Аміачна селітра, також відома як амоній нітрат nh

Ім'я файлу: ам сел.docx
Розширення: docx
Розмір: 720кб.
Дата: 13.07.2023
скачати
Пов'язані файли:
амміак.docx

Аміачна селітра, також відома як амоній нітрат (NH₄NO₃), є хімічною сполукою, яка використовується як добриво і вибуховий матеріал. У приватних господарствах і агропромислових комплексах, внесення селітри – один з основних етапів агротехніки. Мінеральне добриво випускають в гранулах, їх можна використовувати в сухій або рідкій формі: гранули закладають в грунт з метою підвищення родючості. Розведену у воді аміачну селітру застосовують для кореневого підживлення. Через високу активність речовину не використовують для позакореневого підживлення. Застосування аміачної селітри ефективно на грунті різної кислотності. Вона використовуються у відритому грунті і в теплицях. Азот швидко поширюється в грунті, проникає в рослину, одночасно з цим, речовина швидко вимивається з дощовою водою.
Одержання аміачної селітри може проводитися шляхом реакції між аміаком (NH₃) і нітратною кислотою (HNO₃).

Реакція має наступний хімічний запис:

NH₃ + HNO₃ → NH₄NO₃

У цій реакції аміак (NH₃) реагує з нітратною кислотою (HNO₃), утворюючи аміачну селітру (NH₄NO₃). Реакцію можна проводити водним розчином аміаку та нітратної кислоти.

У промисловості аміачна селітра одержується шляхом проведення аміачно-оксидного процесу. Цей процес складається з кількох етапів:

1. Виготовлення аміачної селітри починається з отримання аміаку шляхом реакції газового азоту з газовим воднем за каталітичної дії заліза або нікелю у високотемпературному апараті, відомому як аміак-синтезатор.

N₂ + 3H₂ → 2NH₃

2. Отриманий аміак подається до наступного етапу, де проводиться синтез аміачної селітри. Для цього аміак змішується з концентрованою нітратною кислотою у спеціальних реакторах. Реакція між аміаком і нітратною кислотою відбувається з видаленням тепла.

NH₃ + HNO₃ → NH₄NO₃

3. Отриманий розчин аміачної селітри піддається концентрації та випаровуванню в спеціальних апаратах. Цей процес дозволяє збільшити концентрацію аміачної селітри та видалити надлишкову воду. В результаті випаровування отримують кристалічний продукт аміачної селітри.

4. Кристалічну аміачну селітру сушать, фракціонують і відділяють від непотрібних домішок. Отримана селітра готова до використання в різних галузях, зокрема як добриво та вибуховий матеріал.

Важливо зауважити, що аміачна селітра має високу концентрацію амонію і нітратної групи, тому потребує обережного та безпечного поводження, особливо у вибухонебезпечних умовах.

Схеми виробництва аміачної селітри класифікуються по тиску на стадії нейтралізації:

- працюючі під атмосферним тиском (або близькому до нього);

- працюючі під підвищеним тиском.

Так як кінцевою метою виробництва є отримання твердого нітрату амонію, то на стадії нейтралізації прагнуть отримати максимально концентровані розчини NH₄NO₃, щоб в подальшому спростити і здешевити стадію випарювання розчину до стану майже безводного плаву. Оптимальні умови для проведення процесу нейтралізації вибирають в результаті аналізу спільного впливу на цей процес таких параметрів, як концентрація нітратної кислоти, температура і тиск в реакторі. Для отримання висококонцентрованих розчинів необхідно застосовувати нітратну кислоту високої концентрації, підігрівати реагенти.

