Физико химические основы производства аммиачной селитры. Обзор технологий производства аммиачной селитры

Переработка полимеров

Важнейшая особенность новых материалов получаемых на основе различных полимеров,- сравнительная простота их превращения в готовые изделия в стадии вязкотекучего состояния, в которой наиболее резко проявляются их пластические свойства. Эта способность легко формироваться (в определенных условиях, так или иначе связанных с нагревом), а затем при обыкновенной температуре стойко сохранять приобретенную форму и дала пластическим массам их название.

С точки зрения переработки полимеров их можно (впрочем, весьма условно) разделить на две основные группы: термопласты, к которым относятся материалы, меняющие под влиянием нагревания только свою пластичность, но сохраняющие структуру, и термореактивные пластики, в которых под действием нагревания линейные молекулы как бы сшиваются, образуя сложные пространственные конструкции.

К термопластам относятся почти все пластические массы, которые получаются сращиванием мономеров в длинные цепочки методом полимеризации. Назовем некоторые распространенные пластические массы этого рода. Среди них выделяется полиэтилен, или политен, который недаром именуют «королем пластиков». Если не считать пористых и пенообразных пластиков, политен - самая легкая пластическая масса. Его удельный вес мало отличается от удельного веса льда, что позволяет ему плавать на поверхности воды. Он исключительно стоек по отношению к щелочам и едким кислотам и при этом прочен, легко сгибается, не теряет гибкости даже при шестидесятиградусном морозе. Политен поддается сверлению, обточке, штамповке, - словом, любым видам обработки на тех станках, которые применяются для обработки металла. Нагретый до 115-120°, политен становится мягким и пластичным, и тогда прессованием или литьем под давлением из него можно изготовлять любых видов посуду - от флаконов для духов до огромных бутылей для кислот и щелочей. В нагретом виде политен легко поддается раскатке, в тонкие пленки, которые служат для завертывания продуктов, боящихся сырости. Сочетание прочности и упругости делает политен удобным материалом для изготовления бесшумных шестерен, вентиляционного оборудования и труб для химических заводов, клапанов, прокладок.

К распространенным термопластам относится также и поливинилхлорид (часто его не совсем правильно называют полихлорвинилом). На его основе изготовляются два основных вида пластических масс: жесткие целлулоидоподобного типа - так называемые винипласты и мягкие пластикаты.

Сюда же примыкают полистирол - ценный изолятор для высокочастотных устройств и специальной радиоаппаратуры, - напоминающий по внешнему виду бесцветное стекло, и полиметилметакрилат (органическое стекло).

К термопластам относятся пластические массы, изготовляемые из соответствующим образом переработанных природных полимеров (например, нитроцеллюлоза, получаемая обработкой хлопковой целлюлозы смесью азотной и серной кислот, и ацетилцеллюлоза), и, в виде исключения, полиамидные смолы, получаемые способом поликонденсации и так называемой «ступенчатой», или многократной, полимеризации.

Разница между этими основными группами материалов весьма значительна. Изделия из термопластов можно раздробить и вновь переработать. Для изготовления из них тех или иных изделий широко применяется литье под давлением. Изделие затвердевает в охлаждаемой пресс-форме в несколько секунд; в результате производительность современных литьевых машин очень велика: за сутки они могут выпустить от 15 до 40 тыс. изделий среднего размера и несколько сотен тысяч мелких.

С термореактивными материалами дело обстоит сложнее: после того как они отвердели, вернуть их в вязко-текучее состояние, при котором они могли бы снова стать пластичными, практически невозможно. Поэтому литье из них затруднено; их по большей части прессуют под нагревом, а образовавшиеся изделия выдерживают в форме столько времени, сколько необходимо, чтобы смола по всему сечению изделия перешла в неплавкое состояние. Зато изделие уже не требует охлаждения.

Хотя метод горячего прессования несколько менее производителен, чем литье под давлением, однако даже он во много раз быстрее обычных технологических процессов изготовления металлических изделий. Это обеспечивает огромный дополнительный выигрыш при замене пластическими массами металлов. Ведь многие сложные металлические изделия требуют для своей отделки длинного ряда производственных операций. Характерным примером может служить изготовление штампов, требующих длительных усилий наиболее квалифицированных инструментальщиков. В советской автомобильной промышленности сейчас применяют штампы, изготовленные из так называемых эпоксидных смол с соответствующим наполнителем. Они создаются с помощью одной основной операции - отливки и одной вспомогательной - зачистки отдельных, случайно образовавшихся неровностей. Промышленность вплотную подошла к разрешению проблемы формирования крупногабаритных изделий, например корпусов автомобилей, моторных лодок и т. д.

На примере пластической массы, получаемой способом ступенчатой полимеризации,- поликапролактама (так на языке химиков называется смола-капрон) - можно наглядно убедиться в том насколько условны границы, отделяющие на практике собственно пластические массы от синтетических волокон.

Смола капрон получается из лактама аминокапроновой кислоты - капролактама, которых в свою очередь добывается из фенола, бензола, фурфурола (весьма перспективного сырья, образующегося, в частности, при переработке сельскохозяйственных отходов) и ацетилена, получаемого при действии воды на карбид кальция. После окончания полимеризации поликапролактам выпускают из реактора через тонкую щель. При этом он застывает в виде ленты, которая затем размалывается в крошку. После дополнительной очистки от остатков мономера и получается нужная нам полиамидная смола. Из этой смолы, температура плавления которой достаточно высока (216-218°), изготовляют пароходные винты, вкладыши для подшипников, машинные шестерни и т. п. Но самое широкое применение полиамидные смолы находят при получении нитей, из которых делают негниющие рыболовные сети, капроновые и нейлоновые чулки и т. д.

Нити формируются из расплава смолы, который проходит через небольшие отверстия, образуя струйки, застывающие при охлаждении в элементарные нити. Несколько элементарных нитей соединяются в одну и подвергаются кручению и вытяжке.

Химия оказывается наиболее надежной союзницей такого решающего фактора промышленного прогресса, как автоматизация. Химическая технология в силу важнейшей своей особенности, особо подчеркнутой в докладе Н. С. Хрущева на XXI съезде КПСС, а именно непрерывности, - наиболее эффективный и желанный объект для автоматизации. Если учесть, вдобавок, что химическое производство в основных своих направлениях - это производство многотоннажное и массовое, то можно отчетливо представить себе, какие необъятные источники сбережения труда и расширения производства заключает в себе химия, особенно химия и технология полимеров.

Распознавая глубокие связи между строением важнейших технических материалов-полимеров и их свойствами и научившись «конструировать» полимерные материалы по своеобразным «химическим чертежам», ученые-химики могут смело сказать: «Век материалов неограниченного выбора начался».

Применение удобрений

Перед социалистическим сельским хозяйством стоит задача создать в нашей стране изобилие продуктов питания и в полной мере обеспечить промышленность сырьем.

В предстоящие годы намного увеличится производство зерновых продуктов, сахарной свеклы, картофеля, технических культур, плодов, овощей, кормовых растений. Намного возрастет производство основных продуктов животноводства: мяса, молока, шерсти и др.

В этой борьбе за изобилие продуктов питания химии принадлежит огромная роль.

Существует два пути увеличения производства сельскохозяйственных продуктов: во-первых, за счет расширения посевных площадей; во-вторых, за счет повышения урожайности на уже обрабатываемых земельных массивах. Тут-то химия и приходит на помощь сельскому хозяйству.

Удобрения не только увеличивают количество, но и улучшают качество выращиваемых с их помощью сельскохозяйственных культур. Они повышают содержание сахара в свекле и крахмала в картофеле, увеличивают прочность волокон льна и хлопка и т. п. Удобрения усиливают сопротивляемость растений болезням, засухе и холоду.

Нашему сельскому хозяйству в ближайшие годы потребуется очень много удобрений минеральных и органических. Минеральные удобрения оно получает от химической промышленности. Кроме различных минеральных удобрений, химическая промышленность дает сельскому хозяйству ядохимикаты для борьбы с вредными насекомыми, болезнями растений и сорной растительностью,- гербициды, а также средства регулирования роста и плодоношения - стимуляторы роста, средства для предуборочного опадения листьев хлопчатника и др. (подробнее об их применении и действии рассказывается в т. 4 ДЭ).

Какие бывают удобрения

Применяемые в сельском хозяйстве удобрения делятся на две основные группы: органические и минеральные. К органическим удобрениям относятся: навоз, торф, зеленое удобрение (растения, усваивающие азот воздуха) и различные компосты. В состав их, помимо минеральных веществ, входят и органические вещества.

В нашей стране производятся также комплексные, или многосторонние, удобрения. Они содержат в своем составе не один, а два или три элемента питания. Значительно развивается применение в сельском хозяйстве и микроудобрений. В их состав входят бор, медь, марганец, молибден, цинк и другие элементы, небольшие количества которых (несколько килограммов на гектар) необходимы для развития и плодоношения растений.

Кроме того, в сельском хозяйстве применяются еще так называемые косвенные удобрения: известь, гипс и т. п. Они изменяют свойства почв: устраняют вредную для растений кислотность, усиливают деятельность полезных микроорганизмов, переводят в более доступную для растений форму питательные вещества, заключенные в самой почве, и т. п.

АЗОТНЫЕ УДОБРЕНИЯ

Исходным веществом для производства большинства азотных удобрений служит аммиак. Его получают синтезом из азота и водорода или в качестве побочного (попутного) продукта при коксовании углей и торфа.

Наиболее распространенные азотные удобрения - аммиачная селитра, сульфат аммония, кальциевая селитра, натриевая селитра, мочевина, жидкие азотные удобрения (жидкий аммиак, аммиакаты, аммиачная вода).

Эти удобрения отличаются друг от друга формой соединений азота. В одних азот содержится в форме аммиака. Это - аммиачные удобрения. К ним относится сульфат аммония. В других азот находится в нитратной форме, т. е. в виде солей азотной кислоты. Это - нитратные удобрения. К ним относятся натриевая селитра и кальциевая селитра. В аммиачной селитре азот содержится одновременно и в нитратной, и в аммиачной форме. В мочевине азот содержится в виде амидного соединения.

Нитратные формы азотных удобрений легко растворимы в воде, не поглощаются почвой и легко вымываются из нее. Они усваиваются растениями быстрее, чем другие формы азотных соединений.

Аммиачные удобрения также легко растворяются в воде и хорошо усваиваются растениями, но действуют они медленнее, чем нитратные. Аммиак хорошо поглощается почвой и слабо вымывается из нее. Поэтому аммиачные удобрения дольше обеспечивают растения азотным питанием. Они и дешевле. В этом их преимущество перед нитратными удобрениями.

Как производится аммиачная селитра

Аммиачная селитра - одно из наиболее распространенных удобрений.

