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• 소개
• 1. 질산암모늄 생산
• 2. 원자재
• 3. 암모니아 합성
• 4. 대상상품의 특성
• 5. 대상제품의 주요 생산공정 및 생산환경안전성에 대한 물리화학적 실증

소개

광물질 비료의 가장 중요한 유형은 질소 비료입니다: 질산암모늄, 요소, 황산암모늄, 암모니아 수용액 등. 질소는 식물의 생명에 매우 중요한 역할을 합니다. 이는 태양광 수용체인 엽록소의 일부입니다. 살아있는 세포를 구성하는 데 필요한 에너지, 단백질. 식물은 질산염, 암모늄염 또는 아미드 형태의 고정 질소만 소비할 수 있습니다. 토양 미생물의 활동으로 인해 대기 질소로부터 상대적으로 적은 양의 고정 질소가 형성됩니다. 그러나 현대 집약 농업은 대기 질소의 산업적 고정의 결과로 얻은 질소 비료를 토양에 추가로 적용하지 않으면 더 이상 존재할 수 없습니다.

질소 비료는 질소 화합물(질산염, 암모늄, 아미드), 상 상태(고체 및 액체)의 형태로 질소 함량이 서로 다르며 생리적으로 산성인 비료와 생리적으로 알칼리성인 비료도 있습니다.

1. 질산암모늄 생산

질산암모늄 또는 질산암모늄, NH 4 NO 3 - 암모늄 및 질산염 형태의 질소 35%를 함유한 흰색 결정질 물질 , 두 형태의 질소 모두 식물에 쉽게 흡수됩니다. 과립형 질산암모늄은 파종 전과 모든 유형의 비료에 대규모로 사용됩니다. 소규모에서는 폭발물을 생산하는 데 사용됩니다.

질산암모늄은 물에 잘 녹고 흡습성(공기 중 수분을 흡수하는 능력)이 높습니다. 이것이 비료 과립이 퍼지고 결정 모양을 잃고 비료가 굳어지는 이유입니다. 벌크 재료가 단단한 단일체 덩어리로 변합니다.

질산암모늄은 세 가지 유형으로 생산됩니다.

A 및 B - 업계에서 사용됩니다. 폭발성 혼합물(암모나이트, 암모니아)에 사용됩니다.

B는 약 33-34%의 질소를 함유하는 효과적이고 가장 일반적인 질소 비료입니다. 생리적인 산성도를 가지고 있습니다.

2. 원자재

질산암모늄 생산의 출발물질은 암모니아와 질산이다.

질산 . 순수한 질산 HNO는 -42 °C에서 밀도가 1.51 g/cm3인 무색 액체이며 투명한 결정질 덩어리로 응고됩니다. 공기 중에서는 증기가 공기 중의 수분과 함께 작은 안개 방울을 형성하기 때문에 진한 염산과 마찬가지로 "연기"입니다. 질산은 내구성이 없으며 이미 빛의 영향을 받아 점차 분해됩니다.

온도가 높을수록, 산의 농도가 높을수록 분해 속도가 빨라집니다. 방출된 이산화질소는 산에 용해되어 갈색을 띄게 됩니다.

질산은 가장 강력한 산 중 하나입니다. 희석 용액에서는 H 및 -NO 이온으로 완전히 분해됩니다. 질산은 가장 중요한 질소 화합물 중 하나입니다. 질소 비료, 폭발물 및 유기 염료 생산에 대량으로 사용되며 많은 분야에서 산화제로 사용됩니다. 화학 공정으로 황산 생산에 사용되며, 아질산법을 사용하는 산은 셀룰로오스 바니시 및 필름 제조에 사용됩니다. .

질산의 산업 생산 . 질산을 생산하는 현대 산업적 방법은 대기 산소를 이용한 암모니아의 촉매 산화에 기초합니다. 암모니아의 성질을 기술할 때 산소 중에서 연소하며 반응 생성물은 물과 유리질소인 것으로 나타났으나, 촉매가 있을 경우 암모니아와 산소의 산화는 다르게 진행될 수 있다. 촉매 위로 통과한 다음 750°C에서 혼합물의 특정 조성에서 거의 완전한 전환이 발생합니다.

생성된 혼합물은 쉽게 통과하여 대기 산소가 있는 물과 함께 질산을 생성합니다.

백금 기반 합금은 암모니아 산화용 촉매로 사용됩니다.

암모니아를 산화시켜 얻은 질산의 농도는 60%를 초과하지 않습니다. 필요하다면 농축하여 사용하고,

업계에서는 55, 47, 45% 농도의 희석된 질산과 98%, 97%의 농축된 질산을 생산하며, 농축된 산은 알루미늄 탱크로, 희석된 산은 내산성 강철로 만들어진 탱크로 운반됩니다.

3. 암모니아 합성

암모니아 질소 질산염 원료

암모니아는 산업 및 농업에 사용되는 다양한 질소 함유 물질의 핵심 제품입니다. D.N. Pryanishnikov는 식물의 질소 물질 대사에서 암모니아를 "알파와 오메가"라고 불렀습니다.

다이어그램은 암모니아의 주요 용도를 보여줍니다. 암모니아의 조성은 1784년 C. Berthollet에 의해 확립되었습니다. 암모니아 NH 3는 염기이며 중간 정도의 강한 환원제이며 빈 결합 궤도를 갖는 양이온과 관련하여 효과적인 착화제입니다.

공정의 물리화학적 기초 . 원소로부터 암모니아의 합성은 반응식에 따라 수행됩니다.

N2+3H2=2NH3; ?시간<0

이 반응은 가역적이고 발열 반응이며, 큰 음의 엔탈피 효과(ΔH = -91.96 kJ/mol)가 특징이며, 고온에서는 훨씬 더 발열이 됩니다(ΔH = -112.86 kJ/mol). Le Chatelier의 원리에 따르면 가열되면 평형이 왼쪽으로 이동하여 암모니아 수율이 감소합니다. 이 경우 엔트로피 변화도 음수이며 반응에 유리하지 않습니다. ΔS의 음수 값을 사용하면 온도가 증가하면 반응이 발생할 확률이 감소합니다.

암모니아 합성 반응은 부피가 감소하면서 진행됩니다. 반응식에 따르면 초기 기체 반응물 4몰이 기체 생성물 2몰을 형성합니다. Le Chatelier의 원리에 기초하여 평형 조건에서 혼합물의 암모니아 함량은 저압보다 고압에서 더 높다는 결론을 내릴 수 있습니다.

4. 대상상품의 특성

물리화학적 특성 . 질산암모늄(질산암모늄) NH4NO3의 분자량은 80.043입니다. 순수한 제품은 산소 60%, 수소 5%, 질소 35%(암모니아 및 질산염 형태로 각각 17.5%)를 함유한 무색 결정질 물질입니다. 기술 제품에는 최소 34.0%의 질소가 포함되어 있습니다.

질산암모늄의 기본 물리화학적 특성에스:

질산암모늄은 온도에 따라 대기압에서 열역학적으로 안정한 5가지 결정 변형으로 존재합니다(표). 각 변형은 특정 온도 범위에서만 존재하며, 한 변형에서 다른 변형으로의 전이(다형성)는 결정 구조의 변화, 열 방출(또는 흡수)뿐만 아니라 비체적, 열용량의 급격한 변화를 동반합니다. , 엔트로피 등. 다형성 전이는 가역적입니다 - 거울상 이방성입니다.

테이블. 질산암모늄의 결정 변형

NH 4 NO 3 -H 2 O 시스템(그림 11-2)은 단순한 공융 시스템을 의미합니다. 공융점은 42.4% MH 4 MO 3 농도와 -16.9 °C의 온도에 해당합니다. 다이어그램의 왼쪽 가지(물의 액상선)는 시스템 NN 4 MO 3 -H 2 O에서 얼음 방출 조건에 해당합니다. 액상선 곡선의 오른쪽 가지는 MH 4 MO 3의 용해도 곡선입니다. 물 속. 이 곡선에는 변형 전이 NH 4 NO 3 1 = 11(125.8°C), II = III(84.2°C) 및 111 = IV(32.2°C) 온도에 해당하는 3개의 중단점이 있습니다. 무수 질산암모늄은 169.6℃이다. 소금의 수분 함량이 증가함에 따라 감소한다.

수분 함량에 대한 NH 4 NO 3 (Tcrystal, "C)의 결정화 온도 의존성 (엑스,%) 최대 1.5%는 다음 방정식으로 설명됩니다.

t 크리스스트 = 169.6 - 13, 2배 (11.6)

수분 함량에 따른 황산암모늄 첨가에 따른 질산암모늄 결정화 온도의 의존성 (엑스,%) 최대 1.5% 및 황산암모늄(U, %) 최대 3.0%는 다음 방정식으로 표현됩니다.

t 결정 = 169.6 - 13.2X+2, OU. (11.7).

질산암모늄은 물에 용해되어 열을 흡수합니다. 다음은 25°C에서 물에 함유된 다양한 농도의 질산암모늄의 용해열(Q dist) 값입니다.

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

질산암모늄은 물, 에틸 및 메틸 알코올, 피리딘, 아세톤 및 액체 암모니아에 잘 녹습니다.

쌀. 11-2. 시스템 상태 다이어그램NH4 N03 - 시간20

열분해 . 질산암모늄은 연소를 촉진할 수 있는 산화제입니다. 제한된 공간에서 가열할 때 열분해 생성물을 자유롭게 제거할 수 없는 경우 질산염은 특정 조건에서 폭발(폭발)할 수 있습니다. 예를 들어 폭발물에 의해 시작되는 경우와 같이 강한 충격의 영향으로 폭발할 수도 있습니다.

110°C에서 가열하는 초기 기간 동안 질산염이 암모니아와 질산으로 점차 흡열 해리됩니다.

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

165°C에서는 체중 감소가 하루 6%를 초과하지 않습니다. 해리 속도는 온도뿐만 아니라 질산염 표면과 부피 사이의 비율, 불순물 함량 등에 따라 달라집니다.

암모니아는 질산보다 용융물에 덜 용해되므로 더 빨리 제거됩니다. 질산의 농도는 온도에 의해 결정되는 평형값까지 증가합니다. 용융물에 질산이 존재하면 열분해의 자가촉매 특성이 결정됩니다.

200-270 °C의 온도 범위에서 질산염이 아산화질소와 물로 분해되는 주로 약한 발열 반응이 발생합니다.

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

열분해 속도에 대한 눈에 띄는 효과는 질산암모늄의 해리 생성물인 질산의 열분해 중에 형성되는 이산화질소에 의해 발휘됩니다.

이산화질소가 질산염과 반응하면 질산, 물, 질소가 생성됩니다.

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

이 반응의 열 효과는 질산염이 N 2 O 및 H 2 O로 분해되는 반응의 열 효과보다 6 배 이상 높습니다. 따라서 산성화 된 질산염에서는 상온에서도 상당한 발열 반응으로 인해 이산화질소와의 상호 작용으로 인해 자발적인 열분해가 발생하며, 대량의 질산암모늄을 사용하면 급속하게 분해될 수 있습니다.

폐쇄계에서 질산염을 210~220℃로 가열하면 암모니아가 축적되고 질산의 농도가 감소하여 분해반응이 강하게 억제되며, 대부분의 염이 아직 분해되지 않았습니다. 더 높은 온도에서는 암모니아가 더 빨리 산화되고 질산이 시스템에 축적되며 반응이 상당한 자체 가속으로 진행되어 폭발로 이어질 수 있습니다.

에 첨가제 암모니아 방출로 분해될 수 있는 질산암모늄 물질(예: 요소 및 아세트아미드)은 열분해를 억제합니다. 은 또는 탈륨 양이온이 포함된 염은 용융물에서 질산염 이온과 복합체가 형성되어 반응 속도를 크게 증가시킵니다. 염소 이온은 열분해 과정에 강력한 촉매 효과를 갖습니다. 염화물과 질산암모늄을 함유한 혼합물을 220~230°C로 가열하면 다량의 가스가 방출되면서 매우 빠른 분해가 시작됩니다. 반응열로 인해 혼합물의 온도가 크게 상승하고 단시간 내에 분해가 완료됩니다.

