Надіслати свою гарну роботу до бази знань просто. Використовуйте форму нижче

Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань у своєму навчанні та роботі, будуть вам дуже вдячні.

Розміщено на http://www.allbest.ru/

• Вступ
• 1. Виробництво аміачної селітри
• 2. Початкова сировина
• 3. Синтез аміаку
• 4. Характеристика цільового продукту
• 5. Фізико-хімічне обґрунтування основних процесів виробництва цільового продукту та екологічної безпеки виробництва

Вступ

Найважливішим видом мінеральних добрив є азотні: аміачна селітра, карбамід, сульфат амонію, водні розчини аміаку та ін. Азоту належить виключно важлива роль у життєдіяльності рослин: він входить до складу хлорофілу, що є акцептором сонячної енергії, і білка. Рослини можуть споживати тільки зв'язаний азот – у формі нітратів, солей амонію чи амідів. Порівняно невеликі кількості зв'язаного азоту утворюються з атмосферного за рахунок діяльності ґрунтових мікроорганізмів. Однак сучасне інтенсивне землеробство вже не може існувати без додаткового внесення в ґрунт азотних добрив, одержаних у результаті промислового зв'язування атмосферного азоту.

Азотні добрива відрізняються один від одного за вмістом в них азоту, формою сполук азоту (нітратні, амонійні, амідні), фазового стану (тверді і рідкі), розрізняють також фізіологічно кислі і фізіологічно лужні добрива.

1. Виробництво аміачної селітри

Аміачна селітра, або нітрат амонію, NН 4 NО 3 - кристалічна речовина білого кольору, що містить 35% азоту в амонійній та нітратній формах , обидві форми азоту легко засвоюються рослинами. Гранульовану аміачну селітру застосовують у великих масштабах перед посівом та для всіх видів підживлення. У менших масштабах її використовують із виробництва вибухових речовин.

Аміачна селітра добре розчиняється у воді і має велику гігроскопічність (здатність поглинати вологу з повітря). Це є причиною того, що гранули добрива розпливаються, втрачають свою кристалічну форму, відбувається стеження добрив-сипкий матеріал перетворюється на тверду монолітну масу.

Аміачну селітру випускають три види:

А і В - використовують у промисловості; застосовують у вибухових сумішах (амонітах, амоніалах)

В - ефективне та найбільш поширене азотне добриво, що містить близько 33-34% азоту; має фізіологічну кислотність.

2. Початкова сировина

Вихідною сировиною у виробництві аміачної селітри є аміак та азотна кислота.

Азотна кислота . Чиста азотна кислота HNO-безбарвна рідина щільністю 1,51 г/смі при -42 °С, що застигає в прозору кристалічну масу. На повітрі вона, подібно до концентрованої соляної кислоти, "димить", так як пари її утворюють з "вологою повітря дрібні крапельки туману. Азотна кислота не відрізняється міцністю, Вже під впливом світла вона поступово розкладається:

Що температура і що концентрованіша кислота, то швидше йде розкладання. Діоксид азоту, що виділяється, розчиняється в кислоті і надає їй бурого забарвлення.

Азотна кислота належить до найбільш сильних кислот; в розведених розчинах вона повністю розпадається на іони Н і - NO. кислоти за нітрозним способом, застосовується для виготовлення целюлозних лаків, кіноплівки. .

Промислове одержання азотної кислоти . Сучасні промислові способи одержання азотної кислоти засновані на каталітичному окисненні аміаку киснем повітря. При описі властивостей аміаку було зазначено, що він горить у кисні, причому продуктами реакції є вода і вільний азот. Але в присутності каталізаторів - окислення аміаку киснем може протікати інакше. певному складі суміші відбувається майже повне перетворення

Той, хто утворився, легко переходить у, який з водою в присутності кисню повітря дає азотну кислоту.

Як каталізатори при окисленні аміаку використовують сплави на основі платини.

Отримана окисленням аміаку азотна кислота має концентрацію, що не перевищує 60%. При необхідності її концентрують,

Промисловістю випускається розведена азотна кислота концентрацією 55, 47 і 45%, а концентрована-98 і 97%, Концентровану кислоту перевозять в алюмінієвих цистернах, розведену - в цистернах із кислотостійкої сталі.

3. Синтез аміаку

аміак азотний селітра сировина

Аміак - ключовий продукт різних азотовмісних речовин, що застосовуються в промисловості та сільському господарстві. Д.М. Прянишников назвав аміак "альфою та омегою" в обміні азотистих речовин у рослин.

На схемі показані основні сфери застосування аміаку. Склад аміаку був встановлений К. Бертолле в 1784 р. Аміак NН 3 - основа, помірно сильний відновлювальний агент і ефективний комплексоутворення по відношенню до катіонів, що володіють вакантними орбіталями.

Фізико-хімічні основи процесу . Синтез аміаку з елементів здійснюється за рівнянням реакції

N 2 +3Н 2 = 2NН 3; ?H<0

Реакція оборотна, екзотермічна, характеризується великим негативним ентальпійним ефектом (?Н = -91,96 кДж/моль) і при високих температурах стає ще екзотермічнішою (?H = -112,86 кДж/моль). Відповідно до принципу Ле Шательє при нагріванні рівновага зміщується вліво, у бік зменшення виходу аміаку. Зміна ентропії у разі теж негативно і сприяє протіканню реакції. При негативному значенні? S підвищення температури зменшує ймовірність перебігу реакції,

Реакція синтезу аміаку протікає із зменшенням обсягу. Відповідно до рівняння реакції 4 моль вихідних газоподібних реагентів утворюють 2 моль газоподібного продукту. Грунтуючись на принципі Летель, можна зробити висновок про те, що в умовах рівноваги вміст аміаку в суміші буде більше при високому тиску, ніж при низькому.

4. Характеристика цільового продукту

Фізико-хімічні властивості . Аміачна селітра (нітрат амонію) NH4NO3 має молекулярну масу 80,043; чистий продукт - безбарвна кристалічна речовина, що містить 60% кисню, 5% водню та 35% азоту (по 17,5% в аміачній та нітратній формах). Технічний продукт містить щонайменше 34,0% азоту.

Основні фізико-хімічні властивості аміачної селітры:

Аміачна селітра залежно від температури існує у п'яти кристалічних модифікаціях, термодинамічно стійких при атмосферному тиску (табл.). Кожна модифікація існує лише в певній області температур, і перехід (поліморфний) з однієї модифікації в іншу супроводжується змінами кристалічної структури, виділенням (або поглинанням) тепла, а також стрибкоподібною зміною питомого об'єму, теплоємності, ентропії тощо. Поліморфні переходи є оборотними - енантіотропними.

Таблиця. Кристалічні модифікації аміачної селітри

Система NH 4 NO 3 -Н 2 Про (рис. 11-2) відноситься до систем із простою евтектикою. Евтектичній точці відповідає концентрація 42,4% МН 4 МО 3 температура -16,9 °С. Ліва гілка діаграми-лінія ліквідусу води відповідає умовам виділення льоду в системі ПН 4 МО 3 -Н 2 О. Права гілка кривої ліквідуса - крива розчинності МН 4 МО 3 у воді. Ця крива має три точки перелому, що відповідають температурам модифікаційних переходів NH 4 NO 3 1=11(125,8 °С), II=III (84,2 °С) та 111 =IV (32,2 "С). Температура плавлення (кристалізації) безводної аміачної селітри дорівнює 169,6 ° С. Вона знижується зі збільшенням вмісту вологи солі.

Залежність температури кристалізації NH 4 NO 3 (Tкрист, "С) від вмісту вологи (X,%) до 1,5% описується рівнянням:

t кріст = 169,6 - 13, 2x (11.6)

Залежність температури кристалізації аміачної селітри з добавкою сульфату амонію від вмісту вологи (X,%) до 1,5% і сульфату амонію (У, %) до 3,0% виражається рівнянням:

t кріст = 169,6 - 13,2 Х +2, ОУ. (11.7).

Аміачна селітра розчиняється у воді з поглинанням тепла. Нижче наведено значення теплот розчинення (Q раств) аміачної селітри різної концентрації у воді при 25 °С:

C (NH 4 NO 3) % мас 59,69 47.05 38,84 30,76 22,85 15,09 2,17
Q розчин кДж/кг. -202,8 -225,82 -240,45 -256,13 -271,29 -287,49 -320,95

Аміачна селітра добре розчинна у воді, етиловому та метиловому спиртах, піридині, ацетоні, рідкому аміаку.

Мал. 11-2. Діаграма стану системиNH4 N03 - H20

Терморозкладання . Аміачна селітра є окислювачем, здатним підтримувати горіння. При нагріванні її в замкнутому просторі, коли продукти терморозкладання не можуть вільно видалятися, селітра може за деяких умов вибухати (детонувати). Вона може вибухати також під впливом сильних ударів, наприклад, при ініціювання вибуховими речовинами.

У початковий період нагрівання при 110°С поступово відбувається ендотермічна дисоціація селітри на аміак та азотну кислоту:

NH 4 NO 3 > NH 3 + НNО 3 - 174,4 кДж/моль. (11.9)

При 165 ° С втрата маси вбирається у 6%/сут. Швидкість дисоціації залежить як від температури, а й від співвідношення між поверхнею селітри та її обсягом, вмісту домішок та інших.

Аміак менш розчинний у розплаві, ніж азотна кислота, тому видаляється швидше; концентрація азотної кислоти збільшується до рівноважного значення, що визначається температурою. Наявність у розплаві азотної кислоти зумовлює автокаталітичний характер терморозкладання.

В інтервалі температур 200-270 °С протікає в основному слабоекзотермічна реакція розкладання селітри на закис азоту та воду:

NH 4 NO 3 > N 2 O+ 2H 2 Про + 36,8 кДж/моль. (11.10)

Помітний вплив на швидкість терморозкладання має діоксид азоту, який утворюється при термічному розкладанні азотної кислоти, що є продуктом дисоціації аміачної селітри.

При взаємодії діоксиду азоту з селітрою утворюються азотна кислота, вода та азот:

NH 4 NО 3 + 2NO 2 > N 2 + 2НNО 3 + Н 2 О + 232 кДж/моль.(11.11 )

Тепловий ефект цієї реакції більш ніж у 6 разів перевищує тепловий ефект реакції розкладання селітри на N 2 Про і Н 2 О. Таким чином, у закисленій селітрі навіть при звичайних температурах внаслідок значної екзотермічної реакції взаємодії з діоксидом азоту відбувається мимовільне терморозкладання аміачної селітри може призвести до її бурхливого розкладання.

При нагріванні селітри в замкнутій системі при 210-220 °С відбувається накопичення аміаку, концентрація азотної кислоти знижується, тому відбувається сильне гальмування реакції розкладання. Процес терморозкладання практично припиняється, незважаючи на те, що більша частина солі ще не розклалася. За більш високих температур аміак окислюється швидше, у системі накопичується азотна кислота і реакція протікає зі значним самоприскоренням, що може призвести до вибуху.

Добавка до аміачній селітрі речовин, які можуть розкладатися з виділенням аміаку (наприклад, карбамід та ацетамід), гальмує терморозкладання. Солі з катіонами срібла або талію значно збільшують швидкість реакції внаслідок утворення комплексів з іонами нітрату в розплаві. Іони хлору мають сильну каталітичну дію на процес терморозкладання. При нагріванні суміші, що містить хлорид і аміачну селітру, до 220-230 ° С починається бурхливе розкладання з виділенням великих кількостей газу. За рахунок теплоти реакції сильно підвищується температура суміші і розкладання закінчується протягом короткого часу.

Якщо суміш, що містить хлорид, підтримувати при температурі 150-200 °С, то в перший період часу, званий індукційним, розкладання буде протікати зі швидкістю, що відповідає розкладу селітри при даній температурі. У цей період крім розкладання протікатимуть також інші процеси, результатом яких є, зокрема, збільшення вмісту кислоти в суміші та виділення невеликої кількості хлору. Після індукційного періоду розкладання протікає з великою швидкістю та супроводжується сильним виділенням тепла та утворенням великої кількості токсичних газів. При великому вмісті хлориду розкладання всієї маси аміачної селітри швидко закінчується. З огляду на це вміст хлоридів у продукті суворо обмежений.

