Главная › Проекты домов › Технологический процесс производства аммиачной селитры. Аналитический обзор литературы Производство аммиачной селитры под давлением

Технологический процесс производства аммиачной селитры. Аналитический обзор литературы Производство аммиачной селитры под давлением

Основной метод

В промышленном производстве используется безводный аммиак и концентрированная азотная кислота:

Реакция протекает бурно с выделением большого количества тепла. Проведение такого процесса в кустарных условиях крайне опасно (хотя в условиях большого разбавления водой нитрат аммония может быть легко получен). После образования раствора, обычно с концентрацией 83 %, лишняя вода выпаривается до состояния расплава, в котором содержание нитрата аммония составляет 95--99,5 % в зависимости от сорта готового продукта. Для использования в качестве удобрения расплав гранулируется в распылительных аппаратах, сушится, охлаждается и покрывается составами для предотвращения слёживания. Цвет гранул варьируется от белого до бесцветного. Нитрат аммония для применения в химии обычно обезвоживается, так как он очень гигроскопичен и процентное количество воды в нём (щ(H2O)) получить практически невозможно.

Метод Габера

при давлении, высокой температуре и катализаторе

По способу Габера из азота и водорода синтезируется аммиак, часть которого окисляется до азотной кислоты и реагирует с аммиаком, в результате чего образуется нитрат аммония:

Нитрофосфатный метод

Этот способ также известен как способ Одда, названный так в честь норвежского города, в котором был разработан этот процесс. Он применяется непосредственно для получения азотных и азотно-фосфорных удобрений из широко доступного природного сырья. При этом протекают следующие процессы:

1. Природный фосфат кальция (апатит) растворяют в азотной кислоте:
2. Полученную смесь охлаждают до 0 °C, при этом нитрат кальция кристаллизуется в виде тетрагидрата -- Ca(NO3)2·4H2O, и его отделяют от фосфорной кислоты.

На полученный нитрат кальция и неудалённую фосфорную кислоту действуют аммиаком, и в итоге получают нитрат 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 воздуха. Иногда аммиачную селитру сплавляют с менее гигроскопичными солями, например с сульфатом аммония.

Технологический процесс производства нитрата аммония состоит из следующих основных стадий: нейтрализации азотной кислоты газообразным аммиаком, выпаривание нитрата аммония, кристаллизации и гранулирования плава, охлаждения, классификации и опудривания готового продукта (рис.4.1.).

Рисунок 4.1 Принципиальная схема производства нитрата аммония

В настоящее время в связи с освоением производства 18 - 60% азотной кислоты основная масса нитрата аммония производится на установках АС-67, АС-72, АС-72М, мощностью 1360 и 1171 т/сутки с упариванием в одну ступень (рис.4.2.) , а также на установках безупарочного метода (рис.4.4.).

Рисунок 4.2 Технологическая схема производства АС-72М: 1 - подогреватель аммиака; 2 - подогреватель кислоты; 3 - аппарат ИТН; 4 - донейтрализатор; 1 - выпарной аппарат; 6 - гидрозатвор-донейтрализатор; 7 - сборник плава; 8 - напорный бак; 9 - виброакустический гранулятор; 10 - грануляционная башня; 11 - транспортер; 12 - охладитель гранул «КС»; 13 - подогреватель воздуха; 14 - промывной скруббер

Газообразный аммиак из подогревателя 1, обогреваемого конденсатом сокового пара, нагретый до 120 - 160єС, и азотная кислота из подогревателя 2, обогреваемого соковым паром, при температуре 80 - 90єС поступают в аппарат ИТН (с использованием теплоты нейтрализации) 3. Для уменьшения потерь аммиака вместе с паром реакцию ведут в избытке кислоты. Раствор нитрата аммония из аппарата ИТН нейтрализуют в донейтрализаторе 4 аммиаком, куда одновременно добавляется кондиционирующая добавка нитрата магния и поступает на упаривание в выпарной аппарат 1. Из него образовавшийся плав нитрата аммония через гидрозатвор-донейтрализатор 6 и сборник плава 7 направляется в напорный бак 8 и из него с помощью виброакустических грануляторов 9 поступает в грануляционную башню 10. В нижнюю часть башни засасывается атмосферный воздух, и подается воздух из аппарата для охлаждения гранул «КС» 12. Образовавшиеся гранулы нитрата аммония из нижней части башни поступают на транспортер 11 и в аппарат кипящего слоя 12 для охлаждения гранул, в который через подогреватель 13 подается сухой воздух. Из аппарата 12 готовый продукт направляется на упаковку. Воздух из верхней части башни 10 поступает в скрубберы 14, орошаемые 20% раствором нитрата аммония, где отмывается от пыли нитрата аммония и выбрасывается в атмосферу. В этих же скрубберах очищаются от непрореагировавшего аммиака и азотной кислоты газы, выходящие из выпарного аппарата и нейтрализатора. Аппарат ИТН, грануляционная башня и комбинированный выпарной аппарат -основные аппараты в технологической схеме АС-72М.

