Виробництво аміачної селітри

Виробництво аміачної селітри

Аміачна селітра, чи нітрат амонію,NН4NО3 — кристалічний речовина білого кольору, що містить 35% азоту ваммонийной і нітратної формах, обидві форми азоту легко засвоюються рослинами.Гранулированную аміачну селітру застосовують у великих масштабах напередодні посіву і всіх видів підгодівель. У менших розмірах її використовують із виробництва вибухових речовин.

Аміачна селітра добре розчиняється у воді й має великийгигроскопичностью (здатністю поглинати вологу з повітря). Це причина те, що гранули добрива розпливаються, втрачають свою кристалічну форму, відбуваєтьсяслеживание добрив- сипкий матеріал перетворюється на тверду монолітну масу.

>Аммиачную селітру випускають трьох видів:

Проте й У- використав промисловості; застосовують у вибухових сумішах (>аммонитах,аммониалах)

У- ефективне і найпоширеніше азотне добриво, що містить близько 33-34% азоту; має фізіологічної кислотністю.

Вихідний сировину

Вихідним сировиною у виробництві аміачної селітри є аміак і азотна кислота.

Азотна кислота. Чиста азотна кислотаHNO—бесцветная рідина щільністю 1,51г/см при - 42 °Ззастивающая в прозору кристалічну масу. На повітрі вона, подібно концентрованої соляної кислоті, «димить», оскільки пари її утворюють з 'вологою повітря дрібні крапельки туману. Азотна кислота не відрізняється міцністю, Вже під впливом світла вона поступово розкладається:

Що температура і щоконцентрированнее кислота, то швидше йде розкладання.Виделяющийся діоксид азоту розчиняється в кислоті і надає їй буру забарвлення

Азотна кислота належить до найсильніших кислот; в розбавлених розчинах вона цілком розпадається на іони М і-NO.Азотная кислота — одне з найважливіших сполук азоту: багато вона витрачається у виробництві, азотних добрив, вибухових речовин і органічних барвників, служить окислювачем у багатьох хімічних процесах, використовується у виробництві сірчаної кислоти понитрозному способу, застосовується виготовленняцеллюлозних лаків, кіноплівки.

Промислове отримання азотної кислоти. Сучасні промислові засоби одержання азотної кислоти засновані на каталітичному окислюванні аміаку киснем повітря. При«описі властивостей аміаку було зазначено, що він горить в кисні, причому продуктами реакції є вода і вільний азот. Однак у присутності каталізаторів - окислювання аміаку киснем може протікати інакше. Якщо пропускати суміш аміаку з повітрям над каталізатором, то, при 750 °З повагою та певному складі суміші відбувається повне перетворення

Виниклий легко перетворюється на, що з водою у присутності кисню повітря дає азотну кислоту.

Як каталізаторів при окислюванні аміаку використовують сплави з урахуванням платини.

Одержуваний окисленням аміаку азотна кислота має концентрацію, не перевищує 60%. За необхідності її концентрують,

>Промишленностью випускаєтьсяразбавленная азотна кислота концентрацією 55, 47 і 45%, аконцентрированная—98 і 97%,Концентрированную кислоту перевозять в алюмінієвих цистернах, розведену — в цистернах зкислотоупорной стали.

Синтез аміаку

Аміак — ключовою продукт різнихазотсодержащих речовин, що застосовуються у в промисловості й сільське господарство. Д. М. Прянішніков назвав аміак «альфою і омегою» в обміні азотистих речовин рослин.

На схемою показано основні області застосування аміаку. Склад аміаку було встановлено До.Бертолле 1784-го р. АміакNНз — підставу, помірковано сильний відбудовний агент і досить ефективнийкомплексообразователь стосовнокатионам, які мають вакантнимисвязивающимиорбиталями

Фізико-хімічні основи процесу. Синтез аміаку з елементів здійснюється за рівнянню реакції