При експлуатації механізмів, що використовуються у виробництві аміачної селітри, слід застосовувати мастила, які не взаємодіють із продуктом та не знижують початкову температуру терморозкладання. Для цієї мети може бути, наприклад, використано мастило ВНІІНП-282 (ГОСТ 24926-81).

Температура продукту, який спрямовується на зберігання насипом або на упаковку в мішки, повинна бути не вище 55 °С. Як тару використовують мішки з поліетилену або крафтпаперу. Температури, при яких починаються активні процеси окислення аміачною селітрою поліетилену та крафтпаперу, становлять відповідно 270-280 та 220-230 °С. Випорожнені поліетиленові та крафтпаперові мішки повинні бути очищені від залишків продукту і, якщо не можуть бути використані, повинні бути спалені.

За енергії вибуху аміачна селітра втричі слабша за більшість ВР. Гранульований продукт може в принципі детонувати, але ініціювання капсулем-детонатором неможливе, для цього потрібні великі заряди потужних ВР.

Вибухова розкладання селітри протікає за рівнянням:

NH 4 NО 3 > N 2 + 0,5О 2 + 2Н 2 Про + 118 кДж/моль. (11.12)

За рівнянням (11.12) тепло вибуху мало б становити 1,48 МДж/кг. Однак внаслідок протікання побічних реакцій, одна з яких ендотермічна (11.9), фактичне тепло вибуху становить 0,96 МДж/кг та порівняно з теплом вибуху гексогену (5,45 МДж) мало. Але для такого великотоннажного продукту як аміачна селітра облік його вибухових властивостей (хоч і слабких) має значення для забезпечення безпеки.

Вимоги споживачів до якості аміачної селітри, що випускається промисловістю, відображені в ГОСТ 2-85, згідно з яким випускають товарний продукт двох марок.

Міцність гранул визначають відповідно до ГОСТ-21560.2-82 за допомогою приладів ІПГ-1, МІП-10-1 або ОСПГ-1М.

Розсипчастість гранульованої аміачної селітри, упакованої в мішки, визначають відповідно до ГОСТ-21560.5-82.

ГОСТ 14702-79-" водостійка"

5. Фізико-хімічне обґрунтування основних процесів виробництва цільового продукту та екологічної безпеки виробництва

Для отримання аміачної селітри, що практично не злежується, застосовують ряд технологічних прийомів. Ефективним засобом зменшення швидкості поглинання вологи гігроскопічними солями є їхнє гранулювання. Сумарна поверхня однорідних гранул менше поверхні такої ж кількості дрібнокристалічної солі, тому гранульовані добрива повільніше поглинають вологу з повітря. Іноді аміачну селітру сплавляють з менш гігроскопічними солями, наприклад, з сульфатом амонію.

Як аналогічно діючих добавок застосовують також фосфати амонію, хлорид калію, нітрат магнію. В основі процесу виробництва аміачної селітри лежить гетерогенна реакція взаємодії газоподібного аміаку з розчином азотної кислоти:

NH 3 + HNO 3 = NH 4 NO 3

?H = -144,9 кДж (VIII)

Хімічна реакція протікає із великою швидкістю; у промисловому реакторі вона лімітується розчиненням газу в рідині. Для зменшення дифузійного гальмування велике значення має перемішування реагентів.

Інтенсивні умови проведення процесу значною мірою можуть бути забезпечені розробки конструкції апарату. Реакцію (VIII) проводять у безперервно чинному апараті ІТН (використання теплоти нейтралізації). Реактор являє собою вертикальний циліндричний апарат, що складається з реакційної та сепараційної зон. У реакційній зоні є склянка /, у нижній частині якої розташовані отвори для циркуляції розчину. Дещо вище отворів усередині склянки розміщено барботер 2 для подачі газоподібного аміаку, над ним – барботер 3 для подачі азотної кислоти. Реакційна парорідинна суміш виходить з верхньої частини реакційної склянки; частина розчину виводиться з апарату ІТН і надходить до донейтралізатор, а решта (циркуляційна) знову йде вниз. Сокова пара, що виділилася з парорідкістної суміші, відмивається на ковпачкових тарілках. 6 від бризок розчину аміачної селітри та парів азотної кислоти 20%-ним розчином селітри, а потім конденсатом сокової пари.

Теплота реакції (VIII) використовується для часткового випаровування води з реакційної суміші (звідси і назва апарату – ІТН). Різниця в температурах у різних частинах апарату призводить до більш інтенсивної циркуляції реакційної суміші.

Технологічний процес виробництва аміачної селітри включає крім стадії нейтралізації азотної кислоти аміаком також стадії упарювання розчину селітри, гранулювання плава, охолодження гранул, обробки гранул поверхнево-активними речовинами, упаковки, зберігання та навантаження селітри, очищення газових викидів та стічних вод.

На рис. наведено схему сучасного великотоннажного агрегату з виробництва аміачної селітри АС-72 потужністю 1360 т/добу. Вихідна 58-60%-на азотна кислота підігрівається в підігрівачі / до 70-80 З соковою парою з апарату ІТН 3 та подається на нейтралізацію. Перед апаратами 3 до азотної кислоти додають фосфорну та сірчану кислоти в таких кількостях, щоб у готовому продукті містилася 0,3-0,5% Р 2 Про 5 і 0,05-0,2% сульфату амонію.

В агрегаті встановлено два апарати ІТН, що працюють паралельно. Крім азотної кислоти в них подають газоподібний аміак, попередньо нагрітий у підігрівачі. 2 паровим конденсатом до 120-130 °С. Кількості азотної кислоти, що подаються, і аміаку регулюють таким чином, щоб на виході з апарату ІТН розчин мав невеликий надлишок кислоти (2-5 г/л), що забезпечує повноту поглинання аміаку.

Азотну кислоту (58-60%-ну) підігрівають в апараті 2 до 80-90 °С соковою парою з апарату ІТН 8. Газоподібний аміак у підігрівачі 1 нагрівається паровим конденсатом до 120-160°С. Азотна кислота і газоподібний аміак автоматично регульованому співвідношенні надходять у реакційні частини двох апаратів ІТН 5, що працюють паралельно. Виходить з апаратів ІТН 89-92% розчин NH 4 NO 3 при 155-170 °С має надлишок азотної кислоти в межах 2-5 г/л, що забезпечує повноту поглинання аміаку.

У верхній частині апарату сокова пара з реакційної частини відмивається від бризок аміачної селітри; парів HNO 3 і NН 3 20%-ним розчином аміачної селітри з промивного скрубера 18 та конденсатом сокової пари з підігрівача азотної кислоти 2, які подають на ковпачкові тарілки у верхній частині апарату. Частину сокової пари використовують на підігрів азотної кислоти в підігрівачі 2, а основну його масу направляють у промивний скруббер 18, де змішують з повітрям із грануляційної вежі, із пароповітряною сумішшю з випарного апарату 6 і промивають на промивних тарілках скрубера. Промиту пароповітряну суміш викидають в атмосферу вентилятором 19.

Розчин з апаратів ІТН 8 послідовно проходить донейтралізатор 4 та контрольний донейтралізатор 5. У донейтралізатор 4 дозують сірчану і фосфорну кислоти в кількості, що забезпечує вміст готового продукту 0,05-0,2% сульфату амонію і 0,3-0,5% P20s. Дозування кислот плунжерними насосами регулюють в залежності від навантаження агрегату.

Після нейтралізації надлишкової НМОз у розчині аміачної селітри з апаратів ІТН та введених сірчаної та фосфорної кислот у донейтралізаторі 4, розчин проходить контрольний донейтралізатор 5 (куди аміак автоматично подається тільки у разі проскакування кислоти з донейтралізатора. 4) і надходить у випарний апарат 6. На відміну від агрегату АС-67, верхня частина випарного апарату. 6 забезпечена двома ситчастими промивними тарілками, на які подають паровий конденсат, що відмиває пароповітряну суміш з випарного апарату від аміачної селітри.

Плав селітри з випарного апарату 6, пройшовши гідрозатвордонейтралізатор 9 та фільтр 10, надходить у бак 11, звідки його занурювальним насосом 12 по трубопроводу з антидетонаційною насадкою подають у напірний бак 15, а потім до грануляторів 16 або 17. Безпека вузла перекачування плава забезпечується системою автоматичної підтримки температури плава при його упарюванні у випарному апараті (не вище 190 ° С), контролем та регулюванням середовища плава після донейтралізатора 9 (В межах 0,1-0,5 г/л NН 3), контролем температури плава в баку 11, корпусі насоса 12 та напірному трубопроводі. При відхиленні регламентних параметрів процесу перекачування плава автоматично припиняється, а плав у баках 11 та випарному апараті 6 при підвищенні температури розбавляють конденсатом.

Передбачено гранулювання двома типами грануляторів: віброакустичними 16 та монодисперсними 17. Більш надійними та зручними в роботі виявилися віброакустичні гранулятори, які експлуатуються на великотоннажних агрегатах.

Плав гранулюють у прямокутній металевій вежі. 20 з розмірами в плані 8х11 м. Висота польоту гранул 55 м забезпечує кристалізацію та охолодження гранул діаметром 2-3 мм до 90-120°С при зустрічному потоці повітря влітку до 500 тис. м/год та взимку (при низьких температурах) до 300- 400 тис. м/год. У нижній частині вежі розташовані приймальні конуси, з яких гранули стрічковим конвеєром 21 направляють в апарат охолодження КС 22.

Апарат охолодження 22 розділений на три секції з автономною подачею повітря під кожну секцію грат киплячого шару. У головній його частині є вбудований гуркіт, на якому відсіваються грудки селітри, що утворилися внаслідок порушення режиму роботи грануляторів. Грудки направляють на розчинення. Повітря, що подається в секції апарату охолодження вентиляторами 23, підігрівають в апараті 24 за рахунок тепла сокової пари з апаратів ІТН. Підігрів роблять при вологості атмосферного повітря вище 60%, а в зимовий час, щоб уникнути різкого охолодження гранул. Гранули аміачної селітри послідовно проходять одну, дві чи три секції апарату охолодження залежно від навантаження агрегату та температури атмосферного повітря. Рекомендована температура охолодження гранульованого продукту в зимовий час нижче 27 ° С, влітку - до 40-50 ° С. При експлуатації агрегатів у південних районах, де значна кількість днів температура повітря перевищує 30 °С, третя секція апарату охолодження працює на попередньо охолодженому повітрі (у випарному аміачному теплообміннику). Кількість повітря, що подається в кожну секцію, 75-80тиc.мі/ч. Напір вентиляторів 3,6 кПа. Відпрацьоване повітря із секцій апарату при температурі 45-60°С, що містить до 0,52 г/м 3 пилу аміачної селітри, направляють у грануляційну вежу, де він змішується з атмосферним повітрям і надходить на промивку в промивний скрубер 18.

Охолоджений продукт направляють на склад або на обробку ПАР (диспергатор НФ), а потім на відвантаження навалом або на упаковку в мішки. Обробку диспергатором НФ ведуть у порожньому апараті 27 з центрально розташованою форсункою, що обприскує кільцевий вертикальний потік гранул, або в барабані, що обертається. Якість обробки гранульованого продукту у всіх застосовуваних апаратах задовольняє вимогу ГОСТ 2-85.

Гранульовану аміачну селітру зберігають на складі в буртах висотою до 11 м. Перед відправкою споживачеві селітру зі складу подають на розсівання. Нестандартний продукт розчиняють, розчин повертають на парку. Стандартний продукт обробляють диспергатором НФ та відвантажують споживачам.

Ємності для сірчаної та фосфорної кислот та насосне обладнання для їх дозування скомпоновано у самостійний блок. Центральний пункт управління, електропідстанція, лабораторія, службові та побутові приміщення розташовані в окремій будівлі.

Розміщено на Allbest.ru

...

