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• Introdução
• 1. Produção de nitrato de amônio
• 2. Matérias-primas
• 3. Síntese de amônia
• 4. Características do produto alvo
• 5. Fundamentação física e química dos principais processos de produção do produto alvo e segurança ambiental da produção

Introdução

O tipo mais importante de fertilizantes minerais são os fertilizantes nitrogenados: nitrato de amônio, uréia, sulfato de amônio, soluções aquosas de amônia, etc. O nitrogênio desempenha um papel extremamente importante na vida das plantas: faz parte da clorofila, que é um aceitador de energia solar energia e proteínas necessárias para a construção de uma célula viva. As plantas só podem consumir nitrogênio fixo - na forma de nitratos, sais de amônio ou amidas. Quantidades relativamente pequenas de nitrogênio fixo são formadas a partir do nitrogênio atmosférico devido à atividade dos microrganismos do solo. No entanto, a agricultura intensiva moderna não pode mais existir sem a aplicação adicional de fertilizantes nitrogenados ao solo, obtidos como resultado da fixação industrial do nitrogênio atmosférico.

Os fertilizantes nitrogenados diferem entre si no teor de nitrogênio, na forma de compostos de nitrogênio (nitrato, amônio, amida), estado de fase (sólido e líquido), existindo também fertilizantes fisiologicamente ácidos e fisiologicamente alcalinos.

1. Produção de nitrato de amônio

Nitrato de amônio, ou nitrato de amônio, NH 4 NO 3 - uma substância cristalina branca contendo 35% de nitrogênio nas formas de amônio e nitrato , ambas as formas de nitrogênio são facilmente absorvidas pelas plantas. O nitrato de amônio granulado é utilizado em larga escala antes da semeadura e para todos os tipos de fertilização. Em menor escala, é usado para produzir explosivos.

O nitrato de amônio é altamente solúvel em água e possui alta higroscopicidade (capacidade de absorver a umidade do ar). Esta é a razão pela qual os grânulos de fertilizantes se espalham, perdem sua forma cristalina, ocorre a aglomeração de fertilizantes - o material a granel se transforma em uma massa sólida monolítica.

O nitrato de amônio é produzido em três tipos:

A e B – utilizados na indústria; usado em misturas explosivas (ammonites, amoniais)

B é o fertilizante nitrogenado eficaz e mais comum, contendo cerca de 33-34% de nitrogênio; tem acidez fisiológica.

2. Matérias-primas

As matérias-primas para a produção de nitrato de amônio são amônia e ácido nítrico.

Ácido nítrico . O ácido nítrico puro HNO é um líquido incolor com densidade de 1,51 g/cm3 a -42 °C, solidificando-se em uma massa cristalina transparente. No ar, ele, assim como o ácido clorídrico concentrado, “fuma”, pois seus vapores formam pequenas gotículas de neblina com a umidade do ar.O ácido nítrico não é durável e já sob a influência da luz se decompõe gradativamente:

Quanto maior a temperatura e mais concentrado o ácido, mais rápida ocorre a decomposição. O dióxido de nitrogênio liberado se dissolve no ácido e lhe confere uma cor marrom.

O ácido nítrico é um dos ácidos mais poderosos; em soluções diluídas, decompõe-se completamente em íons H e -NO.O ácido nítrico é um dos compostos de nitrogênio mais importantes: é utilizado em grandes quantidades na produção de fertilizantes nitrogenados, explosivos e corantes orgânicos, serve como agente oxidante em muitos processos químicos, e é utilizado na produção de ácido sulfúrico. ácidos pelo método nitroso, utilizados na fabricação de vernizes e filmes celulósicos .

Produção industrial de ácido nítrico . Os métodos industriais modernos para a produção de ácido nítrico baseiam-se na oxidação catalítica da amônia com o oxigênio atmosférico. Ao descrever as propriedades da amônia, foi indicado que ela queima em oxigênio, e os produtos da reação são água e nitrogênio livre. Mas na presença de catalisadores, a oxidação da amônia com oxigênio pode ocorrer de forma diferente. Se uma mistura de amônia e ar é passado sobre o catalisador, então a 750 ° C e. Em uma determinada composição da mistura, ocorre a conversão quase completa

A mistura resultante passa facilmente para a qual, com água na presença de oxigênio atmosférico, dá ácido nítrico.

Ligas à base de platina são usadas como catalisadores para a oxidação da amônia.

O ácido nítrico obtido pela oxidação da amônia tem concentração não superior a 60%. Se necessário, é concentrado,

A indústria produz ácido nítrico diluído nas concentrações de 55, 47 e 45%, e ácido nítrico concentrado - 98 e 97%.O ácido concentrado é transportado em tanques de alumínio, o ácido diluído - em tanques de aço resistente a ácidos.

3. Síntese de amônia

matérias-primas de nitrato de nitrogênio de amônia

A amônia é um produto chave de várias substâncias contendo nitrogênio utilizadas na indústria e na agricultura. D. N. Pryanishnikov chamou a amônia de “alfa e ômega” no metabolismo de substâncias nitrogenadas nas plantas.

O diagrama mostra as principais aplicações da amônia. A composição da amônia foi estabelecida por C. Berthollet em 1784. A amônia NH 3 é uma base, um agente redutor moderadamente forte e um agente complexante eficaz em relação a cátions com orbitais de ligação vagos.

Base físico-química do processo . A síntese de amônia a partir de elementos é realizada de acordo com a equação de reação

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

A reação é reversível, exotérmica, caracterizada por um grande efeito de entalpia negativa (?H = -91,96 kJ/mol) e em altas temperaturas torna-se ainda mais exotérmica (?H = -112,86 kJ/mol). Segundo o princípio de Le Chatelier, quando aquecido, o equilíbrio se desloca para a esquerda, no sentido de uma diminuição no rendimento de amônia. A variação da entropia neste caso também é negativa e não favorece a reação. Com um valor negativo de ?S, um aumento na temperatura reduz a probabilidade de ocorrência de uma reação,

A reação de síntese da amônia prossegue com diminuição do volume. De acordo com a equação da reação, 4 moles de reagentes gasosos iniciais formam 2 moles de produto gasoso. Com base no princípio de Le Chatelier, podemos concluir que, em condições de equilíbrio, o teor de amônia na mistura será maior em alta pressão do que em baixa pressão.

4. Características do produto alvo

Características físico-químicas . Nitrato de amônio (nitrato de amônio) NH4NO3 tem peso molecular de 80,043; o produto puro é uma substância cristalina incolor contendo 60% de oxigênio, 5% de hidrogênio e 35% de nitrogênio (17,5% cada, nas formas de amônia e nitrato). O produto técnico contém pelo menos 34,0% de nitrogênio.

Propriedades físicas e químicas básicas do nitrato de amônioé:

O nitrato de amônio, dependendo da temperatura, existe em cinco modificações cristalinas que são termodinamicamente estáveis ​​à pressão atmosférica (tabela). Cada modificação existe apenas em uma determinada faixa de temperatura, e a transição (polimórfica) de uma modificação para outra é acompanhada por mudanças na estrutura cristalina, liberação (ou absorção) de calor, bem como uma mudança abrupta no volume específico, capacidade térmica , entropia, etc. As transições polimórficas são reversíveis - enantiotrópicas.

Mesa. Modificações cristalinas de nitrato de amônio

O sistema NH 4 NO 3 -H 2 O (Fig. 11-2) refere-se a sistemas com eutética simples. O ponto eutético corresponde a uma concentração de 42,4% MH 4 MO 3 e uma temperatura de -16,9 °C. O ramo esquerdo do diagrama - a linha liquidus da água - corresponde às condições para a liberação de gelo no sistema NN 4 MO 3 -H 2 O. O ramo direito da curva liquidus é a curva de solubilidade de MH 4 MO 3 na água. Esta curva possui três pontos de quebra correspondentes às temperaturas de transição de modificação NH 4 NO 3 1 = 11 (125,8 °C), II = III (84,2 °C) e 111 = IV (32,2 °C). o nitrato de amônio anidro é 169,6 ° C. Diminui com o aumento do teor de umidade do sal.

Dependência da temperatura de cristalização do NH 4 NO 3 (Tcrystal, "C) do teor de umidade (X,%) até 1,5% é descrito pela equação:

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

Dependência da temperatura de cristalização do nitrato de amônio com adição de sulfato de amônio do teor de umidade (X,%) até 1,5% e sulfato de amônio (U, %) até 3,0% é expresso pela equação:

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

O nitrato de amônio se dissolve em água e absorve calor. Abaixo estão os valores dos calores de dissolução (Q dist) do nitrato de amônio de várias concentrações em água a 25°C:

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

O nitrato de amônio é altamente solúvel em água, álcoois etílico e metílico, piridina, acetona e amônia líquida.

Arroz. 11-2. Diagrama de estado do sistemaN. H.4 N03 - H20

Decomposição termal . O nitrato de amônio é um agente oxidante que pode auxiliar na combustão. Quando aquecido em um espaço confinado, quando os produtos da decomposição térmica não podem ser removidos livremente, o salitre pode, sob certas condições, explodir (detonar). Também pode explodir sob a influência de choques fortes, por exemplo quando iniciados por explosivos.

Durante o período inicial de aquecimento a 110°C, ocorre gradualmente a dissociação endotérmica do nitrato em amônia e ácido nítrico:

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

A 165°C, a perda de peso não ultrapassa 6%/dia. A taxa de dissociação depende não apenas da temperatura, mas também da relação entre a superfície do nitrato e seu volume, do conteúdo de impurezas, etc.

A amônia é menos solúvel no fundido do que o ácido nítrico, por isso é removida mais rapidamente; a concentração de ácido nítrico aumenta até um valor de equilíbrio determinado pela temperatura. A presença de ácido nítrico no fundido determina a natureza autocatalítica da decomposição térmica.

Na faixa de temperatura de 200-270 °C, ocorre principalmente uma reação exotérmica fraca de decomposição de nitrato em óxido nitroso e água:

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

Um efeito notável na taxa de decomposição térmica é exercido pelo dióxido de nitrogênio, que é formado durante a decomposição térmica do ácido nítrico, que é um produto da dissociação do nitrato de amônio.

Quando o dióxido de nitrogênio reage com o nitrato, formam-se ácido nítrico, água e nitrogênio:

NH 4 NO 3 + 2NO 2 > N 2 + 2HNO 3 + H 2 O + 232 kJ/mol. (11,11 )

O efeito térmico desta reação é mais de 6 vezes maior que o efeito térmico da reação de decomposição do nitrato em N 2 O e H 2 O. Assim, no nitrato acidificado, mesmo em temperaturas normais, devido a uma reação exotérmica significativa da interação com o dióxido de nitrogênio, ocorre a decomposição térmica espontânea, que, com uma grande massa de nitrato de amônio, pode levar à sua rápida decomposição.

Quando o nitrato é aquecido em sistema fechado a 210-220 °C, a amônia se acumula, a concentração de ácido nítrico diminui e, portanto, a reação de decomposição é fortemente inibida. O processo de decomposição térmica praticamente para, apesar de a maior parte do sal ter ainda não decomposto. Em temperaturas mais altas, a amônia oxida mais rapidamente, o ácido nítrico se acumula no sistema e a reação prossegue com autoaceleração significativa, o que pode levar a uma explosão.

Aditivo para o nitrato de amônio de substâncias que podem se decompor com a liberação de amônia (por exemplo, uréia e acetamida) inibe a decomposição térmica. Sais com cátions de prata ou tálio aumentam significativamente a taxa de reação devido à formação de complexos com íons nitrato no fundido. Os íons cloro têm um forte efeito catalítico no processo de decomposição térmica. Quando uma mistura contendo cloreto e nitrato de amônio é aquecida a 220-230 °C, a decomposição muito rápida começa com a liberação de grandes quantidades de gás. Devido ao calor da reação, a temperatura da mistura aumenta muito e a decomposição é concluída em pouco tempo.

