Метод отримання аміачної селітри з аміаку коксового газу та розведеної азотної кислоти перестали застосовувати як економічно невигідний.
Технологія виробництва аміачної селітри включає нейтралізацію азотної кислоти газоподібним аміаком з використанням теплоти реакції (145 кДж/моль) для упарювання розчину селітри. Після утворення розчину, зазвичай з концентрацією 83%, зайва вода випаровується до стану розплаву, у якому вміст нітрату амонію становить 95-99,5% залежно від сорту готового продукту. Для використання як добрива розплав гранулюється в розпилювальних апаратах, сушиться, охолоджується і покривається складами для запобігання злежуванню. Колір гранул варіюється від білого до безбарвного. Нітрат амонію для застосування в хімії зазвичай зневоднюється, так як він дуже гігроскопічний і відсоткову кількість води в ньому (ω(H2O)) отримати практично неможливо.
На сучасних заводах, що виробляють аміачну селітру, що практично не злежується, гарячі гранули, що містять 0,4% вологи і менше, охолоджуються в апаратах з киплячим шаром. Охолоджені гранули надходять на упаковку поліетиленові або п'ятишарові паперові бітумовані мішки. Для надання гранулам більшої міцності, що забезпечує можливість безтарних перевезень, та збереження стабільності кристалічної модифікації при більш тривалому терміні зберігання в аміачну селітру вносять такі добавки, як магнезит, напівводний сульфат кальцію, продукти розкладання сульфатної сировини азотною кислотою та інші (зазвичай не більше 0,5 % за масою).
У виробництві аміачної селітри використовують азотну кислоту з концентрацією понад 45% (45-58%), вміст оксидів азоту має перевищувати 0,1%. У виробництві аміачної селітри можуть бути використані також відходи аміачного виробництва, наприклад, аміачна вода і танкові та продувальні гази, що відводяться зі сховищ рідкого аміаку і одержуються при продувках систем синтезу аміаку. Крім того, у виробництві аміачної селітри використовуються гази дистиляції з виробництва карбаміду.
При раціональному використанні тепла, що виділяється, нейтралізації можна отримати за рахунок випаровування води концентровані розчини і навіть плав аміачної селітри. Відповідно до цього розрізняють схеми з отриманням розчину аміачної селітри з подальшим випарюванням його (багатостадійний процес) та з отриманням плава (одностадійний або безупарковий процес).
Можливі такі принципово різні схеми одержання аміачної селітри з використанням тепла нейтралізації:
Установки, що працюють при атмосферному тиску (надлишковий тиск сокової пари 0,15-0,2 ат);
Установки з вакуум-випарником;
Установки, що працюють під тиском з одноразовим використанням тепла сокової пари;
Установки, що працюють під тиском, із дворазовим використанням тепла сокової пари (отримання концентрованого плава).
У промисловій практиці знайшли широке застосування як найефективніші установки, що працюють при атмосферному тиску, з використанням тепла нейтралізації та частково установки з вакуум-випарником.
Отримання аміачної селітри з цього методу складається з наступних основних стадій:
1. одержання розчину аміачної селітри нейтралізацією азотної кислоти аміаком;
2. випарювання розчину аміачної селітри до стану плава;
3. кристалізація солі з плава;
4. сушіння та охолодження солі;
5. Упаковка.
Процес нейтралізації здійснюють у нейтралізаторі, що дозволяє використовувати тепло реакції для часткового випарювання розчину - ІТН. Він призначений для отримання розчину аміачної селітри шляхом нейтралізації 58 - 60 % азотної кислоти газоподібним аміаком з використанням тепла реакції для часткового випарювання води з розчину під атмосферним тиском реакції:
NH 3 + HNO 3 = NH 4 NO 3 + Qккал
РОЗРАХУНОВО-ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА
До курсової роботи із загальної хімічної технології на тему:
«Виробництво аміачної селітри. Розрахунок нейтралізатора продуктивністю G=10 т/годину NH 4 NO 3
Виконав:
студент гр. ХН-091
Артеменко О.О.
Перевірив:
Ушаков О.Г.
Кемерово 2012
Вступ 4
1.Техніко-економічне обґрунтування обраного способу 7
2.Технологічна схема виробництва аміачної селітри 12
3.Розрахунок матеріального та теплового балансів нейтралізації
азотної кислоти аміаком 17
3.1.Матеріальний баланс 17
3.2.Тепловий баланс 20
4.Вибір розмірів контактного апарату 21
Висновок 22
Список використаної літератури 23
Вступ
Мінеральні добрива знаходять широке застосування, як у сільському господарстві, і у різних галузях промисловості. На відміну від світового ринку саме промислове споживання азотних добрив є основним на внутрішньому ринку.
Найважливішим видом мінеральних добрив є азотні: аміачна селітра, карбамід, сульфат амонію, водні розчини аміаку.
Аміачна селітра, або нітрат амонію, NH 4 NO 3 – кристалічна речовина білого кольору, що містить 35% азоту в амонійній та нітратній формах, обидві форми легко засвоюються рослинами.
Основними споживачами аміачної селітри є такі галузі:
- сільське господарство;
- Виробництво складних мінеральних добрив;
- гірничопромисловий комплекс (власне виробництво ВР);
- вугільна промисловість (власне виробництво ВР);
- Виробництво вибухових речовин;
- Будівельна промисловість;
Аміачна селітра має потенційну, або фізіологічну кислотність. Ця кислотність виникає в ґрунті, з одного боку, внаслідок швидшого споживання рослинами іонів (NH 4 +) і відповідно накопичення кислотного залишку (іонів NO 3) у ґрунті і, з іншого боку, в результаті окислення аміаку в азотну кислоту нітрифікуючими мікроорганізмами ґрунту . При тривалому застосуванні аміачної селітри потенційна кислотність цього добрива може призвести до змін хімічного складу ґрунту, що в ряді випадків є причиною зниження врожайності.
Сільськогосподарських культур.
