Техническое обслуживание в производстве нитрата аммония. Технология производства аммиачной селитры

Введение

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

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

Производство аммиачной селитры

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

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

Аммиачную селитру выпускают трех видов:

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

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

Исходное сырьё

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

Азотная кислота . Чистая азотная кислота HNO

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

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

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

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

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

Образовавшийся

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

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

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

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

Синтез аммиака

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

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

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

N2+ЗН2 =2NНз; ∆H<0

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

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

Характеристика целевого продукта

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

Основные физико-химические свойства аммиачной селитры :

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

Таблица. Кристаллические модификации аммиачной селитры

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

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

tкрист == 169,6- 13,2x (11.6)

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

tкрист = 169,6- 13,2Х+2,ОУ. (11.7).

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

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

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

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

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

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

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

Рис.5.1. Технологическая схема производства аммиачной селитры.

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

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

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

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

Федеральное агентство по образованию

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К курсовой работе по общей химической технологии на тему:

«Производство аммиачной селитры. Расчет нейтрализатора производительностью G=10 т/час NH 4 NO 3

Выполнил:
студент гр. ХН-091
Артеменко А.А.
Проверил:
Ушаков А.Г.

Кемерово 2012

Введение 4
1.Технико-экономическое обоснование выбранного способа 7
2.Технологическая схема производства аммиачной селитры 12
3.Расчет материального и теплового балансов нейтрализ ации
азотной кислоты аммиаком 17
3.1.Материальный баланс 17
3.2.Тепловой баланс 20
4.Выбор размеров контактного аппарата 21
Заключение 22
Список использованной литературы 23

Введение

Минеральные удобрения находят широкое применение, как в сельском хозяйстве, так и в различных областях промышленности. В отличие от мирового рынка, именно промышленное потребление азотных удобрений является основным на внутреннем рынке.
Важнейшим видом минеральных удобрений являются азотные: аммиачная селитра, карбамид, сульфат аммония, водные растворы аммиака.
Аммиачная селитра, или нитрат аммония, NH 4 NO 3 – кристаллическое вещество белого цвета, содержащее 35% азота в аммонийной и нитратной формах, обе формы легко усваиваются растениями .
Основными потребителями аммиачной селитры являются следующие отрасли:
- сельское хозяйство;
- производство сложных минеральных удобрений;
- горнопромышленный комплекс (собственное производство ВВ);
- угольная промышленность (собственное производство ВВ);
- производство взрывчатых веществ;
- строительная индустрия;
Аммиачная селитра обладает потенциальной, или физиологической кислотностью. Эта кислотность возникает в почве, с одной стороны, в результате более быстрого потребления растениями ионов (NH 4 +) и соответственно накопления кислотного остатка (ионов NO 3) в почве и, с другой стороны, в результате окисления аммиака в азотную кислоту нитрифицирующими микроорганизмами почвы. При длительном применении аммиачной селитры потенциальная кислотность этого удобрения может привести к изменениям химического состава почвы, что в ряде случаев служит причиной снижения урожайности

Сельскохозяйственных культур.
Гранулированную аммиачную селитру применяют 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 (способность поглощать влагу из воздуха). Это является причинного того, что гранулы удобрения расплываются, теряют свою кристаллическую форму, происходит слеживание удобрений – сыпучий материал превращается в
твердую монолитную массу. Нитрат аммония имеет ряд преимуществ перед другими азотными удобрениями, так как содержит 34 % азота и в этом отношение уступает лишь карбамиду .
Кроме того аммиачная селитра содержит одновременно аммиачную и нитратную форму азота, которые используются растениями в разные периоды роста, что положительно складывается на увеличение урожайности почти всех сельскохозяйственных культур.
Отрасли, использующие аммиачную селитру как сырье для производства взрывчатых веществ (ВВ) являются вторым по емкости сегментом ее потребления на внутреннем рынке после сельского хозяйства. Аммиачно-
селитряные ВВ представляют собой большую группу взрывчатых веществ.
Их принято относить к бризантным взрывчатым веществам пониженной мощности (в тротиловом эквиваленте на 25% слабее тротила). Однако это не вполне так. По бризантности аммиачно-селитряные ВВ, как правило, мало в

