitrate. Selon la stœchiométrie, la même quantité est consommée (kmol/h) que la formation de nitrate : 12,25 kmol/h, soit 12,25*63=771,75 kg/h

Puisque les conditions fixent la conversion complète (100 %) de l’acide, ce sera la quantité fournie.

Le processus implique de l'acide dilué - 60 % :

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

y compris l'eau :

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

4. De même, consommation d'ammoniac (100%) pour produire 12,25 kmol/h, soit 12,25*17=208,25 kg/h

En termes d'eau ammoniaquée à 25 %, cela sera 208,25/0,25 = 833 kg/h, y compris l'eau 833-208,25 = 624,75 kg/h.

5. Je trouverai la quantité totale d'eau dans le neutralisant fourni avec les réactifs :

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

6. Déterminons la quantité de vapeur d'eau formée par évaporation de la solution de nitrate (il reste 20 kg/h dans le produit commercial) : 1139,25 - 20 = 1119,25 kg/h.

7. Dressons un tableau du bilan matière du procédé de production du nitrate d’ammonium.

Tableau 3 - Bilan matière du procédé de neutralisation

8. Calculons les indicateurs technologiques.

· coefficients de dépenses théoriques :

pour l'acide - 63/80=0,78 kg/kg

pour l'ammoniac - 17/80=0,21 kg/kg

· ratios de dépenses réels :

pour l'acide - 1286,25/1000=1,28 kg/kg

pour l'ammoniac - 833/1000=0,83 kg/kg

Au cours du processus de neutralisation, une seule réaction a eu lieu, la conversion de la matière première était égale à 1 (c'est-à-dire qu'une conversion complète s'est produite), il n'y a eu aucune perte, ce qui signifie que le rendement est en réalité égal au rendement théorique :

Qf/Qt*100=980/980*100=100 %

Calcul d'énergie

L'arrivée de la chaleur. Lors du processus de neutralisation, l'apport thermique est constitué de la chaleur introduite par l'ammoniac et l'acide nitrique, ainsi que de la chaleur dégagée lors de la neutralisation.

1. La chaleur apportée par le gaz ammoniac est :

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

où 208,25 est la consommation d'ammoniac, kg/h

2,18 - capacité thermique de l'ammoniac, kJ/(kg*°C)

50 - température de l'ammoniac, °C

2. Chaleur introduite par l’acide nitrique :

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

où 771,25 est la consommation d'acide nitrique, kg/h

2,76 - capacité thermique de l'acide nitrique, kJ/(kg*°C)

20 - température de l'acide, °C

3. La chaleur de neutralisation est préalablement calculée pour 1 mole de nitrate d'ammonium formée selon l'équation :

HNO3*3,95H2O(liquide) +NH3(gaz) =NH4NO3*3,95H2O(liquide)

où HNO3*3,95H2O correspond à l’acide nitrique.

L'effet thermique Q3 de cette réaction se retrouve à partir des grandeurs suivantes :

a) chaleur de dissolution de l'acide nitrique dans l'eau :

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

b) chaleur de formation de NH4NO3 solide à partir de 100 % d'acide nitrique et 100 % d'ammoniac :

HNO3 (liquide) + NH3 (gaz) = ​​NH4NO3 (solide) (11)

c) la chaleur de dissolution du nitrate d'ammonium dans l'eau, en tenant compte de la consommation de chaleur de réaction pour l'évaporation de la solution résultante de 52,5 % (NH4NO3 *H2O) à 64 % (NH4NO3 *2,5H2O)

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

où NH4NO3*4H2O correspond à une concentration de 52,5% de NH4NO3

La valeur de NH4NO3*4H2O est calculée à partir du rapport

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

où 80 est le poids molaire de NH4NO3

47,5 - Concentration de HNO3, %

52,5 - Concentration de NH4NO3, %

18 - poids molaire de H2O

La valeur de NH4NO3*2,5H2O est calculée de la même manière, correspondant à une solution à 64% de NH4NO3

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

D'après la réaction (10), la chaleur de dissolution q de l'acide nitrique dans l'eau est de 2594,08 J/mol. Pour déterminer l'effet thermique de la réaction (11), il est nécessaire de soustraire la somme des chaleurs de formation de NH3 (gaz) et de HNO3 (liquide) de la chaleur de formation du nitrate d'ammonium.

La chaleur de formation de ces composés à partir de substances simples à 18°C ​​​​et 1 atm a les valeurs suivantes (en J/mol) :

NH3(gaz):46191.36

HNO3 (liquide) : 174472,8

NH4NO3(s):364844.8

L'effet thermique global d'un processus chimique dépend uniquement des températures de formation des substances initiales en interaction et des produits finaux. Il en résulte que l'effet thermique de la réaction (11) sera :

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

La chaleur q3 de dissolution de NH4NO3 selon la réaction (12) est égale à 15606,32 J/mol.

La dissolution du NH4NO3 dans l'eau se produit avec l'absorption de chaleur. À cet égard, la chaleur de solution est prise dans le bilan énergétique avec un signe moins. La concentration de la solution NH4NO3 se déroule en conséquence avec le dégagement de chaleur.