Se a mistura contendo cloreto for mantida a uma temperatura de 150-200 ° C, então no primeiro período de tempo, denominado indução, a decomposição ocorrerá a uma taxa correspondente à decomposição do nitrato a uma determinada temperatura. Durante este período, para além da decomposição, ocorrerão também outros processos, cujo resultado é, nomeadamente, o aumento do teor de ácido na mistura e a libertação de uma pequena quantidade de cloro. Após o período de indução, a decomposição prossegue em alta velocidade e é acompanhada por forte liberação de calor e formação de grandes quantidades de gases tóxicos. Com alto teor de cloreto, a decomposição de toda a massa de nitrato de amônio termina rapidamente. Em vista disso, o teor de cloreto no produto é estritamente limitado.

Ao operar mecanismos utilizados na produção de nitrato de amônio, devem ser utilizados lubrificantes que não interajam com o produto e não reduzam a temperatura inicial de decomposição térmica. Para este propósito, por exemplo, pode ser usado o lubrificante VNIINP-282 (GOST 24926-81).

A temperatura do produto enviado para armazenamento a granel ou para embalagem em sacos não deve ultrapassar 55 °C. Sacos de polietileno ou papel kraft são usados ​​como recipientes. As temperaturas nas quais se iniciam os processos ativos de oxidação do polietileno e do papel kraft com nitrato de amônio são 270-280 e 220-230 °C, respectivamente. Os sacos plásticos e de papel kraft vazios devem ser limpos de resíduos do produto e, caso não possam ser utilizados, devem ser incinerados.

Em termos de energia de explosão, o nitrato de amônio é três vezes mais fraco que a maioria dos explosivos. Um produto granular pode, em princípio, detonar, mas a iniciação com uma cápsula detonadora é impossível; isto requer grandes cargas de explosivos poderosos.

A decomposição explosiva do nitrato ocorre de acordo com a equação:

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

De acordo com a equação (11.12), o calor da explosão deveria ser 1,48 MJ/kg. Porém, devido à ocorrência de reações colaterais, uma das quais é endotérmica (11,9), o calor real de explosão é de 0,96 MJ/kg e é pequeno comparado ao calor de explosão do hexogênio (5,45 MJ). Mas para um produto de grande capacidade como o nitrato de amônio, levar em conta suas propriedades explosivas (embora fracas) é importante para garantir a segurança.

Os requisitos do consumidor quanto à qualidade do nitrato de amônio produzido pela indústria são refletidos no GOST 2-85, segundo o qual são produzidos dois tipos de produto comercial.

A resistência dos grânulos é determinada de acordo com GOST-21560.2-82 usando dispositivos IPG-1, MIP-10-1 ou OSPG-1M.

A friabilidade do nitrato de amônio granulado embalado em sacos é determinada de acordo com GOST-21560.5-82.

GOST 14702-79-" à prova d'água"

5. Fundamentação física e química dos principais processos de produção do produto alvo e segurança ambiental da produção

Para obter nitrato de amônio praticamente não aglomerante, são utilizados vários métodos tecnológicos. Um meio eficaz de reduzir a taxa de absorção de umidade pelos sais higroscópicos é a sua granulação. A superfície total dos grânulos homogêneos é menor que a superfície da mesma quantidade de sal fino cristalino, de modo que os fertilizantes granulares absorvem a umidade do ar mais lentamente. Às vezes, o nitrato de amônio é fundido com sais menos higroscópicos, por exemplo, sulfato de amônio.

Fosfatos de amônio, cloreto de potássio e nitrato de magnésio também são usados ​​como aditivos de ação semelhante. O processo de produção de nitrato de amônio é baseado em uma reação heterogênea entre amônia gasosa e uma solução de ácido nítrico:

NH 3 + HNO 3 = NH 4 NÃO 3

?H = -144,9 kJ (VIII)

A reação química ocorre em alta velocidade; em um reator industrial é limitado pela dissolução do gás no líquido. Para reduzir a inibição da difusão, a mistura dos reagentes é de grande importância.

Condições intensivas para a realização do processo podem ser asseguradas em grande medida durante o desenvolvimento do design do aparelho. A reação (VIII) é realizada em um aparelho ITN de operação contínua (usando o calor de neutralização). O reator é um aparelho cilíndrico vertical que consiste em zonas de reação e separação. Na zona de reação existe um vidro /, na parte inferior do qual existem orifícios para circulação da solução. Um borbulhador está localizado ligeiramente acima dos orifícios dentro do vidro 2 para fornecimento de gás amônia, acima dele há um borbulhador 3 para fornecer ácido nítrico. A mistura vapor-líquido da reação sai pelo topo do vidro de reação; parte da solução é retirada do aparelho ITN e entra no neutralizador final, e o restante (circulação) desce novamente. O vapor do suco liberado da mistura vapor-líquido é lavado nas placas de tampa 6 de respingos de solução de nitrato de amônio e vapor de ácido nítrico com uma solução de nitrato a 20% e, em seguida, suco condensado de vapor.

O calor de reação (VIII) é utilizado para evaporar parcialmente a água da mistura reacional (daí o nome do aparelho - ITN). A diferença de temperaturas nas diferentes partes do aparelho leva a uma circulação mais intensa da mistura reacional.

O processo tecnológico para produção de nitrato de amônio inclui, além da etapa de neutralização do ácido nítrico com amônia, também as etapas de evaporação da solução de nitrato, granulação do fundido, resfriamento dos grânulos, tratamento dos grânulos com surfactantes , embalagem, armazenamento e carregamento de nitrato, purificação de emissões de gases e águas residuais.

Na Fig. é mostrado um diagrama de uma unidade moderna de grande capacidade para produção de nitrato de amônio AS-72 com capacidade de 1360 toneladas/dia. O ácido nítrico inicial 58-60% é aquecido em um aquecedor / até 70-80 Com vapor de suco do aparelho ITN 3 e é enviado para neutralização. Na frente dos dispositivos 3 Os ácidos fosfórico e sulfúrico são adicionados ao ácido nítrico em quantidades tais que o produto acabado contém 0,3-0,5% de P 2 O 5 e 0,05-0,2% de sulfato de amônio.

A unidade contém dois dispositivos ITN operando em paralelo. Além do ácido nítrico, são fornecidos com gás amônia, pré-aquecido em aquecedor. 2 condensado de vapor até 120-130 °C. As quantidades fornecidas de ácido nítrico e amoníaco são reguladas para que à saída do aparelho ITN a solução tenha um ligeiro excesso de ácido (2-5 g/l), garantindo a absorção completa do amoníaco.

O ácido nítrico (58-60%) é aquecido no aparelho 2 até 80-90 °C com vapor de suco de um aparelho ITN 8. Gás amônia no aquecedor 1 aquecido por vapor condensado a 120-160°C. O ácido nítrico e a amônia gasosa, em uma proporção controlada automaticamente, entram nas partes de reação de dois aparelhos ITN 5 operando em paralelo. A solução de NH 4 NO 3 a 89-92% que sai do aparelho ITN a 155-170 °C tem um excesso de ácido nítrico na faixa de 2-5 g/l, garantindo a absorção completa da amônia.

Na parte superior do aparelho, o vapor do suco da parte de reação é removido dos respingos de nitrato de amônio; vapores de HNO 3 e NH 3 com uma solução de nitrato de amônio a 20% de um purificador de lavagem 18 e suco de vapor condensado do aquecedor de ácido nítrico 2, que são servidos nas tampas da parte superior do aparelho. Parte do vapor do suco é usada para aquecer o ácido nítrico no aquecedor 2, e a maior parte é enviada para o purificador de lavagem 18, onde é misturado com o ar da torre de granulação, com uma mistura vapor-ar do evaporador 6 e lavados em placas de lavagem. A mistura vapor-ar lavada é liberada na atmosfera por um ventilador 19.

Solução de dispositivos ITN 8 passa sequencialmente pelo neutralizador 4 e neutralizador de controle 5. Para o neutralizador 4 os ácidos sulfúrico e fosfórico são dosados ​​em uma quantidade que garante que o produto acabado contenha 0,05-0,2% de sulfato de amônio e 0,3-0,5% de P20s. A dosagem de ácidos pelas bombas de êmbolo é ajustada em função da carga da unidade.

Após neutralização do excesso de NMO3 em solução de nitrato de amônio dos dispositivos ITN e introdução de ácidos sulfúrico e fosfórico no pós-neutralizador 4, a solução passa pelo pós-neutralizador de controle 5 (onde a amônia é fornecida automaticamente apenas em caso de vazamento de ácido do neutralizador 4) e entra no evaporador 6. Ao contrário da unidade AS-67, a parte superior do evaporador 6 equipado com duas placas de lavagem de peneira, nas quais é fornecido o vapor condensado, lavando a mistura vapor-ar do evaporador do nitrato de amônio

Derretimento de nitrato de um evaporador 6, passando pelo selo d'água e neutralizador 9 e filtrar 10, entra no tanque 11, de onde vem uma bomba submersível 12 fornecido através de uma tubulação com bico antidetonante para um tanque de pressão 15, e depois para os granuladores 16 ou 17. A segurança da unidade de bombeamento do fundido é garantida por um sistema de manutenção automática da temperatura do fundido durante sua evaporação no evaporador (não superior a 190 °C), controle e regulação do ambiente do fundido após o neutralizador 9 (dentro de 0,1-0,5 g/l NH 3), controlando a temperatura do fundido no tanque 11, carcaça da bomba 12 e tubulação de pressão. Se os parâmetros regulatórios do processo se desviarem, o bombeamento do fundido parará automaticamente e o fundido nos tanques 11 e evaporador 6 quando a temperatura subir, dilua com condensado.

A granulação é fornecida por dois tipos de granuladores: vibroacústicos 16 e monodisperso 17. Os granuladores vibroacústicos, usados ​​em unidades de grande escala, provaram ser mais confiáveis ​​e convenientes de usar.

O fundido é granulado em uma torre metálica retangular 20 com dimensões planas de 8x11 m. A altura de vôo dos grânulos é de 55 m, o que garante a cristalização e resfriamento de grânulos com diâmetro de 2-3 mm a 90-120 ° C com fluxo de ar contrário no verão de até 500 mil m/h e no inverno (em baixas temperaturas) até 300-400 mil m/h. Na parte inferior da torre existem cones receptores de onde os grânulos são transportados por uma correia transportadora 21 enviado para o aparelho de resfriamento CC 22.

Aparelho de resfriamento 22 dividido em três seções com fornecimento de ar autônomo sob cada seção da grelha do leito fluidizado. Na parte superior há uma tela embutida, que peneira pedaços de nitrato formados como resultado da interrupção do modo de operação dos granuladores. Os pedaços são enviados para dissolução. Ar fornecido às seções do aparelho de resfriamento por ventiladores 23, aquecido no aparelho 24 devido ao calor do vapor do suco dos dispositivos ITN. O aquecimento é realizado quando a umidade atmosférica é superior a 60% e no inverno para evitar o resfriamento repentino dos grânulos. Os grânulos de nitrato de amônio passam sequencialmente por uma, duas ou três seções do aparelho de resfriamento, dependendo da carga da unidade e da temperatura do ar ambiente. A temperatura de resfriamento recomendada para o produto granulado no inverno é inferior a 27 °C, no verão até 40-50 °C. Ao operar unidades nas regiões do sul, onde durante um número significativo de dias a temperatura do ar excede 30 °C, a terceira seção do aparelho de resfriamento opera com ar pré-resfriado (em um trocador de calor evaporativo de amônia). A quantidade de ar fornecida a cada trecho é de 75 a 80 mil m³/h. Pressão do ventilador 3,6 kPa. O ar de exaustão das seções do aparelho a uma temperatura de 45-60°C, contendo até 0,52 g/m 3 de pó de nitrato de amônio, é enviado para a torre de granulação, onde é misturado com o ar atmosférico e fornecido para lavagem em um esfregão de lavagem 18.

