Сировина для виробництва аміачної селітри. Технологія виробництва аміачної селітри. Помітний вплив на швидкість терморозкладання робить діоксид азоту, який утворюється при термічному розкладанні азотної кислоти, що є продуктом дисоціації амі

РОЗРАХУНОВО-ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА

До курсової роботи із загальної хімічної технології на тему:

«Виробництво аміачної селітри. Розрахунок нейтралізатора продуктивністю G=10 т/годину NH 4 NO 3

Виконав:
студент гр. ХН-091
Артеменко О.О.
Перевірив:
Ушаков О.Г.

Кемерово 2012

Вступ 4
1.Техніко-економічне обґрунтування обраного способу 7
2.Технологічна схема виробництва аміачної селітри 12
3.Розрахунок матеріального та теплового балансів нейтралізації
азотної кислоти аміаком 17
3.1.Матеріальний баланс 17
3.2.Тепловий баланс 20
4.Вибір розмірів контактного апарату 21
Висновок 22
Список використаної літератури 23

Вступ

Мінеральні добрива знаходять широке застосування, як у сільському господарстві, і у різних галузях промисловості. На відміну від світового ринку саме промислове споживання азотних добрив є основним на внутрішньому ринку.
Найважливішим видом мінеральних добрив є азотні: аміачна селітра, карбамід, сульфат амонію, водні розчини аміаку.
Аміачна селітра, або нітрат амонію, NH 4 NO 3 – кристалічна речовина білого кольору, що містить 35% азоту в амонійній та нітратній формах, обидві форми легко засвоюються рослинами.
Основними споживачами аміачної селітри є такі галузі:
- сільське господарство;
- Виробництво складних мінеральних добрив;
- гірничопромисловий комплекс (власне виробництво ВР);
- вугільна промисловість (власне виробництво ВР);
- Виробництво вибухових речовин;
- Будівельна промисловість;
Аміачна селітра має потенційну, або фізіологічну кислотність. Ця кислотність виникає в ґрунті, з одного боку, внаслідок більш швидкого споживання рослинами іонів (NH 4 +) і відповідно накопичення кислотного залишку (іонів NO 3) у ґрунті та, з іншого боку, внаслідок окиснення аміаку в азотну кислоту нітрифікуючими мікроорганізмами ґрунту . При тривалому застосуванні аміачної селітри потенційна кислотність цього добрива може призвести до змін хімічного складу ґрунту, що в ряді випадків є причиною зниження врожайності.

Сільськогосподарських культур.
Гранульовану аміачну селітру застосовують у великих масштабах перед посівом і для всіх видів підживлення. У менших масштабах її використовують із виробництва вибухових речовин. Аміачна селітра добре розчиняється у воді і має велику гігроскопічність (здатність поглинати вологу з повітря). Це причинне те, що гранули добрива розпливаються, втрачають свою кристалічну форму, відбувається зстеження добрив – сипкий матеріал перетворюється на
тверду монолітну масу. Нітрат амонію має низку переваг над іншими азотними добривами, оскільки містить 34% азоту й у відношення поступається лише карбаміду .
Крім того, аміачна селітра містить одночасно аміачну та нітратну форму азоту, які використовуються рослинами в різні періоди зростання, що позитивно складається на збільшення врожайності майже всіх сільськогосподарських культур.
Галузі, що використовують аміачну селітру як сировину для вибухових речовин (ВВ) є другим за ємністю сегментом її споживання на внутрішньому ринку після сільського господарства. Аміачно-
селітряні ВР є великою групою вибухових речовин.
Їх прийнято відносити до бризантних вибухових речовин зниженої потужності (у тротиловому еквіваленті на 25% слабше тротилу). Однак це не зовсім так. За бризантністю аміачно-селитрові ВР, як правило, мало в

Чим поступаються тротилу, а за фугасністю перевищують тротил, причому деякі з них дуже значні. Аміачно-селитряні ВР більшою мірою знаходять застосування в народному господарстві та меншою мірою у військовій справі. Причиною такого застосування є значно менша вартість аміачно-селитряних ВР, їхня значно нижча надійність у застосуванні. Насамперед, це пов'язано з великою гігроскопічністю аміачних ВР, тому при зволоженні більше 3% такі ВР повністю втрачають здатність вибухати. Вони схильні до спостереження, тобто. втрачають при зберіганні сипкість, через що повністю

Або частково втрачають вибухову здатність.
Найважливішими причинами спостереження є:
1.Підвищений вміст вологи в готовому продукті;
2.Неоднорідність та низька механічна міцність частинок селітри;
3.Зміна кристалічних модифікацій аміачної селітри.
Нітрат амонію – сильний окисник. З розчинами деяких речовин він реагує бурхливо, аж до вибуху (нітрит натрію). Малочутливий до поштовхів, тертя, ударів, зберігає стійкість при попаданні іскор різної інтенсивності. Він здатний вибухати лише під дією сильного детонатора або за термічного розкладання. Селітра не є пальним продуктом. Горіння підтримує лише оксид азоту. Таким чином однією з умов виробництва аміачної селітри є чистота її вихідних розчинів та готового продукту.