Ainsi, l'effet thermique de la réaction Q3

HNO3 +*3,95H2O(liquide)+ NH3(gaz) =NH4NO3*2,5H2O(liquide)+1,45 H2O(vapeur)

sera:

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

Lors de la production de 1 tonne de nitrate d'ammonium, la chaleur de la réaction de neutralisation sera :

102633,52*1000/80=1282919 kJ,

où 80 est le poids moléculaire de NH4NO3

D'après les calculs ci-dessus, il ressort clairement que le gain de chaleur total sera : avec l'ammoniac 22699,25, avec l'acide nitrique 42600,8, dû à la chaleur de neutralisation 1282919 et un total de 1348219,05 kJ.

Consommation de chaleur. Lors de la neutralisation de l'acide nitrique avec de l'ammoniac, la chaleur est évacuée de l'appareil par la solution de nitrate d'ammonium résultante, dépensée pour évaporer l'eau de cette solution et perdue dans l'environnement.

La quantité de chaleur évacuée par la solution de nitrate d’ammonium est :

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

où 980 est la quantité de solution de nitrate d'ammonium, en kg

10 - pertes de NH3 et HNO3, kg

tbouillir - température d'ébullition de la solution de nitrate d'ammonium, °C

Le point d'ébullition de la solution de nitrate d'ammonium est déterminé à une pression absolue dans le neutralisant de 1,15 à 1,2 atm ; Cette pression correspond à une température de vapeur d'eau saturée de 103 °C. à pression atmosphérique, le point d'ébullition de la solution de NH4NO3 est de 115,2 °C. la dépression en température est égale à :

?t=115,2 - 100=15,2 °C

Calculer le point d'ébullition d'une solution à 64% de NH4NO3

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

Documents similaires

Caractéristiques des produits manufacturés, des matières premières et des matériaux de production. Procédé technologique de production de nitrate d'ammonium. Neutralisation de l'acide nitrique avec du gaz ammoniac et évaporation jusqu'à obtenir une masse fondue hautement concentrée.

travail de cours, ajouté le 19/01/2016


Automatisation de la production de nitrate d'ammonium granulé. Circuits pour stabiliser la pression dans la conduite d'alimentation en vapeur de jus et réguler la température du condensat de vapeur provenant d'un condenseur barométrique. Surveillance de la pression dans la conduite de sortie vers la pompe à vide.

travail de cours, ajouté le 09/01/2014


Le nitrate d'ammonium est un engrais azoté courant et bon marché. Examen des schémas technologiques existants pour sa production. Modernisation de la production de nitrate d'ammonium avec la production d'engrais complexes azotés-phosphates à l'OJSC Cherepovets Azot.

thèse, ajoutée le 22/02/2012


Descriptions des granulateurs pour granuler et mélanger des matériaux en vrac, des poudres et des pâtes humidifiées. Production d'engrais complexes à base de nitrate d'ammonium et d'urée. Renforcement des liaisons entre particules par séchage, refroidissement et polymérisation.

travail de cours, ajouté le 11/03/2015


Objectif, conception et schéma fonctionnel d'un groupe frigorifique à l'ammoniac. Construction d'un cycle dans un diagramme thermodynamique pour un mode donné et optimal. Détermination de la capacité de refroidissement, de la consommation électrique et de la consommation d'énergie.

test, ajouté le 25/12/2013


L'essence du processus de séchage et une description de son schéma technologique. Sécheurs atmosphériques à tambour, leur structure et calculs de base. Paramètres des fumées fournies au séchoir, contrôle automatique de l'humidité. Transport d'agent de séchage.

travail de cours, ajouté le 24/06/2012


Revue des méthodes modernes de production d'acide nitrique. Description du schéma technologique de l'installation, conception de l'appareil principal et des équipements auxiliaires. Caractéristiques des matières premières et produits finis, sous-produits et déchets de production.

thèse, ajoutée le 11/01/2013


Méthodes industrielles de production d'acide nitrique dilué. Catalyseurs d'oxydation de l'ammoniac. Composition du mélange gazeux. Teneur optimale en ammoniac dans le mélange ammoniac-air. Types de systèmes d'acide nitrique. Calcul du bilan matière et thermique du réacteur.

travail de cours, ajouté le 14/03/2015


Processus technologique, normes technologiques. Propriétés physico-chimiques du phosphate diammonique. Système technologique. Réception, distribution d'acide phosphorique. Les première et deuxième étapes de neutralisation de l'acide phosphorique. Granulation et séchage du produit.

travail de cours, ajouté le 18/12/2008


Caractéristiques des matières premières et des matières auxiliaires pour la production d'acide nitrique. Sélection et justification du schéma de production adopté. Description du schéma technologique. Calculs de bilans matières des procédés. Automatisation du processus technologique.

Le nitrate d'ammonium est l'un des engrais les plus courants.

Le nitrate d'ammonium (également connu sous le nom de nitrate d'ammonium) est produit dans les usines à partir d'acide nitrique et d'ammoniac par interaction chimique de ces composés.