Аппарат ИТН (рис.4.3.) имеет общую высоту 10 м и состоит из двух частей: нижней реакционной и верхней сепарационной. В реакционной части находится перфорированный стакан в который подают азотную кислоту и аммиак. При этом за счет хорошей теплоотдачи реакционной массы стенкам стакана, реакция нейтрализации протекает при температуре, более низкой, чем температура кипения кислоты. Образующийся раствор нитрата аммония закипает, и из него испаряется вода. За счет подъемной силы пара парожидкостная эмульсия выбрасывается из верхней части стакана и проходит через кольцевой зазор между корпусом и стаканом, продолжая упариваться. Затем она поступает в верхнюю сепарационную часть, где раствор, проходя ряд тарелок, отмывается от аммиака раствором нитрата аммония и конденсатом сокового пара. Время пребывания реагентов в реакционной зоне не превышает одной секунды, благодаря чему не происходит термического разложения кислоты и нитрата аммония. За счет использования теплоты нейтрализации в аппарате испаряется большая часть воды и образуется 90% раствор нитрата аммония.

Комбинированный выпарной аппарат высотой 16 м состоит из двух частей. В нижней кожухотрубной части диаметром 3м происходит упаривание раствора, проходящего через трубки, обогреваемые сначала перегретым паром, нагретым до 180єС воздухом. Верхняя часть аппарата служит для очистки выходящей из аппарата паровоздушной смеси и частичного упаривания поступающего в аппарат раствора нитрата аммония. Из выпарного аппарата выходит плав нитрата аммония концентрацией 99,7% с температурой около 180єС.

Грануляционная башня имеет прямоугольное сечение 11х8 м2 и высоту около 61 м. Через отверстие в нижней части в башню поступает наружный воздух и воздух из охладителя гранул. Поступающий в верхнюю часть башни плав нитрата аммония диспергируется с помощью трех виброакустических грануляторов, в которых струя плава превращается в капли. При падении капель с высоты около 10 м они затвердевают и превращаются в гранулы. Кристаллизация плава с влажностью 0,2% начинается при 167єС и заканчивается при 140 єС. Объем воздуха, подаваемого в башне, составляет в зависимости от времени года 300 - 100 м3/час. В установках АС - 72М применяется магнезиальная добавка против слеживаемости продукта (нитрат магния). Поэтому операции обработки гранул ПАВ, предусмотренной в схемах АС - 67 и АС - 72, не требуется. Принципиальными отличиями технологической схемы производства нитрата аммония безупарочным методом (рис.4.) являются: использование более концентрированной азотной кислоты; проведение процесса нейтрализации при повышенном (0,4МПа) давлении; быстрый контакт нагретых компонентов. В этих условиях на стадии нейтрализации образуется парожидкостная эмульсия, после разделения которой получают плав концентрацией 98,1%, что позволяет исключить отдельную стадию упаривания раствора.

Рисунок 4.4 Технологическая схема безупарочного метода: 1 - подогреватель азотной кислоты; 2 - подогреватель аммиака; 3 - реактор (нейтрализатор); 4 - сепаратор эмульсии; 1 - барабанный кристаллизатор; 6 - нож; 7 - барабанная сушка

Нагретые в нагревателях 1 и 2, обогреваемые паром, выходящим из сепаратора, эмульсии 4, азотная кислота и аммиак поступают в нейтрализатор 3, где в результате реакции образуется эмульсия из водного раствора нитрата аммония и водяного пара. Эмульсия разделяется в сепараторе 4 и плав нитрата аммония подается в барабанный кристаллизатор 1, в котором нитрат аммония кристаллизируется на поверхности металлического барабана, охлаждаемого изнутри водой.