2.Технологічна схема виробництва аміачної селітри

Процес виробництва аміачної селітри складається з наступних основних стадій:
1.Нейтралізація азотної кислоти газоподібним аміаком;
2.Упарювання розчинів аміачної селітри до стану плава;
3.Кристалізація солі з плава;
4.Сушіння або охолодження солі;
5.Упаковка.
Для отримання аміачної селітри, що майже не простежується, застосовують ряд технологічних прийомів. В основі процесу виробництва аміачної селітри лежить гетерогенна реакція взаємодії газоподібного аміаку з розчином азотної кислоти:
NH 3 + HNO 3 = NH 4 NO 3 (2)
?H = -144,9 кДж
Тепловий ефект реакції при взаємодії 100% вихідних речовин становить 35,46 ккал/моль.

Хімічна реакція протікає із великою швидкістю; у промисловому реакторі вона лімітується розчиненням газу рідини. Для зменшення дифузного гальмування велике значення має перемішування реагентів. Інтенсивні умови проведення процесу значною мірою можуть бути забезпечені розробки конструкції апарату. Реакцію (1) проводять у безперервно чинному апараті ІТН (використання теплоти нейтралізації) (рис.2.1).

Рис.2.1. Апарат ІТН

Реактор являє собою вертикальний циліндричний апарат, що складається з реакційної та сепараційної зон. У реакційній зоні є склянка 1, у нижній частині якої розташовані отвори для циркуляції розчину. Дещо вище отворів усередині склянки розміщений барботер 2 для подачі газоподібного аміаку, над ним – барботер 3 для подачі азотної кислоти. Реакційна парорідинна суміш виходить із верхньої частини реакційної склянки; частина розчину виводиться з апарату ІТН і надходить до донейтралізатор, а решта (циркуляційна) знову йде вниз. Виділилися з парорідкістної суміші сокова пара відмивається на ковпачкових тарілках 6 від бризок розчину аміачної селітри і парів азотної кислоти 20%-ним розчином селітри, а потім конденсатом сокової пари.
Теплота реакції (1) використовується для часткового випаровування води з реакційної суміші (звідси і назва апарату – ІТН). Різниця в температурах різних частинах апарату призводить до більш інтенсивної циркуляції реакційної суміші.

Технологічний процес виробництва аміачної селітри включає, крім стадій нейтралізації азотної кислоти аміаком, також стадії упарювання розчину селітри, гранулювання плава, охолодження гранул, обробка гранул поверхнево-активними речовинами, упаковки, зберігання та навантаження селітри, очищення газових викидів та стічних вод.
На рис.2.2 наведено схему сучасного великотоннажного агрегату з виробництва аміачної селітри АС-72 потужністю 1360 т/сут. Вихідна 58-60%-ная азотна кислота підігрівається в підігрівачі 1 до 70-80? З соковою парою з апарату ІТН 3 і подається на нейтралізацію. Перед апаратами 3 до азотної кислоти додають фосфорну і сірчану кислоти в таких кількостях, щоб готовому продукті містилося 0,3-0,5% Р 2 Про 5 і 0,05-0,2% сульфату амонію.
В агрегаті встановлено два апарати ІТН, що працюють паралельно. Крім азотної кислоти в них подають газоподібний аміак, попередньо
нагрітий у підігрівачі 2 паровим конденсатом до 120-130?С. Кількості азотної кислоти, що подаються, і аміаку регулюють таким чином, щоб на виході з апарату ІТН розчин мав невеликий надлишок кислоти (2-5 г/л), що забезпечує повноту поглинання аміаку.

Рис.2.2 Схема агрегату аміачної селітри АС-72
У нижній частині апарату відбувається реакція нейтралізації при температурі 155-170? при цьому виходить концентрований розчин, що містить 91-92% NH 4 NO 3 . У верхній частині апарату водяні пари (так звана сокова пара) відмиваються від бризок аміачної селітри та пар азотної кислоти. Частина теплоти сокової пари використовується для підігріву азотної кислоти. Потім сокову пару направляють на очищення та викидають в атмосферу. Розчин аміачної селітри, що виходить з нейтралізатора, має слабокислу або слаболужну реакцію.
Кислий розчин аміачної селітри направляють донейтралізатор 4; куди надходить аміак, необхідний для взаємодії з азотною кислотою, що залишилася. Потім розчин подають у випарний апарат 5. Отриманий плав, що містить 99,7-99,8% селітри, при 175°С проходить фільтр 21 і відцентровим занурювальним насосом 20 подається в напірний бак 6, а потім прямокутну металеву грануляційну вежу 16.
У верхній частині вежі розташовані гранулятори 7 і 8, в нижню частину яких подають повітря, що охолоджує краплі селітри, що падають зверху. Під час падіння крапель селітри з висоти 50-55 м при обтіканні потоком повітря утворюються гранули добрива. Температура гранули на

Виході з вежі дорівнює 90-110 ° С; гарячі гранули охолоджують в апараті киплячого шару 15. Це прямокутний апарат, що має три секції і має решітку з отворами. Під ґрати вентиляторами подають повітря; при цьому створюється псевдозріджений шар гранул селітри, що надходять транспортером з грануляційної вежі. Повітря після охолодження потрапляє у грануляційну вежу.
Гранули аміачної селітри транспортером 14 подають на обробку поверхнево-активними речовинами в барабан, що обертається 11. Потім готове добриво транспортером 12 направляють на упаковку.
Повітря, що виходить з грануляційної вежі, забруднене частинками аміачної селітри, а сокова пара з нейтралізатора і пароповітряна суміш з випарного апарату містять аміак, що не прореагував, і

