Изпратете добрата си работа в базата знания е лесно. Използвайте формата по-долу

Студенти, докторанти, млади учени, които използват базата от знания в обучението и работата си, ще ви бъдат много благодарни.

Публикувано на http://www.allbest.ru/

Министерство на образованието и науката на Руската федерация

Държавно учебно заведение

Висше професионално образование

"Тверски държавен технически университет"

Катедра TPM

Курсова работа

по дисциплина: „Обща химична технология”

производство амониев нитрат

• Съдържание

Въведение

2. Производствени методи

3. Основните етапи на производството на амониев нитрат от амоняк и азотна киселина

3.1 Приготвяне на разтвори на амониев нитрат

3.1.1 Основи на процеса на неутрализация

3. 1 5 Основно оборудване

4. Материални и енергийни изчисления

5. Термодинамично изчисление

6. Рециклиране и неутрализиране на отпадъците при производството на амониев нитрат

Заключение

Списък на използваните източници

Приложение А

Въведение

В природата и в човешкия живот азотът е изключително важен. Влиза в състава на протеиновите съединения (16-18%), които са в основата на растителния и животински свят. Човек приема 80-100 g протеин дневно, което съответства на 12-17 g азот.

За нормалното развитие на растенията мн химически елементи. Основните са въглерод, кислород, водород, азот, фосфор, магнезий, сяра, калций, калий и желязо. Първите три елемента на растението се получават от въздуха и водата, останалите се извличат от почвата.

Азотът играе особено важна роля в минералното хранене на растенията, въпреки че средното му съдържание в растителната маса не надвишава 1,5%. Без азот нито едно растение не може да живее или да се развива нормално.

Азотът е компонент не само на растителните протеини, но и на хлорофила, с помощта на който растенията, под въздействието на слънчевата енергия, абсорбират въглерод от въглероден диоксид CO2 в атмосферата.

Естествените азотни съединения се образуват в резултат на химични процеси на разлагане на органични остатъци, когато мълниеносни разряди, както и биохимично в резултат на дейността на специални бактерии - Azotobacter, които директно усвояват азота от въздуха. Същата способност притежават нодулните бактерии, които живеят в корените на бобови растения (грах, люцерна, боб, детелина и др.).

Значително количество азот и други хранителни вещества, необходими за развитието на земеделските култури, се отстраняват ежегодно от почвата с получената реколта. Освен това някои хранителни вещества се губят в резултат на измиването им от подпочвените и дъждовните води. Следователно, за да се предотврати намаляването на добива и изчерпването на почвата, е необходимо да се попълни с хранителни вещества чрез прилагане на различни видове торове.

Известно е, че почти всеки тор има физиологична киселинност или алкалност. В зависимост от това може да има подкисляващо или алкализиращо действие върху почвата, което се взема предвид при използването му за определени земеделски култури.

Торовете, чиито алкални катиони се извличат по-бързо от растенията от почвата, причиняват подкисляване; Растенията, които консумират киселинни аниони от торове по-бързо, допринасят за алкализиране на почвата.

Азотните торове, съдържащи амониевия катион NH4 (амониев нитрат, амониев сулфат) и амидната група NH2 (карбамид), подкиселяват почвата. Подкисляващият ефект на амониевия нитрат е по-слаб от амониевия сулфат.

В зависимост от естеството на почвата, климатичните и други условия за различните култури са необходими различни количества азот.

Амониевият нитрат (амониев нитрат или амониев нитрат) заема значително място в гамата от азотни торове, чието световно производство възлиза на милиони тонове годишно.

В момента около 50% от азотните торове, използвани в селското стопанство у нас, са амониева селитра.

Амониевата селитра има редица предимства пред другите азотни торове. Съдържа 34-34,5% азот и в това отношение отстъпва само на карбамида CO(NH2) 2, съдържащ 46% азот. Други азотни и азотсъдържащи торове имат значително по-малко азот (съдържанието на азот е дадено като сухо вещество):

Таблица 1 - Съдържание на азот в съединенията

Амониевата селитра е универсален азотен тор, тъй като съдържа едновременно амониеви и нитратни форми на азота. Ефективен е във всички зони, за почти всички култури.

Много е важно азотните форми на амониевия нитрат да се използват от растенията по различно време. Амониевият азот, пряко участващ в синтеза на протеини, бързо се абсорбира от растенията по време на периода на растеж; Нитратният азот се абсорбира относително бавно, така че продължава по-дълго. Установено е също, че амонячната форма на азота може да се използва от растенията без предварително окисляване.

Тези свойства на амониевия нитрат имат много положителен ефект върху увеличаването на добива на почти всички селскостопански култури.

Високото съдържание на азот в амониевия нитрат, сравнително простият метод на получаването му и сравнително ниската цена на единица азот създават добри предпоставки за по-нататъшното развитие на това производство.

Амониевият нитрат е част от голяма група стабилни експлозиви. Взривни вещества на базата на амониев нитрат и амониева селитра, чисти или обработени с определени добавки, се използват за взривни операции.

Малко количество селитра се използва за получаване на азотен оксид, използван в медицината.

Наред с увеличаване на обема на производството на амониев нитрат чрез модернизиране на съществуващи производствени мощности и изграждане на нови, се предприемат мерки за по-нататъшно подобряване на качеството на готовия продукт (получаване на 100% ронлив продукт и запазване на гранулите след дългосрочно съхранение на продукта). ).

1. Физико-химични свойства на амониевия нитрат

В чист вид амониевият нитрат е бяло кристално вещество, съдържащо 35% азот, 60% кислород и 5% водород. Техническият продукт е бял с жълтеникав оттенък и съдържа минимум 34,2% азот.

Амониевият нитрат е силен окислител на редица неорганични и органични съединения. Той реагира бурно със стопилките на някои вещества, дори до точката на експлозия (например с натриев нитрит NaNO2).

Ако газообразният амоняк се прекара върху твърда амониева селитра, бързо се образува много подвижна течност - амоняк 2NH4NO3*2NH3 или NH4NO3*3NH3.

Амониевият нитрат е силно разтворим във вода, етилов и метилов алкохол, пиридин, ацетон и течен амоняк. С повишаване на температурата разтворимостта на амониевия нитрат се увеличава значително.

Когато амониевият нитрат се разтвори във вода, се абсорбира голямо количество топлина. Например, когато 1 мол кристален NH4NO3 се разтвори в 220-400 мола вода и температура 10-15 °C, се абсорбира 6,4 kcal топлина.

Амониевият нитрат има способността да сублимира. Когато амониевият нитрат се съхранява при повишена температура и влажност на въздуха, обемът му се увеличава приблизително два пъти, което обикновено води до спукване на контейнера.

Под микроскоп порите и пукнатините са ясно видими на повърхността на гранулите от амониев нитрат. Повишената порьозност на нитратните гранули има много негативен ефект върху физичните свойства на готовия продукт.

Амониевият нитрат е силно хигроскопичен. На открито, в тънък слой селитра, той бързо се овлажнява, губи кристалната си форма и започва да се размазва. Степента, до която солта абсорбира влагата от въздуха, зависи от неговата влажност и налягането на парите над наситен разтвор на дадена сол при дадена температура.

Обменът на влага се осъществява между въздуха и хигроскопичната сол. Решаващо влияние върху този процес има относителната влажност на въздуха.

Калциевият и варово-амониевият нитрат имат относително ниско налягане на водните пари спрямо наситените разтвори; при определена температура те съответстват на най-ниската относителна влажност. Това са най-хигроскопичните соли сред горните азотни торове. Амониевият сулфат е най-малко хигроскопичен, а калиевият нитрат е почти напълно нехигроскопичен.

Влагата се абсорбира само от относително малък слой сол, непосредствено до околния въздух. Въпреки това, дори такова овлажняване на селитра значително влошава физическите свойства на крайния продукт. Скоростта, с която амониевият нитрат абсорбира влагата от въздуха, се увеличава рязко с повишаване на температурата. Така при 40 °C скоростта на абсорбиране на влага е 2,6 пъти по-голяма, отколкото при 23 °C.

Предложени са много методи за намаляване на хигроскопичността на амониевия нитрат. Един такъв метод се основава на смесване или сливане на амониев нитрат с друга сол. Когато избирате втора сол, изхождайте от следното правило: за да намалите хигроскопичността, налягането на водните пари над наситен разтвор на смес от соли трябва да бъде по-голямо от тяхното налягане над наситен разтвор на чист амониев нитрат.

Установено е, че хигроскопичността на смес от две соли с общ йон е по-голяма от най-хигроскопичната от тях (изключение правят смеси или сплави на амониев нитрат с амониев сулфат и някои други). Смесването на амониев нитрат с нехигроскопични, но неразтворими във вода вещества (например варовиков прах, фосфатна скала, дикалциев фосфат и др.) не намалява неговата хигроскопичност. Многобройни експерименти показват, че всички соли, които имат същата или по-голяма разтворимост във вода от амониевия нитрат, имат свойството да повишават своята хигроскопичност.

Солите, които могат да намалят хигроскопичността на амониевия нитрат, трябва да се добавят в големи количества (например калиев сулфат, калиев хлорид, диамониев фосфат), което рязко намалява съдържанието на азот в продукта.

Повечето ефективен начинЗа да се намали абсорбцията на влага от въздуха, частиците селитра са покрити със защитни филми от органични вещества, които не се намокрят от вода. Защитният филм намалява скоростта на абсорбиране на влага с 3-5 пъти и спомага за подобряване на физичните свойства на амониевия нитрат.

Отрицателно свойство на амониевия нитрат е способността му да се слепва - да губи своята течливост (ронливост) при съхранение. В този случай амониевият нитрат се превръща в твърда монолитна маса, трудна за смилане. Слепването на амониевия нитрат се причинява от много причини.

Повишено съдържание на влага в крайния продукт. Частиците амониев нитрат с всякаква форма винаги съдържат влага под формата на наситен (матерен) разтвор. Съдържанието на NH4NO3 в такъв разтвор съответства на разтворимостта на солта при температурите, при които се зарежда в контейнера. Тъй като готовият продукт се охлажда, матерният разтвор често става пренаситен. При по-нататъшно понижаване на температурата голям брой кристали с размери 0,2-0,3 mm изпадат от пренаситения разтвор. Тези нови кристали циментират несвързаните преди това частици нитрат, карайки го да се превърне в плътна маса.

Ниска механична якост на селитровите частици. Амониевият нитрат се произвежда под формата на кръгли частици (гранули), плочи или малки кристали. Частиците от гранулиран амониев нитрат имат по-малка специфична повърхност и по-правилна форма от люспестите и финокристалните, така че гранулите се утаяват по-малко. По време на процеса на гранулиране обаче се образува известно количество кухи частици, които имат ниска механична якост.

При съхранение торбите с гранулирана селитра се поставят в купчини с височина 2,5 м. Под натиска на горните торби най-малко издръжливите гранули се разрушават с образуването на прахообразни частици, които уплътняват масата на селитра, увеличавайки нейното уплътняване. Практиката показва, че разрушаването на кухи частици в слой от гранулиран продукт рязко ускорява процеса на слепване. Това се наблюдава дори ако, когато е зареден в контейнера, продуктът е бил охладен до 45 °C и по-голямата част от гранулите е имала добра механична якост. Установено е, че кухите гранули също се разрушават поради прекристализация.

С повишаването на температурата на околната среда гранулите от селитра почти напълно губят силата си и такъв продукт се утаява силно.

Термично разлагане на амониев нитрат. Опасност от експлозия. Пожароустойчивост. От гледна точка на безопасността на експлозията, амониевият нитрат е сравнително малко чувствителен към удари, триене, удари и остава стабилен при удар с искри с различна интензивност. Примесите на пясък, стъкло и метални примеси не повишават чувствителността на амониевия нитрат към механични натоварвания. Той е способен да експлодира само под въздействието на силен детонатор или при термично разлагане при определени условия.

При продължително нагряване амониевият нитрат постепенно се разлага на амоняк и азотна киселина:

NH4NO3=NH3+HNO3 - 174598.32 J (1)

Този процес, който протича с поглъщане на топлина, започва при температури над 110°C.