>N2+ЗН2 =>2NНз;H<0

Реакція поправна,екзотермическая, характеризується великим негативниментальпийним ефектом (>Н=-91,96кДж/моль) і за високих температур стає більшекзотермической (>H=-112,86кДж/моль). Відповідно до принципу ЛеШателье при нагріванні рівновагу зміщується вліво, у бік зниження виходу аміаку. Зміна ентропії у разі теж негативно і сприяє перебігові реакції. При негативному значенні P.S підвищення зменшує ймовірність перебігу реакції,

Реакція синтезу аміаку протікає із зменшенням обсягу. Відповідно до рівнянню реакції 4 міль вихідних газоподібних реагентів утворюють 2 міль газоподібного продукту. Базуючись на принципі Л еШателье, можна дійти невтішного висновку у тому, що за умови рівноваги зміст аміаку в суміші буде більше за високого тиску, аніж за низькому.

Характеристика цільового продукту

Фізико-хімічні властивості Аміачна селітра (нітрат амонію)NH4NO3 має молекулярну масу 80,043; чистий продукт — безкольорове кристалічний речовина, що містить 60% кисню, 5% водню і 35% азоту (по 17,5% в аміачної і нітратної формах). Технічний продукт містить щонайменше 34,0% азоту.

>Плотность,т/м^3

Справжня 1,690-1,725

>Насипная при вологості гранульованого продукту 1% і20С

При щільною упаковці 0,164

При нещільної упаковці 0,826

Температура плавлення З 169,5

Теплота плавлення кДж/кг 73,21

Теплота освіти при25С і 0,101МПа,кДж/моль 365,6

Аміачна селітра залежно від температури існує у п'яти кристалічних модифікаціях, термодинамічно стійких при атмосферному тиску (табл.). Кожна модифікація існує у певній галузі температур, і (поліморфний) з однієї модифікації до іншої супроводжується змінами кристалічною структури, виділенням (чи поглинанням) тепла, і навіть стрибкоподібним зміною питомої обсягу, теплоємності, ентропії тощо. буд.Полиморфние переходи є оборотними —енантиотропними.

СистемаNH4NO3—Н2О (рис. 11-2) належить до систем із простоїевтектикой.Эвтектической точці відповідає концентрація 42,4%МН4МОз і температура —16,9 °З. Ліва гілкадиаграмми—линияликвидуса води відповідає умовам виділення льоду у системіНН4МОз--Н20. Права гілка кривоюликвидуса — крива розчинностіМН4МОз у питній воді. Ця крива має трикрапку перелому, відповідні температурмодификационних переходівNH4NO3 1=11(125,8 °З),II=III (84,2 °З) і 111 =IV (32,2 "З). Температура плавлення (кристалізації) безводній аміачної селітри дорівнює 169,6 °З. Вона знижується зі збільшеннямвлагосодержания солі.

>Терморазложение. Аміачна селітра є окислювач, здатний підтримувати горіння. При нагріванні їх у замкненому просторі, коли продуктитерморазложения що неспроможні вільно віддалятися, селітра в деяких умовах вибухати (детонувати). Вона може вибухати ж під впливом сильних ударів, наприклад при ініціюванні вибуховими речовинами.

У початковий період нагрівання при110°С поступово відбувається ендотермічна дисоціація селітри на аміак і азотну кислоту:

>NH4NO3 ——>NH3 +НNО3 — 174,4кДж/моль. (11.9)

При 165 °З втрата маси не перевершує6%/сут. Швидкість дисоціації залежить тільки від температури, а й від співвідношень між поверхнею селітри і його обсягом, змісту домішок та інших.

Аміак менш розчинний в розплаві, ніж азотна кислота, тому видаляється швидше; концентрація азотної кислоти збільшується до рівноважного значення, що визначається температурою. Наявність у розплаві азотної кислоти обумовлюєавтокаталитический характертерморазложения.

У інтервалі температур 200—270 °З протікає переважнослабоекзотермическая реакція розкладання селітри на закис азоту та воду:

>NH4NO3 ——>>N2O+2H20+36,8кДж/моль. (11.10)

Помітно вплинуло швидкістьтерморазложения надає діоксид азоту, що утворюється при термічному розкладанні азотної кислоти, що є продуктом дисоціації аміачної селітри.

