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• 導入
• 1. 硝酸アンモニウムの製造
• 2. 原材料
• 3. アンモニアの合成
• 4. 対象製品の特徴
• 5. 対象製品の主要な製造工程および製造の環境安全性の物理的および化学的証明

導入

最も重要なタイプのミネラル肥料は窒素肥料です: 硝酸アンモニウム、尿素、硫酸アンモニウム、アンモニア水溶液など。窒素は植物の生命において非常に重要な役割を果たします。窒素は太陽光線の受容体であるクロロフィルの一部です。生きた細胞の構築に必要なエネルギーとタンパク質。 植物は固定窒素のみを硝酸塩、アンモニウム塩、またはアミドの形で消費できます。 土壌微生物の活動により、大気中の窒素から比較的少量の固定窒素が生成されます。 しかし、現代の集約農業は、大気中の窒素を工業的に固定した結果として得られる窒素肥料を土壌に追加施用することなしにはもはや存在できません。

窒素肥料は、窒素含有量、窒素化合物の形態（硝酸塩、アンモニウム、アミド）、相状態（固体と液体）が異なり、また生理酸性肥料と生理アルカリ性肥料もあります。

1. 硝酸アンモニウムの製造

硝酸アンモニウム、または硝酸アンモニウム、NH 4 NO 3 - アンモニウムおよび硝酸塩の形で 35% の窒素を含む白色の結晶物質 , どちらの形態の窒素も植物に容易に吸収されます。 粒状硝酸アンモニウムは、播種前およびあらゆる種類の施肥に大規模に使用されます。 小規模では爆発物の製造にも使用されます。

硝酸アンモニウムは水によく溶け、吸湿性（空気中の水分を吸収する能力）が高くなります。 これが、肥料顆粒が広がり、結晶形状を失い、肥料の固化が発生する理由です。バルク材料は固体のモノリシックな塊に変わります。

硝酸アンモニウムは 3 種類で生成されます。

A と B - 業界で使用されます。 爆発性混合物（アンモナイト、アンモニア）に使用される

B は効果的で最も一般的な窒素肥料で、約 33 ～ 34% の窒素を含みます。 生理的な酸性を持っています。

2. 原材料

硝酸アンモニウム製造の出発原料はアンモニアと硝酸です。

硝酸 . 純粋な硝酸 HNO は、-42 °C で密度 1.51 g/cm3 の無色の液体で、透明な結晶塊に固化します。 空気中では、濃塩酸と同様に、その蒸気が空気中の水分とともに霧の小さな滴を形成するため、「煙」が発生しますが、硝酸は耐久性がなく、すでに光の影響下で徐々に分解します。

温度が高く、酸の濃度が高いほど、分解はより速く起こります。 放出された二酸化窒素は酸に溶解し、茶色になります。

硝酸は最も強力な酸の 1 つです。 希薄溶液中では、H イオンと -NO イオンに完全に分解します。硝酸は最も重要な窒素化合物の 1 つであり、窒素肥料、爆薬、有機染料の製造に大量に使用され、多くの製品で酸化剤として機能します。化学プロセスで使用され、硫酸の製造に使用されます。亜硝酸法を使用した酸は、セルロースのワニスおよびフィルムの製造に使用されます。 .

硝酸の工業生産 . 硝酸を製造するための現代の工業的方法は、大気中の酸素によるアンモニアの接触酸化に基づいています。 アンモニアの性質を説明する際、酸素中で燃焼し、反応生成物は水と遊離窒素であると説明しましたが、触媒の存在下では、酸素によるアンモニアの酸化は異なる進行をする可能性があります。触媒上を通過させ、750℃で混合物の特定の組成で、ほぼ完全な変換が起こります。

得られた混合物は容易に通過し、大気中の酸素の存在下で水とともに硝酸を生成します。

白金ベースの合金は、アンモニアの酸化用の触媒として使用されます。

アンモニアを酸化して得られる硝酸の濃度は60%以下です。 必要に応じて濃縮し、

業界では、濃度 55、47、45% の希硝酸と、98 および 97% の濃硝酸が製造されており、濃酸はアルミニウムのタンクで輸送され、希酸は耐酸性鋼製のタンクで輸送されます。

3. アンモニアの合成

アンモニア硝酸態窒素原料

アンモニアは、産業や農業で使用されるさまざまな窒素含有物質の主要な生成物です。 D.N. プリャニシニコフは、アンモニアを植物の窒素含有物質の代謝における「アルファとオメガ」と呼びました。

この図は、アンモニアの主な用途を示しています。 アンモニアの組成は、1784 年に C. Berthollet によって確立されました。アンモニア NH 3 は塩基であり、中程度に強力な還元剤であり、空の結合軌道を持つカチオンに対して効果的な錯化剤です。

プロセスの物理化学的基礎 . 元素からのアンモニアの合成は、次の反応式に従って行われます。

Ｎ ２ ＋３Ｈ ２ ＝２ＮＨ ３ ； ?H<0

この反応は可逆的な発熱反応であり、大きな負のエンタルピー効果 (ΔH = -91.96 kJ/mol) を特徴とし、高温ではさらに発熱性になります (ΔH = -112.86 kJ/mol)。 ル・シャトリエの原理によれば、加熱すると平衡は左に移動し、アンモニアの収量が減少します。 この場合のエントロピーの変化も負であり、反応には有利ではありません。 ΔS が負の値の場合、温度の上昇により反応が起こる確率が減少します。

アンモニア合成の反応は体積の減少とともに進行します。 反応方程式によれば、4 モルの初期ガス状反応物質が 2 モルのガス状生成物を形成します。 ル・シャトリエの原理に基づいて、平衡条件下では、混合物中のアンモニア含有量は低圧よりも高圧の方が多くなると結論付けることができます。

4. 対象製品の特徴

物理化学的特性 . 硝酸アンモニウム (硝酸アンモニウム) NH4NO3 の分子量は 80.043 です。 純粋な生成物は、酸素 60%、水素 5%、窒素 35% (アンモニアと硝酸塩の形でそれぞれ 17.5%) を含む無色の結晶物質です。 技術製品には少なくとも 34.0% の窒素が含まれています。

硝酸アンモニウムの基本的な物理的および化学的性質s:

硝酸アンモニウムは、温度に応じて、大気圧で熱力学的に安定な 5 つの結晶変態で存在します (表)。 各修飾は特定の温度範囲でのみ存在し、ある修飾から別の修飾への転移（多形）には、結晶構造の変化、熱の放出（または吸収）、および比体積や熱容量の急激な変化が伴います。 、エントロピーなど。多形遷移は可逆的です - エナンチオトロピックです。

テーブル。 硝酸アンモニウムの結晶変態

NH 4 NO 3 -H 2 O 系 (図 11-2) は、単純な共晶を含む系を指します。 共晶点は、42.4% MH 4 MO 3 の濃度および -16.9 °C の温度に対応します。 図の左側の枝、つまり水の液相線は、系 NN 4 MO 3 -H 2 O における氷の放出条件に対応します。液相線曲線の右側の枝は、MH 4 MO 3 の溶解度曲線です。水中で。 この曲線には、修飾転移温度 NH 4 NO 3 1 = 11 (125.8 ℃)、II = III (84.2 ℃)、および 111 = IV (32.2 ℃) の融点 (結晶化) に対応する 3 つのブレークポイントがあります。無水硝酸アンモニウムは 169.6 °C です。塩の水分含有量が増加すると、この温度は低下します。

NH 4 NO 3 の結晶化温度 (Tcrystal、"C) の含水率依存性 （バツ、%) 最大 1.5% は次の方程式で表されます。

t crist = 169.6 - 13、 2倍 (11.6)

硫酸アンモニウムを添加した硝酸アンモニウムの結晶化温度の含水率依存性 （バツ、%) 1.5% まで、硫酸アンモニウム (U, %) 3.0% までは次の式で表されます。

t クリスタル = 169.6 - 13.2X+2、OU。 (11.7)。

硝酸アンモニウムは水に溶けて熱を吸収します。 以下は、25℃の水におけるさまざまな濃度の硝酸アンモニウムの溶解熱（Q dist）の値です。

C(NH4NO3) % 大衆 59,69 47.05 38,84 30,76 22,85 15,09 2,17
Q 溶液 kJ/kg。 -202.8 -225.82 -240.45 -256.13 -271.29 -287.49 -320.95

硝酸アンモニウムは、水、エチルアルコールおよびメチルアルコール、ピリジン、アセトン、液体アンモニアによく溶けます。

米。 11-2. システム状態図N.H.4 N03 - H20

熱分解 . 硝酸アンモニウムは、燃焼を促進する酸化剤です。 密閉された空間で加熱され、熱分解生成物を自由に除去できない場合、硝石は特定の条件下で爆発（爆発）する可能性があります。 また、爆発物による爆発など、強い衝撃の影響下でも爆発する可能性があります。

110℃での加熱の初期段階では、硝酸塩のアンモニアと硝酸への吸熱解離が徐々に起こります。

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

165 °C では、体重減少は 6%/日を超えません。 解離速度は温度だけでなく、硝酸塩の表面と体積の比率、不純物の含有量などにも依存します。

アンモニアは硝酸よりも溶解度が低いため、より早く除去されます。 硝酸の濃度は温度によって決まる平衡値まで増加します。 溶融物中の硝酸の存在は、熱分解の自己触媒的性質を決定します。

200 ～ 270 °C の温度範囲では、硝酸塩が亜酸化窒素と水に分解される主に弱い発熱反応が発生します。

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

熱分解速度に対する顕著な影響は、硝酸アンモニウムの解離生成物である硝酸の熱分解中に形成される二酸化窒素によってもたらされます。

二酸化窒素が硝酸塩と反応すると、硝酸、水、窒素が生成されます。

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

この反応の熱効果は、硝酸塩が N 2 O と H 2 O に分解される反応の熱効果よりも 6 倍以上高くなります。したがって、酸性化された硝酸塩では、常温であっても顕著な発熱反応が起こります。二酸化窒素との相互作用により自発的な熱分解が起こり、質量の大きな硝酸アンモニウムでは急速な分解を引き起こす可能性があります。

硝酸塩を密閉系で210～220℃に加熱すると、アンモニアが蓄積し、硝酸濃度が低下するため、分解反応が強く阻害され、塩の大部分が分解しているにもかかわらず、熱分解プロセスは実質的に停止します。まだ分​​解されていない。 温度が高くなると、アンモニアの酸化が速くなり、硝酸が系内に蓄積し、反応が大幅に自己加速して進行し、爆発を引き起こす可能性があります。

への添加物 アンモニアを放出して分解する可能性のある物質（尿素やアセトアミドなど）の硝酸アンモニウムは、熱分解を抑制します。 銀またはタリウムカチオンを含む塩は、溶融物中で硝酸イオンと錯体を形成するため、反応速度が大幅に増加します。 塩素イオンは熱分解プロセスに対して強力な触媒効果を持っています。 塩化物と硝酸アンモニウムを含む混合物を 220 ～ 230 °C に加熱すると、大量のガスが発生して非常に急速な分解が始まります。 反応熱により混合物の温度が大幅に上昇し、短時間で分解が完了します。