Аммиачную селитру (иначе - азотнокислый аммоний) получают на заводах из азотной кислоты и аммиака путем химического взаимодействия этих соединений.

Процесс производства состоит из следующих стадий:

1. Нейтрализация азотной кислоты газообразным аммиаком.
2. Упаривание раствора азотнокислого аммония.
3. Кристаллизация азотнокислого аммония.
4. Сушка соли.

На рисунке дана в упрощенном виде технологическая схема производства аммиачной селитры. Как же протекает этот процесс?

Исходное сырье - газообразный аммиак и азотная кислота (водный раствор) - поступает в нейтрализатор. Здесь в результате химического взаимодействия обоих веществ происходит бурная реакция с выделением большого количества тепла. При этом часть воды испаряется, и образующийся водяной пар (так называемый соковый пар) через ловушку отводится наружу.

Неполностью упаренный раствор азотнокислого аммония поступает из нейтрализатора в следующий аппарат - донейтрализатор. В нем после добавки водного раствора аммиака заканчивается процесс нейтрализации азотной кислоты.

Из донейтрализатора раствор азотнокислого аммония перекачивается в выпарной аппарат - непрерывно действующий вакуум-аппарат. Раствор в таких аппаратах выпаривается при пониженном давлении, в данном случае - при давлении 160-200 мм рт. ст. Тепло для упаривания передается раствору через стенки трубок, обогреваемых паром.

Упаривание ведется до тех пор, пока концентрация раствора не достигнет 98%. После этого раствор идет на кристаллизацию.

По одному способу кристаллизация азотнокислого аммония происходит на поверхности барабана, который изнутри охлаждается. Барабан вращается, на поверхности его образуется корка кристаллизующегося азотнокислого аммония толщиной до 2 мм. Корка срезается ножом и по желобу направляется на сушку.

Сушат аммиачную селитру горячим воздухом во вращающихся сушильных барабанах при температуре 120°. После сушки готовый продукт отправляют на упаковку. Аммиачная селитра содержит 34-35% азота. Чтобы уменьшить слеживаемость, в ее состав при производстве вводят различные добавки.

Аммиачная селитра выпускается заводами в гранулированном виде и в виде чешуек. Чешуйчатая селитра сильно поглощает влагу из воздуха, поэтому при хранении она расплывается и теряет рассыпчатость. Гранулированная аммиачная селитра имеет вид зерен (гранул).

Гранулирование аммиачной селитры большей частью производится в башнях (см. рисунок). Упаренный раствор азотнокислого аммония - плав - разбрызгивается при помощи центрифуги, укрепленной в потолке башни.

Плав непрерывной струей вливается во вращающийся дырчатый барабан центрифуги. Проходя через отверстия барабана, брызги превращаются в шарики соответствующего диаметра и во время падения вниз затвердевают.

Гранулированная аммиачная селитра обладает хорошими физическими свойствами, не слеживается при хранении, хорошо рассеивается в поле и медленно поглощает влагу из воздуха.

Сульфат аммония - (иначе - сернокислый аммоний) содержит 21 % азота. Большую часть сульфата аммония выпускает коксохимическая промышленность.

В предстоящие годы большое развитие получит производство наиболее концентрированного азотного удобрения - карбамида, или мочевины, которая содержит 46% азота.

Мочевину получают под высоким давлением синтезом из аммиака и углекислоты. Ее применяют не только как удобрение, но и для подкормки скота (дополняют белковое питание) и как полупродукт для производства пластмасс.

Большое значение имеют и жидкие азотные удобрения - жидкий аммиак, аммиакаты и аммиачная вода.

Жидкий аммиак получают из газообразного аммиака путем сжижения под высоким давлением. В нем содержится 82% азота. Аммиакаты представляют собой растворы аммиачной селитры, кальциевой селитры или мочевины в жидком аммиаке с небольшой добавкой воды. В них содержится до 37% азота. Аммиачная вода - водный раствор аммиака. В ней 20% азота. По своему действию на урожай жидкие азотные удобрения не уступают твердым. А производство их обходится намного дешевле, чем твердых, так как отпадают операции по упариванию раствора, сушке и гранулированию. Из трех видов жидкого азотного удобрения наибольшее распространение получила аммиачная вода. Разумеется, внесение жидких удобрений в почву, а также их хранение и транспортировка требуют специальных машин и оборудования.

Технологический процесс производства нитрата аммония состоит из следующих основных стадий: нейтрализация азотной кислоты газообразным аммиаком, выпаривание раствора нитрата аммония, кристаллизация и гранулирование плава.

Газообразный аммиак из подогревателя 1 и азотная кислота из подогревателя 2 при температуре 80-90 0 С поступают в аппарат ИТП 3. Для уменьшения потерь аммиака вместе с паром реакцию ведут в избытке кислоты. Раствор нитрата аммония из аппарата 3 нейтрализуется в донейтрализаторе 4 аммиаком и поступает на упаривание в выпарной аппарат 5. Полученный плав, содержащий 99,7-99,8% селитры при температуре 175 0С проходит фильтр 21 насосом 20 подается в напорный бак 6, а затем в прямоугольную грануляционную башню 16.

Рис.5.1. Технологическая схема производства аммиачной селитры.

1- подогреватель аммиака, 2- подогреватель азотной кислоты, 3- аппарат ИТН (с использованием теплоты нейтрализации), 4- донейтрализатор, 5- выпарной аппарат, 6- напорный бак, 7,8- грануляторы, 9,23- вентиляторы, 10- промывной скруббер, 11- барабан, 12,14- транспортеры, 13- элеватор, 15- аппарат кипящего слоя, 16- грануляционная башня, 17- сборник, 18,20- насосы, 19- бак для плава, 21- фильтр для плава, 22- подогреватель воздуха.

В верхней части башни расположены грануляторы 7 и 8, в нижнюю часть которых подают воздух, охлаждающий падающие сверху капли селитры. Во время падения капель селитры с высоты 50-55 метров при обтекании их потоком воздуха образуются гранулы, которые охлаждают в аппарате кипящего слоя 15. Это прямоугольный аппарат, имеющий три секции и решетку с отверстиями. Под решетку вентиляторами подают воздух. Создается псевдоожиженный слой гранул селитры, поступающих по транспортеру из грануляционной башни. Воздух после охлаждения попадает в грануляционную башню.

Гранулы аммиачной селитры транспортером 14 подадают на обработку поверхностно-активными веществами во вращающейся барабан 11. Затем готовое удобрение транспортером 12 направляют на упаковку.

Воздух, выходящий из грануляционной башни, загрязнен нитратом аммония, а соковый пар из нейтрализатора содержит нерореагировавший аммиак и азотную кислоту, а также частицы унесенной аммиачной селитры. Для очистки этих потоков в верхней части грануляционной башни расположены шесть параллельно работающих промывных скрубберов тарельчатого типа 10, орошаемых 20-30% раствором селитры, которая подается насосом 18 из сборника 17. Часть этого раствора отводится в нейтрализатор ИТН для промывки сокового пара, а затем подмешивается к раствору селитры, и, следовательно, используется для выработки продукции. Очищенный воздух отсасывается из грануляционной башни вентилятором 9 и выбрасывается в атмосферу.

Аммиачная селитра, или нитрат аммония, NH 4 NO 3 - кристаллическое вещество белого цвета, содержащее 35% азота в аммонийной и нитратной формах, обе формы азота легко усваиваются растениями. Гранулированную аммиачную селитру применяют в больших масштабах перед посевом и для всех видов подкормок. В меньших масштабах ее используют для производства взрывчатых веществ.

Аммиачная селитра хорошо растворяется в воде и обладает большой гигроскопичностью (способностью поглощать влагу из воздуха), что является причиной того, что гранулы удобрения расплываются, теряют свою кристаллическую форму, происходит слеживание удобрений - сыпучий материал превращается в твердую монолитную массу.

Принципиальная схема производства нитрата аммония

Для получения практически неслеживающейся аммиачной селитры применяют ряд технологических приемов. Эффективным средством уменьшения скорости поглощения влаги гигроскопичными солями является их гранулирование. Суммарная поверхность однородных гранул меньше поверхности такого же количества мелкокристаллической соли, поэтому гранулированные удобрения медленнее поглощают влагу из

В качестве аналогично действующих добавок применяют также фосфаты аммония, хлорид калия, нитрат магния. В основе процесса производства аммиачной селитры лежит гетерогенная реакция взаимодействия газообразного аммиака с раствором азотной кислоты:

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

Химическая реакция протекает с большой скоростью; в промышленном реакторе она лимитируется растворением газа в жидкости. Для уменьшения диффузионного торможения большое значение имеет перемешивание реагентов.

Технологический процесс производства аммиачной селитры включает кроме стадии нейтрализации азотной кислоты аммиаком также стадии упаривания раствора селитры, гранулирования плава, охлаждения гранул, обработки гранул поверхностно-активными веществами, упаковки, хранения и погрузки селитры, очистки газовых выбросов и сточных вод. На рис. 8.8 приведена схема современного крупнотоннажного агрегата по производству аммиачной селитры АС-72 мощностью 1360 т/сут. Исходная 58-60%-ная азотная кислота подогревается в подогревателе до 70 - 80°С соковым паром из аппарата ИТН 3 и подается на нейтрализацию. Перед аппаратами 3 к азотной кислоте добавляют фосфорную и серную кислоты в таких количествах, чтобы в готовом продукте содержалась 0,3-0,5% Р 2 О 5 и 0,05-0,2% суль- фата аммония. В агрегате установлены два аппарата ИТН, работающие параллельно. Кроме азотной кислоты в них подают газообразный аммиак, предварительно нагретый в подогревателе 2 паровым конденсатом до 120- 130°С. Количества подаваемых азотной кислоты и аммиака регули- руют таким образом, чтобы на выходе из аппарата ИТН раствор имел небольшой избыток кислоты (2-5 г/л), обеспечивающий полноту поглощения аммиака.

В нижней части аппарата происходит реакция нейтрализации при температуре 155-170°С; при этом получается концентрированный раствор, содержащий 91-92% NH 4 NO 3 . В верхней части аппарата водяные пары (так называемый соковый пар) отмываются от брызг аммиачной селитры и паров азотной кислоты. Часть теплоты сокового пара используется на подогрев азотной кислоты. Затем соковый пар направляют на очистку и выбрасывают в атмосферу.

Рис.8.8.Схема агрегата аммиачной селитры АС-72:

1 – подогреватель кислоты; 2 – подогреватель аммиака; 3 –аппараты ИТН; 4 – донейтрализатор; 5 –выпарной аппарат; 6 – напорный бак; 7,8 – грануляторы; 9,23 – вентиляторы; 10 – промывной скруббер; 11 – барабан; 12,14 – транспортеры; 13 –элеватор; 15 – аппарат кипящего слоя; 16 –грануляционная башня; 17 – сборник; 18, 20 – насосы; 19 – бак для плава; 21 –фильтр для плава; 22 – подогреватель воздуха.