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

3.Розрахунок матеріального та теплового балансу нейтралізації азотної кислоти аміаком

3.1 Матеріальний баланс

Початкові дані
Концентрація вихідної азотної кислоти 50% HNO 3;
Концентрація аміаку 100% NH3;
Концентрація одержуваного розчину 70% NH 4 NO 3 ;
Продуктивність установки G=10 т/год.
В основі одержання аміачної селітри лежить наступна реакція:

NH 3 + HNO 3 = NH 4 NO 3
M(NH 3)=17г/моль
М(NH 4 NO 3)=80г/моль
1.Визначимо кількість аміаку, що прореагував 100%-ного:
m(NH 3)=17*10000/80=2125 кг/год
М(HNO 3)=63г/моль
2.Визначимо кількість прореагував 100%-ної азотної кислоти:
m(HNO 3)=63*10000/80=7875 кг/година
Тоді кількість прореагувала 50% - ної азотної кислоти становить:
m(HNO 3)= 7875/0,5 = 15750кг/год
Знаходимо загальну кількість реагентів, що надходять у нейтралізатор:
3. Кількість 70% - ного розчину аміачної селітри:
m(NH 4 NO 3)= 10000/0,7=14285,7 кг/година
4.Кількість води, що випарувалася при нейтралізації:
m (H 2 O) = 2125 +15750 - 14285,7 = 3589,3 кг / год
Витрата NH 3 + Витрата HNO 3 = Кількість NH 4 NO 3 + сокова пара

2125 +15750 = 14285,7+3589,3
17875кг/год = 17875кг/год

Результати розрахунків зводимо до таблиці:

Таблиця 1
Матеріальний баланс

3.2Тепловий баланс

Початкові дані.
Температура кипіння аміачної селітри 120?

Тиск у нейтралізаторі 117,68 кПа.
Теплоємності:

При 30?: З НNO3 =2,763 кДж/(м 3 ·?С);
При 50?С:C NH3 =2,185 кДж/(м 3 ·?С);
При 123,6?С:З NH4NO3 =2,303 кДж/(м 3 ·?С);

Рішення.
Q прих. = Q розх.
Надходження теплоти:
1.Теплота, що вноситься азотною кислотою:
Q 1 = 15907,5 * 2,763 * 30 = 1318572 кДж = 1318,572 МДж;
2.Теплота, що надходить із газоподібним аміаком:
Q 2 = 2146,25 * 2,185 * 50 = 234478кДж = 234,478 МДж;
При виробництві аміачної селітри виділяється теплота, яку досить точно можна визначити графічно. Для 50% азотної кислоти Q=105,09 кДж/моль.
3.При нейтралізації виділяється:
Q 3 = (105,09 * 1000 * 10000) / 80 = 13136250кДж = 13136,25 МДж;
Сумарна парафія:
Q прих. = Q 1 + Q 2 + Q 3 = 1318572 +234478 +13136250 = 14689300кДж.
Витрата теплоти:
1.Розчин аміачної селітри забирає:
Q 1 " = 14285,7 * 2,303 * t кіп.;

При тиску 117,68 кПа температура насиченої водяної пари дорівнює 103?С.
Температура кипіння води 100?
Температурна депресія дорівнює:
?t = 120 - 100 = 20 ?С;
Визначимо температуру кипіння 70% розчину аміачної селітри:
t кіп = 103 + 20 * 1,03 = 123,6 ° С;
Q 1" = 14285,7 * 2,303 * 123,6 = 4066436 кДж = 4066,436 МДж.
2.Теплота, що витрачається на випаровування води:
Q 2" = 3589,3 * 2379,9 = 8542175 кДж = 8542,175 МДж.
3.Тепловтрати:
Q втрат = Q прих. -Q розх. = 14689300-8542175-4066436 = 2080689кДж = 2080,689 МДж.
Сумарна витрата:
Q розх. = Q 1 " + Q 2 " + Q втрат =4066436+8542175+2080689 =14689300 кДж.

Результати розрахунків зводимо до таблиці:

Таблиця 2
Тепловий баланс

1.Техніко-економічне обґрунтування обраного способу

Найбільш поширені способи виробництва аміачної селітри засновані на реакції нейтралізації азотної кислоти аміаком.
Хімічна взаємодія газоподібного аміаку та розчинів азотної кислоти протікає з великою швидкістю, але лімітується масообмінними та гідродинамічними умовами. Тому велике значення має інтенсивність змішування реагентів; яка в основному залежить від співвідношення між швидкостями руху азотної кислоти та аміаку в реакторі. Найбільш тісний дотик реагентів досягається, якщо лінійна швидкість газоподібного аміаку перевищує лінійну швидкість розчину азотної кислоти не більше ніж у 15 разів.
Процес нейтралізації протікає із тепла. У виробничих умовах застосовується азотна кислота концентрацією 45-60%.Чим вище концентрація застосовуваної азотної кислоти, тим менше значення теплоти її розведення і тим більший тепловий ефект нейтралізації розчинів азотної кислоти аміаком.
Сумарна кількість тепла Q? , Що виділяється в результаті реакції нейтралізації розчинів азотної кислоти газоподібним аміаком визначається рівнянням:
Q? = Q реак. -(q 1 -q 2) (1)
Можливі такі принципово різні схеми одержання аміачної селітри з використанням тепла нейтралізації:
- установки, що працюють при атмосферному тиску (надлишковий тиск сокової пари 0,15-0,2 ат);
- установки з вакуум-випарником;
- установки, що працюють під тиском, з одноразовим використанням
тепла сокової пари;