При по-нататъшно нагряване амониевият нитрат се разлага до образуване на азотен оксид и вода:

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

Термичното разлагане на амониевия нитрат протича в следните последователни етапи:

· хидролиза (или дисоциация) на молекули NH4NO3;

· термично разлагане на азотна киселина, образувана при хидролизата;

· взаимодействие на азотен диоксид и амоняк, образувани в първите два етапа.

При интензивно нагряване на амониев нитрат до 220--240 ° C, разлагането му може да бъде придружено от изригвания на стопена маса.

Нагряването на амониев нитрат в затворен обем или в обем с ограничено отделяне на газове, образувани при термичното разлагане на нитрата, е много опасно.

В тези случаи разлагането на амониевия нитрат може да протече чрез много реакции, по-специално чрез следното:

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)

От горните реакции става ясно, че амонякът, образуван по време на началния период на термично разлагане на нитрата, често отсъства в газовите смеси; В тях протичат вторични реакции, при които амонякът се окислява напълно до елементарен азот. В резултат на вторични реакции налягането на газовата смес в затворен обем рязко се повишава и процесът на разлагане може да завърши с експлозия.

Мед, сулфиди, магнезий, пирит и някои други примеси активират процеса на разлагане на амониев нитрат при нагряване. В резултат на взаимодействието на тези вещества с нагрят нитрат се образува нестабилен амониев нитрит, който при 70-80 ° C бързо се разлага с експлозия:

NH4NO3=N2+ 2H20 (6)

Амониевият нитрат не реагира с желязо, калай и алуминий дори в разтопено състояние.

С увеличаване на влажността и увеличаване на размера на частиците на амониевия нитрат, неговата чувствителност към експлозия значително намалява. При наличие на приблизително 3% влага селитрата става нечувствителна към експлозия дори когато е изложена на силен детонатор.

Термичното разлагане на амониевия нитрат се увеличава с увеличаване на налягането до определена граница. Установено е, че при налягане около 6 kgf/cm2 и съответната температура целият стопен нитрат се разлага.

От решаващо значение за намаляване или предотвратяване на термичното разлагане на амониев нитрат е поддържането на алкална среда при изпаряване на разтворите. Ето защо в новата технологична схема за производство на неслепваща се амониева селитра е препоръчително към горещия въздух да се добави малко количество амоняк.

Като се има предвид, че при определени условия амониевият нитрат може да бъде експлозивен продукт, при производството, съхранението и транспортирането му трябва стриктно да се спазва установеният технологичен режим и правилата за безопасност.

Амониевата селитра е незапалим продукт. Само азотният оксид, образуван при термичното разлагане на солта, поддържа горенето.

Смес от амониев нитрат с натрошен въглен може да се запали спонтанно при силно нагряване. Някои лесно окисляеми метали (като прахообразен цинк) в контакт с мокър амониев нитрат с лека топлина също могат да причинят запалването му. В практиката са наблюдавани случаи на самозапалване на смеси от амониев нитрат със суперфосфат.

Хартиени торби или дървени варели, съдържащи амониев нитрат, могат да се запалят дори когато са изложени на слънчева светлина. Когато контейнер, съдържащ амониев нитрат, се запали, могат да се отделят азотни оксиди и пари на азотна киселина. При пожари, възникнали от открит пламък или поради детонация, амониевият нитрат се топи и частично се разлага. Пламъкът не се разпространява в дълбочината на масата от селитра.

2 . Методи на производство

киселина за неутрализация на амониев нитрат

В промишлеността се използва широко само методът за производство на амониев нитрат от синтетичен амоняк (или газове, съдържащи амоняк) и разредена азотна киселина.

Производството на амониев нитрат от синтетичен амоняк (или газове, съдържащи амоняк) и азотна киселина е многоетапно. В тази връзка те се опитаха да получат амониев нитрат директно от амоняк, азотни оксиди, кислород и водна пара чрез реакцията

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

Този метод обаче трябваше да бъде изоставен, тъй като заедно с амониевия нитрат се образува амониев нитрит - нестабилен и експлозивен продукт.

Бяха въведени редица подобрения в производството на амониев нитрат от амоняк и азотна киселина, които позволиха да се намалят капиталовите разходи за изграждане на нови инсталации и да се намали цената на крайния продукт.

За да се подобри радикално производството на амониев нитрат, беше необходимо да се изоставят идеите, които преобладаваха в продължение на много години, за невъзможността да се работи без подходящи резерви от основно оборудване (например изпарители, кули за гранулиране и др.), За опасността от получаване на почти безводна стопилка от амониев нитрат за гранулиране.

В Русия и в чужбина е твърдо установено, че само изграждането на мощни агрегати, използвайки съвременните постижения на науката и технологиите, може да осигури значителни икономически предимства в сравнение със съществуващото производство на амониев нитрат.

Понастоящем значително количество амониев нитрат се произвежда от съдържащите амоняк отпадъчни газове от някои системи за синтез на урея. Според един от методите за производството му, 1 тон карбамид произвежда от 1 до 1,4 тона амоняк. От това количество амоняк могат да се получат 4,6-6,5 тона амониева селитра. Въпреки че работят и по-напреднали схеми за синтез на карбамид, газовете, съдържащи амоняк - отпадъци от това производство - ще служат като суровина за производството на амониев нитрат за известно време.

Методът за производство на амониев нитрат от газове, съдържащи амоняк, се различава от метода за получаването му от газообразен амоняк само на етапа на неутрализация.

Амониевият нитрат се получава в малки количества чрез обменно разлагане на соли (конверсионни методи).

Тези методи за производство на амониев нитрат се основават на утаяването на една от получените соли или на производството на две соли с различна разтворимост във вода. В първия случай разтворите на амониев нитрат се отделят от утайките върху ротационни филтри и се преработват в твърд продукт съгласно конвенционалните процедури. Във втория случай разтворите се изпаряват до определена концентрация и се разделят чрез фракционна кристализация, която се свежда до следното: при охлаждане на горещи разтвори по-голямата част от амониевия нитрат се изолира в чист вид, след което кристализацията се извършва в отделен оборудване от изходните разтвори за получаване на продукт, замърсен с примеси.

Всички методи за производство на амониев нитрат чрез обменно разлагане на соли са сложни и включват висока консумация на пара и загуба на свързан азот. Те обикновено се използват в промишлеността само когато е необходимо да се използват азотни съединения, получени като странични продукти.

Съвременният метод за производство на амониев нитрат от газообразен амоняк (или газове, съдържащи амоняк) и азотна киселина непрекъснато се усъвършенства.

3 . Основните етапи на производството на амониев нитрат от амоняк и азотна киселина

Процесът на производство на амониев нитрат се състои от следните основни етапи:

1. Получаване на разтвори на амониев нитрат чрез неутрализиране на азотна киселина с газообразен амоняк или газове, съдържащи амоняк.

2. Изпаряване на разтвори на амониев нитрат до стопено състояние.

3. Кристализация от разтопена сол под формата на кръгли частици (гранули), люспи (плочи) и малки кристали.

4. Охлаждаща или изсушаваща сол.

5. Опаковане на готовия продукт.

За получаване на нискослепващ и водоустойчив амониев нитрат, в допълнение към посочените етапи, е необходим и етап на приготвяне на подходящи добавки.

3.1 P Приготвяне на разтвори на амониев нитрат

3.1.1 Основи на процеса на неутрализиране

Разтвори на амониев нитрат ry се получават чрез взаимодействие на амоняк с азотна киселина съгласно реакцията:

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

Образуването на амониев нитрат е необратимо и е съпроводено с отделяне на топлина. Количеството топлина, отделено по време на реакцията на неутрализация, зависи от концентрацията на използваната азотна киселина и нейната температура, както и от температурата на амонячния газ (или газовете, съдържащи амоняк). Колкото по-висока е концентрацията на азотна киселина, толкова повече топлина се генерира. В този случай водата се изпарява, което прави възможно получаването на по-концентрирани разтвори на амониев нитрат. За получаване на разтвори на амониев нитрат се използва 42-58% азотна киселина.

Използването на азотна киселина с концентрация по-висока от 58% за получаване на разтвори на амониев нитрат при съществуващия дизайн на процеса не е възможно, тъй като в този случай в апарата за неутрализиране се развива температура, която значително надвишава точката на кипене на азотната киселина, което може да доведе до неговото разлагане с отделяне на азотни оксиди. Когато разтворите на амониев нитрат се изпаряват, се образува пара от сок поради топлината на реакцията в апаратите за неутрализиране с температура 110-120 ° C.

При получаване на разтвори на амониев нитрат с възможно най-висока концентрация са необходими относително малки топлообменни повърхности на изпарителите и се изразходва малко количество прясна пара за по-нататъшно изпаряване на разтворите. В тази връзка, заедно със суровината, те се стремят да доставят допълнителна топлина към неутрализатора, за което загряват амоняка до 70 ° C и азотната киселина до 60 ° C със сокова пара (при по-висока температура на азотната киселина, нейното значително разлагане и тръбите на нагревателя са подложени на силна корозия, ако не са направени от титан).

Азотната киселина, използвана при производството на амониев нитрат, трябва да съдържа не повече от 0,20% разтворени азотни оксиди. Ако киселината не е достатъчно продухана с въздух за отстраняване на разтворените азотни оксиди, те образуват амониев нитрит с амоняк, който бързо се разлага на азот и вода. В този случай загубите на азот могат да достигнат около 0,3 kg на 1 тон готов продукт.

Парите от сок, като правило, съдържат примеси NH3, NHO3 и NH4NO3. Количеството на тези примеси силно зависи от стабилността на наляганията, при които амонякът и азотната киселина трябва да се подават към неутрализатора. За поддържане на дадено налягане азотната киселина се подава от резервоар под налягане, снабден с преливна тръба, а амоняк се подава с помощта на регулатор на налягането.

Натоварването на неутрализатора също до голяма степен определя загубата на свързан азот с парата от сока. При нормално натоварване загубите с кондензат от сокова пара не трябва да надвишават 2 g/l (по отношение на азот). Когато натоварването на неутрализатора е превишено, възникват странични реакции между амоняка и парите на азотната киселина, в резултат на което по-специално в газовата фаза се образува мъглив амониев нитрат, замърсяващ парата на сока и загубата на свързан азот се увеличава. Разтворите на амониев нитрат, получени в неутрализаторите, се натрупват в междинни контейнери с бъркалки, неутрализират се с амоняк или азотна киселина и след това се изпращат за изпаряване.

3.1.2 Характеристики на инсталациите за неутрализация

В зависимост от приложениетонеобходимото налягане, съвременните инсталации за производство на разтвори на амониев нитрат, използващи топлина за неутрализация, са разделени на инсталации, работещи при атмосферно налягане; в разреждане (вакуум); при високо кръвно налягане(няколко атмосфери) и комбинирани инсталации, работещи под налягане в зоната на неутрализация и под вакуум в зоната за отделяне на сокови пари от разтвора на амониев нитрат (стопилка).

Инсталациите, работещи при атмосферно или леко свръхналягане, се характеризират с простота на технологията и дизайна. Освен това са лесни за поддръжка, стартиране и спиране; случайни нарушения на определения режим на работа обикновено бързо се отстраняват. Инсталациите от този тип са най-широко използвани. Основният апарат на тези инсталации е неутрализиращият апарат ITN (използване на неутрализационна топлина). Апаратът ITN работи при абсолютно налягане 1,15--1,25 атм. Структурно той е проектиран по такъв начин, че почти не се получава кипене на разтвори - с образуване на мъглив амониев нитрат.

Наличието на циркулация в апарата на термопомпата елиминира прегряването в реакционната зона, което позволява процеса на неутрализация да се извърши с минимални загуби на свързан азот.

В зависимост от работните условия на производството на амониев нитрат, соковата пара на апаратите ITN се използва за предварително изпаряване на нитратни разтвори, за изпаряване на течен амоняк, нагряване на азотна киселина и газообразен амоняк, изпратени до апаратите ITN, и за изпаряването на течен амоняк при получаване на газообразен амоняк, използван при производството на разредена азотна киселина.

Разтворите на амониев нитрат се произвеждат от газове, съдържащи амоняк, в инсталации, чиито основни апарати работят под вакуум (изпарител) и при атмосферно налягане (скрубер-неутрализатор). Такива инсталации са обемисти и е трудно да се поддържа стабилен режим на работа в тях поради променливостта на състава на газовете, съдържащи амоняк. Последното обстоятелство влияе отрицателно върху точността на регулиране на излишната азотна киселина, в резултат на което получените разтвори на амониев нитрат често съдържат повишено количество киселина или амоняк.