염화물 함유 혼합물이 150-200 ° C의 온도로 유지되면 유도라고 불리는 첫 번째 기간에 분해는 주어진 온도에서 질산염의 분해에 해당하는 속도로 진행됩니다. 이 기간 동안 분해 외에도 다른 공정도 발생하며 그 결과 특히 혼합물의 산 함량이 증가하고 소량의 염소가 방출됩니다. 유도 기간이 지나면 분해가 빠른 속도로 진행되며 강한 열 방출과 다량의 독성 가스 생성이 동반됩니다. 염화물 함량이 높으면 질산 암모늄 전체 질량의 분해가 빠르게 끝납니다. 이를 고려하여 제품의 염화물 함량은 엄격하게 제한됩니다.

질산암모늄 생산에 사용되는 메커니즘을 작동할 때 제품과 상호 작용하지 않고 열분해 초기 온도를 낮추지 않는 윤활유를 사용해야 합니다. 이를 위해 예를 들어 VNIINP-282 윤활제(GOST 24926-81)를 사용할 수 있습니다.

대량 보관 또는 봉지에 포장하기 위해 보내는 제품의 온도는 55°C를 초과해서는 안 됩니다. 폴리에틸렌 또는 크래프트 종이 봉투가 용기로 사용됩니다. 질산암모늄을 사용한 폴리에틸렌 및 크라프트지의 활성 산화 과정이 시작되는 온도는 각각 270~280°C 및 220~230°C입니다. 빈 플라스틱 및 크라프트 종이 봉지는 제품 잔여물을 제거해야 하며, 사용할 수 없는 경우 소각해야 합니다.

폭발 에너지 측면에서 질산암모늄은 대부분의 폭발물보다 3배 더 약합니다. 입상 제품은 원칙적으로 폭발할 수 있지만 뇌관 캡슐을 사용한 기폭은 불가능합니다. 이를 위해서는 강력한 폭발물의 대량 충전이 필요합니다.

질산염의 폭발적 분해는 다음 방정식에 따라 진행됩니다.

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

방정식(11.12)에 따르면 폭발열은 1.48 MJ/kg이어야 합니다. 그러나 그 중 하나가 흡열반응(11.9)인 부반응의 발생으로 인해 실제 폭발열은 0.96 MJ/kg으로 육각형의 폭발열(5.45 MJ)에 비하면 작은 수준이다. 그러나 질산암모늄과 같은 대용량 제품의 경우 (약하긴 하지만) 폭발성 특성을 고려하는 것이 안전을 보장하는 데 중요합니다.

업계에서 생산되는 질산암모늄의 품질에 대한 소비자 요구 사항은 GOST 2-85에 반영되어 있으며 이에 따라 두 가지 등급의 상용 제품이 생산됩니다.

과립의 강도는 IPG-1, MIP-10-1 또는 OSPG-1M 장치를 사용하여 GOST-21560.2-82에 따라 결정됩니다.

백에 포장된 과립형 질산암모늄의 취약성은 GOST-21560.5-82에 따라 결정됩니다.

GOST 14702-79-" 방수"

5. 대상제품의 주요 생산공정 및 생산환경안전성에 대한 물리화학적 실증

실제로 비점결성 질산암모늄을 얻기 위해 여러 가지 기술적 방법이 사용됩니다. 흡습성 염에 의한 수분 흡수 속도를 줄이는 효과적인 방법은 과립화입니다. 균질한 과립의 총 표면적은 같은 양의 미세 결정염의 표면보다 작으므로 과립형 비료는 공기 중 수분을 더 천천히 흡수합니다. 때때로 질산암모늄은 흡습성이 덜한 염(예: 황산암모늄)과 융합됩니다.

인산암모늄, 염화칼륨, 질산마그네슘도 유사하게 작용하는 첨가제로 사용됩니다. 질산암모늄을 생산하는 과정은 암모니아 기체와 질산 용액 사이의 이질적인 반응을 기반으로 합니다.

NH 3 + HNO 3 = NH 4 NO 3

?H = -144.9kJ(VIII)

화학 반응은 고속으로 발생합니다. 산업용 반응기에서는 액체에 기체가 용해되는 것에 의해 제한됩니다. 확산 억제를 줄이기 위해서는 시약을 혼합하는 것이 매우 중요합니다.

장치 설계를 개발할 때 공정을 수행하기 위한 집중적인 조건을 크게 확보할 수 있습니다. 반응(VIII)은 연속적으로 작동하는 ITN 장치(중화열 사용)에서 수행됩니다. 반응기는 반응 구역과 분리 구역으로 구성된 수직 원통형 장치입니다. 반응 구역에는 유리가 있고, 그 아래 부분에는 용액 순환을 위한 구멍이 있습니다. 버블러는 유리 내부 구멍 약간 위에 위치합니다. 2 암모니아 가스 공급을 위해 그 위에 버블러가 있습니다. 3 질산 공급을 위해 반응 증기-액체 혼합물은 반응 유리의 상단에서 나옵니다. 용액의 일부는 ITN 장치에서 제거되어 최종 중화 장치로 들어가고 나머지(순환)는 다시 내려갑니다. 증기-액체 혼합물에서 방출된 주스 증기는 캡 플레이트에서 세척됩니다. 6 질산암모늄 용액과 질산 증기가 20% 질산염 용액으로 튀어 나온 다음 증기 응축수를 주스로 만듭니다.

반응열(VIII)은 반응 혼합물에서 물을 부분적으로 증발시키는 데 사용됩니다(따라서 장치 이름 - ITN). 장치의 여러 부분에서의 온도 차이로 인해 반응 혼합물이 더욱 집중적으로 순환됩니다.

질산암모늄 생산을 위한 기술 공정에는 암모니아로 질산을 중화하는 단계 외에도 질산염 용액의 증발 단계, 용융물 과립화, 과립 냉각, 계면활성제를 사용한 과립 처리 단계가 포함됩니다. , 질산염의 포장, 저장 및 적재, 가스 배출 및 폐수 정화.

그림에서. 1360톤/일 용량의 질산암모늄 AS-72 생산을 위한 현대식 대용량 장치의 다이어그램이 표시됩니다. 초기 58-60% 질산은 히터에서 가열됩니다 / 최대 70-80 ITN 장치의 주스 증기로 3 그리고 중화를 위해 보내집니다. 장치 앞에서 3 인산과 황산은 완제품에 0.3-0.5% P 2 O 5 및 0.05-0.2% 황산암모늄이 포함되는 양으로 질산에 첨가됩니다.

이 장치에는 병렬로 작동하는 두 개의 ITN 장치가 포함되어 있습니다. 질산 외에도 히터에서 예열된 암모니아 가스가 공급됩니다. 2 최대 120-130 °C의 증기 응축수. 공급되는 질산과 암모니아의 양은 ITN 장치 출구에서 용액에 약간 과량의 산(2~5g/l)이 포함되어 암모니아가 완전히 흡수되도록 조절됩니다.

질산(58-60%)이 장치에서 가열됩니다. 2 ITN 장치의 주스 증기로 최대 80-90 °C 8. 히터의 암모니아 가스 1 증기 응축수에 의해 120-160°C로 가열됩니다. 자동으로 제어되는 비율의 질산과 기체 암모니아가 병렬로 작동하는 두 개의 ITN 5 장치의 반응 부분에 들어갑니다. 155~170°C에서 ITN 장치를 떠나는 89~92% NH 4 NO 3 용액에는 2~5g/l 범위의 과량의 질산이 있어 암모니아가 완전히 흡수됩니다.

장치의 상부에서는 반응부에서 나오는 즙 증기가 질산암모늄의 튀는 부분으로부터 세척됩니다. 세척 스크러버에서 나오는 20% 질산암모늄 용액과 HNO 3 및 NH 3 증기 18 그리고 질산가열기에서 나온 즙증기 응축수 2, 이는 장치 상부의 캡 플레이트에 제공됩니다. 주스 증기의 일부는 히터 2에서 질산을 가열하는 데 사용되며 대부분은 세척 스크러버로 보내집니다. 18, 과립화 타워의 공기와 증발기의 증기-공기 혼합물이 혼합되는 곳 6 스크러버 세척 플레이트에서 세척했습니다. 세척된 증기-공기 혼합물은 팬에 의해 대기 중으로 방출됩니다. 19.

ITN 장치의 솔루션 8 순차적으로 중화제를 통과 4 및 제어 중화제 5. 중화제로 4 황산과 인산은 완제품에 0.05-0.2% 황산암모늄과 0.3-0.5% P20이 포함되도록 하는 양만큼 첨가됩니다. 플런저 펌프에 의한 산의 주입량은 장치의 부하에 따라 조정됩니다.

ITN 장치의 질산암모늄 용액에서 과잉 NMO3를 중화하고 후중화기 4에 황산 및 인산을 도입한 후 용액은 제어 후중화기를 통과합니다. 5 (중화제에서 산이 누출되는 경우에만 암모니아가 자동으로 공급되는 경우) 4) 그리고 증발기로 들어갑니다 6. AS-67 유닛과 다르게 증발기 상부가 6 증기 응축수가 공급되는 두 개의 체 세척 플레이트가 장착되어 질산 암모늄에서 증발기의 증기-공기 혼합물을 세척합니다.

증발기에서 녹는 질산염 6, 물개와 중화제를 통과 9 그리고 필터 10, 탱크에 들어갑니다 11, 수중 펌프에서 나오는 곳 12 노크 방지 노즐이 있는 파이프라인을 통해 압력 탱크로 공급됩니다. 15, 그런 다음 과립기로 16 또는 17. 용융 펌핑 장치의 안전성은 증발기에서 증발하는 동안 용융 온도의 자동 유지(190 °C 이하), 중화기 이후 용융 환경의 제어 및 조절 시스템을 통해 보장됩니다. 9 (0.1-0.5 g/l NH 3 이내), 탱크 내 용융 온도를 제어하여 11, 펌프 하우징 12 그리고 압력 파이프라인. 공정의 규제 매개변수가 벗어나면 용융물 펌핑이 자동으로 중단되고 탱크의 용융물은 11 그리고 증발기 6 온도가 상승하면 응축수로 희석하십시오.

과립화는 두 가지 유형의 과립기에 의해 제공됩니다. 16 그리고 단분산 17. 대규모 장치에 사용되는 진동음향 과립기는 더 안정적이고 사용하기 편리한 것으로 입증되었습니다.

용융물은 직사각형 금속 타워에서 과립화됩니다. 20 평면 크기는 8x11m이고 과립의 비행 높이는 55m로 여름에는 최대 500,000개의 역기류로 직경 2-3mm ~ 90-120°C의 과립의 결정화 및 냉각을 보장합니다. m3/h, 겨울철(낮은 온도)에는 최대 300~400,000 m3/h입니다. 타워 바닥에는 벨트 컨베이어에 의해 과립이 운반되는 수용 콘이 있습니다. 21 CC 냉각 장치로 보내짐 22.

냉각 장치 22 유동층 격자의 각 섹션 아래에 자율적인 공기 공급이 가능한 세 개의 섹션으로 나뉩니다. 헤드 부분에는 과립기의 작동 모드 중단으로 인해 형성된 질산염 덩어리를 걸러내는 스크린이 내장되어 있습니다. 덩어리는 용해를 위해 보내집니다. 팬에 의해 냉각 장치 부분에 공기가 공급됩니다. 23, 장치에서 가열 24 ITN 장치의 주스 증기 열로 인해 발생합니다. 가열은 대기 습도가 60% 이상일 때 수행되며 겨울에는 과립이 급격하게 냉각되는 것을 방지합니다. 질산암모늄 과립은 장치의 부하와 주변 공기 온도에 따라 냉각 장치의 1개, 2개 또는 3개 섹션을 순차적으로 통과합니다. 과립형 제품의 권장 냉각 온도는 겨울에는 27°C 미만이고 여름에는 최대 40-50°C입니다. 기온이 30°C를 초과하는 일수가 많은 남부 지역에서 장치를 작동하는 경우 냉각 장치의 세 번째 섹션은 사전 냉각된 공기(증발 암모니아 열교환기 내)로 작동합니다. 각 구역에 공급되는 공기량은 75~80,000m3/h입니다. 팬 압력 3.6kPa. 최대 0.52g/m3의 질산암모늄 먼지를 포함하는 온도 45-60°C의 장치 섹션에서 배출되는 공기는 과립화 타워로 보내지며, 여기서 대기 공기와 혼합되어 세척을 위해 공급됩니다. 세척 수세미 18.