塩化物含有混合物が 150 ～ 200 °C の温度に維持されると、誘導と呼ばれる最初の期間では、所定の温度での硝酸塩の分解に対応する速度で分解が進行します。 この期間中、分解に加えて他のプロセスも起こり、その結果、特に混合物中の酸含有量の増加と少量の塩素の放出が起こります。 誘導期の後、分解は高速で進行し、強い熱放出と大量の有毒ガスの生成を伴います。 塩化物含有量が高いと、硝酸アンモニウム全体の分解はすぐに終了します。 このことを考慮して、製品中の塩化物含有量は厳しく制限されています。

硝酸アンモニウムの製造に使用される機構を操作する場合、製品と相互作用せず、熱分解の初期温度を低下させない潤滑剤を使用する必要があります。 この目的には、例えば VNIINP-282 潤滑剤 (GOST 24926-81) を使用できます。

バルク保管または袋詰めのために送られる製品の温度は 55 °C を超えてはなりません。 容器にはポリエチレン袋やクラフト紙袋が使用されます。 硝酸アンモニウムによるポリエチレンとクラフト紙の酸化プロセスが活発に始まる温度は、それぞれ270〜280℃と220〜230℃です。 空のプラスチック袋やクラフト紙袋は製品の残留物を取り除き、使用できない場合は焼却する必要があります。

爆発エネルギーの点では、硝酸アンモニウムはほとんどの爆発物よりも 3 倍弱いです。 原則として粒状の製品は爆発することができますが、雷管カプセルによる起爆は不可能であり、これには強力な爆薬を大量に装填する必要があります。

硝酸塩の爆発的分解は次の方程式に従って進行します。

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

式 (11.12) によると、爆発の熱は 1.48 MJ/kg になるはずです。 ただし、吸熱反応 (11.9) などの副反応が発生するため、実際の爆発熱は 0.96 MJ/kg であり、ヘキソーゲンの爆発熱 (5.45 MJ) に比べて小さいです。 しかし、硝酸アンモニウムのような大容量の製品では、（弱いとはいえ）その爆発特性を考慮することが安全性を確保する上で重要です。

業界で製造される硝酸アンモニウムの品質に対する消費者の要求は GOST 2-85 に反映されており、これに従って 2 つのグレードの市販製品が製造されています。

顆粒の強度は、IPG-1、MIP-10-1、または OSPG-1M デバイスを使用して、GOST-21560.2-82 に従って決定されます。

袋詰めされた粒状硝酸アンモニウムの破砕性は、GOST-21560.5-82 に従って測定されます。

GOST 14702-79-" 防水"

5. 対象製品の主要な製造工程および製造の環境安全性の物理的および化学的証明

実質的に固化しない硝酸アンモニウムを得るために、多くの技術的方法が使用されます。 吸湿性塩による水分吸収速度を低減する効果的な手段は、それらを顆粒化することです。 均質な顆粒の総表面積は、同量の微結晶塩の表面積よりも小さいため、顆粒肥料は空気中の水分をよりゆっくりと吸収します。 硝酸アンモニウムは、硫酸アンモニウムなどの吸湿性の低い塩と融合されることがあります。

リン酸アンモニウム、塩化カリウム、硝酸マグネシウムも同様の作用をする添加剤として使用されます。 硝酸アンモニウムの製造プロセスは、アンモニアガスと硝酸溶液の間の不均一反応に基づいています。

NH 3 + HNO 3 = NH 4 NO 3

?H = -144.9 kJ (VIII)

化学反応は高速で起こります。 工業用反応器では、液体へのガスの溶解によって制限されるため、拡散阻害を軽減するには試薬の混合が非常に重要です。

装置の設計を開発する際に、プロセスを実行するための集中条件を大幅に確保することができます。 反応（ＶＩＩＩ）は、連続的に作動するＩＴＮ装置内で行われる（中和熱を使用）。 反応器は、反応ゾーンと分離ゾーンからなる垂直円筒形の装置です。 反応ゾーンにはガラスがあり、その下部には溶液を循環させるための穴があります。 バブラーはガラス内部の穴の少し上にあります 2 アンモニアガスを供給するため、その上にバブラーがあります 3 硝酸の供給に。 反応気液混合物は反応ガラスの上部から出ます。 溶液の一部は ITN 装置から除去され、最終中和装置に入り、残り (循環) は再び下降します。 気液混合物から放出されたジュース蒸気はキャッププレート上で洗浄されます 6 硝酸アンモニウム溶液と硝酸蒸気の飛沫と 20% 硝酸塩溶液、そしてジュース蒸気の凝縮物から発生します。

反応熱 (VIII) は、反応混合物から水を部分的に蒸発させるために使用されます (したがって、装置の名前 - ITN)。 装置のさまざまな部分の温度差により、反応混合物の循環がより激しくなります。

硝酸アンモニウムの製造技術プロセスには、アンモニアによる硝酸の中和段階に加えて、硝酸塩溶液の蒸発、溶融物の造粒、顆粒の冷却、界面活性剤による顆粒の処理の段階も含まれます。 、包装、硝酸塩の保管と積み込み、排出ガスと廃水の浄化。

図では、 1,360 トン/日の生産能力を持つ硝酸アンモニウム AS-72 を生産する最新の大容量ユニットの図が示されています。 最初の58〜60％の硝酸をヒーターで加熱し、ITN装置からのジュース蒸気を使用して70〜80％まで加熱します。 3 そして中和のために送られます。 デバイスの前で 3 リン酸と硫酸は、最終製品に 0.3 ～ 0.5% の P 2 O 5 と 0.05 ～ 0.2% の硫酸アンモニウムが含まれるような量で硝酸に添加されます。

このユニットには、並行して動作する 2 つの ITN デバイスが含まれています。 硝酸に加えて、ヒーターで予熱されたアンモニアガスが供給されます。 2 蒸気凝縮水は 120 ～ 130 °C まで。 供給される硝酸とアンモニアの量は、ITN 装置の出口で溶液にわずかに過剰な酸 (2 ～ 5 g/l) が含まれるように調整され、アンモニアが完全に吸収されます。

硝酸（58～60％）を装置内で加熱します 2 ITN装置からのジュース蒸気で80～90℃まで 8. ヒーター内にアンモニアガスが発生 1 蒸気凝縮水によって 120 ～ 160°C に加熱されます。 硝酸とアンモニアガスは、自動的に制御された比率で、並行して動作する 2 つの ITN 5 装置の反応部分に入ります。 155～170℃でITN装置から出た89～92% NH 4 NO 3 溶液は、2～5 g/lの範囲の過剰な硝酸を含み、アンモニアを完全に吸収します。

装置の上部では、反応部からのジュース蒸気が硝酸アンモニウムの飛沫とともに洗い流されます。 洗浄スクラバーからの HNO 3 および NH 3 の蒸気と 20% 硝酸アンモニウム溶液 18 硝酸ヒーターからのジュース蒸気凝縮水 2, これらは装置の上部のキャッププレート上に置かれます。 果汁蒸気の一部はヒーター 2 で硝酸を加熱するために使用され、その大部分は洗浄スクラバーに送られます。 18, 造粒塔からの空気と蒸発器からの蒸気と空気の混合物が混合されます。 6 そしてスクラバー洗浄プレート上で洗浄されました。 洗浄された蒸気と空気の混合物はファンによって大気中に放出されます。 19.

ITNデバイスによるソリューション 8 順次中和剤を通過します 4 そして中和剤を制御する 5. 中和剤へ 4 硫酸とリン酸は、最終製品に 0.05 ～ 0.2% の硫酸アンモニウムと 0.3 ～ 0.5% の P20 が含まれることを保証する量で添加されます。 プランジャーポンプによる酸の注入量は、ユニットの負荷に応じて調整されます。

ITN デバイスからの硝酸アンモニウム溶液で過剰の NMO3 を中和し、後中和装置 4 に硫酸とリン酸を導入した後、溶液は制御後中和装置を通過します。 5 （中和器からの酸漏れ時のみアンモニアを自動供給する場合） 4) そして蒸発器に入ります 6. AS-67ユニットと異なり、エバポレーター上部は 6 2 つのふるい洗浄プレートを装備し、その上に蒸気凝縮液が供給され、蒸発器からの蒸気と空気の混合物を硝酸アンモニウムから洗浄します。

蒸発器からの硝酸塩溶解物 6, ウォーターシールと中和剤を通過 9 そしてフィルター 10, タンクに入ります 11, 水中ポンプから来るところ 12 アンチノックノズルを備えたパイプラインを介して圧力タンクに供給されます 15, そして造粒機へ 16 または 17. 溶融物ポンプユニットの安全性は、蒸発器内での蒸発中の溶融物温度の自動維持システム (190 °C 以下)、中和器後の溶融物環境の制御および調整システムによって確保されています。 9 (NH 3 0.1 ～ 0.5 g/l 以内)、タンク内の溶融物の温度を制御することにより 11, ポンプハウジング 12 そして圧力パイプライン。 プロセスの規制パラメータが逸脱すると、溶融物のポンプ輸送は自動的に停止し、タンク内の溶融物は停止します。 11 そして蒸発器 6 温度が上昇すると、凝縮水で希釈します。

造粒は 2 種類の造粒機によって行われます: 振動音響 16 単分散 17. 大規模ユニットで使用される振動音響造粒機は、より信頼性が高く、使いやすいことが証明されています。

溶融物は長方形の金属タワー内で造粒されます。 20 平面寸法は8x11 mで、顆粒の飛行高さは55 mで、直径2〜3 mmの顆粒の結晶化と夏期の対向空気流による90〜120°Cまでの冷却が最大50万まで保証されます。 m/h、冬季（低温時）は最大300〜400,000m/h。 塔の下部には受けコーンがあり、そこから顆粒がベルトコンベアで運ばれます。 21 CC冷却装置に送られます 22.

冷却装置 22 流動床格子の各セクションの下に自律的な空気供給を備えた 3 つのセクションに分割されています。 ヘッド部分にはスクリーンが内蔵されており、造粒機の動作モードが中断された結果として形成される硝酸塩の塊をふるいにかけます。 塊は溶解のために送られます。 ファンにより冷却装置部に空気を供給 23, 装置内で加熱される 24 ITN デバイスからのジュース蒸気の熱によるものです。 粒子の急激な冷却を避けるために、大気湿度が60％を超えるときと冬には加熱が行われます。 硝酸アンモニウム顆粒は、ユニットの負荷と周囲の気温に応じて、冷却装置の 1 つ、2 つ、または 3 つのセクションを順番に通過します。 冬には粒状製品の推奨冷却温度は27℃以下、夏には40〜50℃までです。 かなりの日数の気温が 30 °C を超える南部地域でユニットを運転する場合、冷却装置の 3 番目のセクションは (蒸発アンモニア熱交換器内の) 予冷された空気で動作します。 各セクションに供給される空気量は75〜80千m3/hです。 ファン圧力3.6kPa。 装置各部からの温度 45 ～ 60℃の排気は、最大 0.52 g/m 3 の硝酸アンモニウムダストを含み、造粒塔に送られ、そこで大気と混合され、洗浄装置での洗浄に供給されます。洗浄スクラバー 18.