При взаємодії діоксиду азоту з селітрою утворюються азотна кислота, вода і азот:

>NH4N03 +2NO2 ——> >N2 +2НNО3 +Н2О + 232кДж/моль. (11.11)

Тепловий ефект цієї реакції більш ніж 6 разів перевищує парниковий ефект реакції розкладання селітри наN20 іН20. Отже, взакисленной селітрі навіть за звичайних температурах внаслідок значноїекзотермической реакції взаємодії здиоксидом азоту відбувається мимовільнатерморазложение, яке за великий масі аміачної селітри можуть призвести до її бурхливому розкладанню.

При нагріванні селітри в замкнутої системі при 210—220 °З відбувається накопичення аміаку, концентрація азотної кислоти знижується, тому відбувається сильне гальмування реакції розкладання Процестерморазложения практично припиняється, як і раніше що більшість солі ще розклалася. За більш високих температур аміак окислюється швидше, у системі накопичується азотна кислота і реакція протікає з великимсамоускорением, що може спричинити до вибуху.

Добавка до аміачної селітрі речовин, які можуть опинитися розкладатися із аміаку (наприклад, карбамід іацетамид), гальмуєтерморазложение. Солі з катионами срібла чи талію значно збільшують швидкість реакції внаслідок освіти комплексів з іонами нітрату в розплаві. Іони хлору надають сильне каталітичне дію на процестерморазложения. При нагріванні суміші, що містить хлорид і аміачну селітру, до 220—230 °З починається дуже бурхливе розкладання із великих кількостей газу. за рахунок теплоти реакції сильно підвищується температура суміші, і розкладання закінчується протягом короткого часу.

Якщохлоридсодержащую суміш підтримувати за нормальної температури 150— 200 °З, то період часу, званийиндукционним, розкладання буде протікати зі швидкістю, відповідної розкладанню селітри при даної температурі. У цей час крім розкладання проходитимуть також інших процесів, результатом яких є, зокрема, збільшення змісту кислоти в суміші і виділення невеликої кількості хлору. Після індукційного періоду розкладання протікає із швидкістю і супроводжується сильним виділенням тепла й утворенням великої кількості токсичних газів. При великому змісті хлориду розкладання всієї маси аміачної селітри швидко закінчується. Через це зміст хлоридів в продукті суворо обмежена.

При експлуатації механізмів, які у виробництві аміачної селітри, треба використовувати мастила, які взаємодіють із продуктом і знижують початкову температурутерморазложения. З цією метою, можливо, наприклад, використана мастилоВНИИНП-282 (ГОСТ 24926—81).

Температура продукту, спрямовуваного за зберігання насипом чи упаковку в мішки, мусить бути не вище 55 °З. Як тари використовують мішки з поліетилену чикрафтбумаги. Температури, у яких починаються активні процеси окислення аміачної селітрою поліетилену ікрафтбумаги, становлять відповідно 270—280 і 220—230 °З.Опорожненние поліетиленові ікрафтбумажние мішки мають бути очищені від залишків продукту і, а то й можна використовувати, маємо бути спалені.

За енергією вибуху аміачна селітра втричі слабше більшості ВР.Гранулированний продукт може у принципі детонувати, але ініціюваннякапсулем-детонатором неможливо, при цьому потрібні великі заряди потужних ВР.

Вибухова розкладання селітри протікає по рівнянню:

>NH4N03 ——>N2 + 0,502 +2Н2О + 118кДж/моль. (>IL 12)

По рівнянню (11.12) тепло вибуху мала б скласти 1,48МДж/кг. Проте внаслідок перебігу побічних реакцій, одній із якихендотермична (11.9), фактичне тепло вибуху становить 0,96МДж/кг і, порівняно з теплом вибуху гексогену (5,45МДж) мало. Для такого великотоннажного продукту як аміачна селітра облік його вибухових властивостей (хоч і слабких) має значення задля забезпечення безпеки.

Вимоги споживачів до якості випущеної промисловістю аміачної селітри відбито у ГОСТ 2-85, за яким випускають товарний продукт двох марок.

Міцність гранул призначають у відповідність до ГОСТ- 21560.2-82 з допомогою приладівИПГ-1,МИП-10-1 чиОСПГ –>1М.