O produto resfriado é enviado para armazém ou para tratamento com surfactante (dispersante NP), e posteriormente para embarque a granel ou para embalagem em sacos. O tratamento com dispersante NF é realizado em aparelho oco 27 com um bico localizado centralmente, pulverizando um fluxo vertical anular de grânulos, ou em um tambor rotativo. A qualidade do processamento do produto granular em todos os dispositivos utilizados atende aos requisitos do GOST 2-85.

O nitrato de amônio granulado é armazenado em armazém em pilhas de até 11 m de altura.Antes do envio ao consumidor, o nitrato é alimentado do armazém para peneiração. O produto não padronizado é dissolvido, a solução é devolvida ao parque. O produto padrão é tratado com um dispersante NF e enviado aos consumidores.

Os tanques para ácidos sulfúrico e fosfórico e os equipamentos de bombeamento para sua dosagem estão dispostos em uma unidade separada. O ponto de controle central, a subestação elétrica, o laboratório, as instalações de serviço e as dependências residenciais estão localizados em um prédio separado.

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9.4. PRODUÇÃO DE NITERATO DE AMÔNIO

O nitrato de amônio é um dos principais tipos de fertilizantes nitrogenados; contém pelo menos 34,2% de nitrogênio. As matérias-primas para a produção de nitrato de amônio granulado são ácido nítrico não concentrado 58-60% e amônia gasosa.

O ácido sulfúrico 92,5% é usado como aditivo condicionante, que é neutralizado com amônia juntamente com ácido nítrico em sulfato de amônio. Para pulverizar os grânulos acabados, é utilizado um surfactante - uma solução aquosa a 40% do dispersante “NF”.

As principais etapas da produção de nitrato de amônio são: neutralização do ácido nítrico com gás amônia; obtenção de nitrato de amônio fundido altamente concentrado; granulação por fusão; resfriamento de grânulos de nitrato de amônio; tratamento de grânulos com surfactante - dispersante “NF”; purificação do ar e do vapor do suco antes de serem liberados na atmosfera; embalagem e armazenamento do produto acabado.

A seguir consideramos a automação da primeira etapa - neutralização do ácido nítrico com amônia - que determina em grande parte os modos de operação das etapas subsequentes.

Diagrama tecnológico do processo. O ácido nítrico é pré-aquecido em um trocador de calor 1 (Fig. 9.8) a uma temperatura de 70-80 °C com suco de vapor do aparelho 2 neutralização (ITN), o gás amônia é aquecido em um trocador de calor 3 e depois entra no aparelho 2. O ácido nítrico aquecido entra no misturador 4, onde também são fornecidos ácidos sulfúrico e fosfórico. O ácido sulfúrico é dosado de forma que o teor de sulfato de amônio no produto acabado fique na faixa de 0,3-0,7%. A mistura de ácidos entra então no aparelho de aquecimento, onde, sob pressão próxima da atmosférica, a uma temperatura de 155-165 °C, é realizado o processo de neutralização do ácido nítrico com amônia:

O ácido nítrico e a amônia são dosados ​​​​de forma que na saída do aparelho ITN a solução tenha um certo excesso de ácido nítrico (entre 2-5 g/l), necessário para garantir a absorção completa da amônia na zona de reação . Na zona de separação do aparelho ITN, o vapor do suco é separado da solução fervente e segue para limpeza na zona de lavagem do aparelho ITN, que consiste em quatro placas e um coletor de respingos. O vapor condensado do suco é fornecido à placa superior. Na saída do aparelho ITN, o vapor do suco contém 2-5 g/l de NH 4 NO 3, 1-2 g/l de HNO 3; Se o processo de lavagem for realizado corretamente, não há amônia no vapor.

A solução de nitrato de amônio 92-93% formada no aparelho ITN é levemente diluída com soluções da parte de lavagem do aparelho e, na concentração de 89-91%, é enviada para o neutralizador final 5 , onde a amônia é fornecida para neutralizar o excesso de ácido e criar uma solução alcalina (o excesso de amônia deve ser mantido dentro de 0,1 g/l de NH 3 livre). A seguir, a solução de nitrato de amônio é enviada para o departamento de evaporação.

Automação do processo. Na fase de neutralização, a tarefa do sistema de controle automático do processo é manter a proporção dos fluxos de amônia e ácido nítrico no aparelho ITN; manter um determinado pH da solução de nitrato de amônio no aparelho ITN; garantindo uma reação alcalina da solução de nitrato de amônio após neutralização completa na entrada do evaporador.

Para o sistema de controle, os principais parâmetros são os parâmetros do gás amônia. Para evitar a influência das flutuações da pressão da amônia na rede externa na qualidade da regulação do processo de neutralização, a pressão do gás amônia é mantida automaticamente na entrada da unidade de nitrato de amônio. O fluxo de amônia no aparelho ITN é mantido automaticamente usando um regulador de fluxo 6, agindo na válvula de controle 7 .

O fornecimento de ácido nítrico ao aparelho de bombeamento é regulado automaticamente em uma determinada proporção com a taxa de fluxo de amônia usando um regulador de taxa de fluxo 8 influência na válvula de controle 9. O fornecimento de ácidos sulfúrico e fosfórico é ajustado automaticamente em uma determinada proporção com o consumo de ácido nítrico por meio de reguladores de proporção de fluxo 10 E 11 e válvulas de controle 12 E 13 .

A relação entre o consumo de ácido nítrico e amônia predetermina um certo excesso de ácido, para controlar e regular o pH da solução de nitrato de amônio é monitorado continuamente na saída do aparelho de bombeamento. O excesso especificado de ácido nítrico na solução é mantido automaticamente pelo regulador de pH 14 , ajustando o fornecimento de amônia para a estação de bombeamento usando uma válvula de controle 15 instalado na linha de desvio de amônia, que transporta uma pequena quantidade de amônia (uma pequena porcentagem do fluxo total). Tal sistema proporciona um bom controle de qualidade do processo de neutralização.

Para garantir a máxima purificação possível do vapor do suco na parte de lavagem do aparelho ITN, o fornecimento do vapor do suco condensado para a placa superior é regulado automaticamente. Um grande suprimento de condensado é indesejável para evitar a diluição das soluções de nitrato antes de evaporarem, e um suprimento insuficiente de condensado exporá as placas, pois o vapor do suco fica superaquecido. O fornecimento de vapor condensado de suco é regulado por meio de um controlador de temperatura 16 influência na válvula de controle 17 . Como soluções ácidas de nitrato de amônio não podem ser alimentadas no evaporador, o excesso de acidez é neutralizado no neutralizador 5 . O fornecimento de amônia é regulado por meio de um regulador 18 pH da solução na saída do pré-neutralizador atuando na válvula de controle 19 .

O sistema de controle automático permite a regulação do aquecimento de amônia e ácido nítrico por meio de controladores de temperatura 20 E 21 influência nas válvulas de controle 22 E 23 fornecimento de refrigerante para trocadores de calor 1 E 2 .

Nitrato de amônio, ou nitrato de amônio, NH 4 NO 3 é uma substância cristalina branca contendo 35% de nitrogênio nas formas de amônio e nitrato, ambas as formas de nitrogênio são facilmente absorvidas pelas plantas. O nitrato de amônio granulado é utilizado em larga escala antes da semeadura e para todos os tipos de fertilização. Em menor escala, é usado para produzir explosivos.

O nitrato de amônio é altamente solúvel em água e possui alta higroscopicidade (a capacidade de absorver a umidade do ar), razão pela qual os grânulos de fertilizante se espalham, perdem sua forma cristalina e ocorre a aglomeração de fertilizantes - o material a granel se transforma em uma massa sólida monolítica .

Diagrama esquemático da produção de nitrato de amônio

Para obter nitrato de amônio praticamente não aglomerante, são utilizados vários métodos tecnológicos. Um meio eficaz de reduzir a taxa de absorção de umidade pelos sais higroscópicos é a sua granulação. A superfície total dos grânulos homogêneos é menor que a superfície da mesma quantidade de sal fino cristalino, portanto, os fertilizantes granulares absorvem a umidade do

Fosfatos de amônio, cloreto de potássio e nitrato de magnésio também são usados ​​como aditivos de ação semelhante. O processo de produção de nitrato de amônio é baseado em uma reação heterogênea entre amônia gasosa e uma solução de ácido nítrico:

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

A reação química ocorre em alta velocidade; em um reator industrial é limitado pela dissolução do gás em líquido. Para reduzir a inibição da difusão, a agitação dos reagentes é de grande importância.

O processo tecnológico para produção de nitrato de amônio inclui, além da etapa de neutralização do ácido nítrico com amônia, também as etapas de evaporação da solução de nitrato, granulação do fundido, resfriamento dos grânulos, tratamento dos grânulos com surfactantes , embalagem, armazenamento e carregamento de nitrato, purificação de emissões de gases e águas residuais. Na Fig. A Figura 8.8 mostra o diagrama de uma unidade moderna de grande porte para produção de nitrato de amônio AS-72 com capacidade de 1.360 toneladas/dia. O ácido nítrico inicial de 58-60% é aquecido num aquecedor a 70-80°C com vapor de suco do aparelho ITN 3 e fornecido para neutralização. Antes do aparelho 3, os ácidos fosfórico e sulfúrico são adicionados ao ácido nítrico em quantidades tais que o produto acabado contém 0,3-0,5% de P 2 O 5 e 0,05-0,2% de sulfato de amônio. A unidade contém dois dispositivos ITN operando em paralelo. Além do ácido nítrico, são fornecidos com gás amônia, pré-aquecido no aquecedor 2 com vapor condensado a 120-130°C. As quantidades fornecidas de ácido nítrico e de amônia são reguladas para que na saída do aparelho de bombeamento a solução tenha um leve excesso de ácido (2-5 g/l), garantindo a absorção completa da amônia.

Na parte inferior do aparelho, ocorre uma reação de neutralização a uma temperatura de 155-170°C; isto produz uma solução concentrada contendo 91-92% de NH 4 NO 3 . Na parte superior do aparelho, o vapor de água (o chamado vapor de suco) é removido dos respingos de nitrato de amônio e vapor de ácido nítrico. Parte do calor do vapor do suco é usada para aquecer o ácido nítrico. O vapor do suco é então enviado para purificação e liberado na atmosfera.

Figura 8.8 Diagrama da unidade de nitrato de amônio AS-72:

1 – aquecedor ácido; 2 – aquecedor de amônia; 3 – Dispositivos MTI; 4 – pré-neutralizador; 5 – evaporador; 6 – tanque de pressão; 7.8 – granuladores; 9,23 – torcedores; 10 – esfregão de lavagem; 11 – tambor; 12,14 – transportadores; 13 – elevador; 15 – aparelho de leito fluidizado; 16 – torre de granulação; 17 – arrecadação; 18, 20 – bombas; 19 – tanque de natação; 21 – filtro para água; 22 – aquecedor de ar.

A solução ácida de nitrato de amônio é enviada para o neutralizador 4; onde é fornecida amônia, necessária para reagir com o ácido nítrico restante. Em seguida, a solução é alimentada no evaporador 5. O fundido resultante, contendo 99,7-99,8% de nitrato, passa através de um filtro 21 a 175°C e é alimentado por uma bomba centrífuga submersível 20 em um tanque de pressão 6 e depois em um tanque retangular. torre de granulação metálica 16.