冷却された製品は、倉庫または界面活性剤（NP分散剤）で処理された後、バルク出荷または袋詰めに送られます。 NF分散剤による処理は中空装置内で行われます 27 中央に配置されたノズルで顆粒の環状垂直流を噴霧するか、回転ドラム内で噴霧します。 すべての使用済みデバイスにおける粒状製品の処理品質は、GOST 2-85 の要件を満たしています。

粒状の硝酸アンモニウムは、倉庫に高さ 11 m まで積み上げて保管されており、消費者に出荷される前に、倉庫から硝酸アンモニウムが供給されてふるいにかけられます。 規格外品は溶解され、園内に返却されます。 標準品はNF分散剤で処理され、消費者に出荷されます。

硫酸とリン酸のタンクとそれらを注入するためのポンプ装置は別のユニットに配置されています。 中央制御点、変電所、研究室、サービスおよび家庭用施設は別の建物にあります。

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9.4. 硝酸アンモニウムの製造

硝酸アンモニウムは、窒素肥料の主要な種類の 1 つです。 窒素が少なくとも 34.2% 含まれています。 粒状硝酸アンモニウムを製造するための原料は、58〜60％の未濃縮硝酸とアンモニアガスです。

コンディショニング添加剤として 92.5% 硫酸が使用され、硝酸とともにアンモニアで中和されて硫酸アンモニウムになります。 完成した顆粒を噴霧するには、界面活性剤、つまり「NF」分散剤の 40% 水溶液が使用されます。

硝酸アンモニウム製造の主な段階は次のとおりです。アンモニアガスによる硝酸の中和。 高濃度の硝酸アンモニウム溶融物を得るステップと、 溶融造粒。 硝酸アンモニウム顆粒の冷却。 界面活性剤 - 分散剤「NF」による顆粒の処理; 大気中に放出する前に空気とジュース蒸気を浄化します。 完成品の梱包と保管。

以下では、最初の段階 (硝酸をアンモニアで中和する) の自動化について検討します。これが後続の段階の動作モードを大きく決定します。

プロセスの技術図。硝酸は熱交換器で予熱されます 1 (図 9.8) 装置からのジュース蒸気で 70 ～ 80 °C の温度に加熱 2 中和（ITN）、アンモニアガスを熱交換器で加熱 3 そして装置の中に入ります 2. 加熱された硝酸がミキサーに入ります 4, 硫酸とリン酸も供給されます。 硫酸は、最終製品中の硫酸アンモニウムの含有量が 0.3 ～ 0.7% の範囲になるように添加されます。 次に、酸の混合物は加熱装置に入り、大気圧に近い圧力下、155 ～ 165 °C の温度で、アンモニアで硝酸を中和するプロセスが実行されます。

硝酸とアンモニアは、ITN 装置の出口で溶液にある程度過剰な硝酸 (2 ～ 5 g/l 以内) が含まれるように投与されます。これは、反応ゾーンでアンモニアを完全に吸収するために必要です。 。 ITN装置の分離ゾーンでは、ジュース蒸気が沸騰溶液から分離され、洗浄のためにITN装置の洗浄ゾーンに送られます。洗浄ゾーンは4つのプレートとスプラッシュトラップで構成されています。 ジュース蒸気の凝縮水は上部プレートに供給されます。 ITN 装置の出口では、ジュース蒸気には 2 ～ 5 g/l の NH 4 NO 3、1 ～ 2 g/l の HNO 3 が含まれています。 洗浄プロセスが正しく実行されれば、蒸気中にアンモニアは含まれません。

ITN 装置内で生成された 92 ～ 93% の硝酸アンモニウム溶液は、装置の洗浄部分からの溶液でわずかに希釈され、89 ～ 91% の濃度で最終中和装置に送られます。 5 ここでは、過剰な酸を中和してアルカリ性溶液を生成するためにアンモニアが供給されます（過剰なアンモニアは遊離NH 3 の 0.1 g/l 以内に維持する必要があります）。 次に、硝酸アンモニウム溶液は蒸発部門に送られます。

プロセスの自動化。中和段階では、自動プロセス制御システムの役割は、ITN 装置に流入するアンモニアと硝酸の比率を維持することです。 ＩＴＮ装置内の硝酸アンモニウム溶液の所定のｐＨを維持する。 蒸発器の入口で完全に中和された後、硝酸アンモニウム溶液のアルカリ反応が確実に行われます。

制御システムの場合、主要なパラメータはアンモニア ガスのパラメータです。 外部ネットワーク内のアンモニア圧力の変動が中和プロセスの調整品質に及ぼす影響を回避するために、アンモニアガスの圧力は硝酸アンモニウムユニットの入口で自動的に維持されます。 ITN装置へのアンモニアの流れは、流量調整器を使用して自動的に維持されます。 6, コントロールバルブに作用することで 7 .

ポンプ装置への硝酸の供給は、流量比調整器によりアンモニア流量と一定の比率で自動調整されます。 8 コントロールバルブへの影響 9. 流量比調整器により、硫酸とリン酸の供給量が硝酸の消費量に応じて一定の比率に自動調整されます。 10 そして 11 および制御弁 12 そして 13 .

硝酸とアンモニアの消費量の比率は、ポンプ装置の出力において硝酸アンモニウム溶液のｐＨが継続的に監視されることを制御および調整するために、一定の過剰な酸を予め決定する。 溶液中の指定された過剰の硝酸は、pH 調整器によって自動的に維持されます。 14 制御弁を使用してポンプ場へのアンモニアの供給を調整する 15 少量のアンモニア (総流量の数パーセント) を運ぶアンモニア バイパス ラインに設置されます。 このようなシステムは、中和プロセスの良好な品質管理を提供します。

ITN装置の洗浄部におけるジュース蒸気の浄化を最大限に確保するために、上部プレートへのジュース蒸気凝縮物の供給が自動的に調整されます。 硝酸塩溶液が蒸発する前に希釈されるのを避けるために、凝縮液の大量の供給は望ましくありません。また、凝縮液の供給が不十分であると、ジュース蒸気が過熱されるため、プレートが露出します。 ジュース蒸気凝縮物の供給は温度コントローラーを使用して制御されます 16 コントロールバルブへの影響 17 。 硝酸アンモニウムの酸性溶液はエバポレーターに供給できないため、過剰な酸性は中和装置で中和されます。 5 。 アンモニアの供給はレギュレーターを使用して調整されます。 18 コントロールバルブに作用する前中和器の出口における溶液のpH 19 .

自動制御システムは、温度コントローラーを使用してアンモニアと硝酸の加熱を制御します。 20 そして 21 コントロールバルブへの影響 22 そして 23 熱交換器への冷媒の供給 1 そして 2 .

硝酸アンモニウム、または硝酸アンモニウム、NH 4 NO 3 は、アンモニウムと硝酸の形で窒素を 35% 含む白色の結晶物質で、どちらの窒素も植物に容易に吸収されます。 粒状硝酸アンモニウムは、播種前およびあらゆる種類の施肥に大規模に使用されます。 小規模では爆発物の製造にも使用されます。

硝酸アンモニウムは水溶性が高く、吸湿性（空気中の水分を吸収する能力）が高いため、肥料粒が広がって結晶形状を失い、肥料固化が発生し、バルク材料が固体のモノリシックな塊になります。 。

硝酸アンモニウム製造の模式図

実質的に固化しない硝酸アンモニウムを得るために、多くの技術的方法が使用されます。 吸湿性塩による水分吸収速度を低減する効果的な手段は、それらを顆粒化することです。 均質な顆粒の総表面積は、同量の微結晶塩の表面積よりも小さいため、顆粒肥料は水分を吸収します。

リン酸アンモニウム、塩化カリウム、硝酸マグネシウムも同様の作用をする添加剤として使用されます。 硝酸アンモニウムの製造プロセスは、アンモニアガスと硝酸溶液の間の不均一反応に基づいています。

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

化学反応は高速で起こります。 工業用反応器では、液体中のガスの溶解によって制限されます。 拡散阻害を軽減するには、試薬を撹拌することが非常に重要です。

硝酸アンモニウムの製造技術プロセスには、アンモニアによる硝酸の中和段階に加えて、硝酸塩溶液の蒸発、溶融物の造粒、顆粒の冷却、界面活性剤による顆粒の処理の段階も含まれます。 、包装、硝酸塩の保管と積み込み、排出ガスと廃水の浄化。 図では、 図 8.8 は、1360 トン/日の生産能力を持つ硝酸アンモニウム AS-72 を生産する最新の大規模ユニットの図を示しています。 最初の 58 ～ 60% 硝酸は、ITN 3 装置からのジュース蒸気を使用してヒーターで 70 ～ 80°C に加熱され、中和のために供給されます。 装置３の前に、最終生成物が０．３～０．５％のＰ ２ Ｏ ５ および０．０５～０．２％の硫酸アンモニウムを含むような量のリン酸および硫酸を硝酸に添加する。 このユニットには、並行して動作する 2 つの ITN デバイスが含まれています。 硝酸に加えて、アンモニアガスが供給され、ヒーター 2 で蒸気凝縮水とともに 120 ～ 130°C に予熱されます。 供給される硝酸とアンモニアの量は、ポンプ装置の出口で溶液の酸がわずかに過剰（2 ～ 5 g/l）になるように調整され、アンモニアが完全に吸収されます。

装置の下部では、155～170℃の温度で中和反応が起こります。 これにより、91～92%のNH 4 NO 3 を含む濃縮溶液が生成されます。 装置上部では硝酸アンモニウムや硝酸蒸気の飛沫による水蒸気（いわゆるジュース蒸気）が洗い流されます。 ジュース蒸気からの熱の一部は硝酸の加熱に使用されます。 ジュースの蒸気は精製のために送られ、大気中に放出されます。

図 8.8. 硝酸アンモニウムユニット AS-72 の図:

1 – 酸ヒーター; 2 – アンモニアヒーター; 3 – ITN デバイス。 4 – 前中和剤。 5 – 蒸発器。 6 – 圧力タンク。 7.8 – 造粒機; 9.23 – ファン。 10 – 洗浄スクラバー; 11 – ドラム。 12、14 – コンベヤー。 13 – エレベーター。 15 – 流動床装置。 16 – 造粒塔。 17 – コレクション。 18、20 – ポンプ。 19 – 水泳水槽。 21 – 水用フィルター。 22 – エアヒーター。

硝酸アンモニウムの酸性溶液は中和装置４に送られる。 アンモニアが供給される場合、残りの硝酸と反応するのに必要です。 次に溶液は蒸発器５に供給される。９９．７〜９９．８％の硝酸塩を含む得られた溶融物は１７５℃でフィルター２１を通過し、遠心水中ポンプ２０によって圧力タンク６に供給され、次に長方形のタンクに供給される。金属造粒塔１６．

塔の上部には造粒機７および８があり、その下部には空気が供給され、上から落下する硝酸塩の滴を冷却する。 硝酸塩の滴が50〜55メートルの高さから落ち、空気がその周りを流れると、肥料顆粒が形成されます。 塔出口での顆粒の温度は 90 ～ 110°C です。 熱い顆粒は流動床装置１５内で冷却される。これは、３つのセクションを有し、穴のあるグリッドを備えた長方形の装置である。 ファンはグリルの下に空気を供給します。 この場合、硝酸塩顆粒の流動層が形成され、造粒塔からコンベアを介して到着します。 冷却後、空気は造粒塔に入ります。 硝酸アンモニウム顆粒は、界面活性剤で処理するためにコンベア１４によって回転ドラムに供給される。 その後、完成した肥料はコンベヤー 12 によって包装に送られます。

造粒塔から出た空気は硝酸アンモニウムの粒子で汚染されており、中和装置からのジュース蒸気と蒸発器からの蒸気と空気の混合物には、未反応のアンモニアと硝酸、および同伴された硝酸アンモニウムの粒子が含まれています。