>Рассипчатость гранульованої аміачноїселитри,упакованной в мішки, призначають у відповідність доГОСТ-21560.5-82.

ГОСТ14702-79-«водоустойчива»

>Физико-химическое обгрунтування основних процесів виробництва цільового продукту й екологічної безпеки виробництва.

Для отримання практичнонеслеживающейся аміачної селітри дотримуються низки технологічних прийомів. Ефективним засобом зменшення швидкості поглинання вологигигроскопичними солями був частиною їхнього гранулювання. Сумарна поверхню однорідних гранул менше поверхні такою самою кількістюмелкокристаллической солі, тому гранульовані добрива повільніше поглинають вологу з повітря. Іноді аміачну селітру сплавляють з меншгигроскопичними солями, приміром, із сульфатом амонію.

Як аналогічно діючих добавок застосовують також фосфати амонію, хлорид калію, нітрат магнію. У основі процесу виробництва аміачної селітри лежить гетерогенна реакція взаємодії газоподібного аміаку з розчином азотної кислоти:

>NH3+HNO3=NH4NO3

>H=-144,9кДж (VIII)

Хімічна реакція протікає із швидкістю; в промисловому реакторі вона лімітується розчиненням газу рідини. Для зменшеннядиффузионного гальмування велике значення має тут перемішування реагентів.

Інтенсивні умови проведення процесу у значною мірою може бути забезпечені розробки конструкції апарату. Реакцію (VIII) проводять у безупинно чинному апаратіИТН (використання теплоти нейтралізації) (рис. 15.16). Реактор є вертикальний циліндричний апарат, що з реакційної і сепараційною зон. У реакційної зоні є склянку /, у нижній частині якого розташовані отвори для циркуляції розчину. Кілька вище отворів всередині склянки розміщенийбарботер 2 на шляху подання газоподібного аміаку, з нього —барботер3 на шляху подання азотної кислоти.Реакционнаяпарожидкостная суміш виходить із верхню частину реакційного склянки; частина розчину виводиться з апаратуИТН і надходить удонейтрализатор, а решта (циркуляційна) знову йде вниз.Виделившийся зпарожидкостной сумішісоковий пар відмивається наколпачкових тарілках 6 від бризок розчину аміачної селітри і парів азотної кислоти20%-нимрастворom селітри, та був конденсатом сокового пара.

Теплота реакції (VIII) використовується для часткового випаровування води з реакційної суміші (тому й назва апарату —ИТН). різниця у температурах у різних частинах апарату призводить до інтенсивнішою циркуляції реакційної суміші.

Технологічний процес виробництва аміачної селітри включає крім стадії нейтралізації азотної кислоти аміаком також стадіїупаривания розчину селітри,гранулирования плаву, охолодження гранул, обробки гранулповерхностно-активними речовинами, упаковки, збереження і навантаження селітри, очищення газових викидів і стічні води.

схема сучасного великотоннажного агрегату із виробництва аміачної селітриАС-72 потужністю 1360 т на добу. Вихідна58—60%-ная азотна кислота підігрівається вподогревателе / до 70—80 Зсоковим пором з апаратуИТН 3 і подається на нейтралізацію. Перед апаратами 3 до азотної кислоті додають фосфорну і сірчану кислоти у кількостях, щоб у готовому продукті містилася 0,3—0,5%Р2О5 і 0,05—0,2% сульфату амонію.

У агрегаті встановлено два апаратуИТН, працюючі паралельно. Крім азотної кислоти у яких подають газоподібний аміак, попередньо нагрітий вподогревателе 2 паровим конденсатом до 120— 130 °З. Кількості поданих азотної кислоти і аміаку регулюють в такий спосіб, щоб у виході з апаратуИТН розчин мав невеличкий надлишок кислоти (2—5 г/л), який би повноту поглинання аміаку.

>Азотную кислоту (>58—60%-ную) підігрівають в апараті 2 до 80—90 °Зсоковим пором з апаратуИТН 8. >Газообразний аміак вподогревателе 1 нагрівається паровим конденсатом до120—160°С. Азотна кислота і газоподібний аміак в автоматично регульованим співвідношенні вступають у реакційні частини двох апаратівИТН 5, працюючих паралельно.Виходящий з апаратівИТН89—92%-ний розчинNH4NO3 при 155—170 °З має надлишок азотної кислоти не більше 2—5 г/л, який би повноту поглинання аміаку.