Установки, що працюють під тиском, із дворазовим використанням тепла сокової пари (одержання концентрованого плава).
Найбільшого поширення у Росії набула схема нейтралізації під атмосферним тиском, зображена малюнку 3.

Рис. 1.1 Схема нейтралізації азотної кислоти під атмосферним тиском:
1 – бак для азотної кислоти; 2 – підігрівач аміаку; 3 – сепаратор рідкого аміаку; 4 – апарат ІТН; 5 – пастка-промивач сокової пари; 6 - вакуумний випарний апарат I ступеня; 7 – донейтралізатор.
У 1967-1970-х роках було розроблено технологічну схему та виконано проект великотоннажного агрегату АС-67 із середньодобовою потужністю 1400 т.
Особливістю агрегату АС-67 є розміщення всього основного технологічного обладнання (від стадії нейтралізації до стадії отримання плава) на грануляційній вежі каскадом без проміжних операцій перекачування розчинів аміачної селітри. Інша особливість агрегату АС-67 полягає в тому, що повітря не відсмоктують із вежі, а нагнітають у вежу знизу під решітку киплячого шару одним потужним вентилятором, тобто вежа працює під підпором.
Розміщення всього основного технологічного обладнання на грануляційній вежі, як зазначалося, спростило схему через відмову від перекачування концентрованих розчинів селітри. Водночас таке рішення призвело до певних ускладнень процесів будівництва та

Експлуатації агрегату:
- стовбур вежі несе велике навантаження, внаслідок чого він виконаний у залізобетоні з внутрішньою футеровкою кислотноупорною цеглою, що призводить до значних капітальних витрат, підвищення трудомісткості та тривалості будівництва;
- надбудова з технологічним обладнанням розташована на великій висоті, тому повинна бути повністю закрита, опалювальна та вентильована.
- монтаж обладнання може бути розпочато лише після зведення вежі, що подовжує цикл будівельно-монтажних робіт;
- розташування обладнання на висоті спричиняє підвищення вимог до працездатності підйомно-транспортного обладнання (ліфтів);
- Експлуатація вежі під напором ускладнює обслуговування апарату охолодження продукту в киплячому шарі, вбудованого в вежу;

Застосування вбудованого охолоджуючого апарату призводить до збільшення витрати енергії на подачу повітря на башту.
З метою усунення недоліків схеми АС-67 та підвищення якості продукту у схемі АС-72 прийнято такі технічні рішення:
- передбачено підвищення міцності гранул як результат впливу трьох факторів: застосування сульфатно-фосфатної добавки, отримання більших гранул, регулювання темпу охолодження гранул, для чого був застосований секційований виносний апарат із киплячим шаром та роздільною подачею повітря в кожну секцію;
- обладнання розміщено внизу на окремій етажерці; для перекачування плава застосований насос.
Технологічна схема виробництва селітри за схемою АС-72 складається з тих же стадій, що й за схемою АС-67; додатковою є стадія перекачування висококонцентрованого плава аміачної селітри на верх грануляційної вежі.

Принципових відмінностей у технологічному процесі на стадіях нейтралізації та випарювання у схемі АС-72 порівняно з АС-67 немає. Відмінністю є підігрів азотної кислоти у двох підігрівачах індивідуально для кожного апарату ІТН, що дозволило встановити автоматичні регулятори витрати на лінії подачі азотної кислоти на підігрів. І ще однією характерною відмінністю є встановлення лише одного потужнішого донейтралізатора, замість двох.
Зростання вимог до охорони навколишнього середовища поставив на порядок денний істотне зниження викиду в атмосферу аерозольних частинок аміачної селітри та аміаку. Вища ступінь очищення цих викидів - основна риса модернізованих агрегатів АС-72М.

У сучасних виробництвах аміачної селітри питомі витрати сировини близькі до теоретичних. Тому істотної різниці собівартості продукту, що отримується у великотоннажних агрегатах АС-67, АС-72 та АС-72М, немає.
Відмінність техніко-економічних показників залежно від конкретних схем лежить головним чином області витрати енергоресурсів: пари, електроенергії, оборотної води. Витрата пари визначається вихідною концентрацією азотної кислоти, ступенем використання тепла сокової пари, одержуваного на стадії нейтралізації.
Витрата електроенергії у виробництвах аміачної селітри за абсолютними значеннями невелика. Але він може коливатися в залежності від способу охолодження продукту, що застосовується (безпосередньо в вежі при польоті гранул,
в апаратах з псевдозрідженим шаром, в барабанах, що обертаються), від способів очищення повітря, вибра
У промисловості переважно застосовують агрегат АС-72, де в результаті застосування монодисперсних грануляторів забезпечено вирівняний гранулометричний склад, знижено вміст дрібних гранул, зменшено швидкість повітря по перерізу вежі, тобто. створені сприятливіші

Умови для зменшення винесення пилу з вежі та зниження навантаження на промивний скрубер.