Подібні документи

Фізико-хімічні властивості аміачної селітри. Основні стадії виробництва аміачної селітри з аміаку та азотної кислоти. Установки нейтралізації, що працюють при атмосферному тиску та працюють при розрідженні. Утилізація та знешкодження відходів.

курсова робота , доданий 31.03.2014


Характеристика продукції, вихідної сировини та матеріалів для виробництва. Технологічний процес одержання аміачної селітри. Нейтралізація азотної кислоти газоподібним аміаком та випарювання до стану висококонцентрованого плава.

курсова робота , доданий 19.01.2016


Автоматизація виробництва гранульованої аміачної селітри. Контури стабілізації тиску в лінії подачі сокової пари та регулювання температури конденсату пари з барометричного конденсатора. Контролює тиск у лінії відведення до вакуум-насоса.

курсова робота , доданий 09.01.2014


Аміачна селітра як поширене та дешеве азотне добриво. Огляд існуючих технологічних схем виробництва. Модернізація виробництва аміачної селітри із отриманням складного азотно-фосфатного добрива на ВАТ "Череповецький "Азот".

дипломна робота , доданий 22.02.2012


Характеристика вихідної сировини, допоміжних матеріалів отримання азотної кислоти. Вибір та обґрунтування прийнятої схеми виробництва. Опис технологічної схеми. Розрахунки матеріальних балансів процесів. Автоматизація технологічного процесу.

дипломна робота , доданий 24.10.2011


Промислові способи одержання розведеної азотної кислоти. Каталізатори окиснення аміаку. склад газової суміші. Оптимальний вміст аміаку в аміачно-повітряній суміші. Типи азотнокислотних систем. Розрахунок матеріального та теплового балансу реактора.

курсова робота , доданий 14.03.2015


Огляд сучасних методів виробництва азотної кислоти. Опис технологічної схеми встановлення, конструкція основного апарату та допоміжного обладнання. Характеристика вихідної сировини та готової продукції, побічні продукти та відходи виробництва.

дипломна робота , доданий 01.11.2013


Виробництво та застосування каталізаторів синтезу аміаку. Будова оксидного каталізатора, впливом геть активність умов його відновлення. Механізм та кінетика відновлення. Термогравіметричне встановлення відновлення каталізаторів синтезу аміаку.

дипломна робота , доданий 16.05.2011


Опис грануляторів для гранулювання та змішування сипких матеріалів, зволожених порошків та паст. Виробництво комплексних добрив на основі аміачної селітри та карбаміду. Зміцнення зв'язків між частинками сушінням, охолодженням та полімеризацією.

курсова робота , доданий 11.03.2015


Технологія та хімічні реакції стадії виробництва аміаку. Початкова сировина, продукт синтезу. Аналіз технології очищення конвертованого газу від діоксиду вуглецю, існуючі проблеми та розробка способів вирішення виявлених проблем виробництва.

9.4. ВИРОБНИЦТВО АМІАЧНОЇ СЕЛІТРИ

Аміачна селітра – один з основних видів азотних добрив; містить щонайменше 34,2% азоту. Сировиною для отримання гранульованої аміачної селітри служать неконцентрована 58-60% азотна кислота і газоподібний аміак.

Як кондиціонуючу добавку використовують 92,5%-у сірчану кислоту, яка нейтралізується аміаком разом з азотною кислотою до сульфату амонію. Для обприскування готових гранул застосовують поверхнево-активну речовину - 40% водний розчин диспергатора «НФ».

Основними стадіями виробництва аміачної селітри є: нейтралізація азотної кислоти газоподібним аміаком; одержання висококонцентрованого плава аміачної селітри; гранулювання плава; охолодження гранул аміачної селітри; обробка гранул поверхнево-активною речовиною – диспергатором «НФ»; очищення повітря та сокової пари перед викидом в атмосферу; упаковка та зберігання готового продукту.

Нижче розглянуто автоматизацію першої стадії - нейтралізації азотної кислоти аміаком, - багато в чому визначає режими роботи наступних стадій.

Технологічна схема процесу.Азотна кислота попередньо підігрівається у теплообміннику 1 (рис. 9.8) до температури 70-80 ° C соковою парою з апарату 2 нейтралізації (ІТН), газоподібний аміак підігрівається в теплообміннику 3 і далі надходить в апарат 2. Підігріта азотна кислота надходить у змішувач 4, куди подають також сірчану та фосфорну кислоти. Сірчана кислота дозується з таким розрахунком, щоб вміст сульфату амонію готовому продукті було в межах 0,3-0,7%. Суміш кислот надходить далі в апарат ІТН, де під тиском, близьким до атмосферного, при температурі 155-165 °C проводиться процес нейтралізації азотної кислоти аміаком:

Азотна кислота та аміак дозуються таким чином, щоб на виході з апарату ІТН розчин мав деякий надлишок азотної кислоти (не більше 2-5 г/л), необхідний для забезпечення повноти поглинання аміаку в реакційній зоні. У сепараційній зоні апарату ІТН сокова пара відокремлюється від киплячого розчину і надходить на очищення в промивну зону апарату ІТН, що складається з чотирьох тарілок і бризкоуловлювача. На верхню тарілку подається конденсат сокової пари. На виході з апарату ІТН сокова пара містить 2-5 г/л NH 4 NO 3 , 1-2 г/л HNO 3 ; аміак при правильному веденні процесу промивання у парах відсутня.

ІТН, що утворюється в апараті, 92-93%-й розчин аміачної селітри кілька розбавляється розчинами з промивної частини апарату і при концентрації 89-91% направляється в донейтралізатор 5 , куди подається аміак для нейтралізації надлишку кислоти та створення лужного середовища розчину (надлишок аміаку повинен підтримуватися в межах до 0,1 г/л вільного NH 3). Далі розчин аміачної селітри направляється у відділення випарювання.

Автоматизація процесу.На стадії нейтралізації завданням автоматичної системи регулювання процесу є підтримання співвідношення потоків аміаку та азотної кислоти в апарат ІТН; підтримання заданого pH розчину аміачної селітри в апараті ІТН; забезпечення лужної реакції розчину аміачної селітри після донейтралізації на вході у випарний апарат.

Для системи регулювання провідними параметри газоподібного аміаку. Щоб уникнути впливу коливань тиску аміаку у зовнішній мережі на якість регулювання процесу нейтралізації, на вході в агрегат аміачної селітри автоматично підтримується тиск газоподібного аміаку. Витрата аміаку в апарат ІТН підтримується автоматично за допомогою регулятора витрати 6, шляхом впливу на регулюючий клапан 7 .

Подача азотної кислоти в апарат ІТН автоматично регулюється у заданому співвідношенні з витратою аміаку за допомогою регулятора співвідношення витрат 8 впливом на регулюючий клапан 9. Подача сірчаної та фосфорної кислот автоматично регулюється у заданому співвідношенні з витратою азотної кислоти за допомогою регуляторів співвідношення витрат 10 і 11 та регулюючих клапанів 12 і 13 .

Співвідношенням витрат азотної кислоти та аміаку визначається деякий надлишок кислоти, для контролю та регулювання якого на виході апарату ІТН безперервно контролюється pH розчину аміачної селітри. Заданий надлишок азотної кислоти в розчині автоматично підтримується регулятором pH 14 , що коригує подачу аміаку в ІТН за допомогою регулюючого клапана 15 , встановленого на байпасній лінії подачі аміаку, по якій спрямовується невелика кількість аміаку (кілька відсотків загальної витрати). Така система забезпечує високу якість регулювання процесу нейтралізації.

Для забезпечення максимально можливої ​​очистки сокової пари в промивній частині апарату ІТН автоматично регулюється подача конденсату сокової пари на верхню тарілку. Велика подача конденсату небажана, щоб уникнути розведення розчинів селітри перед їх випарюванням, а недостатня подача конденсату оголить тарілки, оскільки сокова пара перегріта. Подачу конденсату сокової пари регулюють за допомогою регулятора температури 16 впливом на регулюючий клапан 17 . Так як у випарний апарат не можна подавати кислі розчини аміачної селітри, надмірна кислотність нейтралізується в донейтралізаторі 5 . Подача аміаку до нього регулюється за допомогою регулятора 18 pH розчину на виході донейтралізатора, що впливає на регулюючий клапан 19 .

Системою автоматичного регулювання передбачено регулювання підігріву аміаку та азотної кислоти за допомогою регуляторів температури 20 і 21 впливом на регулюючі клапани 22 і 23 подачі теплоносія в теплообмінники 1 і 2 .

Аміачна селітра, або нітрат амонію, NH 4 NO 3 - кристалічна речовина білого кольору, що містить 35% азоту в амонійній та нітратній формах, обидві форми азоту легко засвоюються рослинами. Гранульовану аміачну селітру застосовують у великих масштабах перед посівом та для всіх видів підживлення. У менших масштабах її використовують із виробництва вибухових речовин.

Аміачна селітра добре розчиняється у воді і має велику гігроскопічність (здатність поглинати вологу з повітря), що є причиною того, що гранули добрива розпливаються, втрачають свою кристалічну форму, відбувається зстеження добрив - сипкий матеріал перетворюється на тверду монолітну масу.

Принципова схема виробництва нітрату амонію

Для отримання аміачної селітри, що практично не злежується, застосовують ряд технологічних прийомів. Ефективним засобом зменшення швидкості поглинання вологи гігроскопічними солями є їхнє гранулювання. Сумарна поверхня однорідних гранул менше поверхні такої ж кількості дрібнокристалічної солі, тому гранульовані добрива повільніше поглинають вологу.

Як аналогічно діючих добавок застосовують також фосфати амонію, хлорид калію, нітрат магнію. В основі процесу виробництва аміачної селітри лежить гетерогенна реакція взаємодії газоподібного аміаку з розчином азотної кислоти:

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

Хімічна реакція протікає із великою швидкістю; у промисловому реакторі вона лімітується розчиненням газу в рідині. Для зменшення дифузного гальмування велике значення має перемішування реагентів.

Технологічний процес виробництва аміачної селітри включає крім стадії нейтралізації азотної кислоти аміаком також стадії упарювання розчину селітри, гранулювання плава, охолодження гранул, обробки гранул поверхнево-активними речовинами, упаковки, зберігання та навантаження селітри, очищення газових викидів та стічних вод. На рис. 8.8 наведено схему сучасного великотоннажного агрегату з виробництва аміачної селітри АС-72 потужністю 1360 т/добу. Вихідна 58-60%-на азотна кислота підігрівається в підігрівачі до 70 - 80 ° С соковою парою з апарату ІТН 3 і подається на нейтралізацію. Перед апаратами 3 до азотної кислоти додають фосфорну і сірчану кислоти в таких кількостях, щоб у готовому продукті містилася 0,3-0,5% Р 2 Про 5 і 0,05-0,2% сульфату амонію. В агрегаті встановлено два апарати ІТН, що працюють паралельно. Крім азотної кислоти, в них подають газоподібний аміак, попередньо нагрітий у підігрівачі 2 паровим конденсатом до 120-130°С. Кількості азотної кислоти та аміаку, що подаються, регулюють таким чином, щоб на виході з апарату ІТН розчин мав невеликий надлишок кислоти (2-5 г/л), що забезпечує повноту поглинання аміаку.

У нижній частині апарату відбувається реакція нейтралізації за температури 155-170°С; при цьому виходить концентрований розчин, що містить 91-92% NH 4 NO 3 . У верхній частині апарату водяні пари (так звана сокова пара) відмиваються від бризок аміачної селітри та парів азотної кислоти. Частина теплоти сокової пари використовується для підігріву азотної кислоти. Потім сокову пару направляють на очищення та викидають в атмосферу.

Рис.8.8.Схема агрегату аміачної селітри АС-72:

1 – підігрівач кислоти; 2 – підігрівач аміаку; 3 -апарати ІТН; 4 – донейтралізатор; 5 - випарний апарат; 6 – напірний бак; 7,8 – гранулятори; 9,23 – вентилятори; 10 - промивний скрубер; 11 - барабан; 12,14 – транспортери; 13 -елеватор; 15 - апарат киплячого шару; 16 -грануляційна вежа; 17 – збірка; 18, 20 – насоси; 19 - бак для плава; 21 -фільтр для плава; 22 – підігрівач повітря.