Кислый раствор аммиачной селитры направляют в донейтрализатор 4; куда поступает аммиак, необходимый для взаимодействия с оставшейся азотной кислотой. Затем раствор подают в выпарной аппарат 5. Полученный плав, содержащий 99,7-99,8% селитры, при 175°С проходит фильтр 21 и центробежным погружным насосом 20 подается в напорный бак 6, а затем в прямоугольную металлическую грануляционную башню 16.

В верхней части башни расположены грануляторы 7 и 8, в нижнюю часть которых подают воздух, охлаждающий падающие сверху капли селитры. Во время падения капель селитры с высоты 50-55 м при обтекании их потоком воздуха образуются гранулы удобрения. Температура гранул на выходе из башни равна 90-110°С; горячие гранулы охлаждают в аппарате кипящего слоя 15. Это прямоугольный аппарат, имеющий три секции и снабженный решеткой с отверстиями. Под решетку вентиляторами подают воздух; при этом создается псевдоожиженный слой гранул селитры, поступающих по транспортеру из грануляционной башни. Воздух после охлаждения попадает в грануляционную башню. Гранулы аммиачной селитры транспортером 14 подают на обработку поверхностно-активными веществами во вращающийся барабан. Затем готовое удобрение транспортером 12 направляют на упаковку.

Воздух, выходящий из грануляционной башни, загрязнен частицами аммиачной селитры, а соковый пар из нейтрализатора и паровоздушная смесь из выпарного аппарата содержат непрореагировавший аммиак и азотную кислоту, а также частицы унесенной аммиачной селитры.

Для очистки этих потоков в верхней части грануляционной башни расположены шесть параллельно работающих промывных скрубберов тарельчатого типа 10, орошаемых 20-30%-ным раствором аммиачной селитры, которая подается насосом 18 из сборника 17. Часть этого раствора отводится в нейтрализатор ИТН для промывки сокового пара, а затем подмешивается к раствору селитры, и, следовательно, используется для выработкой продукции. Очищенный воздух отсасывается из грануляционной башни вентилятором 9 и выбрасывается в атмосферу.

Производство карбамида

Карбамид (мочевина) среди азотных удобрений занимает второе место по объему производства после аммиачной селитры. Рост производства карбамида обусловлен широкой сферой его применения в сельском хозяйстве. Он обладает большей устойчивостью к выщелачиванию по сравнению с другими азотными удобрениями, т. е. менее подвержен вымыванию из почвы, менее гигроскопичен, может применяться не только как удобрение, но и в качестве добавки к корму крупного рогатого скота. Карбамид, кроме того, широко используется для получения сложных удобрений, удобрений с регулируемым сроком действия, а также для получения пластмасс, клеев, лаков и покрытий. Карбамид CO(NH 2) 2 - белое кристаллическое вещество, содержащее 46,6% азота. Его получение основано на реакции взаимодействия аммиака с диоксидом углерода:

2NH 3 + CO 2 ↔ CO(NH 2) 2 + H 2 O; ΔН = -110.1 кДж (1)

Таким образом, сырьем для производства карбамида служат аммиак и диоксид углерода, получаемый в качестве побочного продукта при производстве технологического газа для синтеза аммиака. Поэтому производство карбамида на химических заводах обычно комбинируют с производством аммиака. Реакция (I) - суммарная; она протекает в две стадии. На первой стадии происходит синтез карбамата:

2NH 3 (г) + CO2(г) ↔ NH 2 СООNH 4 (ж); ΔН = –125,6кДж (2)

На второй стадии протекает эндотермический процесс отщепления воды от молекул карбамата, в результате которого и происходит образование карбамида:

NH 2 СООNH 4 (ж) ↔ CO(NH 2) 2 (ж) + H2O (ж) ; ΔН =15,5кДж (3) Реакция образования карбамата аммония - обратимая экзотермическая реакция, протекающая с уменьшением объема. Для смещения равновесия в сторону продукта ее необходимо проводить при повышенном давлении. Для того чтобы процесс протекал с достаточно высокой скоростью, необходимы повышенные температуры. Повышение давления компенсирует отрицательное влияние высоких температур на смещение равновесия реакции в обратную сторону. На практике синтез карбамида проводят при температурах 150-190°С и давлении 15-20 МПа. В этих условиях реакция протекает с высокой скоростью и практически до конца. Разложение карбамата аммония - обратимая эндотермическая реакция, интенсивно протекающая в жидкой фазе. Чтобы в реакторе не происходило кристаллизации твердых продуктов, процесс необходимо вести при температурах не ниже 98°С [эвтектическая точка для системы CO(NH 2) 2 - NH 2 COONH 4 ]. Более высокие температуры смещают равновесие реакции вправо и повышают ее скорость. Максимальная степень превращения карбамата в карбамид достигается при 220°С. Для смещения равновесия этой реакции вводят также избыток аммиака, который, связывая реакционную воду, удаляет ее из сферы реакции. Однако добиться полного превращения карбамата в карбамид все же не удается. Реакционная смесь помимо продуктов реакции (карбамида и воды) содержит также карбамат аммония и продукты его разложения - аммиак и СО 2 .

Для полного использования исходного сырья необходимо либо предусмотреть возвращение непрореагировавших аммиака и диоксида углерода, а также углеаммонийных солей (промежуточных продуктов реакции) в колонну синтеза, т. е. создание рецикла, либо отделение карбамида от реакционной смеси и направление оставшихся реагентов на другие производства, например на производство аммиачной селитры, т.е. проведение процесса по открытой схеме.

В последнем случае плав, выходящий из колонны синтеза, дросселируют до атмосферного давления; равновесие реакции (2) при температурах 140-150°С практически полностью смещается влево и весь оставшийся карбамат разлагается. В жидкой фазе остается водный раствор карбамида, который упаривают и направляют на грануляцию. Рецикл образовавшихся газообразных аммиака и диоксида углерода в колонну синтеза потребовал бы их сжатия в компрессоре до давления синтеза карбамида. Это сопряжено с техническими трудностями, связанными с возможностью образования карбамата при низких температурах и высоком давлении уже в компрессоре и забивки машин и тру- бопроводов твердыми частицами.

Поэтому в закрытых схемах (схемах с рециркуляцией) обычно применяют только жидкостной рецикл. Существует ряд технологических схем с жидкостным рециклом. К числу наиболее прогрессивных принадлежат так называемые схемы с полным жидкостным рециклом и с применением стриппинг-процесса. Стриппинг (отдувка) заключается в том, что разложение карбамата аммония в плаве после колонны синтеза ведут при давлении, близком к давлению на стадии синтеза, продувкой плава сжатым СО 2 или сжатым аммиаком. В этих условиях диссоциация карбамата аммония происходит за счет того, что при продувке плава диоксидом углерода резко снижается парциальное давление аммиака и происходит смещение равновесия реакции (2) влево. Такой процесс отличается использованием теплоты реакции образования карбамата и более низким расходом энергии.

На рис.8.9. приведена упрощенная схема крупнотоннажного агрегата синтеза карбамида с жидкостным рециклом и применением стриппинг-процесса. В ней можно выделить узел высокого давления, узел низкого давления и систему грануляции. Водный раствор карбамата аммония и углеаммонийных солей, а также аммиак и диоксид углерода поступают в нижнюю часть колонны синтеза 1 из конденсатора высокого давления 4. В колонне синтеза при температуре 170-190°С и давлении 13-15 МПа заканчивается образование карбамата и протекает реакция синтеза карбамида. Расход реагентов подбирают таким образом, чтобы в реакторе молярное отношение NH 3: СО 2 составляло 2,8-2,9. Жидкая реакционная смесь (плав) из колонны синтеза карбамида поступает в отдувочную колонну 5, где стекает по трубкам вниз. Противотоком к плаву подают сжатый в компрессоре до давления 13- 15 МПа диоксид углерода, к которому для образования пассивирующей пленки и уменьшения коррозии оборудования добавлен воздух в количестве, обеспечивающем в смеси концентрацию кислорода 0,5-0,8%. Отдувочная колонна обогревается водяным паром. Парогазовая смесь из колонны 5, содержащая свежий диоксид углерода, поступает в конденсатор высокого давления 4. В него же вводят жидкий аммиак. Он одновременно служит рабочим потоком в инжекторе 3, подающем в конденсатор раствор углеаммонийных солей из скруббера 2 и при необходимости часть

Рис.8.9. Упрощенная технологическая схема получения карбамида с полным жидкостным рециклом и применением процесса стриппинга:

1 – колонна синтеза карбамида; 2 – скруббер высокого давления; 3 –инжектор; 4 – карбаматный конденсатор высокоого давления; 5 –отдувочная колонна; 6 – насосы; 7 –конденсатор низкого давления; 8 – ректификационная колонна низкого давления; 9 –подогреватель; 10 – сборник; 11 –выпарной аппарат; 12 – грануляционная башня.

плава из колонны синтеза. В конденсаторе образуется карбамат. Выделяющуюся при реакции теплоту используют для получения водяного пара.

Из верхней части колонны синтеза непрерывно выходят непрореагировавшие газы, поступающие в скруббер высокого давления 2, в котором большая часть их конденсируется за счет водного охлаждения, образуя водный раствор карбамата и углеаммонийных солей. Водный раствор карбамида, выходящий из отдувочной колонны 5, содержит 4-5% карбамата. Для окончательного его разложения раствор дросселируют до давления 0,3-0,6 МПа и затем направляют в верхнюю часть ректификационной колонны 8. Жидкая фаза стекает в колонне вниз по насадке противотоком к парогазовой смеси, поднимающейся снизу вверх; из верхней части колонны выходят NH 3 , CO 2 и водяные пары. Водяные пары конденсируются в конденсаторе низкого давления 7, при этом растворяется основная часть аммиака и диоксида углерода. Полученный раствор направляют в скруббер 2. Окончательная очистка газов, выбрасываемых в атмосферу, производится абсорбционными методами (на схеме не показана).

70%-ный водный раствор карбамида, выходящий из нижней части ректификационной колонны 8, отделяют от парогазовой смеси и направляют после снижения давления до атмосферного сначала на выпарку, а затем на грануляцию. Перед распылением плава в грануляционной башне 12 к нему добавляют кондиционирующие добавки, например мочевиноформальдегидную смолу, чтобы получить неслеживающееся удобрение, не портящееся при хранении.