냉각된 제품은 창고로 보내지거나 계면활성제(NP 분산제)로 처리된 후 대량으로 배송되거나 가방에 포장됩니다. NF 분산제로 처리는 중공 장치에서 수행됩니다. 27 환형 수직 과립 흐름을 분사하는 중앙에 위치한 노즐 또는 회전 드럼. 사용된 모든 장치의 입상 제품 처리 품질은 GOST 2-85의 요구 사항을 충족합니다.

과립형 질산암모늄은 최대 11m 높이의 더미로 창고에 저장되며, 소비자에게 배송되기 전에 질산염은 체질을 위해 창고에서 공급됩니다. 비표준 제품은 용해되고 용액은 공원으로 반환됩니다. 표준품은 NF 분산제로 처리되어 소비자에게 배송됩니다.

황산 및 인산 탱크와 주입용 펌핑 장비는 별도의 장치에 배치됩니다. 중앙 제어 지점, 변전소, 실험실, 서비스 및 가정 건물은 별도의 건물에 있습니다.

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질산암모늄은 일반적이고 값싼 질소 비료입니다. 생산을 위한 기존 기술 계획을 검토합니다. OJSC Cherepovets Azot에서 복합 질소-인산염 비료 생산을 통한 질산암모늄 생산 현대화.

논문, 2012년 2월 22일에 추가됨


질산 생산을 위한 원료 및 보조재료의 특성. 채택된 생산 계획의 선택 및 정당화. 기술 계획에 대한 설명. 프로세스의 재료 수지 계산. 기술 프로세스의 자동화.

논문, 2011년 10월 24일 추가됨


묽은 질산을 생산하는 산업적 방법. 암모니아 산화용 촉매. 가스 혼합물의 구성. 암모니아-공기 혼합물의 최적 암모니아 함량. 질산 시스템의 종류. 원자로의 재료 및 열 균형 계산.

코스 작업, 2015년 3월 14일에 추가됨


질산 생산을 위한 현대적 방법의 검토. 주요 장치 및 보조 장비의 설치, 설계 기술 계획에 대한 설명입니다. 원자재 및 완제품, 부산물, 생산 폐기물의 특성.

논문, 2013년 11월 1일에 추가됨


암모니아 합성 촉매의 생산 및 사용. 산화물 촉매의 구조, 환원 조건이 활성에 미치는 영향. 회복의 메커니즘과 동역학. 암모니아 합성 촉매 회수를 위한 열중량 측정 설비.

논문, 2011년 5월 16일에 추가됨


벌크 재료, 습윤 분말 및 페이스트를 과립화하고 혼합하기 위한 과립기에 대한 설명입니다. 질산암모늄과 요소를 기반으로 한 복합비료 생산. 건조, 냉각 및 중합을 통해 입자 간의 결합을 강화합니다.

코스 작업, 2015년 3월 11일에 추가됨


암모니아 생산 단계의 기술 및 화학 반응. 공급원료, 합성제품. 이산화탄소로부터 전환가스를 정제하는 기술, 기존 문제점 분석 및 확인된 생산 문제점을 해결하는 방법 개발.

9.4. 질산암모늄 생산

질산암모늄은 질소 비료의 주요 유형 중 하나입니다. 최소 34.2%의 질소를 함유하고 있습니다. 과립형 질산암모늄을 생산하는 원료는 농축되지 않은 58~60% 질산과 기체 암모니아입니다.

92.5% 황산이 컨디셔닝 첨가제로 사용되며, 이는 질산과 함께 암모니아로 중화되어 황산암모늄이 됩니다. 완성된 과립을 분무하기 위해 계면활성제("NF" 분산제의 40% 수용액)가 사용됩니다.

질산암모늄 생산의 주요 단계는 다음과 같습니다: 암모니아 가스를 이용한 질산의 중화; 고농축 질산암모늄 용융물을 얻는 단계; 용융 과립화; 질산암모늄 과립의 냉각; 계면활성제 - 분산제 "NF"로 과립을 처리하는 단계; 대기로 방출되기 전 공기 및 주스 증기 정화; 완제품의 포장 및 보관.

아래에서는 후속 단계의 작동 모드를 크게 결정하는 첫 번째 단계인 질산을 암모니아로 중화하는 자동화를 고려합니다.

프로세스의 기술 다이어그램.질산은 열교환기에서 예열됩니다. 1 (그림 9.8) 장치에서 나오는 주스 증기를 사용하여 70-80 °C의 온도로 2 중화(ITN), 암모니아 가스는 열 교환기에서 가열됩니다. 3 그런 다음 장치에 들어갑니다. 2. 가열된 질산이 믹서에 들어갑니다. 4, 황산과 인산도 공급되는 곳입니다. 황산은 완제품의 황산암모늄 함량이 0.3-0.7% 범위가 되도록 투여됩니다. 그런 다음 산 혼합물은 가열 장치로 들어가고 대기압에 가까운 압력 하에서 155-165 °C의 온도에서 질산을 암모니아로 중화하는 과정이 수행됩니다.

질산과 암모니아는 ITN 장치 출구에서 용액이 반응 구역에서 암모니아의 완전한 흡수를 보장하는 데 필요한 일정 과량의 질산(2-5g/l 이내)을 갖도록 주입됩니다. . ITN 장치의 분리 영역에서 주스 증기는 끓는 용액에서 분리되어 세척을 위해 4개의 플레이트와 스플래시 트랩으로 구성된 ITN 장치의 세척 영역으로 이동합니다. 과즙증기 응축수가 상부 플레이트로 공급됩니다. ITN 장치 출구에서 주스 증기에는 2-5 g/l NH 4 NO 3, 1-2 g/l HNO 3가 포함되어 있습니다. 세탁 과정이 올바르게 수행되면 증기에 암모니아가 없습니다.

ITN 장치에서 형성된 92~93% 질산암모늄 용액은 장치 세척 부분의 용액으로 약간 희석되어 89~91% 농도로 최종 중화기로 보내집니다. 5 , 과잉 산을 중화하고 알칼리성 용액을 생성하기 위해 암모니아가 공급되는 경우(과잉 암모니아는 유리 NH 3 의 0.1g/l 이내로 유지되어야 함). 다음으로 질산암모늄 용액은 증발부로 보내집니다.

프로세스 자동화.중화 단계에서 자동 공정 제어 시스템의 임무는 ITN 장치로 유입되는 암모니아와 질산의 비율을 유지하는 것입니다. ITN 장치에서 질산암모늄 용액의 주어진 pH를 유지하는 단계; 증발기 입구에서 완전한 중화 후 질산암모늄 용액의 알칼리 반응을 보장합니다.

제어 시스템의 주요 매개변수는 암모니아 가스의 매개변수입니다. 중화 공정의 조절 품질에 대한 외부 네트워크의 암모니아 압력 변동의 영향을 피하기 위해 암모니아 가스의 압력은 질산암모늄 장치 입구에서 자동으로 유지됩니다. ITN 장치로의 암모니아 흐름은 흐름 조절기를 사용하여 자동으로 유지됩니다. 6, 제어 밸브에 작용하여 7 .

펌핑장치로의 질산 공급은 유량비 조절기를 이용하여 암모니아 유량과 일정 비율로 자동 조절됩니다. 8 제어 밸브에 영향을 미침 9. 유량조절장치를 이용하여 질산 소모량에 맞춰 황산, 인산 공급이 일정 비율로 자동 조절됩니다. 10 그리고 11 및 제어 밸브 12 그리고 13 .

질산과 암모니아의 소비 비율은 질산암모늄 용액의 pH가 펌핑 장치의 출력에서 ​​지속적으로 모니터링되는 것을 제어하고 조절하기 위해 특정 과량의 산을 미리 결정합니다. 용액 내 지정된 과량의 질산은 pH 조절기에 의해 자동으로 유지됩니다. 14 , 제어 밸브를 사용하여 펌핑 스테이션으로의 암모니아 공급 조정 15 소량의 암모니아(전체 유량의 몇 퍼센트)를 운반하는 암모니아 바이패스 라인에 설치됩니다. 이러한 시스템은 중화 공정의 우수한 품질 관리를 제공합니다.

ITN 장치의 세척 부분에서 과즙 증기의 가능한 최대 정화를 보장하기 위해 상부 플레이트로의 과즙 증기 응축수의 공급이 자동으로 조절됩니다. 질산염 용액이 증발되기 전에 희석되는 것을 방지하기 위해 응축수를 많이 공급하는 것은 바람직하지 않으며, 응축수 공급이 충분하지 않으면 주스 증기가 과열되므로 플레이트가 노출됩니다. 주스 증기 응축수의 공급은 온도 조절기를 사용하여 조절됩니다. 16 제어 밸브에 영향을 미침 17 . 질산암모늄의 산성 용액은 증발기로 공급될 수 없기 때문에 과도한 산도는 중화기에서 중화됩니다. 5 . 암모니아 공급은 조절기를 사용하여 조절됩니다. 18 제어 밸브에 작용하는 사전 중화기 출구의 용액 pH 19 .

자동 제어 시스템은 온도 조절기를 사용하여 암모니아 및 질산 가열을 조절합니다. 20 그리고 21 제어 밸브에 영향 22 그리고 23 열교환기에 냉각수 공급 1 그리고 2 .

질산암모늄 또는 질산암모늄, NH 4 NO 3는 암모늄과 질산염 형태의 질소 35%를 함유한 백색 결정질 물질로, 두 형태의 질소 모두 식물에 쉽게 흡수됩니다. 과립형 질산암모늄은 파종 전과 모든 유형의 비료에 대규모로 사용됩니다. 소규모에서는 폭발물을 생산하는 데 사용됩니다.

질산암모늄은 물에 잘 녹고 흡습성(공기 중 수분을 흡수하는 능력)이 높기 때문에 비료 과립이 퍼지고 결정 모양이 사라지며 비료 케이킹이 발생합니다. 벌크 물질은 고체 단일체 덩어리로 변합니다. .

질산암모늄 생산의 개략도

실제로 비점결성 질산암모늄을 얻기 위해 여러 가지 기술적 방법이 사용됩니다. 흡습성 염에 의한 수분 흡수 속도를 줄이는 효과적인 방법은 과립화입니다. 균질한 과립의 총 표면적은 같은 양의 미세한 결정염의 표면보다 작으므로 과립형 비료는 수분을 흡수합니다.

인산암모늄, 염화칼륨, 질산마그네슘도 유사하게 작용하는 첨가제로 사용됩니다. 질산암모늄을 생산하는 과정은 암모니아 기체와 질산 용액 사이의 이질적인 반응을 기반으로 합니다.

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

화학 반응은 고속으로 발생합니다. 산업용 원자로에서는 가스가 액체에 용해되는 것으로 제한됩니다. 확산 억제를 줄이려면 시약을 교반하는 것이 매우 중요합니다.

질산암모늄 생산을 위한 기술 공정에는 암모니아로 질산을 중화하는 단계 외에도 질산염 용액의 증발 단계, 용융물 과립화, 과립 냉각, 계면활성제를 사용한 과립 처리 단계가 포함됩니다. , 질산염의 포장, 저장 및 적재, 가스 배출 및 폐수 정화. 그림에서. 그림 8.8은 1360톤/일 용량의 질산암모늄 AS-72 생산을 위한 현대식 대규모 장치의 다이어그램을 보여줍니다. 초기 58~60% 질산은 ITN 3 장치의 즙 증기와 함께 히터에서 70~80°C로 가열되고 중화를 위해 공급됩니다. 장치 3 이전에 완제품에 0.3-0.5% P 2 O 5 및 0.05-0.2% 황산암모늄이 포함되는 양으로 인산과 황산이 질산에 첨가됩니다. 이 장치에는 병렬로 작동하는 두 개의 ITN 장치가 포함되어 있습니다. 질산 외에도 암모니아 가스가 공급되며 히터 2에서 증기 응축수와 함께 120-130°C로 예열됩니다. 공급되는 질산과 암모니아의 양은 펌핑 장치 출구에서 용액에 약간 과량의 산(2~5g/l)이 포함되어 암모니아가 완전히 흡수되도록 조절됩니다.

장치의 하부에서는 155-170°C의 온도에서 중화 반응이 일어납니다. 이는 91-92% NH 4 NO 3 를 함유하는 농축 용액을 생성합니다. 장치의 상부에서는 질산암모늄 및 질산 증기의 튀는 수증기(소위 주스 증기)가 세척됩니다. 주스 증기에서 나오는 열의 일부는 질산을 가열하는 데 사용됩니다. 그 다음 주스 증기는 정화를 위해 보내지고 대기 중으로 방출됩니다.