Инсталациите за неутрализация, работещи при абсолютно налягане от 5-6 atm, не са много разпространени. Те изискват значителна консумация на енергия за компресиране на амонячен газ и подаване на азотна киселина под налягане към неутрализаторите. Освен това при тези инсталации са възможни увеличени загуби на амониев нитрат поради увличането на пръски от разтвори (дори в сепаратори със сложен дизайн, пръските не могат да бъдат напълно уловени).

В инсталации, базирани на комбиниран метод, процесите на неутрализиране на азотна киселина с амоняк се комбинират и се получава стопилка от амониев нитрат, която може директно да бъде изпратена за кристализация (т.е. изпарителите за концентриране на нитратни разтвори са изключени от такива инсталации). Инсталации от този тип изискват 58-60% азотна киселина, която индустрията все още произвежда в относително малки количества. Освен това част от оборудването трябва да е от скъп титан. Процесът на неутрализация за получаване на нитратна стопилка трябва да се извърши при много високи температури (200-220 ° C). Като се имат предвид свойствата на амониевия нитрат, за извършване на процеса при високи температури е необходимо да се създадат специални условия, които предотвратяват термичното разлагане на нитратната стопилка.

3.1.3 Неутрализационни инсталации, работещи при атмосферно налягане

Тези инсталации включватТе включват устройства за неутрализиране на ITN (използващи топлината на неутрализация) и спомагателно оборудване.

Фигура 1 показва един от дизайните на апарата ITN, използван в много съществуващи заводи за производство на амониев нитрат.

Z1 - завихрител; BC1 - външен съд (резервоар); VTs1 - вътрешен цилиндър (част за неутрализация); U1 - устройство за разпределение на азотна киселина; Ш1 - фитинг за дрениращи разтвори; O1 - прозорци; U2 - устройство за разпределение на амоняк; G1 - водно уплътнение; C1 - сепаратор-уловител

Фигура 1 - Апарат за неутрализиране на ITN с естествена циркулация на разтвори

Апаратът ITN е вертикален цилиндричен съд (резервоар) 2, в който е поставен цилиндър (стъкло) 3 с рафтове 1 (вихър) за подобряване на смесването на разтворите. Към цилиндър 3 са свързани тръбопроводи за въвеждане на азотна киселина и газ амоняк (реагентите се подават в противоток); тръбите завършват с устройства 4 и 7 за по-добро разпределение на киселина и газ. Във вътрешния цилиндър азотната киселина реагира с амоняка. Този цилиндър се нарича неутрализационна камера.

Пръстенообразното пространство между съд 2 и цилиндър 3 служи за циркулация на кипящи разтвори на амониев нитрат. В долната част на цилиндъра има 6 отвора (прозорци), свързващи неутрализационната камера с изпарителната част на нагревателния елемент. Поради наличието на тези дупки, производителността на апарата ITN е до известна степен намалена, но се постига интензивна естествена циркулация на разтворите, което води до намаляване на загубата на свързан азот.

Освободената от разтвора сокова пара се отвежда през фитинга в капака на ITN апарата и през уловителя-сепаратор 9. Разтворите на нитратите, образувани в цилиндър 3 под формата на емулсия - смеси със сокова пара постъпват в сепаратора през водното уплътнение 5. От фитинга на долната част на уловителя-сепаратор, амониеви разтвори. Нитратът се изпраща в крайния неутрализатор-смесител за по-нататъшна обработка. Водното уплътнение в изпарителната част на апарата ви позволява да поддържате постоянно ниво на разтвора в него и предотвратява изтичането на сокова пара без промиване от пръските разтвор, увлечени от нея.

Кондензатът на парата се образува върху сепараторните плочи поради частична кондензация на пара от сок. В този случай топлината на кондензацията се отстранява чрез циркулираща вода, преминаваща през намотки, положени върху плочи. В резултат на частична кондензация на сокова пара се получава 15--20% разтвор на NH4NO3, който се изпраща за изпаряване заедно с основния поток от разтвор на амониев нитрат.

Фигура 2 показва диаграма на един от блоковете за неутрализация, работещ при налягане, близко до атмосферното.

NB1 - резервоар под налягане; C1 - сепаратор; I1 - изпарител; P1 - нагревател; SK1 - колекция за кондензат; ИТН1 - ИТН апарат; M1 - бъркалка; TsN1 - центробежна помпа

Фигура 2 - Диаграма на неутрализационна инсталация, работеща при атмосферно налягане

Чистата или с добавки азотна киселина се подава в резервоар под налягане, оборудван с постоянно преливане на излишната киселина в хранилището.

От резервоар под налягане 1 азотната киселина се насочва директно в стъклото на апарата ITN 6 или през нагревател (не е показан на фигурата), където се нагрява от топлината на соковата пара, отстранена през сепаратор 2.

Газообразният амоняк навлиза в изпарителя за течен амоняк 3, след това в нагревателя 4, където се нагрява от топлината на вторичната пара от разширителя или от горещия кондензат на нагряващата пара на изпарителите и след това се изпраща през две успоредни тръби в стъклото на апарата ITN 6.

В изпарителя 3 спрейът от течен амоняк се изпарява и замърсителите, обикновено свързани с газообразния амоняк, се отделят. В този случай се образува слаба амонячна вода с примес на смазочно масло и катализаторен прах от цеха за синтез на амоняк.

Разтворът на амониев нитрат, получен в неутрализатора, непрекъснато преминава през хидравлично уплътнение и уловител за пръски в крайния смесител на неутрализатор 7, откъдето след неутрализиране на излишната киселина се изпраща за изпаряване.

Соковата пара, отделена в нагревателния апарат, след преминаване през сепаратор 2, се изпраща за използване като нагревателна пара към изпарителите на първа степен.

Кондензатът на соковата пара от нагревател 4 се събира в колектор 5, откъдето се изразходва за различни производствени нужди.

Преди стартиране на неутрализатора се извършва подготвителната работа, предвидена в инструкцията за експлоатация. Нека отбележим само част от подготвителните работи, свързани с нормалното протичане на процеса на неутрализация и осигуряване на предпазни мерки.

На първо място, трябва да излеете разтвор на амониев нитрат или кондензат на пара в неутрализатора до вентила за вземане на проби.

След това е необходимо да се установи непрекъснато подаване на азотна киселина към резервоара под налягане и преливането й в зоната за съхранение на склада. След това е необходимо да се получи газообразен амоняк от цеха за синтез на амоняк, за което е необходимо за кратко да се отворят клапаните на линията за изпускане на сокова пара в атмосферата и клапанът за изхода на разтвора в смесителя-неутрализатор. Това предотвратява създаването на високо налягане в помпения апарат и образуването на опасна амонячно-въздушна смес при стартиране на устройството.

За същата цел преди пускане в експлоатация неутрализаторът и свързаните с него комуникации се продухват с пара.

След постигане на нормални работни условия, соковата пара от нагревателния апарат се изпраща за използване като нагревателна пара].

3.1.4 Инсталации за неутрализация, работещи под вакуум

Съвместна обработка на ammгазове, съдържащи амоняк и газообразен амоняк, е непрактично, тъй като е свързано с големи загуби на амониев нитрат, киселина и амоняк поради наличието на значително количество примеси в съдържащи амоняк газове (азот, метан, водород и др.) - Тези примеси, бълбукащи през получените кипящи разтвори на амониев нитрат, биха отнесли свързания азот с парата на сока. Освен това парата от сок, замърсена с примеси, не може да се използва като пара за отопление. Следователно газовете, съдържащи амоняк, обикновено се обработват отделно от амонячните газове.

При инсталации, работещи под вакуум, топлината на реакцията се използва извън неутрализатора - във вакуум изпарител. Тук горещите разтвори на амониев нитрат, идващи от неутрализатора, се кипват при температура, съответстваща на вакуума в апарата. Такива инсталации включват: неутрализатор тип скрубер, вакуум изпарител и спомагателно оборудване.

Фигура 3 показва диаграма на неутрализационна инсталация, работеща с помощта на вакуумен изпарител.

HP1 - неутрализатор тип скрубер; H1 - помпа; B1 - вакуум изпарител; B2 - вакуумен сепаратор; NB1 - резервоар под налягане за азотна киселина; B1 - резервоар (смесител); P1 - шайба; DN1 - предварителен неутрализатор

Фигура 3 - Схема на неутрализационна инсталация с вакуум изпарител

Съдържащи амоняк газове при температура 30--90 ° C под налягане 1,2--1,3 atm се подават към долна частскрубер-неутрализатор 1. Циркулиращ разтвор на нитрат навлиза в горната част на скрубера от уплътнителния резервоар 6, в който обикновено се подава непрекъснато азотна киселина от резервоар 5, понякога предварително загрята до температура не по-висока от 60 °C. Процесът на неутрализация се извършва с излишък на киселина в диапазона 20-50 g/l. Скрубер 1 обикновено поддържа температура 15-20 °C под точката на кипене на разтворите, което помага за предотвратяване на киселинното разлагане и образуването на мъгла от амониев нитрат. Зададената температура се поддържа чрез напояване на скрубера с разтвор от вакуумен изпарител, който работи при вакуум от 600 mmHg. чл., така че разтворът в него има по-ниска температура, отколкото в скрубера.

Полученият в скрубера нитратен разтвор се засмуква във вакуум изпарител 5, където при вакуум 560-600 mm Hg. Изкуство. настъпва частично изпаряване на водата (изпаряване) и повишаване на концентрацията на разтвора.

От вакуумния изпарител разтворът се влива в резервоара за водно уплътнение 6, откъдето по-голямата част от него отново отива за напояване на скрубера 1, а останалата част се изпраща към последващия неутрализатор 8. Соковата пара, генерирана във вакуумния изпарител 3, се изпратен през вакуумния сепаратор 4 към повърхностния кондензатор (не е показан на фигурата) или в смесителен тип кондензатор. В първия случай кондензатът от сокова пара се използва при производството на азотна киселина, във втория - за различни други цели. Вакуумът във вакуумния изпарител се създава поради кондензацията на сокова пара. Некондензираните пари и газове се изсмукват от кондензаторите с вакуумна помпа и се изхвърлят в атмосферата.

Отработените газове от скрубер 1 влизат в апарат 7, където се промиват с кондензат за отстраняване на капки нитратен разтвор, след което също се отстраняват в атмосферата. В смесителя на крайния неутрализатор разтворите се неутрализират до съдържание на свободен амоняк 0,1-0,2 g/l и заедно с потока нитратен разтвор, получен в апарата ITN, се изпращат за изпаряване.

Фигура 4 показва по-усъвършенствана схема за неутрализация на вакуума.

XK1 - хладилник-кондензатор; CH1 - скрубер-неутрализатор; C1, C2 - колекции; TsN1, TsN2, TsN3 - центробежни помпи; P1 - газова шайба; G1 - водно уплътнение; L1 - капан; B1 - вакуум изпарител; BD1 - резервоар за неутрализатор; B2 - вакуумна помпа; P2 - машина за измиване на сок; K1 - повърхностен кондензатор

Фигура 4 - Диаграма за неутрализация на вакуума:

Дестилационните газове се насочват към долната част на скрубера на неутрализатора 2, напоява се с разтвор от колектора 3 с помощта на циркулационна помпа 4.

Колекторът 3 през водния затвор 6 получава разтвори от скрубера-неутрализатор 2, както и разтвори след уловителя на вакуумния изпарител 10 и парното измиване на сока 14.

Чрез резервоар под налягане (не е показан на фигурата), разтворът на азотна киселина от газовата шайба 5, напоявана с кондензат от сок, непрекъснато се подава в колекция 7. Оттук разтворите се подават от циркулационна помпа 8 към шайба 5, след което те се връщат в колекция 7.

Горещите газове след шайбата 5 се охлаждат в хладилник-кондензатор 1 и се изпускат в атмосферата.

Горещи разтвори на амониев нитрат от воден затвор 6 се засмукват от вакуумна помпа 13 във вакуумен изпарител 10, където концентрацията на NH4NO3 се увеличава с няколко процента.