Гранульовану аміачну селітру застосовують у великих масштабах перед посівом і для всіх видів підживлення. У менших масштабах її використовують із виробництва вибухових речовин. Аміачна селітра добре розчиняється у воді і має велику гігроскопічність (здатність поглинати вологу з повітря). Це є причинним тим, що гранули добрива розпливаються, втрачають свою кристалічну форму, відбувається зстеження добрив – сипкий матеріал перетворюється на
тверду монолітну масу. Нітрат амонію має ряд переваг над іншими азотними добривами, так як містить 34% азоту і в цьому відношенні поступається лише карбаміду.
Крім того, аміачна селітра містить одночасно аміачну та нітратну форму азоту, які використовуються рослинами в різні періоди росту, що позитивно складається на збільшення врожайності майже всіх сільськогосподарських культур.
Галузі, що використовують аміачну селітру як сировину для вибухових речовин (ВВ) є другим за ємністю сегментом її споживання на внутрішньому ринку після сільського господарства. Аміачно-
селітряні ВР являють собою велику групу вибухових речовин.
Їх прийнято відносити до бризантних вибухових речовин зниженої потужності (у тротиловому еквіваленті на 25% слабше тротилу). Однак це не зовсім так. За бризантністю аміачно-селитрові ВР, як правило, мало в
Чим поступаються тротилу, а за фугасністю перевищують тротил, причому деякі з них дуже значні. Аміачно-селитряні ВР більшою мірою знаходять застосування у народному господарстві та меншою мірою у військовій справі. Причиною такого застосування є значно менша вартість аміачно-селітряних ВР, їхня значно нижча надійність у застосуванні. Насамперед, це пов'язано з великою гігроскопічністю аміачних ВР, тому при зволоженні більше 3% такі ВР повністю втрачають здатність вибухати. Вони піддаються слежности, тобто. втрачають при зберіганні сипкість, через що повністю
Або частково втрачають вибухову здатність.
Найважливішими причинами спостереження є:
1.Підвищений вміст вологи в готовому продукті;
2.Неоднорідність та низька механічна міцність частинок селітри;
3.Зміна кристалічних модифікацій аміачної селітри.
Нітрат амонію – сильний окисник. З розчинами деяких речовин він реагує бурхливо, аж до вибуху (нітрит натрію). Малочутливий до поштовхів, тертя, ударів, зберігає стійкість при попаданні іскор різної інтенсивності. Він здатний вибухати лише під дією сильного детонатора або за термічного розкладання. Селітра не є пальним продуктом. Горіння підтримує лише оксид азоту. Таким чином однією з умов виробництва аміачної селітри є чистота її вихідних розчинів та готового продукту.
2.Технологічна схема виробництва аміачної селітри
Процес виробництва аміачної селітри складається з наступних основних стадій:
1.Нейтралізація азотної кислоти газоподібним аміаком;
2.Упарювання розчинів аміачної селітри до стану плава;
3.Кристалізація солі з плава;
4.Сушіння або охолодження солі;
5.Упаковка.
Для отримання аміачної селітри, що майже не злежується, застосовують ряд технологічних прийомів. В основі процесу виробництва аміачної селітри лежить гетерогенна реакція взаємодії газоподібного аміаку з розчином азотної кислоти:
NH 3 + HNO 3 = NH 4 NO 3 (2)
?H = -144,9 кДж
Тепловий ефект реакції при взаємодії 100% вихідних речовин становить 35,46 ккал/моль.
Хімічна реакція протікає із великою швидкістю; у промисловому реакторі вона лімітується розчиненням газу в рідині. Для зменшення дифузного гальмування велике значення має перемішування реагентів. Інтенсивні умови проведення процесу значною мірою можуть бути забезпечені розробки конструкції апарату. Реакцію (1) проводять у безперервно чинному апараті ІТН (використання теплоти нейтралізації) (рис.2.1).
Рис.2.1. Апарат ІТН
Реактор являє собою вертикальний циліндричний апарат, що складається з реакційної та сепараційної зон. У реакційній зоні є склянка 1, у нижній частині якої розташовані отвори для циркуляції розчину. Дещо вище отворів усередині склянки розміщений барботер 2 для подачі газоподібного аміаку, над ним – барботер 3 для подачі азотної кислоти. Реакційна парорідинна суміш виходить з верхньої частини реакційної склянки; частина розчину виводиться з апарату ІТН і надходить до донейтралізатор, а решта (циркуляційна) знову йде вниз. Виділилися з парорідкістної суміші сокова пара відмивається на ковпачкових тарілках 6 від бризок розчину аміачної селітри і парів азотної кислоти 20% розчином селітри, а потім конденсатом сокової пари.
Теплота реакції (1) використовується для часткового випаровування води з реакційної суміші (звідси назва апарату – ІТН). Різниця в температурах у різних частинах апарату призводить до більш інтенсивної циркуляції реакційної суміші.
Технологічний процес виробництва аміачної селітри включає, крім стадій нейтралізації азотної кислоти аміаком, також стадії упарювання розчину селітри, гранулювання плава, охолодження гранул, обробка гранул поверхнево-активними речовинами, упаковки, зберігання та навантаження селітри, очищення газових викидів та стічних вод.
На рис.2.2 наведено схему сучасного великотоннажного агрегату з виробництва аміачної селітри АС-72 потужністю 1360 т/добу. Вихідна 58-60%-на азотна кислота підігрівається в підігрівачі 1 до 70-80? З соковою парою з апарату ІТН 3 і подається на нейтралізацію. Перед апаратами 3 до азотної кислоти додають фосфорну і сірчану кислоти в таких кількостях, щоб готовому продукті містилося 0,3-0,5% Р 2 Про 5 і 0,05-0,2% сульфату амонію.
В агрегаті встановлено два апарати ІТН, що працюють паралельно. Крім азотної кислоти в них подають газоподібний аміак, попередньо
нагрітий у підігрівачі 2 паровим конденсатом до 120-130?С. Кількості азотної кислоти, що подаються, і аміаку регулюють таким чином, щоб на виході з апарату ІТН розчин мав невеликий надлишок кислоти (2-5 г/л), що забезпечує повноту поглинання аміаку.