Принципиальная схема с полным рециклом

Введение

Важнейшим видом минеральных удобрений являются азотные: аммиачная селитра, карбамид, сульфат аммония, водные растворы аммиака и др. Азоту принадлежит исключительно важная роль в жизнедеятельности растений: он входит в состав хлорофилла, являющегося акцептором солнечной энергии, и белка, необходимого для построения живой клетки. Растения могут потреблять только связанный азот - в форме нитратов, солей аммония или амидов. Сравнительно небольшие количества связанного азота образуются из атмосферного за счет деятельности почвенных микроорганизмов. Однако современное интенсивное земледелие уже не может существовать без дополнительного внесения в почву азотных удобрений, полученных в результате промышленного связывания атмосферного азота.

Азотные удобрения отличаются друг от друга по содержанию в них азота, по форме соединений азота (нитратные, аммонийные, амидные), фазовому состоянию (твердые и жидкие), различают также физиологически кислые и физиологически щелочные удобрения.

Производство аммиачной селитры

Аммиачная селитра, или нитрат аммония, NН4NО3 - кристаллическое вещество белого цвета, содержащее 35% азота в аммонийной и нитратной формах , обе формы азота легко усваиваются растениями. Гранулированную аммиачную селитру применяют в больших масштабах перед посевом и для всех видов подкормок. В меньших масштабах ее используют для производства взрывчатых веществ.

Аммиачная селитра хорошо растворяется в воде и обладает большой гигроскопичностью (способностью поглощать влагу из воздуха). Это является причиной того, что гранулы удобрения расплываются, теряют свою кристаллическую форму, происходит слеживание удобрений- сыпучий материал превращается в твердую монолитную массу.

Аммиачную селитру выпускают трех видов:

А и В- используют в промышленности; применяют во взрывчатых смесях (аммонитах, аммониалах)

В- эффективное и наиболее распространенное азотное удобрение, содержащее около 33-34% азота; обладает физиологической кислотностью.

Исходное сырьё

Исходным сырьем в производстве аммиачной селитры является аммиак и азотная кислота.

Азотная кислота . Чистая азотная кислота HNO

-бесцветная жидкость плотностью 1,51 г/см при - 42 С застывающая в прозрачную кристаллическую массу. На воздухе она, подобно конц нтрированной соляной кислоте, «дымит», так как пары ее образуют с влагой воздуха мелкие капельки тумана. Азотная кислота не отличается прочностью Уже под влиянием света она постепенно разлагается:

Чем выше температура и чем концентрированнее кислота, тем быстрее и ет разложение. Выделяющийся диоксид азота растворяется в кислоте и придает ей бурую окраску.

Азотная кислота принадлежит к числу наиболее сильных кислот; в разбавленных растворах она полностью распадается на ионы

и- Азотная кислота - одно из важнейших соединений азота: в больших количествах она расходуется в произ одстве азотных удобрений, взрывчатых в ществ и органических красителей, служ т окислителем во многих химических процес ах, используется в производстве серной кислоты по нитрозному способу, применяется для изготовления целлюлозных лаков, кинопленки.

Промышленное получение азотной кислоты . Современные промышленные способы получения азотной кислоты основаны на каталитическом окислении аммиака кислородом воздуха. При« описании свойств аммиака было указано, что он горит в кислороде, причём продуктами реакции являются вода и свободный азот. Но в присутствии катализаторов - окисление аммиака кислородом может протекать иначе. Если пропускать смесь аммиака с воздухом над катализатором, то при 750 °С и определенном составе смеси происходит почти полное превращение

Образовавшийся

легко переходит в, который с водой в присутствии кислорода воздуха дает азотную кислоту.

В качестве катализаторов при окислении аммиака используют сплавы на основе платины.

Получаемая окислением аммиака азотная кислота имеет концентрацию, не превышающую 60%. При необходимости ее концентрируют,

Промышленностью выпускается разбавленная азотная кислота концентрацией 55, 47 и 45%, а концентрированная-98 и 97%, Концентрированную кислоту перевозят в алюминиевых цистернах, разбавленную - в цистернах из кислотоупорной стали.

Синтез аммиака

Аммиак - ключевой продукт различных азотсодержащих веществ, применяемых в промышленности и сельском хозяйстве. Д. Н. Прянишников назвал аммиак «альфой и омегой» в обмене азотистых веществ у растений.

На схеме показаны основные области применения аммиака. Состав аммиака был установлен К. Бертолле в 1784 г. Аммиак NНз - основание, умеренно сильный восстановительный агент и эффективный комплексообразователь по отношению к катионам, обладающим вакантными связывающими орбиталями.

Физико-химические основы процесса . Синтез аммиака из элементов осуществляется по уравнению реакции

N2+ЗН2 =2NНз; ∆H<0

Реакция обратимая, экзотермическая, характеризуется большим отрицательным энтальпийным эффектом (∆Н=-91,96 кДж/моль) и при высоких температурах становится еще более экзотермической (∆H=-112,86 кДж/моль). Согласно принципу Ле Шателье при нагревании равновесие смещается влево, в сторону уменьшения выхода аммиака. Изменение энтропии в данном случае тоже отрицательно и не благоприятствует протеканию реакции. При отрицательном значении ∆S повышение температуры уменьшает вероятность протекания реакции,

Реакция синтеза аммиака протекает с уменьшением объема. Согласно уравнению реакции 4 моль исходных газообразных реагентов образуют 2 моль газообразного продукта. Основываясь на принципе Л е Шателье, можно сделать вывод о том, что в условиях равновесия содержание аммиака в смеси будет больше при высоком давлении, чем при низком.

Характеристика целевого продукта

Физико-химические свойства Аммиачная селитра (нитрат аммония) NH4NO3 имеет молекулярную массу 80,043; чистый продукт - бесцветное кристаллическое вещество, содержащее 60% кислорода, 5% водорода и 35% азота (по 17,5% в аммиачной и нитратной формах). Технический продукт содержит не менее 34,0% азота.

Основные физико-химические свойства аммиачной селитры :

Аммиачная селитра в зависимостиот температуры существует в пяти кристаллических модификациях, термодинамически устойчивых при атмосферном давлении (табл.). Каждая модификация существует лишь в определенной области температур, и переход (полиморфный) из одной модификации в другую сопровождается изменениями кристаллической структуры, выделением (или поглощением) тепла, а также скачкообразным изменением удельного объема, теплоемкости, энтропии и т. д. Полиморфные переходы являются обратимыми - энантиотропными.

Таблица. Кристаллические модификации аммиачной селитры

Система NH4NO3-Н2О (рис. 11-2) относится к системам с простой эвтектикой. Эвтектической точке соответствует концентрация 42,4% МН4МОз и температура -16,9 °С. Левая ветвь диаграммы-линия ликвидуса воды отвечает условиям выделения льда в системе НН4МОз--Н20. Правая ветвь кривой ликвидуса - кривая растворимости МН4МОз в воде. Эта кривая имеет три точки перелома, соответствующие температурам модификационных переходов NH4NO3 1=11(125,8 °С), II=III (84,2 °С) и 111 =IV (32,2 "С). Температура плавления (кристаллизации) безводной аммиачной селитры равна 169,6 °С. Она понижается с увеличением влагосодержания соли.

Зависимость температуры кристаллизации NH4NO3 (Tкрист, "С) от содержания влаги {X, %) до 1,5% описывается уравнением:

tкрист == 169,6- 13,2x (11.6)

Зависимость температуры кристаллизации аммиачной селитры с добавкой сульфата аммония от содержания влаги {X, %) до 1,5% и сульфата аммония (У, %) до 3,0% выражается уравнением :

tкрист = 169,6- 13,2Х+2,ОУ. (11.7).

Аммиачная селитра растворяется в воде с поглощением тепла. Ниже приведены значения теплот растворения (Q раств) аммиачной селитры различной концентрации в воде при 25 °С :

C (NH4NO3)% масс 59,69 47.05 38,84 30,76 22,85 15,09 2,17

Qраств кДж/кг. -202,8 -225,82 -240,45 -256,13 -271,29 -287,49 -320,95

Аммиачная селитра хорошо растворима в воде, этиловом и метиловом спиртах, пиридине, ацетоне, жидком аммиаке.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Технологическая часть

1.4.1 Получение водного раствора аммиачной селитры концентрацией

Введение

В природе и в жизни человека азот имеет исключительно важное значение, он входит в состав белковых соединений, являющихся основой растительного и животного мира. Человек ежедневно потребляет 80-100 г. белка, что соответствует 12 - 17 г. азота.

Для нормального развития растений требуются многие химические элементы. Основными из них являются: углерод, кислород, азот, фосфор, магний, кальций, железо. Первые два элемента растения получают из воздуха и воды, остальные извлекают из почвы .

Особенно большая роль в минеральном питании растений принадлежат азоту, хотя его среднее содержание в растительной массе не превышает 1,5%. Без азота не может жить и нормально развиваться ни одно растение.

Азот является составной частью не только растительных белков, но и хлорофилла, с помощью которого растения под действием солнечной энергии усваивают углерод из находящегося в атмосфере диоксида углерода СО2 .

Природные соединения азота образуются в результате химических процессов разложения органических остатков при грозовых разрядах, а также биохимическим путем в результате деятельности в почве особых бактерий - азотобактера, непосредственно усваивающих азот из воздуха. Такой же способностью обладают клубеньковые бактерии, которые живут в корнях бобовых растений (горох, люцерна, бобы и др.).

Значительное количество азота, содержащегося в почве, ежегодно выносится с урожаем растительных культур, а часть теряется в результате вымывания азотосодержащих веществ грунтовыми и дождевыми водами. Поэтому для повышения урожайности сельскохозяйственных культур необходимо систематически пополнять запасы азота в почве путем внесения азотных удобрений. Под различные культуры в зависимости от характера почв, климатических и других условий требуется вносить различное количество азота.

В ассортименте азотных удобрений значительное место занимает аммиачная селитра. Производство которой в последние десятилетия увеличилось более чем на 30%.

Еще в начале ХХ столетия выдающийся ученый - агрохимик Прянишников Д.Н. назвал аммиачную селитру удобрением будущего. На Украине впервые в мире начали в огромных количествах применять аммиачную селитру в качестве удобрения под все технические культуры (хлопчатник, сахарную и кормовую свеклу, лен, кукурузу), а в последние годы и под овощные культуры. .

Аммиачная селитра имеет ряд преимуществ перед другими азотными удобрениями. Она содержит 34 - 34,5 % азота и в этом отношении уступает только карбамиду [(NH2)2CO], содержащему 46% азота. Аммиачная селитра NН4NО3 является универсальным азотным удобрением, так как одновременно содержит аммиачную группу NН4 и нитратную группу NО3 формы азота.

Весьма важно, что формы азота аммиачной селитры используется растениями в разное время. Аммонийный азот NН2, непосредственно участвует в синтезе белка, быстро усваивается растениями в период роста; нитратный азот NО3 усваивается относительно медленно, поэтому действует более продолжительное время.