Список використаної літератури

1. Розрахунки хіміко-технологічних процесів. За загальною редакцією проф. Мухльонова І.П. Л., "Хімія", 1976. -304с.
2.http://www.xumuk.ru//
3.Клевке.В.А., "Технологія азотних добрив", М., Держхімвидав, 1963р.
4. Загальна хімічна технологія: Найважливіші хімічні виробництва / І.П.Мухленов.-4-е вид.-М.: Вищ.шк., 1984.
5.Основні процеси та апарати хімічної технології: Посібник із проектування. Під ред.Ю.И.Дитнерского, 2-ге вид., М.: Хімія, 1991.-496 з.
6.Мініович М. А. Виробництво аміачної селітри. М. "Хімія", 1974. - 240 с.

Висновок

У цій роботі вивчили виробництво аміачної селітри та принципову технологічну схему, обґрунтували вибір основного та допоміжного обладнання у виробництві аміачної селітри, розрахували матеріальний та тепловий баланс стадії нейтралізації.
Розглянули фізичні, хімічні властивості аміачної селітри. Так як аміачна селітра володіє такими властивостями як злежність і гігроскопічність необхідно вживати наступних заходів, для зменшення злежності застосовувати порошкоподібні добавки, що припудрюють частинки солі. Одні з добавок зменшують активну поверхню частинок, інші мають адсорбційні властивості. Додавати до солей, що злежуються, дуже малі кількості барвників, а також охолоджувати аміачну селітру перед упаковкою в тару. Щоб зменшити гігроскопічність, необхідно селітру гранулювати. Гранули мають меншу питому поверхню, ніж дрібнокристалічна сіль, тому повільніше зволожується.
Аміачна селітра є найважливішим і поширеним азотним добривом, яке застосовується в сільському господарстві. Тому необхідно дотримуватися умов зберігання аміачної селітри та створювати нові технологічні рішення.

4.Вибір розмірів контактного апарату

Визначаємо об'єм апарату, який використовує теплоту нейтралізації:

Час контактування, година;

M-продуктивність апарату, м 3 /год.

G=10000 кг/годину=36000000 кг/сек.

Ам.селітри =1725 кг/м3

M = G/? ам.селітри

M=36000000 кг/сек: 1725 кг/м3 =20869,5 м3/сек

V= 1сек·20869, 5 м 3 /сек=20869,5 м 3

Кафедра хімічної технології твердого палива та екології

СТВЕРДЖУЮ
Дата

Зав. кафедрою _______________
(підпис)

Студенту

1. Тема проекту

5. Консультанти по проекту (із зазначенням розділів проекту, що належать до них)

2. ______________________________ _____________________
Дата видачі завдання _____________
Керівник ________________________
(підпис)
7. Основна література та рекомендовані матеріали
______________________________ ______________________________ ______________________________ ______________________________ ______________________________ _________________
Завдання прийняв до виконання (дата)

Федеральне агентство з освіти

Кафедра хімічної технології твердого палива та екології

СТВЕРДЖУЮ
Дата

Зав. кафедрою _______________
(підпис)
Завдання з курсового проектування

Студенту

1. Тема проекту
______________________________ _____________________

Затверджено наказом по вузу від
2. Строк здачі студентом закінченого проекту
3. Вихідні дані до проекту
______________________________ ______________________

4. Обсяг та зміст пояснювальної записки (основних питань загальної та спеціальної частини) та графічного матеріалу
______________________________ ______________________________ ______________________________ ______________________________
5. Консультанти по проекту (із зазначенням розділів проекту, що належать до них)
1. ______________________________ _____________________
2. ______________________________ _____________________ Дата видачі завдання _____________ Керівник ________________________ (підпис) 7. Основна література та рекомендовані матеріали ______________________________ ______________________________ ______________________________ ______________________________ ______________________________ _________________ Завдання прийняв до виконання (дата) _________________

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

Вихідна 58-60%-на азотна кислота підігрівається в підігрівачі / до 70-80 З соковою парою з апарату ІТН 3 та подається на нейтралізацію. Перед апаратами 3 до азотної кислоти додають фосфорну і сірчану кислоти в таких кількостях, щоб у готовому продукті містилася 0,3-0,5% Р2О5 і 0,05-0,2% сульфату амонію.

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

Азотну кислоту (58-60%-ну) підігрівають в апараті 2 до 80-90 °С соковою парою з апарату ІТН 8. Газоподібний аміак у підігрівачі 1 нагрівається паровим конденсатом до 120-160°С. Азотна кислота і газоподібний аміак автоматично регульованому співвідношенні надходять у реакційні частини двох апаратів ІТН 5, що працюють паралельно. Виходить з апаратів ІТН 89-92%-ний розчин NH4NO3 при 155-170 °С має надлишок азотної кислоти в межах 2-5 г/л, що забезпечує повноту поглинання аміаку.