Рис.2.2 Схема агрегату аміачної селітри АС-72
У нижній частині апарату відбувається реакція нейтралізації при температурі 155-170? при цьому виходить концентрований розчин, що містить 91-92% NH 4 NO 3 . У верхній частині апарату водяні пари (так звана сокова пара) відмиваються від бризок аміачної селітри та парів азотної кислоти. Частина теплоти сокової пари використовується для підігріву азотної кислоти. Потім сокову пару спрямовують на очищення та викидають в атмосферу. Розчин аміачної селітри, що виходить з нейтралізатора, має слабокислу або слаболужну реакцію.
Кислий розчин аміачної селітри направляють донейтралізатор 4; куди надходить аміак, необхідний для взаємодії з азотною кислотою, що залишилася. Потім розчин подають у випарний апарат 5. Отриманий плав, що містить 99,7-99,8% селітри, при 175°С проходить фільтр 21 і відцентровим занурювальним насосом 20 подається в напірний бак 6, а потім прямокутну металеву грануляційну вежу 16.
У верхній частині вежі розташовані гранулятори 7 і 8, в нижню частину яких подають повітря, що охолоджує краплі селітри, що падають зверху. Під час падіння крапель селітри з висоти 50-55 м при обтіканні потоком повітря утворюються гранули добрива. Температура гранули на
Виході з вежі дорівнює 90-110? гарячі гранули охолоджують в апараті киплячого шару 15. Це прямокутний апарат, що має три секції і з гратами з отворами. Під ґрати вентиляторами подають повітря; при цьому створюється псевдозріджений шар гранул селітри, що надходять транспортером з грануляційної вежі. Повітря після охолодження потрапляє у грануляційну вежу.
Гранули аміачної селітри транспортером 14 подають на обробку поверхнево-активними речовинами в барабан, що обертається 11. Потім готове добриво транспортером 12 направляють на упаковку.
Повітря, що виходить з грануляційної вежі, забруднене частинками аміачної селітри, а сокова пара з нейтралізатора і пароповітряна суміш з випарного апарату містять аміак, що не прореагував, і
Азотну кислоту, а також частинки віднесеної аміачної селітри. Для цих
потоків у верхній вежі грануляційної вежі розташовані шість
паралельно працюючих промивних скруберів тарілчастого типу 10, зрошуваних 20-30%-ним розчином аміачної селітри, яка подається насосом 18 зі збірки 17. Частина цього розчину відводиться в нейтралізатор ІТН для промивання сокової пари, а потім підмішується до використовується для вироблення продукції. Очищене повітря відсмоктується з грануляційної вежі вентилятором 9 і викидається в атмосферу.
3.Розрахунок матеріального та теплового балансу нейтралізації азотної кислоти аміаком
3.1 Матеріальний баланс
Початкові дані
Концентрація вихідної азотної кислоти 50% HNO 3;
Концентрація аміаку 100% NH 3;
Концентрація одержуваного розчину 70% NH 4 NO 3;
Продуктивність установки G=10 т/год.
В основі одержання аміачної селітри лежить наступна реакція:
NH 3 + HNO 3 = NH 4 NO 3
M(NH 3)=17г/моль
М(NH 4 NO 3)=80г/моль
1.Визначимо кількість аміаку, що прореагував 100%-ного:
m(NH 3)=17*10000/80=2125 кг/год
М(HNO 3)=63г/моль
2.Визначимо кількість 100%-ної азотної кислоти, що прореагувала:
m(HNO 3)=63*10000/80=7875 кг/год
Тоді кількість 50% -ної азотної кислоти, що прореагувала, становить:
m(HNO 3)= 7875/0,5 = 15750кг/год
Знаходимо загальну кількість реагентів, що надходять у нейтралізатор:
3.Кількість 70% - ного розчину аміачної селітри:
m(NH 4 NO 3)= 10000/0,7=14285,7 кг/год.
4.Кількість води, що випарувалася при нейтралізації:
m (H 2 O) = 2125 +15750 - 14285,7 = 3589,3 кг / год
Витрата NH 3 + Витрата HNO 3 = Кількість NH 4 NO 3 + сокова пара
2125 +15750 = 14285,7+3589,3
17875кг/год = 17875кг/год
Результати розрахунків зводимо до таблиці:
Таблиця 1
Матеріальний баланс
3.2Тепловий баланс
Початкові дані.
Температура кипіння аміачної селітри 120?
Тиск у нейтралізаторі 117,68 кПа.
Теплоємності:
При 30?: З НNO3 =2,763 кДж/(м 3 ·?С);
При 50?С:C NH3 =2,185 кДж/(м 3 ·?С);
При 123,6?С:З NH4NO3 =2,303 кДж/(м 3 ·?С);
Рішення.
Q прих. = Q розх.
Надходження теплоти:
1.Теплота, що вноситься азотною кислотою:
Q 1 = 15907,5 * 2,763 * 30 = 1318572 кДж = 1318,572 МДж;
2.Теплота, що надходить із газоподібним аміаком:
Q 2 = 2146,25 * 2,185 * 50 = 234478кДж = 234,478 МДж;
При виробництві аміачної селітри виділяється теплота, яку досить точно можна визначити графічно. Для 50% азотної кислоти Q=105,09 кДж/моль.
3.При нейтралізації виділяється:
Q 3 = (105,09 * 1000 * 10000) / 80 = 13136250кДж = 13136,25 МДж;
Сумарна парафія:
Q прих. = Q1 + Q2 + Q3 = 1318572 +234478 +13136250 = 14689300кДж.
Витрата теплоти:
1.Розчин аміачної селітри забирає:
Q 1 " = 14285,7 * 2,303 * t кип.;
При тиску 117,68 кПа температура насиченої водяної пари дорівнює 103?С.
Температура кипіння води 100?
Температурна депресія дорівнює:
?t = 120 - 100 = 20 ?С;
Визначимо температуру кипіння 70% розчину аміачної селітри:
t кіп = 103 + 20 * 1,03 = 123,6 ° С;
Q 1 " = 14285,7 * 2,303 * 123,6 = 4066436 кДж = 4066,436 МДж.