Кислий розчин аміачної селітри направляють донейтралізатор 4; куди надходить аміак, необхідний для взаємодії з азотною кислотою, що залишилася. Потім розчин подають у випарний апарат 5. Отриманий плав, що містить 99,7-99,8% селітри, при 175°С проходить фільтр 21 і відцентровим занурювальним насосом 20 подається в напірний бак 6, а потім прямокутну металеву грануляційну вежу 16.

У верхній частині вежі розташовані гранулятори 7 і 8, в нижню частину яких подають повітря, що охолоджує краплі селітри, що падають зверху. Під час падіння крапель селітри з висоти 50-55 м при обтіканні потоком повітря утворюються гранули добрива. Температура гранул на виході з вежі дорівнює 90-110 ° С; гарячі гранули охолоджують в апараті киплячого шару 15. Це прямокутний апарат, що має три секції і з гратами з отворами. Під ґрати вентиляторами подають повітря; при цьому створюється псевдозріджений шар гранул селітри, що надходять транспортером з грануляційної вежі. Повітря після охолодження потрапляє у грануляційну вежу. Гранули аміачної селітри транспортером 14 подають на обробку поверхнево-активними речовинами в барабан, що обертається. Потім готове добриво транспортером направляють 12 на упаковку.

Повітря, що виходить з грануляційної вежі, забруднене частинками аміачної селітри, а сокова пара з нейтралізатора і пароповітряна суміш з випарного апарату містять аміак, що не прореагував, і азотну кислоту, а також частинки віднесеної аміачної селітри.

Для очищення цих потоків у верхній частині грануляційної вежі розташовані шість паралельно працюючих промивних скруберів тарілчастого типу 10, зрошуваних 20-30%-ним розчином аміачної селітри, яка подається насосом 18 зі збірки 17. Частина цього розчину відводиться в а потім підмішується до розчину селітри, і, отже, використовується для вироблення продукції. Очищене повітря відсмоктується з грануляційної вежі вентилятором 9 і викидається в атмосферу.

Надіслати свою гарну роботу до бази знань просто. Використовуйте форму нижче

Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань у своєму навчанні та роботі, будуть вам дуже вдячні.

Розміщено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки РФ

Державний освітній заклад

Вищої професійної освіти

"Тверський державний технічний університет"

Кафедра ТПМ

Курсова робота

з дисципліни: «Загальна хімічна технологія»

Виробництво аміачної селітри

• Зміст

Вступ

2. Методи виробництва

3. Основні стадії виробництва аміачної селітри з аміаку та азотної кислоти

3.1 Одержання розчинів аміачної селітри

3.1.1 Основи процесу нейтралізації

3. 1 5 Основне обладнання

4. Матеріальні та енергетичні розрахунки

5. Термодинамічний розрахунок

6. Утилізація та знешкодження відходів у виробництві аміачної селітри

Висновок

Список використаних джерел

Додаток А

Вступ

У природі та в житті людини азот має винятково важливе значення. Він входить до складу білкових сполук (16-18%), що є основою рослинного та тваринного світу. Людина щодня споживає 80-100 г білка, що відповідає 12-17 г азоту.

Для нормального розвитку рослин потрібні багато хімічних елементів. Основні з них - вуглець, кисень, водень, азот, фосфор, магній, сірка, кальцій, калій та залізо. Перші три елементи рослини одержують із повітря та води, інші - витягають із ґрунту.

Особливо велика роль мінеральному харчуванні рослин належить азоту, хоча його середній вміст у рослинній масі вбирається у 1,5%. Без азоту не може жити і нормально розвиватися жодна рослина.

Азот є складовою не тільки рослинних білків, але і хлорофілу, за допомогою якого рослини під дією сонячної енергії засвоюють вуглець з двоокису вуглецю СО2, що знаходиться в атмосфері.

Природні сполуки азоту утворюються внаслідок хімічних процесів розкладання органічних залишків, при грозових розрядах, і навіть біохімічним шляхом у результаті діяльності спеціальних бактерій - азотобактера, безпосередньо засвоюють азот із повітря. Таку ж здатність мають бульбочкові бактерії, які живуть у корінні бобових рослин (горох, люцерна, боби, конюшина та ін.).

Значна кількість азоту та інших поживних речовин, необхідних для розвитку сільськогосподарських культур, щорічно виноситься з ґрунту з одержуваним урожаєм. Крім того, частина поживних речовин втрачається внаслідок вимивання їх ґрунтовими та дощовими водами. Тому для запобігання зниження врожайності та виснаження ґрунту потрібно поповнювати його поживними речовинами шляхом внесення різних видів добрив.

Відомо, що майже кожне добриво має фізіологічну кислотність або лужність. Залежно від цього воно може чинити на ґрунт підкислювальну або підлуговувальну дію, що враховується при його використанні під певні сільськогосподарські культури.

Добрива, лужні катіони яких швидше витягуються рослинами з ґрунту, викликають її підкислення; рослини, які швидше споживають кислотні аніони добрив, сприяють підлуженню ґрунту.

Азотні добрива, що містять катіон амонію NН4 (аміачна селітра, сульфат амонію) та амідну групу NН2 (карбамід), підкислюють ґрунт. Підкислювальна дія аміачної селітри слабша, ніж сульфату амонію.

Залежно від характеру ґрунту, кліматичних та інших умов під різні культури потрібно вносити різну кількість азоту.

В асортименті азотних добрив значне місце займає аміачна селітра (нітрат амонію або азотнокислий амоній), обсяг світового виробництва якої обчислюється мільйонами тонн на рік.

Нині приблизно 50% азотних добрив, що застосовуються сільському господарстві нашої країни, посідає частку аміачної селітри.

Аміачна селітра має низку переваг перед іншими азотними добривами. Вона містить 34-34,5% азоту і в цьому відношенні поступається тільки карбаміду СО(NН2) 2, що містить 46% азоту. Інші азотні та азотовмісні добрива мають значно менше азоту (вміст азоту наведено у перерахунку на суху речовину):

Таблиця 1 - Зміст азоту в сполуках

Аміачна селітра є універсальним азотним добривом, оскільки одночасно містить аміачну та нітратну форми азоту. Вона ефективна у всіх зонах, майже під усі сільськогосподарські культури.

Дуже важливо, що форми азоту аміачної селітри використовуються рослинами у різний час. Амонійний азот, що безпосередньо бере участь у синтезі білка, швидко засвоюється рослинами в період росту; нітратний азот засвоюється відносно повільно, тому діє триваліший час. Встановлено також, що аміачна форма азоту може використовуватись рослинами без попереднього окислення.

Ці властивості аміачної селітри дуже позитивно позначаються збільшення врожайності багатьох сільськогосподарських культур.

Високий вміст азоту в аміачній селітрі, порівняно нескладний спосіб її отримання та відносно невисока вартість у ній одиниці азоту створюють хороші передумови для подальшого розвитку цього виробництва.

Аміачна селітра входить до складу великої групи стійких вибухових речовин. Вибухові речовини на основі аміачної селітри та аміачна селітра чиста або оброблена деякими добавками застосовуються для вибухових робіт.

Невелика кількість селітри витрачається отримання закису азоту, що використовується в медицині.

Поряд із збільшенням обсягу виробництва аміачної селітри шляхом модернізації діючих та будівництва нових виробництв здійснюються заходи щодо подальшого поліпшення якості готового продукту (отримання продукту 100%-ної розсипчастості та збереження гранул після тривалого зберігання продукту).

1. Фізико-хімічні властивості аміачної селітри

У чистому вигляді аміачна селітра є білою кристалічною речовиною, що містить 35% азоту, 60% кисню і 5% водню. Технічний продукт - білого кольору з жовтуватим відтінком, що містить не менше 34,2% азоту.

Аміачна селітра є сильним окислювачем ряду неорганічних та органічних сполук. З розплавами деяких речовин вона бурхливо реагує до вибуху (наприклад, з нітритом натрію NaNO2).

Якщо над твердою аміачною селітрою пропускати газоподібний аміак, то швидко утворюється рухлива рідина - аміакат 2NH4NO3*2NH3 або NH4NO3*3NH3.

Аміачна селітра добре розчиняється у воді, етиловому та метиловому спиртах, піридині, ацетоні та в рідкому аміаку. З підвищенням температури розчинність аміачної селітри значно зростає.

При розчиненні аміачної селітри у воді поглинається велика кількість тепла. Наприклад, при розчиненні 1 моль кристалічної NH4NO3в 220-400 моль води і температурі 10-15 °С відбувається поглинання 6,4 ккал тепла.

Аміачна селітра має властивість сублімуватися. При зберіганні аміачної селітри в умовах підвищених температури та вологості повітря її обсяг збільшується приблизно вдвічі, що зазвичай призводить до розриву тари.

Під мікроскопом на поверхні гранул аміачної селітри чітко видно пори та тріщини. Підвищена пористість гранул селітри дуже негативно впливає на фізичні властивості готового продукту.

Аміачна селітра відрізняється високою гігроскопічністю. На відкритому повітрі тонкому шарі селітра дуже швидко зволожується, втрачає кристалічну форму і починає розпливатися. Ступінь поглинання сіллю вологи з повітря залежить від його вологості та тиску парів над насиченим розчином цієї солі за даної температури.

Між повітрям та гігроскопічною сіллю відбувається вологообмін. Вирішальний вплив на цей процес має відносна вологість повітря.

Кальцієва та вапняно-аміачна селітри мають порівняно низький тиск водяної пари над насиченими розчинами; за певної температури їм відповідає найнижча відносна вологість повітря. Це найгігроскопічніші солі серед зазначених вище азотних добрив. Найменш гігроскопічний сульфат амонію і практично зовсім негігроскопічна калієва селітра.

Волога поглинається лише порівняно невеликим шаром солі, що безпосередньо межує з навколишнім повітрям. Однак, навіть таке зволоження селітри сильно погіршує фізичні властивості готового продукту. Швидкість поглинання аміачної селітрою вологи з повітря з підвищенням температури різко збільшується. Так, при 40 °С швидкість поглинання вологи в 2,6 рази більша, ніж при 23 °С.

Запропоновано багато способів зменшення гігроскопічності аміачної селітри. Один з таких способів заснований на змішуванні або сплавленні аміачної селітри з іншою сіллю. При виборі другої солі виходять з наступного правила: для зниження гігроскопічності тиск водяної пари над насиченим розчином суміші солей має бути більшим за їх тиск над насиченим розчином чистої аміачної селітри.

Встановлено, що гігроскопічність суміші двох солей, що мають загальний іон, більша, ніж найбільш гігроскопічній з них (виняток становлять суміші або сплави аміачної селітри з сульфатом амонію та деякі інші). Змішування ж аміачної селітри з негігроскопічними, але нерозчинними у воді речовинами (наприклад, з вапняковим пилом, фосфоритним борошном, дикальційфосфатом та ін.) не зменшує її гігроскопічності. Численні досліди показали, що всі солі, які мають таку ж або більшу розчинність у воді, ніж аміачна селітра, мають властивість збільшувати її гігроскопічність.

Солі, здатні зменшувати гігроскопічність аміачної селітри, доводиться додавати у великих кількостях (наприклад, сульфат калію, хлористий калій, діамонійфосфат), що різко знижує вміст у продукті азоту.

Найбільш ефективним способом зменшення поглинання вологи з повітря є покриття частинок селітри захисними плівками з органічних речовин, що не змочуються водою. Захисна плівка в 3-5 разів знижує швидкість поглинання вологи та сприяє поліпшенню фізичних властивостей аміачної селітри.

Негативною властивістю аміачної селітри є її здатність стежити - втрачати при зберіганні сипкість (розсипчастість). При цьому аміачна селітра перетворюється на тверду монолітну масу, що важко піддається подрібненню. Слежність аміачної селітри викликається багатьма причинами.