これらの流れを浄化するために、造粒塔の上部には、収集器１７からポンプ１８によって供給される硝酸アンモニウムの２０〜３０％溶液で灌漑される、プレート型１０の並列運転洗浄スクラバーが６台ある。この溶液のうち、洗浄液蒸気のために ITN 中和装置に排出され、その後硝酸塩溶液と混合され、製品の製造に使用されます。 浄化された空気はファン９により造粒塔から吸引され、大気中に放出される。

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硝酸アンモニウムの製造

• コンテンツ

導入

2. 製造方法

3. アンモニアと硝酸から硝酸アンモニウムを製造する主な段階

3.1 硝酸アンモニウム溶液の調製

3.1.1 中和プロセスの基本

3. 1 5 主要装備

4. 物質とエネルギーの計算

5. 熱力学計算

6. 硝酸アンモニウム製造における廃棄物のリサイクルと中和

結論

使用したソースのリスト

付録 A

導入

自然界と人間の生活において、窒素は非常に重要です。 それは植物と動物の世界の基礎であるタンパク質化合物の一部（16〜18％）です。 人は毎日80〜100gのタンパク質を摂取しますが、これは12〜17gの窒素に相当します。

植物の通常の発育には、多くの化学元素が必要です。 主なものは、炭素、酸素、水素、窒素、リン、マグネシウム、硫黄、カルシウム、カリウム、鉄です。 植物の最初の 3 要素は空気と水から得られ、残りは土壌から抽出されます。

窒素は植物のミネラル栄養において特に重要な役割を果たしますが、植物質量中の窒素の平均含有量は1.5％を超えません。 窒素がなければ、植物は正常に生きたり成長したりすることができません。

窒素は植物タンパク質の成分であるだけでなく、クロロフィルの成分でもあり、植物は太陽エネルギーの影響を受けて大気中の二酸化炭素CO2から炭素を吸収します。

天然の窒素化合物は、雷放電中の有機残留物の分解の化学的プロセスの結果として、また空気から直接窒素を吸収する特殊な細菌であるアゾトバクターの活動の結果として生化学的に形成されます。 マメ科植物（エンドウ豆、アルファルファ、インゲン豆、クローバーなど）の根に生息する根粒菌も同様の能力を持っています。

農作物の発育に必要なかなりの量の窒素およびその他の栄養素が、収穫物によって毎年土壌から除去されます。 さらに、一部の栄養素は地下水や雨水によって浸出して失われます。 したがって、収量の減少や土壌の枯渇を防ぐために、さまざまな種類の肥料を施用して土壌に栄養を補給する必要があります。

ほとんどすべての肥料が生理学的酸性またはアルカリ性を持っていることが知られています。 これに応じて、土壌を酸性化またはアルカリ化する効果があり、特定の農作物に使用する場合にはそれが考慮されます。

肥料はアルカリ性カチオンが植物によって土壌からより迅速に抽出され、酸性化を引き起こします。 肥料から酸性アニオンを消費する植物は、より早く土壌のアルカリ化に寄与します。

アンモニウムカチオン NH4 (硝酸アンモニウム、硫酸アンモニウム) とアミド基 NH2 (尿素) を含む窒素肥料は土壌を酸性化します。 硝酸アンモニウムの酸性化効果は硫酸アンモニウムよりも弱いです。

土壌の性質、気候、その他の条件に応じて、作物ごとに必要な窒素量が異なります。

硝酸アンモニウム (硝酸アンモニウム、または硝酸アンモニウム) は窒素肥料の中で重要な位置を占めており、その世界的な生産量は年間数百万トンに達します。

現在、我が国の農業で使用されている窒素肥料の約50％は硝酸アンモニウムです。

硝酸アンモニウムには、他の窒素肥料に比べて多くの利点があります。 これは 34 ～ 34.5% の窒素を含み、この点では 46% の窒素を含む尿素 CO(NH2) 2 に次いで 2 番目です。 他の窒素および窒素含有肥料は、窒素含有量が著しく少ないです (窒素含有量は乾物換算で示されています)。

表 1 - 化合物中の窒素含有量

硝酸アンモニウムは、窒素のアンモニウムと硝酸塩の形態を同時に含むため、普遍的な窒素肥料です。 すべてのゾーン、ほぼすべての作物に効果があります。

硝酸アンモニウムの窒素形態が植物によってさまざまな時期に使用されることが非常に重要です。 アンモニア態窒素はタンパク質合成に直接関与し、成長期に植物にすぐに吸収されます。 硝酸態窒素は比較的ゆっくりと吸収されるため、効果が長く持続します。 また、窒素のアンモニア型は、事前に酸化することなく植物が利用できることも確立されています。

硝酸アンモニウムのこれらの特性は、ほぼすべての農作物の収量増加に非常にプラスの効果をもたらします。

硝酸アンモニウム中の高い窒素含有量、その製造方法が比較的簡単であること、窒素単位あたりのコストが比較的低いことは、この製造のさらなる発展にとって良い前提条件を生み出します。

硝酸アンモニウムは、安定した爆発物の大きなグループの一部です。 硝酸アンモニウムおよび硝酸アンモニウムをベースとした爆薬は、純粋な爆薬または特定の添加剤で処理された爆薬が爆破作業に使用されます。

少量の硝石は、医療に使用される亜酸化窒素を生成するために使用されます。

既存の生産設備の近代化や新設により硝酸アンモニウムの生産量を増やすとともに、最終製品のさらなる品質向上（脆化率100％の製品化や長期保存後の顆粒の保存など）にも取り組んでいます。 ）。

1. 硝酸アンモニウムの物理化学的性質

純粋な形では、硝酸アンモニウムは、窒素 35%、酸素 60%、水素 5% を含む白色の結晶物質です。 技術製品は黄色がかった白色で、少なくとも 34.2% の窒素を含んでいます。

硝酸アンモニウムは、多くの無機および有機化合物に対する強力な酸化剤です。 一部の物質の溶融物と激しく反応し、爆発に至る場合もあります (たとえば、亜硝酸ナトリウム NaNO2 と)。

ガス状のアンモニアを固体の硝酸アンモニウム上に通過させると、非常に流動性の高い液体、アンモニア 2NH4NO3*2NH3 または NH4NO3*3NH3 がすぐに形成されます。

硝酸アンモニウムは、水、エチルアルコールおよびメチルアルコール、ピリジン、アセトン、液体アンモニアによく溶けます。 温度が上昇すると、硝酸アンモニウムの溶解度が大幅に増加します。

硝酸アンモニウムが水に溶解すると、大量の熱が吸収されます。 たとえば、1 モルの結晶性 NH4NO3 が 220 ～ 400 モルの水に、10 ～ 15 °C の温度で溶解すると、6.4 kcal の熱が吸収されます。

硝酸アンモニウムは昇華する性質があります。 硝酸アンモニウムを高温および高湿度の条件下で保管すると、その体積が約 2 倍になり、通常は容器の破裂につながります。

顕微鏡で見ると、硝酸アンモニウム顆粒の表面に細孔や亀裂がはっきりと見えます。 硝酸塩顆粒の多孔性の増加は、最終製品の物理的特性に非常に悪影響を及ぼします。

硝酸アンモニウムは吸湿性が高いです。 屋外では、硝石の薄い層の中で、すぐに湿って、結晶の形を失い、ぼやけ始めます。 塩が空気から湿気を吸収する程度は、その湿度と、所定の温度における所定の塩の飽和溶液を超える蒸気圧によって決まります。

空気と吸湿性の塩の間で水分交換が起こります。 相対空気湿度は、このプロセスに決定的な影響を与えます。

硝酸カルシウムおよび硝酸石灰アンモニウムは、飽和溶液に比べて水蒸気圧が比較的低くなります。 特定の温度では、最低相対湿度に相当します。 これらは、上記の窒素肥料の中で最も吸湿性の高い塩です。 硫酸アンモニウムは最も吸湿性が低く、硝酸カリウムはほぼ完全に非吸湿性です。

水分は、周囲の空気に隣接する比較的小さな塩の層によってのみ吸収されます。 しかし、硝石をそのように湿らせたとしても、最終製品の物理的特性は大幅に劣化します。 硝酸アンモニウムが空気から水分を吸収する速度は、温度の上昇とともに急激に増加します。 したがって、40 °C では、吸湿速度は 23 °C の場合より 2.6 倍高くなります。

硝酸アンモニウムの吸湿性を低減するために多くの方法が提案されている。 そのような方法の 1 つは、硝酸アンモニウムと別の塩を混合または融合することに基づいています。 2 番目の塩を選択するときは、次の規則に従ってください。吸湿性を下げるには、塩の混合物の飽和溶液上の水蒸気の圧力は、純粋な硝酸アンモニウムの飽和溶液上の水蒸気の圧力より大きくなければなりません。

共通のイオンを持つ 2 つの塩の混合物の吸湿性は、それらのうち最も吸湿性の高い塩よりも大きいことが確立されています (例外は、硝酸アンモニウムと硫酸アンモニウムとその他のいくつかの混合物または合金です)。 硝酸アンモニウムを非吸湿性だが水不溶性の物質（例えば、石灰石の粉塵、リン酸塩岩、リン酸二カルシウムなど）と混合しても、その吸湿性は低下しません。 多くの実験により、水に対する溶解度が硝酸アンモニウムと同等以上である塩はすべて、吸湿性を高める特性があることが示されています。

硝酸アンモニウムの吸湿性を低下させる塩（硫酸カリウム、塩化カリウム、リン酸二アンモニウムなど）を大量に添加する必要があるため、製品中の窒素含有量が大幅に減少します。

空気からの水分の吸収を減らす最も効果的な方法は、水に濡れない有機物質の保護膜で硝酸塩粒子をコーティングすることです。 保護膜は吸湿速度を3～5倍に低減し、硝酸アンモニウムの物性向上に役立ちます。

硝酸アンモニウムのマイナスの特性は、保管中に固まり、流動性を失う (もろくなる) 性質があることです。 この場合、硝酸アンモニウムは固体のモノリス塊となり、粉砕が困難になります。 硝酸アンモニウムの固化はさまざまな理由で発生します。

完成品の水分含有量が増加します。 硝酸アンモニウムの粒子は、いかなる形状であっても、常に飽和 (母) 溶液の形で水分を含んでいます。 このような溶液中の NH4NO3 含有量は、容器に入れられる温度での塩の溶解度に対応します。 完成品が冷えるにつれて、母液は過飽和になることがよくあります。 さらに温度が低下すると、過飽和溶液からサイズ 0.2 ～ 0.3 mm の結晶が多数落ちます。 これらの新しい結晶は、以前は結合していなかった硝酸塩の粒子を結合させ、高密度の塊に変化させます。

硝石粒子の機械的強度が低い。 硝酸アンモニウムは、丸い粒子（顆粒）、板状、または小さな結晶の形で生成されます。 粒状硝酸アンモニウムの粒子は、フレークや微結晶のものよりも比表面積が小さく、より規則的な形状をしているため、顆粒が固まりにくくなります。 しかし、造粒の過程で機械的強度の低い中空粒子が一定量生成します。