Na parte superior da torre estão os granuladores 7 e 8, na parte inferior dos quais é fornecido ar, resfriando as gotas de nitrato que caem de cima. Quando gotas de nitrato caem de uma altura de 50-55 m e o ar flui ao redor delas, formam-se grânulos de fertilizante. A temperatura dos grânulos na saída da torre é de 90-110°C; os grânulos quentes são arrefecidos num aparelho de leito fluidizado 15. Este é um aparelho rectangular com três secções e equipado com uma grelha com furos. Os ventiladores fornecem ar sob a grade; neste caso, é criada uma camada fluidizada de grânulos de nitrato, que chega através de um transportador da torre de granulação. Após o resfriamento, o ar entra na torre de granulação. Os grânulos de nitrato de amônio são alimentados pelo transportador 14 em um tambor rotativo para tratamento com surfactantes. Em seguida, o fertilizante acabado é enviado para embalagem pela esteira 12.

O ar que sai da torre de granulação está contaminado com partículas de nitrato de amônio, e o vapor do suco do neutralizador e a mistura vapor-ar do evaporador contêm amônia e ácido nítrico que não reagiram, bem como partículas de nitrato de amônio arrastado.

Para limpar esses fluxos, na parte superior da torre de granulação existem seis lavadores de lavagem de operação paralela do tipo placa 10, irrigados com solução de nitrato de amônio 20-30%, que é fornecida pela bomba 18 da coleta 17. Parte dessa solução é descarregada no neutralizador ITN para lavagem do suco com vapor e depois misturada com uma solução de nitrato e, portanto, utilizada para a produção de produtos. O ar purificado é sugado da torre de granulação pelo ventilador 9 e lançado na atmosfera.

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Ministério da Educação e Ciência da Federação Russa

Instituição educacional estadual

Educação profissional superior

"Universidade Técnica Estadual de Tver"

Departamento de TPM

Trabalho do curso

na disciplina: “Tecnologia química geral”

Produção de nitrato de amônio

• Contente

Introdução

2. Métodos de produção

3. As principais etapas da produção de nitrato de amônio a partir de amônia e ácido nítrico

3.1 Preparação de soluções de nitrato de amônio

3.1.1 Noções básicas do processo de neutralização

3. 1 5 Equipamento principal

4. Cálculos de materiais e energia

5. Cálculo termodinâmico

6. Reciclagem e neutralização de resíduos na produção de nitrato de amônio

Conclusão

Lista de fontes usadas

Apêndice A

Introdução

Na natureza e na vida humana, o nitrogênio é extremamente importante. Faz parte de compostos proteicos (16-18%), que são a base do mundo vegetal e animal. Uma pessoa consome diariamente 80-100 g de proteína, o que corresponde a 12-17 g de nitrogênio.

Para o desenvolvimento normal da planta, são necessários muitos elementos químicos. Os principais são carbono, oxigênio, hidrogênio, nitrogênio, fósforo, magnésio, enxofre, cálcio, potássio e ferro. Os três primeiros elementos de uma planta são obtidos do ar e da água, os demais são extraídos do solo.

O nitrogênio desempenha um papel particularmente importante na nutrição mineral das plantas, embora seu teor médio na massa vegetal não exceda 1,5%. Sem nitrogênio, nenhuma planta pode viver ou desenvolver-se normalmente.

O nitrogênio é um componente não só das proteínas vegetais, mas também da clorofila, com a ajuda da qual as plantas, sob a influência da energia solar, absorvem o carbono do dióxido de carbono CO2 da atmosfera.

Os compostos naturais de nitrogênio são formados como resultado de processos químicos de decomposição de resíduos orgânicos, durante descargas atmosféricas, bem como bioquimicamente como resultado da atividade de bactérias especiais - Azotobacter, que absorvem diretamente o nitrogênio do ar. A mesma capacidade é possuída por bactérias nodulares que vivem nas raízes das leguminosas (ervilha, alfafa, feijão, trevo, etc.).

Uma quantidade significativa de nitrogênio e outros nutrientes necessários ao desenvolvimento das culturas agrícolas é retirada anualmente do solo com a colheita resultante. Além disso, alguns nutrientes são perdidos como resultado da sua lixiviação pelas águas subterrâneas e pluviais. Portanto, para evitar a diminuição da produtividade e o esgotamento do solo, é necessário reabastecê-lo com nutrientes por meio da aplicação de diversos tipos de fertilizantes.

Sabe-se que quase todo fertilizante apresenta acidez ou alcalinidade fisiológica. Dependendo disso, pode ter um efeito acidificante ou alcalinizante do solo, o que é levado em consideração na sua utilização em determinadas culturas agrícolas.

Os fertilizantes, cujos cátions alcalinos são extraídos mais rapidamente do solo pelas plantas, causam acidificação; As plantas que consomem ânions ácidos de fertilizantes contribuem mais rapidamente para a alcalinização do solo.

Os fertilizantes nitrogenados contendo o cátion amônio NH4 (nitrato de amônio, sulfato de amônio) e o grupo amida NH2 (uréia) acidificam o solo. O efeito acidificante do nitrato de amônio é mais fraco que o do sulfato de amônio.

Dependendo da natureza do solo, das condições climáticas e de outras condições, diferentes quantidades de nitrogênio são necessárias para diferentes culturas.

O nitrato de amônio (nitrato de amônio ou nitrato de amônio) ocupa um lugar significativo na gama de fertilizantes nitrogenados, cuja produção global chega a milhões de toneladas por ano.

Atualmente, aproximadamente 50% dos fertilizantes nitrogenados utilizados na agricultura em nosso país são nitrato de amônio.

O nitrato de amônio tem uma série de vantagens sobre outros fertilizantes nitrogenados. Ele contém 34-34,5% de nitrogênio e, neste aspecto, perde apenas para a ureia CO(NH2) 2, contendo 46% de nitrogênio. Outros fertilizantes azotados e contendo azoto têm significativamente menos azoto (o teor de azoto é dado em termos de matéria seca):

Tabela 1 - Teor de nitrogênio nos compostos

O nitrato de amônio é um fertilizante de nitrogênio universal, pois contém simultaneamente formas de nitrogênio de amônio e nitrato. É eficaz em todas as zonas, para quase todas as culturas.

É muito importante que as formas de nitrogênio do nitrato de amônio sejam utilizadas pelas plantas em épocas diferentes. O nitrogênio amoniacal, diretamente envolvido na síntese protéica, é rapidamente absorvido pelas plantas durante o período de crescimento; O nitrogênio nitrato é absorvido de forma relativamente lenta, por isso dura mais tempo. Também foi estabelecido que a forma amoniacal do nitrogênio pode ser usada pelas plantas sem oxidação prévia.

Estas propriedades do nitrato de amônio têm um efeito muito positivo no aumento do rendimento de quase todas as culturas agrícolas.

O elevado teor de azoto no nitrato de amónio, o método relativamente simples da sua produção e o custo relativamente baixo por unidade de azoto criam boas condições prévias para o desenvolvimento desta produção.

O nitrato de amônio faz parte de um grande grupo de explosivos estáveis. Explosivos à base de nitrato de amônio e nitrato de amônio, puros ou tratados com determinados aditivos, são utilizados em operações de detonação.

Uma pequena quantidade de salitre é usada para produzir óxido nitroso, usado na medicina.

Juntamente com o aumento do volume de produção de nitrato de amônio através da modernização das instalações de produção existentes e da construção de novas, estão sendo tomadas medidas para melhorar ainda mais a qualidade do produto acabado (obtenção de um produto 100% friável e preservação dos grânulos após armazenamento a longo prazo do produto ).

1. Propriedades físico-químicas do nitrato de amônio

Na sua forma pura, o nitrato de amônio é uma substância cristalina branca contendo 35% de nitrogênio, 60% de oxigênio e 5% de hidrogênio. O produto técnico é branco com tonalidade amarelada e contém pelo menos 34,2% de nitrogênio.

O nitrato de amônio é um forte agente oxidante para vários compostos inorgânicos e orgânicos. Reage violentamente com a fusão de algumas substâncias, até ao ponto de explosão (por exemplo, com nitrito de sódio NaNO2).

Se a amônia gasosa passar sobre o nitrato de amônio sólido, um líquido muito móvel é rapidamente formado - amônia 2NH4NO3*2NH3 ou NH4NO3*3NH3.

O nitrato de amônio é altamente solúvel em água, álcoois etílico e metílico, piridina, acetona e amônia líquida. Com o aumento da temperatura, a solubilidade do nitrato de amônio aumenta significativamente.

Quando o nitrato de amônio é dissolvido em água, uma grande quantidade de calor é absorvida. Por exemplo, quando 1 mol de NH4NO3 cristalino é dissolvido em 220-400 mols de água e uma temperatura de 10-15 °C, 6,4 kcal de calor são absorvidos.

O nitrato de amônio tem a capacidade de sublimar. Quando o nitrato de amônio é armazenado em condições de temperatura e umidade do ar elevadas, seu volume aproximadamente dobra, o que geralmente leva à ruptura do recipiente.

Sob um microscópio, poros e rachaduras são claramente visíveis na superfície dos grânulos de nitrato de amônio. O aumento da porosidade dos grânulos de nitrato tem um efeito muito negativo nas propriedades físicas do produto acabado.

O nitrato de amônio é altamente higroscópico. Ao ar livre, em uma fina camada de salitre, rapidamente umedece, perde a forma cristalina e começa a borrar. O grau em que o sal absorve umidade do ar depende de sua umidade e da pressão de vapor acima de uma solução saturada de um determinado sal a uma determinada temperatura.

A troca de umidade ocorre entre o ar e o sal higroscópico. A umidade relativa do ar tem influência decisiva neste processo.

O nitrato de cálcio e cal-amônio tem uma pressão de vapor de água relativamente baixa em soluções saturadas; a uma determinada temperatura correspondem à umidade relativa mais baixa. Estes são os sais mais higroscópicos entre os fertilizantes nitrogenados acima. O sulfato de amônio é o menos higroscópico e o nitrato de potássio é quase completamente não higroscópico.

A umidade é absorvida apenas por uma camada relativamente pequena de sal imediatamente adjacente ao ar circundante. No entanto, mesmo esse umedecimento do salitre deteriora muito as propriedades físicas do produto acabado. A taxa na qual o nitrato de amônio absorve a umidade do ar aumenta acentuadamente com o aumento da temperatura. Assim, a 40°C a taxa de absorção de umidade é 2,6 vezes maior do que a 23°C.

Muitos métodos foram propostos para reduzir a higroscopicidade do nitrato de amônio. Um desses métodos baseia-se na mistura ou fusão de nitrato de amônio com outro sal. Ao escolher um segundo sal, proceda da seguinte regra: para reduzir a higroscopicidade, a pressão do vapor d'água acima de uma solução saturada de uma mistura de sais deve ser maior que sua pressão acima de uma solução saturada de nitrato de amônio puro.

Foi estabelecido que a higroscopicidade de uma mistura de dois sais com um íon comum é maior que a do mais higroscópico deles (com exceção de misturas ou ligas de nitrato de amônio com sulfato de amônio e alguns outros). A mistura de nitrato de amônio com substâncias não higroscópicas, mas insolúveis em água (por exemplo, pó de calcário, rocha fosfática, fosfato dicálcico, etc.) não reduz sua higroscopicidade. Numerosas experiências mostraram que todos os sais que têm a mesma ou maior solubilidade em água que o nitrato de amônio têm a propriedade de aumentar sua higroscopicidade.

Sais que podem reduzir a higroscopicidade do nitrato de amônio devem ser adicionados em grandes quantidades (por exemplo, sulfato de potássio, cloreto de potássio, fosfato diamônico), o que reduz drasticamente o teor de nitrogênio no produto.