2.Теплота, що витрачається на випаровування води:
Q 2 " = 3589,3 * 2379,9 = 8542175 кДж = 8542,175 МДж.
3.Тепловтрати:
Q втрат = Q прих. -Q розх. = 14689300-8542175-4066436 = 2080689кДж = 2080,689МДж.
Сумарна витрата:
Q розх. = Q 1 " + Q 2 " + Q втрат = 4066436 +8542175 +2080689 = 14689300 кДж.
Результати розрахунків зводимо до таблиці:
Таблиця 2
Тепловий баланс
| Парафія |
Витрата |
||||
| Стаття |
кДж |
% |
Стаття |
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 втрат |
2080689 |
14,2 |
| Разом: |
14689300 |
100,00 |
Разом: |
14689300 |
100,00 |
1.Техніко-економічне обґрунтування обраного способу
Найбільш поширені способи виробництва аміачної селітри ґрунтуються на реакції нейтралізації азотної кислоти аміаком.
Хімічна взаємодія газоподібного аміаку та розчинів азотної кислоти протікає з великою швидкістю, але лімітується масообмінними та гідродинамічними умовами. Тому велике значення має інтенсивність змішування реагентів; яка в основному залежить від співвідношення між швидкостями руху азотної кислоти та аміаку в реакторі. Найбільш тісний зіткнення реагентів досягається, якщо лінійна швидкість газоподібного аміаку перевищує лінійну швидкість розчину азотної кислоти не більше ніж у 15 разів.
Процес нейтралізації протікає із тепла. У виробничих умовах застосовується азотна кислота концентрацією 45-60%. Чим вище концентрація азотної кислоти, що застосовується, тим менше значення теплоти її розведення і тим більше тепловий ефект нейтралізації розчинів азотної кислоти аміаком.
Сумарна кількість тепла Q? , Що виділяється в результаті реакції нейтралізації розчинів азотної кислоти газоподібним аміаком визначається рівнянням:
Q? = Q реак. -(q 1 -q 2) (1)
Можливі такі принципово різні схеми одержання аміачної селітри з використанням тепла нейтралізації:
- установки, що працюють при атмосферному тиску (надлишковий тиск сокової пари 0,15-0,2 ат);
- установки з вакуум-випарником;
- установки, що працюють під тиском, з одноразовим використанням
тепла сокової пари;
Установки, що працюють під тиском, із дворазовим використанням тепла сокової пари (отримання концентрованого плава).
Найбільшого поширення у Росії набула схема нейтралізації під атмосферним тиском, зображена малюнку 3.
Рис. 1.1 Схема нейтралізації азотної кислоти під атмосферним тиском:
1 – бак для азотної кислоти; 2 – підігрівач аміаку; 3 – сепаратор рідкого аміаку; 4 – апарат ІТН; 5 - пастка-промивальник сокової пари; 6 - вакуумний випарний апарат I ступеня; 7 – донейтралізатор.
У 1967-1970-х роках було розроблено технологічну схему та виконано проект великотоннажного агрегату АС-67 із середньодобовою потужністю 1400 т.
Особливістю агрегату АС-67 є розміщення всього основного технологічного обладнання (від стадії нейтралізації до стадії отримання плава) на грануляційній вежі каскадом без проміжних операцій перекачування розчинів аміачної селітри. Інша особливість агрегату АС-67 полягає в тому, що повітря не відсмоктують із вежі, а нагнітають у вежу знизу під решітку киплячого шару одним потужним вентилятором, тобто вежа працює під підпором.
Розміщення всього основного технологічного обладнання на грануляційній вежі, як зазначалося, спростило схему через відмову від перекачування концентрованих розчинів селітри. Водночас таке рішення призвело до певних ускладнень процесів будівництва та
Експлуатації агрегату:
- стовбур вежі несе велике навантаження, внаслідок чого він виконаний у залізобетоні з внутрішньою футеровкою кислотноупорною цеглою, що призводить до значних капітальних витрат, підвищення трудомісткості та тривалості будівництва;
- надбудова з технологічним обладнанням розташована на великій висоті, тому повинна бути повністю закрита, опалювальна та вентильована.
- монтаж обладнання може бути розпочато лише після зведення вежі, що подовжує цикл будівельно-монтажних робіт;
- Розташування обладнання на висоті викликає підвищення вимог до працездатності підйомно-транспортного обладнання (ліфтів);
- Експлуатація вежі під напором ускладнює обслуговування апарату охолодження продукту в киплячому шарі, вбудованого в вежу;
Застосування вбудованого охолоджуючого апарату призводить до збільшення витрати енергії на подачу повітря у вежу.
З метою усунення недоліків схеми АС-67 та підвищення якості продукту у схемі АС-72 прийнято такі технічні рішення:
- передбачено підвищення міцності гранул як результат впливу трьох факторів: застосування сульфатно-фосфатної добавки, отримання більших гранул, регулювання темпу охолодження гранул, для чого був застосований секційований виносний апарат із киплячим шаром та роздільною подачею повітря в кожну секцію;
- обладнання розміщене внизу на окремій етажерці; для перекачування плава застосований насос.
Технологічна схема виробництва селітри за схемою АС-72 складається з тих же стадій, що й за схемою АС-67; додатковою є стадія перекачування висококонцентрованого плава аміачної селітри на верх грануляційної вежі.
Принципових відмінностей у технологічному процесі на стадіях нейтралізації та випарювання у схемі АС-72 порівняно з АС-67 немає. Відмінністю є підігрів азотної кислоти у двох підігрівачах індивідуально для кожного апарату ІТН, що дозволило встановити автоматичні регулятори витрати на лінії подачі азотної кислоти на підігрів. І ще однією характерною відмінністю є встановлення лише одного потужнішого донейтралізатора, замість двох.
Зростання вимог до охорони навколишнього середовища поставив на порядок денний суттєве зниження викиду в атмосферу аерозольних частинок аміачної селітри та аміаку. Більш висока ступінь очищення цих викидів - основна риса модернізованих агрегатів АС-72М.
У сучасних виробництвах аміачної селітри питомі витрати сировини близькі до теоретичних. Тому істотної різниці собівартості продукту, одержуваного у великотоннажних агрегатах АС-67, АС-72 та АС-72М, немає.