Изпаренията на сока, отделени във вакуум изпарителя 10, след преминаване през уловителя 9, шайбата 14 и повърхностния кондензатор 15, се освобождават в атмосферата от вакуумната помпа 13.

Разтвор на амониев нитрат с определена киселинност се изпуска от изпускателната линия на помпа 4 в резервоара на неутрализатора. Тук разтворът се неутрализира с газ амоняк и помпа 12 се изпраща към изпарителната станция.

3.1. 5 Основно оборудване

ITN неутрализатори.Използват се няколко вида неутрализатори, които се различават главно по размера и дизайна на устройствата за разпределяне на амоняк и азотна киселина вътре в апарата. Често се използват устройства със следните размери: диаметър 2400 mm, височина 7155 mm, стъкло - диаметър 1000 mm, височина 5000 mm. Използват се също устройства с диаметър 2440 mm и височина 6294 mm и устройства, от които е премахнат предварително предоставеният смесител (Фигура 5).

LK1 - люк; P1 - рафтове; L1 - линия за вземане на проби; L2 - линия за изход на разтвора; BC1 - вътрешно стъкло; C1 - външен съд; Ш1 - фитинг за дрениращи разтвори; P1 - разпределител на амоняк; P2 - разпределител на азотна киселина

Фигура 5 - Устройство за неутрализиране на ITN

В някои случаи за обработка на малки количества амоняк-съдържащи газове се използват ITP устройства с диаметър 1700 mm и височина 5000 mm.

Газовият нагревател с амоняк е кожухотръбен апарат, изработен от въглеродна стомана. Диаметър на корпуса 400--476 мм, височина 3500--3280 мм. Тръбата често се състои от 121 тръби (диаметър на тръбата 25x3 mm) с обща топлопреносна повърхност от 28 m2. Газообразният амоняк навлиза в тръбите, а нагряващата пара или горещ кондензат навлизат в междутръбното пространство.

Ако за отопление се използва сокова пара от отоплително оборудване, тогава нагревателят е изработен от неръждаема стомана 1Х18Н9Т.

Изпарителят за течен амоняк е апарат от въглеродна стомана, в долната част на който има парна намотка, а в средата има тангенциален вход на газообразен амоняк.

В повечето случаи изпарителят работи със свежа пара при налягане (излишък) от 9 атм. В долната част на амонячния изпарител има фитинг за периодично прочистване от натрупани замърсители.

Нагревателят за азотна киселина е кожухотръбен апарат с диаметър 400 mm и дължина 3890 mm. Диаметър на тръбата 25х2 мм, дължина 3500 мм; обща топлообменна повърхност 32 m2. Нагряването се извършва чрез сокова пара с абсолютно налягане 1,2 atm.

Неутрализаторът тип скрубер е вертикален цилиндричен апарат с диаметър 1800-2400 mm и височина 4700-5150 mm. Използват се и устройства с диаметър 2012 мм и височина 9000 мм. Вътре в апарата, за равномерно разпределение на циркулиращите разтвори в напречното сечение, има няколко перфорирани плочи или дюза, изработена от керамични пръстени. В горната част на устройствата, оборудвани с плочи, се полага слой от пръстени с размери 50x50x3 mm, който действа като бариера срещу пръски от разтвори.

Скоростта на газа в свободната част на скрубера с диаметър 1700 mm и височина 5150 mm е около 0,4 m/s. Напояването на апарата скруберен тип с разтвори се извършва с помощта на центробежни помпи с капацитет 175-250 m3 / h.

Вакуумният изпарител е вертикално цилиндрично устройство с диаметър 1000-1200 mm и височина 5000-3200 mm. Дюзата е керамични пръстени с размери 50x50x5 мм, положени в правилни редове.

Газовият уред е вертикален цилиндричен апарат от неръждаема стомана с диаметър 1000 mm и височина 5000 mm. Дюзата е керамични пръстени с размери 50х50х5 мм.

Бъркалка-неутрализатор - цилиндричен апарат с бъркалка, въртяща се със скорост 30 об./мин. Задвижването се осъществява от електродвигател през скоростна кутия (Фигура 6).

Ш1 - фитинг за монтиране на нивомер; B1 - вентилационен отвор; E1 - електродвигател; P1 - скоростна кутия; VM1 - смесителен вал; L1 - шахта

Фигура 6 - Бъркалка-неутрализатор

Диаметърът на често използваните устройства е 2800 мм, височина 3200 мм. Те работят при атмосферно налягане, служат за окончателно неутрализиране на разтвори на амониев нитрат и като междинни контейнери за разтвори, изпратени за изпаряване.

Повърхностният кондензатор е вертикален кожухотръбен двупроходен (през вода) топлообменник, предназначен да кондензира сокова пара, идваща от вакуумен изпарител. Диаметър на устройството 1200 мм, височина 4285 мм; топлообменна повърхност 309 m2. Работи при вакуум от приблизително 550-- 600 mm Hg. Изкуство.; има тръби: диаметър 25х2 мм, дължина 3500 м, общ брой 1150 бр.; теглото на такъв кондензатор е около 7200 кг

В някои случаи, за да се елиминират емисиите в атмосферата на сокова пара, изпускана по време на прочистване от изпарители, уловители на отоплително оборудване и водни уплътнения, се монтира повърхностен кондензатор със следните характеристики: диаметър на тялото 800 mm, височина 4430 mm, общ брой тръби 483 бр., диаметър 25x2, обща площ 125 m2.

Вакуумни помпи. Използват се различни видове помпи. Помпата тип VVN-12 има производителност 66 m3 / h, скоростта на въртене на вала е 980 об / мин. Помпата е проектирана да създава вакуум в агрегат за неутрализация на вакуума.

Центробежни помпи. За циркулация на разтвор на амониев нитрат във вакуумна неутрализационна инсталация често се използват помпи 7ХН-12 с капацитет 175-250 m3 / h. Инсталираната мощност на електродвигателя е 55 kW.

4 . Материални и енергийни изчисления

Ще изчислим материала и топлинен баланспроцес. Изчислявам неутрализацията на азотна киселина с газ амоняк на 1 тон продукт. Изходните данни вземам от таблица 2, използвайки методологията на ръководствата , , .

Ние приемаме, че процесът на неутрализация ще продължи при следните условия:

Начална температура, °C

газ амоняк................................................. ... ............................50

азотна киселина................................................ .........................................................20

Таблица 2 - Изходни данни

Изчисляване на материала

1 За получаване на 1 тон нитрат чрез реакцията:

NH3+HNO3=NH4NO3 +Q J (9)

теоретично е необходимо следното количество суровини (в кг):

амоняк

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

х - 1000

азотна киселина

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

х - 1000

Където 17, 63 и 80 са съответно молекулните тегла на амоняка, азотната киселина и амониевия нитрат.

Практическата консумация на NH3 и HNO3 е малко по-висока от теоретичната, тъй като по време на процеса на неутрализация загубите на реагенти със сокова пара са неизбежни чрез течове в комуникациите поради леко разлагане на реагиращите компоненти и нитрати и др.

2. Определете количеството амониев нитрат в търговския продукт: 0,98*1000=980 kg/h

или

980/80=12,25 kmol/h,

както и количеството вода:

1000-980=20 кг/ч

3. Ще изчисля разхода на азотна киселина (100%) за получаване на 12,25 kmol/h нитрат. Според стехиометрията се изразходва същото количество (kmol/h), колкото се образува нитрат: 12,25 kmol/h, или 12,25*63=771,75 kg/h

Тъй като условията определят пълно (100%) превръщане на киселината, това ще бъде доставеното количество.

Процесът включва разредена киселина - 60%:

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

включително вода:

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

4. По същия начин консумацията на амоняк (100%) за производство на 12,25 kmol/h, или 12,25*17=208,25 kg/h

По отношение на 25% амонячна вода, това ще бъде 208,25/0,25 = 833 kg/h, включително вода 833-208,25 = 624,75 kg/h.

5. Ще намеря общото количество вода в неутрализатора, доставен с реагентите:

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

6. Определяме количеството водни пари, образувани при изпаряване на нитратния разтвор (20 kg/h остават в търговския продукт): 1139,25 - 20 = 1119,25 kg/h.

7. Нека съставим таблица на материалния баланс на процеса на производство на амониев нитрат.

Таблица 3 - Материален баланс на процеса на неутрализация

8. Да изчислим технологичните показатели.

· теоретични разходни коефициенти:

за киселина - 63/80=0,78 кг/кг

за амоняк - 17/80=0,21 кг/кг

· съотношения на действителните разходи:

за киселина - 1286,25/1000=1,28 кг/кг

за амоняк - 833/1000=0,83 кг/кг

По време на процеса на неутрализация протича само една реакция, превръщането на суровината е равно на 1 (т.е. настъпва пълно превръщане), няма загуби, което означава, че действителният добив е равен на теоретичния:

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

Енергийно изчисление

Пристигането на топлина. По време на процеса на неутрализация входящата топлина се състои от топлината, въведена от амоняка и азотната киселина, и топлината, отделена по време на неутрализацията.

1. Топлината, отделена от амонячен газ, е:

Q1=208.25*2.18*50=22699.25 kJ,

където 208.25 е консумацията на амоняк, kg/h

2.18 - топлинен капацитет на амоняк, kJ/(kg*°C)

50 - температура на амоняка, °C

2. Топлина, внесена от азотна киселина:

Q2=771.75*2.76*20=42600.8 kJ,

където 771,25 е разходът на азотна киселина, kg/h

2.76 - топлинен капацитет на азотна киселина, kJ/(kg*°C)

20 - киселинна температура, °C

3. Топлината на неутрализация се изчислява предварително на 1 мол амониев нитрат, образуван съгласно уравнението:

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

където HNO3*3.95H2O съответства на азотна киселина.

Топлинният ефект Q3 на тази реакция се намира от следните количества:

а) топлина на разтваряне на азотна киселина във вода:

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

б) топлина на образуване на твърд NH4NO3 от 100% азотна киселина и 100% амоняк:

HNO3 (течност) + NH3 (газ) = ​​NH4NO3 (твърдо вещество) (11)

в) топлината на разтваряне на амониев нитрат във вода, като се вземе предвид консумацията на реакционна топлина за изпаряване на получения разтвор от 52,5% (NH4NO3 *H2O) до 64% ​​(NH4NO3 *2,5H2O)

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

където NH4NO3*4H2O съответства на концентрация от 52,5% NH4NO3

Стойността на NH4NO3*4H2O се изчислява от съотношението

80*47.5/52.5*18=4H2O,

където 80 е моларното тегло на NH4NO3

47.5 - концентрация на HNO3, %

52.5 - концентрация на NH4NO3, %

18 - моларно тегло на H2O

Стойността на NH4NO3*2,5H2O се изчислява по подобен начин, съответстваща на 64% разтвор на NH4NO3

80*36/64*18=2.5H2O

Съгласно реакция (10), топлината на разтваряне q на азотна киселина във вода е 2594,08 J/mol. За да се определи топлинният ефект на реакцията (11), е необходимо да се извади сумата от топлината на образуване на NH3 (газ) и HNO3 (течност) от топлината на образуване на амониев нитрат.

Топлината на образуване на тези съединения от прости вещества при 18°C ​​и 1 atm има следните стойности (в J/mol):

NH3 (газ): 46191.36

HNO3 (течност): 174472.8

NH4NO3(s): 364844.8

Общият топлинен ефект на химичния процес зависи само от топлината на образуване на първоначалните взаимодействащи вещества и крайните продукти. От това следва, че топлинният ефект на реакция (11) ще бъде:

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

Топлината q3 на разтваряне на NH4NO3 съгласно реакция (12) е равна на 15606,32 J/mol.

Разтварянето на NH4NO3 във вода става с абсорбиране на топлина. В тази връзка топлината на разтвора се взема в енергийния баланс със знак минус. Концентрирането на разтвора на NH4NO3 протича съответно с отделянето на топлина.

По този начин термичният ефект на реакцията Q3

HNO3 +*3,95H2O(течност)+ NH3(газ) =NH4NO3*2,5H2O(течност)+1,45 H2O(пара)

ще бъде:

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

При производството на 1 тон амониев нитрат топлината на реакцията на неутрализация ще бъде:

102633.52*1000/80=1282919 kJ,

където 80 е молекулното тегло на NH4NO3

От горните изчисления става ясно, че общата печалба на топлина ще бъде: с амоняк 22699,25, с азотна киселина 42600,8, поради топлината на неутрализация 1282919 и общо 1348219,05 kJ.