Чем уступают тротилу, а по фугасности превышают тротил, причем некоторые из них весьма значительно. Аммиачно-селитряные ВВ в большей степени находят применение в народном хозяйстве и в меньшей степени в военном деле. Причиной такого применения является значительно меньшая стоимость аммиачно-селитряных ВВ, их значительно более низкая надежность в применении. Прежде всего, это связано с большой гигроскопичностью аммиачных ВВ, поэтому при увлажнении более 3% такие ВВ полностью теряют способность взрываться. Они подвержены слеживаемости, т.е. теряют при хранении сыпучесть, из-за чего полностью

Или частично теряют взрывную способность.
Важнейшими причинами слеживаемости являются:
1.Повышенное содержание влаги в готовом продукте;
2.Неоднородность и низкая механическая прочность частиц селитры;
3.Изменение кристаллических модификаций аммиачной селитры.
Нитрат аммония – сильный окислитель. С растворами некоторых веществ он реагирует бурно, вплоть до взрыва (нитрит натрия).Малочувствителен к толчкам, трению, ударам, сохраняет устойчивость при попадание искр различной интенсивности. Он способен взрываться только под действием сильного детонатора или при термическом разложении. Селитра не является горючим продуктом. Горение поддерживает только оксид азота. Таким образом одним из условий производства аммиачной селитры является чистота ее исходных растворов и готового продукта .

2.Технологическая схема производства аммиачной селитры

Процесс производства аммиачной селитры состоит из следующих основных стадий:
1.Нейтрализация азотной кислоты газообразным аммиаком;
2.Упаривание растворов аммиачной селитры до состояния плава;
3.Кристаллизация соли из плава;
4.Сушка или охлаждение соли;
5.Упаковка.
Для получения почти неслеживающейся аммиачной селитры применяют ряд технологических приемов. В основе процесса производства аммиачной селитры лежит гетерогенная реакция взаимодействия газообразного аммиака с раствором азотной кислоты:
NH 3 + HNO 3 = NH 4 NO 3 (2)
?H = -144,9 кДж
Тепловой эффект реакции при взаимодействии 100%-ных исходных веществ составляет 35,46 ккал/моль .

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 (1) проводят в непрерывно действующем аппарате ИТН (использование теплоты нейтрализации) (рис.2.1).

Рис.2.1. Аппарат ИТН

Реактор представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат, состоящий из реакционной и сепарационной зон. В реакционной зоне имеется стакан 1, 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. Выделившиеся 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 (1) 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 стадий нейтрализации азотной кислоты аммиаком, также стадии упаривания раствора селитры, гранулирования плава, охлаждения гранул, обработка гранул поверхностно-активными веществами, упаковки, хранения и погрузки селитры, очистка газовых выбросов и сточных вод.
На рис.2.2 приведена схема современного крупнотоннажного агрегата по производству аммиачной селитры АС-72 мощностью 1360 т/сут. Исходная 58-60%-ная азотная кислота подогревается в подогревателе 1 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 содержалось 0,3-0,5% Р 2 О 5 и 0,05-0,2% сульфата аммония.
В агрегате установлено 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.

Рис.2.2 Схема агрегата аммиачной селитры АС-72
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. Выходящий из нейтрализатора раствор аммиачной селитры имеет слабокислую или слабощелочную реакцию.
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 гранулы 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 11. 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 этих
потоков в верхней башни 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 аммиачной селитры, и, следовательно, используется для выработки продукции. Очищенный воздух отсасывается из грануляционной башни вентилятором 9 и выбрасывается в атмосферу .

3.Расчет материального и теплового баланса нейтрализации азотной кислоты аммиаком

3.1Материальный баланс

Исходные данные
Концентрация исходной азотной кислоты 50 % HNO 3 ;
Концентрация аммиака 100 % NH 3 ;
Концентрация получаемого раствора 70% NH 4 NO 3 ;
Производительность установки G=10 т/час
В основе получения аммиачной селитры лежит следующая реакция:

NH 3 + HNO 3 = NH 4 NO 3
M(NH 3)=17г/моль
М(NH 4 NO 3)=80г/моль
1.Определим количество прореагировавшего 100%-ного аммиака:
m(NH 3)=17*10000/80=2125 кг/час
М(HNO 3)=63г/моль
2.Определим количество прореагировавшей 100%-ной азотной кислоты:
m(HNO 3)=63*10000/80=7875 кг/час
Тогда количество прореагировавшей 50 % - ной азотной кислоты составляет:
m(HNO 3)= 7875/0,5 = 15750кг/час
Находим общее количество реагентов, поступающих в нейтрализатор:
3.Количество 70 % - ного раствора аммиачной селитры:
m(NH 4 NO 3)= 10000/0,7=14285,7 кг/час
4.Количество испарившейся воды при нейтрализации:
m(H 2 O)= 2125 +15750 – 14285,7=3589,3 кг/час
Расход NH 3 + Расход HNO 3 =Количество NH 4 NO 3 + соковый пар

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

Результаты расчетов сводим в таблицу:

Таблица 1
Материальный баланс

3.2Тепловой баланс

Исходные данные.
Температура кипения аммиачной селитры 120?С.