Відмінність техніко-економічних показників залежно від конкретних схем лежить головним чином області витрати енергоресурсів: пари, електроенергії, оборотної води. Витрата пари визначається вихідною концентрацією азотної кислоти, ступенем використання тепла сокової пари, одержуваного на стадії нейтралізації.
Витрата електроенергії у виробництвах аміачної селітри за абсолютними значеннями невелика. Але він може коливатися в залежності від способу охолодження продукту, що застосовується (безпосередньо в вежі при польоті гранул,
в апаратах з псевдозрідженим шаром, в барабанах, що обертаються), від способів очищення повітря, вибра
У промисловості переважно застосовують агрегат АС-72, де в результаті застосування монодисперсних грануляторів забезпечено вирівняний гранулометричний склад, знижено вміст дрібних гранул, зменшено швидкість повітря по перерізу вежі, тобто. створені більш сприятливі
Умови для зменшення винесення пилу з вежі та зниження навантаження на промивний скрубер.
Список використаної літератури
1. Розрахунки хіміко-технологічних процесів. За загальною редакцією проф. Мухльонова І.П. Л., "Хімія", 1976. -304с.
2.http://www.xumuk.ru//
3.Клевке.В.А., "Технологія азотних добрив", М., Держхіміздат, 1963р.
4. Загальна хімічна технологія: Найважливіші хімічні виробництва/І.П.Мухленов.-4-е вид.-М.: Вищ.шк., 1984.
5.Основні процеси та апарати хімічної технології: Посібник із проектування. За ред.Ю.И.Дитнерского,2-е вид.,М.: Хімія,1991.-496 з.
6.Мініович М. А. Виробництво аміачної селітри. М. "Хімія", 1974. - 240 с.
Висновок
У цій роботі вивчили виробництво аміачної селітри та принципову технологічну схему, обґрунтували вибір основного та допоміжного обладнання у виробництві аміачної селітри, розрахували матеріальний та тепловий баланси стадії нейтралізації.
Розглянули фізичні, хімічні властивості аміачної селітри. Так як аміачна селітра володіє такими властивостями як злежність та гігроскопічність необхідно вживати наступних заходів, для зменшення злежності застосовувати порошкоподібні добавки, що припудрюють частинки солі. Одні з добавок зменшують активну поверхню частинок, інші мають адсорбційні властивості. Додавати до солей, що злежуються, дуже малі кількості барвників, а також охолоджувати аміачну селітру перед упаковкою в тару. Щоб зменшити гігроскопічність, необхідно селітру гранулювати. Гранули мають меншу питому поверхню, ніж дрібнокристалічна сіль, тому повільніше зволожується.
Аміачна селітра є найбільш важливим та поширеним азотним добривом, яке застосовується сільському господарстві. Тому необхідно дотримуватися умов зберігання аміачної селітри та створювати нові технологічні рішення.
4.Вибір розмірів контактного апарату
Визначаємо об'єм апарату, який використовує теплоту нейтралізації:
Час контактування, година;
M-продуктивність апарату, м 3 /год.
G=10000 кг/годину=36000000 кг/сек.
Ам.селітри =1725 кг/м 3
M = G /? ам.селітри
M=36000000 кг/сек: 1725 кг/м 3 =20869,5 м 3 /сек
V = 1сек · 20869, 5 м 3 /сек = 20869,5 м 3
Державний освітній закладКафедра хімічної технології твердого палива та екології
СТВЕРДЖУЮ
Дата
Зав. кафедрою_______________
(Підпис)
Студенту
1. Тема проекту
5. Консультанти по проекту (із зазначенням розділів проекту, що належать до них)
2. ______________________________ _____________________
Дата видачі завдання _____________
Керівник ________________________
(Підпис)
7. Основна література та рекомендовані матеріали
______________________________ ______________________________ ______________________________ ______________________________ ______________________________ _________________
Завдання прийняв до виконання (дата) _________________
Кафедра хімічної технології твердого палива та екології
СТВЕРДЖУЮ
Дата
Зав. кафедрою_______________
(Підпис)
Завдання з курсового проектування
Студенту
1. Тема проекту
______________________________ _____________________
Затверджено наказом по вузу від
2. Строк здачі студентом закінченого проекту
3. Вихідні дані до проекту
______________________________ ______________________
4. Обсяг та зміст пояснювальної записки (основних питань загальної та спеціальної частини) та графічного матеріалу
______________________________ ______________________________ ______________________________ ______________________________
5. Консультанти по проекту (із зазначенням розділів проекту, що належать до них)
1. ______________________________ _____________________
2. ______________________________ _____________________ Дата видачі завдання _____________ Керівник ________________________ (підпис) 7. Основна література та рекомендовані матеріали ______________________________ ______________________________ ______________________________ ______________________________ ______________________________ _________________ Завдання прийняв до виконання (дата) _________________
Основний метод
У промисловому виробництві використовується безводний аміак та концентрована азотна кислота:
Реакція протікає бурхливо із виділенням великої кількості тепла. Проведення такого процесу в кустарних умовах є вкрай небезпечним (хоча в умовах великого розведення водою нітрат амонію може бути легко отриманий). Після утворення розчину, зазвичай з концентрацією 83%, зайва вода випаровується до стану розплаву, в якому вміст нітрату амонію становить 95-99,5% залежно від сорту готового продукту. Для використання як добрива розплав гранулюється в розпилювальних апаратах, сушиться, охолоджується і покривається складами для запобігання злежуванню. Колір гранул варіюється від білого до безбарвного. Нітрат амонію для застосування в хімії зазвичай зневоднюється, так як він дуже гігроскопічний і відсоткову кількість води в ньому (H2O) отримати практично неможливо.