그림 8.8 질산암모늄 장치 AS-72의 다이어그램:

1 – 산성 히터; 2 - 암모니아 히터; 3 – ITN 장치; 4 – 사전 중화제; 5 – 증발기; 6 - 압력 탱크; 7.8 – 제립기; 9.23 – 팬; 10 – 세척 수세미; 11 – 드럼; 12,14 – 컨베이어; 13 – 엘리베이터; 15 – 유동층 장치; 16 – 과립화 타워; 17 – 수집; 18, 20 – 펌프; 19 – 수영 탱크; 21 – 물 필터; 22 – 공기 히터.

질산암모늄의 산성 용액은 중화기(4)로 보내집니다. 암모니아가 공급되는 경우 남은 질산과 반응하는 데 필요합니다. 그런 다음 용액은 증발기 5로 공급됩니다. 99.7-99.8% 질산염을 함유한 생성된 용융물은 175°C에서 필터 21을 통과하고 원심 수중 펌프 20을 통해 압력 탱크 6으로 공급된 다음 직사각형 탱크로 공급됩니다. 금속 과립화 타워 16.

탑의 상부에는 과립기 7과 8이 있으며, 하부에는 공기가 공급되어 위에서 떨어지는 질산염 방울을 냉각시킵니다. 질산염 방울이 50-55m 높이에서 떨어지고 그 주위로 공기가 흐르면 비료 과립이 형성됩니다. 탑 출구의 과립 온도는 90~110°C입니다. 뜨거운 과립은 유동층 장치(15)에서 냉각됩니다. 이는 세 개의 섹션으로 구성된 직사각형 장치이며 구멍이 있는 그리드가 장착되어 있습니다. 팬은 그릴 아래에 공기를 공급합니다. 이 경우 질산염 과립의 유동층이 생성되어 과립화 타워에서 컨베이어를 통해 도착합니다. 냉각 후 공기가 과립화 타워로 들어갑니다. 질산암모늄 과립은 컨베이어 14를 통해 계면활성제 처리를 위해 회전 드럼으로 공급됩니다. 그런 다음 완성된 비료는 컨베이어 12를 통해 포장지로 보내집니다.

과립화 타워에서 나오는 공기는 질산암모늄 입자로 오염되었으며, 중화기의 주스 증기와 증발기의 증기-공기 혼합물에는 미반응 암모니아와 질산은 물론 동반된 질산암모늄 입자도 포함되어 있습니다.

이러한 흐름을 정화하기 위해 과립화 타워의 상부에는 20-30% 질산암모늄 용액으로 관개되는 6개의 병렬 작동 플레이트 유형 10 세척 스크러버가 있으며, 이 용액은 컬렉션 17의 펌프 18에 의해 공급됩니다. 이 용액 중 일부는 주스 증기 세척을 위해 ITN 중화제로 배출된 후 질산염 용액과 혼합되어 제품 생산에 사용됩니다. 정화된 공기는 팬 9에 의해 과립탑에서 흡입되어 대기로 방출됩니다.

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주립 교육 기관

고등 전문 교육

"트베리 주립 공과대학교"

TPM학과

코스 작업

해당 분야: "일반 화학 기술"

질산암모늄 생산

• 콘텐츠

소개

2. 생산방법

3. 암모니아와 질산으로부터 질산암모늄 생산의 주요 단계

3.1 질산암모늄 용액의 제조

3.1.1 중화과정의 기본

3. 1 5 주요장비

4. 재료 및 에너지 계산

5. 열역학적 계산

6. 질산암모늄 생산 시 폐기물 재활용 및 중화

결론

사용된 소스 목록

부록

소개

자연과 인간의 삶에서 질소는 매우 중요합니다. 이는 식물과 동물계의 기초가 되는 단백질 화합물(16-18%)의 일부입니다. 사람은 매일 80-100g의 단백질을 섭취하며 이는 12-17g의 질소에 해당합니다.

정상적인 식물 발달에는 많은 화학 원소가 필요합니다. 주요한 것은 탄소, 산소, 수소, 질소, 인, 마그네슘, 황, 칼슘, 칼륨 및 철입니다. 식물의 처음 세 가지 요소는 공기와 물에서 얻어지며 나머지는 토양에서 추출됩니다.

질소는 식물의 미네랄 영양에 특히 중요한 역할을 하지만 식물 질량의 평균 함량은 1.5%를 초과하지 않습니다. 질소가 없으면 어떤 식물도 정상적으로 살거나 발달할 수 없습니다.

질소는 식물 단백질뿐만 아니라 엽록소의 구성 요소이며, 식물은 태양 에너지의 영향을 받아 대기 중 이산화탄소 CO2로부터 탄소를 흡수합니다.

천연 질소 화합물은 번개 방전 중 유기 잔류 물 분해의 화학적 과정과 공기 중 질소를 직접 흡수하는 특수 박테리아 인 Azotobacter의 활동 결과로 생화학적으로 형성됩니다. 콩과 식물 (완두콩, 알팔파, 콩, 클로버 등)의 뿌리에 사는 결절 박테리아도 동일한 능력을 가지고 있습니다.

농작물 개발에 필요한 상당량의 질소 및 기타 영양소가 수확 결과와 함께 매년 토양에서 제거됩니다. 또한, 지하수와 빗물에 의해 침출되어 일부 영양소가 손실됩니다. 따라서 수확량 감소와 토양의 고갈을 방지하기 위해서는 다양한 비료를 시비하여 영양분을 보충하는 것이 필요합니다.

거의 모든 비료에는 생리학적 산성 또는 알칼리성이 있는 것으로 알려져 있습니다. 이에 따라 토양에 산성화 또는 알칼리화 효과가 있을 수 있으며 이는 특정 농작물에 사용할 때 고려됩니다.

토양에서 식물에 의해 더 빨리 추출되는 알칼리 양이온인 비료는 산성화를 유발합니다. 비료에서 산성 음이온을 소비하는 식물은 토양 알칼리화에 더 빨리 기여합니다.

암모늄 양이온 NH4(질산암모늄, 황산암모늄)과 아미드기 NH2(요소)를 함유한 질소 비료는 토양을 산성화합니다. 질산암모늄의 산성화 효과는 황산암모늄보다 약합니다.

토양의 특성, 기후 및 기타 조건에 따라 다양한 작물에 필요한 질소의 양이 달라집니다.

질산암모늄(질산암모늄 또는 질산암모늄)은 질소 비료 범위에서 중요한 위치를 차지하며, 전 세계 생산량은 연간 수백만 톤에 이릅니다.

현재 우리나라 농업에 사용되는 질소비료의 약 50%가 질산암모늄이다.

질산암모늄은 다른 질소 비료에 비해 여러 가지 장점이 있습니다. 이는 34-34.5%의 질소를 함유하고 있으며 이 점에서 46%의 질소를 함유한 요소 CO(NH2) 2 다음으로 두 번째입니다. 다른 질소 및 질소 함유 비료에는 질소가 훨씬 적습니다(질소 함량은 건조물로 표시됨).

표 1 - 화합물의 질소 함량

질산암모늄은 암모늄과 질산염 형태의 질소를 동시에 함유하고 있기 때문에 보편적인 질소 비료입니다. 거의 모든 작물에 대해 모든 구역에서 효과적입니다.

질산암모늄의 질소 형태가 식물에 의해 서로 다른 시기에 사용되는 것이 매우 중요합니다. 단백질 합성에 직접적으로 관여하는 암모늄 질소는 성장 기간 동안 식물에 빠르게 흡수됩니다. 질산성 질소는 상대적으로 천천히 흡수되므로 지속시간이 길어집니다. 또한 암모니아 형태의 질소가 사전 산화 없이 식물에 의해 사용될 수 있다는 것이 확립되었습니다.

질산암모늄의 이러한 특성은 거의 모든 농작물의 수확량을 높이는 데 매우 긍정적인 영향을 미칩니다.

질산암모늄의 높은 질소 함량, 상대적으로 간단한 생산 방법 및 상대적으로 낮은 질소 단위당 비용은 이 생산의 추가 개발을 위한 좋은 전제 조건을 만듭니다.

질산암모늄은 안정한 폭발물 그룹의 일부입니다. 질산암모늄과 질산암모늄을 기반으로 한 폭발물은 순수하거나 특정 첨가제로 처리되어 폭파 작업에 사용됩니다.

소량의 질산염은 의학에 사용되는 아산화질소를 생성하는 데 사용됩니다.

기존 생산 시설을 현대화하고 신규 시설을 건설하여 질산암모늄 생산량을 늘리는 동시에 완제품의 품질을 더욱 향상시키기 위한 조치를 취하고 있습니다(100% 부서지기 쉬운 제품을 얻고 제품의 장기 보관 후 과립을 보존함). ).

1. 질산암모늄의 물리화학적 성질

순수한 형태의 질산암모늄은 질소 35%, 산소 60%, 수소 5%를 함유한 백색 결정질 물질입니다. 기술제품은 황색을 띤 흰색이며 최소 34.2%의 질소를 함유하고 있습니다.

질산암모늄은 다양한 무기 및 유기 화합물에 대한 강력한 산화제입니다. 이는 폭발 지점까지(예: 아질산나트륨 NaNO2) 일부 물질의 용융물과 격렬하게 반응합니다.

기체 암모니아가 고체 질산암모늄 위로 통과되면 매우 이동성이 높은 액체(암모니아 2NH4NO3*2NH3 또는 NH4NO3*3NH3)가 빠르게 형성됩니다.

질산암모늄은 물, 에틸 및 메틸 알코올, 피리딘, 아세톤 및 액체 암모니아에 잘 녹습니다. 온도가 증가함에 따라 질산암모늄의 용해도는 크게 증가합니다.

질산암모늄이 물에 용해되면 많은 양의 열이 흡수됩니다. 예를 들어, 결정성 NH4NO3 1몰이 물 220~400몰에 용해되고 온도가 10~15°C일 때 6.4kcal의 열이 흡수됩니다.

질산암모늄은 승화하는 능력을 가지고 있습니다. 질산암모늄을 온도와 습도가 높은 조건에서 보관하면 부피가 약 두 배로 늘어나서 일반적으로 용기가 파열됩니다.

현미경으로 보면 질산암모늄 과립의 표면에 기공과 균열이 뚜렷하게 보입니다. 질산염 과립의 증가된 다공성은 완제품의 물리적 특성에 매우 부정적인 영향을 미칩니다.

질산암모늄은 흡습성이 높습니다. 야외에서는 질산염의 얇은 층에서 빠르게 축축해지고 결정 모양을 잃고 흐려지기 시작합니다. 소금이 공기로부터 수분을 흡수하는 정도는 습도와 주어진 온도에서 주어진 소금의 포화 용액 위의 증기압에 따라 달라집니다.

수분 교환은 공기와 흡습성 염 사이에서 발생합니다. 상대 공기 습도는 이 과정에 결정적인 영향을 미칩니다.

칼슘과 석회-질산암모늄은 포화 용액에 비해 수증기압이 상대적으로 낮습니다. 특정 온도에서는 가장 낮은 상대 습도에 해당합니다. 위의 질소비료 중 흡습성이 가장 높은 염류이다. 황산암모늄은 흡습성이 가장 낮고 질산칼륨은 거의 완전히 비흡습성입니다.

수분은 주변 공기에 바로 인접한 상대적으로 작은 소금층에 의해서만 흡수됩니다. 그러나 이러한 초석의 가습조차도 완제품의 물성을 크게 저하시킨다. 질산암모늄이 공기로부터 수분을 흡수하는 속도는 온도가 증가함에 따라 급격하게 증가합니다. 따라서 40°C에서 수분 흡수율은 23°C에서보다 2.6배 더 높습니다.

질산암모늄의 흡습성을 줄이기 위해 많은 방법이 제안되었습니다. 그러한 방법 중 하나는 질산암모늄을 다른 염과 혼합하거나 융합시키는 것입니다. 두 번째 염을 선택할 때 다음 규칙을 따르십시오. 흡습성을 줄이려면 염 혼합물의 포화 용액 위의 수증기 압력이 순수 질산암모늄의 포화 용액 위의 압력보다 커야 합니다.

공통 이온을 갖는 두 염의 혼합물의 흡습성은 가장 흡습성인 것보다 크다는 것이 입증되었습니다(예외는 질산암모늄과 황산암모늄 및 일부 다른 혼합물 또는 합금입니다). 질산암모늄을 비흡습성이지만 수불용성인 물질(예: 석회석 먼지, 인산염 암석, 인산이칼슘 등)과 혼합해도 흡습성은 감소하지 않습니다. 수많은 실험에 따르면 질산암모늄과 물에 대한 용해도가 동일하거나 더 큰 모든 염은 흡습성을 증가시키는 특성을 가지고 있는 것으로 나타났습니다.