Підвищений вміст вологи готовому продукті. У частках аміачної селітри будь-якої форми завжди міститься волога у вигляді насиченого (маткового) розчину. Зміст NH4NO3 у такому розчині відповідає розчинності солі при температурах її завантаження тару. Під час остигання готового продукту маточний розчин часто переходить у пересичений стан. При подальшому зниженні температури з пересиченого розчину випадає велика кількість кристалів розмірами 0,2-0,3 мм. Ці нові кристали цементують раніше не пов'язані частинки селітри, що призводить до перетворення її на щільну масу.

Низька механічна міцність частинок селітри. Аміачна селітра випускається у вигляді частинок округлої форми (гранул), пластинок або дрібних кристалів. Частинки гранульованої аміачної селітри мають меншу питому поверхню і правильнішу форму, ніж лускатої та дрібнокристалічної, тому гранули менше злежуються. Однак у процесі гранулювання утворюється деяка кількість порожнистих частинок, що відрізняються низькою механічною міцністю.

При складуванні мішки з гранульованою селітрою укладають у штабелі заввишки 2,5 м. Під тиском верхніх мішків відбувається руйнування найменш міцних гранул з утворенням пилоподібних частинок, які ущільнюють масу селітри, збільшуючи її стеження. Практика показує, що руйнування пустотілих частинок у шарі гранульованого продукту різко прискорює процес його стеження. Це спостерігається навіть якщо при завантаженні в тару продукт був охолоджений до 45 ° С і переважна більшість гранул мала хорошу механічну міцність. Встановлено, що пустотілі гранули також руйнуються внаслідок рекристалізації.

При підвищенні температури навколишнього повітря гранули селітри майже повністю втрачають свою міцність і такий продукт сильно злежується.

Термічне розкладання аміачної селітри. Вибухонебезпечність. Вогнестійкість. Аміачна селітра з точки зору вибухобезпеки відносно мало чутлива до поштовхів, тертя, ударів, зберігає стійкість при попаданні іскор різної інтенсивності. Домішки піску, скла та металеві домішки не підвищують чутливості аміачної селітри до механічних впливів. Вона здатна вибухати тільки під дією сильного детонатора або за термічного розкладання в певних умовах.

При тривалому нагріванні аміачна селітра поступово розкладається на аміак та азотну кислоту:

NH4NO3=NH3+HNO3 - 174598,32 Дж (1)

Цей процес, що протікає з поглинанням тепла, починається за температури вище 110°С.

При подальшому нагріванні відбувається розкладання аміачної селітри з утворенням закису азоту та води:

NH4NO3 = N2О + 2Н2О + 36902,88 Дж (2)

Термічне розкладання аміачної селітри протікає за такими послідовними стадіями:

· Гідроліз (або дисоціація) молекул NH4NO3;

· Термічне розкладання азотної кислоти, що утворюється при гідролізі;

· Взаємодія двоокису азоту та аміаку, що утворюються на перших двох стадіях.

При інтенсивному нагріванні аміачної селітри до 220-240 ° С її розпад може супроводжуватися спалахами розплавленої маси.

Дуже небезпечний нагрів аміачної селітри в замкнутому об'ємі або в об'ємі з обмеженим виходом газів, що утворюються при термічному розкладанні селітри.

У цих випадках розкладання аміачної селітри може протікати за багатьма реакціями, зокрема за такими:

NH4NO3 = N2+2Н2О + Ѕ 02 + 1401,64 Дж/кг (3)

2NH4NO3 = N2 +2NO+ 4Н20 + 359,82 Дж/кг (4)

ЗNH4NO3= 2N2 + N0 + N02 + 6Н20 + 966,50 Дж/кг (5)

З наведених вище реакцій видно, що аміак, що утворюється початковий період термічного розкладання селітри, часто відсутня в газових сумішах; у яких протікають вторинні реакції, у яких аміак повністю окислюється до елементарного азоту. В результаті вторинних реакцій різко збільшується тиск газової суміші в замкнутому об'ємі та процес розкладання може закінчитися вибухом.

Мідь, сульфіди, магній, колчедан та інші домішки активують процес розкладання аміачної селітри при її нагріванні. В результаті взаємодії цих речовин з нагрітою селітрою утворюється нестійкий нітрит амонію, який при 70-80 ° С бурхливо розкладається з вибухом:

NH4NO3=N2+ 2Н20 (6)

З залізом, оловом та алюмінієм аміачна селітра не реагує навіть у розплавленому стані.

З підвищенням вологості та збільшенням розміру частинок аміачної селітри чутливість її до вибуху сильно зменшується. При наявності приблизно 3% вологи селітра стає нечутливою до вибуху навіть при дії сильного детонатора.

Термічне розкладання аміачної селітри з підвищенням тиску до певної межі посилюється. Встановлено, що при тиску близько 6 кгс/см2 та відповідній температурі відбувається розпад усієї розплавленої селітри.

Вирішальне значення зменшення або запобігання термічного розкладання аміачної селітри має підтримку лужного середовища при упарюванні розчинів. Тому в новій технологічній схемі виробництва аміачної селітри, що не злежується, доцільно додавати до гарячого повітря невелику кількість аміаку.

Враховуючи, що в певних умовах аміачна селітра може бути вибухонебезпечним продуктом, у процесі її виробництва, при зберіганні та перевезенні слід суворо дотримуватися встановленого технологічного режиму та правил з техніки безпеки.

Аміачна селітра відноситься до негорючих продуктів. Підтримує горіння лише закис азоту, що утворюється при термічному розкладі солі.

Суміш аміачної селітри з подрібненим деревним вугіллям при сильному нагріванні здатна самозайматися. Деякі метали, що легко окислюються (наприклад, порошкоподібний цинк) в контакті з вологою аміачною селітрою при невеликому нагріванні також можуть викликати її займання. У практиці спостерігалися випадки мимовільного займання сумішей аміачної селітри з суперфосфатом.

Паперові мішки або дерев'яні бочки, в яких знаходилася аміачна селітра, можуть спалахувати навіть під дією сонячних променів. При загорянні тари з аміачною селітрою можливе виділення оксидів азоту та парів азотної кислоти. При пожежах, що виникають від відкритого полум'я або внаслідок детонації, аміачна селітра розплавляється та частково розкладається. У глибину маси селітри полум'я не поширюється.

2 . Методи виробництва

аміачний селітра нейтралізація кислота

У промисловості широко застосовується лише метод отримання аміачної селітри із синтетичного аміаку (або аміаксодержащих газів) та розведеної азотної кислоти.

Виробництво аміачної селітри із синтетичного аміаку (або аміакмістких газів) та азотної кислоти є багатостадійним. У зв'язку з цим намагалися отримувати аміачну селітру безпосередньо з аміаку, оксидів азоту, кисню та водної пари по реакції

4NH3 + 4NO2 + 02 + 2Н20 = 4NH4NO3 (7)

Однак від цього способу довелося відмовитися, оскільки поряд з аміачною селітрою утворювався нітрит амонію - нестійкий та вибухонебезпечний продукт.

У виробництво аміачної селітри з аміаку та азотної кислоти впроваджено низку удосконалень, які дозволили скоротити капітальні витрати на будівництво нових установок та зменшити собівартість готового продукту.

Для корінного вдосконалення виробництв аміачної селітри знадобилося відмовитися від уявлень, що склалися протягом багатьох років, про неможливість працювати без відповідних резервів основного обладнання (наприклад, випарних апаратів, грануляційних веж та ін.), про небезпеку отримання для гранулювання майже безводного плава аміачної селітри.

У Росії її за кордоном твердо встановлено, що тільки будівництво агрегатів великої потужності, з використанням сучасних досягнень науки і техніки, може дати суттєві економічні переваги в порівнянні з діючими виробництвами аміачної селітри.

Значна кількість аміачної селітри в даний час виробляється з відхідних аміаксодержащих газів деяких систем синтезу карбаміду. За одним із способів його виробництва на 1 т карбаміду виходить від 1 до 1,4 т аміаку. З такої кількості аміаку можна виробити 4,6-6,5 т аміачної селітри. Хоча працюють і більш досконалі схеми синтезу карбаміду, аміаксодержащіе гази - відходи цього виробництва - ще деякий час служитимуть сировиною для отримання аміачної селітри.

Спосіб виробництва аміачної селітри з газів, що містять аміак, відрізняється від способу її отримання з газоподібного аміаку тільки на стадії нейтралізації.

У невеликих кількостях аміачну селітру одержують шляхом обмінного розкладання солей (конверсійні методи).

Ці способи отримання аміачної селітри ґрунтуються на випаданні однієї з солей, що утворюються в осад або на отриманні двох солей з різною розчинністю у воді. У першому випадку розчини аміачної селітри відокремлюють від опадів на фільтрах, що обертаються, і переробляють у твердий продукт за звичайними схемами. У другому випадку розчини упарюють до певної концентрації і поділяють їх дробовою кристалізацією, яка зводиться до наступного: при охолодженні гарячих розчинів виділяють більшу частину аміачної селітри в чистому вигляді, потім в окремій апаратурі проводять кристалізацію з маткових розчинів з отриманням забрудненого домішками продукту.

Всі способи отримання аміачної селітри обмінним розкладанням солей складні, пов'язані з великою витратою пари та втратою зв'язаного азоту. Їх зазвичай застосовують у промисловості лише у разі потреби утилізації сполук азоту, одержуваних як побічні продукти.

Сучасний спосіб виробництва аміачної селітри з газоподібного аміаку (або аміаксодержащих газів) і азотної кислоти безперервно вдосконалюється.

3 . Основні стадії виробництва аміачної селітри з аміаку та азотної кислоти

Процес виробництва аміачної селітри складається з наступних основних стадій:

1. Одержання розчинів аміачної селітри нейтралізацією азотної кислоти газоподібним аміаком або газами, що містять аміак.

2. Випарювання розчинів аміачної селітри до стану плава.

3. Кристалізація з плава солі у вигляді частинок округлої форми (гранул), лусочок (пластинок) та дрібних кристалів.

4. Охолодження чи сушіння солі.

5. Упаковка у тару готового продукту.

Для отримання малостійкої та водостійкої аміачної селітри, крім зазначених стадій, необхідна ще стадія приготування відповідних добавок.

3.1 П одержання розчинів аміачної селітри

3.1.1 Основи процесу нейтралізації

Розчини аміачної селітри отримують в результаті взаємодії аміаку з азотною кислотою за реакцією:

4NН3 + НNO3 = NН4NO3 + Q Дж (8)

Утворення аміачної селітри протікає незворотно та супроводжується виділенням тепла. Кількість тепла, що виділяється при реакції нейтралізації, залежить від концентрації застосовуваної азотної кислоти та її температури, а також від температури газоподібного аміаку (або газів, що містять аміак). Що концентрація азотної кислоти, то більше виділяється тепла. При цьому відбувається випаровування води, що дозволяє одержувати більш концентровані розчини аміачної селітри. Для отримання розчинів аміачної селітри застосовують 42-58% азотну кислоту.

Застосування азотної кислоти концентрацією вище 58% для отримання розчинів аміачної селітри при існуючому оформленні процесу неможливо, оскільки в цьому випадку в апаратах-нейтралізаторах розвивається температура, що значно перевищує температуру кипіння азотної кислоти, що може призвести до її розкладання з виділенням оксидів азоту. При упарюванні розчинів аміачної селітри за рахунок тепла реакції в апаратах-нейтралізаторах утворюється сокова пара, що має температуру 110-120 °С,.

При отриманні розчинів аміачної селітри максимально можливої ​​концентрації потрібні відносно невеликі теплообмінні поверхні випарних апаратів і на подальше упарювання розчинів витрачається невелика кількість свіжої пари. У зв'язку з цим разом з вихідною сировиною прагнуть підводити в нейтралізатор додаткову кількість тепла, для чого підігрівають соковою парою аміак до 70 °С та азотну кислоту до 60 °С (при більш високій температурі азотної кислоти відбувається значне її розкладання, і труби підігрівача піддаються сильною корозії, якщо вони виготовлені не з титану).