Образовавшийся на поверхности барабана слой твердого нитрата аммония толщиной около 1 мм срезается ножом 6 и в виде чешуек поступает для просушивания в барабанную сушилку 7. Подобный продукт в виде чешуек используется для технических целей.

Охлажденный продукт направляют на склад, а затем на отгрузку навалом или на упаковку в мешки. Обработку диспергатором ведут в полом аппарате с центральнорасположенной форсункой, опрыскивающей кольцевой вертикальный поток гранул, или во вращающемся барабане. Качество обработки гранулированного продукта во всех применяемых аппаратах удовлетворяет требование ГОСТ 2-85.

Гранулированную аммиачную селитру хранят на складе в буртах высотой до 11 м. Перед отправкой потребителю селитру из склада подают на рассев. Нестандартный продукт растворяют, раствор возвращают на упарку. Стандартный продукт обрабатывают диспергатором НФ и отгружают потребителям.

Емкости для серной и фосфорной кислот и насосное оборудование для их дозирования скомпоновано в самостоятельный блок. Центральный пункт управления, электроподстанция, лаборатория, служебные и бытовые помещения расположены в отдельном здании.

Упаковка селитры производится в мешки с полиэтиленовым вкладышем массой 50 кг, также специализированные контейнеры - бигбеги, массой 500-800 кг. Транспортировка осуществляется как в подготовленной таре, так и насыпью. Возможно перемещение различными разновидностями транспорта, только исключен воздушный транспорт из-за повышенной пожарной опасностью.

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

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

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:

Нейтрализация азотной кислоты газообразным аммиаком.
Упаривание раствора азотнокислого аммония.
Кристаллизация азотнокислого аммония.
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.

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/

Введение
1. Производство аммиачной селитры
2. Исходное сырьё
3. Синтез аммиака
4. Характеристика целевого продукта
5. Физико-химическое обоснование основных процессов производства целевого продукта и экологической безопасности производства

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.

1. Производство аммиачной селитры

Аммиачная селитра, или нитрат аммония, NН 4 NО 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). 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.

2. 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/смі при - 42 °С застывающая в прозрачную кристаллическую массу. На воздухе она, подобно концентрированной 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 идет 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 Н и- NO.Азотная кислота - одно из важнейших соединений азота: в больших количествах она расходуется в производстве, азотных удобрений, взрывчатых веществ и органических красителей, служит окислителем во многих химических процессах, 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.

3. Синтез аммиака

аммиак азотный селитра сырье

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 NН 3 - 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

N 2 +3Н 2 =2NН 3 ; ?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.

4. 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 селитр ы :

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 NH 4 NO 3 -Н 2 О (рис. 11-2) относится к системам с простой эвтектикой. Эвтектической точке соответствует концентрация 42,4% МН 4 МО 3 и температура -16,9 °С. Левая ветвь диаграммы-линия ликвидуса воды отвечает условиям выделения льда в системе НН 4 МО 3 -Н 2 О. Правая ветвь кривой ликвидуса - кривая растворимости МН 4 МО 3 в воде. Эта кривая имеет три точки перелома, соответствующие температурам модификационных переходов NH 4 NO 3 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 NH 4 NO 3 (Tкрист, "С) от содержания влаги {X, %) до 1,5% описывается уравнением:

t крист = 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 :

t крист = 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 (NH 4 NO 3)% масс 59,69 47.05 38,84 30,76 22,85 15,09 2,17
Q раств 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.

Рис. 11-2. Диаграмма состояния системы NH 4 N 03 - H 20

Терморазложение . Аммиачная селитра представляет собой окислитель, способный поддерживать горение. При нагревании ее в замкнутом пространстве, когда продукты терморазложения не могут свободно удаляться, селитра может при некоторыхусловиях взрываться (детонировать). Она может взрываться также под воздействием сильных ударов, например при инициировании взрывчатыми веществами.

В начальный период нагревания при 110°С постепенно происходит эндотермическая диссоциация селитры на аммиак и азотную кислоту:

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

При 165 °С потеря массы не превосходит 6%/сут. Скорость диссоциации зависит не только от температуры, но и от соотношения между поверхностью селитры и ее объемом, содержания примесей и др.

Аммиак менее растворим в расплаве, чем азотная кислота, поэтому удаляется быстрее; концентрация азотной кислоты увеличивается до равновесного значения, определяемого температурой. Наличие в расплаве азотной кислоты обусловливает автокаталитический характер терморазложения.