У верхню частину апаратусоковий пар з реакційної частини відмивається від бризок аміачної селітри; парівHNO3 іNНз20%-ним розчином аміачної селітри зпромивногоскруббера 18 і конденсатом сокового пара зподогревателя азотної кислоти 2, котрі подають наколпачковие тарілки верхню частину апарату. Частина сокового пара використовують на підігрів азотної кислоти вподогревателе 2, а основну його масу направляють упромивнойскруббер 18, де змішують з повітрям з грануляційної вежі, зпаровоздушной сумішшю звипарного апарату 6 і промивають на промивних тарілкахскруббера. Промитупаровоздушную суміш викидають у повітря вентилятором 19.

Розчин з апаратівИТН 8 послідовно проходитьдонейтрализатор 4 контрольнийдонейтрализатор5. Удонейтрализатор 4дозируют сірчану і фосфорну кислоти у кількості, що забезпечує вміст у готовому продукті 0,05—0,2% сульфату амонію і 0,3—0,5%P20s.Дозировку кислотплунжерними насосами регулюють залежно від навантаження агрегату.

Після нейтралізації надлишковоїНМОз в розчині аміачної селітри з апаратівИТН і запроваджених сірчаної і фосфорної кислот вдонейтрализаторе 4, розчин проходить контрольнийдонейтрализатор 5 (куди аміак автоматично подається лише тодіпроскока кислоти здонейтрализатора 4) і надходить увипарной апарат 6. На відміну від агрегатуАС-67 верхня частинавипарного апарату 6 оснащена двомаситчатимипромивними тарілками, куди подають паровий конденсат,отмивающийпаровоздушную суміш ізвипарного апарату від аміачної селітри

>Плав селітри звипарного апарату 6, пройшовшигидрозатвордонейтрализатор 9 і фільтр 10, вступає у бак 11, звідки йогопогружним насосом 12 трубопроводом зантидетонационной насадкою подають у напірний бак 15, та був догрануляторам 16 чи 17. Безпека вузла перекачування плаву забезпечує система автоматичного підтримки температури плаву за йогоупаривании ввипарном апараті (не вище 190 °З), контролем і регулюванням середовища плаву післядонейтрализатора 9 (не більше 0,1— 0,5 г/лNНз), контролем температури плаву в баку 11, корпусі насоса 12 інапорном трубопроводі. При відхиленні регламентних параметрів процесу перекачування плаву автоматично припиняється, а плав в баках 11 івипарном апараті 6 у разі підвищення температури розбавляють конденсатом.

Передбачено гранулювання двома типамигрануляторов:виброакустическими 16 імонодисперсними 17. Більше надійними і зручними у роботі виявилисявибр про акустичнігранулятори, що й експлуатуються на великотоннажних агрегатах.

>Плавгранулируют в прямокутної металевої вежі 20 з розмірами у плані8х11 м. Висота польоту гранул 55 м забезпечує кристалізацію і остигання гранул діаметром 2—3 мм до90—120°С при зустрічному потоці повітря влітку до 500 тис.мч й узимку (при низьких температурах) до 300—400 тис.мч. У частині вежі розташовані прийомні конуса, із яким гранули стрічковим конвеєром 21 направляють у апарат охолодження КС 22.