Консумация на топлина. При неутрализиране на азотна киселина с амоняк, топлината се отстранява от апарата от получения разтвор на амониев нитрат, изразходва се за изпаряване на вода от този разтвор и се губи в околната среда.

Количеството топлина, отнесено от разтвора на амониев нитрат, е:

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

където 980 е количеството разтвор на амониев нитрат, kg

10 - загуби на NH3 и HNO3, kg

tboil - температура на кипене на разтвор на амониев нитрат, °C

Точката на кипене на разтвора на амониев нитрат се определя при абсолютно налягане в неутрализатора 1,15 - 1,2 atm; Това налягане съответства на температура на наситената водна пара от 103 °C. при атмосферно налягане точката на кипене на разтвора на NH4NO3 е 115,2 °C. температурната депресия е равна на:

t=115.2 - 100=15.2 °C

Изчислете точката на кипене на 64% разтвор на NH4NO3

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

Подобни документи

Характеристика на произвежданите продукти, суровини и материали за производство. Технологичен процес за производство на амониев нитрат. Неутрализиране на азотна киселина с газ амоняк и изпаряване до силно концентрирана стопилка.

курсова работа, добавена на 19.01.2016 г


Автоматизация на производството на гранулирана амониева селитра. Вериги за стабилизиране на налягането в линията за подаване на пара за сок и регулиране на температурата на кондензата на пара от барометричен кондензатор. Мониторинг на налягането в изходящата линия към вакуумната помпа.

курсова работа, добавена на 09.01.2014 г


Амониевият нитрат е често срещан и евтин азотен тор. Преглед на съществуващите технологични схеми за производството му. Модернизиране на производството на амониев нитрат с производството на сложен азотно-фосфатен тор в ОАО Череповец Азот.

дисертация, добавена на 22.02.2012 г


Описания на гранулатори за гранулиране и смесване на насипни материали, навлажнени прахове и пасти. Производство на комплексни торове на базата на амониев нитрат и урея. Укрепване на връзките между частиците чрез сушене, охлаждане и полимеризация.

курсова работа, добавена на 03/11/2015


Предназначение, дизайн и функционална схема на амонячен хладилен агрегат. Построяване на цикъл в термодинамична диаграма за зададен и оптимален режим. Определяне на капацитет на охлаждане, консумация на енергия и консумация на енергия.

тест, добавен на 25.12.2013 г


Същността на процеса на сушене и описание на неговата технологична схема. Барабанни атмосферни сушилни, тяхното устройство и основни изчисления. Параметри на димните газове, подавани към сушилнята, автоматичен контрол на влажността. Транспортиране на сушилен агент.

курсова работа, добавена на 24.06.2012 г


Преглед съвременни методипроизводство на азотна киселина. Описание на технологичната схема на инсталацията, проект на основната апаратура и спомагателното оборудване. Характеристики на суровини и готови продукти, странични продукти и производствени отпадъци.

дисертация, добавена на 01.11.2013 г


Промишлени методи за производство на разредена азотна киселина. Катализатори за окисление на амоняк. Състав на газовата смес. Оптимално съдържание на амоняк в амонячно-въздушната смес. Видове системи с азотна киселина. Изчисляване на материалния и топлинния баланс на реактора.

курсова работа, добавена на 14.03.2015 г


Технологичен процес, технологични норми. Физико-химични свойства на диамониевия фосфат. Технологична система. Прием, разпределение на фосфорна киселина. Първият и вторият етап на неутрализация на фосфорната киселина. Гранулиране и сушене на продукта.

курсова работа, добавена на 18.12.2008 г


Характеристики на суровината и спомагателните материали за производството на азотна киселина. Избор и обосновка на възприетата производствена схема. Описание на технологичната схема. Изчисления на материалните баланси на процесите. Автоматизация на технологичния процес.

Преработка на полимери

Най-важната характеристика на новите материали, получени на базата на различни полимери, е сравнителната лекота на превръщането им в готови продукти в състояние на вискозен поток, в което техните пластични свойства се проявяват най-ясно. Тази способност за лесно оформяне (при определени условия, по един или друг начин свързани с нагряване), а след това, при обикновени температури, за стабилно поддържане на придобитата форма е това, което даде името на пластмасовите маси.

От гледна точка на обработката на полимерите те могат (обаче много условно) да бъдат разделени на две основни групи: термопластични, които включват материали, които променят само пластичността си под въздействието на нагряване, но запазват структурата си, и термореактивни пластмаси, в които, под въздействието на нагряване, линейни молекули като биха били зашити заедно, за да образуват сложни пространствени структури.

Термопластите включват почти всички пластмасови маси, които се получават чрез сливане на мономери в дълги вериги по метода на полимеризация. Нека назовем някои често срещани пластмасови маси от този вид. Сред тях се откроява полиетиленът или полиетиленът, който не без основание е наричан „кралят на пластмасите“. Освен порестите и пенообразните пластмаси, полиетиленът е най-леката пластмасова маса. Специфичното му тегло се различава малко от това на леда, което му позволява да се носи на повърхността на водата. Той е изключително устойчив на основи и разяждащи киселини и в същото време издръжлив, лесно се огъва и не губи гъвкавост дори при шестдесет градуса под нулата. Полиетиленът може да се пробива, стругова, щампова - с една дума всякакъв вид обработка на тези машини, които се използват за обработка на метали. Загрят до 115-120°, полиетиленът става мек и пластичен и след това чрез пресоване или шприцване от него могат да се изработват всякакви съдове - от бутилки за парфюми до огромни бутилки за киселини и основи. При нагряване полиетиленът може лесно да се навива на тънки филми, които се използват за опаковане на продукти, чувствителни към влага. Комбинацията от здравина и еластичност прави полиетилена удобен материал за производство на безшумни предавки, вентилационно оборудване и тръби за химически заводи, клапани и уплътнения.

Обичайните термопласти също включват поливинилхлорид (често неправилно наричан поливинилхлорид). На негова основа се произвеждат два основни вида пластмаси: твърда целулоидна – така наречените винилови пластмаси и меки пластмаси.

Тук се включват и полистиролът, ценен изолатор за високочестотни устройства и специално радиооборудване, който на външен вид наподобява безцветно стъкло, и полиметилметакрилат (органично стъкло).

Термопластмасите включват пластмаси, произведени от правилно обработени естествени полимери (например нитроцелулоза, получена чрез третиране на памучна целулоза със смес от азотна и сярна киселина и целулозен ацетат), и по изключение полиамидни смоли, получени чрез поликондензация и т.нар. “стъпков” метод или многократна полимеризация.

Разликата между тези основни групи материали е доста значителна. Термопластичните продукти могат да бъдат натрошени и рециклирани. За производството на определени продукти от тях широко се използва леене под налягане. Продуктът се втвърдява в охладена форма за няколко секунди; В резултат на това производителността на съвременните машини за леене под налягане е много висока: на ден те могат да произвеждат от 15 до 40 хиляди средни продукти и няколкостотин хиляди малки.

При термореактивните материали ситуацията е по-сложна: след като са се втвърдили, е почти невъзможно да се върнат във вискозно-течно състояние, в което отново да станат пластични. Следователно леенето от тях е трудно; те се пресоват предимно при топлина и получените продукти се държат във формата толкова дълго, колкото е необходимо, за да може смолата по цялото напречно сечение на продукта да влезе в незатопимо състояние. Но продуктът вече не изисква охлаждане.

Въпреки че методът на горещо пресоване е малко по-малко продуктивен от леенето под налягане, дори той е многократно по-бърз от конвенционалните процеси за производство на метални изделия. Това осигурява огромно допълнително предимство при замяната на метали с пластмаси. В края на краищата много сложни метални продукти изискват дълга поредица от производствени операции за тяхното довършване. Типичен пример е производството на матрици, което изисква дълготрайни усилия на най-квалифицираните инструментаристи. Съветската автомобилна индустрия сега използва матрици, направени от така наречените епоксидни смоли с подходящ пълнител. Създават се с една основна операция - отливане и една спомагателна - почистване на отделни, произволно образувани неравности. Индустрията се доближи до решаването на проблема с формирането на продукти с големи размери, като каросерии на автомобили, моторни лодки и др.

Използвайки примера на пластична маса, получена чрез поетапна полимеризация - поликапролактам (както найлоновата смола се нарича на езика на химиците) - може ясно да се види колко произволни са границите, които на практика разделят пластмасовите маси от синтетичните влакна.

Капроновата смола се получава от лактама на аминокапроновата киселина - капролактам, който от своя страна се извлича от фенол, бензен, фурфурол (много обещаваща суровина, образувана по-специално при преработката на селскостопански отпадъци) и ацетилен, получен чрез действието вода върху калциев карбид. След завършване на полимеризацията поликапролактамът се освобождава от реактора през тънък процеп. В същото време се втвърдява на лента, която след това се смила на трохи. След допълнително пречистване от мономерни остатъци се получава необходимата ни полиамидна смола. От тази смола, чиято точка на топене е доста висока (216-218 °), се правят витла на параходи, лагерни черупки, машинни предавки и др.. Но полиамидните смоли се използват най-широко в производството на нишки, от които устойчиви на гниене изработват се риболовни мрежи и найлонови мрежи и найлонови чорапи и др.

Нишките се формират от стопилка смола, която преминава през малки отвори, образувайки потоци, които при охлаждане се втвърдяват в елементарни нишки. Няколко елементарни нишки се комбинират в една и се подлагат на усукване и разтягане.

Химията се оказва най-надеждният съюзник на такъв решаващ фактор в индустриалния прогрес като автоматизацията. Химическата технология, поради своята най-важна характеристика, особено подчертана в доклада на Н. С. Хрушчов на 21-ия конгрес на КПСС, а именно приемствеността, е най-ефективният и желан обект за автоматизация. Освен това, ако вземем предвид, че химическото производство в основните си области е широкомащабно и масово производство, тогава можете ясно да си представите какви огромни източници на спестяване на труд и разширяване на производствената химия съдържа, особено химията и полимерната технология.

Като разпознават дълбоките връзки между структурата на най-важните технически полимерни материали и техните свойства и след като са се научили да „проектират“ полимерни материали според уникални „химични чертежи“, учените химици могат спокойно да кажат: „Ерата на материалите с неограничен избор е започна.”

Приложение на торове

Пред социалистическото селско стопанство стои задачата да създаде изобилие от хранителни продукти в нашата страна и да осигури напълно промишлеността със суровини.

През следващите години значително ще се увеличи производството на зърнени продукти, захарно цвекло, картофи, технически култури, плодове, зеленчуци и фуражни растения. Значително ще се увеличи производството на основни животновъдни продукти: месо, мляко, вълна и др.

В тази борба за хранително изобилие химията играе огромна роля.

Има два начина за увеличаване на производството на селскостопански продукти: първо, чрез разширяване на обработваемата площ; второ, чрез увеличаване на производителността на вече обработени земни маси. Тук на помощ на селското стопанство идва химията.

Торовете не само увеличават количеството, но и подобряват качеството на отглежданите с тяхна помощ култури. Те повишават съдържанието на захар в цвеклото и нишестето в картофите, повишават здравината на ленените и памучните влакна и др. Торовете повишават устойчивостта на растенията към болести, суша и студ.

Селското ни стопанство ще има нужда от много минерални и органични торове през следващите години. Получава минерални торове от химическата промишленост. В допълнение към различни минерални торове, химическата промишленост осигурява на селското стопанство пестициди за борба с вредните насекоми, болестите по растенията и плевелите - хербициди, както и средства за регулиране на растежа и плододаването - стимулатори на растежа, средства за преди прибиране на листата на памука и др. (повече за тяхното приложение и действие са описани в том 4 DE).

Какви видове торове има?

Торовете, използвани в селското стопанство, се делят на две основни групи: органични и минерални. Органичните торове включват: оборски тор, торф, зелен тор (растения, които абсорбират азот от въздуха) и различни компости. Освен минерали те съдържат и органични вещества.

Нашата страна също произвежда сложни или многостранни торове. Те съдържат не една, а две или три батерии. Използването на микроторове в селското стопанство също се развива значително. Те съдържат бор, мед, манган, молибден, цинк и други елементи, малки количества от които (няколко килограма на хектар) са необходими за развитието и плододаването на растенията.