В интервале температур 200-270 °С протекает в основном слабоэкзотермическая реакция разложения селитры на закись азота и воду:

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

Заметное влияние на скорость терморазложения оказывает диоксид азота, который образуется при термическом разложении азотной кислоты, являющейся продуктом диссоциации аммиачной селитры.

При взаимодействии диоксида азота с селитрой образуются азотная кислота, вода и азот:

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

Тепловой эффект этой реакции более чем в 6 раз превышает тепловой эффект реакции разложения селитры на N 2 О и Н 2 О. Таким образом, в закисленной селитре даже при обычных температурах вследствие значительной экзотермической реакции взаимодействия с диоксидом азота происходит самопроизвольное терморазложение, которое при большой массе аммиачной селитры может привести к ее бурному разложению.

При нагревании селитры в замкнутой системе при 210-220 °С происходит накопление аммиака, концентрация азотной кислоты снижается, поэтому происходит сильное торможение реакции разложения Процесс терморазложения практически прекращается, несмотря на то что большая часть соли еще не разложилась. При более высоких температурах аммиак окисляется быстрее, в системе накапливается азотная кислота и реакция протекает со значительным самоускорением, что может привести к взрыву.

Добавка к аммиачной селитре веществ, которые могут разлагаться с выделением аммиака (например, карбамид и ацетамид), тормозит терморазложение. Соли с катионами серебра или таллия значительно увеличивают скорость реакции вследствие образования комплексов с ионами нитрата в расплаве. Ионы хлора оказывают сильное каталитическое действие на процесс терморазложения. При нагревании смеси, содержащей хлорид и аммиачную селитру, до 220-230 °С начинается очень бурное разложение с выделением больших количеств газа. За счет теплоты реакции сильно повышается температура смеси, и разложение заканчивается в течение короткого времени.

Если хлоридсодержащую смесь поддерживать при температуре 150-200 °С, то в первый период времени, называемый индукционным, разложение будет протекать со скоростью, соответствующей разложению селитры при данной температуре. В этот период помимо разложения будут протекать также другие процессы, результатом которых являются, в частности, увеличение содержания кислоты в смеси и выделение небольшого количества хлора. После индукционного периода разложение протекает с большой скоростью и сопровождается сильным выделением тепла и образованием большого количества токсичных газов. При большом содержании хлорида разложение всей массы аммиачной селитры быстро заканчивается. Ввиду этого содержание хлоридов в продукте строго ограничено.

При эксплуатации механизмов, используемых в производстве аммиачной селитры, следует применять смазки, которые не взаимодействуют с продуктом и не снижают начальную температуру терморазложения. Для этой цели может быть, например, использована смазка ВНИИНП-282 (ГОСТ 24926-81).

Температура продукта, направляемого на хранение насыпью или на упаковку в мешки, должна быть не выше 55 °С. В качестве тары используют мешки из полиэтилена или крафтбумаги. Температуры, при которых начинаются активные процессы окисления аммиачной селитрой полиэтилена и крафтбумаги, составляют соответственно 270-280 и 220-230 °С. Опорожненные полиэтиленовые и крафтбумажные мешки должны быть очищены от остатков продукта и, если не могут быть использованы, то должны быть сожжены.

По энергии взрыва аммиачная селитра в три раза слабее большинства ВВ. Гранулированный продукт может в принципе детонировать, но инициирование капсулем-детонатором невозможно, для этого требуются большие заряды мощных ВВ.

Взрывное разложение селитры протекает по уравнению:

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

По уравнению (11.12) тепло взрыва должно было бы составить 1,48 МДж/кг. Однако вследствие протекания побочных реакций, одна из которых эндотермична (11.9), фактическое тепло взрыва составляет 0,96 МДж/кг и по сравнению с теплом взрыва гексогена (5,45 МДж) мало. Но для такого крупнотоннажного продукта как аммиачная селитра учет его взрывчатых свойств (хотя и слабых) имеет значение для обеспечения безопасности.

Требования потребителей к качеству выпускаемой промышленностью аммиачной селитры отражены в ГОСТ 2-85, согласно которому выпускают товарный продукт двух марок.

Прочность гранул определяют в соответствии с ГОСТ- 21560.2-82 при помощи приборов ИПГ-1, МИП-10-1 или ОСПГ -1М.

Рассыпчатость гранулированной аммиачной селитры, упакованной в мешки, определяют в соответствии с ГОСТ-21560.5-82.