保管時には、粒状硝石の入った袋が高さ 2.5 メートルに積み重ねられ、上部の袋の圧力により耐久性の最も低い顆粒が破壊され、塵のような粒子が形成され、硝石の塊が圧縮され、固化が増加します。 実際には、粒状製品の層の中空粒子の破壊により、固化のプロセスが急激に加速されることが示されています。 これは、容器に充填するときに製品が 45 °C に冷却され、顆粒のバルクが良好な機械的強度を持っていた場合でも観察されます。 中空粒子も再結晶により破壊されることが確認されています。

周囲温度が上昇すると、硝石粒の強度がほぼ完全に失われ、そのような製品は激しく固まります。

硝酸アンモニウムの熱分解。 爆発の危険。 耐火性。 爆発の安全性の観点から見ると、硝酸アンモニウムは衝撃、摩擦、衝撃に比較的弱く、さまざまな強度の火花があっても安定しています。 砂、ガラス、金属の不純物が混入しても、機械的ストレスに対する硝酸アンモニウムの感受性は増加しません。 強力な雷管の影響下、または特定の条件下での熱分解中にのみ爆発する可能性があります。

長時間加熱すると、硝酸アンモニウムは徐々にアンモニアと硝酸に分解します。

NH4NO3=NH3+HNO3 - 174598.32 J (1)

熱吸収を伴うこのプロセスは、110°C を超える温度で始まります。

さらに加熱すると、硝酸アンモニウムが分解して亜酸化窒素と水が生成されます。

NH4NO3= N2O + 2H2O + 36902.88 J (2)

硝酸アンモニウムの熱分解は、次の一連の段階で発生します。

· NH4NO3 分子の加水分解 (または解離)。

・加水分解中に形成される硝酸の熱分解。

· 最初の 2 つの段階で形成される二酸化窒素とアンモニアの相互作用。

硝酸アンモニウムを 220 ～ 240 °C まで集中的に加熱すると、その分解に溶融塊の発生が伴う場合があります。

密閉された空間内、または硝酸塩の熱分解中に生成されるガスの放出が制限された空間内で硝酸アンモニウムを加熱することは、非常に危険です。

このような場合、硝酸アンモニウムの分解は多くの反応、特に以下の反応を通じて進行する可能性があります。

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)

上記の反応から、硝酸塩の熱分解の初期段階で形成されるアンモニアがガス混合物中に存在しないことが多いことは明らかです。 二次反応がそれらの中で起こり、その間にアンモニアは元素窒素に完全に酸化されます。 二次反応の結果、密閉空間内の混合ガスの圧力が急激に上昇し、分解プロセスが爆発に至る可能性があります。

銅、硫化物、マグネシウム、黄鉄鉱およびその他の不純物は、加熱されると硝酸アンモニウムの分解プロセスを活性化します。 これらの物質と加熱された硝酸塩との相互作用の結果として、不安定な亜硝酸アンモニウムが形成され、70 ～ 80 °C で爆発を伴って急速に分解します。

NH4NO3=N2+2H20 (6)

硝酸アンモニウムは、溶融状態であっても鉄、錫、アルミニウムとは反応しません。

湿度が上昇し、硝酸アンモニウムの粒子サイズが大きくなると、爆発に対する感度が大幅に低下します。 約 3% の水分が存在すると、硝石は強力な雷管にさらされても爆発しにくくなります。

硝酸アンモニウムの熱分解は、圧力が一定の限界まで増加すると増加します。 約 6 kgf/cm2 の圧力と対応する温度では、すべての溶融硝酸塩が分解することが確立されています。

硝酸アンモニウムの熱分解を軽減または防止するには、溶液を蒸発させるときにアルカリ環境を維持することが重要です。 したがって、非固結性硝酸アンモニウムを製造するための新しい技術スキームでは、熱風に少量のアンモニアを添加することが推奨されます。

特定の条件下では、硝酸アンモニウムが爆発性生成物になる可能性があることを考慮して、その製造、保管、輸送中に確立された技術体制と安全規制を厳格に遵守する必要があります。

硝酸アンモニウムは不燃性の製品です。 塩の熱分解中に形成される亜酸化窒素だけが燃焼をサポートします。

硝酸アンモニウムと砕いた木炭の混合物は、強く加熱すると自然発火することがあります。 一部の酸化しやすい金属 (粉末亜鉛など) が湿った硝酸アンモニウムと接触すると、わずかな熱で発火する可能性があります。 実際には、硝酸アンモニウムと過リン酸塩の混合物の自然発火の事例が観察されています。

硝酸アンモニウムが入った紙袋や木樽は、日光にさらされた場合でも発火する可能性があります。 硝酸アンモニウムが入った容器が発火すると、窒素酸化物と硝酸の蒸気が放出されることがあります。 裸火または爆発による火災の場合、硝酸アンモニウムは溶けて部分的に分解します。 炎は硝石塊の深さまで広がりません。

2 。 製造方法

硝酸アンモニウム中和酸

産業界では、合成アンモニア（またはアンモニア含有ガス）と希硝酸から硝酸アンモニウムを製造する方法のみが広く使用されています。

合成アンモニア (またはアンモニア含有ガス) と硝酸からの硝酸アンモニウムの製造は多段階で行われます。 この点に関して、彼らは、アンモニア、窒素酸化物、酸素、水蒸気から反応により直接硝酸アンモニウムを得ようとしました。

4NH3 + 4NO2 + O2 + 2H20 = 4NH4NO3 (7)

しかし、硝酸アンモニウムとともに、不安定で爆発性の生成物である亜硝酸アンモニウムが生成されるため、この方法は放棄されなければなりませんでした。

アンモニアと硝酸からの硝酸アンモニウムの製造には多くの改良が導入され、新しいプラントの建設にかかる資本コストを削減し、最終製品のコストを削減することが可能になりました。

硝酸アンモニウムの生産を根本的に改善するには、基本的な設備（例えば、蒸発器、造粒塔など）の適切な予備がなければ作業は不可能である、硝酸アンモニウムの危険性について、長年広まっていた考えを放棄する必要がありました。造粒のためにほぼ無水の硝酸アンモニウム溶融物を得る。

現代の科学技術の成果を利用した高出力装置の建設のみが、既存の硝酸アンモニウムの生産と比較して大きな経済的利点を提供できることは、ロシア内外でしっかりと確立されています。

現在、一部の尿素合成システムのアンモニア含有オフガスから大量の硝酸アンモニウムが生成されています。 その製造方法の 1 つによると、1 トンの尿素から 1 ～ 1.4 トンのアンモニアが生成されます。 この量のアンモニアから、4.6～6.5トンの硝酸アンモニウムを製造できます。 尿素合成のためのより高度なスキームも実用化されていますが、この製造からの廃棄物であるアンモニア含有ガスは、しばらくの間、硝酸アンモニウム製造の原料として機能するでしょう。

アンモニア含有ガスから硝酸アンモニウムを製造する方法は、中和段階のみがアンモニアガスから硝酸アンモニウムを製造する方法とは異なります。

硝酸アンモニウムは、塩の交換分解 (変換法) によって少量得られます。

硝酸アンモニウムを製造するこれらの方法は、得られる塩の 1 つの沈殿、または水への溶解度が異なる 2 つの塩の製造に基づいています。 最初のケースでは、硝酸アンモニウム溶液が回転フィルター上の沈殿物から分離され、従来の手順に従って固体製品に加工されます。 2 番目のケースでは、溶液は特定の濃度まで蒸発され、分別結晶化によって分離されます。これは要約すると、次のようになります。熱い溶液を冷却するときに、硝酸アンモニウムの大部分が純粋な形で分離され、その後結晶化が別個に実行されます。不純物で汚染された製品を得るために母液から装置を使用します。

塩の交換分解によって硝酸アンモニウムを製造する方法はすべて複雑で、大量の蒸気消費と結合窒素の損失が伴います。 これらは通常、副生成物として得られる窒素化合物を利用する必要がある場合にのみ工業的に使用されます。

ガス状アンモニア (またはアンモニア含有ガス) と硝酸から硝酸アンモニウムを製造する最新の方法は、常に改良されています。

3 。 アンモニアと硝酸から硝酸アンモニウムを製造する主な段階

硝酸アンモニウムの製造プロセスは、次の主要な段階で構成されます。

1. 硝酸をアンモニアガスまたはアンモニア含有ガスで中和することによる硝酸アンモニウム溶液の調製。

2. 硝酸アンモニウム溶液を蒸発させて溶融状態にする。

3. 溶けた塩から丸い粒子（顆粒）、フレーク（板）、小さな結晶の形で結晶化します。

4. 塩を冷却または乾燥させます。

5.完成品の梱包。

固化が少なく耐水性の硝酸アンモニウムを得るには、示された段階に加えて、適切な添加剤を調製する段階も必要です。

3.1P 硝酸アンモニウム溶液の調製

3.1.1 中和プロセスの基本

硝酸アンモニウム溶液 ry は、次の反応に従ってアンモニアと硝酸を反応させることによって得られます。

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

硝酸アンモニウムの生成は不可逆的であり、熱の放出を伴います。 中和反応中に放出される熱の量は、使用する硝酸の濃度とその温度、さらにはアンモニア ガス (またはアンモニア含有ガス) の温度によって異なります。 硝酸の濃度が高くなると、より多くの熱が発生します。 この場合、水が蒸発し、より濃縮された硝酸アンモニウム溶液を得ることが可能になります。 硝酸アンモニウム溶液を得るには、42 ～ 58% の硝酸が使用されます。

既存のプロセス設計では、硝酸アンモニウム溶液を得るために 58% を超える濃度の硝酸を使用することは不可能です。この場合、中和装置内の温度が硝酸の沸点を大幅に超えるためです。窒素酸化物の放出により分解を引き起こす可能性があります。 硝酸アンモニウム溶液が蒸発すると、中和装置内の反応熱により 110 ～ 120 °C の温度のジュース蒸気が生成されます。

可能な限り最高濃度の硝酸アンモニウム溶液を得る場合、蒸発器の熱交換表面積は比較的小さくて済み、溶液をさらに蒸発させるために少量の新鮮な蒸気が消費されます。 この点で、原料とともに中和装置に追加の熱を供給するよう努め、ジュース蒸気でアンモニアを70℃に、硝酸を60℃に加熱します（硝酸の温度が高くなると、その分解が著しくなります）。が発生し、ヒーターパイプがチタン製でないと強い腐食が発生します。

硝酸アンモニウムの製造に使用される硝酸には、0.20% 以下の溶解窒素酸化物が含まれていなければなりません。 溶解した窒素酸化物を除去するために酸を空気で十分にパージしないと、窒素酸化物はアンモニアとともに亜硝酸アンモニウムを形成し、すぐに窒素と水に分解します。 この場合、窒素損失は最終製品 1 トンあたり約 0.3 kg に達する可能性があります。

ジュース蒸気には、通常、不純物 NH3、NHO3、NH4NO3 が含まれています。 これらの不純物の量は、アンモニアと硝酸を中和装置に供給する必要がある圧力の安定性に大きく依存します。 一定の圧力を維持するために、オーバーフロー管を備えた圧力タンクから硝酸を供給し、圧力調整器を用いてアンモニアガスを供給します。

中和剤の負荷も、ジュース蒸気による結合窒素の損失を大きく左右します。 通常の負荷では、ジュース蒸気凝縮による損失は 2 g/l (窒素換算) を超えてはなりません。 中和剤の負荷を超えると、アンモニアと硝酸蒸気の間で副反応が発生し、その結果、特に霧状の硝酸アンモニウムが気相中に形成され、ジュース蒸気を汚染し、結合窒素の損失が増加します。 中和装置で得られた硝酸アンモニウム溶液は、撹拌機付きの中間容器に蓄積され、アンモニアまたは硝酸で中和された後、蒸発のために送られます。