У верхній частині апарату сокова пара з реакційної частини відмивається від бризок аміачної селітри; парів HNO3 і NНз 20%-ним розчином аміачної селітри з промивного скрубера 18 та конденсатом сокової пари з підігрівача азотної кислоти 2, які подають на ковпачкові тарілки у верхній частині апарату. Частину сокової пари використовують на підігрів азотної кислоти в підігрівачі 2, а основну його масу направляють у промивний скрубер 18, де змішують з повітрям із грануляційної вежі, з пароповітряною сумішшю з випарного апарату 6 і промивають на промивних тарілках скрубера. Промиту пароповітряну суміш викидають в атмосферу вентилятором 19.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Міністерство освіти і науки РФ

Державний освітній заклад

Вищої професійної освіти

«Тверський державний технічний університет»

Кафедра ТПМ

Курсова робота

з дисципліни: «Загальна хімічна технологія»

Виробництво аміачної селітри

• Зміст

Вступ

1. Фізико-хімічні властивості аміачної селітри

2. Методи виробництва

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

3.1 Одержання розчинів аміачної селітри

3.1.1 Основи процесу нейтралізації

3.1.2. Характеристика нейтралізаційних установок

3. 1 5 Основне обладнання

4. Матеріальні та енергетичні розрахунки

5. Термодинамічний розрахунок

6. Утилізація та знешкодження відходів у виробництві аміачної селітри

Висновок

Список використаних джерел

Додаток А

Вступ

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

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

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

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

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

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

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

Добрива, лужні катіони яких швидше витягуються рослинами із ґрунту, викликають його підкислення; рослини, які швидше споживають кислотні аніони добрив, сприяють підлугованню ґрунту.

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

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

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

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

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

Таблиця 1 - Зміст азоту в сполуках

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

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

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

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

Невелика кількість селітри витрачається отримання закису азоту, використовуваної у медицині.

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

1. Фізико-хімічні властивості аміачної селітри

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

NH4NO3=Np+HNO3 - 174598,32 Дж (1)

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

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

NH4NO3 = N2О + 2Н2О + 36902,88 Дж (2)

Термічне розкладання аміачної селітри протікає за такими послідовними стадіями:

· Гідроліз (або дисоціація) молекул NH4NO3;

· Термічне розкладання азотної кислоти, що утворюється при гідролізі;

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

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

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

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

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

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

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

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

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

NH4NO3=N2+ 2Н20 (6)

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

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

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

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

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

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

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

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

2 . Методи виробництва

аміачна селітра нейтралізація кислота

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

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

4Np + 4NO2 + 02 + 2Н20 = 4NH4NO3 (7)

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Процес виробництва аміачної селітри складається з наступних основних стадій:

1. Одержання розчинів аміачної селітри нейтралізацією азотної кислоти газоподібним аміаком або аміакмісними газами.

2. Упарювання розчинів аміачної селітри до стану плава.

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

4. Охолодження чи сушіння солі.

5. Упаковка у тару готового продукту.

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

3.1 П одержання розчинів аміачної селітри

3.1.1 Основи процесу нейтралізації

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

4NН3 + НNO3 = NН4NO3 + Q Дж (8)

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

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

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

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

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

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

3.1.2. Характеристика нейтралізаційних установок

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

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

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

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

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

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

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

3.1.3 Налаштування нейтралізації, що працюють при атмосферному тиску

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

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

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

Рисунок 1 - Апарат-нейтралізатор ІТН із природною циркуляцією розчинів

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

3.1.4 Установки нейтралізації, що працюють під час розрідження

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

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

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

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

Рисунок 3 – Схема установки нейтралізації з вакуум-випарником

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

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

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

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

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

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

Рисунок 4 – Схема вакуум-нейтралізації:

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

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

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

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

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

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

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

3.1. 5 Основне обладнання

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

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

Малюнок 5 - Апарат-нейтралізатор ІТН

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Малюнок 6 - Мешалка-донейтралізатор

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

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

В окремих випадках для ліквідації викидів в атмосферу сокової пари, що скидається при продувках з випарних апаратів, пасток апаратів ІТН та гідрозатворів, встановлюється поверхневий конденсатор з наступною характеристикою: діаметр корпусу 800 мм, висота 4430 мм, загальна кількість трубок 43 . загальна поверхня – 125 м2.

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

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

4 . Матеріальні та енергетичні розрахунки

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

Приймаємо, що процес нейтралізації протікатиме в наступних умовах:

Початкова температура, °С

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

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

Таблиця 2 - Вихідні дані

Матеріальний розрахунок

1 Для отримання 1 т селітри за реакцією:

Np + HNO3 = NH4NO3 + Q Дж (9)

теоретично потрібна наступна кількість сировини (в кг):

17 - 80 х = 1000 * 17/80 = 212,5

азотної кислоти

63 - 80 х = 1000 * 63/80 = 787,5

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

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

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

980/80 = 12,25 кмоль/год,

а також кількість води:

1000-980 = 20 кг/год

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

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

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

771,75/0,6=1286,25 кг/год,

у тому числі води:

1286,25-771,25 = 514,5 кг/год

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

У перерахунку на 25% аміачну воду це складе 208,25/0,25 = 833 кг/год, у тому числі води 833-208,25 = 624,75 кг/год.