Застосовувана у виробництві аміачної селітри азотна кислота повинна містити трохи більше 0,20% розчинених оксидів азоту. Якщо кислота недостатньо продута повітрям видалення розчинених оксидів азоту, вони утворюють з аміаком нітрит амонію, що швидко розкладається на азот і воду. При цьому втрати азоту можуть становити близько 0,3 кг на 1 т готового продукту.

У соковій парі, як правило, містяться домішки NН3, NHО3 та NН4NO3. Кількість цих домішок залежить від стабільності тисків, при яких повинні подаватися в нейтралізатор аміак і азотна кислота. Для підтримки заданого тиску азотну кислоту подають з напірного бака, з переливною трубою, а газоподібний аміак - за допомогою регулятора тиску.

Навантаження нейтралізатора також значною мірою визначає втрати зв'язаного азоту із соковою парою. При нормальному навантаженні втрати з конденсатом сокової пари не повинні перевищувати 2 г/л (перераховуючи на азот). При перевищенні навантаження нейтралізатора між аміаком та парами азотної кислоти протікають побічні реакції, в результаті яких у газовій фазі утворюється, зокрема, туманоподібна аміачна селітра, що забруднює сокову пару, і збільшуються втрати зв'язаного азоту. Отримані в нейтралізаторах розчини аміачної селітри накопичуються в проміжних ємностях з мішалками, донейтралізуються аміаком або азотною кислотою, після чого прямує на упарювання.

3.1.2 Характеристика нейтралізаційних установок

Залежно від застосуваннятиску сучасні установки для отримання розчинів аміачної селітри з використанням тепла нейтралізації поділяються на установки, що працюють при атмосферному тиску; при розрідженні (вакуумі); при підвищеному тиску (кілька атмосфер) та на комбіновані установки, що працюють під тиском у зоні нейтралізації та при розрідженні в зоні відділення сокових пар від розчину (плаву) аміачної селітри.

Установки, що працюють при атмосферному чи невеликому надмірному тиску, відрізняються простотою технології та конструктивного оформлення. Вони також легко обслуговуються, пускаються у роботу та зупиняються; випадкові порушення заданого режиму роботи зазвичай швидко усуваються. Установки такого типу набули найбільш широкого поширення. Основним апаратом цих установок є апарат-нейтралізатор ІТН (використання тепла нейтралізації). Апарат ІТН працює під абсолютним тиском 1,15-1,25 атм. Конструктивно він оформлений таким чином, що майже не відбувається закипання розчинів з утворенням туманоподібної аміачної селітри.

Наявність циркуляції в апаратах ІТН виключає перегрів у зоні реакції, що дозволяє проводити процес нейтралізації з мінімальними втратами зв'язаного азоту.

Залежно від умов роботи виробництва аміачної селітри сокова пара апаратів ІТН використовується для попереднього упарювання розчинів селітри, для випаровування рідкого аміаку, підігріву азотної кислоти і газоподібного аміаку, що направляються в апарати ІТН, і для випаровування рідкого аміаку при отриманні газоподібного аміаку, азотної кислоти.

Розчини аміачної селітри з газів, що містять аміак, отримують на установках, основні апарати яких працюють при розрідженні (випарник) і при атмосферному тиску (скруббер-нейтралізатор). Такі установки громіздкі і в них важко підтримувати стабільний режим роботи внаслідок непостійності складу газів, що містять аміак. Остання обставина негативно позначається на точності регулювання надлишку азотної кислоти, внаслідок чого в одержуваних розчинах аміачної селітри часто міститься підвищена кількість кислоти або аміаку.

Установки нейтралізації, що працюють під абсолютним тиском 5-6 атм., Мало поширені. Вони вимагають значної витрати електроенергії для стиснення газоподібного аміаку та подачі до нейтралізаторів азотної кислоти під тиском. Крім того, на цих установках можливі підвищені втрати аміачної селітри внаслідок винесення бризок розчинів (навіть у сепараторах складної конструкції бризки не вдається повністю уловлювати).

В установках, заснованих на комбінованому методі, поєднуються процеси нейтралізації азотної кислоти аміаком та отримання плава аміачної селітри, який можна безпосередньо спрямовувати на кристалізацію (тобто з таких установок виключаються випарні апарати для концентрування розчинів селітри). Для установок такого типу потрібна 58-60% азотна кислота, яку промисловість випускає поки порівняно в невеликих кількостях. Крім того, частина апаратури має бути виконана з дорогого титану. Процес нейтралізації з отриманням плава селітри доводиться проводити при дуже високих температурах (200-220 ° С). Враховуючи властивості аміачної селітри, для здійснення процесу при високих температурах необхідно створити особливі умови, що запобігають термічному розкладу плавання селітри.

3.1.3 Налаштування нейтралізації, що працюють при атмосферному тиску

До складу цих установок входять апарати-нейтралізатори ІТН (використання теплоти нейтралізації) та допоміжна апаратура.

На малюнку 1 зображено одну з конструкцій апарату ІТН, що застосовується на багатьох діючих виробництвах аміачної селітри.

З1 - завихрювач; ВС1 - зовнішня судина (резервуар); ВЦ1 – внутрішній циліндр (нейтралізаційна частина); У1 – пристрій для розподілу азотної кислоти; Ш1 – штуцер для зливу розчинів; О1 – вікна; У2 - пристрій для розподілу аміаку; Г1 – гідрозатвор; С1 - сепаратор-пастка

Малюнок 1 - Апарат-нейтралізатор ІТН з природною циркуляцією розчинів

Апарат ІТН являє собою вертикальну циліндричну посудину (резервуар) 2, в якому поміщений циліндр (стакан) 3 з полицями 1 (завихрювач) для поліпшення змішування розчинів. У циліндр 3 підведені трубопроводи для введення азотної кислоти та газоподібного аміаку (реагенти подаються протитечією); труби закінчуються пристроями 4 та 7 для кращого розподілу кислоти та газу. У внутрішньому циліндрі відбувається взаємодія азотної кислоти з аміаком. Цей циліндр називається нейтралізаційної камери.

Кільцевий простір між судиною 2 і циліндром 3 служить для циркуляції киплячих розчинів аміачної селітри. У нижній частині циліндра є отвори 6 (вікна), що з'єднують нейтралізаційну камеру з випарною частиною ІТН. Через наявність цих отворів продуктивність апаратів ІТН дещо знижується, проте досягається інтенсивна природна циркуляція розчинів, що призводить до зменшення втрат зв'язаного азоту.

Сокова пара, що виділяється з розчину, відводиться через штуцер у кришці апарату ІТН і через пастку-сепаратор 9. Утворюються в циліндрі 3 розчини селітри у вигляді емульсії - суміші з соковою парою надходять у сепаратор через гідрозатвор 5. Зі штуцера нижньої частини 5 селітри направляються донейтралізатор-мішалку для подальшої обробки. Гідрозатвор, наявний у випарній частині апарату, дозволяє підтримувати в ньому постійний рівень розчину і перешкоджає виходу сокової пари без промивання від бризок розчину, що захоплюються ним.

Паровий конденсат утворюється на тарілках сепаратора внаслідок часткової конденсації сокової пари. При цьому теплота конденсації відводиться оборотною водою, що проходить змійовиками, покладеними на тарілках. В результаті часткової конденсації сокової пари виходить 15-20%-ний розчин NН4NO3, який прямує на упарювання разом з основним потоком розчину аміачної селітри.

На малюнку 2 представлена ​​схема однієї з установок нейтралізації, що працюють при тиску, близькому до атмосферного.

НБ1 – напірний бак; С1 – сепаратор; І1 – випарник; П1 – підігрівач; СК1 – збірка для конденсату; ІТН1 - апарат ІТН; М1 – мішалка; ЦН1 - відцентровий насос

Рисунок 2 – Схема установки нейтралізації, що працює при атмосферному тиску

Чиста або з добавками азотна кислота подається в напірний бак з постійно діючим переливом надлишку кислоти в сховище.

З напірного бака 1 азотна кислота направляється безпосередньо в склянку апарату ІТН 6 або через підігрівач (на малюнку не показаний), де нагрівається теплом сокової пари, що відводиться через сепаратор 2.

Газоподібний аміак надходить у випарник 3 рідкого аміаку, потім у підігрівач 4, де нагрівається теплом вторинної пари з розширювача або гарячим конденсатом пари, що гріє, випарних апаратів, і далі направляється по двох паралельних трубах у склянку апарату ІТН 6.

У випарнику 3 бризкоунос рідкого аміаку випаровується і відбувається відділення забруднень, зазвичай супутніх газоподібного аміаку. При цьому утворюється слабка аміачна вода з домішкою мастила та каталізаторного пилу цеху синтезу аміаку.

Отримуваний в нейтралізаторі розчин аміачної селітри через гідравлічний затвор і бризкоуловитель-пастку безперервно надходить у мішалку-донейтралізатор 7, звідки після нейтралізації надлишкової кислоти прямує на упарювання.

Виділяється в апараті ІТН соковий пар, пройшовши сепаратор 2, направляється для використання в якості пари, що гріє, у випарні апарати першого ступеня.

Конденсат сокової пари з підігрівача 4 збирається у збірнику 5, звідки витрачається різні виробничі потреби.

Перед пуском нейтралізатора виконуються підготовчі роботи, передбачені робочими інструкціями. Відзначимо лише деякі з підготовчих робіт, пов'язаних із нормальним веденням процесу нейтралізації та із забезпеченням техніки безпеки.

Насамперед потрібно залити в нейтралізатор розчин аміачної селітри або паровий конденсат до пробовідбірного краника.

Потім необхідно налагодити безперервну подачу азотної кислоти в напірний бак та її перелив у складське сховище складу. Після цього потрібно прийняти газоподібний аміак із цеху синтезу аміаку, для чого необхідно на короткий час відкрити засувки на лінії відведення в атмосферу сокової пари та вентиль виходу розчину в мішалку-донейтралізатор. Цим попереджається створення в апараті ІТН підвищеного тиску та утворення небезпечної аміачно-повітряної суміші при пуску апарату.

У цих цілях до пуску нейтралізатор і взаємопов'язана з ним комунікація продуваються пором.

Після досягнення нормального режиму роботи сокова пара з апарату ІТН направляється на використання в якості пари, що гріє,].

3.1.4 Установки нейтралізації, що працюють під час розрідження

Спільна переробка АММіаксодержащих газів і газоподібного аміаку недоцільна, так як пов'язана з великими втратами аміачної селітри, кислоти і аміаку через наявність в аміаксодержащих газах значної кількості домішок (азот, метан, водень та ін.)- Ці домішки, барботуючи через киплячі розчини, що утворюються , несли б із соковою парою зв'язаний азот. Крім того, сокову пару, забруднену домішками, не можна було б використовувати як пару, що гріє. Тому аміакмісні гази, як правило, переробляють окремо від газоподібного аміаку.

В установках, що працюють при розрідженні, використання тепла реакції здійснюється поза нейтралізатором у вакуум-випарнику. Тут гарячі розчини аміачної селітри, що надходять із нейтралізатора, киплять при температурі, що відповідає вакууму в апараті. До складу таких установок входять: нейтралізатор скруберного типу, вакуум-випарник та допоміжне обладнання.

На малюнку 3 представлена ​​схема установки нейтралізації, що працює із застосуванням вакуум-випарника.

НР1 - нейтральзатор скруберного типу; Н1 – насос; В1 - вакуум-випарник; В2 – вакуум-сепаратор; НБ1 – напірний бак азотної кислоти; Б1 - бак (затворозмішувач); П1 – промивач; ДН1 – донейтралізатор

Малюнок 3 - Схема установки нейтралізації з вакуум-випарником

Аміаксодержащіе гази при температурі 30-90 °С під тиском 1,2-1,3 атм подаються в нижню частину скрубера-нейтралізатора 1. У верхню частину скрубера з бака-затвора 6 надходить циркуляційний розчин селітри, який зазвичай безперервно подається з бака 5 азотна кислота, іноді попередньо нагріта до температури не вище 60 °С. Процес нейтралізації проводиться при надлишку кислоти не більше 20-50 г/л. У скрубері 1 зазвичай підтримується температура на 15-20 °С нижче температури кипіння розчинів, що дозволяє запобігати розкладу кислоти та утворення туману аміачної селітри. Задана температура підтримується завдяки зрошенню скрубера розчином із вакуум-випарника, який працює при розрідженні 600 мм рт. ст., тому розчин у ньому має нижчу температуру, ніж у скрубері.