Аммиачная селитра используется также в промышленности. Она входит в состав большой группы устойчивых в разных условиях аммиачно-селитренных взрывчатых веществ в качестве окислителя, разлагаясь в определенных условиях только на газообразные продукты. Таким взрывчатым веществом представляет собой смесь аммиачной селитры с тринитротолуолом и другими веществами. Аммиачная селитра обработанная гидрокарбонатной пленкой типа Fе(RСОО)3 RСООН, в больших количествах используется для взрывных работ в горнорудной промышленности, при строительстве дорог, гидротехнических и других крупных сооружениях.

Небольшое количество аммиачной селитры применяется для производства закиси азота, используемой в медицинской практике.

Наряду с увеличением объема производства аммиачной селитры путем строительства новых и модернизации действующих предприятий поставлена задача улучшить ее качество, т.е. получить готовый продукт со 100% рассыпчатостью. Это может быть достигнуто путем дальнейшего изыскания различных добавок, влияющих на процессы полимерных превращений, а также за счет использования доступных и дешевых ПАВ, обеспечивающих гидрофобизацию поверхности гранул и защищающих ее от воздействия атмосферной влаги - создание медленно действующей аммиачной селитры .

селитра производство гранула

1. Технологическая часть

1.1 Технико-экономическое обоснование, выбор места и точки строительства

Руководствуясь принципами рационального ведения хозяйства при выборе места строительства, учитываем близость сырьевой базы, топливо - энергетических ресурсов, близость потребителей выпускаемой продукции, наличие трудовых ресурсов, транспорта, равномерное размещение предприятий на территории страны. Исходя из приведенных принципов размещения предприятий, строительство проектируемого цеха гранулированной аммиачной селитры осуществляю в городе Ровно. Так как из сырья необходимого для производства аммиачной селитры, только природный газ используемый для производства синтетического аммиака, поставляется в город Ровно.

Источником водоснабжения служит бассейн реки Горынь. Энергия, потребляемая производством, вырабатывается Ровенской ТЭЦ. Кроме того, Ровно - крупный город с населением 270 тысяч человек, способный обеспечить проектируемый цех трудовыми ресурсами. Набор рабочей силы предусмотрено также производить из прилагаемых к городу районов. Инженерными кадрами цех обеспечивается выпускниками Львовского политехнического института, Днепропетровского политехнического института, Киевского политехнического института, рабочими кадрами цех будет обеспечен местными профессионально-техническими училищами.

Транспортировка готовой продукции потребителям будет производиться железнодорожным транспортом и автотранспортом.

О целесообразности строительства проектируемого цеха в городе Ровно свидетельствует и тот факт, что на территориях Ровенской, Волынской, Львовской областях с хорошо развитым сельским хозяйством являющимся основным потребителем продукции проектируемого цеха гранулированной аммиачной селитры, как минерального удобрения.

Следовательно, близость сырьевой базы, энергетических ресурсов, рынка сбыта, а также наличие рабочей силы, свидетельствует о целесообразности строительства проектируемого цеха в городе Ровно.

Близость крупной железнодорожной станции с большим разветвлением железнодорожных путей дает возможность дешево транспортировать

1.2 Выбор и обоснование способа производства

В промышленности широко применяется только метод получения аммиачной селитры из синтетического аммиака и разбавленной азотной кислоты.

Во многих производствах аммиачной селитры вместо ранее применяющихся, плохо работающих аппаратов, были внедрены специальные промыватели. В результате этого содержание в соковых парах аммиака или аммиачной селитры снизилось почти в три раза. Нейтрализаторы устаревших конструкций, имеющие низкую производительность (300 - 350 т/сутки), повышенные потери и недостаточный коэффициент использования тепла реакций были реконструированы. Большое количество маломощных горизонтальных выпарных аппаратов было заменено на вертикальные с падающей или сползающей пленкой, и на аппараты с большей теплообменной поверхностью, что позволило увеличить производительность выпарных стадий почти вдвое, уменьшить расход вторичного и свежего греющего пара в среднем на 20%.

В Украине и за рубежом твердо установлено, что только строительство агрегатов большой мощности, с использованием современных достижений науки и техники, может дать экономические преимущества по сравнению с действующими производствами аммиачной селитры.

Значительное количество аммиачной селитры на отдельных заводах производится из отходящих аммиакосодержащих газов систем карбамида с частичными жидкостными рециклами, где на одну тонну выпускаемого карбамида расходуется от 1 до 1,4 тонны аммиака. Из такого же количества аммиака модно выработать 4,5 - 6,4 тонны аммиачной селитры .

Способ получения аммиачной селитры из аммиакосодержащих газов отличается от способа ее получения из газообразного аммиака только на стадии нейтрализации.

В небольших количествах аммиачную селитру получают путем обменного разложения солей (конверсионные способы) по реакциям:

Са(NО3)2 + (NН4)2СО3 = 2NН4NО3 + vСаСО3 (1.1)

Мg(NО3)2 +(NН4)2СО3 = 2NН4NО3 + vМgСО3 (1.2)

Ва(NО3)2 +(NН4)2SО4 = 2NН4NО3 + vВаSО4 (1.3)

Эти способы получения аммиачной селитры основываются на выпадении одной из образующихся солей в осадок. Все способы получения аммиачной селитры обменным разложением солей сложны, связаны с большим расходом пара и потерей связанного азота. Их обычно применяют в промышленности только в случае необходимости утилизации соединений азота, получаемых как побочные продукты.

Несмотря на относительную простоту технологического процесса получения аммиачной селитры схемы ее производства за рубежом имеют существенные различия, отличающиеся друг от друга как по виду добавок и способу их приготовления, так и по способу гранулирования плава.

Способ «Нукло» (США).

Особенностью этого способа производства гранулированной аммиачной селитры является добавление к высококонцентрированном плаву (99,8% нитрата аммония перед его грануляцией в башне, около 2% специальной добавки, получившей название «Нукло». Она представляет собой тонкоизмельченный сухой порошок бетонированной глины с размером частиц не более 0,04 мм .

Способ «Нитро - ток».

Этот процесс разработан английской фирмой «Файзоне». Основное отличие этого способа от других состоит в том, что капли плава аммиачной селитры одновременно охлаждаются, гранулируются и опудриваются сначала в облаке пыли опудривающей добавки, а затем в псевдоожиженном слое этой же добавки .

Способ фирмы «Ай - Си - Ай» (Англия).

Этот способ получения аммиачной селитры отличается тем, что в качестве добавки, улучшающей физико-химические свойства готового продукта, применяется раствор нитрата магния, что позволяет получить продукт высокого качества из плава нитрата аммония, Содержащего до 0,7% воды .

Безупарочный способ производства аммиачной селитры был взят в 1951 году в США «Штенгелем патент» позже реализуемый в промышленности. Сущность способа заключается в том, что подогретая 59%-ная азотная кислота нейтрализуется подогретым газовым аммиаком в небольшом объеме под давлением 0,34 МПа.

Кроме описанных схем выше за рубежом имеется много других схем производства аммиачной селитры, однако они мало отличаются друг от друга.

Следует отметить, что в отличии от работающих и строящихся цехов в Украине и ближнем зарубежье, во всех зарубежных установках продукт после грануляционной башни проходит стадию рассева и опудривания, что способствует улучшению качества товарного продукта, но существенно усложняет технологическую схему. На отечественных установках отсутствие операции рассева продукта компенсируется более совершенной конструкцией грануляторов, дающих продукт с минимальным содержанием фракции менее 1 мм. Громоздкие вращающиеся барабаны для охлаждения гранул, широко использованные за рубежом, в Украине не применяются и заменены аппаратами для охлаждения в псевдоожиженном слое .

Производство гранулированной аммиачной селитры в цехе характеризуется: получением продукта высокого качества, высоким коэффициентом использования тепла нейтрализации, применение одноступенчатой выпарки с «сползающей пленкой», максимальным использованием отходов, путем возвращения их в процесс, высоким уровнем механизации, хранения и погрузки продукции. Это достаточно высокий уровень производства.

1.3 Характеристика сырья и готового продукта

Для производства аммиачной селитры применяется 100%-ный аммиак и разбавленная азотная кислота НNО3 концентрацией 55 - 56%.

Аммиак NН3 - бесцветный газ с резким специфическим запахом.

Реакционноспособное вещество, вступающее в реакции присоединения, замещения и окисления.

Хорошо растворим в воде.

Плотность по воздуху при температуре 0°С и давлении 0,1 МПа - 0,597.

Предельно допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны производственных помещений 20 мг/м3, в воздухе населенных мест 0,2 мг/м3.

Из смеси с воздухом аммиак образует взрывоопасные смеси. Нижний предел взрываемости аммиачно-воздушной смеси 15% (объемная доля), верхний предел 28% (объемная доля).

Аммиак раздражающе действует на верхние дыхательные пути, слизистые оболочки носа и глаз, попадая на кожу человека вызывает ожоги.

Класс опасности IV.

Выпускается по ГОСТ 6621 - 70.

Азотная кислота НNО3 - жидкость обладающая едким запахом.

Плотность по воздуху при температуре 0°С и давлении 0,1МПа-1,45г/дм3.

Температура кипения 75°С.

Смешивается с водой во всех отношениях с выделением тепла.

Азотная кислота попадая на кожный покров или слизистые оболочки вызывает ожоги. Животные и растительные ткани под воздействием азотной кислоты разрушаются. Пары азотной кислоты, аналогично оксидам азота, вызывают раздражение внутренних дыхательных путей, одышку, отек легких.

Предельно допустимая концентрация паров азотной кислоты в воздухе производственных помещений в пересчете на NО2 - 2 мг/м3.

Массовая концентрация паров азотной кислоты в воздухе населенных мест не более 0,4 мг/м3.

Класс опасности II.

Выпускается по ОСТ 113 - 03 - 270 - 76.

Аммиачная селитра NН4NО3 - белое кристаллическое вещество выпускаемое в гранулированном виде с содержанием азота до 35%

Выпускается по ГОСТ 2 - 85 и отвечает следующим требованиям (см. таблицу 1.1)

Таблица 1.1 - Характеристика аммиачной селитры выпускаемой по ГОСТ 2 - 85

Наименование показателя	Норма для марки
Суммарная массовая доля нитратного и аммонийного азота в пересчете:
на NН4NО3 в сухом веществе, %, не менее
на азот в сухом веществе, %, не менее
Массовая доля воды, %, не более
рН 10% водного раствора, не менее
Массовая доля веществ не растворимых в 10% растворе азотной кислоты, %, не более
Гранулометрический состав
Массовая доля гранул размером:
от 1 до 3 мм, %, не менее
от 1 до 4 мм, %, не менее
В том числе:
гранул от 2 до 4 мм, %, не менее
гранул размерами менее 1 мм, %, не более
гранул размером более 5 мм, %
Статическая прочность гранул
Н/гранулу (кг/ гранулу), не менее
Рассыпчатость, %, не менее

Аммиачная селитра относится к взрывоопасным и огнеопасным веществам. Гранулы аммиачной селитры устойчивы к трению, ударам и толчкам, при воздействии детонаторов или в замкнутом пространстве аммиачная селитра взрывается. Взрывоопасность аммиачной селитры возрастает в присутствии кислот органических веществ, масел, опилок, древесного угля. Наиболее опасными металлическими примесями к аммиачной селитре являются кадмий и медь.