Давление в нейтрализаторе 117,68 кПа.
Теплоемкости:

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

Решение.
Q прих. =Q расх.
Приход теплоты:
1.Теплота, вносимая азотной кислотой:
Q 1 = 15907,5 * 2,763 * 30= 1318572 кДж = 1318,572 МДж;
2.Теплота, поступающая с газообразным аммиаком:
Q 2 = 2146,25 * 2,185 * 50 = 234478кДж =234,478 МДж;
При производстве аммиачной селитры выделяется теплота, которую достаточно точно можно определить графически. Для 50 % азотной кислоты Q=105,09 кДж/моль.
3.При нейтрализации выделяется:
Q 3 = (105,09* 1000 * 10000)/80 = 13136250кДж = 13136,25МДж;
Суммарный приход:
Q прих. = Q 1 + Q 2 + Q 3 = 1318572+234478 +13136250 = 14689300кДж.
Расход теплоты:
1.Раствор аммиачной селитры уносит:
Q 1 " = 14285,7* 2,303 * t кип. ;

При давлении 117,68 кПа, температура насыщенного водяного пара равна 103?С.
Температура кипения воды 100 ?С.
Температурная депрессия равна:
?t = 120 – 100 = 20 ?С;
Определим температуру кипения 70 % раствора аммиачной селитры:
t кип = 103 + 20 * 1,03 = 123,6 ?С;
Q 1 " = 14285,7* 2,303 * 123,6 = 4066436 кДж = 4066,436 МДж.
2.Теплота, расходуемая на испарение воды:
Q 2 " = 3589,3 * 2379,9 = 8542175 кДж = 8542,175МДж.
3.Теплопотери:
Q потерь =Q прих. -Q расх. = 14689300-8542175-4066436= 2080689кДж=2080,689МДж.
Суммарный расход:
Q расх. = Q 1 " + Q 2 "+ Q потерь =4066436+8542175+2080689 =14689300 кДж.

Результаты расчетов сводим в таблицу:

Таблица 2
Тепловой баланс

Приход			Расход
Статья	кДж	%	Статья	кДж	%
Q 1	1318572	8,98	Q 1 "	4066436	27,7
Q 2	234478	1,62	Q 2 "	8542175	58,1
Q 3	13136250	89,4	Q потерь	2080689	14,2
Итого:	14689300	100,00	Итого:	14689300	100,00

1.Технико-экономическое обоснование выбранного способа

Наиболее распространенные способы производства аммиачной селитры основаны на реакции нейтрализации азотной кислоты аммиаком.
Химическое взаимодействие газообразного аммиака и растворов азотной кислоты протекает с большой скоростью, но лимитируется массообменном и гидродинамическими условиями. Поэтому большое значение имеет интенсивность смешения реагентов; которая в основном зависит от соотношения между скоростями движения азотной кислоты и аммиака в реакторе. Наиболее тесное соприкосновение реагентов достигается, если линейная скорость газообразного аммиака превышает линейную скорость раствора азотной кислоты не более чем в 15 раз .
Процесс нейтрализации протекает с выделением тепла. В производственных условиях применяется азотная кислота концентрацией 45-60%.Чем выше концентрация применяемой азотной кислоты, тем меньше значение теплоты ее разбавления и тем больше тепловой эффект нейтрализации растворов азотной кислоты аммиаком.
Суммарное количество тепла Q ? ,выделяющегося в результате реакции нейтрализации растворов азотной кислоты газообразным аммиаком определяется уравнением:
Q ? =Q реак. -(q 1 -q 2) (1)
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).
Наибольшее распространение в России получила схема нейтрализации под атмосферным давлением, изображенная на рисунке 3.