Освен това в селското стопанство се използват и т. нар. косвени торове: вар, гипс и др. Те променят свойствата на почвата: премахват вредната за растенията киселинност, засилват активността на полезните микроорганизми и превръщат хранителните вещества, съдържащи се в самата почва, в по-достъпна форма за растенията.почва и др.

АЗОТНИ ТОРОВЕ

Изходният материал за производството на повечето азотни торове е амонякът. Получава се чрез синтез от азот и водород или като страничен продукт при коксуване на въглища и торф.

Най-често срещаните азотни торове са амониев нитрат, амониев сулфат, калциев нитрат, натриев нитрат, урея, течни азотни торове (течен амоняк, амоняк, амонячна вода).

Тези торове се различават един от друг под формата на азотни съединения. Някои съдържат азот под формата на амоняк. Това са амонячни торове. Те включват амониев сулфат. В други азотът е в нитратна форма, тоест под формата на соли на азотната киселина. Това са нитратни торове. Те включват натриев нитрат и калциев нитрат. Амониевият нитрат съдържа азот както в нитратна, така и в амониева форма. Уреята съдържа азот под формата на амидно съединение.

Нитратните форми на азотните торове са лесно разтворими във вода, не се абсорбират от почвата и лесно се измиват от нея. Те се абсорбират от растенията по-бързо от другите форми на азотни съединения.

Амонячните торове също са лесно разтворими във вода и се усвояват добре от растенията, но действат по-бавно от нитратните торове. Амонякът се абсорбира добре от почвата и слабо се измива от нея. Следователно амонячните торове осигуряват на растенията по-дълго азотно хранене. Освен това са и по-евтини. Това е тяхното предимство пред нитратните торове.

Как се произвежда амониев нитрат?

Амониевият нитрат е един от най-разпространените торове.

Амониевият нитрат (известен още като амониев нитрат) се произвежда във фабрики от азотна киселина и амоняк чрез химично взаимодействие на тези съединения.

Производственият процес се състои от следните етапи:

1. Неутрализиране на азотна киселина с газ амоняк.
2. Изпаряване на разтвор на амониев нитрат.
3. Кристализация на амониев нитрат.
4. Сол за сушене.

Фигурата показва опростена форма технологична системапроизводство на амониев нитрат. Как протича този процес?

Изходната суровина - газообразен амоняк и азотна киселина (воден разтвор) - влиза в неутрализатора. Тук в резултат на химичното взаимодействие на двете вещества възниква бурна реакция с отделяне на голямо количество топлина. В този случай част от водата се изпарява и получената водна пара (т.нар. сокова пара) се изхвърля навън през уловителя.

Непълно изпареният разтвор на амониев нитрат преминава от неутрализатора в следващия апарат - крайния неутрализатор. В него, след добавяне на воден разтвор на амоняк, процесът на неутрализация на азотната киселина завършва.

От пред-неутрализатора разтворът на амониев нитрат се изпомпва в изпарител - непрекъснато работещ вакуумен апарат. Разтворът в такива устройства се изпарява при понижено налягане, в този случай при налягане от 160-200 mm Hg. Изкуство. Топлината за изпаряване се предава на разтвора през стените на тръбите, нагрявани от пара.

Изпаряването се извършва, докато концентрацията на разтвора достигне 98%. След това разтворът отива за кристализация.

Според един метод кристализацията на амониев нитрат се извършва върху повърхността на барабан, който се охлажда отвътре. Барабанът се върти и върху повърхността му се образува кора от кристализиращ амониев нитрат с дебелина до 2 mm. Кората се отрязва с нож и се изпраща през улей за сушене.

Амониевата селитра се суши с горещ въздух във въртящи се сушилни барабани при температура 120°. След изсушаване готовият продукт се изпраща за опаковка. Амониевата селитра съдържа 34-35% азот. За да се намали слепването, по време на производството към състава му се добавят различни добавки.

Амониевият нитрат се произвежда от заводи в гранулирана форма и под формата на люспи. Люспестата селитра силно абсорбира влагата от въздуха, така че по време на съхранение се разпространява и губи своята ронливост. Гранулираният амониев нитрат има формата на зърна (гранули).

Гранулирането на амониев нитрат се извършва предимно в кули (вижте фигурата). Изпареният разтвор на амониев нитрат - стопилка - се напръсква с помощта на центрофуга, монтирана в тавана на кулата.

Стоилката се влива в непрекъснат поток във въртящия се перфориран барабан на центрофугата. Преминавайки през отворите на барабана, спреят се превръща в топчета с подходящ диаметър и се втвърдява, когато пада надолу.

Гранулираният амониев нитрат има добри физични свойства, не се слепва по време на съхранение, разпръсква се добре в полето и бавно абсорбира влагата от въздуха.

Амониев сулфат - (в противен случай - амониев сулфат) съдържа 21% азот. По-голямата част от амониевия сулфат се произвежда от коксовата промишленост.

През следващите години голямо развитие ще получи производството на най-концентрирания азотен тор - карбамид, или карбамид, който съдържа 46% азот.

Уреята се произвежда под високо налягане чрез синтез от амоняк и въглероден диоксид. Използва се не само като тор, но и за хранене на добитък (добавки протеиново хранене) и като междинен продукт за производството на пластмаси.

Голямо значение имат и течните азотни торове - течен амоняк, амоняк и амонячна вода.

Течният амоняк се получава от газообразен амоняк чрез втечняване под високо налягане. Съдържа 82% азот. Амонячните съединения са разтвори на амониев нитрат, калциев нитрат или урея в течен амоняк с малко добавяне на вода. Те съдържат до 37% азот. Амонячната вода е воден разтвор на амоняк. Съдържа 20% азот. По въздействие върху реколтата течните азотни торове не отстъпват на твърдите. И тяхното производство е много по-евтино от твърдите, тъй като операциите по изпаряване на разтвора, сушене и гранулиране са елиминирани. От трите вида течен азотен тор най-широко се използва амонячната вода. Разбира се, внасянето на течни торове в почвата, както и тяхното съхранение и транспортиране изискват специални машини и съоръжения.

Основен метод

В промишленото производство се използват безводен амоняк и концентрирана азотна киселина:

Реакцията протича бързо с отделяне на голямо количество топлина. Провеждането на такъв процес в занаятчийски условия е изключително опасно (въпреки че амониевият нитрат може лесно да се получи при условия на голямо разреждане с вода). След като се образува разтвор, обикновено с концентрация 83%, излишната вода се изпарява до стопилка, в която съдържанието на амониев нитрат е 95-99,5%, в зависимост от степента на крайния продукт. За използване като тор, стопилката се гранулира в пръскачки, изсушава се, охлажда се и се покрива със съединения за предотвратяване на слепване. Цветът на гранулите варира от бял до безцветен. Амониевият нитрат за използване в химията обикновено е дехидратиран, тъй като е много хигроскопичен и процентното съдържание на вода в него (a(H2O)) е почти невъзможно да се получи.

Метод на Хабер

при налягане, висока температура и катализатор

Според метода на Хабер амонякът се синтезира от азот и водород, част от които се окислява до азотна киселина и реагира с амоняк, което води до образуването на амониев нитрат:

Нитрофосфатен метод

Този метод е известен също като метода на Odd, кръстен на норвежкия град, в който е разработен процесът. Използва се директно за производство на азотни и азотно-фосфорни торове от широко достъпни естествени суровини. В този случай възникват следните процеси:

• 1. Естественият калциев фосфат (апатит) се разтваря в азотна киселина:
• 2. Получената смес се охлажда до 0 °C, докато калциевият нитрат кристализира под формата на тетрахидрат - Ca(NO3)2·4H2O, и се отделя от фосфорната киселина.

Полученият калциев нитрат и неотстранената фосфорна киселина се обработват с амоняк и в резултат се получава амониев нитрат:

За получаване на практически неслепващ се амониев нитрат се използват редица технологични методи. Ефективно средство за защитанамаляване на скоростта на абсорбция на влага от хигроскопични соли е тяхното гранулиране. Общата повърхност на хомогенните гранули е по-малка от повърхността на същото количество финокристална сол, така че гранулираните торове абсорбират влагата от въздуха по-бавно. Понякога амониевият нитрат се слива с по-малко хигроскопични соли, например амониев сулфат.

Технологичният процес за производство на амониев нитрат се състои от следните основни етапи: неутрализация на азотна киселина с газ амоняк, изпаряване на амониев нитрат, кристализация и гранулиране на стопилката, охлаждане, класифициране и разпрашаване на готовия продукт (фиг. 4.1. ).

Фигура 4.1 Схематична диаграмапроизводство на амониев нитрат

Понастоящем, във връзка с развитието на производството на 18 - 60% азотна киселина, по-голямата част от амониевия нитрат се произвежда в агрегати АС-67, АС-72, АС-72М с капацитет 1360 и 1171 тона/ден с изпаряване. в един етап (фиг. 4.2. ), както и в инсталации на метода без изпаряване (фиг. 4.4.).

Фигура 4.2 Технологична схема на производство на AS-72M: 1 - амонячен нагревател; 2 - киселинен нагревател; 3 - ITN апарат; 4 - предварителен неутрализатор; 1 - изпарител; 6 - водно уплътнение-неутрализатор; 7 - събиране на стопилка; 8 - резервоар под налягане; 9 - виброакустичен гранулатор; 10 - кула за гранулиране; 11 - конвейер; 12 - охладител за пелети “KS”; 13 - въздушен нагревател; 14 - миещ скрубер

Газообразният амоняк от нагревател 1, загрят от кондензат на пара от сок, загрят до 120 - 160 ° C, и азотна киселина от нагревател 2, загрят от пара от сок, при температура 80 - 90 ° C, влизат в апарата на термопомпата (с помощта на топлина на неутрализация) 3. За намаляване на загубите на амоняк заедно Реакцията с пара се извършва в излишък на киселина. Разтворът на амониев нитрат от апарата ITN се неутрализира в последващия неутрализатор 4 с амоняк, в който едновременно се добавя кондициониращата добавка магнезиев нитрат и се изпраща за изпаряване в изпарителя 1. От него стопилката на амониевия нитрат, образувана през водата уплътнение след неутрализатор 6 и колекторът на стопилка 7 се изпращат в резервоара под налягане 8 и от използването на виброакустични гранулатори 9 влиза в кулата за гранулиране 10. Атмосферният въздух се засмуква в долната част на кулата и въздухът се подава от апарат за охлаждане на гранули "KS" 12. Получените гранули от амониев нитрат от долната част на кулата влизат в конвейера 11 и апарата с кипящ слой 12 за охлаждане на гранулите, в който през нагревателя 13 се подава сух въздух. От апарат 12 готовият продукт се изпраща на опаковка. Въздухът от върха на кула 10 навлиза в скрубери 14, напоени с 20% разтвор на амониев нитрат, където прахът от амониев нитрат се отмива и освобождава в атмосферата. В същите скрубери газовете, напускащи изпарителя и неутрализатора, се пречистват от нереагиралия амоняк и азотна киселина. Апаратът ИТН, гранулационната кула и комбинираният изпарител са основните устройства в технологичната схема АС-72М.

Апаратът ITN (фиг. 4.3.) е с обща височина 10 m и се състои от две части: долна реакция и горна сепарация. В реакционната част има перфорирано стъкло, в което се доставят азотна киселина и амоняк. Освен това, поради добрия топлопренос на реакционната маса към стените на стъклото, реакцията на неутрализация протича при температура, по-ниска от точката на кипене на киселината. Полученият разтвор на амониев нитрат кипи и водата се изпарява от него. Благодарение на повдигащата сила на парата емулсията пара-течност се изхвърля от горната част на стъклото и преминава през пръстеновидната междина между тялото и стъклото, като продължава да се изпарява. След това влиза в горната сепарационна част, където разтворът, преминавайки през серия от плочи, се измива от амоняка с разтвор на амониев нитрат и кондензат от сокова пара. Времето на престой на реагентите в реакционната зона не надвишава една секунда, поради което не настъпва термично разлагане на киселина и амониев нитрат. Чрез използването на топлината на неутрализация в апарата по-голямата част от водата се изпарява и се образува 90% разтвор на амониев нитрат.