ГОСТ 14702-79- " водоустойчива "

5. Физико-химическое обоснование основных процессов производства целевого продукта и экологической безопасности производства

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

?H = -144,9 кДж (VIII)

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

Интенсивные условия проведения процесса в значительной мере могут быть обеспечены при разработке конструкции аппарата. Реакцию (VIII) проводят в непрерывно действующем аппарате ИТН (использование теплоты нейтрализации). Реактор представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат, состоящий из реакционной и сепарационной зон. В реакционной зоне имеется стакан /, в нижней части которого расположены отверстия для циркуляции раствора. Несколько выше отверстий внутри стакана размещен барботер 2 для подачи газообразного аммиака, над ним - барботер 3 для подачи азотной кислоты. Реакционная парожидкостная смесь выходит из верхней части реакционного стакана; часть раствора выводится из аппарата ИТН и поступает в донейтрализатор, а остальная часть (циркуляционная) вновь идет вниз. Выделившийся из парожидкостной смеси соковый пар отмывается на колпачковых тарелках 6 от брызг раствора аммиачной селитры и паров азотной кислоты 20%-ным раствором селитры, а затем конденсатом сокового пара.

Теплота реакции (VIII) используется для частичного испарения воды из реакционной смеси (отсюда и название аппарата - ИТН). Разница в температурах в разных частях аппарата приводит к более интенсивной циркуляции реакционной смеси.

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. 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% сульфата 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 регулируют таким образом, чтобы на выходе из аппарата ИТН раствор имел небольшой избыток кислоты (2-5 г/л), обеспечивающий полноту поглощения аммиака.

Азотную кислоту (58-60%-ную) подогревают в аппарате 2 до 80-90 °С соковым паром из аппарата ИТН 8. Газообразный аммиак в подогревателе 1 нагревается паровым конденсатом до 120-160°С. Азотная кислота и газообразный аммиак в автоматически регулируемом соотношении поступают в реакционные части двух аппаратов ИТН 5, работающих параллельно. Выходящий из аппаратов ИТН 89-92%-ный раствор NH 4 NO 3 при 155-170 °С имеет избыток азотной кислоты в пределах 2-5 г/л, обеспечивающий полноту поглощения аммиака.

В верхней части аппарата соковый пар из реакционной части отмывается от брызг аммиачной селитры; паров HNO 3 и NН 3 20%-ным раствором аммиачной селитры из промывного скруббера 18 и конденсатом сокового пара из подогревателя азотной кислоты 2, которые подают на колпачковые тарелки верхней части аппарата. Часть сокового пара используют на подогрев азотной кислоты в подогревателе 2, а основную его массу направляют в промывной скруббер 18, где смешивают с воздухом из грануляционной башни, с паровоздушной смесью из выпарного аппарата 6 и промывают на промывных тарелках скруббера. Промытую паровоздушную смесь выбрасывают в атмосферу вентилятором 19.

Раствор из аппаратов ИТН 8 последовательно проходит донейтрализатор 4 и контрольный донейтрализатор 5. В донейтрализатор 4 дозируют серную и фосфорную кислоты в количестве, обеспечивающем содержание в готовом продукте 0,05-0,2% сульфата аммония и 0,3-0,5% P20s. Дозировку кислот плунжерными насосами регулируют в зависимости от нагрузки агрегата.

После нейтрализации избыточной НМОз в растворе аммиачной селитры из аппаратов ИТН и введенных серной и фосфорной кислот в донейтрализаторе 4, раствор проходит контрольный донейтрализатор 5 (куда аммиак автоматически подается только в случае проскока кислоты из донейтрализатора 4) и поступает в выпарной аппарат 6. В отличие от агрегата АС-67 верхняя часть выпарного аппарата 6 снабжена двумя ситчатыми промывными тарелками, на которые подают паровой конденсат, отмывающий паровоздушную смесь из выпарного аппарата от аммиачной селитры

Плав селитры из выпарного аппарата 6, пройдя гидрозатвордонейтрализатор 9 и фильтр 10, поступает в бак 11, откуда его погружным насосом 12 по трубопроводу с антидетонационной насадкой подают в напорный бак 15, а затем к грануляторам 16 или 17. Безопасность узла перекачивания плава обеспечивается системой автоматического поддержания температуры плава при его упаривании в выпарном аппарате (не выше 190 °С), контролем и регулированием среды плава после донейтрализатора 9 (в пределах 0,1- 0,5 г/л NН 3), контролем температуры плава в баке 11, корпусе насоса 12 и напорном трубопроводе. При отклонении регламентных параметров процесса перекачивание плава автоматически прекращается, а плав в баках 11 и выпарном аппарате 6 при повышении температуры разбавляют конденсатом.