Отримуваний в скрубері розчин селітри засмоктується у вакуум-випарник 5, де при розрідженні 560-600 мм рт. ст. відбувається часткове випаровування води (упарювання) та підвищення концентрації розчину.

З вакуум-випарника розчин стікає в бак-гидрозатвор 6, звідки велика його частина знову надходить на зрошення скрубера 1, а решта направляється в донейтралізатор 8. Сокова пара, що утворюється у вакуум-випарнику 3, через вакуум-сепаратор 4 направляється в поверхневий конденсатор (на малюнку не показаний) або конденсатор змішувального типу. У першому випадку конденсат сокової пари використовується у виробництві азотної кислоти, у другому - для різних інших цілей. Розрідження у вакуум-випарнику створюється завдяки конденсації сокової пари. Пари і гази, що не конденсувалися, відсмоктуються з конденсаторів вакуум-насосом і відводяться в атмосферу.

Відпрацьовані гази зі скрубера 1 надходять в апарат 7, де промиваються конденсатом для видалення крапель розчину селітри, після чого також видаляються в атмосферу. У мішалці-донейтралізаторі розчини нейтралізуються до вмісту 0,1-0,2 г/л вільного аміаку і разом з потоком розчину селітри, отриманого в апаратах ІТН, прямують на упарювання.

На малюнку 4 представлена ​​досконаліша схема вакуум-нейтралізації.

ХК1 – холодильник-конденсатор; СН1 - скрубер-нейтралізатор; С1, С2 – збірники; ЦН1, ЦН2, ЦН3 - відцентрові насоси; П1 – промивач газів; Г1 – гідрозатвор; Л1 – пастка; В1 - вакуум-випарник; БД1 – бак-донейтралізатор; В2 – вакуум-насос; П2 – промивач сокового апарату; К1 - поверхневий конденсатор

Малюнок 4 - Схема вакуум-нейтралізації:

Гази дистиляції направляються в нижню частину скрубера нейтралізатора 2, зрошуваного розчином зі збірки 3 за допомогою циркуляційного насоса 4.

У збірник 3 через гідрозатвор 6 надходять розчини з скрубера-нейтралізатора 2, а також розчини після пастки вакуум-випарника 10 та промивача сокової пари 14.

Через напірний бак (на малюнку не показаний) азотна кислота розчин з промивача газів 5, зрошуваного конденсатом сокової пари, безперервно надходять у збірник 7. Звідси розчини циркуляційним насосом 8 подаються в промивач 5, пройшовши який повертаються до збірника 7.

Гарячі гази після промивача 5 охолоджуються в холодильнику-конденсаторі 1 та викидаються в атмосферу.

Гарячі розчини аміачної селітри з гідрозатвора 6 засмоктуються за допомогою вакуум-насоса 13 у вакуум-випарник 10, де концентрація NH4NO3 збільшується на кілька відсотків.

Сокові пари, що виділяються у вакуум-випарнику 10, пройшовши пастку 9, промивач 14 і поверхневий конденсатор 15, вакуум-насосом 13 викидаються в атмосферу.

Розчин аміачної селітри із заданою кислотністю відводиться з нагнітальної лінії насоса 4 бак-донейтралізатор. Тут розчин нейтралізується газоподібним аміаком і насосом 12 прямує на випарну станцію.

3.1. 5 Основне обладнання

Нейтралізатори ІТН.Застосовується кілька типів нейтралізаторів, що відрізняються головним чином розмірами та конструкцією пристроїв для розподілу аміаку та азотної кислоти всередині апарату. Часто застосовуються апарати таких розмірів: діаметр 2400 мм, висота 7155 мм, склянка - діаметр 1000 мм, висота 5000 мм. Експлуатуються також апарати діаметром 2440 мм та висотою 6294 мм та апарати, з яких видалена раніше передбачена мішалка (рисунок 5).

ЛК1 – люк; П1 – полиці; Л1 – лінія для відбору проб; Л2 – лінія виведення розчинів; ВС1 - внутрішня склянка; С1 - посудина зовнішня; Ш1 – штуцер для зливу розчинів; Р1 – розподільник аміаку; Р2 – розподільник азотної кислоти

Малюнок 5 - Апарат-нейтралізатор ІТН

В окремих випадках для переробки невеликих кількостей газів, що містять аміак, використовуються апарати ІТН діаметром 1700 мм і висотою 5000 мм.

Підігрівач газоподібного аміаку - кожухотрубний апарат із вуглецевої сталі. Діаметр корпусу 400-476 мм, висота 3500-3280 мм. Трубка часто складається з 121 трубки (діаметр трубки 25x3 мм) із загальною поверхнею теплообміну 28 м2. Газоподібний аміак надходить у трубки, а пар, що гріє або гарячий конденсат - в міжтрубний простір.

Якщо для обігріву застосовується сокова пара з апаратів ІТН, підігрівач виконується з нержавіючої сталі 1Х18Н9Т.

Випарник рідкого аміаку є апаратом з вуглецевої сталі, в нижній частині якого розташований паровий змійовик, а в середній - тангенціальне введення газоподібного аміаку.

Найчастіше випарник працює на свіжій парі тиском (надлишковим) 9 атм. Внизу випарника аміаку є штуцер для періодичного продування від забруднень, що накопичуються.

Підігрівач азотної кислоти - кожухотрубний апарат діаметром 400 мм, довжиною 3890 мм. Діаметр трубок 25x2 мм; довжина 3500 мм; загальна поверхня теплообміну 32 м2. Обігрів ведеться соковою парою абсолютним тиском 1,2 атм.

Нейтралізатор скруберного типу - вертикальний циліндричний апарат діаметром 1800-2400 мм, висотою 4700-5150 мм. Застосовуються також апарати діаметром 2012 мм та висотою 9000 мм. Усередині апарату для рівномірного розподілу циркуляційних розчинів перерізу розташовано кілька дірчастих тарілок або насадка з керамічних кілець. У верхній частині апаратів, обладнаних тарілками, укладено шар кілець розмірами 50x50x3 мм, що є відбійником бризок розчинів.

Швидкість газів у вільному перерізі скрубера при діаметрі 1700 мм та висоті 5150 мм становить близько 0,4 м/сек. Зрошення апарату скруберного типу розчинами здійснюється за допомогою відцентрових насосів продуктивністю 175-250 м3/год.

Вакуум-випарник - вертикальний циліндричний апарат діаметром 1000-1200 мм і висотою 5000-3200 мм. Насадка - керамічні кільця розмірами 50x50x5 мм, укладені правильними рядами.

Промивач газу - вертикальний циліндричний апарат із нержавіючої сталі діаметром 1000 мм, висотою 5000 мм. Насадка - керамічні кільця розмірами 50x50x5 мм.

Мішалка-донейтралізатор - циліндричний апарат з мішалкою, що обертається зі швидкістю 30 об/хв. Привід здійснюється від електродвигуна через редуктор (рисунок 6).

Ш1 – штуцер для встановлення вимірювача рівня; В1 – повітряник; Е1 – електродвигун; Р1 – редуктор; ВМ1 – вал мішалки; Л1 – лаз

Малюнок 6 - Мішалка-донейтралізатор

Діаметр апаратів, що часто застосовуються 2800 мм, висота 3200 мм. Вони працюють під атмосферним тиском, служать для донейтралізації розчинів аміачної селітри і як проміжні ємності для розчинів, що направляються на упарювання.

Поверхневий конденсатор - вертикальний кожухотрубний двоходовий (по воді) теплообмінник, призначений для конденсації сокової пари, що надходить із вакуум-випарника. Діаметр апарату 1200 мм; висота 4285 мм; Поверхня теплопередачі 309 м2. Він працює при розрідженні приблизно 550-600 мм рт. ст.; має трубки: діаметр 25x2 мм, довжина 3500 м; загальне число 1150 шт.; вага такого конденсатора - близько 7200 Кг

В окремих випадках для ліквідації викидів в атмосферу сокової пари, що скидається при продування з випарних апаратів, пасток апаратів ІТН і гідрозатворів, встановлюється поверхневий конденсатор з наступною характеристикою: діаметр корпусу 800 мм, висота 4430 мм, загальна кількість трубок 2 483 483 . загальна поверхня 125 м2.

Вакуум-насоси. Використовуються різні типи насосів. Насос типу ВВН-12 має продуктивність 66 м3/год, швидкість обертання валу 980 об/хв. Насос призначений для створення вакууму у вакуум-нейтралізаційній установці.

Відцентрові насоси. Для циркуляції розчину аміачної селітри на установці вакуум-нейтралізації часто застосовуються насоси марки 7ХН-12 продуктивністю 175-250 м3/год. Установча потужність електродвигуна 55 квт.

4 . Матеріальні та енергетичні розрахунки

Зробимо розрахунок матеріального та теплового балансу процесу. Розрахунки нейтралізації азотної кислоти газоподібним аміаком виконую на 1 т продукту. Вихідні дані беру з таблиці 2, використовуючи методику посібників , , .

Приймаємо, що процес нейтралізації протікатиме за таких умов:

Початкова температура, °С

газоподібного аміаку................................................ ...........................50

азотної кислоти................................................ ......................................20

Таблиця 2 - Вихідні дані

Матеріальний розрахунок

1 Для отримання 1 т селітри за реакцією:

NH3 + HNO3 = NH4NO3 + Q Дж (9)

теоретично потрібна наступна кількість сировини (в кг):

аміаку

17 - 80 х = 1000 * 17/80 = 212,5

х – 1000

азотної кислоти

63 - 80 х = 1000 * 63/80 = 787,5

х – 1000

Де 17, 63 і 80 - молекулярні маси аміаку, азотної кислоти та аміачної селітри відповідно.

Практична витрата NH3 і HNO3 дещо вища за теоретичну, оскільки в процесі нейтралізації неминучі втрати реагентів із соковою парою через нещільності комунікацій внаслідок невеликого розкладання реагуючих компонентів і селітри і т.д.

2. Визначимо кількість аміачної селітри у товарному продукті: 0,98*1000=980 кг/год.

або

980/80 = 12,25 кмоль/год,

а також кількість води:

1000-980 = 20 кг/год

3. Розрахую витрату азотної кислоти (100%-ної) на отримання 12,25 кмоль/год селітри. По стехіометрії її витрачається стільки ж (кмоль/год), скільки утворилося селітри: 12,25 кмоль/год, або 12,25*63=771, 75 кг/год

Оскільки в умовах задана повна (100%-на) конверсія кислоти, це буде її подана кількість.

У процесі бере участь розведена кислота - 60%-на:

771,75/0,6=1286,25 кг/год,

у тому числі води:

1286,25-771,25 = 514,5 кг/год

4. Аналогічно, витрата аміаку (100%-ного) отримання 12,25 кмоль/ч, чи 12,25*17=208,25 кг/ч

У перерахунку на 25%-ву аміачну воду це становитиме 208,25/0,25= 833 кг/год, зокрема води 833-208,25=624,75 кг/год.

5. Знайду загальну кількість води в нейтралізаторі, що надійшла з реагентами:

514,5 +624,75 = 1139,25 кг / год

6. Визначимо кількість водяної пари, що утворився для випаровування розчину селітри (20 кг/год залишається на товарному продукті): 1139,25 - 20=1119,25 кг/ч.

7. Складемо таблицю матеріального балансу процесу виробництва аміачної селітри.

Таблиця 3 – Матеріальний баланс процесу нейтралізації

8. Розрахуємо технологічні показники.