Комбинираният изпарител с височина 16 м се състои от две части. В долната кожухотръбна част с диаметър 3 m се извършва изпарение на разтвора, преминавайки през тръби, загряти първо от прегрята пара, загрята до 180 ° C с въздух. Горната част на апарата служи за почистване на паровъздушната смес, излизаща от апарата, и частично изпаряване на постъпващия в апарата разтвор на амониев нитрат. От изпарителя излиза стопилка от амониев нитрат с концентрация 99,7% с температура около 180°C.

Кулата за гранулиране е с правоъгълно напречно сечение 11x8 m2 и височина около 61 м. Външният въздух и въздухът от охладителя на гранулите влизат в кулата през отвор в долната част. Стоилката от амониев нитрат, влизаща в горната част на кулата, се разпръсква с помощта на три виброакустични гранулатора, в които потокът от стопилка се превръща в капчици. Когато капките паднат от около 10 м височина, те се втвърдяват и се превръщат в гранули. Кристализацията на стопилка със съдържание на влага 0,2% започва при 167 °C и завършва при 140 °C. Обемът на подавания въздух към кулата е 300 - 100 m3/час, в зависимост от времето на годината. В агрегатите AS-72M се използва магнезиева добавка срещу слепване на продукта (магнезиев нитрат). Следователно не е необходима операцията по обработка на гранули от повърхностноактивно вещество, предвидена в схеми АС - 67 и АС - 72. Основните разлики в технологичната схема за производство на амониев нитрат по метода без изпаряване (фиг. 4.) са: използването на по-концентрирана азотна киселина; провеждане на процеса на неутрализация при повишено (0,4 MPa) налягане; бърз контакт на нагрети компоненти. При тези условия на етапа на неутрализация се образува емулсия пара-течност, след отделяне на която се получава стопилка с концентрация 98,1%, което позволява да се елиминира отделен етап на изпаряване на разтвора.

Фигура 4.4 Технологична схема на метода без изпаряване: 1 - нагревател за азотна киселина; 2 - амонячен нагревател; 3 - реактор (неутрализатор); 4 - емулсионен сепаратор; 1 - барабанен кристализатор; 6 - нож; 7 - барабанно сушене

Нагрявани в нагреватели 1 и 2, нагрявани от пара, излизаща от сепаратора, емулсии 4, азотна киселина и амоняк постъпват в неутрализатор 3, където в резултат на реакцията се образува емулсия от воден разтвор на амониев нитрат и водни пари. Емулсията се отделя в сепаратор 4 и стопилката от амониев нитрат се подава в барабанен кристализатор 1, в който амониевият нитрат кристализира върху повърхността на метален барабан, охлаждан отвътре с вода.

Слой от твърд амониев нитрат с дебелина около 1 mm, образуван върху повърхността на барабана, се отрязва с нож 6 и под формата на люспи се доставя за сушене в барабанна сушилня 7. Подобен продукт под формата на люспи се използва за технически цели.

Охладеният продукт се изпраща в склад, а след това за изпращане в насипно състояние или за опаковане в чували. Третирането с диспергатор се извършва в кух апарат с централно разположена дюза, разпръскваща пръстеновиден вертикален поток от гранули, или във въртящ се барабан. Качеството на обработка на гранулирания продукт във всички използвани устройства отговаря на изискванията на GOST 2-85.

Гранулираният амониев нитрат се съхранява в склад на купчини с височина до 11 м. Преди изпращане до потребителя нитратът се подава от склада за пресяване. Нестандартният продукт се разтваря, разтворът се връща за дестилация. Стандартният продукт се третира с NF дисперсант и се изпраща до потребителите.

В отделен блок са разположени резервоари за сярна и фосфорна киселини и помпено оборудване за тяхното дозиране. В отделна сграда са разположени ЦПУ, ел. подстанция, лаборатория, сервизни и битови помещения.

Селитрата се опакова в чували с полиетиленова обвивка с тегло 50 kg, както и в специализирани контейнери - биг бегове с тегло 500-800 kg. Транспортирането се извършва както в готови контейнери, така и в насипно състояние. Възможно е пътуване с различни видове транспорт, но въздушният транспорт е изключен поради повишената опасност от пожар.

Амониевият нитрат или амониевият нитрат, NH 4 NO 3 е бяло кристално вещество, съдържащо 35% азот в амониеви и нитратни форми, като и двете форми на азот се абсорбират лесно от растенията. Гранулираната амониева селитра се използва масово преди сеитба и за всички видове торене. В по-малък мащаб се използва за производство на експлозиви.

Амониевият нитрат е силно разтворим във вода и има висока хигроскопичност (способността да абсорбира влагата от въздуха), което е причината гранулите на тора да се разпръскват, да губят кристалната си форма и да се получава слепване на тора - насипният материал се превръща в твърда монолитна маса .

Принципна схема на производство на амониев нитрат

За получаване на практически неслепващ се амониев нитрат се използват редица технологични методи. Ефективно средство за намаляване на скоростта на абсорбиране на влага от хигроскопични соли е тяхното гранулиране. Общата повърхност на хомогенните гранули е по-малка от повърхността на същото количество финокристална сол, следователно гранулираните торове абсорбират влагата от

Амониеви фосфати, калиев хлорид и магнезиев нитрат също се използват като подобно действащи добавки. Процесът на производство на амониев нитрат се основава на хетерогенна реакция между газообразен амоняк и разтвор на азотна киселина:

NH3 +HNO3 = NH4NO3; ΔН = -144,9 kJ

Химическата реакция протича с висока скорост; в промишлен реактор тя е ограничена от разтварянето на газ в течност. За намаляване на инхибирането на дифузията голямо значениеима смесване на реагенти.

Технологичният процес за производство на амониев нитрат включва, освен етапа на неутрализация на азотната киселина с амоняк, етапите на изпаряване на нитратния разтвор, гранулиране на стопилката, охлаждане на гранулите, обработка на гранулите с повърхностно активни вещества. , опаковане, съхранение и товарене на нитрати, пречистване на газови емисии и отпадни води. На фиг. Фигура 8.8 показва схема на съвременна мащабна инсталация за производство на амониев нитрат AS-72 с капацитет 1360 тона/ден. Първоначалната 58-60% азотна киселина се нагрява в нагревател до 70 - 80°С със сокова пара от апарат ИТН 3 и се подава за неутрализация. Преди апарат 3 фосфорната и сярната киселина се добавят към азотната киселина в такива количества, че крайният продукт съдържа 0,3-0,5% P 2 O 5 и 0,05-0,2% амониев сулфат. Устройството съдържа две паралелно работещи ITN устройства. В допълнение към азотната киселина, те се доставят с газ амоняк, предварително загрят в нагревател 2 с парен кондензат до 120-130 ° C. Количествата на подадената азотна киселина и амоняк се регулират така, че на изхода от помпения апарат разтворът да има лек излишък на киселина (2-5 g/l), осигуряващ пълно усвояване на амоняка.

В долната част на апарата протича реакция на неутрализация при температура 155-170°С; при това се получава концентриран разтвор, съдържащ 91-92% NH4NO3. В горната част на апарата водната пара (така наречената сокова пара) се отмива от пръски от амониев нитрат и пари на азотна киселина. Част от топлината от парата на сока се използва за нагряване на азотната киселина. След това парата от сок се изпраща за пречистване и се освобождава в атмосферата.

Фигура 8.8 Диаграма на агрегата за амониев нитрат AS-72:

1 – киселинен нагревател; 2 – амонячен нагревател; 3 – ИТН устройства; 4 – пренеутрализатор; 5 – изпарител; 6 – резервоар под налягане; 7,8 – гранулатори; 9.23 – вентилатори; 10 – миещ скрубер; 11 – барабан; 12,14 – конвейери; 13 – асансьор; 15 – апарат с кипящ слой; 16 – кула за гранулиране; 17 – колекция; 18, 20 – помпи; 19 – плувен резервоар; 21 – филтър за вода; 22 – въздушен нагревател.

Киселинният разтвор на амониев нитрат се изпраща към неутрализатора 4; където се доставя амоняк, необходим за реакция с останалата азотна киселина. След това разтворът се подава в изпарителя 5. Получената стопилка, съдържаща 99,7-99,8% нитрат, преминава през филтър 21 при 175 ° C и се подава от центробежна потопяема помпа 20 в резервоар под налягане 6 и след това в правоъгълен метална гранулираща кула 16.

В горната част на кулата има гранулатори 7 и 8, в долната част на които се подава въздух, охлаждащ капките нитрати, падащи отгоре. При падане на капки селитра от височина 50-55 м и обтичане на въздух около тях се образуват гранули от тор. Температурата на гранулите на изхода от кулата е 90-110°C; горещи гранули се охлаждат в апарат с кипящ слой 15. Това е правоъгълен апарат с три секции и оборудван с решетка с отвори. Вентилатори подават въздух под решетката; в този случай се създава флуидизиран слой от нитратни гранули, пристигащи през конвейер от кулата за гранулиране. След охлаждане въздухът влиза в кулата за гранулиране. Гранулите от амониев нитрат се подават от конвейер 14 във въртящ се барабан за обработка с повърхностно активни вещества. След това готовият тор се изпраща към опаковката чрез конвейер 12.

Въздухът, напускащ гранулиращата кула, е замърсен с частици амониев нитрат, а соковата пара от неутрализатора и паровъздушната смес от изпарителя съдържат нереагирали амоняк и азотна киселина, както и частици от увлечен амониев нитрат.

За почистване на тези потоци в горната част на кулата за гранулиране има шест паралелно работещи промивни скрубери от плоча тип 10, напоявани с 20-30% разтвор на амониев нитрат, който се подава от помпа 18 от колектор 17. Част от този разтвор се изхвърля в неутрализатора на ITN за измиване на сокова пара и след това се смесва с разтвор на нитрат и следователно се използва за производството на продукти. Пречистеният въздух се изсмуква от кулата за гранулиране чрез вентилатор 9 и се изпуска в атмосферата.

Производство на карбамид

Карбамидът (карбамид) се нарежда на второ място сред азотните торове по обем на производство след амониевия нитрат. Ръстът в производството на карбамид се дължи на широкия му спектър от приложения в селското стопанство. Той е по-устойчив на измиване в сравнение с други азотни торове, т.е. по-малко податлив на измиване от почвата, по-малко хигроскопичен и може да се използва не само като тор, но и като добавка към храната за едър рогат добитък. Карбамидът се използва широко и за производството на комплексни торове, торове с контролирано време, както и за производството на пластмаси, лепила, лакове и покрития. Уреята CO(NH 2) 2 е бяло кристално вещество, съдържащо 46,6% азот. Производството му се основава на реакцията на амоняк с въглероден диоксид:

2NH3 + CO2 ↔ CO(NH2)2 + H2O; ΔН = -110,1 kJ (1)

По този начин суровините за производството на карбамид са амоняк и въглероден диоксид, получени като страничен продукт при производството на технологичен газ за синтез на амоняк. Следователно производството на урея в химическите заводи обикновено се комбинира с производството на амоняк. Реакция (I) - обща; протича на два етапа. На първия етап се получава синтез на карбамат:

2NH 3 (g) + CO2 (g) ↔ NH 2 COONH 4 (l); ΔН = –125,6 kJ (2)

На втория етап възниква ендотермичният процес на отделяне на водата от молекулите на карбамата, в резултат на което се образува урея:

NH 2 COONH 4 (l) ↔ CO(NH 2) 2 (l) + H2O (l); ΔН =15,5 kJ (3) Реакцията на образуване на амониев карбамат е обратима екзотермична реакция, протичаща с намаляване на обема. За да се измести равновесието към продукта, това трябва да се извърши при повишено налягане. За да може процесът да протече с достатъчно висока скорост, са необходими повишени температури. Увеличаването на налягането компенсира отрицателния ефект на високите температури върху изместването на равновесието на реакцията в обратна страна. На практика синтезът на урея се извършва при температури 150-190°C и налягане 15-20 MPa. При тези условия реакцията протича с висока скорост и почти до завършване. Разлагането на амониев карбамат е обратима ендотермична реакция, която протича интензивно в течната фаза. За да се предотврати кристализацията на твърдите продукти в реактора, процесът трябва да се проведе при температури не по-ниски от 98°C [евтектична точка за системата CO(NH 2) 2 - NH 2 COONH 4]. | Повече ▼ високи температуриизместете равновесието на реакцията надясно и увеличете нейната скорост. Максималната степен на превръщане на карбамата в карбамид се постига при 220°C. За да се измести равновесието на тази реакция, се въвежда и излишък от амоняк, който чрез свързване на реакционната вода я отстранява от реакционната сфера. Все още обаче не е възможно да се постигне пълно превръщане на карбамата в урея. Реакционната смес, в допълнение към реакционните продукти (урея и вода), също съдържа амониев карбамат и неговите продукти на разлагане - амоняк и CO 2.