A maneira mais eficaz de reduzir a absorção de umidade do ar é revestir as partículas de nitrato com películas protetoras de substâncias orgânicas que não são umedecidas pela água. A película protetora reduz a taxa de absorção de umidade em 3 a 5 vezes e ajuda a melhorar as propriedades físicas do nitrato de amônio.

Uma propriedade negativa do nitrato de amônio é sua capacidade de endurecer - perder sua fluidez (fragmentação) durante o armazenamento. Neste caso, o nitrato de amônio se transforma em uma massa sólida monolítica, difícil de moer. A aglomeração de nitrato de amônio é causada por vários motivos.

Aumento do teor de umidade no produto acabado. Partículas de nitrato de amônio de qualquer formato sempre contêm umidade na forma de uma solução saturada (mãe). O conteúdo de NH4NO3 em tal solução corresponde à solubilidade do sal nas temperaturas nas quais ele é carregado no recipiente. À medida que o produto acabado esfria, o licor-mãe muitas vezes fica supersaturado. Com uma diminuição adicional da temperatura, um grande número de cristais com tamanhos de 0,2-0,3 mm caem da solução supersaturada. Esses novos cristais cimentam as partículas de nitrato anteriormente não ligadas, fazendo com que se transformem em uma massa densa.

Baixa resistência mecânica das partículas de salitre. O nitrato de amônio é produzido na forma de partículas redondas (grânulos), placas ou pequenos cristais. As partículas de nitrato de amônio granular têm uma área superficial específica menor e um formato mais regular do que as em flocos e cristalinas finas, de modo que os grânulos endurecem menos. Porém, durante o processo de granulação, forma-se uma certa quantidade de partículas ocas, que apresentam baixa resistência mecânica.

No armazenamento, os sacos com salitre granulado são colocados em pilhas de 2,5 m de altura. Sob a pressão dos sacos superiores, os grânulos menos duráveis ​​​​são destruídos com a formação de partículas semelhantes a poeira, que compactam a massa do salitre, aumentando sua aglomeração. A prática mostra que a destruição de partículas ocas em uma camada de produto granular acelera drasticamente o processo de aglomeração. Isto é observado mesmo que, quando carregado no recipiente, o produto tenha sido resfriado a 45°C e a maior parte dos grânulos apresente boa resistência mecânica. Foi estabelecido que os grânulos ocos também são destruídos devido à recristalização.

À medida que a temperatura ambiente aumenta, os grânulos de salitre perdem quase completamente a sua resistência e esse produto endurece fortemente.

Decomposição térmica do nitrato de amônio. Perigo de explosão. Resistência ao fogo. Do ponto de vista da segurança contra explosão, o nitrato de amônio é relativamente pouco sensível a choques, fricção, impactos e permanece estável quando atingido por faíscas de intensidade variável. Misturas de areia, vidro e impurezas metálicas não aumentam a sensibilidade do nitrato de amônio ao estresse mecânico. É capaz de explodir apenas sob a influência de um detonador forte ou durante a decomposição térmica sob certas condições.

Com aquecimento prolongado, o nitrato de amônio se decompõe gradualmente em amônia e ácido nítrico:

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

Este processo, que ocorre com absorção de calor, inicia-se em temperaturas acima de 110°C.

Com maior aquecimento, o nitrato de amônio se decompõe para formar óxido nitroso e água:

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

A decomposição térmica do nitrato de amônio ocorre nas seguintes etapas sucessivas:

· hidrólise (ou dissociação) de moléculas de NH4NO3;

· decomposição térmica do ácido nítrico formado durante a hidrólise;

· interação de dióxido de nitrogênio e amônia formada nas duas primeiras etapas.

Quando o nitrato de amônio é intensamente aquecido a 220-240 °C, sua decomposição pode ser acompanhada por surtos de massa fundida.

O aquecimento do nitrato de amônio em volume fechado ou com liberação limitada de gases formados durante a decomposição térmica do nitrato é muito perigoso.

Nestes casos, a decomposição do nitrato de amônio pode ocorrer através de muitas reações, em particular através das seguintes:

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)

A partir das reações acima, fica claro que a amônia formada durante o período inicial de decomposição térmica do nitrato está frequentemente ausente nas misturas de gases; Neles ocorrem reações secundárias, durante as quais a amônia é completamente oxidada em nitrogênio elementar. Como resultado de reações secundárias, a pressão da mistura gasosa em um volume fechado aumenta acentuadamente e o processo de decomposição pode terminar em explosão.

Cobre, sulfetos, magnésio, piritas e algumas outras impurezas ativam o processo de decomposição do nitrato de amônio quando este é aquecido. Como resultado da interação dessas substâncias com o nitrato aquecido, forma-se nitrito de amônio instável, que se decompõe rapidamente com uma explosão a 70-80 ° C:

NH4NO3=N2+2H20 (6)

O nitrato de amônio não reage com ferro, estanho e alumínio, mesmo no estado fundido.

Com o aumento da umidade e o aumento do tamanho das partículas de nitrato de amônio, sua sensibilidade à explosão diminui bastante. Na presença de aproximadamente 3% de umidade, o salitre torna-se insensível à explosão mesmo quando exposto a um detonador forte.

A decomposição térmica do nitrato de amônio aumenta com o aumento da pressão até um certo limite. Foi estabelecido que a uma pressão de cerca de 6 kgf/cm2 e à temperatura correspondente, todo o nitrato fundido se decompõe.

Crucial para reduzir ou prevenir a decomposição térmica do nitrato de amônio é manter um ambiente alcalino durante a evaporação das soluções. Portanto, no novo esquema tecnológico para produção de nitrato de amônio antiaglomerante, é aconselhável adicionar uma pequena quantidade de amônia ao ar quente.

Considerando que, sob certas condições, o nitrato de amônio pode ser um produto explosivo, durante sua produção, armazenamento e transporte devem ser rigorosamente observados o regime tecnológico e as normas de segurança estabelecidas.

O nitrato de amônio é um produto não inflamável. Apenas o óxido nitroso, formado durante a decomposição térmica do sal, suporta a combustão.

Uma mistura de nitrato de amônio com carvão triturado pode inflamar-se espontaneamente quando fortemente aquecida. Alguns metais facilmente oxidáveis ​​(como zinco em pó) em contato com nitrato de amônio úmido com leve calor também podem causar ignição. Na prática, foram observados casos de ignição espontânea de misturas de nitrato de amônio com superfosfato.

Sacos de papel ou barris de madeira que continham nitrato de amônio podem pegar fogo mesmo quando expostos à luz solar. Quando um recipiente contendo nitrato de amônio se inflama, podem ser liberados óxidos de nitrogênio e vapores de ácido nítrico. Em caso de incêndios decorrentes de chamas abertas ou devido à detonação, o nitrato de amônio derrete e se decompõe parcialmente. A chama não se espalha profundamente na massa de salitre.

2 . Métodos de produção

ácido de neutralização de nitrato de amônio

Na indústria, apenas o método de produção de nitrato de amônio a partir de amônia sintética (ou gases contendo amônia) e ácido nítrico diluído é amplamente utilizado.

A produção de nitrato de amônio a partir de amônia sintética (ou gases contendo amônia) e ácido nítrico ocorre em vários estágios. Nesse sentido, tentaram obter nitrato de amônio diretamente da amônia, óxidos de nitrogênio, oxigênio e vapor d'água pela reação

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

Porém, esse método teve que ser abandonado, pois junto com o nitrato de amônio se formou o nitrito de amônio - um produto instável e explosivo.

Várias melhorias foram introduzidas na produção de nitrato de amônio a partir de amônia e ácido nítrico, o que permitiu reduzir os custos de capital para a construção de novas fábricas e reduzir o custo do produto acabado.

Para melhorar radicalmente a produção de nitrato de amônio, foi necessário abandonar as ideias que prevaleceram durante muitos anos sobre a impossibilidade de trabalhar sem reservas adequadas de equipamentos básicos (por exemplo, evaporadores, torres de granulação, etc.), sobre o perigo de obtenção de nitrato de amônio fundido quase anidro para granulação.

Está firmemente estabelecido na Rússia e no estrangeiro que apenas a construção de unidades de alta potência, utilizando os avanços modernos da ciência e da tecnologia, pode proporcionar vantagens económicas significativas em comparação com a produção existente de nitrato de amónio.

Uma quantidade significativa de nitrato de amônio é atualmente produzida a partir de gases de escape contendo amônia de alguns sistemas de síntese de ureia. De acordo com um dos métodos de sua produção, 1 tonelada de uréia produz de 1 a 1,4 toneladas de amônia. Desta quantidade de amônia, podem ser produzidas 4,6-6,5 toneladas de nitrato de amônio. Embora esquemas mais avançados para a síntese de uréia também estejam funcionando, os gases contendo amônia - resíduos dessa produção - servirão por algum tempo como matéria-prima para a produção de nitrato de amônio.

O método para produzir nitrato de amônio a partir de gases contendo amônia difere do método para produzi-lo a partir de amônia gasosa apenas na fase de neutralização.

O nitrato de amônio é obtido em pequenas quantidades por decomposição de troca de sais (métodos de conversão).

Estes métodos de produção de nitrato de amônio baseiam-se na precipitação de um dos sais resultantes ou na produção de dois sais com diferentes solubilidades em água. No primeiro caso, as soluções de nitrato de amônio são separadas dos sedimentos em filtros rotativos e processadas em um produto sólido de acordo com procedimentos convencionais. No segundo caso, as soluções são evaporadas até uma determinada concentração e separadas por cristalização fracionada, que se resume ao seguinte: ao resfriar soluções quentes, a maior parte do nitrato de amônio é isolada em sua forma pura, então a cristalização é realizada em separado equipamento a partir das soluções-mãe para obter um produto contaminado com impurezas.

Todos os métodos para produzir nitrato de amônio por decomposição de troca de sais são complexos e envolvem alto consumo de vapor e perda de nitrogênio ligado. Geralmente são utilizados na indústria apenas quando é necessário utilizar compostos de nitrogênio obtidos como subprodutos.

O método moderno de produção de nitrato de amônio a partir de amônia gasosa (ou gases contendo amônia) e ácido nítrico está sendo constantemente aprimorado.

3 . As principais etapas da produção de nitrato de amônio a partir de amônia e ácido nítrico

O processo de produção de nitrato de amônio consiste nas seguintes etapas principais:

1. Preparação de soluções de nitrato de amônio neutralizando o ácido nítrico com amônia gasosa ou gases contendo amônia.

2. Evaporação de soluções de nitrato de amônio até o estado fundido.

3. Cristalização de sal derretido na forma de partículas redondas (grânulos), flocos (placas) e pequenos cristais.

4. Sal para resfriar ou secar.

5. Embalagem do produto acabado.

Para obter nitrato de amônio pouco aglomerante e resistente à água, além das etapas indicadas, também é necessária uma etapa de preparação de aditivos apropriados.

3.1P Preparação de soluções de nitrato de amônio

3.1.1 Noções básicas do processo de neutralização

Soluções de nitrato de amônio ry são obtidos pela reação de amônia com ácido nítrico de acordo com a reação:

4NH3 + HNO3 = NH4NO3 + QJ (8)

A formação de nitrato de amônio é irreversível e é acompanhada pela liberação de calor. A quantidade de calor liberada durante a reação de neutralização depende da concentração de ácido nítrico utilizado e de sua temperatura, bem como da temperatura do gás amônia (ou gases contendo amônia). Quanto maior a concentração de ácido nítrico, mais calor é gerado. Neste caso, a água evapora, o que permite obter soluções mais concentradas de nitrato de amônio. Para obter soluções de nitrato de amônio, utiliza-se ácido nítrico 42-58%.