· Теоретичні витратні коефіцієнти:

за кислотою - 63/80 = 0,78 кг/кг

за аміаком - 17/80=0,21 кг/кг

· Фактичні видаткові коефіцієнти:

за кислотою - 1286,25/1000=1,28 кг/кг

за аміаком - 833/1000=0,83 кг/кг

У процесі нейтралізації проходила лише одна реакція, конверсія сировини дорівнювала 1 (тобто відбулося повне перетворення), втрати були відсутні, отже фактично вихід дорівнює теоретичному:

Qф/Qт*100=980/980*100=100%

Енергетичний розрахунок

Надходження тепла. У процесі нейтралізації прихід тепла складається з тепла, що вноситься аміаком та азотною кислотою, і тепла, що виділяється при нейтралізації.

1. Тепло, що вноситься газоподібним аміаком, становить:

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

де 208,25 - витрата аміаку, кг/год

2,18 - теплоємність аміаку, кДж/(кг*°С)

50 - температура аміаку, °С

2. Тепло, що вноситься азотною кислотою:

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

де 771,25 - витрата азотної кислоти, кг/год

2,76 - теплоємність азотної кислоти, кДж/(кг*°С)

20 - температура кислоти, °С

3. Теплоту нейтралізації попередньо розраховують на 1 моль аміачної селітри, що утворюється, за рівнянням:

HNO3*3,95H2O(рідина) +NH3(газ) =NH4NO3*3,95H2O(рідина)

де HNO3*3,95H2O відповідає азотної кислоти.

Тепловий ефект Q3 цієї реакції знаходимо з наступних величин:

а) теплота розчинення у воді азотної кислоти:

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

б) теплота утворення твердого NH4NO3 із 100%-ної азотної кислоти та 100%-ного аміаку:

HNO3 (рідина) +NH3(газ) =NH4NO3(тв) (11)

в) теплота розчинення аміачної селітри у воді з урахуванням витрати реакційного тепла на упарювання одержуваного розчину від 52,5% (NH4NO3 *H2O) до 64% ​​(NH4NO3 *2,5H2O)

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

де NH4NO3*4H2O відповідає концентрації 52,5% NH4NO3

Розмір NH4NO3*4H2O розраховується із співвідношення

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

де 80 - молярна вага NH4NO3

47,5 - концентрація HNO3%

52,5 - концентрація NH4NO3%

18 - молярна вага H2O

Аналогічно розраховується величина NH4NO3*2,5H2O, що відповідає 64%-ному розчину NH4NO3

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

По реакції (10) теплота розчинення азотної кислоти q у воді дорівнює 2594,08 Дж/моль. Для визначення теплового ефекту реакції (11) потрібно від теплоти утворення нітрату амонію відняти суму теплот освіти NH3(газ) і HNO3 (рідина).

Теплота утворення цих сполук з простих речовин при 18°С і 1 атм має такі значення (Дж/моль):

NH3(газ): 46191,36

HNO3 (рідина):174472,8

NH4NO3(тв):364844,8

Загальний тепловий ефект хімічного процесу залежить від теплот утворення вихідних взаємодіючих речовин і кінцевих продуктів. З цього випливає, що тепловий ефект реакції (11) складе:

q2=364844,8-(46191,36+174472,8)=144180,64 Дж/моль

Теплота розчину q3 NH4NO3 по реакції (12) дорівнює 15606,32 Дж/моль.

Розчинення NH4NO3 у воді протікає з поглинанням тепла. У зв'язку з цим теплота розчинення приймається в енергетичному балансі зі знаком мінус. Концентрування розчину NH4NO3 протікає відповідно з виділенням тепла.

Таким чином, тепловий ефект Q3 реакції

HNO3 +*3,95H2O(рідина)+ NH3(газ) =NH4NO3*2,5H2O(рідина)+1.45 H2O(пар)

складе:

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

При виробленні 1 т аміачної селітри тепло реакції нейтралізації складе:

102633,52 * 1000/80 = 1282919 кДж,

де 80 - молекулярна вага NH4NO3

з наведених вище розрахунків видно, що сумарний надходження тепла складе: з аміаком 22699,25, з азотною кислотою 42600,8, за рахунок тепла нейтралізації 1282919 і всього 1348219,05 кДж.

Витрати тепла. При нейтралізації азотної кислоти аміаком тепло відводиться з апарату одержуваним розчином аміачної селітри, витрачається на випаровування води з цього розчину і втрачається в навколишнє середовище.

Кількість тепла, що забирається розчином аміачної селітри, становить:

Q=(980+10)*2,55 tкіп,

де 980 - кількість розчину аміачної селітри, кг

10 - втрати NH3 та HNO3, кг

tкіп - температура кипіння розчину аміачної селітри, °С

Температуру кипіння розчину аміачної селітри визначаємо при абсолютному тиску в нейтралізаторі 1,15 – 1,2 атм; цьому тиску відповідає температура насиченої водяної пари 103 °С. при атмосферному тиску температура кипіння розчину NH4NO3 становить 115,2 °С. температурна депресія дорівнює:

t=115,2 - 100=15,2 °С

Обчислюємо температуру кипіння 64%-ного розчину NH4NO3

tкіп = tнас. пара+?t*з =103+15,2*1,03 = 118,7 °С,

Подібні документи

Характеристика продукції, вихідної сировини та матеріалів для виробництва. Технологічний процес одержання аміачної селітри. Нейтралізація азотної кислоти газоподібним аміаком та випарювання до стану висококонцентрованого плава.

курсова робота , доданий 19.01.2016


Автоматизація виробництва гранульованої аміачної селітри. Контури стабілізації тиску в лінії подачі сокової пари та регулювання температури конденсату пари з барометричного конденсатора. Контролює тиск у лінії відведення до вакуум-насоса.

курсова робота , доданий 09.01.2014


Аміачна селітра як поширене та дешеве азотне добриво. Огляд існуючих технологічних схем виробництва. Модернізація виробництва аміачної селітри із отриманням складного азотно-фосфатного добрива на ВАТ "Череповецький "Азот".

дипломна робота , доданий 22.02.2012


Опис грануляторів для гранулювання та змішування сипких матеріалів, зволожених порошків та паст. Виробництво комплексних добрив на основі аміачної селітри та карбаміду. Зміцнення зв'язків між частинками сушінням, охолодженням та полімеризацією.

курсова робота , доданий 11.03.2015


Призначення, пристрій та функціональна схема аміачної холодильної установки. Побудова в термодинамічній діаграмі циклу для заданого та оптимального режимів. Визначення холодопродуктивності, споживаної потужності та витрати електроенергії.

контрольна робота , доданий 25.12.2013


Сутність процесу сушіння та опис його технологічної схеми. Барабанні атмосферні сушарки, їх будова та основний розрахунок. Параметри топкових газів, що подаються в сушарку, автоматичне регулювання вологості. Транспортування сушильного агента.

курсова робота , доданий 24.06.2012


Огляд сучасних методів виробництва азотної кислоти. Опис технологічної схеми встановлення, конструкція основного апарату та допоміжного обладнання. Характеристика вихідної сировини та готової продукції, побічні продукти та відходи виробництва.

дипломна робота , доданий 01.11.2013


Промислові способи одержання розведеної азотної кислоти. Каталізатори окиснення аміаку. склад газової суміші. Оптимальний вміст аміаку в аміачно-повітряній суміші. Типи азотнокислотних систем. Розрахунок матеріального та теплового балансу реактора.

курсова робота , доданий 14.03.2015


Технологічний процес; норми технологічного режиму. Фізико-хімічні властивості діамоній-фосфату. Технологічна схема. Прийом розподіл фосфорної кислоти. Перша та друга стадії нейтралізації фосфорної кислоти. Гранулювання та сушіння продукту.

курсова робота , доданий 18.12.2008


Характеристика вихідної сировини, допоміжних матеріалів отримання азотної кислоти. Вибір та обґрунтування прийнятої схеми виробництва. Опис технологічної схеми. Розрахунки матеріальних балансів процесів. Автоматизація технологічного процесу.

Аміачна селітра - одне з найпоширеніших добрив.

Аміачну селітру (інакше - азотнокислий амоній) одержують на заводах з азотної кислоти та аміаку шляхом хімічної взаємодії цих сполук.

Процес виробництва складається з наступних стадій:

1. Нейтралізація азотної кислоти газоподібним аміаком.
2. Упарювання розчину азотнокислого амонію.
3. Кристалізація азотнокислого амонію.
4. Сушіння солі.

На малюнку дана у спрощеному вигляді технологічна схема виробництва аміачної селітри. Як же відбувається цей процес?

Вихідна сировина - газоподібний аміак та азотна кислота (водний розчин) - надходить у нейтралізатор. Тут у результаті хімічної взаємодії обох речовин відбувається бурхлива реакція із виділенням великої кількості тепла. При цьому частина води випаровується, і водяна пара (так звана сокова пара), що утворюється, через пастку відводиться назовні.

Неповністю випарений розчин азотнокислого амонію надходить з нейтралізатора в наступний апарат - донейтралізатор. У ньому після добавки водного розчину аміаку закінчується процес нейтралізації азотної кислоти.

З донейтралізатора розчин азотнокислого амонію перекачується у випарний апарат - вакуум-апарат, що безперервно діє. Розчин у таких апаратах випаровується при зниженому тиску, в даному випадку – при тиску 160-200 мм рт. ст. Тепло для упарювання передається розчину через стінки трубок, що обігріваються парою.

Упарювання ведеться до тих пір, поки концентрація розчину не досягне 98%. Після цього розчин йде кристалізацію.

За одним способом кристалізація азотнокислого амонію відбувається на поверхні барабана, який зсередини охолоджується. Барабан обертається, на поверхні його утворюється кірка азотнокислого амонію, що кристалізується, товщиною до 2 мм. Шкіра зрізається ножем і по жолобі прямує на сушку.

Сушать аміачну селітру гарячим повітрям у сушильних барабанах, що обертаються, при температурі 120°. Після сушіння готовий продукт відправляють на упаковку. Аміачна селітра містить 34-35% азоту. Щоб зменшити стеження, до її складу при виробництві вводять різні добавки.

Аміачна селітра випускається заводами у гранульованому вигляді та у вигляді лусочок. Луска селітра сильно поглинає вологу з повітря, тому при зберіганні вона розпливається і втрачає розсипчастість. Гранульована аміачна селітра має вигляд зерен (гранул).

Гранулювання аміачної селітри переважно проводиться у вежах (див. малюнок). Випарений розчин азотнокислого амонію - плав - розбризкується за допомогою центрифуги, укріпленої в стелі вежі.

Плав безперервним струменем вливається в дірчастий барабан центрифуги, що обертається. Проходячи через отвори барабана, бризки перетворюються на кульки відповідного діаметра і під час падіння вниз тверднуть.

Гранульована аміачна селітра має хороші фізичні властивості, не злежується при зберіганні, добре розсіюється в полі та повільно поглинає вологу з повітря.

Сульфат амонію - (інакше - сірчанокислий амоній) містить 21% азоту. Більша частина сульфату амонію випускає коксохімічна промисловість.

У наступні роки великий розвиток отримає виробництво найбільш концентрованого азотного добрива – карбаміду, або сечовини, що містить 46% азоту.

Сечовину одержують під високим тиском синтезом з аміаку та вуглекислоти. Її застосовують не тільки як добриво, але й для підживлення худоби (доповнюють білкове харчування) та як напівпродукт для виробництва пластмас.

Велике значення мають і рідкі азотні добрива – рідкий аміак, аміакати та аміачна вода.

Рідкий аміак одержують із газоподібного аміаку шляхом зрідження під високим тиском. У ньому міститься 82% азоту. Аміакати є розчинами аміачної селітри, кальцієвої селітри або сечовини в рідкому аміаку з невеликою добавкою води. Вони міститься до 37% азоту. Аміачна вода – водний розчин аміаку. У ньому 20% азоту. За своєю дією на врожай рідкі азотні добрива не поступаються твердим. А виробництво їх обходиться набагато дешевше, ніж твердих, тому що відпадають операції з упарювання розчину, сушіння та гранульування. З трьох видів рідкого азотного добрива найбільшого поширення набула аміачна вода. Зрозуміло, внесення рідких добрив у ґрунт, а також їх зберігання та транспортування потребують спеціальних машин та обладнання.

Якщо ви знайшли помилку, будь ласка, виділіть фрагмент тексту та натисніть Ctrl+Enter.