Предусмотрено гранулирование двумя типами грануляторов: виброакустическими 16 и монодисперсными 17. Более надежными и удобными в работе оказались виброакустические грануляторы, которые и эксплуатируются на крупнотоннажных агрегатах.

Плав гранулируют в прямоугольной металлической башне 20 с размерами в плане 8х11 м. Высота полета гранул 55 м обеспечивает кристаллизацию и остывание гранул диаметром 2-3 мм до 90-120°С при встречном потоке воздуха летом до 500 тыс. м/ч и зимой (при низких температурах) до 300-400 тыс. м/ч. В нижней части башни расположены приемные конуса, с которых гранулы ленточным конвейером 21 направляют в аппарат охлаждения КС 22.

Аппарат охлаждения 22 разделен на три секции с автономной подачей воздуха под каждую секцию решетки кипящего слоя. В головной его части имеется встроенный грохот, на котором отсеиваются комки селитры, образовавшиеся вследствие нарушения режима работы грануляторов. Комки направляют на растворение. Воздух, подаваемый в секции аппарата охлаждения вентиляторами 23, подогревают в аппарате 24 за счет тепла сокового пара из аппаратов ИТН. Подогрев производят при влажности атмосферного воздуха выше 60%, а в зимнее время во избежание резкого охлаждения гранул. Гранулы аммиачной селитры последовательно проходят одну, две или три секции аппарата охлаждения в зависимости от нагрузки агрегата и температуры атмосферного воздуха. Рекомендуемая температура охлаждения гранулированного продукта в зимнее время-ниже 27 °С, летом-до 40-50 °С. При эксплуатации агрегатов в южных районах, где значительное число дней температура воздуха превышает 30 °С, третья секция аппарата охлаждения работает на предварительно охлажденном воздухе (в испарительном аммиачном теплообменнике). Количество воздуха, подаваемое в каждую секцию, 75-80тыc.мі/ч. Напор вентиляторов 3,6 кПа. Отработанный воздух из секций аппарата при температуре 45-60°С, содержащий до 0,52 г/м 3 пыли аммиачной селитры, направляют в грануляционную башню, где он смешивается с атмосферным воздухом и поступает на промывку в промывной скруббер 18.

Охлажденный продукт направляют на склад или на обработку ПАВ (диспергатором НФ), а затем на отгрузку навалом или на упаковку в мешки. Обработку диспергатором НФ ведут в полом аппарате 27 с центральнорасположенной форсункой, опрыскивающей кольцевой вертикальный поток гранул, или во вращающемся барабане. Качество обработки гранулированного продукта во всех применяемых аппаратах удовлетворяет требование ГОСТ 2-85.

Гранулированную аммиачную селитру хранят на складе в буртах высотой до 11 м. Перед отправкой потребителю селитру из склада подают на рассев. Нестандартный продукт растворяют, раствор возвращаютнаупарку. Стандартный продукт обрабатывают диспергатором НФ и отгружают потребителям.

Емкости для серной и фосфорной кислот и насосное оборудование для их дозирования скомпоновано в самостоятельный блок. Центральный пункт управления, электроподстанция, лаборатория, служебные и бытовые помещения расположены в отдельном здании.

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

Характеристика исходного сырья, вспомогательных материалов для получения азотной кислоты. Выбор и обоснование принятой схемы производства. Описание технологической схемы. Расчеты материальных балансов процессов. Автоматизация технологического процесса.

дипломная работа , добавлен 24.10.2011

Промышленные способы получения разбавленной азотной кислоты. Катализаторы окисления аммиака. Состав газовой смеси. Оптимальное содержание аммиака в аммиачно-воздушной смеси. Типы азотнокислотных систем. Расчет материального и теплового баланса реактора.

курсовая работа , добавлен 14.03.2015

Обзор современных методов производства азотной кислоты. Описание технологической схемы установки, конструкция основного аппарата и вспомогательного оборудования. Характеристика исходного сырья и готовой продукции, побочные продукты и отходы производства.