Рис. 1.1 Схема нейтрализации азотной кислоты под атмосферным давлением:
1 – бак для азотной кислоты; 2 – подогреватель аммиака; 3 – сепаратор жидкого аммиака;4 – аппарат ИТН; 5 – ловушка-промыватель сокового пара; 6 – вакуумный выпарной аппарат I ступени; 7 – донейтрализатор.
В 1967-1970-х годах была разработана технологическая схема и выполнен проект крупнотоннажного агрегата АС-67 со среднесуточной мощностью 1400 т.
Особенностью агрегата АС-67 является размещение всего основного технологического оборудования (от стадии нейтрализации до стадии получения плава) на грануляционной башне каскадом, без промежуточных операций перекачивания растворов аммиачной селитры. Другая особенность агрегата АС-67 заключается в том, что воздух не отсасывают из башни, а нагнетают в башню снизу под решетку кипящего слоя одним мощным вентилятором, т. е. башня работает под подпором.
Размещение всего основного технологического оборудования на грануляционной башне, как отмечалось, упростило схему ввиду отказа от перекачивания концентрированных растворов селитры. В то же время такое решение привело к определённым усложнениям процессов строительства и

Эксплуатации агрегата:
- ствол башни несет большую нагрузку, вследствие чего он выполнен в железобетоне с внутреннй футеровкой кислотноупорным кирпичем, что приводит к значительным капитальным затратам, повышению трудоемкости и длительности строительства;
- надстройка с технологическим оборудованием расположена на большой высоте, поэтому должна быть полностью закрыта, отапливаемой и вентилируемой.
- монтаж оборудования может быть начат только после возведения башни, что удлиняет цикл строительно-монтажных работ;
- расположение оборудования на высоте вызывает повышение требований к работоспособности подъемно-транспортного оборудования (лифтов);
- эксплуатация башни под напором усложняет обслуживание аппарата охлаждения продукта в кипящем слое, встроенного в башню;

Применение встроенного охлаждающего аппарата приводит к увеличению расхода энергии на подачу воздуха в башню.
С целью устранения недостатков схемы АС-67 и повышения качества продукта в схеме АС-72 приняты следующие технические решения:
- предусмотрено повышение прочности гранул как результат воздействия трёх факторов: применения сульфатно-фосфатной добавки, получения более крупных гранул, регулирования темпа охлаждения гранул, для чего был применен секционированный выносной аппарат с кипящим слоем и раздельной подачей воздуха в каждую секцию;
- оборудование размещено внизу на отдельной этажерке; для перекачивания плава применен насос.
Технологическая схема производства селитры по схеме АС-72 состоит из тех же стадий, что и по схеме АС-67; дополнительной является стадия перекачивания высококонцентрированного плава аммиачной селитры на верх грануляционной башни.

Принципиальных отличий в технологическом процессе на стадиях нейтрализации и выпарки в схеме АС-72 по сравнению с АС-67 нет. Отличием является подогрев азотной кислоты в двух подогревателях индивидуально для каждого аппарата ИТН, что позволило установить автоматические регуляторы расхода на линии подачи азотной кислоты на подогрев. И еще одним характерным отличием является установка лишь одного более мощного донейтрализатора, вместо двух.
Рост требований к охране окружающей среды поставил в повестку дня существенное снижение выброса в атмосферу аэрозольных частиц аммиачной селитры и аммиака. Более высокая степень очистки этих выбросов – главная отличительная черта модернизированных агрегатов АС-72М.

В современных производствах аммиачной селитры удельные расходы сырья близки к теоретическим. Поэтому существенной разницы себестоимости продукта, получаемого в крупнотоннажных агрегатах АС-67, АС-72 и АС-72М, нет.
Различие технико- экономических показателей в зависимости от конкретных схем лежит главным образом в области расхода энергоресурсов: пара, электроэнергии, оборотной воды. Расход пара определяется исходной концентрацией азотной кислоты, степенью использования тепла сокового пара, получаемого на стадии нейтрализации.
Расход электроэнергии в производствах аммиачной селитры по абсолютным значениям не велик. Но он может колебаться в зависимости от применяемого способа охлаждения продукта (непосредственно в башне при полёте гранул,
в аппаратах с псевдоожиженным слоем, во вращающихся барабанах), от способов очистки воздуха, выбра
В промышленности в основном применяют агрегат АС-72,где в результате применения монодисперсных грануляторов обеспечен выровненный гранулометрический состав, снижено содержание мелких гранул, уменьшена скорость воздуха по сечению башни, т.е. созданы более благоприятные

Условия для уменьшения уноса пыли из башни и снижения нагрузки на промывной скруббер .