A utilização de ácido nítrico com concentração superior a 58% para obtenção de soluções de nitrato de amônio com o desenho existente do processo não é possível, pois neste caso se desenvolve no aparelho neutralizador uma temperatura que ultrapassa significativamente o ponto de ebulição do ácido nítrico, que pode levar à sua decomposição com liberação de óxidos de nitrogênio. Quando as soluções de nitrato de amônio são evaporadas, forma-se vapor de suco devido ao calor da reação em aparelhos neutralizadores, com temperatura de 110-120 °C.

Ao obter soluções de nitrato de amônio com a concentração mais alta possível, são necessárias superfícies de troca de calor relativamente pequenas dos evaporadores e uma pequena quantidade de vapor fresco é consumida para posterior evaporação das soluções. Nesse sentido, junto com a matéria-prima, procuram fornecer calor adicional ao neutralizador, para o qual aquecem amônia a 70 ° C e ácido nítrico a 60 ° C com vapor de suco (a uma temperatura mais alta do ácido nítrico, sua decomposição significativa ocorre e os tubos do aquecedor ficam sujeitos a forte corrosão se não forem feitos de titânio).

O ácido nítrico utilizado na produção de nitrato de amônio não deve conter mais de 0,20% de óxidos de nitrogênio dissolvidos. Se o ácido não for suficientemente purgado com ar para remover os óxidos de nitrogênio dissolvidos, eles formam nitrito de amônio com amônia, que se decompõe rapidamente em nitrogênio e água. Neste caso, as perdas de nitrogênio podem chegar a cerca de 0,3 kg por 1 tonelada de produto acabado.

O vapor do suco, via de regra, contém impurezas NH3, NHO3 e NH4NO3. A quantidade destas impurezas depende fortemente da estabilidade das pressões nas quais a amônia e o ácido nítrico devem ser fornecidos ao neutralizador. Para manter uma determinada pressão, o ácido nítrico é fornecido a partir de um tanque de pressão equipado com um tubo de transbordamento e o gás amônia é fornecido por meio de um regulador de pressão.

A carga do neutralizador também determina em grande parte a perda de nitrogênio ligado com o vapor do suco. Sob carga normal, as perdas com suco condensado de vapor não devem exceder 2 g/l (em termos de nitrogênio). Quando a carga do neutralizador é excedida, ocorrem reações colaterais entre amônia e vapor de ácido nítrico, como resultado, em particular, nitrato de amônio nebuloso é formado na fase gasosa, contaminando o vapor do suco, e a perda de nitrogênio ligado aumenta. As soluções de nitrato de amônio obtidas nos neutralizadores são acumuladas em recipientes intermediários com agitadores, neutralizadas com amônia ou ácido nítrico e depois enviadas para evaporação.

3.1.2 Características das instalações de neutralização

Dependendo da aplicação pressão necessária, as modernas instalações de produção de soluções de nitrato de amônio por meio de calor de neutralização são divididas em instalações que operam à pressão atmosférica; em rarefação (vácuo); a pressão elevada (várias atmosferas) e instalações combinadas operando sob pressão na zona de neutralização e sob vácuo na zona de separação dos vapores do suco da solução de nitrato de amônio (derretido).

As instalações que operam à pressão atmosférica ou com leve excesso de pressão são caracterizadas pela simplicidade de tecnologia e design. Eles também são fáceis de manter, iniciar e parar; violações acidentais do modo de operação especificado geralmente são eliminadas rapidamente. Instalações deste tipo são as mais utilizadas. O principal aparelho destas instalações é o aparelho neutralizador ITN (aproveitamento de calor de neutralização). O aparelho ITN opera sob uma pressão absoluta de 1,15-1,25 atm. Estruturalmente, ele é projetado de tal forma que quase não ocorre ebulição das soluções - com a formação de nitrato de amônio nebuloso.

A presença de circulação no aparelho da bomba de calor elimina o superaquecimento na zona de reação, o que permite realizar o processo de neutralização com perdas mínimas de nitrogênio ligado.

Dependendo das condições de operação da produção de nitrato de amônio, o vapor de suco dos aparelhos ITN é utilizado para evaporação preliminar de soluções de nitrato, para evaporação de amônia líquida, aquecimento de ácido nítrico e amônia gasosa enviada aos aparelhos ITN, e para a evaporação da amônia líquida na obtenção da amônia gasosa utilizada na produção de ácido nítrico diluído.

As soluções de nitrato de amônio são produzidas a partir de gases contendo amônia em instalações cujos aparelhos principais operam sob vácuo (evaporador) e à pressão atmosférica (purificador-neutralizador). Essas instalações são volumosas e é difícil manter um modo de operação estável devido à variabilidade na composição dos gases que contêm amônia. A última circunstância afeta negativamente a precisão da regulação do excesso de ácido nítrico, pelo que as soluções resultantes de nitrato de amônio contêm frequentemente uma quantidade aumentada de ácido ou amônia.

Instalações de neutralização operando sob pressão absoluta de 5-6 atm não são muito comuns. Eles exigem um consumo significativo de energia para comprimir o gás amônia e fornecer ácido nítrico pressurizado aos neutralizadores. Além disso, nessas instalações, são possíveis perdas aumentadas de nitrato de amônio devido ao arrastamento de respingos de soluções (mesmo em separadores de design complexo, os respingos não podem ser totalmente capturados).

Nas instalações baseadas no método combinado, os processos de neutralização do ácido nítrico com amônia são combinados e produzem fusão de nitrato de amônio, que pode ser enviado diretamente para cristalização (ou seja, evaporadores para concentração de soluções de nitrato estão excluídos dessas instalações). Instalações deste tipo requerem 58-60% de ácido nítrico, que a indústria ainda produz em quantidades relativamente pequenas. Além disso, alguns equipamentos devem ser feitos de titânio caro. O processo de neutralização para obtenção do nitrato fundido deve ser realizado em temperaturas muito elevadas (200-220°C). Considerando as propriedades do nitrato de amônio, para realizar o processo em altas temperaturas é necessário criar condições especiais que evitem a decomposição térmica do fundido de nitrato.

3.1.3 Instalações de neutralização operando à pressão atmosférica

Estas instalações incluem Incluem dispositivos neutralizadores ITN (que utilizam o calor da neutralização) e equipamentos auxiliares.

A Figura 1 mostra um dos designs do aparelho ITN utilizado em muitas fábricas de produção de nitrato de amônio existentes.

Z1 - agitador; BC1 - vaso externo (reservatório); VTs1 - cilindro interno (peça de neutralização); U1 - dispositivo para distribuição de ácido nítrico; Ш1 - conexão para drenagem de soluções; O1 - janelas; U2 - dispositivo para distribuição de amônia; G1 - selo d'água; C1 - armadilha separadora

Figura 1 - Aparelho neutralizador de ITN com circulação natural de soluções

O aparelho ITN é um recipiente cilíndrico vertical (reservatório) 2, no qual é colocado um cilindro (vidro) 3 com prateleiras 1 (redemoinho) para melhorar a mistura das soluções. As tubulações para introdução de ácido nítrico e gás amônia são conectadas ao cilindro 3 (os reagentes são fornecidos em contracorrente); as tubulações terminam com os dispositivos 4 e 7 para melhor distribuição de ácido e gás. No cilindro interno, o ácido nítrico reage com a amônia. Este cilindro é chamado de câmara de neutralização.

O espaço anular entre o recipiente 2 e o cilindro 3 serve para a circulação de soluções em ebulição de nitrato de amônio. Na parte inferior do cilindro existem 6 orifícios (janelas) que ligam a câmara de neutralização à parte de evaporação do elemento de aquecimento. Devido à presença destes furos, a produtividade do aparelho ITN é um pouco reduzida, mas consegue-se uma circulação natural intensiva de soluções, o que leva a uma redução na perda de azoto ligado.

O vapor do suco liberado da solução é descarregado através do encaixe na tampa do aparelho ITN e através do separador-separador 9. As soluções de nitrato formadas no cilindro 3 em forma de emulsão - misturas com o vapor do suco entram no separador através o selo d'água 5. Do encaixe da parte inferior do coletor-separador, soluções de amônio O nitrato é enviado ao misturador-neutralizador final para posterior processamento. O selo d'água na parte de evaporação do aparelho permite manter um nível constante de solução no mesmo e evita que o vapor do suco escape sem escorrer pelos respingos de solução por ele arrastados.

O condensado de vapor é formado nas placas separadoras devido à condensação parcial do vapor do suco. Neste caso, o calor da condensação é removido pela circulação da água que passa pelas serpentinas colocadas nas placas. Como resultado da condensação parcial do vapor do caldo, obtém-se uma solução de NH4NO3 a 15-20%, que é enviada para evaporação junto com o fluxo principal da solução de nitrato de amônio.

A Figura 2 mostra um diagrama de uma das unidades de neutralização operando em pressão próxima à atmosférica.

NB1 - tanque de pressão; C1 - separador; I1 - evaporador; P1 - aquecedor; SK1 - coleta de condensado; ITN1 - dispositivo ITN; M1 - agitador; TsN1 - bomba centrífuga

Figura 2 - Diagrama de uma instalação de neutralização operando à pressão atmosférica

O ácido nítrico puro ou com aditivos é fornecido a um tanque de pressão equipado com um transbordamento constante do excesso de ácido para armazenamento.

Do tanque de pressão 1, o ácido nítrico é direcionado diretamente para o vidro do aparelho ITN 6 ou através de um aquecedor (não mostrado na figura), onde é aquecido pelo calor do vapor do caldo retirado pelo separador 2.

A amônia gasosa entra no evaporador de amônia líquida 3, depois no aquecedor 4, onde é aquecida pelo calor do vapor secundário do expansor ou pelo condensado quente do vapor de aquecimento dos evaporadores, e é então enviada através de dois tubos paralelos para o vidro do aparelho ITN 6.

No evaporador 3, a pulverização de amônia líquida evapora e os contaminantes normalmente associados à amônia gasosa são separados. Neste caso, forma-se água amoniacal fraca com uma mistura de óleo lubrificante e pó de catalisador da oficina de síntese de amônia.

A solução de nitrato de amônio obtida no neutralizador flui continuamente através de um selo hidráulico e de um coletor de respingos para o misturador neutralizador final 7, de onde, após neutralizar o excesso de ácido, é enviada para evaporação.

O vapor do suco liberado no aparelho de aquecimento, passando pelo separador 2, é enviado para ser utilizado como vapor de aquecimento nos evaporadores do primeiro estágio.

O vapor condensado do suco do aquecedor 4 é coletado no coletor 5, de onde é gasto em diversas necessidades de produção.

Antes de iniciar o neutralizador, são realizados os trabalhos preparatórios previstos nas instruções de operação. Observemos apenas alguns dos trabalhos preparatórios relacionados com a condução normal do processo de neutralização e garantia de precauções de segurança.

Primeiro de tudo, você precisa derramar uma solução de nitrato de amônio ou vapor condensado no neutralizador até a válvula de amostragem.

Em seguida, é necessário estabelecer um fornecimento contínuo de ácido nítrico ao tanque de pressão e seu transbordamento para a área de armazenamento do armazém. Em seguida, é necessário receber amônia gasosa da oficina de síntese de amônia, para isso é necessário abrir brevemente as válvulas da linha de liberação do vapor do suco para a atmosfera e a válvula de saída da solução para o misturador-neutralizador. Isso evita a criação de alta pressão no aparelho de bombeamento e a formação de uma mistura insegura de amônia e ar ao iniciar o dispositivo.

Para o mesmo efeito, antes do arranque, o neutralizador e as comunicações a ele ligadas são purgados com vapor.