Метод Габера
при тиску, високій температурі та каталізаторі
За способом Габера з азоту та водню синтезується аміак, частина якого окислюється до азотної кислоти та реагує з аміаком, внаслідок чого утворюється нітрат амонію:
Нітрофосфатний метод
Цей спосіб також відомий як Одда, названий так на честь норвезького міста, в якому був розроблений цей процес. Він застосовується безпосередньо для отримання азотних та азотно-фосфорних добрив із широко доступної природної сировини. При цьому протікають такі процеси:
На отриманий нітрат кальцію та невіддалену фосфорну кислоту діють аміаком, і в результаті одержують нітрат амонію:
Для отримання аміачної селітри, що практично не злежується, застосовують ряд технологічних прийомів. Ефективним засобом зменшення швидкості поглинання вологи гігроскопічними солями є їхнє гранулювання. Сумарна поверхня однорідних гранул менше поверхні такої ж кількості дрібнокристалічної солі, тому гранульовані добрива повільніше поглинають вологу з повітря. Іноді аміачну селітру сплавляють з менш гігроскопічними солями, наприклад, з сульфатом амонію.
Технологічний процес виробництва нітрату амонію складається з наступних основних стадій: нейтралізації азотної кислоти газоподібним аміаком, випарювання нітрату амонію, кристалізації та гранулювання плава, охолодження, класифікації та опудрювання готового продукту (рис.4.1.).
Рисунок 4.1 Принципова схема виробництва нітрату амонію
В даний час у зв'язку з освоєнням виробництва 18 - 60% азотної кислоти основна маса нітрату амонію виробляється на установках АС-67, АС-72, АС-72М, потужністю 1360 та 1171 т/добу з упарюванням в один щабель (рис.4.2). ) , і навіть на установках безупаркового методу (рис.4.4.).
Рисунок 4.2 Технологічна схема виробництва АС-72М: 1 – підігрівач аміаку; 2 – підігрівач кислоти; 3 - апарат ІТН; 4 – донейтралізатор; 1 - випарний апарат; 6 - гідрозатвор-донейтралізатор; 7 - збірка плава; 8 – напірний бак; 9 – віброакустичний гранулятор; 10 – грануляційна вежа; 11 – транспортер; 12 - охолоджувач гранул "КС"; 13 - підігрівач повітря; 14 - промивний скрубер
Газоподібний аміак з підігрівача 1, що обігрівається конденсатом сокової пари, нагрітий до 120 - 160єС, і азотна кислота з підігрівача 2, що обігрівається соковою парою, при температурі 80 - 90єС надходять в апарат ІТН (з використанням теплоти нейтрал. з парою реакцію ведуть у надлишку кислоти. Розчин нітрату амонію з апарату ІТН нейтралізують в донейтралізаторі 4 аміаком, куди одночасно додається кондиціонуюча добавка нітрату магнію і надходить на упарювання у випарний апарат 1. З нього плав, що утворився нітрату амонію через плавальний бак і гідрозатвор-донейтралізатор 6 його за допомогою віброакустичних грануляторів 9 надходить в грануляційну вежу 10. У нижню частину вежі засмоктується атмосферне повітря, і подається повітря з апарату для охолодження гранул «КС» 12. Гранули, що утворилися, нітрату амонію з нижньої частини вежі надходять на транспортер 12 для охолодження гранул, який через підігрівач 13 подається сухе повітря. З апарату 12 готовий продукт прямує на упаковку. Повітря з верхньої частини вежі 10 надходить у скрубери 14, зрошувані 20% розчином нітрату амонію, де відмивається від пилу нітрату амонію і викидається в атмосферу. У цих же скруберах очищаються від аміаку, що не прореагував, і азотної кислоти гази, що виходять з випарного апарату і нейтралізатора. Апарат ІТН, грануляційна вежа та комбінований випарний апарат-основні апарати у технологічній схемі АС-72М.
Апарат ІТН (рис.4.3.) має загальну висоту 10 м і складається з двох частин: нижньої реакційної та верхньої сепараційної. У реакційній частині знаходиться перфорована склянка в яку подають азотну кислоту і аміак. При цьому за рахунок хорошої тепловіддачі реакційної маси стінкам склянки реакція нейтралізації протікає при температурі, нижчій, ніж температура кипіння кислоти. Розчин, що утворюється, нітрату амонію закипає, і з нього випаровується вода. За рахунок підйомної сили пара пародидкостная емульсія викидається з верхньої частини склянки і проходить через кільцевий зазор між корпусом і склянкою, продовжуючи випаровуватися. Потім вона надходить у верхню сепараційну частину, де розчин, проходячи ряд тарілок, відмивається від аміаку розчином нітрату амонію та конденсатом сокової пари. Час перебування реагентів у реакційній зоні не перевищує однієї секунди, завдяки чому не відбувається термічного розкладання кислоти та нітрату амонію. За рахунок використання теплоти нейтралізації в апараті випаровується більшість води і утворюється 90% розчин нітрату амонію.
Комбінований випарний апарат висотою 16 м складається із двох частин. У нижній кожухотрубній частині діаметром 3м відбувається упарювання розчину, що проходить через трубки, що обігріваються спочатку перегрітою парою, нагрітою до 180єС повітрям. Верхня частина апарату служить для очищення пароповітряної суміші, що виходить з апарату, і часткового упарювання надходить в апарат розчину нітрату амонію. З випарного апарату виходить плав нітрату амонію концентрацією 997% з температурою близько 180єС.
Грануляційна вежа має прямокутний переріз 11х8 м2 і висоту близько 61 м. Через отвір у нижній частині в вежу надходить зовнішнє повітря та повітря з охолоджувача гранул. Плав нітрату амонію, що надходить у верхню частину башти, диспергується за допомогою трьох віброакустичних грануляторів, в яких струмінь плава перетворюється на краплі. При падінні крапель з висоти близько 10 м вони тверднуть і перетворюються на гранули. Кристалізація плава з вологістю 0,2% починається при 167єС і закінчується при 140єС. Об'єм повітря, що подається в вежі, становить залежно від пори року 300 – 100 м3/година. В установках АС - 72М застосовується магнезіальна добавка проти спостереження продукту (нітрат магнію). Тому операції обробки гранул ПАР, передбаченої у схемах АС - 67 та АС - 72, не потрібно. Принциповими відмінностями технологічної схеми виробництва нітрату амонію безупарковим методом (рис.4.) є використання більш концентрованої азотної кислоти; проведення процесу нейтралізації при підвищеному (0,4 МПа) тиску; швидкий контакт нагрітих компонентів. У цих умовах на стадії нейтралізації утворюється парорідкісна емульсія, після поділу якої отримують плав концентрацією 98,1%, що дозволяє виключити окрему стадію упарювання розчину.