Список использованной литературы

1. Расчеты химико-технологических процессов. Под общей редакцией проф. Мухленова И.П. Л., «Химия», 1976. –304с.
2.http://www.xumuk.ru//
3.Клевке.В.А.,”Технология азотных удобрений”,М.,Госхимиздат, 1963г.
4.Общая химическая технология: Важнейшие химические производства/И.П.Мухленов.-4-е изд.-М.:Высш.шк.,1984.- 263с.
5.Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию. Под ред.Ю.И.Дытнерского,2-е изд.,М.: Химия,1991.-496 с.
6.Миниович М. А. Производство аммиачной селитры. М. «Химия», 1974. – 240 с.

Заключение

В данной курсовой работе изучили производство аммиачной селитры и принципиальную технологическую схему, обосновали выбор основного и вспомогательного оборудования в производстве аммиачной селитры, рассчитали материальный и тепловой балансы стадии нейтрализации.
Рассмотрели физические, химические свойства аммиачной селитры. Так как аммиачная селитра обладает такими свойствами как слеживаемость и гигроскопичность необходимо принимать следующие меры, для уменьшения слеживаемости применять порошкообразные добавки, припудривающие частицы соли. Одни из добавок уменьшают активную поверхность частиц, другие обладают адсорбционными свойствами. Прибавлять к слеживающимся солям очень малые количества красителей, а также охлаждать аммиачную селитру перед упаковкой в тару. Чтобы уменьшить гигроскопичность необходимо селитру гранулировать. Гранулы имеют меньшую удельную поверхность, чем мелкокристаллическая соль, поэтому медленнее увлажняется.
Аммиачная селитра является наиболее важным и распространенным азотным удобрением которое применяется сельском хозяйстве. Поэтому необходимо соблюдать условия хранения аммиачной селитры и создавать новые технологические решения.

4.Выбор размеров контактного аппарата

Определяем объем аппарата использующего теплоту нейтрализации:

Время контактирования, час;

M- производительность аппарата,м 3 /час.

G=10000 кг/час=36000000 кг/сек.

Ам.селитры =1725 кг/м 3

M= G/ ? ам.селитры

M=36000000 кг/сек: 1725 кг/м 3 =20869,5 м 3 /сек

V= 1сек·20869, 5 м 3 /сек=20869,5 м 3

Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Кузбасский государственный технический университет»

Кафедра химической технологии твердого топлива и экологии

УТВЕРЖДАЮ
Дата

Зав. кафедрой_______________
(подпись)

Студенту

1. Тема проекта

5. Консультанты по проекту (с указанием относящихся к ним разделов проекта)

2. ______________________________ _____________________
Дата выдачи задания _____________
Руководитель ________________________
(подпись)
7. Основная литература и рекомендуемые материалы
______________________________ ______________________________ ______________________________ ______________________________ ______________________________ _________________
Задание принял к исполнению (дата) _________________

Федеральное агентство по образованию

Кафедра химической технологии твердого топлива и экологии

УТВЕРЖДАЮ
Дата

Зав. кафедрой_______________
(подпись)
Задание по курсовому проектированию

Студенту

1. Тема проекта
______________________________ _____________________

Утверждена приказом по вузу от
2. Срок сдачи студентом законченного проекта
3. Исходные данные к проекту
______________________________ ______________________

4. Объем и содержание пояснительной записки (основных вопросов общей и специальной части) и графического материала
______________________________ ______________________________ ______________________________ ______________________________
5. Консультанты по проекту (с указанием относящихся к ним разделов проекта)
1. ______________________________ _____________________
2. ______________________________ _____________________ Дата выдачи задания _____________ Руководитель ________________________ (подпись) 7. Основная литература и рекомендуемые материалы ______________________________ ______________________________ ______________________________ ______________________________ ______________________________ _________________ Задание принял к исполнению (дата) _________________

Производство аммиачной селитры состоит из нейтрализации азотной кислоты газообразным аммиаком и кристаллизации продукта. Аммиак не должен содержать более 1% влаги, в нем не допускается присутствие масла. Азотную кислоту берут концентрацией более 45% HNO 3 ; содержание окислов азота в ней не должно превышать 0,1%. Для получения 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. Состав танковых газов: 45-70% NH 3 , 55-30% Н 2 + N 2 (со следами метана и аргона); состав продувочных газов: 7,5-9% NH 3 , 92,5-91% Н 2 + N 2 (со следами метана и аргона). Кроме того, для производства аммиачной селитры используются также газы дистилляции с производства карбамида, их примерный состав: 55-57% NH 3 , 18-24% СО 2 , 15-20% Н 2 О.