Depois de atingir as condições normais de operação, o vapor do suco do aparelho de aquecimento é enviado para uso como vapor de aquecimento].

3.1.4 Plantas de neutralização operando sob vácuo

Coprocessamento de mm gases contendo amônia e amônia gasosa são impraticáveis, pois estão associados a grandes perdas de nitrato de amônio, ácido e amônia devido à presença de uma quantidade significativa de impurezas em gases contendo amônia (nitrogênio, metano, hidrogênio, etc.) - Essas impurezas borbulhando através das soluções ferventes de nitrato de amônio resultantes levariam embora o nitrogênio ligado com o vapor do suco. Além disso, o vapor do suco contaminado com impurezas não poderia ser utilizado como vapor de aquecimento. Portanto, os gases que contêm amônia são geralmente processados ​​separadamente do gás amônia.

Em instalações operando sob vácuo, o calor da reação é utilizado fora do neutralizador - em um evaporador a vácuo. Aqui, soluções quentes de nitrato de amônio provenientes do neutralizador são fervidas a uma temperatura correspondente ao vácuo do aparelho. Essas instalações incluem: neutralizador tipo purificador, evaporador a vácuo e equipamentos auxiliares.

A Figura 3 mostra um diagrama de uma instalação de neutralização operando com evaporador a vácuo.

HP1 - neutralizador tipo purificador; H1 - bomba; B1 - evaporador a vácuo; B2 - separador a vácuo; NB1 - tanque pressurizado de ácido nítrico; B1 - tanque (misturador de comporta); P1 - arruela; DN1 - pré-neutralizador

Figura 3 - Esquema de instalação de neutralização com evaporador a vácuo

Gases contendo amônia a uma temperatura de 30-90 °C sob uma pressão de 1,2-1,3 atm são fornecidos à parte inferior do neutralizador de purificador 1. Uma solução circulante de nitrato entra na parte superior do purificador a partir do selar o tanque 6, que geralmente é fornecido continuamente a partir do tanque 5 com ácido nítrico, às vezes pré-aquecido a uma temperatura não superior a 60 °C. O processo de neutralização é realizado com excesso de ácido na faixa de 20-50 g/l. O purificador 1 geralmente mantém uma temperatura 15-20 °C abaixo do ponto de ebulição das soluções, o que ajuda a prevenir a decomposição ácida e a formação de névoa de nitrato de amônio. A temperatura definida é mantida irrigando o purificador com uma solução de um evaporador a vácuo, que opera a um vácuo de 600 mmHg. Art., portanto a solução nele contida tem uma temperatura mais baixa do que no purificador.

A solução de nitrato obtida no purificador é sugada para o evaporador a vácuo 5, onde sob vácuo de 560-600 mm Hg. Arte. ocorre evaporação parcial da água (evaporação) e aumento da concentração da solução.

Do evaporador a vácuo, a solução flui para o tanque de selo d'água 6, de onde a maior parte vai novamente para irrigar o purificador 1, e o restante é enviado para o pós-neutralizador 8. O vapor do suco gerado no evaporador a vácuo 3 é enviado através do separador de vácuo 4 para o condensador de superfície (não mostrado na figura) ou para um capacitor do tipo mistura. No primeiro caso, o suco condensado a vapor é utilizado na produção de ácido nítrico, no segundo - para diversos outros fins. O vácuo no evaporador a vácuo é criado devido à condensação do vapor do suco. Vapores e gases não condensados ​​são sugados dos condensadores por uma bomba de vácuo e descarregados na atmosfera.

Os gases de exaustão do purificador 1 entram no aparelho 7, onde são lavados com condensado para remover gotas de solução de nitrato, após o que também são removidos para a atmosfera. No misturador neutralizador final, as soluções são neutralizadas até um teor de 0,1-0,2 g/l de amônia livre e, juntamente com o fluxo de solução de nitrato obtido no aparelho ITN, são enviadas para evaporação.

A Figura 4 mostra um esquema de neutralização de vácuo mais avançado.

XK1 - refrigerador-condensador; CH1 - purificador-neutralizador; C1, C2 - coleções; TsN1, TsN2, TsN3 - bombas centrífugas; P1 - lavador de gases; G1 - selo d'água; L1 - armadilha; B1 - evaporador a vácuo; BD1 - tanque neutralizador; B2 - bomba de vácuo; P2 - lavadora de máquina de suco; K1 - capacitor de superfície

Figura 4 – Diagrama de neutralização de vácuo:

Os gases de destilação são direcionados para a parte inferior do purificador neutralizador 2, irrigados com uma solução do coletor 3 por meio de uma bomba de circulação 4.

A coleta 3 através do selo d'água 6 recebe soluções do purificador-neutralizador 2, bem como soluções após o coletor do evaporador a vácuo 10 e do lavador a vapor de suco 14.

Através de um tanque de pressão (não mostrado na figura), a solução de ácido nítrico do lavador de gases 5, irrigada com suco condensado de vapor, é continuamente alimentada na coleção 7. A partir daqui, as soluções são fornecidas pela bomba de circulação 8 para o lavador 5, após o qual eles são devolvidos à coleção 7.

Os gases quentes após o lavador 5 são resfriados no refrigerador-condensador 1 e liberados na atmosfera.

Soluções quentes de nitrato de amônio do selo d'água 6 são sugadas pela bomba de vácuo 13 para o evaporador de vácuo 10, onde a concentração de NH4NO3 aumenta em vários por cento.

Os vapores do suco liberados no evaporador a vácuo 10, tendo passado pelo coletor 9, pelo lavador 14 e pelo condensador de superfície 15, são liberados na atmosfera pela bomba de vácuo 13.

Uma solução de nitrato de amônio com uma determinada acidez é descarregada da linha de descarga da bomba 4 para o tanque neutralizador. Aqui a solução é neutralizada com gás amônia e a bomba 12 é enviada para a estação de evaporação.

3.1. 5 Equipamento principal

Neutralizadores ITN. Vários tipos de neutralizadores são utilizados, diferindo principalmente no tamanho e design dos dispositivos de distribuição de amônia e ácido nítrico no interior do aparelho. Dispositivos dos seguintes tamanhos são frequentemente usados: diâmetro 2.400 mm, altura 7.155 mm, vidro - diâmetro 1.000 mm, altura 5.000 mm. Também são utilizados dispositivos com diâmetro de 2.440 mm e altura de 6.294 mm e dispositivos dos quais foi retirado o misturador fornecido anteriormente (Figura 5).

LK1 - hachura; P1 - prateleiras; L1 - linha de amostragem; L2 - linha de saída da solução; BC1 - vidro interno; C1 - vaso externo; Ш1 - conexão para drenagem de soluções; P1 - distribuidor de amônia; P2 - distribuidor de ácido nítrico

Figura 5 - Dispositivo neutralizador ITN

Em alguns casos, para o processamento de pequenas quantidades de gases contendo amônia, são utilizados dispositivos ITP com diâmetro de 1700 mm e altura de 5000 mm.

O aquecedor a gás de amônia é um aparelho de casco e tubo feito de aço carbono. Diâmetro da caixa 400--476 mm, altura 3500--3280 mm. O tubo geralmente consiste em 121 tubos (diâmetro do tubo 25x3 mm) com uma superfície total de transferência de calor de 28 m2. A amônia gasosa entra nos tubos e o vapor de aquecimento ou condensado quente entra no espaço entre tubos.

Se o vapor do suco do equipamento de aquecimento for usado para aquecimento, o aquecedor será feito de aço inoxidável 1Х18Н9Т.

O evaporador de amônia líquida é um aparelho de aço carbono, na parte inferior do qual há uma serpentina de vapor e no meio há uma entrada tangencial de amônia gasosa.

Na maioria dos casos, o evaporador opera com vapor fresco a uma pressão (excesso) de 9 atm. Na parte inferior do evaporador de amônia existe um encaixe para purga periódica de contaminantes acumulados.

O aquecedor de ácido nítrico é um aparelho de casco e tubo com diâmetro de 400 mm e comprimento de 3890 mm. Diâmetro do tubo 25x2 mm, comprimento 3500 mm; superfície total de troca de calor 32 m2. O aquecimento é feito por vapor de suco com pressão absoluta de 1,2 atm.

O neutralizador do tipo purificador é um aparelho cilíndrico vertical com diâmetro de 1800-2400 mm e altura de 4700-5150 mm. Também são utilizados dispositivos com diâmetro de 2.012 mm e altura de 9.000 mm. No interior do aparelho, para distribuição uniforme das soluções circulantes ao longo da seção transversal, existem diversas placas perfuradas ou um bico feito de anéis cerâmicos. Na parte superior dos dispositivos equipados com placas é colocada uma camada de anéis com dimensões de 50x50x3 mm, que funciona como barreira contra respingos de soluções.

A velocidade do gás na seção livre do purificador com diâmetro de 1700 mm e altura de 5150 mm é de cerca de 0,4 m/s. A irrigação do aparelho tipo depurador com soluções é realizada por meio de bombas centrífugas com capacidade de 175-250 m3/h.

O evaporador a vácuo é um dispositivo cilíndrico vertical com diâmetro de 1000-1200 mm e altura de 5000-3200 mm. O bico é composto por anéis cerâmicos medindo 50x50x5 mm, dispostos em fileiras regulares.

O lavador de gases é um aparelho cilíndrico vertical feito de aço inoxidável com diâmetro de 1000 mm e altura de 5000 mm. O bico é composto por anéis de cerâmica medindo 50x50x5 mm.

Agitador-neutralizador - aparelho cilíndrico com agitador girando a uma velocidade de 30 rpm. O acionamento é realizado a partir de um motor elétrico através de uma caixa de engrenagens (Figura 6).

Ш1 - encaixe para instalação de medidor de nível; B1 - saída de ar; E1 - motor elétrico; P1 - caixa de câmbio; VM1 - eixo misturador; L1 - bueiro

Figura 6 – Agitador-neutralizador

O diâmetro dos dispositivos usados ​​​​com frequência é de 2.800 mm e a altura de 3.200 mm. Operam sob pressão atmosférica, servem para neutralização final de soluções de nitrato de amônio e como recipientes intermediários para soluções enviadas para evaporação.

O condensador de superfície é um trocador de calor vertical de duas passagens (através de água) de casco e tubo projetado para condensar o vapor de suco proveniente de um evaporador a vácuo. Diâmetro do dispositivo 1200 mm, altura 4285 mm; superfície de transferência de calor 309 m2. Opera a um vácuo de aproximadamente 550-600 mm Hg. Arte.; possui tubos: diâmetro 25x2 mm, comprimento 3500 m, número total 1150 unidades; o peso desse capacitor é de cerca de 7.200 kg

Em alguns casos, para eliminar as emissões para a atmosfera do vapor de suco descarregado durante a purga dos evaporadores, purgadores de equipamentos de aquecimento e selos d'água, é instalado um condensador de superfície com as seguintes características: diâmetro do corpo 800 mm, altura 4430 mm, número total de tubos 483 unidades, diâmetro 25x2, superfície total 125 m2.

Bombas de vácuo. Diferentes tipos de bombas são usados. A bomba tipo VVN-12 tem capacidade de 66 m3/h, velocidade de rotação do eixo é de 980 rpm. A bomba foi projetada para criar vácuo em uma unidade de neutralização de vácuo.

Bombas centrífugas. Para circular a solução de nitrato de amônio em uma instalação de neutralização a vácuo, são frequentemente utilizadas bombas 7ХН-12 com capacidade de 175-250 m3/h. A potência instalada do motor elétrico é de 55 kW.

4 . Cálculos de materiais e energia

Vamos calcular o equilíbrio material e térmico do processo. Calculo a neutralização do ácido nítrico com gás amônia por 1 tonelada de produto. Tomo os dados iniciais da Tabela 2, utilizando a metodologia dos manuais , , .