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

514,5 +624,75 = 1139,25 кг / год

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

7. Складемо таблицю матеріального балансу процесу виробництва аміачної селітри.

Таблиця 3 – Матеріальний баланс процесу нейтралізації

8. Розрахуємо технологічні показники.

· Теоретичні видаткові коефіцієнти:

за кислотою - 63/80 = 0,78 кг/кг

за аміаком - 17/80=0,21 кг/кг

· Фактичні видаткові коефіцієнти:

за кислотою - 1286,25/1000=1,28 кг/кг

по аміаку - 833/1000 = 0,83 кг/кг

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

Qф/Qт*100=980/980*100=100%

Енергетичний розрахунок

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

1. Тепло, що вноситься газоподібним аміаком, становить:

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

де 208,25 - витрата аміаку, кг/год

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

50 - температура аміаку, °С

2. Тепло, що вноситься азотною кислотою:

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

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

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

20 - температура кислоти, °С

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

HNO3*3,95pO(рідина) +Np(газ) =NH4NO3*3,95pO(рідина)

де HNO3*3,95pO відповідає азотної кислоти.

Тепловий ефект Q3 цієї реакції знаходимо з наступних величин:

а) теплота розчинення у воді азотної кислоти:

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

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

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

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

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

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

Величина NH4NO3*4pO розраховується із співвідношення

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

де 80 - молярна вага NH4NO3

47,5 - концентрація HNO3%

52,5 - концентрація NH4NO3, %

18 - молярна вага pO

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

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

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

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

Np (газ): 46191,36

HNO3 (рід):174472,8

NH4NO3(тв):364844,8

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

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

Теплота q3 розчинення NH4NO3 щодо реакції (12) дорівнює 15606,32 Дж/моль.

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

Таким чином, тепловий ефект Q3 реакції

HNO3 +*3,95pO(рід)+ Np(газ) =NH4NO3*2,5pO(рід)+1.45 pO(пар)

складе:

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

При виробленні 1 т аміачної селітри тепло реакції нейтралізації складе:

102633,52 * 1000/80 = 1282919 кДж,

де 80 - молекулярна вага NH4NO3

з наведених вище розрахунків видно, що сумарний прихід тепла становитиме: з аміаком 22699,25, з азотною кислотою 42600,8, з допомогою тепла нейтралізації 1282919 і лише 1348219,05 кДж.

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

Кількість тепла, що забирається розчином аміачної селітри, становить:

Q=(980+10)*2,55 tкіп,

де 980 - кількість розчину аміачної селітри, кг

10 - втрати Np та HNO3, кг

tкіп - температура кипіння розчину аміачної селітри, °С

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

T = 115,2 - 100 = 15,2 ° С

Обчислюємо температуру кипіння 64%-ного розчину NH4NO3

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

Подібні документи

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

курсова робота , доданий 19.01.2016


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

курсова робота , доданий 09.01.2014


Аміачна селітра як поширене та дешеве азотне добриво. Огляд існуючих технологічних схем виробництва. Модернізація виробництва аміачної селітри з одержанням складного азотно-фосфатного добрива на ВАТ „Череповецький „Азот”.

дипломна робота , доданий 22.02.2012


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

курсова робота , доданий 11.03.2015


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

контрольна робота , доданий 25.12.2013


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

курсова робота , доданий 24.06.2012


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

дипломна робота , доданий 01.11.2013


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

курсова робота , доданий 14.03.2015


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

курсова робота , доданий 18.12.2008


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

Аміачна селітра - один із основних видів азотних добрив; містить щонайменше 34,2% азоту. Сировиною для отримання гранульованої аміачної селітри служать неконцентрована 30-40% азотна кислота і газоподібний аміак.

Як кондиціонує добавки іноді використовують 92,5% сірчану кислоту, яка нейтралізується аміаком разом з азотною кислотою до сульфату амонію. Для обприскування готових гранул застосовують поверхнево-активну речовину - 40% водний розчин диспергатора "НФ".

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

Технологічна схема виробництва

Аміачна селітра – одне з найпоширеніших азотних добрив. Одержують її нейтралізацією розведеної азотної кислоти (40-50%) газоподібним аміаком.

Азотна кислота з приймальної ємності 1 (рис.9.8) проходить через теплообмінник 2 і надходить у нейтралізатор 3. Туди ж подається попередньо нагрітий теплообміннику 5 газоподібний аміак. Основна кількість аміаку надходить у газоподібному стані із цеху синтезу аміаку. Додатково із складу подається рідкий аміак, який випаровується в апараті 4.

У нейтралізаторі 3 при атмосферному тиску та певній температурі протікає процес нейтралізації

паралельно з ним відбувається часткове випаровування розчину за рахунок теплоти нейтралізації. Частково випарений слабокислий розчин аміачної селітри концентрацією 60-80% (так званий слабкий луг) надходить у бак з мішалкою - донейтралнзатор 6, де остаточно нейтралізується аміаком. Пара, що утворюється при випаровуванні розчину (сокова пара), виводиться з верхньої частини нейтралізатора. При неправильному веденні процесу з нейтралізатора з соковою парою може відноситися частина аміаку та азотної кислоти.