질산암모늄의 흡습성을 감소시킬 수 있는 염을 대량으로 첨가해야 하며(예: 황산칼륨, 염화칼륨, 인산이암모늄), 이는 제품의 질소 함량을 급격히 감소시킵니다.

공기 중 수분 흡수를 줄이는 가장 효과적인 방법은 질산염 입자를 물에 젖지 않는 유기 물질 보호 필름으로 코팅하는 것입니다. 보호필름은 수분흡수율을 3~5배 감소시키며, 질산암모늄의 물성 향상에 도움을 줍니다.

질산암모늄의 부정적인 특성은 굳어지는 능력, 즉 저장 중에 유동성(부서지기 쉬운)을 잃는 능력입니다. 이 경우 질산암모늄은 분쇄하기 어려운 단단한 단일체 덩어리로 변합니다. 질산암모늄의 케이킹은 여러 가지 이유로 발생합니다.

완제품의 수분 함량이 증가했습니다. 모든 형태의 질산암모늄 입자는 항상 포화(모체) 용액 형태의 수분을 함유하고 있습니다. 이러한 용액의 NH4NO3 함량은 소금을 용기에 넣는 온도에서 소금의 용해도에 해당합니다. 완제품이 냉각됨에 따라 모액은 종종 과포화 상태가 됩니다. 온도가 더욱 감소하면 0.2-0.3mm 크기의 많은 결정이 과포화 용액에서 떨어집니다. 이 새로운 결정은 이전에 결합되지 않은 질산염 입자를 굳혀서 밀도가 높은 덩어리로 변하게 합니다.

질산염 입자의 기계적 강도가 낮습니다. 질산암모늄은 둥근 모양의 입자(과립), 판 또는 작은 결정 형태로 생산됩니다. 입상 질산암모늄 입자는 플레이크 및 미세 결정질 입자보다 비표면적이 더 작고 모양이 더 규칙적이므로 과립이 덜 굳어집니다. 그러나 과립화 과정에서 일정량의 중공 입자가 형성되어 기계적 강도가 낮습니다.

보관할 때 초석 알갱이가 들어있는 봉지를 높이 2.5m 높이로 쌓아 놓고, 상부 봉지의 압력으로 내구성이 가장 낮은 알갱이가 파괴되어 먼지 같은 입자가 형성되어 초석 덩어리가 압축되어 굳어짐이 증가합니다. 실습에 따르면 과립 제품 층의 중공 입자가 파괴되면 케이킹 과정이 급격히 가속화됩니다. 이는 용기에 넣었을 때 제품이 45°C로 냉각되었고 대부분의 과립이 우수한 기계적 강도를 가졌음에도 불구하고 관찰되었습니다. 재결정으로 인해 속이 빈 과립도 파괴되는 것으로 확인되었습니다.

주위 온도가 증가함에 따라 초석 과립은 거의 완전히 강도를 잃으며 이러한 제품은 심하게 굳어집니다.

질산암모늄의 열분해. 폭발 위험. 내연성. 폭발 안전의 관점에서 질산암모늄은 충격, 마찰, 충격에 상대적으로 덜 민감하며 다양한 강도의 스파크에 부딪혀도 안정성을 유지합니다. 모래, 유리 및 금속 불순물의 혼합물은 기계적 응력에 대한 질산암모늄의 민감도를 증가시키지 않습니다. 강력한 기폭 장치의 영향을 받거나 특정 조건에서 열분해 중에만 폭발할 수 있습니다.

장기간 가열하면 질산암모늄이 점차 암모니아와 질산으로 분해됩니다.

NH4NO3=NH3+HNO3 - 174598.32 J (1)

열 흡수로 발생하는 이 과정은 110°C 이상의 온도에서 시작됩니다.

더 가열하면 질산암모늄이 분해되어 아산화질소와 물을 형성합니다.

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

질산암모늄의 열분해는 다음과 같은 연속 단계로 발생합니다.

· NH4NO3 분자의 가수분해(또는 해리);

· 가수분해 중에 형성된 질산의 열분해;

· 처음 두 단계에서 형성된 이산화질소와 암모니아의 상호작용.

질산암모늄을 220~240°C로 집중적으로 가열하면 분해로 인해 용융된 덩어리가 폭발할 수 있습니다.

질산암모늄을 폐쇄된 부피 또는 질산염의 열분해 중에 형성된 가스의 방출이 제한된 부피에서 가열하는 것은 매우 위험합니다.

이러한 경우 질산암모늄의 분해는 특히 다음과 같은 많은 반응을 통해 진행될 수 있습니다.

NH4NO3 = N2+2H2O + S02 + 1401.64 J/kg (3)

2NH4NO3 = N2 + 2NO+ 4H2O + 359.82 J/kg (4)

3NH4NO3= 2N2 + N0 + N02 + 6H20 + 966.50 J/kg (5)

위의 반응으로부터 질산염의 열분해 초기에 형성된 암모니아는 종종 가스 혼합물에 존재하지 않는다는 것이 분명합니다. 2차 반응이 일어나며, 그 동안 암모니아는 원소 질소로 완전히 산화됩니다. 2차 반응의 결과로 밀폐된 공간에서 가스 혼합물의 압력이 급격히 증가하고 분해 과정이 폭발로 끝날 수 있습니다.

구리, 황화물, 마그네슘, 황철석 및 기타 불순물은 가열 시 질산암모늄의 분해 과정을 활성화합니다. 이러한 물질과 가열된 질산염의 상호 작용의 결과로 불안정한 아질산 암모늄이 형성되며 70-80 ° C에서 폭발로 인해 빠르게 분해됩니다.

NH4NO3=N2+ 2H20 (6)

질산암모늄은 용융 상태에서도 철, 주석, 알루미늄과 반응하지 않습니다.

습도가 증가하고 질산암모늄의 입자 크기가 증가함에 따라 폭발에 대한 민감도가 크게 감소합니다. 수분이 약 3%인 경우 초석은 강한 기폭 장치에 노출되더라도 폭발에 둔감해집니다.

질산암모늄의 열분해는 압력이 특정 한계까지 증가함에 따라 증가합니다. 약 6kgf/cm2의 압력과 해당 온도에서 모든 용융 질산염이 분해되는 것으로 확인되었습니다.

질산암모늄의 열분해를 줄이거나 방지하는 데 중요한 것은 용액을 증발시킬 때 알칼리성 환경을 유지하는 것입니다. 따라서 비점결성 질산암모늄 생산을 위한 새로운 기술 계획에서는 뜨거운 공기에 소량의 암모니아를 첨가하는 것이 좋습니다.

특정 조건에서 질산암모늄은 폭발성 제품이 될 수 있다는 점을 고려하여 생산, 보관 및 운송 중에 확립된 기술 체계와 안전 규정을 엄격히 준수해야 합니다.

질산암모늄은 불연성 제품입니다. 소금의 열분해 과정에서 생성된 아산화질소만이 연소를 지원합니다.

질산암모늄과 분쇄된 숯의 혼합물은 강하게 가열되면 자연 발화될 수 있습니다. 일부 쉽게 산화되는 금속(아연 분말 등)이 젖은 질산암모늄과 약간의 열과 접촉하면 발화될 수도 있습니다. 실제로 질산암모늄과 과인산염 혼합물의 자연 발화 사례가 관찰되었습니다.

질산암모늄이 함유된 종이봉지나 나무통은 햇빛에 노출되어도 불이 붙을 수 있습니다. 질산암모늄이 담긴 용기가 점화되면 질소산화물과 질산 증기가 방출될 수 있습니다. 화염이나 폭발로 인해 화재가 발생하는 경우 질산암모늄이 녹아 부분적으로 분해됩니다. 불꽃은 초석 덩어리의 깊이까지 퍼지지 않습니다.

2 . 생산 방법

질산암모늄 중화산

산업계에서는 합성 암모니아(또는 ​​암모니아 함유 가스)와 묽은 질산으로부터 질산암모늄을 생산하는 방법만이 널리 사용되고 있다.

합성 암모니아(또는 ​​암모니아 함유 가스)와 질산으로부터 질산암모늄을 생산하는 과정은 다단계입니다. 이에 그들은 암모니아, 질소산화물, 산소, 수증기로부터 질산암모늄을 반응을 통해 직접적으로 얻으려고 했다.

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

그러나 질산암모늄과 함께 아질산암모늄이 형성되어 불안정하고 폭발성이 있는 생성물이기 때문에 이 방법을 포기해야 했습니다.

암모니아와 질산으로부터 질산암모늄 생산에 여러 가지 개선 사항이 도입되어 새로운 공장 건설에 필요한 자본 비용을 절감하고 완제품 비용을 절감할 수 있게 되었습니다.

질산암모늄 생산을 근본적으로 개선하려면 기본 장비(예: 증발기, 과립화 타워 등)의 적절한 비축 없이는 작업이 불가능하다는 수년 동안 널리 퍼져 있던 아이디어를 포기해야 했습니다. 과립화를 위해 거의 무수 질산암모늄 용융물을 얻습니다.

현대적인 과학 기술 성과를 활용한 고출력 장치 건설만이 기존 질산암모늄 생산에 비해 상당한 경제적 이점을 제공할 수 있다는 것이 러시아와 해외에서 확고히 확립되었습니다.

현재 일부 요소 합성 시스템의 암모니아 함유 배출가스에서 상당량의 질산암모늄이 생산됩니다. 생산 방법 중 하나에 따르면 요소 1톤은 1~1.4톤의 암모니아를 생산합니다. 이 양의 암모니아로부터 4.6~6.5톤의 질산암모늄이 생산될 수 있습니다. 요소 합성을 위한 보다 진보된 계획도 진행되고 있지만, 암모니아 함유 가스(이 생산에서 발생하는 폐기물)는 한동안 질산암모늄 생산을 위한 원료로 사용될 것입니다.

암모니아 함유 가스로부터 질산암모늄을 생성하는 방법은 중화 단계에서만 기체 암모니아로부터 질산암모늄을 생성하는 방법과 다릅니다.

질산암모늄은 염의 교환 분해(전환 방법)를 통해 소량으로 얻어집니다.

질산암모늄을 생산하는 이러한 방법은 생성된 염 중 하나의 침전 또는 물에 대한 용해도가 다른 두 가지 염의 생성을 기반으로 합니다. 첫 번째 경우, 질산암모늄 용액은 회전 필터의 침전물에서 분리되어 기존 절차에 따라 고체 제품으로 처리됩니다. 두 번째 경우, 용액은 특정 농도로 증발하고 분별 결정화에 의해 분리됩니다. 이는 다음과 같이 요약됩니다. 뜨거운 용액을 냉각할 때 대부분의 질산암모늄이 순수한 형태로 분리된 다음 결정화가 별도로 수행됩니다. 불순물로 오염된 제품을 얻기 위해 모액으로부터 장비를 사용합니다.

염의 교환 분해를 통해 질산암모늄을 생산하는 모든 방법은 복잡하며 증기 소비량이 많고 결합 질소가 손실됩니다. 이는 일반적으로 산업에서 부산물로 얻은 질소 화합물을 활용해야 하는 경우에만 사용됩니다.

암모니아 기체(또는 암모니아 함유 가스)와 질산으로부터 질산암모늄을 생산하는 현대적인 방법은 지속적으로 개선되고 있습니다.

3 . 암모니아와 질산으로부터 질산암모늄 생산의 주요 단계

질산암모늄 생산 공정은 다음과 같은 주요 단계로 구성됩니다.

1. 질산을 암모니아 기체 또는 암모니아 함유 기체로 중화하여 질산암모늄 용액을 제조합니다.

2. 질산암모늄 용액이 용융 상태로 증발합니다.

3. 둥근 모양의 입자(과립), 플레이크(판) 및 작은 결정 형태의 녹은 소금에서 결정화됩니다.

4. 소금을 식히거나 건조시킵니다.

5. 완제품의 포장.

낮은 점결성 및 방수성 질산암모늄을 얻으려면 표시된 단계 외에도 적절한 첨가제를 준비하는 단계도 필요합니다.

3.1P 질산암모늄 용액의 제조

3.1.1 중화 과정의 기본

질산암모늄 용액 ry는 다음 반응에 따라 암모니아와 질산을 반응시켜 얻습니다.