Рисунок 4.4 Технологічна схема безупаркового методу: 1 – підігрівач азотної кислоти; 2 - підігрівач аміаку; 3 - реактор (нейтралізатор); 4 – сепаратор емульсії; 1 - барабанний кристалізатор; 6 – ніж; 7 - барабанне сушіння
Нагріті в нагрівачах 1 і 2, що обігріваються парою, що виходять з сепаратора, емульсії 4, азотна кислота та аміак надходять у нейтралізатор 3, де в результаті реакції утворюється емульсія з водного розчину нітрату амонію та водяної пари. Емульсія розділяється в сепараторі 4 і плав нітрату амонію подається барабанний кристалізатор 1, в якому нітрат амонію кристалізується на поверхні металевого барабана, що охолоджується зсередини водою.
Шар твердого нітрату амонію товщиною близько 1 мм, що утворився на поверхні барабана, зрізається ножем 6 і у вигляді лусочок надходить для просушування в барабанну сушарку 7. Подібний продукт у вигляді лусочок використовується для технічних цілей.
Охолоджений продукт направляють на склад, а потім на відвантаження навалом або на упаковку в мішки. Обробку диспергатором ведуть в порожнистому апараті з центрально розташованою форсункою, що обприскує кільцевий вертикальний потік гранул, або в барабані, що обертається. Якість обробки гранульованого продукту у всіх застосовуваних апаратах задовольняє вимогу ГОСТ 2-85.
Гранульовану аміачну селітру зберігають на складі в буртах висотою до 11 м. Перед відправкою споживачеві селітру зі складу подають на розсівання. Нестандартний продукт розчиняють, повертають розчин на упарку. Стандартний продукт обробляють диспергатором НФ та відвантажують споживачам.
Ємності для сірчаної та фосфорної кислот та насосне обладнання для їх дозування скомпоновано у самостійний блок. Центральний пункт управління, електропідстанція, лабораторія, службові та побутові приміщення розташовані в окремій будівлі.
Упаковка селітри проводиться в мішки з поліетиленовим вкладишем масою 50 кг, а також спеціалізовані контейнери - бігбеги, масою 500-800 кг. Транспортування здійснюється як у підготовленій тарі, так і насипом. Можливе переміщення різними різновидами транспорту, лише виключено повітряний транспорт через підвищену пожежну небезпеку.
Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань у своєму навчанні та роботі, будуть вам дуже вдячні.
Розміщено на http://www.allbest.ru/
Міністерство освіти і науки РФ
Державний освітній заклад
Вищої професійної освіти
"Тверський державний технічний університет"
Кафедра ТПМ
Курсова робота
з дисципліни: «Загальна хімічна технологія»
Виробництво аміачної селітри
Природні сполуки азоту утворюються внаслідок хімічних процесів розкладання органічних залишків, при грозових розрядах, і навіть біохімічним шляхом у результаті діяльності спеціальних бактерій - азотобактера, безпосередньо засвоюють азот із повітря. Такою ж здатністю володіють бульбочкові бактерії, які живуть у корінні бобових рослин (горох, люцерна, боби, конюшина та ін).
Значна кількість азоту та інших поживних речовин, необхідних для розвитку сільськогосподарських культур, щорічно виноситься з ґрунту з одержуваним урожаєм. Крім того, частина поживних речовин втрачається внаслідок вимивання їх ґрунтовими та дощовими водами. Тому для запобігання зниження врожайності та виснаження ґрунту потрібно поповнювати його поживними речовинами шляхом внесення різних видів добрив.
Дуже важливо, що форми азоту аміачної селітри використовуються рослинами у різний час. Амонійний азот, що безпосередньо бере участь у синтезі білка, швидко засвоюється рослинами в період росту; нітратний азот засвоюється відносно повільно, тому діє триваліший час. Встановлено також, що аміачна форма азоту може використовуватись рослинами без попереднього окислення.
Кальцієва та вапняно-аміачна селітри мають порівняно низький тиск водяної пари над насиченими розчинами; за певної температури їм відповідає найнижча відносна вологість повітря. Це найгігроскопічніші солі серед зазначених вище азотних добрив. Найменш гігроскопічний сульфат амонію і практично зовсім негігроскопічна калієва селітра.
Волога поглинається лише порівняно невеликим шаром солі, що безпосередньо межує з навколишнім повітрям. Однак, навіть таке зволоження селітри сильно погіршує фізичні властивості готового продукту. Швидкість поглинання аміачної селітрою вологи з повітря з підвищенням температури різко збільшується. Так, при 40 °С швидкість поглинання вологи в 2,6 рази більша, ніж при 23 °С.
Запропоновано багато способів зменшення гігроскопічності аміачної селітри. Один з таких способів заснований на змішуванні або сплавленні аміачної селітри з іншою сіллю. При виборі другої солі виходять з наступного правила: для зниження гігроскопічності тиск водяної пари над насиченим розчином суміші солей має бути більшим за їх тиск над насиченим розчином чистої аміачної селітри.
Встановлено, що гігроскопічність суміші двох солей, що мають загальний іон, більша, ніж найбільш гігроскопічній з них (виняток становлять суміші або сплави аміачної селітри з сульфатом амонію та деякі інші). Змішування ж аміачної селітри з негігроскопічними, але нерозчинними у воді речовинами (наприклад, з вапняковим пилом, фосфоритним борошном, дикальційфосфатом та ін.) не зменшує її гігроскопічності. Численні досліди показали, що всі солі, які мають таку ж або більшу розчинність у воді, ніж аміачна селітра, мають властивість збільшувати її гігроскопічність.