Апарат охолодження 22 розділений втричі секції з автономної подачею повітря під кожну секцію грати киплячого шару. У головній його частину є вмонтований гуркіт, у якому відсіваються грудки селітри, які утворилися внаслідок порушення режиму роботигрануляторов.Комки направляють на розчинення. Повітря, подаваний в секції апарату охолодження вентиляторами 23, підігрівають в апараті 24 з допомогою тепла сокового пара з апаратівИТН. Підігрівши виробляють при вологості атмосферного повітря вище 60%, а зимовий період щоб уникнути різкого охолодження гранул.Гранули аміачної селітри послідовно проходять один і два і три роки секції апарату охолодження залежно від навантаження агрегату і температури атмосферного повітря.Рекомендуемая температура охолодження гранульованого продукту зимовевремя—ниже 27 °З,летом—до 40—50 °З. При експлуатації агрегатів у районах, де дуже багато днів температура повітря перевищує 30 °З, третя секція апарату охолодження дбає про попередньоохлажденном повітрі (виспарительномаммиачномтеплообменнике). Кількість повітря, подаване у кожну секцію,75—80тиc.міз/год. Напір вентиляторів 3,6кПа. Відпрацьований повітря з секцій апарату за нормальної температури45—60°С, у якому до 0,52г/м3 пилу аміачної селітри, направляють у грануляційну вежу, де зараз його змішується з атмосферним повітрям і робить на промивання впромивнойскруббер 18.

>Охлажденний продукт направляють складу чи обробку ПАР (>диспергатором НФ), та був на відвантаження скільки завгодно чи упаковку в мішки. Обробкудиспергатором НФ ведуть у підлогою апараті 27 зцентральнорасположенной форсункою,оприскивающей кільцевої вертикальний потік гранул, чи у обертовому барабані. Якість обробки гранульованого продукту переважають у всіх застосовуваних апаратах задовольняє вимога ГОСТ 2—-85.

>Гранулированную аміачну селітру зберігають складі в буртах заввишки до 11 м. Перед відправкою споживачеві селітру зі складу подають нарассев. Нестандартний продукт розчиняють, розчин повертають на >упарку. Стандартний продукт обробляютьдиспергатором НФ і відвантажують споживачам.

>Емкости для сірчаної і фосфорної кислот і насосне обладнання їх дозування скомпоновано в самостійний блок. Центральний пункт управління, електропідстанція, лабораторія, службові і побутові приміщення перебувають у окремому будинку.

Аміачна селітра і її властивості

Аміачна селітра – технічна назва нітрату амонію NH4NO3, молекулярная масса которого 80,05. молекулярна маса якого 80,05. В чистому вигляді вона містить 35% азоту, 5% водню та 60% кисню, 20 % якого виділяються у вільному стані при повному її розкладенні. Температура плавлення: 169,6 °С – чистого безводного нітрату амонію, 160 °С та 140 °С технічної селітри з вмістом вологи відповідно 1,7 та 2,5% [2].

Аміачна селітра є білою кристалічною речовиною, що одержується взаємодією аміаку з азотною кислотою за рівняннямию

NH3 + HNО3 → NH4NО3.

Випускається у вигляді гранул або кристалів. Гранули аміачної селітри, що утворюються при кристалізації її розплаву, є капілярно-пористим тілом. Максимально можлива щільність кристалів 1,725 г/см3. Практично вона нижча через наявність раковин та інших дефектів в кристалічній решітці [1].

Аміачна селітра раніше застосовувалася в чистому вигляді як малочутлива ВР при масових вибухах; теплота вибухового перетворення селітри 1600 кДж/кг, працездатність в свинцевій бомбі 165-230 см3. Теплота утворення – 355 кДж/ моль.

При вибуху селітра розкладається за рівнянням

NH4NО3 → N2 + 2H2O + 1/2O2.

При недостатньому ініціюванні, а також при тепловому вибуху вона може розкладатися і за іншими рівняннями з меншими тепловими ефектами і з виділенням токсичних оксидів азоту. Цим, зокрема, пояснюється виділення оксидів азоту при неповноцінних вибухах ВР на основі аміачної селітри.

Чутливість селітри до детонаційного імпульсу залежить від вологості, розміру гранул та щільності. Детонації сухої тонкоподрібненої АС при щільності 0,8 г/см3, за даними А.Ф. Бєляєва, стійко поширюється у відкритих зарядах діаметром близько 100 мм. Детонація з розміром часток 1 мм та вологістю 1% затухає у відкритому заряді діаметром 300 мм. АС з вологістю 3% не вибухає в зарядах ще більших діаметрів. Чутливість до вибуху підвищується в результаті локального розчинення та наступної перекристалізації селітри, що призводить до пористості.

Дата добавления: 2015-09-29