4NH3 + HNO3 = NH4NO3 + QJ (8)

질산암모늄의 형성은 되돌릴 수 없으며 열 방출을 동반합니다. 중화 반응 중에 방출되는 열의 양은 사용된 질산의 농도와 온도, 그리고 암모니아 가스(또는 암모니아 함유 가스)의 온도에 따라 달라집니다. 질산의 농도가 높을수록 더 많은 열이 발생합니다. 이 경우 물이 증발하여보다 농축 된 질산 암모늄 용액을 얻을 수 있습니다. 질산암모늄 용액을 얻으려면 42-58% 질산이 사용됩니다.

기존 공정 설계로는 질산암모늄 용액을 얻기 위해 58%보다 높은 농도의 질산을 사용하는 것이 불가능합니다. 이 경우 중화 장치에서 질산의 끓는점을 크게 초과하는 온도가 발생하기 때문입니다. 질소산화물이 방출되면서 분해될 수 있습니다. 질산암모늄 용액이 증발되면 온도가 110~120°C인 중화 장치의 반응열로 인해 즙 증기가 형성됩니다.

가능한 최고 농도의 질산암모늄 용액을 얻을 때 증발기의 상대적으로 작은 열 교환 표면이 필요하며 용액의 추가 증발을 위해 소량의 신선한 증기가 소비됩니다. 이와 관련하여 공급 원료와 함께 중화기에 추가 열을 공급하려고 노력하며 주스 증기를 사용하여 암모니아를 70 ° C로, 질산을 60 ° C로 가열합니다 (질산의 온도가 높을수록 상당한 분해가 발생함) 티타늄 재질이 아닐 경우 히터파이프가 심하게 부식될 수 있습니다.)

질산암모늄 생산에 사용되는 질산에는 용해된 질소산화물이 0.20% 이하로 포함되어야 합니다. 용해된 질소산화물을 제거하기 위해 산이 공기로 충분히 퍼지되지 않으면 암모니아와 함께 아질산암모늄이 형성되어 빠르게 질소와 물로 분해됩니다. 이 경우 질소 손실은 완제품 1톤당 약 0.3kg에 달할 수 있습니다.

주스 증기에는 일반적으로 NH3, NHO3 및 NH4NO3 불순물이 포함되어 있습니다. 이러한 불순물의 양은 암모니아와 질산이 중화 장치에 공급되어야 하는 압력의 안정성에 크게 좌우됩니다. 일정한 압력을 유지하기 위해 오버플로관을 갖춘 압력탱크로부터 질산을 공급하고, 압력조절기를 이용하여 암모니아 가스를 공급한다.

중화제 부하는 또한 주스 증기의 결합 질소 손실을 크게 결정합니다. 정상 부하에서 주스 증기 응축수의 손실은 2g/l(질소 기준)를 초과해서는 안 됩니다. 중화제 부하가 초과되면 암모니아와 질산 증기 사이에 부반응이 일어나며, 그 결과 특히 안개가 자욱한 질산암모늄이 기상에 형성되어 주스 증기를 오염시키고 결합된 질소의 손실이 증가합니다. 중화기에서 얻은 질산암모늄 용액은 교반기가 있는 중간 용기에 축적되고, 암모니아 또는 질산으로 중화되고 증발을 위해 보내집니다.

3.1.2 중화시설의 특징

응용 프로그램에 따라필요한 압력, 중화열을 사용하여 질산암모늄 용액을 생산하기 위한 현대식 설비는 대기압에서 작동하는 설비로 구분됩니다. 희박화(진공); 고압 (수 기압) 및 중화 구역의 압력 하에서 그리고 질산 암모늄 용액 (용융물)에서 주스 증기 분리 구역의 진공 하에서 작동하는 복합 설비.

대기압 또는 약간의 초과 압력에서 작동하는 설비는 기술과 설계가 단순하다는 특징이 있습니다. 또한 유지 관리, 시작 및 중지도 쉽습니다. 지정된 작동 모드를 우발적으로 위반하는 경우는 일반적으로 신속하게 제거됩니다. 이 유형의 설치가 가장 널리 사용됩니다. 이러한 설비의 주요 장치는 중화 장치 ITN(중화 열 사용)입니다. ITN 장치는 1.15~1.25atm의 절대 압력에서 작동합니다. 구조적으로 안개가 자욱한 질산 암모늄이 형성되어 용액이 거의 끓지 않도록 설계되었습니다.

열 펌프 장치에 순환이 있으면 반응 구역의 과열이 제거되어 결합 질소의 손실을 최소화하면서 중화 공정을 수행할 수 있습니다.

질산암모늄 생산의 작동 조건에 따라 ITN 장치의 주스 증기는 질산염 용액의 예비 증발, 액체 암모니아의 증발, ITN 장치로 보내지는 질산 및 기체 암모니아의 가열 및 희석된 질산 생산에 사용되는 기체 암모니아를 얻을 때 액체 암모니아의 증발.

질산암모늄 용액은 주요 장치가 진공(증발기) 및 대기압(스크러버 중화 장치)에서 작동하는 시설의 암모니아 함유 가스로부터 생성됩니다. 이러한 설비는 부피가 크고 암모니아 함유 가스 조성의 가변성으로 인해 안정적인 작동 모드를 유지하기가 어렵습니다. 후자의 상황은 과잉 질산 조절의 정확성에 부정적인 영향을 미치며, 그 결과 생성된 질산암모늄 용액에는 산 또는 암모니아의 양이 증가하는 경우가 많습니다.

5-6 atm의 절대 압력에서 작동하는 중화 설비는 흔하지 않습니다. 암모니아 가스를 압축하고 가압된 질산을 중화 장치에 공급하려면 상당한 에너지 소비가 필요합니다. 또한 이러한 시설에서는 용액의 비말 동반으로 인해 질산암모늄의 손실이 증가할 수 있습니다(복잡한 디자인의 분리기에서도 비말을 완전히 포착할 수는 없습니다).

결합 방법을 기반으로 하는 시설에서는 질산을 암모니아로 중화하는 공정이 결합되어 질산암모늄 용융물을 생성하며 이는 결정화를 위해 직접 보낼 수 있습니다(즉, 질산염 용액을 농축하기 위한 증발기는 이러한 시설에서 제외됩니다). 이러한 유형의 설비에는 58-60%의 질산이 필요하며, 업계에서는 여전히 상대적으로 적은 양을 생산하고 있습니다. 게다가 일부 장비는 값비싼 티타늄으로 제작되어야 한다. 질산염 용융물을 얻기 위한 중화 공정은 매우 높은 온도(200~220°C)에서 수행되어야 합니다. 질산암모늄의 특성을 고려할 때 고온에서 공정을 수행하려면 질산염 용융물의 열분해를 방지하는 특별한 조건을 만드는 것이 필요합니다.

3.1.3 대기압에서 작동하는 중화 시설

이러한 설치에는 다음이 포함됩니다.여기에는 ITN 중화 장치(중화열 사용) 및 보조 장비가 포함됩니다.

그림 1은 기존의 많은 질산암모늄 생산 공장에서 사용되는 ITN 장치의 설계 중 하나를 보여줍니다.

Z1 - 소용돌이; BC1 - 외부 용기(저수지); VTs1 - 내부 실린더(중화 부분); U1 - 질산 분배 장치; Ш1 - 배수 솔루션용 피팅; O1 - 창문; U2 - 암모니아 분배 장치; G1 - 물개; C1 - 분리 트랩

그림 1 - 용액이 자연 순환되는 ITN 중화 장치

ITN 장치는 용액 혼합을 개선하기 위해 선반 1(소용돌이)이 있는 실린더(유리) 3이 배치된 수직 원통형 용기(저장고) 2입니다. 질산과 암모니아 가스를 도입하는 파이프라인은 실린더 3에 연결됩니다(시약은 역류로 공급됩니다). 파이프는 산과 가스의 더 나은 분배를 위해 장치 4와 7로 끝납니다. 내부 실린더에서는 질산이 암모니아와 반응합니다. 이 실린더를 중화실이라고 합니다.

용기 2와 실린더 3 사이의 환형 공간은 질산암모늄의 끓는 용액을 순환시키는 역할을 합니다. 실린더 하부에는 중화실과 발열체의 증발 부분을 연결하는 6개의 구멍(창)이 있습니다. 이러한 구멍으로 인해 ITN 장치의 생산성은 다소 감소하지만 용액의 집중적인 자연 순환이 달성되어 결합 질소의 손실이 감소합니다.

용액에서 방출된 즙 증기는 ITN 장치 덮개의 피팅과 트랩 분리기 9를 통해 배출됩니다. 실린더 3에 에멀젼 형태로 형성된 질산염 용액 - 즙 증기와의 혼합물은 다음을 통해 분리기로 들어갑니다. 워터 씰 5. 트랩 분리기 하부 부품에서 암모늄 용액 질산염은 추가 처리를 위해 최종 중화제 혼합기로 보내집니다. 장치의 증발 부분에 있는 물 밀봉을 통해 장치 안의 용액 수준을 일정하게 유지할 수 있으며, 장치에 포함된 용액이 튀어 흘러내리지 않고 주스 증기가 빠져나가는 것을 방지할 수 있습니다.

과즙 증기의 부분 응축으로 인해 분리판에 증기 응축수가 형성됩니다. 이 경우, 판 위에 놓인 코일을 통과하는 물을 순환시켜 응축열을 제거합니다. 주스 증기의 부분 응축의 결과로 15~20% NH4NO3 용액이 얻어지며 이는 질산암모늄 용액의 주요 흐름과 함께 증발을 위해 보내집니다.

그림 2는 대기압에 가까운 압력에서 작동하는 중화 장치 중 하나의 다이어그램을 보여줍니다.

NB1 - 압력 탱크; C1 - 구분 기호; I1 - 증발기; P1 - 히터; SK1 - 응축수 수집; ITN1 - ITN 장치; M1 - 교반기; TsN1 - 원심 펌프

그림 2 - 대기압에서 작동하는 중화 설비의 다이어그램

순수 질산 또는 첨가물이 포함된 질산은 저장고로 과량의 산이 지속적으로 흘러넘치는 압력 탱크에 공급됩니다.

압력 탱크 1에서 질산은 장치 ITN 6의 유리로 직접 들어가거나 히터(그림에 표시되지 않음)를 통해 분리기 2를 통해 제거된 주스 증기의 열에 의해 가열됩니다.

기체 암모니아는 액체 암모니아 증발기(3)로 들어간 다음 히터(4)로 들어가 팽창기의 2차 증기 열이나 증발기 가열 증기의 뜨거운 응축수에 의해 가열된 다음 두 개의 평행 파이프를 통해 장치 ITN 6의 유리.

증발기(3)에서는 액체 암모니아 스프레이가 증발하고 일반적으로 기체 암모니아와 관련된 오염물질이 분리됩니다. 이 경우 암모니아 합성 작업장에서 나온 윤활유와 촉매 분진이 혼합되어 약한 암모니아수가 생성됩니다.

중화기에서 얻은 질산암모늄 용액은 유압 씰과 스플래시 트랩을 통해 최종 중화기 혼합기 7로 연속적으로 흐르고, 여기에서 과잉 산을 중화시킨 후 증발을 위해 보내집니다.

가열 장치에서 배출된 주스 증기는 분리기 2를 통과한 후 가열 증기로 사용하기 위해 1단계 증발기로 보내집니다.

히터 4의 주스 증기 응축수는 수집기 5에 수집되어 다양한 생산 요구에 사용됩니다.

중화제를 시작하기 전에 작동 지침에 제공된 준비 작업이 수행됩니다. 중화 과정의 정상적인 수행 및 안전 예방조치 보장과 관련된 준비 작업 중 일부만 살펴보겠습니다.

우선, 질산암모늄 용액이나 증기 응축수를 중화 장치에 샘플링 밸브까지 부어주어야 합니다.

그런 다음 압력 탱크에 질산을 지속적으로 공급하고 창고 저장 공간으로 넘치도록 해야 합니다. 그런 다음 암모니아 합성 작업장에서 기체 암모니아를 받아야 하며, 이를 위해서는 주스 증기를 대기로 방출하기 위한 라인의 밸브와 혼합 중화 장치로의 용액 출구용 밸브를 잠시 열어야 합니다. 이는 펌핑 장치에 고압이 발생하는 것을 방지하고 장치 시동 시 안전하지 않은 암모니아-공기 혼합물이 형성되는 것을 방지합니다.