3.1.2 中和設備の特徴

アプリケーションに応じて必要な圧力、中和熱を使用して硝酸アンモニウム溶液を製造するための最新の設備は、大気圧で動作する設備に分かれています。 希薄化（真空）中。 高圧（数気圧）での設備と、中和ゾーンでは加圧下で動作し、硝酸アンモニウム溶液（溶融物）からジュース蒸気を分離するゾーンでは真空下で動作する複合設備です。

大気圧またはわずかに過剰な圧力で動作する設備は、技術と設計がシンプルであることが特徴です。 また、保守、開始、停止も簡単です。 指定された動作モードへの偶発的な違反は、通常、すぐに排除されます。 このタイプの設置は最も広く使用されています。 これらの設備の主要装置は中和装置ITN（中和熱利用）です。 ＩＴＮ装置は、１．１５〜１．２５ａｔｍの絶対圧力下で動作する。 構造的には、溶液の沸騰がほとんど起こらず、霧状の硝酸アンモニウムが生成しないように設計されています。

ヒートポンプ装置内に循環があるため、反応ゾーンの過熱がなくなり、結合窒素の損失を最小限に抑えて中和プロセスを実行できます。

硝酸アンモニウムの製造の運転条件に応じて、ITN 装置のジュース蒸気は、硝酸塩溶液の予備蒸発、液体アンモニアの蒸発、ITN 装置に送られる硝酸とガス状アンモニアの加熱、および希硝酸の製造に使用されるガス状アンモニアを得る際の液体アンモニアの蒸発。

硝酸アンモニウムの溶液は、主装置が真空下 (蒸発器) および大気圧 (スクラバー中和装置) で動作する設備内でアンモニア含有ガスから生成されます。 このような設備はかさばり、アンモニア含有ガスの組成が変動するため、安定した動作モードを維持することが困難です。 後者の状況は、過剰な硝酸の制御の精度に悪影響を及ぼし、その結果、得られる硝酸アンモニウム溶液には多くの場合、酸またはアンモニアの量が増加する。

5 ～ 6 気圧の絶対圧力下で作動する中和設備は、あまり一般的ではありません。 アンモニアガスを圧縮し、加圧硝酸を中和装置に供給するために、かなりのエネルギー消費が必要です。 さらに、これらの設備では、溶液の飛沫の巻き込みにより硝酸アンモニウムの損失が増加する可能性があります（複雑な設計の分離器であっても、飛沫を完全に捕捉することはできません）。

複合法に基づく設備では、硝酸をアンモニアで中和するプロセスが組み合わされて硝酸アンモニウム溶融物が生成され、これを結晶化のために直接送ることができます（つまり、硝酸塩溶液を濃縮するための蒸発器はそのような設備から除外されます）。 このタイプの設備には 58 ～ 60% の硝酸が必要ですが、業界では依然として比較的少量の硝酸が生産されています。 さらに、一部の機器は高価なチタン製でなければなりません。 硝酸塩溶融物を得る中和プロセスは、非常に高温（200 ～ 220 °C）で実行する必要があります。 硝酸アンモニウムの特性を考慮すると、高温でプロセスを実行するには、硝酸溶融物の熱分解を防ぐ特別な条件を作り出す必要があります。

3.1.3 大気圧で運転される中和プラント

これらのインストールには以下が含まれますこれらには、ITN 中和装置 (中和熱を利用する) および補助装置が含まれます。

図 1 は、多くの既存の硝酸アンモニウム製造プラントで使用されている ITN 装置の設計の 1 つを示しています。

Z1 - スワーラー; BC1 - 外部容器（リザーバー）。 VTs1 - 内筒 (中性化部); U1 - 硝酸を分配するための装置。 Ш1 - 溶液を排出するためのフィッティング。 O1 - 窓。 U2 - アンモニア分配装置。 G1 - ウォーターシール。 C1 - セパレータートラップ

図 1 - 溶液が自然循環する ITN 中和装置

ＩＴＮ装置は垂直円筒形容器（リザーバ）２であり、その中に溶液の混合を改善するために棚１（スワーラー）を備えたシリンダー（ガラス）３が配置されている。 硝酸とアンモニアガスを導入するパイプラインはシリンダー 3 に接続されています (試薬は向流で供給されます)。 酸とガスの分配を改善するために、パイプはデバイス 4 と 7 で終わります。 内筒内では硝酸がアンモニアと反応します。 このシリンダーを中和室と呼びます。

容器２とシリンダー３の間の環状空間は、硝酸アンモニウムの沸騰溶液の循環に役立つ。 シリンダーの下部には、中和チャンバーと発熱体の蒸発部分を接続する 6 つの穴 (窓) があります。 これらの穴の存在により、ITN 装置の生産性は若干低下しますが、溶液の集中的な自然循環が達成され、結合窒素の損失の減少につながります。

溶液から放出されたジュース蒸気は、ITN 装置のカバーの取り付け具とトラップセパレーター 9 を通って排出されます。シリンダー 3 内でエマルションの形で形成された硝酸塩の溶液 - ジュース蒸気との混合物は、通過して分離器に入ります。ウォーターシール 5. トラップセパレーターの下部のフィッティングから、アンモニウム溶液が排出されます。硝酸塩は、さらなる処理のために最終の中和ミキサーに送られます。 装置の蒸発部分のウォーターシールにより、装置内の溶液のレベルを一定に維持することができ、ジュースの蒸気がそれに同伴された溶液の飛沫から洗い流されることなく逃げるのを防ぎます。

ジュース蒸気の部分凝縮により、分離板上に蒸気凝縮水が形成されます。 この場合、プレート上に敷いたコイルに水を循環させることで凝縮熱を取り除きます。 果汁蒸気の部分凝縮の結果として、NH4NO3 の 15 ～ 20% 溶液が得られ、これは硝酸アンモニウム溶液の主流とともに蒸発のために送られます。

図 2 は、大気圧に近い圧力で動作する中和ユニットの 1 つの図を示しています。

NB1 - 圧力タンク。 C1 - セパレータ; I1 - 蒸発器。 P1 - ヒーター。 SK1 - 凝縮液の収集。 ITN1 - ITN 装置。 M1 - スターラー; TsN1 - 遠心ポンプ

図 2 - 大気圧で動作する中和設備の図

純粋な硝酸または添加物を含む硝酸は、過剰な酸を常にオーバーフローさせて貯蔵庫に入れる装置を備えた圧力タンクに供給されます。

硝酸は圧力タンク 1 から装置 ITN 6 のガラスに直接、またはヒーター (図示せず) を介して送られ、そこで分離器 2 を通って除去された果汁蒸気の熱によって硝酸が加熱されます。

気体のアンモニアは液体アンモニア蒸発器 3 に入り、次にヒーター 4 に入り、膨張機からの二次蒸気の熱または蒸発器の加熱蒸気の高温凝縮水によって加熱され、2 本の平行なパイプを通ってヒーター 4 に送られます。装置ITN 6のガラス。

蒸発器３では、液体アンモニア噴霧が蒸発し、通常ガス状アンモニアに付随する汚染物質が分離される。 この場合、潤滑油とアンモニア合成作業場からの触媒ダストの混合物から弱アンモニア水が生成されます。

中和装置で得られた硝酸アンモニウム溶液は、油圧シールおよびスプラッシュトラップを通って最終中和装置ミキサー 7 に連続的に流れ、そこから過剰な酸を中和した後、蒸発のために送られます。

加熱装置内で放出されたジュース蒸気は、分離器２を通過した後、加熱蒸気として第１段蒸発器に送られる。

ヒーター 4 からのジュース蒸気凝縮物はコレクター 5 に収集され、そこからさまざまな生産ニーズに使用されます。

中和装置を始動する前に、取扱説明書に記載されている準備作業が実行されます。 中和プロセスの通常の実施と安全対策の確保に関連する準備作業の一部だけをメモしておきます。

まず、硝酸アンモニウム溶液または水蒸気凝縮物を中和器のサンプリングバルブまで注入する必要があります。

次に、圧力タンクへの硝酸の継続的な供給と、倉庫の保管エリアへの硝酸のオーバーフローを確立する必要があります。 この後、アンモニア合成ワークショップからガス状アンモニアを受け取る必要があります。そのために、ジュース蒸気を大気中に放出するためのラインのバルブと、ミキサー中和装置への溶液出口のバルブを一時的に開く必要があります。 これにより、ポンプ装置内での高圧の発生や、装置の始動時に危険なアンモニアと空気の混合物の形成が防止されます。

同じ目的で、始動前に、中和装置とそれに接続されている通信が蒸気でパージされます。

通常の運転条件に到達した後、加熱装置からのジュース蒸気は加熱蒸気として使用するために送られます。

3.1.4 真空下で稼働する中和プラント

ammの共同処理アンモニア含有ガスおよびアンモニアガスは、アンモニア含有ガス (窒素、メタン、水素など) 中に大量の不純物が存在するため、硝酸アンモニウム、酸、アンモニアが大量に失われるため、実用的ではありません。得られた硝酸アンモニウムの沸騰溶液中に泡立つこれらの不純物は、ジュースの蒸気とともに結合窒素を運び去ります。 また、不純物が混入したジュース蒸気は加熱蒸気として使用できませんでした。 したがって、アンモニア含有ガスは通常、アンモニアガスとは別に処理されます。

真空下で動作する設備では、反応熱は中和装置の外側、つまり真空蒸発器内で使用されます。 ここで、中和装置から出てくる硝酸アンモニウムの熱い溶液は、装置内の真空に相当する温度で沸騰します。 このような設備には、スクラバー型中和装置、真空蒸発装置、および補助装置が含まれます。

図 3 は、真空蒸発器を使用して動作する中和設備の図を示しています。

HP1 - スクラバータイプの中和剤。 H1 - ポンプ。 B1 - 真空蒸発器。 B2 - 真空分離器。 NB1 - 硝酸圧力タンク; B1 - タンク (ゲートミキサー); P1 - ワッシャー。 DN1 - プレ中和剤

図 3 - 真空蒸発器を備えた中和設備の概略図

温度 30 ～ 90 °C、圧力 1.2 ～ 1.3 atm のアンモニア含有ガスがスクラバー中和装置 1 の下部に供給されます。硝酸塩の循環溶液がスクラバーの上部に流入します。シールタンク 6 には通常、タンク 5 から硝酸が連続的に供給されますが、場合によっては 60 °C を超えない温度に予熱されます。 中和プロセスは、20〜50 g/lの範囲の過剰な酸を使用して実行されます。 スクラバー 1 は通常、溶液の沸点より 15 ～ 20 °C 低い温度を維持し、酸の分解と硝酸アンモニウムのミストの形成を防ぎます。 設定温度は、600 mmHg の真空で動作する真空蒸発器からの溶液をスクラバーに注入することによって維持されます。 つまり、その中の溶液の温度はスクラバー内よりも低くなります。

スクラバーで得られた硝酸塩溶液は、５６０〜６００ｍｍＨｇの真空にある真空蒸発器５に吸引される。 美術。 水の部分的な蒸発（蒸発）が発生し、溶液の濃度が増加します。