Le processus de production comprend les étapes suivantes :

1. Neutralisation de l'acide nitrique avec du gaz ammoniac.
2. Évaporation de la solution de nitrate d'ammonium.
3. Cristallisation du nitrate d'ammonium.
4. Sel de séchage.

La figure montre un organigramme simplifié du processus de production de nitrate d'ammonium. Comment se déroule ce processus ?

La matière première - ammoniac gazeux et acide nitrique (solution aqueuse) - entre dans le neutralisant. Ici, à la suite de l'interaction chimique des deux substances, une réaction violente se produit avec dégagement d'une grande quantité de chaleur. Dans ce cas, une partie de l'eau s'évapore et la vapeur d'eau qui en résulte (appelée vapeur de sève) est évacuée à l'extérieur par le piège.

La solution de nitrate d'ammonium incomplètement évaporée s'écoule du neutraliseur vers l'appareil suivant - le neutralisant final. Dans celui-ci, après avoir ajouté une solution aqueuse d'ammoniaque, se termine le processus de neutralisation de l'acide nitrique.

À partir du pré-neutraliseur, la solution de nitrate d'ammonium est pompée vers un évaporateur - un appareil à vide fonctionnant en continu. La solution dans de tels dispositifs est évaporée sous pression réduite, dans ce cas à une pression de 160-200 mm Hg. Art. La chaleur d'évaporation est transférée à la solution à travers les parois des tubes chauffés par la vapeur.

L'évaporation est réalisée jusqu'à ce que la concentration de la solution atteigne 98 %. Après cela, la solution va à la cristallisation.

Selon une méthode, la cristallisation du nitrate d'ammonium se produit à la surface d'un tambour refroidi de l'intérieur. Le tambour tourne et une croûte de nitrate d'ammonium cristallisant jusqu'à 2 mm d'épaisseur se forme à sa surface. La croûte est coupée au couteau et envoyée dans une goulotte pour être séchée.

Le nitrate d'ammonium est séché à l'air chaud dans des tambours de séchage rotatifs à une température de 120°. Après séchage, le produit fini est envoyé pour emballage. Le nitrate d'ammonium contient 34 à 35 % d'azote. Pour réduire l'agglomération, divers additifs sont ajoutés à sa composition lors de la production.

Le nitrate d'ammonium est produit par les usines sous forme granulaire et sous forme de flocons. Le salpêtre en flocons absorbe fortement l'humidité de l'air, donc pendant le stockage il se propage et perd sa friabilité. Le nitrate d'ammonium granulé se présente sous forme de grains (granulés).

La granulation du nitrate d'ammonium s'effectue majoritairement dans des tours (voir figure). La solution évaporée de nitrate d'ammonium - fondue - est pulvérisée à l'aide d'une centrifugeuse montée au plafond de la tour.

La matière fondue s'écoule en un flux continu dans le tambour perforé rotatif de la centrifugeuse. En passant par les trous du tambour, le spray se transforme en boules du diamètre approprié et durcit en tombant.

Le nitrate d'ammonium granulé a de bonnes propriétés physiques, ne s'agglutine pas pendant le stockage, se disperse bien sur le terrain et absorbe lentement l'humidité de l'air.

Le sulfate d'ammonium - (sinon - le sulfate d'ammonium) contient 21% d'azote. La majeure partie du sulfate d’ammonium est produite par l’industrie du coke.

Dans les années à venir, la production de l'engrais azoté le plus concentré - l'urée, ou urée, qui contient 46 % d'azote, connaîtra un grand développement.

L'urée est produite sous haute pression par synthèse à partir d'ammoniac et de dioxyde de carbone. Il est utilisé non seulement comme engrais, mais également pour nourrir le bétail (en complément de la nutrition protéique) et comme intermédiaire pour la production de plastiques.

Les engrais azotés liquides - ammoniac liquide, ammoniac et eau ammoniaquée - sont également d'une grande importance.

L'ammoniac liquide est produit à partir d'ammoniac gazeux par liquéfaction sous haute pression. Il contient 82% d'azote. Les composés d'ammoniac sont des solutions de nitrate d'ammonium, de nitrate de calcium ou d'urée dans de l'ammoniac liquide avec une petite addition d'eau. Ils contiennent jusqu'à 37 % d'azote. L’eau ammoniaquée est une solution aqueuse d’ammoniaque. Il contient 20% d'azote. En termes d'effet sur la culture, les engrais azotés liquides ne sont pas inférieurs aux engrais solides. Et leur production est beaucoup moins chère que celle des solides, puisque les opérations d'évaporation de la solution, de séchage et de granulation sont éliminées. Parmi les trois types d’engrais azotés liquides, l’eau ammoniaquée est la plus largement utilisée. Bien entendu, l'application d'engrais liquides sur le sol, ainsi que leur stockage et leur transport, nécessitent des machines et des équipements spéciaux.

Si vous trouvez une erreur, veuillez surligner un morceau de texte et cliquer sur Ctrl+Entrée.