Тепловой эффект реакции NH 3(г) +НNО 3(ж) NH 4 NO 3 составляет 35,46 ккал/(г·моль). При производстве аммиачной селитры обычно применяют 45-58%-ную кислоту. В этом случае тепловой эффект реакции нейтрализации соответственно уменьшается на величину теплоты разбавления азотной кислоты водой и на величину растворения аммиачной селитры.

При рациональном использовании 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 (так называемый многостадийный процесс) и с получением плава (одностадийный или безупарочный процесс). Для выбора рациональной схемы нейтрализации необходимо сравнить четыре принципиально различные схемы получения аммиачной селитры с использованием тепла нейтрализации:

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

2) установки с вакуум-испарителем;

3) установки, работающие под давлением, с однократным использованием тепла сокового пара;

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

Технические требования к готовой продукции

Согласно существующему в России ГОСТ 2-85, производят гранулированный нитрат аммония двух марок: А - высшей категории качества и Б - высшей категории качества (высший сорт) и первой категории качества (первый сорт). Показатели качества выпускаемой промышленностью аммиачной селитры представлены в таблице 1.

Таблица 1

селитра аммиачная ГОСТ 2-85

внешний вид	Гранулированный продукт без посторонних механических примесей
Суммарная массовая доля нитритного и аммонийного азота в пересчёте:
на NH4NO3 в сухом веществе, % не менее		не нормируется
на азот в сухом веществе, %, не менее
Массовая доля воды, %, не более
PH 10%-ного водного раствора, не менее
Массовая доля веществ, нерастворимых в 10%-ном растворе азотной кислоты, %, не более		не нормируется
Гранулометрический состав:
Массовая доля гранул
от 1 до 3 мм, %, не менее		не нормируется
от 1 до 4 мм, %, не менее
от 2 до 4 мм, %, не менее
менее 1 мм, %
более 6 мм, %
Статистическая прочность гранул н/гранулу (кг/гранулу), не менее
Рассыпчатость, %, не менее
Кондиционирующая добавка	нитрат магния

Предприятия, выпускающие аммиачную селитру, должны гарантировать потребителю, что предусмотренные ГОСТ 2-85 качественные показатели продукта будут сохраняться в течение 6 месяцев при соблюдении потребителем условий хранения, установленных стандартом.

Применение аммиачной селитры

Аммиачная селитра относится к тому виду минеральных удобрений, без которого практически немыслимо современное сельское хозяйство. Принадлежность к семейству азотных удобрений, универсальность применения, возможность промышленных объемов производства и поставок, отработанная технология производства - вот плюсы, которые сохраняют непоколебимыми позиции селитры аммиачной на рынке удобрений.

Азот совершенно необходим растениям. Хлорофилл, благодаря которому используется солнечная энергия и производится строительный материал для живых клеток, содержит азот. Внешне аммиачная селитра представляет собой гранулы белого цвета. Гранулированное вещество хорошо растворяется в воде и содержит 34,4% азота. Ее вносят в качестве подкормки для всех видов сельскохозяйственных культур, в условиях любых типов почв и для подготовки почвы к посеву. В промышленности аммиачная селитра используется как сырье для производства взрывчатых веществ и дальнейшего применения в химической, горнодобывающей и строительной отрасли.

Существует проблема, связанная с высокой гигроскопичностью аммиачной селитры. Гранулы теряют твердость, расползаются при повышении влажности воздуха. Однако, современные технологические разработки позволяют учесть этот нюанс и искоренить его еще на стадии производства.

Одним из достоинств аммиачной селитры традиционно считают то, что почва в полном объеме поглощает аммиачную часть, благодаря быстрой растворимости удобрения. При этом аммиачная селитра обладает более длительным действием по сравнению с нитратной. Дробное внесение аммиачной селитры позволяет снизить потери нитратного азота от вымывания. Успешно применяется в производстве тукосмеси как наиболее оптимальный азотный компонент. В настоящее время на рынке химии наблюдается стабильный рост спроса на аммиачную селитру и как на удобрение, и как на промышленное химическое сырье. Это связано и с поддержкой, оказываемой государством сельскохозяйственной отрасли и развитием отечественной промышленности в целом.