真空蒸発器から溶液はウォーターシールタンク6に流れ、そこから大部分は再びスクラバー1に注水され、残りは後中和器8に送られます。真空蒸発器3で生成されたジュース蒸気は、真空分離器４を通って表面凝縮器（図示せず）または混合型コンデンサに送られる。 前者の場合、ジュース蒸気の凝縮水は硝酸の製造に使用され、後者の場合は他のさまざまな目的に使用されます。 真空蒸発器内の真空は、ジュースの蒸気が凝縮することによって発生します。 凝縮していない蒸気やガスは真空ポンプによって凝縮器から吸引され、大気中に排出されます。

スクラバー１からの排気ガスは装置７に入り、そこで凝縮水で洗浄されて硝酸塩溶液の滴が除去され、その後、排気ガスも大気中に除去される。 最終の中和剤ミキサーでは、溶液は遊離アンモニアの含有量が 0.1 ～ 0.2 g/l になるまで中和され、ITN 装置で得られた硝酸塩溶液の流れとともに蒸発のために送られます。

図 4 は、より高度な真空中和スキームを示しています。

XK1 - 冷凍コンデンサー; CH1 - スクラバー中和剤; C1、C2 - コレクション。 TsN1、TsN2、TsN3 - 遠心ポンプ; P1 - ガス洗浄機。 G1 - ウォーターシール。 L1 - トラップ。 B1 - 真空蒸発器。 BD1 - 中和剤タンク; B2 - 真空ポンプ。 P2 - ジュースマシン洗浄機。 K1 - 表面コンデンサ

図 4 - 真空中和図:

蒸留ガスは中和器スクラバー 2 の下部に導かれ、循環ポンプ 4 を使用してコレクター 3 からの溶液で灌水されます。

ウォーターシール６を介した収集部３は、スクラバー中和装置２からの溶液、ならびに真空蒸発装置１０およびジュース蒸気洗浄装置１４のトラップ後の溶液を受け取る。

圧力タンク（図示せず）を介して、ジュース蒸気凝縮物で灌漑されたガス洗浄機 5 からの硝酸溶液が収集部 7 に連続的に供給されます。ここから、溶液は循環ポンプ 8 によって洗浄機 5 に供給されます。それらはコレクション 7 に戻されます。

洗浄機５を通過した後の高温ガスは冷凍機−凝縮器１で冷却され、大気中に放出される。

ウォーターシール６からの硝酸アンモニウムの熱溶液は、真空ポンプ１３によって真空蒸発器１０に吸引され、そこでＮＨ ４ ＮＯ ３ の濃度が数パーセント増加する。

真空蒸発器１０内で放出された果汁蒸気は、トラップ９、洗浄器１４および表面凝縮器１５を通過し、真空ポンプ１３によって大気中に放出される。

ポンプ４の吐出ラインからは、所定の酸性度を有する硝酸アンモニウム溶液が中和剤タンクに吐出される。 ここで、溶液はアンモニアガスで中和され、ポンプ１２が蒸発ステーションに送られる。

3.1. 5 主要装備

ITN中和剤。数種類の中和剤が使用されており、主に装置内にアンモニアと硝酸を分配する装置のサイズと設計が異なります。 次のサイズのデバイスがよく使用されます：直径2400 mm、高さ7155 mm、ガラス - 直径1000 mm、高さ5000 mm。 直径 2440 mm、高さ 6294 mm の装置や、既存のミキサーを取り外した装置も使用されます (図 5)。

LK1 - ハッチ; P1 - 棚。 L1 - サンプリングライン。 L2 - ソリューション出力ライン。 BC1 - 内側のガラス。 C1 - 外部容器。 Ш1 - 溶液を排出するためのフィッティング。 P1 - アンモニア分配器。 P2 - 硝酸分配器

図 5 - ITN 中和装置

場合によっては、少量のアンモニア含有ガスの処理に、直径 1700 mm、高さ 5000 mm の ITP 装置が使用されます。

アンモニアガスヒーターは炭素鋼製の多管式装置です。 ケース直径400～476mm、高さ3500～3280mm。 多くの場合、チューブは 121 本のチューブ (チューブ直径 25x3 mm) で構成され、総伝熱面積は 28 m2 です。 気体のアンモニアが管に入り、加熱蒸気または高温の凝縮水が管間の空間に入ります。

加熱装置からのジュース蒸気を加熱に使用する場合、ヒーターはステンレス鋼1Х18Н9Тで作られています。

液体アンモニア蒸発器は炭素鋼製の装置で、その下部には蒸気コイルがあり、中央にはガス状アンモニアが接線方向に入力されます。

ほとんどの場合、蒸発器は 9 atm の圧力 (過剰) の新鮮な蒸気で動作します。 アンモニア蒸発器の底部には、蓄積した汚染物質を定期的にパージするための接続口があります。

硝酸ヒーターは、直径 400 mm、長さ 3890 mm のシェルアンドチューブ装置です。 チューブ直径 25x2 mm、長さ 3500 mm。 総熱交換面積 32 m2。 加熱は絶対圧1.2気圧のジュース蒸気で行います。

スクラバー型中和装置は、直径1800～2400mm、高さ4700～5150mmの縦型円筒形の装置です。 直径2012mm、高さ9000mmの装置も使用されています。 装置の内部には、循環溶液を断面全体に均一に分配するために、いくつかの多孔板またはセラミックリングで作られたノズルがあります。 プレートを備えたデバイスの上部には、50x50x3 mmの寸法のリングの層が配置され、溶液の飛沫に対するバリアとして機能します。

直径 1700 mm、高さ 5150 mm のスクラバーの自由セクション内のガス速度は約 0.4 m/秒です。 スクラバー型装置への溶液の灌注は、175 ～ 250 m3/h の容量を持つ遠心ポンプを使用して実行されます。

真空蒸発器は、直径 1000 ～ 1200 mm、高さ 5000 ～ 3200 mm の垂直円筒形の装置です。 ノズルは 50x50x5 mm のセラミックリングで、規則的に並べられています。

ガス洗浄機は、直径 1000 mm、高さ 5000 mm のステンレス製の縦型円筒形の装置です。 ノズルは 50x50x5 mm のセラミックリングです。

スターラー中和装置 - 30 rpm の速度で回転するスターラーを備えた円筒形の装置。 駆動は、ギアボックスを介して電気モーターから実行されます (図 6)。

Ш1 - レベルメーターを取り付けるためのフィッティング。 B1 - 通気口。 E1 - 電気モーター。 P1 - ギアボックス; VM1 - ミキサーシャフト; L1 - マンホール

図 6 - スターラー中和装置

よく使用されるデバイスの直径は 2800 mm、高さは 3200 mm です。 これらは大気圧下で動作し、硝酸アンモニウム溶液の最終中和に使用され、蒸発のために送られる溶液の中間容器として機能します。

表面凝縮器は、真空蒸発器から来るジュース蒸気を凝縮するように設計された垂直シェルアンドチューブ 2 パス (水中) 熱交換器です。 装置直径 1200 mm、高さ 4285 mm。 伝熱面積309m2。 約 550 ～ 600 mm Hg の真空で動作します。 美術。; チューブあり: 直径 25x2 mm、長さ 3500 m、総数 1150 本。 このようなコンデンサの重量は約7200kgです

場合によっては、蒸発器、加熱装置のトラップ、およびウォーターシールからパージ中に排出されるジュース蒸気の大気中への放出を排除するために、以下の特性を備えた表面凝縮器が設置されます: 本体直径 800 mm、高さ 4430 mm、管の総数483個、直径25×2、総面積125平方メートル。

真空ポンプ。 さまざまなタイプのポンプが使用されます。 VVN-12型ポンプの能力は66m3/h、シャフト回転数は980rpmです。 ポンプは、真空中和ユニット内に真空を作り出すように設計されています。

遠心ポンプ。 真空中和設備で硝酸アンモニウム溶液を循環させるには、容量 175 ～ 250 m3/h の 7ХН-12 ポンプがよく使用されます。 電気モーターの搭載電力は 55 kW です。

4 。 物質とエネルギーの計算

プロセスの材料と熱バランスを計算してみましょう。 製品1トン当たりのアンモニアガスによる硝酸の中和量を計算します。 マニュアル 、 、 の方法論を使用して、表 2 から初期データを取得します。

私たちは、中和プロセスが以下の条件下で進行することを受け入れます。

初期温度、℃

アンモニアガス................................................................ ...................................................50

硝酸................................................ ......................................................................................20

表 2 - 初期データ

材料計算

1 反応により 1 トンの硝酸塩を得るには:

NH3+HNO3=NH4NO3+QJ (9)

理論的には、次の量の原材料が必要です (kg):

アンモニア

17 - 80 x = 1000*17/80 = 212.5

× - 1000

硝酸

63 - 80 x = 1000*63/80 = 787.5

× - 1000

ここで、17、63、80 はそれぞれアンモニア、硝酸、硝酸アンモニウムの分子量です。

NH3 および HNO3 の実際の消費量は理論値よりわずかに高くなります。これは、中和プロセス中に、反応成分や硝酸塩などのわずかな分解による通信漏れによるジュース蒸気による試薬の損失が避けられないためです。

2. 市販品中の硝酸アンモニウムの量を決定します: 0.98*1000=980 kg/h

または

980/80=12.25キロモル/時、

そして水の量も:

1000-980=20kg/h

3. 12.25 kmol/h の硝酸塩を得るために、硝酸 (100%) の消費量を計算します。 化学量論によれば、硝酸塩が生成されるのと同じ量 (kmol/h) が消費されます: 12.25 kmol/h、または 12.25*63=771.75 kg/h

条件によって酸の完全 (100%) 変換が設定されるため、これが供給量になります。

このプロセスには、60% の希酸が含まれます。

771.75/0.6=1286.25kg/h、

水を含む:

1286.25-771.25=514.5kg/h

4. 同様に、12.25 kmol/h を生成するためのアンモニア消費 (100%)、または 12.25*17=208.25 kg/h

25% アンモニア水に換算すると、水 833-208.25 = 624.75 kg/h を含めて、208.25/0.25 = 833 kg/h となります。

5. 試薬に付属の中和剤に含まれる水の総量を求めます。

514.5+624.75=1139.25kg/h

6. 硝酸塩溶液の蒸発によって形成される水蒸気の量を求めてみましょう (市販製品には 20 kg/h が残ります): 1139.25 - 20 = 1119.25 kg/h。

7. 硝酸アンモニウム製造プロセスのマテリアルバランスの表を作成しましょう。

表 3 - 中和プロセスのマテリアルバランス

8. 技術指標を計算してみましょう。

· 理論上の経費係数:

酸の場合 - 63/80=0.78 kg/kg

アンモニアの場合 - 17/80=0.21 kg/kg

· 実経費率:

酸の場合 - 1286.25/1000=1.28 kg/kg

アンモニアの場合 - 833/1000=0.83 kg/kg

中和プロセス中に 1 つの反応のみが発生し、原料の転化率は 1 に等しく (つまり、完全な転化が発生)、損失はありませんでした。これは、実際の収率が理論収率と等しいことを意味します。

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

エネルギー計算

暖かさの到来。 中和プロセス中の入熱は、アンモニアと硝酸によって導入される熱と、中和中に放出される熱で構成されます。

1. アンモニアガスが寄与する熱は次のとおりです。

Q1=208.25*2.18*50=22699.25 kJ、

ここで、208.25 はアンモニア消費量、kg/h です。

2.18 - アンモニアの熱容量、kJ/(kg*°C)