У сучасних установках виробництва аміачної селітри тепло реакції нейтралізації повністю використовують для випаровування води з розчину аміачної селітри. Можна застосувати нітратну кислоту такої високої концентрації і так підігріти вихідні компоненти, що в процесі нейтралізації буде отримано практично безводний плав: наприклад, при концентрації нітратної кислоти приблизно 63% і температурі її в межах 100-110 °С. Однак доцільність такого процесу обмежується високою температурою, яка встановлюється в нейтралізаторі. З підвищенням температури нейтралізації збільшуються втрати нітрату через деяке розкладання нітратної кислоти і аміачної селітри. Крім того, при високих температурах внаслідок помітного збільшення тиску парів аміачної селітри створюються умови для її віднесення з соковим паром у вигляді важко вловлюваного аерозолю З підвищенням температури процесу нейтралізації ростуть вимоги до корозійної стійкості матеріалу, з якого виготовлений нейтралізатор. При температурі в зоні реакції до 140 °С цілком стійким матеріалом для нейтралізатора є сталь 08Х18Н10Т; для діапазону температур 140-170 °С необхідно застосовувати більш дорогу низьковуглецеву хромонікелеву сталь 03Х18Н11, а при більш високих температурах – титан. Найбільш широкого поширення набули установки, в яких процес нейтралізації здійснюють під тиском, близьким до атмосферного (надмірний тиск сокового пару 5-20 кПа). Перевагою нейтралізації під атмосферним тиском є простота схеми, можливість використання газоподібного аміаку, який з цеху синтезу аміаку видається під тиском, як правило, не вище 200-300 кПа, без його скраплення і повторного випаровування. Ці переваги особливо вагомі при використанні нітратної кислоти концентрацією не вище 50%, коли соковий пар при атмосферному тиску можна використовувати для додаткового упарювання під вакуумом розчинів, отриманих в нейтралізаторі, тобто 8 коли вдається дворазово використовувати теплоту реакції нейтралізації і отримувати розчини NH4NO3, концентрацією 82-85%. Використання більш концентрованої нітратною кислоти (58-60% NH₄NO₃) з попереднім підігрівом вихідної сировини дає можливість при атмосферному тиску отримати розчин високої концентрації (до 92-95% NH₄NO₃).

Схема нейтралізації нітратної кислоти під підвищеним тиском

1 – нейтралізатор; 2,3 – випарники аміаку; 4 – сепаратор; 5 – випарний апарат; 6,10,12 – збірники; 7 – насос; 8 - конденсатор; 9 – вакуум-насос; 11 – конденсатор вторинного пару; 13 – насос

Нітратна кислота надходить в нейтралізатор (1) без попереднього підігріву. Рідкий аміак випаровується у випарнику (2) атмосферним повітрям (охолоджене повітря використовується для охолодження гранул аміачної селітри в апараті з псевдозрідженим шаром) або в випарнику (3) конденсатом сокового пара. У нейтралізаторі (1) при температурі близько 180 ° С утворюється розчин концентрацією приблизно 78% NH4NO3, який прямує в випарний апарат (5), обігрівається соковим паром з нейтралізатора (1). Соковий пар попередньо проходить сепаратор (4). У випарному апараті підтримують вакуум (залишковий тиск близько 30 кПа, або 0,3 кгс/см²). Розчин упарюється до 95%, стікає в збірник (6), звідки його насосом (7) подають на апарати для доупарювання, встановлені у верхній частині грануляційної вежі. Соковий пар з випарного апарату (5) конденсується в водяному конденсаторі (8).

Особливістю схем нейтралізації нітратної кислоти під підвищеним тиском є підтримування в нейтралізаторі лужного середовища. Це дозволяє зменшити корозійний вплив середовища на матеріал нейтралізатора, а також збільшує безпеку процесу, проте призводить до значного підвищення вмісту аміаку в соковому парі. Витрата аміаку на 1 т NH₄NO₃ в такій установці досягає 220 кг.

Цей процес може бути вдосконалений. Наприклад, соковий пар, що виходить з нейтралізатора, може бути підданий промиванні в тарілчастому промивач кислим розчином аміачної селітри; відповідно будуть знижені втрати аміаку і забрудненість конденсату сокового пара. У цьому процесі вигідно також вести попередній підігрів нітратної кислоти за рахунок тепла сокового пара з нейтралізатора. Такий прийом дозволяє використовувати нітратну кислоту більш низької концентрації з отриманням в кінцевому підсумку (після випарювання) розчину аміачної селітри тієї ж концентрації (95%).

Принципова схема процесу нейтралізації під вакуумом

1 – напірний бак нітратної кислоти; 2 – вакуум-випарник; 3 – барометричний конденсатор; 4 – вловлювач; 5 – вакуум-насос; 6 – донейтралізатор; 7, 9 – гідрозатвори; 8 – скрубер-нейтралізатор; 10 – відцентровий насос.