Взрывы аммиачной селитры могут быть вызваны:

а) воздействием детонаторов достаточной мощности;

б) влияние неорганических и органических примесей в частности мелкодисперсной меди, кадмия, цинка, порошкообразного древесного угля, масла;

в) термическим разложением в замкнутом пространстве.

Пыль аммиачной селитры с примесью органических веществ увеличивает взрывоопасность соли. Ткань пропитанная селитрой и нагретая до 100°С может вызвать пожар. Тушат селитру при загорании водой. В связи с тем, что при загорании аммиачной селитры образуются оксиды азота, то при тушении необходимо пользоваться противогазами.

NН4NО3 =N2О = 2Н2О = 3600 кДж (1.4)

NН4NО3 =0,5N2 + NО = 2Н2О = 28,7 кДж (1.5)

Наличие свободной кислотности в растворе увеличивает способность к химическому и термическому разложению.

Отрицательным свойством аммиачной селитры является ее способность слеживаться - терять при хранении свою сыпучесть.

Факторы способствующие слеживаемости:

б) неоднородность и низкая механическая прочность гранул. При складировании в штабеля высотой 2,5 метра, под давлением верхних мешков происходит разрушение наименее прочных гранул с образованием пылевых частиц;

в) изменение кристаллических модификаций;

г) гигроскопичность способствует слеживаемости. Наиболее эффективным средством предотвращения слеживаемости, является упаковка ее в герметичную тару (полиэтиленовые мешки).

Предельно допустимая концентрация аммиачной селитры в виде пыли в производственных помещений не более 10 мг/м3.

Средства защиты органов дыхания - раствор.

Аммиачная селитра употребляется в сельском хозяйстве в качестве азотного удобрения, а также в промышленности для различных технических целей .

Гранулированная аммиачная селитра используется как сырье в больших количествах на предприятиях военной промышленности вырабатывающих взрывчатые вещества и их полуфабрикаты.

1.4 Физико-химические основы технологического процесса

Процесс получения гранулированной аммиачной селитры включает в себя следующие стадии:

получение водного раствора аммиачной селитры концентрацией не менее 80% при нейтрализации азотной кислоты газообразным аммиаком;

выпаривание 80% раствора аммиачной селитры до состояния плава;

упаривание слабых растворов аммиачной селитры с узлов растворения и систем улавливания;

гранулирование соли из плава;

охлаждение гранул в «кипящем слое» воздухом;

обработка гранул жирными кислотами;

транспортировка, упаковка, и хранение.

1.4.1 Получение водного раствора аммиачной селитры концентрацией не менее 80% при нейтрализации азотной кислоты газообразным аммиаком

Раствор аммиачной селитры получают в нейтрализаторах, позволяющих использовать тепло реакции для частичного выпаривания раствора. Он получил наименование аппарата ИТН (использование тепла нейтрализации).

Реакция нейтрализации протекает с большей скоростью и сопровождается выделением большого количества тепла.

NН3 = НNО3 = NН4NО3 = 107,7 кДж/моль (1.6)

Тепловой эффект реакции зависит от концентрации и температуры азотной кислоты и газообразного аммиака.

Рисунок 1.1 - Теплота нейтрализации азотной кислоты газообразным аммиаком (при 0,1 МПа и 20°)

Процесс нейтрализации в аппарате ИТН осуществляется под давлением 0,02 МПа, температура поддерживается не более 140°С Этими условиями обеспечивается получение достаточно концентрированного раствора с минимальным уносом аммиака, азотной кислоты и аммиачной селитры с соковым паром, образующего в результате испарения воды из раствора. Нейтрализация ведется в слабокислотной среде, так как потери аммиака, азотной кислоты и селитры с соковым паром меньше, чем в слабощелочной среде .

За счет разности удельных весов растворов в испарительной и нейтрализационной частях аппарата ИТН происходит постоянная циркуляция раствора. Более плотный раствор из отверстия нейтрализационной камеры непрерывно поступает в нейтрализационную часть. Наличие циркуляции раствора способствует лучшему перемешиванию реагентов в нейтрализационной части, повышению производительности аппарата и исключает перегрев раствора в зоне нейтрализации. При повышении температуры в реакционной части до 145°С срабатывает блокировка с прекращением подачи аммиака и азотной кислоты и подачей кислого конденсата.

1.4.2 Выпаривание 80% раствора аммиачной селитры до состояния плава

Выпаривание 80 - 86% раствора аммиачной селитры производится в выпарных аппаратах за счет тепла конденсации насыщенного пара давлением 1,2 МПа и температурой 190°С. пар подается в верхнюю часть межтрубного пространства выпарного аппарата. Выпарной аппарат работает под вакуумом 5,0ч6,4 104 Па по принципу «сползания» пленки раствора по стенкам вертикальных труб.

В верхней части аппарата расположен сепаратор, который служит для отделения плава аммиачной селитры от сокового пара.

Для получения аммиачной селитры высокого качества плав аммиачной селитры должен иметь концентрацию не менее 99,4% и температуру 175 - 785°С.

1.4.3 Упаривание слабых растворов аммиачной селитры с узлов растворения и систем улавливания

Упаривание слабых растворов и растворов полученных в результате пуска и остановки цеха происходит по отдельной системе.

Слабые растворы полученные на узлах растворения и улавливания через регулирующий клапан подаются в нижнюю часть аппарата упаривающего только слабые растворы. Упаривание слабых растворов аммиачной селитры производится в выпарном аппарате «пленочного типа», работающего по принципу «сползания» пленки внутри вертикальных труб. Парожидкостная эмульсия, образующая в трубчатке выпарного аппарата, поступает в сепаратор - промыватель, где происходит разделение сокового пара и раствора аммиачной селитры. Соковый пар проходит ситчатые тарелки промывателя выпарного аппарата, где происходит улавливание брызг аммиачной селитры и затем направляется в поверхностный конденсатор .

Теплоносителем является пар вторичного вскипания поступающий с расширителя пара с давлением (0,02 - 0,03) МПа и температурой 109 - 112°С, подаваемый в верхнюю межтрубную часть выпарного аппарата. Вакуум в выпарном аппарате поддерживается 200 - 300 мм рт. ст. С нижней тарелки слабый раствор концентрацией около 60% и температурой 105 - 112°С выводится в сборник - донейтрализатор.

1.4.4 Гранулирование соли из плава

Для получения аммиачной селитры в гранулированном виде кристаллизацию ее из плава концентрацией не менее 99,4% проводят в башнях представляющих собой железобетонное сооружение, цилиндрической формы диаметром 10,5 метров. Плав с температурой 175 - 180°С и концентрацией не менее 99,4% аммиачной селитры поступает в динамический гранулятор вращающийся со скоростью 200 - 220 об/мин, имеющего отверстия диаметром 1,2 - 1,3 мм. Распыленный через отверстия плав, за время падения с высоты 40 метров, формируется в шарикообразные частицы.

Воздух для охлаждения гранул движется противотоком снизу вверх. Для создания тяги воздуха устанавливается четыре осевых вентилятора производительностью 100000 нм3/час каждый. В грануляционной башне гранулы слегка подсушиваются. Их влажность на 0,15 - 0,2% меньше влажности поступающего плава.

Это объясняется тем, что даже при 100%-ной относительной влажности поступающего в башню воздуха, давление водяного пара над горячими гранулами больше парциального давления влаги в воздухе.

1.4.5 Охлаждение гранул в «кипящем слое» воздухом

Гранулы аммиачной селитры с конусов гранбашни поступают на охлаждение в аппарат с «кипящим слоем». Охлаждение гранул от температуры 100-110°С до температуры 50°С происходит в аппарате, который расположен непосредственно под гранбашней. На перфорированной решетки установлен переточный патрубок для регулирования высоты «кипящего слоя» и равномерной выгрузки селитры. Под перфорированную решетку подается воздух до 150000 нм3/час, который охлаждает аммиачную селитру и частично подсушивает. Влажность гранул аммиачной селитры уменьшается на 0,05 - 0,1% по сравнению с гранулами поступающими с конусов.

1.4.6 Обработка гранул жирными кислотами

Обработка гранул жирными кислотами производится с целью предотвращения слеживаемости аммиачной селитры в процессе длительного хранения или транспортировки навалом.

Процесс обработки заключается в том, что тонко распыленные форсунками жирные кислоты наносятся на поверхность гранул из расчета 0,01 - 0,03%. Конструкция форсунок обеспечивает создание эллипсовидного сечения факела раствора. Конструкция крепления форсунок обеспечивает возможность перемещения и фиксирования их в различном положении. Обработка гранул жирными кислотами осуществляется в местах пересыпки гранул с транспортных лент на транспортные ленты.

1.4.7 Транспортировка, упаковка, и хранение

Гранулированная аммиачная селитра с кипящего слоя поступает по транспортерам на пересыпку №1, обрабатывается жирными кислотами и по транспортерам второго и третьего подъема подается в навесные бункера, откуда поступает в автоматические весы, отвешивающие порции по 50 кг и далее в упаковочный агрегат. С помощью упаковочной машины аммиачная селитра упаковывается в полиэтиленовые клапанные мешки и сбрасывается на транспортеры которые фасованную продукцию направляют на погрузочные машины для погрузки в вагоны и автомашины. Хранение готовой продукции в складах предусмотрено при отсутствии вагонов или автотранспорта.

Складированная аммиачная селитра в штабели должна защищаться от влаги и разных перепадов температур. Высота штабелей не должна превышать 2,5 метра, так как под давлением верхних мешков может произойти разрушение наименее прочных гранул в нижних мешках с образованием пылевых частиц. Скорость поглощения аммиачной селитрой влаги из воздуха с повышением температуры резко увеличивается. Так при 40°С скорость поглощения влаги в 2,6 раза больше чем при 23°С.

На складах запрещено хранить совместно с аммиачной селитрой: масло, опилки, древесный уголь, металлические примеси порошков кадмия и меди, цинка, соединения хрома, алюминия, свинца, никеля, сурьмы, висмута.

Хранение пустой мешкотары находится врозь с хранящейся затаренной аммиачной селитры согласно требований пожарной безопасности и техники безопасности.