같은 목적으로 시동 전에 중화 장치와 이에 연결된 통신 장치를 증기로 퍼지합니다.

정상적인 작동 조건을 달성한 후 가열 장치의 즙 증기가 가열 증기로 사용되도록 보내집니다].

3.1.4 진공 상태에서 작동하는 중화 시설

Amm의 공동 처리암모니아 함유 가스 및 기체 암모니아는 암모니아 함유 가스 (질소, 메탄, 수소 등)에 상당한 양의 불순물이 존재하기 때문에 질산 암모늄, 산 및 암모니아의 큰 손실과 관련되어 있기 때문에 실용적이지 않습니다. 생성된 질산암모늄의 끓는 용액을 통해 거품이 이는 이러한 불순물은 주스 증기와 함께 결합된 질소를 운반합니다. 또한, 불순물로 오염된 주스 증기는 가열 증기로 사용할 수 없습니다. 따라서 암모니아 함유 가스는 일반적으로 암모니아 가스와 별도로 처리됩니다.

진공 상태에서 작동하는 설비에서 반응열은 중화기 외부, 즉 진공 증발기에서 사용됩니다. 여기서 중화기에서 나오는 뜨거운 질산암모늄 용액은 장치의 진공에 해당하는 온도에서 끓입니다. 이러한 설치에는 스크러버형 중화 장치, 진공 증발기 및 보조 장비가 포함됩니다.

그림 3은 진공 증발기를 사용하여 작동하는 중화 설비의 다이어그램을 보여줍니다.

HP1 - 스크러버형 중화제; H1 - 펌프; B1 - 진공 증발기; B2 - 진공 분리기; NB1 - 질산 압력 탱크; B1 - 탱크(게이트 믹서); P1 - 와셔; DN1 - 사전 중화제

그림 3 - 진공 증발기를 이용한 중화 설치 계획

1.2~1.3atm의 압력에서 30~90°C 온도의 암모니아 함유 가스가 스크러버 중화 장치 1의 하부에 공급됩니다. 순환하는 질산염 용액이 스크러버의 상부로 들어갑니다. 일반적으로 탱크 5에서 질산이 지속적으로 공급되는 밀봉 탱크 6은 때때로 60 °C를 초과하지 않는 온도로 예열됩니다. 중화 공정은 20-50 g/l 범위의 과량의 산으로 수행됩니다. 스크러버 1은 일반적으로 용액의 끓는점보다 15~20°C 낮은 온도를 유지하여 산 분해와 질산암모늄 미스트 형성을 방지하는 데 도움이 됩니다. 설정된 온도는 600mmHg의 진공에서 작동하는 진공 증발기의 용액으로 스크러버를 관개하여 유지됩니다. Art., 따라서 그 안의 용액은 스크러버보다 온도가 낮습니다.

스크러버에서 얻은 질산염 용액은 진공 증발기 5로 흡입되며, 진공 상태는 560-600mmHg입니다. 미술. 물의 부분 증발 (증발)이 발생하고 용액 농도가 증가합니다.

진공 증발기에서 용액은 수밀 탱크 6으로 유입되고, 여기서 대부분은 다시 스크러버 1로 관개되고 나머지는 후중화기 8로 보내집니다. 진공 증발기 3에서 생성된 즙 증기는 진공 분리기(4)를 통해 표면 응축기(그림에 표시되지 않음) 또는 혼합형 커패시터로 보내집니다. 첫 번째 경우 주스 증기 응축수는 질산 생산에 사용되고 두 번째 경우에는 다양한 다른 목적으로 사용됩니다. 진공 증발기의 진공은 주스 증기의 응축으로 인해 생성됩니다. 응축되지 않은 증기와 가스는 진공 펌프에 의해 응축기 밖으로 흡입되어 대기 중으로 배출됩니다.

스크러버 1의 배기 가스는 장치 7로 들어가 응축수로 세척되어 질산염 용액 방울을 제거한 후 대기로 제거됩니다. 최종 중화제 혼합기에서 용액은 0.1-0.2g/l의 유리 암모니아 함량으로 중화되고 ITN 장치에서 얻은 질산염 용액 흐름과 함께 증발을 위해 보내집니다.

그림 4는 더욱 발전된 진공 중화 방식을 보여줍니다.

XK1 - 냉장고 콘덴서; CH1 - 세정기 중화제; C1, C2 - 컬렉션; TsN1, TsN2, TsN3 - 원심 펌프; P1 - 가스 세척기; G1 - 물개; L1 - 함정; B1 - 진공 증발기; BD1 - 중화제 탱크; B2 - 진공 펌프; P2 - 주스 기계 세척기; K1 - 표면 커패시터

그림 4 - 진공 중화 다이어그램:

증류 가스는 중화기 스크러버 2의 하부로 향하고 순환 펌프 4를 사용하여 수집기 3의 용액으로 관개됩니다.

워터 씰(6)을 통한 수집(3)은 세정기 중화기(2)로부터의 용액뿐만 아니라 진공 증발기(10) 및 주스 스팀 세척기(14)의 트랩 이후의 용액도 수용합니다.

압력 탱크(그림에는 표시되지 않음)를 통해 가스 세척기 5의 질산 용액이 즙 증기 응축수로 관개되어 연속적으로 수집기 7로 공급됩니다. 여기에서 용액은 순환 펌프 8을 통해 세척기 5로 공급된 후 세척기 5로 공급됩니다. 컬렉션 7로 반환됩니다.

와셔(5) 이후의 뜨거운 가스는 냉장고-응축기(1)에서 냉각되어 대기로 방출됩니다.

워터 씰(6)의 뜨거운 질산암모늄 용액은 진공 펌프(13)에 의해 진공 증발기(10)로 흡입되며, 여기서 NH4NO3의 농도는 몇 퍼센트 증가합니다.

진공증발기(10)에서 배출된 즙증기는 트랩(9), 세척기(14), 표면응축기(15)를 통과하여 진공펌프(13)에 의해 대기중으로 배출된다.

주어진 산성도를 갖는 질산암모늄 용액이 펌프 4의 배출 라인에서 중화제 탱크로 배출됩니다. 여기서 용액은 암모니아 가스로 중화되고 펌프 12는 증발 스테이션으로 보내집니다.

3.1. 5 주요 장비

ITN 중화제.장치 내부에 암모니아와 질산을 분배하기 위한 장치의 크기와 디자인이 주로 다른 여러 유형의 중화제가 사용됩니다. 직경 2400mm, 높이 7155mm, 유리 - 직경 1000mm, 높이 5000mm 크기의 장치가 자주 사용됩니다. 직경 2440mm, 높이 6294mm의 장치와 이전에 제공된 믹서가 제거된 장치도 사용됩니다(그림 5).

LK1 - 해치; P1 - 선반; L1 - 샘플링 라인; L2 - 솔루션 출력 라인; BC1 - 내부 유리; C1 - 외부 용기; Ш1 - 배수 솔루션용 피팅; P1 - 암모니아 분배기; P2 - 질산 분배기

그림 5 - ITN 중화 장치

어떤 경우에는 소량의 암모니아 함유 가스를 처리하기 위해 직경 1700mm, 높이 5000mm의 ITP 장치가 사용됩니다.

암모니아 가스 히터는 탄소강으로 만들어진 쉘 앤 튜브 장치입니다. 케이스 직경 400-476mm, 높이 3500-3280mm. 튜브는 총 열 전달 표면이 28m2인 121개의 튜브(튜브 직경 25x3mm)로 구성되는 경우가 많습니다. 기체 암모니아가 튜브로 들어가고 가열 증기 또는 뜨거운 응축수가 튜브 간 공간으로 들어갑니다.

가열 장비의 주스 증기가 가열에 사용되는 경우 히터는 스테인레스 스틸 1Х18Н9Т로 만들어집니다.

액체 암모니아 증발기는 탄소강 장치로, 하부에 증기 코일이 있고 중앙에 기체 암모니아가 접선 방향으로 유입됩니다.

대부분의 경우 증발기는 9atm의 압력(과잉)에서 새로운 증기로 작동합니다. 암모니아 증발기 하단에는 축적된 오염물질을 주기적으로 제거하기 위한 피팅이 있습니다.

질산 히터는 직경 400mm, 길이 3890mm의 쉘 앤 튜브 장치입니다. 튜브 직경 25x2mm, 길이 3500mm; 총 열 교환 표면 32m2. 가열은 절대 압력 1.2atm의 주스 증기로 수행됩니다.

스크러버형 중화장치는 직경 1800~2400mm, 높이 4700~5150mm의 수직 원통형 장치이다. 직경 2012mm, 높이 9000mm의 장치도 사용됩니다. 장치 내부에는 단면 전체에 걸쳐 순환 용액을 균일하게 분배하기 위해 여러 개의 천공판 또는 세라믹 링으로 만들어진 노즐이 있습니다. 플레이트가 장착된 장치의 상단 부분에는 50x50x3mm 크기의 링 층이 놓여 있어 용액이 튀는 것을 방지하는 역할을 합니다.

직경 1700mm, 높이 5150mm인 스크러버 자유 구간의 가스 속도는 약 0.4m/초입니다. 용액을 이용한 세정기 유형 장치의 관개는 175-250m3/h 용량의 원심 펌프를 사용하여 수행됩니다.

진공 증발기는 직경 1000-1200mm, 높이 5000-3200mm의 수직 원통형 장치입니다. 노즐은 50x50x5mm 크기의 세라믹 링으로 규칙적인 줄로 놓여 있습니다.

가스 세척기는 직경 1000mm, 높이 5000mm의 스테인레스 스틸로 만들어진 수직 원통형 장치입니다. 노즐은 50x50x5mm 크기의 세라믹 링입니다.

교반기 중화 장치 - 교반기가 30rpm의 속도로 회전하는 원통형 장치입니다. 구동은 기어박스를 통해 전기 모터에서 수행됩니다(그림 6).

Ш1 - 레벨 미터 설치용 피팅; B1 - 통풍구; E1 - 전기 모터; P1 - 기어박스; VM1 - 믹서 샤프트; L1 - 맨홀

그림 6 - 교반기 중화 장치

자주 사용되는 장치의 직경은 2800mm, 높이 3200mm입니다. 이는 대기압 하에서 작동하며 질산암모늄 용액의 최종 중화 및 증발을 위해 보내지는 용액의 중간 용기 역할을 합니다.

표면 응축기는 진공 증발기에서 나오는 주스 증기를 응축하도록 설계된 수직 쉘 앤 튜브 2패스(물 통과) 열 교환기입니다. 장치 직경 1200mm, 높이 4285mm; 열전달 표면 309m2. 약 550~600mmHg의 진공에서 작동합니다. 미술.; 튜브 있음: 직경 25x2 mm, 길이 3500 m, 총 개수 1150개; 이러한 커패시터의 무게는 약 7200kg입니다.

경우에 따라 증발기, 가열 장비의 트랩 및 워터 씰에서 퍼지하는 동안 배출되는 주스 증기가 대기로 배출되는 것을 방지하기 위해 본체 직경 800mm, 높이 4430mm, 총 튜브 수 특성을 갖춘 표면 콘덴서가 설치됩니다. 483개, 직경 25x2, 전체 표면 125m2.

진공 펌프. 다양한 유형의 펌프가 사용됩니다. VVN-12 유형 펌프의 용량은 66m3/h이고 샤프트 회전 속도는 980rpm입니다. 펌프는 진공 중화 장치에 진공을 생성하도록 설계되었습니다.

원심 펌프. 진공 중화 설비에서 질산암모늄 용액을 순환시키기 위해 175-250 m3/h 용량의 7ХН-12 펌프가 종종 사용됩니다. 전기 모터의 설치 출력은 55kW입니다.

4 . 재료 및 에너지 계산

공정의 재료 및 열 균형을 계산해 보겠습니다. 제품 1톤당 암모니아 가스에 의한 질산의 중화를 계산합니다. 매뉴얼의 방법론을 사용하여 표 2에서 초기 데이터를 가져옵니다.

우리는 다음 조건에 따라 무력화 절차가 진행되는 것을 인정합니다.

초기 온도, °C

암모니아 가스............................................ ....................................50

질산................................................ ........................................................20

표 2 - 초기 데이터

재료 계산

1 다음 반응을 통해 질산염 1톤을 얻으려면:

NH3+HNO3=NH4NO3+QJ (9)

이론적으로 필요한 원료의 양(kg)은 다음과 같습니다.