Нітратна кислота з напірного баку 1 надходить в скрубернейтралізатор (8). Сюди ж через гідравлічний затвор (9) надходить охолоджений в вакуум-випарнику (2) розчин аміачної селітри. Нітратна кислота і розчин аміачної селітри надходять у верхню частину нейтралізатора. У середню частину його надходить газоподібний аміак. Утворений в нейтралізаторі розчин аміачної селітри збирається в нижній частині апарату, звідки відцентровим насосом (10) подається в вакуумвипарник (2). У ньому при вакуумі, відповідному залишковому тиску 0,079 кПа. розділяється на пару і розчин аміачної селітри. Розчин, охолоджений за рахунок вакууму, повертається в нейтралізатор. Вторинний пар з вакуум-випарника (2) надходить в барометричний, або поверхневий, конденсатор (8). Розчин аміачної селітри, що надходить на упарювання через гідравлічний затвор з нижньої частини скрубера-нейтралізатора (8), безперервно відводиться в донейтралізатор (6).

Також, окрім схем, що працюють під атмосферним тиском та працюючих під підвищеним тиском, існує технологічна схема АС-72.

1,2 – підігрівачі відповідно газоподібного аміаку і азотної кислоти; 3 – апарат ВТН; 4, 5 – донентралізатори; 6 – комбінований випарний апарат; 7, 24 – підігрівачі повітря; 8 – нагнітач повітря; 9 – гідрозатвордонейтралізатор; 10 – фільтр плаву; 11 – бак для плаву аміачної селітри; 12 – погружний насос; 13 – насос відцентровий; 14 – бак для розчину аміачної селітри; 15 – бак напірний; 16, 17 – гранулятори відповідно акустичний і монодисперсні; 18 – скрубер; 19, 23 – вентилятори; 20 – грануляційна башта; 21, 25 – стрічкові конвеєри; 22 – апарат для охолодження аміачної селітри в киплячому шарі; 26 – елеватор; 27 – апарат для обробки гранул ПАР.

У верхній частині апарату ВТН сокова пара з реакційної частини відмивається від бризок аміачної селітри, парів HNO₃ і NH₃ 20% розчином аміачної селітри з промивного скрубера (18) і конденсатом сокової пари з підігрівача азотної кислоти (2), які подають на ковпачкові тарілки верхньої частини апарату. Частину сокової пари використовують на підігрів азотної кислоти в підігрівачі (2), а основну її масу направляють в промивний (13) скрубер (18), де змішують з повітрям з грануляційної вежі, пароповітряною сумішшю з випарного апарату (6) і промивають на промивних тарілках скрубера. Промиту пароповітряну суміш викидають в атмосферу вентилятором (19). Розчин з апаратів ВТН (3) послідовно проходить донейтралізатор (4) і контрольний донейтралізатор (5). У донейтралізатор (4) дозують сірчану і фосфорну кислоти в кількості, що забезпечує утримання в готовому продукті 0,05 - 0,2% сульфату амонію і 0,3 - 0,5% Р2О5. Після нейтралізації надлишкової HNO3 в розчині аміачної селітри з апаратів ВТН і введення в донейтралізаторї (4) сірчаної та фосфорної кислот, розчин проходить контрольний донейтралізатор (5) (куди аміак автоматично подається тільки в разі проскакування кислоти з донейтралізатора (4)) і надходить в випарний апарат 6. Верхня частина випарного апарату 6 забезпечена двома сітчастими промивними тарілками, на які подають паровий конденсат, відмивають ППС з випарного апарату від аміачної селітри. Розчин селітри з випарного апарату (6), пройшовши гідрозатвор-донейтралізатор (9) і фільтр (10), надходить в бак (11), звідки його занурювальним насосом (12) по трубопроводу з антидетонаційною насадкою подають в напірний бак (15), а потім до грануляторів віброакустичного (16) або монодисперсного (17). Безпека вузла перекачування плаву забезпечується системою автоматичної підтримки температури плаву до 190 °С при його упарюванні в випарному апараті, контролем та регулюванням середовища плаву після донейтралізатора (9) (в межах 0,1-0,5 г/л NH3), контролем температури плаву в баку (11), корпусі насоса (12) і напірному трубопроводі. При відхиленні регламентних параметрів процесу перекачування плаву автоматично припиняється, а плав в баках (11) і випарному апарату (6) при підвищенні температури розбавляють конденсатом. (14) Плав гранулюють в прямокутній металевій вежі (20). Висота польоту гранул 55 м забезпечує кристалізацію і охолодження гранул діаметром 2-3 мм до 90-120°С при зустрічному потоці повітря влітку до 500 тис. м3 /год і взимку до 300-400 тис. м³ /год. У нижній частині башти розташовані приймальні конуса, з яких гранули стрічковим конвеєром (21) направляють в апарат охолодження КШ 22. Апарат охолодження КШ розділений на три секції з автономної подачею повітря під кожну секцію решітки киплячого шару. У головній його частині є вбудований гуркіт, на якому відсіваються грудки селітри, що утворилися внаслідок порушення режиму роботи грануляторів. Грудки направляють на розчинення. Повітря, що подається в секції апарату охолодження вентиляторами (23), підігрівають в апараті (24) за рахунок тепла сокової пари з апаратів ВТН. Підігрів робиться при вологості атмосферного повітря вище 60%, та в зимовий час, щоб уникнути різкого охолодження гранул. Гранули аміачної селітри послідовно проходять одну, дві або три секції апарату охолодження в залежності від навантаження агрегату і температури атмосферного повітря. Рекомендована температура охолодження гранульованого продукту в зимовий час - нижче 27 °С, влітку до 40 - 50 °С. Кількість повітря, що подається в кожну секцію, 75-80 тис. м³ /год. Відпрацьоване повітря із секцій апарату при температурі 45-60°С, що містить до 0,52 г/м³ пилу аміачної селітри, направляють в грануляційну вежу, де він змішується з атмосферним повітрям і надходить на промивання в промивний скрубер (18). Охолоджений продукт направляють на склад або на обробку ПАР (диспергатором НФ), а потім на відвантаження навалом або на упаковку в мішки. Обробку диспергатором НФ ведуть в полому апараті (27) з центрально розташованої форсункою, обприскують кільцевої (15) вертикальний потік гранул, або в обертовому барабані. Якість обробки гранульованого продукту в усіх застосовуваних апаратах задовольняє вимогу ГОСТ 2-85.