1.5 Охрана водного и воздушного бассейнов. Отходы производства и их утилизация

В условиях бурного развития производств минеральных удобрений, широкой химизации народного хозяйства, все более актуальным становятся проблемы защиты окружающей среды от загрязнения и охраны здоровья трудящихся.

Ровенский химический завод следуя примерам других крупных химических производств, добился того, что химически грязные стоки не сбрасываются, как раньше в реку, а очищаются в специальных сооружениях цеха биохимочистки и возвращаются в систему оборотного водоснабжения для дальнейшего использования.

Введен в действие ряд целенаправленных и локальных сооружений, предназначенных для очистки сточных вод, сжигания кубовых остатков и утилизации твердых отходов. Общий объем капитального вложенных вложений на эти цели превышает 25 млрд. гривен.

Цех биохочистки занесен в книгу славы Государственного комитета Совета Министров Украины по охране природы за успехи. Очистные сооружения предприятия разместились на площади в 40 гектаров. В прудах которые заполнены очищенной водой резвятся карпы, толстолобики, нежные аквариумные рыбки. Они индикатор качества очистки и лучшее доказательство безвредности сточных вод.

Лабораторные анализы показывают, что вода в буферных прудах не хуже взятой из реки. С помощью насосов она снова поступает на нужды производства. Цех биохимочистки доведен до мощности по очистке химикатов до 90 тысяч кубометров в сутки.

На заводе постоянно совершенствуется служба контроля за содержанием вредных веществ в сточных водах, почве, в воздухе производственных помещений, на территории предприятия и окресностях населенных пунктов и города. Более 10 лет активно действует санитарный контроль, осуществляющий работу промышленно-санитарной лаборатории. Днем и ночью они внимательно следят за санитарно-гигиеническим состоянием внешней и производственной среды, за условиями труда.

Отходами производства гранулированной аммиачной селитры являются: паровой конденсат в количестве 0,5 м3 на тонну продукта, который выводится в общезаводскую сеть; конденсат сокового пара в количестве 0,7 м3 на тонну продукта. В конденсате сокового пара содержится:

аммиака NН3 - не более 0,29 г/дм3;

азотной кислоты НNО3 - не более 1,1 г/дм3;

аммиачной селитры NН4NО3 - не более 2,17 г/дм3.

Конденсат сокового пара направляется в цех азотной кислоты для орошения колонн в отделении очистки.

Выбросы из трубы осевых вентиляторов в атмосферу:

массовая концентрация аммиачной селитры NН4NО3-не более 110 м2/м3

суммарный объем отходящих газов - не более 800 м3/час.

Выбросы из общецеховой трубы:

массовая концентрация аммиака NН3 - не более 150 м2/м3

массовая концентрация аммиачной селитры NН4NО3-не более 120 м2/м3

Меры обеспечивающие надежность охраны водных ресурсов и воздушного бассейна. В случае аварийной ситуации и остановок на ремонт, для исключения загрязнений водооборотного цикла аммиаком, азотной кислотой и аммиачной селитрой, а также для предотвращения попадания вредных веществ в почву предусмотрен слив раствора из отделения абсорбции и выпарки в три дренажные емкости объемом V = 3 м3 каждая, кроме того в эти же емкости собираются утечки с уплотнений циркуляционных насосов отделений абсорбции и выпарки. Из этих емкостей раствор откачивается в сборник слабых растворов поз. 13 откуда затем поступает в отделение выпарки слабых растворов.

Для предотвращения попадания вредных веществ в почву при появлении пропусков на оборудовании и коммуникациях оборудован поддон из кислотоупорного материала .

На грануляционной башне очистка осуществляется путем промывки загрязненного воздуха слабым раствором аммиачной селитры и дальнейшей фильтрацией паровоздушного потока. В отделении расфасовки аммиачной селитры имеется установка очистки воздуха от пыли аммиачной селитры после упаковочных полуавтоматов и транспортеров. Очистка осуществляется в циклоне типа ЦН - 15.

1.6 Описание технологической схемы производства с элементами новой техники, технологии и аппаратурного оформления

Азотная кислота и аммиак подаются в нейтрализационную камеру аппарата ИТН противотоком. Азотная кислота концентрацией не менее 55% из цеха азотной кислоты поступает по двум трубопроводам диаметром 150 и 200 мм в напорный бак (поз. 1) имеющий перелив, через который возвращается избыток кислоты из напорного бака на склад азотной кислоты. Из бака (поз. 1) азотная кислота по коллектору направляется в аппарат ИТН (поз. 5). Аппарат ИТН представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат диаметром 2612 мм и высотой 6785 мм в котором помещен стакан диаметром 1100 мм и высотой 5400 мм (нейтрализационная камера). В нижней части нейтрализационной камеры имеется восемь прямоугольных отверстий (окон) размером 360х170 мм, соединяющих нейтрализационную камеру с испарительной частью аппарата ИТН (кольцевое пространство между стенками аппарата и стенкой нейтрализационной камеры). Количество азотной кислоты поступающей в аппарат ИТН (поз. 5) регулируется автоматически системой рН метр в зависимости от количества газообразного аммиака, поступающего в аппарат ИТН (поз. 5) с коррекцией по кислотности.

Газообразный аммиак NН3 с давлением не выше 0,5 МПа из заводской сети через регулирующий клапан после дросселяции до 0,15 - 0,25 МПа поступает в отделитель испаритель капель жидкого аммиака поз. 2, где отделяется также от масла с целью предотвращения попадания их в аппарат ИТН (поз. 5). Затем газообразный аммиак подогревается до температуры не ниже 70°С в подогревателе аммиака (поз. 4), где в качестве теплоносителя используется паровой конденсат из расширителя пара (поз. 33). Подогретый газообразный аммиак из (поз. 3) через регулирующий клапан по трубопроводам поступает в аппарат ИТН (поз. 5). Газообразный аммиак NН3 вводится в аппарат ИТН (поз. 5) по трем трубопроводам, два после регулирующего клапана параллельными потоками заходят в нейтрализационную камеру аппарата ИТН, где объединяются в один и заканчиваются барбатером. По третьему трубопроводу аммиак подается через барбатер вниз гидрозатвора в количестве до 100 нм3/час для поддержания нейтральной среды на выходе из аппарата ИТН. В результате реакции нейтрализации образуется раствор аммиачной селитры и соковый пар.

NН3 + НNО3 = NН4NО3 + 107,7 кДж/моль (1.6)

Раствор переливается через верхнюю часть нейтрализационной камеры в испарительную часть аппарата, где упаривается до концентрации 80 - 86%, за счет тепла реакции нейтрализации, а пар, смешиваясь с соковым паром полученным в испарительной части выводится из аппарата с температурой 140°С в промыватель (поз. 12), предназначенный для промывки сокового пара от брызг раствора аммиачной селитры и аммиака. Промыватель (поз. 12) представляет собой цилиндрический вертикальный аппарат, внутри которого расположены три ситчатые тарелки над которыми установлены брызгоотбойники. На двух вертикальных тарелках установлены змеевики, через которые проходит охлажденная промывная вода. Соковый пар проходит через ситчатые тарелки барботируя через слой раствора образовавшегося на тарелках в результате охлаждения. Слабый раствор аммиачной селитры стекает с тарелок в нижнюю часть, откуда выводится в бак слабых растворов (поз. 13).

Несконденсировавшийся промытый соковый пар поступает в поверхностный конденсатор (поз 15) в межтрубное пространство. В трубное пространство конденсатора (поз. 15) подается промышленная вода, отводящая тепло конденсации.

Конденсат (поз. 15) самотеком стекает в сборник кислого конденсата (поз. 16), а инертные газы через свечу сбрасываются в атмосферу.

Раствор аммиачной селитры из испарительной части через гидрозатвор поступает в сепаратор - расширитель (поз. 6) для выделения из него сокового пара и выводится в сборник - донейтрализатор (поз. 7), для нейтрализации избыточной кислотности (4 г/л). В сборник - донейтрализатор (поз. 7) предусмотрена подача газообразного аммиака. Из сборников - донейтрализаторов (поз. 7) и поз. 8) раствор аммиачной селитры концентрацией 80 - 88% (среда щелочная не более 0,2 г/л) и температурой не более 140°С насосами поз. 9 подается в отделение грануляции в напорный бак (поз. 11).

В качестве буферной емкости установлены два дополнительных сборника - донейтрализатора (поз. 8) для обеспечения ритмичной работы цеха и насосов (поз. 9), а также установлен насос (поз. 10). Насос (поз. 10) подключен таким образом, что им можно подавать раствор из сборника - донейтрализатора (поз. 7) в сборник - донейтрализатор (поз. 8) и наоборот.

Конденсат сокового пара со сборников кислого конденсата (поз. 16) откачивается в сборник (поз. 18) откуда насосами (поз, 19) откачивается в цех азотной кислоты на орошение.

Пар поступает в цех с давлением 2 МПа и температурой 300°С, проходит через диафрагму и регулирующий клапан, редуцируется до 1,2 МПа и поступает пароувлажнитель (поз. 32) в нижнюю часть аппарата, внутри которого имеется две ситчатые тарелки, а в верхней части установлено отбойное устройство - волнистая насадка. Здесь пар увлажняется и с температурой 190°С и давлением 1,2 МПа поступает в выпарной аппарат (поз. 20). Паровой конденсат из (поз. 32) в виде парожидкостной эмульсии с давлением 1,2 МПа и температурой 190°С через регулирующий клапан поступает в расширитель пара (поз. 3), где за счет снижения давления до 0,12 - 0,13 МПа образуется пар вторичного вскипания с температурой 109 - 113°С используемый для обогрева выпарного аппарата слабых растворов селитры (поз. 22). Паровой конденсат с нижней части расширителя пара (поз. 33) самотеком поступает на обогрев подогревателя аммиака (поз. 4) в межтрубное пространство, откуда после отдачи тепла с температурой 50°С поступает в сборник парового конденсата (поз. 34), откуда насосами (поз. 35) через регулирующий клапан выдается в заводскую сеть.