За пълно използване на суровината е необходимо или да се предвиди връщането на нереагиралия амоняк и въглероден диоксид, както и амониеви въглеродни соли (междинни реакционни продукти) в колоната за синтез, т.е. създаването на рецикл, или да се отдели карбамид от реакционната смес и изпращане на останалите реагенти в други производствени съоръжения, например за производство на амониев нитрат, т.е. провеждане на процеса по отворена схема.

В последния случай стопилката, напускаща колоната за синтез, се дроселира до атмосферно налягане; равновесието на реакцията (2) при температури от 140-150 ° C почти напълно се измества наляво и целият останал карбамат се разлага. В течната фаза остава воден разтвор на карбамид, който се изпарява и се изпраща за гранулиране. Рециклирането на получените газове амоняк и въглероден диоксид в колоната за синтез би изисквало компресирането им в компресор до налягане за синтез на урея. Това е изпълнено с технически трудности, свързани с възможността за образуване на карбамат, когато ниски температурии високо налягане още в компресора и запушване на машини и тръбопроводи с твърди частици.

Следователно в затворени вериги (вериги с рециркулация) обикновено се използва само рециклиране на течности. Съществуват редица технологични схеми с рециклиране на течности. Сред най-прогресивните са така наречените схеми с пълно рециклиране на течности и използване на процеса на стрипинг. Отстраняването (отстраняването) се състои в това, че разлагането на амониевия карбамат в стопилката след колоната за синтез се извършва при налягане, близко до налягането в етапа на синтез, чрез продухване на стопилката със сгъстен CO 2 или сгъстен амоняк. При тези условия дисоциацията на амониевия карбамат се дължи на факта, че когато стопилката се продухва с въглероден диоксид, парциалното налягане на амоняка рязко намалява и равновесието на реакцията (2) се измества наляво. Този процес се характеризира с използването на топлината на реакцията на образуване на карбамат и по-ниска консумация на енергия.

На фиг.8.9. Представена е опростена схема на мащабна инсталация за синтез на урея с рециклиране на течности и използване на процес на стрипинг. Можете да изберете възел в него високо налягане, агрегат с ниско налягане и система за гранулиране. Воден разтвор на амониев карбамат и амониеви въглеродни соли, както и амоняк и въглероден диоксид влизат в долната част на колоната за синтез 1 от кондензатор за високо налягане 4. В колоната за синтез при температура 170-190 ° C и налягане от 13-15 MPa, образуването на карбамат завършва и реакцията на синтез протича урея. Консумацията на реагенти е избрана така, че в реактора моларното съотношение на NH3: CO2 да е 2,8-2,9. Течната реакционна смес (стопилка) от колоната за синтез на урея навлиза в десорбционната колона 5, където тече надолу през тръбите. Въглеродният диоксид, компресиран в компресор до налягане от 13-15 MPa, се подава в противоток към стопилката, към която се добавя въздух в количество, което образува пасивиращ филм и намалява корозията на оборудването в количество, осигуряващо концентрация на кислород от 0,5- 0,8% в сместа. Десорбционната колона се нагрява с водна пара. Паро-газовата смес от колона 5, съдържаща пресен въглероден диоксид, влиза в кондензатора за високо налягане 4. В него се въвежда и течен амоняк. Той едновременно служи като работен поток в инжектор 3, който захранва кондензатора с разтвор на амониеви въглеродни соли от скрубер 2 и, ако е необходимо, част

Фиг.8.9. Опростена технологична схема за производство на карбамид с пълно рециклиране на течности и използване на процеса на стрипинг:

1 – колона за синтез на урея; 2 – скрубер с високо налягане; 3 – инжектор; 4 – карбаматен кондензатор за високо налягане; 5 – стрипинг колона; 6 – помпи; 7 – кондензатор с ниско налягане; 8 – дестилационна колона с ниско налягане; 9 – нагревател; 10 – колекция; 11 – изпарител; 12 – кула за гранулиране.

стопилка от колоната за синтез. В кондензатора се образува карбамат. Топлината, отделена по време на реакцията, се използва за получаване на водна пара.

Нереагиралите газове непрекъснато излизат от горната част на колоната за синтез и навлизат в скрубер под високо налягане 2, в който повечето от тях се кондензират поради водно охлаждане, образувайки воден разтвор на карбамат и амониеви въглеродни соли. Водният разтвор на карбамид, напускащ стрипинг колона 5, съдържа 4-5% карбамат. За окончателното му разлагане разтворът се дроселира до налягане от 0,3-0,6 MPa и след това се изпраща в горната част на дестилационната колона 8. Течната фаза тече в колоната надолу по дюзата в противоток на издигащата се пара-газова смес отдолу нагоре; От горната част на колоната излизат NH3, CO2 и водни пари. Водните пари се кондензират в кондензатор с ниско налягане 7 и по-голямата част от амоняка и въглеродния диоксид се разтварят. Полученият разтвор се изпраща в скрубер 2. Окончателното пречистване на изхвърлените в атмосферата газове се извършва чрез абсорбционни методи (не са показани на диаграмата).

70% воден разтвор на карбамид, напускащ дъното на дестилационната колона 8, се отделя от сместа пара-газ и се изпраща, след намаляване на налягането до атмосферно, първо за изпаряване и след това за гранулиране. Преди разпръскване на стопилката в кулата за гранулиране 12, към нея се добавят кондициониращи добавки, например карбамид-формалдехидна смола, за да се получи неслепващ тор, който не се влошава по време на съхранение.

Принципна схема с пълно рециклиране

Амониевият нитрат се получава чрез неутрализиране на азотна киселина с газ амоняк съгласно реакцията:

NH 3 (g) + HNO 3 (l) NH 4 NO 3 +144,9 kJ

Тази практически необратима реакция протича с висока скорост и отделя значително количество топлина. Обикновено се извършва при налягане, близко до атмосферното; В някои страни неутрализационните инсталации работят под налягане от 0,34 MPa. При производството на амониев нитрат се използва разредена 47-60% азотна киселина.

Топлината от реакцията на неутрализация се използва за изпаряване на водата и концентриране на разтвора.

Индустриалното производство включва следните етапи: неутрализация на азотна киселина с газообразен амоняк в термопомпена апаратура (използване на неутрализационна топлина); изпаряване на разтвор от селитра, гранулиране на стопилка от селитра, охлаждане на гранули, обработка на гранули с ПАВ, пакетиране, съхранение и товарене на селитра, пречистване на газови емисии и отпадъчни води. Добавките се въвеждат при неутрализиране на азотна киселина.

Фигура 1 показва схема на съвременен голям капацитет AC-72 с капацитет 1360 t/ден.

Ориз. 1.

1 - киселинен нагревател; 2 - амонячен нагревател; 3 - ITN устройства; 4 - предварителен неутрализатор; 5 - изпарител; 6 - резервоар под налягане; 7, 8 - гранулатори; 9, 23 фенове; 10 - миещ скрубер; 11 - барабан; 12.14 - конвейери; 13 - асансьор; 15 - апарат с кипящ слой; 16 - кула за гранулиране; 17 - колекция; 18, 20 - помпи; 19 - плувен резервоар; 21-филтър за плуване; 22 - въздушен нагревател

Постъпващата 58-60% азотна киселина се загрява в нагревател 1 до 70-80 o C със сокова пара от апарат ИТН 3 и се подава за неутрализация. Преди апарат 3 към азотната киселина се добавят термична фосфорна и сярна киселина в количество от 0,3-0,5% P 2 O 5 и 0,05-0,2% амониев сулфат на базата на готовия продукт.

Сярната и фосфорната киселина се доставят от бутални помпи, чиято работа се контролира лесно и точно. Устройството включва две паралелно работещи устройства за неутрализация. Тук също се подава газообразен амоняк, загрят в нагревател 2 от парен кондензат до 120-130 o C. Количеството на подаваната азотна киселина и амоняк се регулира така, че на изхода от термопомпения апарат разтворът да има лек излишък на азотна киселина , осигурявайки пълното усвояване на амоняка.

В долната част на апарата киселините се неутрализират при температура 155-170 ° C, за да се получи разтвор, съдържащ 91-92% NH 4 NO 3. В горната част на апарата водната пара (така наречената сокова пара) се отмива от пръски от амониев нитрат и HN03 пари. Част от топлината от парата на сока се използва за нагряване на азотната киселина. След това парата от сок се изпраща за почистване към миещи скрубери и след това се освобождава в атмосферата.

Киселинният разтвор на амониев нитрат се изпраща в крайния неутрализатор 4, където се подава амоняк в количеството, необходимо за завършване на неутрализацията на разтвора. След това разтворът се подава в изпарителя 5 за допълнително пропарване, което се извършва с водна пара под налягане от 1,4 МРа и въздух, загрят до приблизително 180 ° С. Получената стопилка, съдържаща 99,8-99,7% нитрат, преминава филтър 21 при 175 °C и се подава от центробежна потопяема помпа 20 в резервоар под налягане 5 и след това в правоъгълна метална гранулираща кула 16 с дължина 11 m, a ширина 8 m и височина от върха до конуса 52,8 m.

В горната част на кулата има гранулатори 7 и 8; В долната част на кулата се подава въздух, който охлажда капките нитрат, които се превръщат в гранули. Височината на падане на нитратните частици е 50-55м. Конструкцията на гранулаторите осигурява производството на гранули с еднакъв гранулометричен състав с минимално съдържание на малки гранули, което намалява улавянето на прах от кулата по въздух. Температурата на гранулите на изхода от кулата е 90-110°C, така че те се изпращат за охлаждане в апарата с кипящ слой 15. Апаратът с кипящ слой е правоъгълен апарат с три секции и оборудван с решетка с отвори. Под решетката се подава въздух от вентилатори, които създават кипящ слой от нитратни гранули с височина 100-150 mm, които се подават по конвейер от кулата за гранулиране. Гранулите се охлаждат интензивно до температура 40°C (но не по-висока от 50°C), съответстваща на условията за съществуване на модификация IV. Ако температурата на охлаждащия въздух е под 15°C, тогава преди да влезе в апарата с кипящ слой, въздухът се нагрява в топлообменник до 20°C. IN студен периодПо всяко време могат да работят 1-2 секции.

Въздухът от апарат 15 влиза в кулата за гранулиране, за да образува гранули и да ги охлади.

Гранулите от амониев нитрат от апарата с кипящ слой се подават от конвейер 14 за обработка с повърхностноактивно вещество във въртящ се барабан 11. Тук гранулите се напръскват със спрей от 40% воден разтвордисперсант NF. След това селитрата преминава през електромагнитен сепаратор за отделяне на случайно попаднали метални предмети и се изпраща в бункер, а след това за претегляне и опаковане в хартиени или найлонови торби. Чувалите се транспортират по конвейер за товарене във вагони или в склад.

Въздухът, напускащ горната част на гранулиращата кула, е замърсен с частици амониев нитрат, а соковата пара от неутрализатора и пара-въздушната смес от изпарителя съдържа нереагирали амоняк и азотна киселина и частици от увлечен амониев нитрат. За почистване в горната част на кулата за гранулиране са монтирани шест паралелно работещи дискови скрубери 10, напоени с 20-30% разтвор на амониев нитрат, който се подава от помпа 18 от резервоара. Част от този разтвор се отвежда в неутрализатора на ITN за промиване на сокова пара, след което се смесва с разтвора на амониев нитрат и следователно влиза в производството.

Част от разтвора (20-30%) непрекъснато се изтегля от цикъла, така че цикълът се изчерпва и се допълва чрез добавяне на вода. На изхода на всеки скрубер е монтиран вентилатор 9 с производителност 100 000 m 3 /h, който засмуква въздух от кулата за гранулиране и го изхвърля в атмосферата.