암모니아

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

엑스 - 1000

질산

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

엑스 - 1000

여기서 17, 63, 80은 각각 암모니아, 질산, 질산암모늄의 분자량입니다.

NH3 및 HNO3의 실제 소비량은 이론적인 것보다 약간 높습니다. 중화 과정에서 반응 성분 및 질산염 등의 약간의 분해로 인한 통신 누출로 인해 주스 증기로 인한 시약의 손실이 불가피하기 때문입니다.

2. 상용 제품의 질산암모늄 양을 결정합니다: 0.98*1000=980 kg/h

또는

980/80=12.25kmol/h,

그리고 물의 양:

1000-980=20kg/시간

3. 12.25kmol/h의 질산염을 얻기 위한 질산 소비량(100%)을 계산하겠습니다. 화학량론에 따르면 질산염이 생성될 때 소모되는 양(kmol/h)은 12.25kmol/h, 즉 12.25*63=771.75kg/h입니다.

조건은 산의 완전한(100%) 전환을 설정하므로 이것이 공급량이 됩니다.

이 공정에는 희석된 산이 포함됩니다 - 60%:

771.75/0.6=1286.25kg/h,

물 포함:

1286.25-771.25=514.5kg/h

4. 마찬가지로, 12.25kmol/h를 생산하기 위한 암모니아 소비(100%), 즉 12.25*17=208.25kg/h

25% 암모니아수의 경우 물 833-208.25 = 624.75kg/h를 포함하여 208.25/0.25 = 833kg/h가 됩니다.

5. 시약과 함께 공급된 중화제에 들어 있는 물의 총량을 구하겠습니다.

514.5+624.75=1139.25kg/h

6. 질산염 용액의 증발로 인해 형성된 수증기의 양을 결정해 보겠습니다(상업 제품에는 20kg/h가 남아 있음): 1139.25 - 20 = 1119.25kg/h.

7. 질산암모늄 생산 공정의 물질 수지 표를 작성해 보겠습니다.

표 3 - 중화 공정의 물질 수지

8. 기술 지표를 계산해 봅시다.

· 이론적 비용 계수:

산의 경우 - 63/80=0.78 kg/kg

암모니아의 경우 - 17/80=0.21 kg/kg

· 실제 비용 비율:

산의 경우 - 1286.25/1000=1.28 kg/kg

암모니아의 경우 - 833/1000=0.83 kg/kg

중화 과정에서 단 한 번의 반응만 발생했고 원료의 전환율은 1과 같았으며(즉, 완전한 전환이 발생함) 손실도 없었습니다. 이는 실제 수율이 이론적인 수율과 동일하다는 것을 의미합니다.

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

에너지 계산

따뜻함의 도래. 중화 과정에서 입력되는 열은 암모니아와 질산에 의해 유입되는 열과 중화 중에 방출되는 열로 구성됩니다.

1. 암모니아 가스가 기여하는 열은 다음과 같습니다.

Q1=208.25*2.18*50=22699.25kJ,

여기서 208.25는 암모니아 소비량(kg/h)입니다.

2.18 - 암모니아의 열용량, kJ/(kg*°C)

50 - 암모니아 온도, °C

2. 질산에 의해 열이 발생합니다.

Q2=771.75*2.76*20=42600.8kJ,

여기서 771.25는 질산 소비량(kg/h)입니다.

2.76 - 질산의 열용량, kJ/(kg*°C)

20 - 산 온도, °C

3. 중화열은 다음 방정식에 따라 형성된 질산암모늄 1몰당 미리 계산됩니다.

HNO3*3.95H2O(액체) +NH3(기체) =NH4NO3*3.95H2O(액체)

여기서 HNO3*3.95H2O는 질산에 해당합니다.

이 반응의 열 효과 Q3는 다음 양에서 구됩니다.

a) 물에 질산이 용해되는 열:

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

b) 100% 질산과 100% 암모니아로부터 고체 NH4NO3가 형성되는 열:

HNO3(액체) + NH3(기체) = ​​NH4NO3(고체) (11)

c) 생성된 용액을 52.5%(NH4NO3*H2O)에서 64%(NH4NO3*2.5H2O)까지 증발시키기 위한 반응 열 소비를 고려한 물에 질산암모늄이 용해되는 열

NH4NO3 +2.5H2O= NH4NO3*2.5H2O, (12)

여기서 NH4NO3*4H2O는 52.5% NH4NO3 농도에 해당합니다.

NH4NO3*4H2O의 값은 다음 비율로 계산됩니다.

80*47.5/52.5*18=4H2O,

여기서 80은 NH4NO3의 몰 중량입니다.

47.5 - HNO3 농도, %

52.5 - NH4NO3 농도, %

18 - H2O의 몰 중량

NH4NO3*2.5H2O의 값은 NH4NO3의 64% 용액에 해당하는 유사하게 계산됩니다.

80*36/64*18=2.5H2O

반응식 (10)에 따르면 물에 용해된 질산의 열 q는 2594.08 J/mol입니다. 반응(11)의 열 효과를 결정하려면 질산암모늄 생성 열에서 NH3(가스) 및 HNO3(액체) 생성 열의 합을 빼야 합니다.

18°C 및 1 atm에서 단순 물질로부터 이러한 화합물이 형성되는 열은 다음 값(J/mol)을 갖습니다.

NH3(가스):46191.36

HNO3(액체): 174472.8

NH4NO3(들):364844.8

화학 공정의 전반적인 열 효과는 초기 상호 작용 물질과 최종 제품의 형성 열에만 의존합니다. 이에 따라 반응(11)의 열 효과는 다음과 같습니다.

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

반응 (12)에 따른 NH4NO3의 용해열 q3은 15606.32 J/mol과 같습니다.

NH4NO3가 물에 용해되는 과정은 열을 흡수하면서 발생합니다. 이와 관련하여 용해열은 에너지 균형에서 빼기 기호로 표시됩니다. NH4NO3 용액의 농도는 열 방출에 따라 진행됩니다.

따라서 Q3 반응의 열 효과

HNO3 +*3.95H2O(액체)+ NH3(기체) =NH4NO3*2.5H2O(액체)+1.45 H2O(증기)

될거야:

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

질산암모늄 1톤을 생산할 때 중화 반응열은 다음과 같습니다.

102633.52*1000/80=1282919kJ,

여기서 80은 NH4NO3의 분자량입니다.

위의 계산에 따르면 총 열 증가량은 암모니아 22699.25, 질산 42600.8, 중화열 1282919 및 총 1348219.05kJ로 인한 것임이 분명합니다.

열 소비. 질산을 암모니아로 중화할 때 생성된 질산암모늄 용액에 의해 장치에서 열이 제거되고 이 용액에서 물을 증발시키는 데 소비되어 환경으로 손실됩니다.

질산암모늄 용액에 의해 운반되는 열량은 다음과 같습니다.

Q=(980+10)*2.55tkip,

여기서 980은 질산암모늄 용액의 양, kg입니다.

10 - NH3 및 HNO3 손실, kg

tboil - 질산암모늄 용액의 끓는점, °C

질산암모늄 용액의 끓는점은 중화기의 절대 압력 1.15 - 1.2 atm에서 결정됩니다. 이 압력은 포화 수증기 온도 103°C에 해당합니다. 대기압에서 NH4NO3 용액의 끓는점은 115.2 °C입니다. 온도 저하는 다음과 같습니다.

?t=115.2 - 100=15.2°C

64% NH4NO3 용액의 끓는점을 계산하세요.

tboil = tsat. 증기+?t*з =103+15.2*1.03 = 118.7 °С,

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질산암모늄은 가장 흔한 비료 중 하나입니다.

질산암모늄(질산암모늄이라고도 함)은 공장에서 질산과 암모니아로부터 이들 화합물의 화학적 상호작용을 통해 생산됩니다.

생산 과정은 다음 단계로 구성됩니다.

1. 암모니아 가스를 이용한 질산의 중화.
2. 질산암모늄 용액의 증발.
3. 질산암모늄의 결정화.
4. 소금 건조.

그림은 질산암모늄 생산을 위한 단순화된 공정 흐름도를 보여줍니다. 이 과정은 어떻게 진행되나요?

공급원료인 기체 암모니아 및 질산(수용액)이 중화제로 들어갑니다. 여기서 두 물질의 화학적 상호 작용의 결과로 많은 양의 열이 방출되면서 격렬한 반응이 발생합니다. 이 경우 물의 일부가 증발하고 생성된 수증기(소위 수액증기)가 트랩을 통해 외부로 배출됩니다.

불완전하게 증발된 질산암모늄 용액은 중화기에서 다음 장치인 최종 중화기로 흐릅니다. 여기에 암모니아 수용액을 첨가하면 질산의 중화 과정이 종료됩니다.

사전 중화기에서 질산암모늄 용액은 지속적으로 작동하는 진공 장치인 증발기로 펌핑됩니다. 이러한 장치의 용액은 감압, 이 경우 160-200 mm Hg의 압력에서 증발됩니다. 미술. 증발을 위한 열은 증기에 의해 가열된 튜브 벽을 통해 용액으로 전달됩니다.

용액의 농도가 98%에 도달할 때까지 증발을 수행합니다. 그 후, 용액은 결정화됩니다.

한 가지 방법은 내부에서 냉각된 드럼의 표면에서 질산암모늄의 결정화가 일어나는 것이다. 드럼이 회전하고 최대 2mm 두께의 질산암모늄 결정이 표면에 형성됩니다. 빵 껍질은 칼로 잘라내어 슈트를 통해 건조됩니다.

질산암모늄은 회전 건조 드럼에서 120° 온도의 뜨거운 공기로 건조됩니다. 건조 후 완제품은 포장을 위해 보내집니다. 질산암모늄은 34~35%의 질소를 함유하고 있습니다. 케이킹을 줄이기 위해 생산 중에 다양한 첨가제가 구성에 추가됩니다.

질산암모늄은 공장에서 과립 형태와 플레이크 형태로 생산됩니다. 플레이크 질산염은 공기 중 수분을 강력하게 흡수하므로 보관 중에 퍼지고 부서지기 쉽습니다. 입상질산암모늄은 알갱이(과립)의 형태를 가지고 있습니다.

질산암모늄의 과립화는 대부분 타워에서 수행됩니다(그림 참조). 질산암모늄의 증발된 용액(용해물)은 타워 천장에 장착된 원심분리기를 사용하여 분사됩니다.

용융물은 원심분리기의 회전하는 천공 드럼으로 연속적인 흐름으로 흐릅니다. 스프레이는 드럼의 구멍을 통과하면서 적당한 직경의 볼로 변해 떨어지면서 굳어집니다.

과립형 질산암모늄은 물리적 성질이 좋고, 보관 중에 굳어지지 않으며, 현장에서 잘 분산되고 공기 중 수분을 천천히 흡수합니다.

황산암모늄 - (그렇지 않은 경우 - 황산암모늄)에는 21%의 질소가 포함되어 있습니다. 황산암모늄의 대부분은 코크스 산업에서 생산됩니다.

앞으로 몇 년 동안 가장 농축된 질소 비료인 요소 또는 46%의 질소를 함유한 요소의 생산이 크게 발전할 것입니다.

요소는 암모니아와 이산화탄소를 합성하여 고압에서 생산됩니다. 비료뿐만 아니라 가축 사료(단백질 영양 보충)와 플라스틱 생산 중간체로도 사용됩니다.

액체 질소 비료(액체 암모니아, 암모니아 및 암모니아수)도 매우 중요합니다.

액체 암모니아는 고압에서 액화하여 기체 암모니아로부터 생성됩니다. 질소가 82% 함유되어 있습니다. 암모니아 화합물은 액체 암모니아에 질산암모늄, 질산칼슘 또는 요소를 소량의 물을 첨가한 용액입니다. 그들은 최대 37%의 질소를 함유하고 있습니다. 암모니아수는 암모니아 수용액이다. 질소가 20% 함유되어 있습니다. 작물에 미치는 영향 측면에서 액체 질소 비료는 고체 비료보다 열등하지 않습니다. 그리고 용액 증발, 건조 및 과립화 작업이 제거되므로 생산이 고체보다 훨씬 저렴합니다. 세 가지 종류의 액체질소 비료 중 암모니아수가 가장 널리 사용됩니다. 물론 액체 비료를 토양에 적용하고 보관 및 운송하려면 특수한 기계와 장비가 필요합니다.

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