Aceitamos que o processo de neutralização prosseguirá nas seguintes condições:

Temperatura inicial, °C

gás amônia.................................................. ...........................50

ácido nítrico................................................ ........ ....................................20

Tabela 2 – Dados iniciais

Cálculo de materiais

1 Para obter 1 tonelada de nitrato pela reação:

NH3+HNO3=NH4NO3 +Q J (9)

teoricamente, é necessária a seguinte quantidade de matéria-prima (em kg):

amônia

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

x - 1000

ácido nítrico

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

x - 1000

Onde 17, 63 e 80 são os pesos moleculares da amônia, ácido nítrico e nitrato de amônio, respectivamente.

O consumo prático de NH3 e HNO3 é um pouco superior ao teórico, pois durante o processo de neutralização são inevitáveis ​​​​perdas de reagentes com vapor de suco por meio de vazamentos nas comunicações devido à leve decomposição dos componentes reagentes e nitrato, etc.

2. Determine a quantidade de nitrato de amônio no produto comercial: 0,98*1000=980 kg/h

ou

980/80 = 12,25 kmol/h,

e também a quantidade de água:

1000-980=20 kg/h

3. Vou calcular o consumo de ácido nítrico (100%) para obter 12,25 kmol/h de nitrato. De acordo com a estequiometria, é consumida a mesma quantidade (kmol/h) que o nitrato é formado: 12,25 kmol/h, ou 12,25*63=771,75 kg/h

Como as condições estabelecem a conversão completa (100%) do ácido, esta será a quantidade fornecida.

O processo envolve ácido diluído - 60%:

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

incluindo água:

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

4. Da mesma forma, o consumo de amônia (100%) para produzir 12,25 kmol/h, ou 12,25*17=208,25 kg/h

Em termos de água com 25% de amônia, isso será 208,25/0,25 = 833 kg/h, incluindo água 833-208,25 = 624,75 kg/h.

5. Encontrarei a quantidade total de água no neutralizador fornecido com os reagentes:

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

6. Determinemos a quantidade de vapor d'água formado pela evaporação da solução de nitrato (restam 20 kg/h no produto comercial): 1139,25 - 20 = 1119,25 kg/h.

7. Vamos traçar uma tabela do balanço material do processo de produção de nitrato de amônio.

Tabela 3 - Balanço material do processo de neutralização

8. Vamos calcular os indicadores tecnológicos.

· coeficientes teóricos de despesas:

para ácido - 63/80=0,78 kg/kg

para amônia - 17/80=0,21 kg/kg

· índices de despesas reais:

para ácido - 1286,25/1000=1,28 kg/kg

para amônia - 833/1000=0,83 kg/kg

Durante o processo de neutralização ocorreu apenas uma reação, a conversão da matéria-prima foi igual a 1 (ou seja, ocorreu conversão completa), não houve perdas, o que significa que o rendimento real é igual ao teórico:

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

Cálculo de energia

A chegada do calor. Durante o processo de neutralização, a entrada de calor consiste no calor introduzido pela amônia e pelo ácido nítrico e no calor liberado durante a neutralização.

1. O calor fornecido pelo gás amônia é:

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

onde 208,25 é o consumo de amônia, kg/h

2.18 - capacidade calorífica da amônia, kJ/(kg*°C)

50 - temperatura da amônia, °C

2. Calor introduzido pelo ácido nítrico:

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

onde 771,25 é o consumo de ácido nítrico, kg/h

2,76 - capacidade calorífica do ácido nítrico, kJ/(kg*°C)

20 - temperatura ácida, °C

3. O calor de neutralização é calculado preliminarmente por 1 mol de nitrato de amônio formado de acordo com a equação:

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

onde HNO3*3,95H2O corresponde ao ácido nítrico.

O efeito térmico Q3 desta reação é encontrado nas seguintes quantidades:

a) calor de dissolução do ácido nítrico em água:

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

b) calor de formação de NH4NO3 sólido a partir de 100% de ácido nítrico e 100% de amônia:

HNO3 (líquido) + NH3 (gás) = NH4NO3 (sólido) (11)

c) o calor de dissolução do nitrato de amônio em água, levando em consideração o consumo de calor de reação para evaporação da solução resultante de 52,5% (NH4NO3 *H2O) a 64% (NH4NO3 *2,5H2O)

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

onde NH4NO3*4H2O corresponde a uma concentração de 52,5% NH4NO3

O valor de NH4NO3*4H2O é calculado a partir da razão

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

onde 80 é o peso molar de NH4NO3

47,5 - Concentração de HNO3, %

52,5 - Concentração de NH4NO3, %

18 - peso molar de H2O

O valor de NH4NO3*2,5H2O é calculado de forma semelhante, correspondendo a uma solução de 64% de NH4NO3

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

De acordo com a reação (10), o calor da solução q de ácido nítrico em água é 2594,08 J/mol. Para determinar o efeito térmico da reação (11), é necessário subtrair a soma dos calores de formação de NH3 (gás) e HNO3 (líquido) do calor de formação do nitrato de amônio.

O calor de formação desses compostos a partir de substâncias simples a 18°C ​​e 1 atm tem os seguintes valores (em J/mol):

NH3(gás):46191,36

HNO3 (líquido): 174472,8

NH4NO3(s):364844,8

O efeito térmico geral de um processo químico depende apenas dos calores de formação das substâncias interagentes iniciais e dos produtos finais. Segue-se disso que o efeito térmico da reação (11) será:

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

O calor q3 de dissolução do NH4NO3 de acordo com a reação (12) é igual a 15606,32 J/mol.

A dissolução do NH4NO3 em água ocorre com a absorção de calor. Nesse sentido, o calor da solução é considerado no balanço energético com sinal negativo. A concentração da solução NH4NO3 prossegue de acordo com a liberação de calor.

Assim, o efeito térmico da reação Q3

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

vai ser:

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

Ao produzir 1 tonelada de nitrato de amônio, o calor da reação de neutralização será:

102633,52*1000/80=1282919kJ,

onde 80 é o peso molecular de NH4NO3

A partir dos cálculos acima fica claro que o ganho de calor total será: com amônia 22.699,25, com ácido nítrico 42.600,8, devido ao calor de neutralização 1282.919 e um total de 1348.219,05 kJ.

Consumo de calor. Ao neutralizar o ácido nítrico com amônia, o calor é retirado do aparelho pela solução resultante de nitrato de amônio, gasto na evaporação da água dessa solução e perdido no meio ambiente.

A quantidade de calor transportada pela solução de nitrato de amônio é:

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

onde 980 é a quantidade de solução de nitrato de amônio, kg

10 - perdas de NH3 e HNO3, kg

tboil - temperatura de ebulição da solução de nitrato de amônio, °C

O ponto de ebulição da solução de nitrato de amônio é determinado a uma pressão absoluta no neutralizador de 1,15 - 1,2 atm; Esta pressão corresponde a uma temperatura de vapor de água saturado de 103 °C. à pressão atmosférica, o ponto de ebulição da solução de NH4NO3 é 115,2 °C. depressão de temperatura é igual a:

?t=115,2 - 100=15,2°C

Calcule o ponto de ebulição de uma solução de NH4NO3 a 64%

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

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O nitrato de amônio é um dos fertilizantes mais comuns.

O nitrato de amônio (também conhecido como nitrato de amônio) é produzido em fábricas a partir de ácido nítrico e amônia por interação química desses compostos.

O processo de produção consiste nas seguintes etapas:

1. Neutralização do ácido nítrico com gás amônia.
2. Evaporação da solução de nitrato de amônio.
3. Cristalização de nitrato de amônio.
4. Sal de secagem.

A figura mostra um fluxograma simplificado do processo para a produção de nitrato de amônio. Como ocorre esse processo?

A matéria-prima - amônia gasosa e ácido nítrico (solução aquosa) - entra no neutralizador. Aqui, como resultado da interação química de ambas as substâncias, ocorre uma reação violenta com liberação de grande quantidade de calor. Nesse caso, parte da água evapora e o vapor d'água resultante (o chamado vapor de seiva) é descarregado para fora através do sifão.

A solução de nitrato de amônio parcialmente evaporada flui do neutralizador para o próximo aparelho - o neutralizador final. Nele, após a adição de uma solução aquosa de amônia, termina o processo de neutralização do ácido nítrico.

Do pré-neutralizador, a solução de nitrato de amônio é bombeada para um evaporador - um aparelho de vácuo em operação contínua. A solução em tais dispositivos é evaporada a pressão reduzida, neste caso a uma pressão de 160-200 mm Hg. Arte. O calor para evaporação é transferido para a solução através das paredes dos tubos aquecidos a vapor.

A evaporação é realizada até que a concentração da solução atinja 98%. Depois disso, a solução segue para a cristalização.

De acordo com um método, a cristalização do nitrato de amônio ocorre na superfície de um tambor, que é resfriado por dentro. O tambor gira e uma crosta de nitrato de amônio cristalizado de até 2 mm de espessura se forma em sua superfície. A crosta é cortada com faca e enviada por uma rampa para secagem.

O nitrato de amônio é seco com ar quente em tambores de secagem rotativos a uma temperatura de 120°. Após a secagem, o produto acabado é enviado para embalagem. O nitrato de amônio contém 34-35% de nitrogênio. Para reduzir a aglomeração, vários aditivos são adicionados à sua composição durante a produção.

O nitrato de amônio é produzido pelas fábricas na forma granular e em flocos. O salitre em flocos absorve fortemente a umidade do ar, por isso, durante o armazenamento, ele se espalha e perde sua friabilidade. O nitrato de amônio granulado tem a forma de grãos (grânulos).

A granulação do nitrato de amônio é realizada principalmente em torres (ver figura). A solução evaporada de nitrato de amônio - melt - é pulverizada por meio de uma centrífuga montada no teto da torre.

O fundido flui em um fluxo contínuo para o tambor rotativo perfurado da centrífuga. Passando pelos orifícios do tambor, o spray se transforma em bolas de diâmetro adequado e endurece ao cair.

O nitrato de amônio granulado possui boas propriedades físicas, não endurece durante o armazenamento, dispersa-se bem no campo e absorve lentamente a umidade do ar.

Sulfato de amônio - (caso contrário - sulfato de amônio) contém 21% de nitrogênio. A maior parte do sulfato de amônio é produzida pela indústria do coque.

Nos próximos anos, a produção do fertilizante nitrogenado mais concentrado - a uréia, ou uréia, que contém 46% de nitrogênio, terá grande desenvolvimento.

A uréia é produzida sob alta pressão por síntese a partir de amônia e dióxido de carbono. É utilizado não apenas como fertilizante, mas também na alimentação do gado (suplementando a nutrição protéica) e como intermediário na produção de plásticos.

Os fertilizantes de nitrogênio líquido - amônia líquida, amônia e água com amônia - também são de grande importância.

A amônia líquida é produzida a partir da amônia gasosa por liquefação sob alta pressão. Contém 82% de nitrogênio. Os compostos de amônia são soluções de nitrato de amônio, nitrato de cálcio ou uréia em amônia líquida com uma pequena adição de água. Eles contêm até 37% de nitrogênio. Água com amônia é uma solução aquosa de amônia. Contém 20% de nitrogênio. Em termos de efeito na cultura, os fertilizantes nitrogenados líquidos não são inferiores aos sólidos. E sua produção é muito mais barata que a sólida, pois são eliminadas as operações de evaporação da solução, secagem e granulação. Dos três tipos de fertilizante de nitrogênio líquido, a água com amônia é o mais utilizado. É claro que a aplicação de fertilizantes líquidos no solo, bem como seu armazenamento e transporte, requerem máquinas e equipamentos especiais.

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