50 - アンモニア温度、°C

2. 硝酸によって導入される熱:

Q2=771.75*2.76*20=42600.8 kJ、

ここで、771.25 は硝酸の消費量、kg/h です。

2.76 - 硝酸の熱容量、kJ/(kg*°C)

20 - 酸温度、°C

3. 中和熱は、生成する硝酸アンモニウム 1 モルあたり、次の方程式に従って事前に計算されます。

HNO3*3.95H2O(液体) +NH3(気体) =NH4NO3*3.95H2O(液体)

ここで、HNO3*3.95H2O は硝酸に相当します。

この反応の熱効果 Q3 は、次の量から求められます。

a) 硝酸の水への溶解熱:

HNO3+3.95H2O=HNO3*3.95H2O (10)

b) 100% 硝酸と 100% アンモニアからの固体 NH4NO3 の生成熱:

HNO3 (液体) + NH3 (気体) = NH4NO3 (固体) (11)

c) 得られた溶液の52.5% (NH4NO3 *H2O)から64% (NH4NO3 *2.5H2O)までの蒸発のための反応熱消費を考慮した、水への硝酸アンモニウムの溶解熱。

NH4NO3 +2.5H2O= NH4NO3*2.5H2O、(12)

ここで、NH4NO3*4H2O は 52.5% の NH4NO3 濃度に相当します。

NH4NO3*4H2Oの値は比率から計算されます。

80*47.5/52.5*18=4H2O、

ここで、80 は NH4NO3 の分子量です

47.5 - HNO3 濃度、%

52.5 - NH4NO3 濃度、%

18 - H2O のモル重量

NH4NO3*2.5H2O の値も同様に計算され、NH4NO3 の 64% 溶液に相当します。

80*36/64*18=2.5H2O

反応(10)によれば、硝酸の水への溶解熱qは2594.08J/molである。 反応 (11) の熱効果を求めるには、硝酸アンモニウムの生成熱から NH3 (気体) と HNO3 (液体) の生成熱の合計を差し引く必要があります。

18℃、1気圧における単体からのこれらの化合物の生成熱は次の値になります（J/mol）。

NH3(ガス):46191.36

HNO3 (液体): 174472.8

NH4NO3(s):364844.8

化学プロセスの全体的な熱影響は、最初の相互作用物質と最終生成物の生成熱のみに依存します。 このことから、反応 (11) の熱効果は次のようになります。

q2=364844.8-(46191.36+174472.8)=144180.64 J/mol

反応(12)によるNH4NO3の溶解熱q3は15606.32J/molに等しい。

NH4NO3 の水への溶解は、熱の吸収によって起こります。 この点において、溶液の熱はマイナス記号を付けてエネルギーバランスに取り込まれます。 NH4NO3 溶液の濃度は、熱の放出に応じて進行します。

したがって、Q3 反応の熱効果は

HNO3 +*3.95H2O(液体)+ NH3(気体) =NH4NO3*2.5H2O(液体)+1.45 H2O(蒸気)

は次のようになります:

Q3=q1+q2+q3= -25940.08+144180.64-15606.32=102633.52 J/mol

1 トンの硝酸アンモニウムを製造する場合、中和反応の熱は次のようになります。

102633.52*1000/80=1282919 kJ、

ここで、80 は NH4NO3 の分子量です

上記の計算から、総熱利得は、アンモニアの場合は 22699.25、硝酸の場合は 42600.8、中和熱により 1282919、合計 1348219.05 kJ となることが明らかです。

熱消費。 硝酸をアンモニアで中和すると、得られる硝酸アンモニウム溶液によって装置から熱が奪われ、この溶液から水が蒸発するのに費やされて環境中に失われます。

硝酸アンモニウム溶液によって持ち去られる熱量は次のとおりです。

Q=(980+10)*2.55tkip、

ここで、980は硝酸アンモニウム溶液の量、kgです。

10 - NH3 および HNO3 の損失、kg

tboil - 硝酸アンモニウム溶液の沸騰温度、°C

硝酸アンモニウム溶液の沸点は、中和装置内の絶対圧力 1.15 ～ 1.2 気圧で測定されます。 この圧力は、飽和水蒸気の温度 103 °C に相当します。 大気圧では、NH4NO3 溶液の沸点は 115.2 °C です。 温度降下は次と等しくなります。

?t=115.2 - 100=15.2 °C

64% NH4NO3 溶液の沸点を計算する

tboil = ツァット。 蒸気+?t*з =103+15.2*1.03 = 118.7°С、

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製造された製品、原材料および製造用材料の特性。 硝酸アンモニウムを製造する技術的プロセス。 硝酸をアンモニアガスで中和し、蒸発させて高濃度の溶融物を得る。

コースワーク、2016/01/19 追加


粒状硝酸アンモニウムの製造の自動化。 ジュース蒸気供給ライン内の圧力を安定させ、気圧凝縮器からの蒸気凝縮水の温度を調整するための回路。 真空ポンプへの出口ライン内の圧力を監視します。

コースワーク、2014/01/09 追加


硝酸アンモニウムは一般的で安価な窒素肥料です。 その生産のための既存の技術スキームのレビュー。 OJSC Cherepovets Azotにおける窒素-リン酸塩複合肥料の生産による硝酸アンモニウム生産の近代化。

論文、2012 年 2 月 22 日追加


バルク材料、湿った粉末およびペーストを造粒および混合するための造粒機の説明。 硝酸アンモニウムと尿素をベースにした複合肥料の製造。 乾燥、冷却、重合により粒子間の結合を強化します。

コースワーク、2015/03/11 追加


アンモニア冷凍ユニットの目的、設計、機能図。 与えられた最適なモードの熱力学図におけるサイクルの構築。 冷却能力、消費電力、エネルギー消費量の決定。

テスト、2013 年 12 月 25 日追加


乾燥プロセスの本質とその技術スキームの説明。 ドラム式雰囲気乾燥機の構造と基本計算。 乾燥機に供給される排ガスのパラメータ、自動湿度制御。 乾燥剤の輸送。

コースワーク、2012/06/24 追加


硝酸の最新の製造方法のレビュー。 設置の技術計画、主要装置および補助装置の設計の説明。 原材料と最終製品、副産物および生産廃棄物の特性。

論文、2013/11/01 追加


希硝酸を製造するための工業的方法。 アンモニア酸化の触媒。 混合ガスの組成。 アンモニアと空気の混合物中の最適なアンモニア含有量。 硝酸系の種類。 反応器の材料と熱バランスの計算。

コースワーク、2015/03/14 追加


技術プロセス、技術規範。 リン酸二アンモニウムの物理化学的性質。 テクノロジーシステム。 リン酸の受付、配布。 リン酸の中和の第一段階と第二段階。 製品の造粒と乾燥。

コースワーク、2008 年 12 月 18 日追加


硝酸製造のための原料および副原料の特徴。 採用された生産スキームの選択と正当化。 技術スキームの説明。 プロセスのマテリアルバランスの計算。 技術プロセスの自動化。

硝酸アンモニウムは最も一般的な肥料の 1 つです。

硝酸アンモニウム (別名硝酸アンモニウム) は、硝酸とアンモニアからこれらの化合物の化学的相互作用によって工場で製造されます。

製造プロセスは次の段階で構成されます。

1. アンモニアガスによる硝酸の中和。
2. 硝酸アンモニウム溶液の蒸発。
3. 硝酸アンモニウムの結晶化。
4. 塩を乾燥させます。

この図は、硝酸アンモニウムの製造の簡略化されたプロセス フロー図を示しています。 このプロセスはどのように行われるのでしょうか?

原料であるアンモニアガスと硝酸（水溶液）は中和装置に入ります。 ここで、両方の物質の化学的相互作用の結果、大量の熱の放出を伴う激しい反応が発生します。 この場合、水の一部が蒸発し、生じた水蒸気（いわゆる樹液蒸気）がトラップを通して外部に排出されます。

不完全に蒸発した硝酸アンモニウム溶液は、中和装置から次の装置、つまり最終中和装置に流れます。 アンモニア水溶液を加えた後、硝酸の中和プロセスが終了します。

硝酸アンモニウム溶液は前中和器から、連続的に作動する真空装置である蒸発器にポンプで送られます。 このような装置内の溶液は、減圧下、この場合は１６０〜２００ｍｍＨｇの圧力で蒸発される。 美術。 蒸発のための熱は、蒸気で加熱された管の壁を通って溶液に伝達されます。

溶液の濃度が９８％に達するまで蒸発を行う。 この後、溶液は結晶化に進みます。

１つの方法によれば、硝酸アンモニウムの結晶化は、内側から冷却されるドラムの表面で起こる。 ドラムが回転すると、その表面に最大 2 mm の厚さの結晶化した硝酸アンモニウムの皮が形成されます。 クラストはナイフで切り取られ、乾燥のためにシュートに送られます。

硝酸アンモニウムは、回転乾燥ドラム内で 120°の温度で熱風により乾燥されます。 乾燥後、完成品は梱包に送られます。 硝酸アンモニウムには 34 ～ 35% の窒素が含まれています。 ケーキングを軽減するために、製造中にさまざまな添加剤がその組成物に加えられます。

硝酸アンモニウムは工場で顆粒状とフレーク状で製造されます。 フレーク硝石は空気中の水分を強く吸収するため、保管中に広がって脆さが失われます。 造粒硝酸アンモニウムは粒（顆粒）の形状をしています。

硝酸アンモニウムの造粒は主に塔内で行われます (図を参照)。 硝酸アンモニウムの蒸発した溶液（溶融物）は、塔の天井に取り付けられた遠心分離機を使用して噴霧されます。

溶融物は連続的な流れで遠心分離機の回転する穴あきドラムに流れ込みます。 スプレーはドラムの穴を通過すると、適切な直径のボールになり、落下しながら固まります。

粒状硝酸アンモニウムは良好な物理的特性を備えており、保管中に固まらず、現場でよく分散し、空気から水分をゆっくりと吸収します。

硫酸アンモニウム - (そうでなければ - 硫酸アンモニウム) には 21% の窒素が含まれています。 硫酸アンモニウムの大部分はコークス産業によって生産されます。

今後数年間で、窒素を46％含む最も高濃度の窒素肥料である尿素、または尿素の生産が大きな発展を遂げるでしょう。

尿素は、高圧下でアンモニアと二酸化炭素から合成して生成されます。 肥料としてだけでなく、家畜の飼料（たんぱく質栄養の補給）やプラスチック製造の中間体としても利用されています。

液体窒素肥料（液体アンモニア、アンモニア、アンモニア水）も非常に重要です。

液体アンモニアは、高圧下での液化によって気体アンモニアから生成されます。 窒素が82％含まれています。 アンモニア化合物は、硝酸アンモニウム、硝酸カルシウム、または尿素を液体アンモニアに溶かし、少量の水を加えたものです。 最大 37% の窒素が含まれています。 アンモニア水はアンモニアの水溶液です。 窒素が20％含まれています。 作物への影響という点では、液体窒素肥料も固形肥料に劣りません。 また、溶液の蒸発、乾燥、造粒の操作が不要なため、固体のものよりもはるかに安価に製造できます。 3種類の液体窒素肥料のうち、最も広く使われているのがアンモニア水です。 もちろん、液体肥料を土壌に散布したり、保管したり輸送したりするには、特別な機械や設備が必要です。

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