Розрахунок матеріального балансу кристалізації аміачної селітри

Матеріальний баланс процесу кристалізації аміачної селітри, якщо на кристалізацію надходить 10000 кг 96 %-ного плаву аміачної селітри, а готовий продукт (аміачна селітра) містить 99,8 % NН₄NО₃ і 0,2 % вологи.

Розв'язок:

Складаємо матеріальний баланс на 1000 кг плаву аміачної селітри, що надходить на технологічну стадію – кристалізацію.

Кількість безводної селітри NН₄NО₃ в початковому плаві, кг:

1000·0,96 = 960.

Кількість вологи в цьому плаві, кг:

1000 - 960 = 40

Кількість готового продукту, отриманого після кристалізації, кг:

960 : 0,998 = 962

Кількість вологи в готовому продукті, кг:

962 – 960 = 2

Кількість вологи, видаленої у вигляді парів за час кристалізації, кг:

40 – 2 = 38

На основі матеріального балансу на 1000 кг плаву складаємо матеріальний баланс на задану продуктивність.

Надходження				Витрати
№ п/п	Статті надходження	Кількість			№ п/п	Статті надходження	Кількість
		кг	%				кг	%
1	Плав аміачної селітри В тому числі: NН₄NО₃ волога	1000 960 40	100 96 4		1	Готовий продукт (аміачна селітра) В тому числі: NН₄NО₃ волога Пари води із плаву аміак-ної селітри	962 960 20 38	96,2 96,0 0,2 3,8
	Всього	1000	100			Всього	1000	100

ЛІТЕРАТУРА

Практикум з дисципліни "Загальна хімічна технологія" для студентів денної та заочної форми навчання за напрямом підготовки 6.051301/ Укл. Галенко М.В., Паранько Н.Г., Столяренко Г.С. - Черкаси: ЧДТУ, 2011. - с.
Технологія зв’язаного азоту й хімічних добрив. Технологія та алгоритми розрахунків виробництва азотних добрив/ Концевой А.Л. КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2019. – 227с.
МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ДО ЛАБОРАТОРНИХ ТА ПРАКТИЧНИХ ЗАНЯТЬ ЗА ТЕМОЮ «ВИРОБНИЦТВО АМОНІЙНОЇ СЕЛІТРИ»/ Дніпропетровський національний університет ім. Олеся Гончара
Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Донбас, 2007. — Т. 2 : Л — Р. — 670 с.
Лидин Р. А., Молочко В. А., Андреева Л. Л. Химические свойства неорганических веществ / Р. А. Лидин. — 3-е. — М. : Химия, 2000. — 480 с.

© Усі права захищені
написати до нас