Напорный бак (поз. 11) имеет переливную трубу в (поз. 7). Напорные и переливная трубы проложены с пароспутниками и изолированы. Из напорного бака (поз. 11) раствор аммиачной селитры поступает в нижнюю трубную часть выпарного аппарата (поз. 20), где происходит упаривание раствора за счет тепла конденсации насыщенного пара давлением 1,2 МПа и температурой 190°С, подаваемого в верхнюю часть межтрубного пространства. Выпарной аппарат (поз. 20) работает под вакуумом 450 - 500 мм рт. ст. по принципу «Сползания» пленки раствора по стенкам вертикальных труб. В верхней части выпарного аппарата расположен сепаратор, который служит для отделения плава аммиачной селитры от сокового пара. Плав из (поз. 20) выводится в гидрозатвор - донейтрализатор (поз. 24), куда подается газообразный аммиак для нейтрализации избыточной кислотности. В случае прекращения отбора перелив направляется в (поз. 7). Соковый пар из выпарного аппарата (поз. 20) поступает в промыватель образующимся конденсатом сокового пара от брызг аммиачной селитры. Внутри промывателя расположены ситчатые тарелки. На верхних двух тарелках уложены змеевики с охлаждающей водой, на которых происходит конденсация пара. В результате промывки образуется слабый раствор аммиачной селитры, который направляется через гидрозатвор (поз. 27) в напорный бак (поз. 28) отделения нейтрализации. Соковый пар после промывателя (поз. 26) направляется на конденсацию в поверхностный конденсатор (поз. 29) в межтрубное пространство, а охлаждающая вода в трубное пространство. Образующийся конденсат самотеком направляется в сборник кислого раствора (поз. 30). Инертные газы отсасываются вакуум-насосами (поз. 37).

Плав аммиачной селитры из гидразатвора - донейтрализатора (поз. 24) с концентрацией 99,5% NН4NО3 и температурой 170 - 180°С с избытком аммиака не более 0,2 г/л подается насосами (поз. 25) в напорный бак (поз. 38) откуда самотеком поступает в динамические грануляторы (поз. 39) через которые распыляясь по грануляционной башне (поз. 40)за время падения формулируется в частицы круглой формы. Грануляционная башня (поз. 40) представляет собой железобетонное сооружение цилиндрической формы диаметром 10,5 м и высотой полой части 40,5 метров. Снизу грануляционной башни подается воздух вентиляторами (поз. 45), протягивается осевыми вентиляторами (поз. 44). Большая часть воздуха засасывается через окна и зазоры конусов гранбашни. Падая по стволу гранулы аммиачной селитры охлаждаются до 100 - 110°С и с конусов гранбашни поступают на охлаждение в аппарат с «кипящим слоем» (поз. 41) который расположен непосредственно под гранбашней. В местах промывания течки к перворированной решетки устроены передвижные перегородки позволяющие регулировать высоту «кипящего слоя» на серке.

При чистке башни и аппарата «КС» от аммиачной селитры и пылевых налипаний собранную массу сбрасывают в растворитель (поз. 46), куда подается пар давлением 1,2 МПа и температурой 190°С для растворения. Полученный раствор аммиачной селитры сливается с (поз. 46) в сборник (поз. 47) и насосами (поз. 48) откачивается в сборник слабых растворов (поз. 13). В этот же сборник поступает и слабый раствор аммиачной селитры после промывателя (поз. 12).

Слабые растворы NН4NО3 собранные в (поз. 13) насосами (поз. 14) направляются в напорный бак (поз. 28) откуда самотеком через регулирующий клапан подаются в нижнюю часть выпарного аппарата слабых растворов(поз. 22).

Выпарной аппарат работает по принципу «сползания» пленки внутри вертикальных труб. Соковый пар проходит ситчатые тарелки промывателя выпарного аппарата, где происходит упаривание брызг аммиачной селитры и направляется в поверхностный конденсатор (поз. 23), где конденсируется и самотеком поступает в (поз. 30). А инертные газы пройдя ловушку (поз. 36) отсасываются вакуум-насосом (поз. 37) Вакуум поддерживается 200 - 300 мм. рт. столба. С нижней тарелки выпарного аппарата (поз. 22) раствор аммиачной селитры с концентрацией около 60% и температурой 105 - 112°С выводится в сборник (поз. 8). Теплоносителем является пар вторичного выпаривания поступающий с расширителя(поз. 33) с температурой 109 - 113°С и давлением 0,12 - 0,13 МПа. Пар подается в верхнюю межтрубную часть выпарного аппарата, конденсат выводится в сборник парового конденсата (поз. 42).

Гранулированная аммиачная селитра из грануляционной башни (поз. 40) транспортерами (поз. 49) подается на узел пересыпки, где происходит обработка гранул жирными кислотами. Жирные кислоты насосами (поз. 58) из железнодорожных цистерн перекачиваются в сборник (поз. 59). Который снабжен змеевиком с поверхностью обогрева 6,4 м2. Перемешивание осуществляется насосами (поз. 60) и этими же насосами жирные кислоты подаются на форсунки узла дозирования, через которые распыляются сжатым воздухом давлением до 0,5 МПа и температурой не ниже 200°С. Конструкция форсунок обеспечивает создание эллипсовидного сечения факела раствора. Обработанная гранулированная аммиачная селитра пересыпается на транспортеры (поз. 50) второго подъема с которых ведется сброс аммиачной селитры в бункера (поз. 54) в случаях бестарной погрузки. С транспортеров (поз. 50) аммиачная селитра поступает на транспортеры (поз. 51) откуда сбрасывается в навесные бункера (поз. 52). После навесных бункеров амселитра поступает в автоматические весы (поз. 53) отвешивающие порции по 50 килограмм и далее в упаковочный агрегат. С помощью упаковочной машины аммиачная селитра упаковывается в клапанные полиэтиленовые мешки и сбрасывается реверсивные транспортеры (поз. 55), откуда поступает на складские транспортеры (поз. 56), а с них на погрузочные машины (поз. 57). С погрузочных машин (поз. 57) аммиачная селитра загружается в вагоны или автотранспорт. Хранение готовой продукции в складах предусмотрено при отсутствии железнодорожного транспорта и автотранспорта.

Готовый продукт - гранулированная аммиачная селитра должен соответствовать требованию государственного стандарта ГОСТ 2 - 85.

Проектом предусмотрен сбор просыпей аммиачной селитры после упаковочных машин. Установлен дополнительно транспортер (поз. 62) и элеватор (поз. 63). Аммиачная селитра просыпанная во время затарки в мешки через склизи ссыпается по текам на транспортер (поз. 62), откуда поступает на элеватор (поз. 63). С элеватора аммиачная селитра поступает в навесные бункера (поз. 52) где смешивается с основным потоком выработанной аммиачной селитры.

1.7 Материальные расчеты производства

Материальные расчеты производства рассчитываем на 1 тонну готовой продукции - гранулированной аммиачной селитры.

Материальный растет нейтрализации

Исходные данные:

Потери аммиака и азотной кислоты на одну тонну аммиачной селитры определяется исходя из уравнения реакции нейтрализации.

Процесс проводится в аппарате ИТН с естественной циркуляцией раствора аммиачной селитры.

Для получения одной тонны соли по реакции

NН3 + НNО3 = NН4NО3 + 107,7 кДж/моль

Расходуется 100% НNО3

Расходуется 100% NН3

где: 17, 63, 80 молекулярные массы аммиака, азотной кислоты и аммиачной селитры.

Практический расход NН3 и НNО3 будет несколько выше теоретического, так как в процессе нейтрализации неизбежны потери реагентов с соковым паром, через неплотности коммуникаций, вследствие набольшего разложения реагирующих компонентов. Практический расход реагентов с учетом потерь в производстве составит:

787,5 1,01 = 795,4 кг

Расходуется 55% НNО3 составит:

Потери кислоты составят:

795,4 - 787,5 = 7,9 кг

Расход 100% NН3

212,4 1,01 = 214,6 кг

Потери аммиака составят:

214,6 - 212,5 = 2,1 кг

В 1446,2 кг 55% НNО3 содержится воды:

1446,2 - 795,4 = 650,8 кг

Общее количество поступающих реагентов аммиака и кислоты в нейтрализатор составит:

1446,2 + 214,6 = 1660,8?1661 кг

В аппарате ИТН происходит испарение воды за счет тепла нейтрализации, и концентрация получаемого раствора аммиачной селитры достигает 80%, поэтому из нейтрализатора выйдет раствора аммиачной селитры:

В этом растворе содержится воды:

1250 - 1000 = 250 кг

При этом испаряется воды в процессе нейтрализации

650,8 - 250 = 400,8 ? 401 кг

Таблица 1.2 - Материальный баланс нейтрализации

Материальный расчет отделения выпарки

Исходные данные:

Давление пара - 1,2 МПа

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Физико-химические свойства аммиачной селитры. Основные стадии производства аммиачной селитры из аммиака и азотной кислоты. Установки нейтрализации, работающие при атмосферном давлении и работающие при разрежении. Утилизация и обезвреживание отходов.

курсовая работа , добавлен 31.03.2014


Характеристика выпускаемой продукции, исходного сырья и материалов для производства. Технологический процесс получения аммиачной селитры. Нейтрализация азотной кислоты газообразным аммиаком и выпаривание до состояния высококонцентрированного плава.

курсовая работа , добавлен 19.01.2016


Автоматизация производства гранулированной аммиачной селитры. Контуры стабилизации давления в линии подачи сокового пара и регулирования температуры конденсата пара из барометрического конденсатора. Контроль давления в линии отвода к вакуум-насосу.

курсовая работа , добавлен 09.01.2014


Аммиачная селитра как распространённое и дешёвое азотное удобрение. Обзор существующих технологических схем его производства. Модернизация производства аммиачной селитры с получением сложного азотно-фосфатного удобрения на ОАО "Череповецкий "Азот".

дипломная работа , добавлен 22.02.2012


Свойства этилен-пропиленовых каучуков, особенности их синтеза. Технология получения, физико-химические основы процесса, катализаторы. Характеристика сырья и готовой продукции. Материальный и энергетический баланс реакционного узла, контроль производства.

курсовая работа , добавлен 24.10.2011


Расчеты производственной рецептуры и технологического процесса для производства хлеба домашнего округлой формы: производственной рецептуры, мощность печи, выход изделия. Расчет оборудования для хранения и подготовки сырья, для запасов и готовой продукции.

курсовая работа , добавлен 09.02.2009


Основные стадии процесса получения каучука и приготовления катализатора. Характеристика сырья и готовой продукции по пластичности и вязкости. Описание технологической схемы производства и его материальный расчет. Физико-химические методы анализа.

курсовая работа , добавлен 28.11.2010


Характеристика ассортимента продукции. Физико-химические и органолептические показатели сырья. Рецептура сыра плавленого колбасного копчёного. Технологические процесс производства. Технохимический и микробиологический контроль сырья и готовой продукции.

курсовая работа , добавлен 25.11.2014


Характеристика исходного сырья, вспомогательных материалов и готовой продукции. Описание технологического процесса и его основные параметры. Материальные и энергетические расчеты. Техническая характеристика основного технологического оборудования.

курсовая работа , добавлен 05.04.2009


Характеристика перерабатываемого сырья и готовой продукции. Схема технологического процесса производства солода: приёмка, первичная очистка и хранение ячменя, ращение и сушка солода. Устройство и принцип действия линии производства ячменного солода.