дипломная работа , добавлен 01.11.2013

Производство и применение катализаторов синтеза аммиака. Строение оксидного катализатора, влияние на активность условий его восстановления. Механизм и кинетика восстановления. Термогравиметрическая установка восстановления катализаторов синтеза аммиака.

дипломная работа , добавлен 16.05.2011

Описания грануляторов для гранулирования и смешивания сыпучих материалов, увлажненных порошков и паст. Производство комплексных удобрений на основе аммиачной селитры и карбамида. Упрочнение связей между частицами сушкой, охлаждением и полимеризацией.

курсовая работа , добавлен 11.03.2015

Технология и химические реакции стадии производства аммиака. Исходное сырье, продукт синтеза. Анализ технологии очистки конвертированного газа от диоксида углерода, существующие проблемы и разработка способов решения выявленных проблем производства.

Метод получения аммиачной селитры из аммиака коксового газа и разбавленной азотной кислоты перестали применять как экономически невыгодный.

Технология производства аммиачной селитры включает в себя нейтрализацию азотной кислоты газообразным аммиаком с использованием теплоты реакции (145 кДж/моль) для упаривания раствора селитры. После образования раствора, обычно с концентрацией 83 %, лишняя вода выпаривается до состояния расплава, в котором содержание нитрата аммония составляет 95 — 99,5 % в зависимости от сорта готового продукта. Для использования в качестве удобрения расплав гранулируется в распылительных аппаратах, сушится, охлаждается и покрывается составами для предотвращения слёживания. Цвет гранул варьируется от белого до бесцветного. Нитрат аммония для применения в химии обычно обезвоживается, так как он очень гигроскопичен и процентное количество воды в нем (ω(H 2 O)) получить практически невозможно.

На современных заводах, производящих практически неслеживающуюся аммиачную селитру, горячие гранулы, содержащие 0,4 % влаги и менее, охлаждаются в аппаратах с кипящим слоем. Охлажденные гранулы поступают на упаковку в полиэтиленовые или пятислойные бумажные битумированные мешки. Для придания гранулам большей прочности, обеспечивающей возможность бестарных перевозок, и сохранения стабильности кристаллической модификации при более длительном сроке хранения в аммиачную селитру вносят такие добавки, как магнезит, полуводный сульфат кальция, продукты разложении сульфатного сырья азотной кислотой и другие (обычно не более 0,5% по массе).

В производстве аммиачной селитры используют азотную кислоту с концентрацией более 45% (45-58%), содержание окислов азота не должно превышать 0,1%. В производстве аммиачной селитры могут быть использованы также отходы аммиачного производства, например аммиачная вода и танковые и продувочные газы, отводимые из хранилищ жидкого аммиака и получаемые при продувках систем синтеза аммиака. Кроме того, в производстве аммиачной селитры используются также газы дистилляции с производства карбамида.

При рациональном использовании выделяющегося тепла нейтрализации можно получить за счет испарения воды концентрированные растворы и даже плав аммиачной селитры. В соответствии с этим различают схемы с получением раствора аммиачной селитры с последующим выпариванием его (многостадийный процесс) и с получением плава (одностадийный или безупарочный процесс).

Возможны следующие принципиально различные схемы получения аммиачной селитры с использованием тепла нейтрализации:

Установки, работающие при атмосферном давлении (избыточное давление сокового пара 0,15-0,2 ат);

Установки с вакуум-испарителем;

Установки, работающие под давлением, с однократным использованием тепла сокового пара;

Установки, работающие под давлением, с двукратным использованием тепла сокового пара (получение концентрированного плава).

В промышленной практике нашли широкое применение как наиболее эффективные установки, работающие при атмосферном давлении, с использованием тепла нейтрализации и частично установки с вакуум-испарителем.

Получение аммиачной селитры по этому методу состоит из следующих основных стадий:

1. получение раствора аммиачной селитры нейтрализацией азотной кислоты аммиаком;

2. выпаривание раствора аммиачной селитры до состояния плава;

3. кристаллизация соли из плава;

4. сушка и охлаждение соли;

5. упаковка.

Процесс нейтрализации осуществляют в нейтрализаторе, позволяющем использовать тепло реакции для частичного выпаривания раствора - ИТН. Он предназначен для получения раствора аммиачной селитры путём нейтрализации 58 - 60 % азотной кислоты газообразным аммиаком с использованием тепла реакции для частичного выпаривания воды из раствора под атмосферным давлением по реакции:

NH 3 + HNO 3 = NH 4 NO 3 + Qккал