Упарювання слабкого лугу до 98,5% NH4NO3 здійснюється під вакуумом у два ступені. Спочатку у випарному апараті 8 концентрація лугу доводиться до 82% NH4NO3, а потім і у випарному апараті 12 - до заданої.

Слабкий луг подається в нижню частину випарного апарату 8. Як гріючого агента у випарному апараті I щаблі в основному використовують сокову пару. Додатково до нього подають водяну пару. У міру збільшення концентрації сокової пари в камері, що гріє, випарного апарату накопичуються інертні гази, що погіршують теплопередачу. Для забезпечення нормальної роботи апарату 8 передбачено продування міжтрубного простору з викидом інертних газів в атмосферу.

Упаренный луг з апарату 8 переміщується в збірник 10. Тут для поліпшення якості одержуваної селітри до лугу додають розчин доломіту, що знижує селітри.

Зі збірника 10 луг перекачується у випарний апарат 12. У сепараторі 13 проводиться поділ випареного розчину на сокову пару і концентрований розчин - плав. Сокова пара проходить в барометричний конденсатор 14, а плав подається в грануляційну вежу 15. Гранульована аміачна селітра (кінцевий продукт) виводиться з вежі вихідного патрубка 16 транспортером 17.

Метод отримання аміачної селітри з аміаку коксового газу та розведеної азотної кислоти перестали застосовувати як економічно невигідний.

Технологія виробництва аміачної селітри включає нейтралізацію азотної кислоти газоподібним аміаком з використанням теплоти реакції (145 кДж/моль) для упарювання розчину селітри. Після утворення розчину, зазвичай з концентрацією 83%, зайва вода випаровується до стану розплаву, у якому вміст нітрату амонію становить 95-99,5% залежно від сорту готового продукту. Для використання в якості добрива розплав гранулюється в розпилювальних апаратах, сушиться, охолоджується і покривається складами для запобігання злежуванню. Колір гранул варіюється від білого до безбарвного. Нітрат амонію для застосування в хімії зазвичай зневоднюється, тому що він дуже гігроскопічний і відсоткову кількість води в ньому (ω(H2O)) отримати практично неможливо.

На сучасних заводах, що виробляють аміачну селітру, що практично не простежується, гарячі гранули, що містять 0,4% вологи і менше, охолоджуються в апаратах з киплячим шаром. Охолоджені гранули надходять на упаковку поліетиленові або п'ятишарові паперові бітумовані мішки. Для надання гранулам більшої міцності, що забезпечує можливість безтарних перевезень, та збереження стабільності кристалічної модифікації при більш тривалому терміні зберігання в аміачну селітру вносять такі добавки, як магнезит, напівводний сульфат кальцію, продукти розкладання сульфатної сировини азотною кислотою та інші (зазвичай не більше 0,5 % за масою).

У виробництві аміачної селітри використовують азотну кислоту з концентрацією понад 45% (45-58%), вміст оксидів азоту має перевищувати 0,1%. У виробництві аміачної селітри можуть бути використані також відходи аміачного виробництва, наприклад аміачна вода і танкові та продувальні гази, що відводяться зі сховищ рідкого аміаку і одержуються під час продувки систем синтезу аміаку. Крім того, у виробництві аміачної селітри використовуються гази дистиляції з виробництва карбаміду.

При раціональному використанні тепла, що виділяється, нейтралізації можна отримати за рахунок випаровування води концентровані розчини і навіть плав аміачної селітри. Відповідно до цього розрізняють схеми з отриманням розчину аміачної селітри з подальшим випарюванням його (багатостадійний процес) та з отриманням плава (одностадійний або безупарковий процес).

Можливі такі принципово різні схеми одержання аміачної селітри з використанням тепла нейтралізації:

установки, що працюють при атмосферному тиску (надлишковий тиск сокової пари 0,15-0,2 ат);

Установки з вакуум-випарником;

Установки, що працюють під тиском з одноразовим використанням тепла сокової пари;

Установки, що працюють під тиском, із дворазовим використанням тепла сокової пари (одержання концентрованого плава).

У промисловій практиці знайшли широке застосування як найефективніші установки, що працюють при атмосферному тиску, з використанням тепла нейтралізації та частково установки з вакуум-випарником.

Отримання аміачної селітри за цим методом складається з наступних основних стадій:

1. отримання розчину аміачної селітри нейтралізацією азотної кислоти аміаком;

2. випарювання розчину аміачної селітри до стану плава;

3. кристалізація солі з плава;

4. сушіння та охолодження солі;

5. Упаковка.

Процес нейтралізації здійснюють у нейтралізаторі, що дозволяє використовувати тепло реакції для часткового випарювання розчину – ІТН. Він призначений для отримання розчину аміачної селітри шляхом нейтралізації 58 - 60 % азотної кислоти газоподібним аміаком з використанням тепла реакції для часткового випарювання води з розчину під атмосферним тиском реакції:

NH 3 + HNO 3 = NH 4 NO 3 + Qккал