Підвищений вміст вологи готовому продукті. У частках аміачної селітри будь-якої форми завжди міститься волога у вигляді насиченого (маткового) розчину. Зміст NH4NO3 у такому розчині відповідає розчинності солі при температурах її завантаження тару. Під час остигання готового продукту маточний розчин часто переходить у пересичений стан. При подальшому зниженні температури з пересиченого розчину випадає велика кількість кристалів розмірами 0,2-0,3 мм. Ці нові кристали цементують раніше не пов'язані частки селітри, що призводить до перетворення її на щільну масу.
Низька механічна міцність частинок селітри. Аміачна селітра випускається у вигляді частинок округлої форми (гранул), пластинок або дрібних кристалів. Частинки гранульованої аміачної селітри мають меншу питому поверхню і правильнішу форму, ніж лускатої та дрібнокристалічної, тому гранули менше злежуються. Однак у процесі гранулювання утворюється деяка кількість порожнистих частинок, що відрізняються низькою механічною міцністю.
При складуванні мішки з гранульованою селітрою укладають у штабелі заввишки 2,5 м. Під тиском верхніх мішків відбувається руйнування найменш міцних гранул з утворенням пилоподібних частинок, які ущільнюють масу селітри, збільшуючи її стеження. Практика показує, що руйнування пустотілих частинок у шарі гранульованого продукту різко прискорює процес його стеження. Це спостерігається навіть якщо при завантаженні в тару продукт був охолоджений до 45 ° С і переважна більшість гранул мала хорошу механічну міцність. Встановлено, що пустотілі гранули руйнуються також внаслідок рекристалізації.
Термічне розкладання аміачної селітри. Вибухонебезпечність. Вогнестійкість. Аміачна селітра з точки зору вибухобезпеки відносно мало чутлива до поштовхів, тертя, ударів, зберігає стійкість при попаданні іскор різної інтенсивності. Домішки піску, скла та металеві домішки не підвищують чутливості аміачної селітри до механічних впливів. Вона здатна вибухати тільки під дією сильного детонатора або за термічного розкладання в певних умовах.
З наведених вище реакцій видно, що аміак, що утворюється початковий період термічного розкладання селітри, часто відсутня в газових сумішах; у яких протікають вторинні реакції, у яких аміак повністю окислюється до елементарного азоту. В результаті вторинних реакцій різко збільшується тиск газової суміші в замкнутому об'ємі та процес розкладання може закінчитися вибухом.
Суміш аміачної селітри з подрібненим деревним вугіллям при сильному нагріванні здатна самозайматися. Деякі метали, що легко окислюються (наприклад, порошкоподібний цинк) в контакті з вологою аміачною селітрою при невеликому нагріванні також можуть викликати її займання. У практиці спостерігалися випадки мимовільного займання сумішей аміачної селітри з суперфосфатом.
Паперові мішки або дерев'яні бочки, в яких знаходилася аміачна селітра, можуть спалахувати навіть під дією сонячних променів. При загорянні тари з аміачною селітрою можливе виділення оксидів азоту та парів азотної кислоти. При пожежах, що виникають від відкритого полум'я або внаслідок детонації, аміачна селітра розплавляється та частково розкладається. У глибину маси селітри полум'я не поширюється.
Для корінного вдосконалення виробництв аміачної селітри знадобилося відмовитися від уявлень, що склалися протягом багатьох років, про неможливість працювати без відповідних резервів основного обладнання (наприклад, випарних апаратів, грануляційних веж та ін), про небезпеку отримання для гранулювання майже безводного плава аміачної селітри.
Значна кількість аміачної селітри в даний час виробляється з відхідних аміаксодержащих газів деяких систем синтезу карбаміду. За одним із способів його виробництва на 1 т карбаміду виходить від 1 до 1,4 т аміаку. З такої кількості аміаку можна виробити 4,6-6,5 т аміачної селітри. Хоча працюють і більш досконалі схеми синтезу карбаміду, аміаксодержащіе гази - відходи цього виробництва - ще деякий час служитимуть сировиною для отримання аміачної селітри.
Ці способи отримання аміачної селітри ґрунтуються на випаданні однієї з солей, що утворюються в осад або на отриманні двох солей з різною розчинністю у воді. У першому випадку розчини аміачної селітри відокремлюють від опадів на фільтрах, що обертаються, і переробляють у твердий продукт за звичайними схемами. У другому випадку розчини упарюють до певної концентрації і поділяють їх дробовою кристалізацією, яка зводиться до наступного: при охолодженні гарячих розчинів виділяють більшу частину аміачної селітри в чистому вигляді, потім в окремій апаратурі проводять кристалізацію з маткових розчинів з одержанням забрудненого домішками продукту.
Утворення аміачної селітри протікає незворотно та супроводжується виділенням тепла. Кількість тепла, що виділяється при реакції нейтралізації, залежить від концентрації застосовуваної азотної кислоти та її температури, а також від температури газоподібного аміаку (або газів, що містять аміак). Що концентрація азотної кислоти, то більше виділяється тепла. При цьому відбувається випаровування води, що дозволяє одержувати більш концентровані розчини аміачної селітри. Для отримання розчинів аміачної селітри застосовують 42-58% азотну кислоту.
Застосування азотної кислоти концентрацією вище 58% для отримання розчинів аміачної селітри при існуючому оформленні процесу не є можливим, тому що в цьому випадку в апаратах-нейтралізаторах розвивається температура, що значно перевищує температуру кипіння азотної кислоти, що може призвести до її розкладання з виділенням оксидів азоту. При упарюванні розчинів аміачної селітри за рахунок тепла реакції в апаратах-нейтралізаторах утворюється сокова пара, що має температуру 110-120 °С,.
При отриманні розчинів аміачної селітри максимально можливої концентрації потрібні відносно невеликі теплообмінні поверхні випарних апаратів і на подальше упарювання розчинів витрачається невелика кількість свіжої пари. У зв'язку з цим разом з вихідною сировиною прагнуть підводити в нейтралізатор додаткову кількість тепла, для чого підігрівають соковою парою аміак до 70 °С та азотну кислоту до 60 °С (при більш високій температурі азотної кислоти відбувається значне її розкладання, і труби підігрівача піддаються сильною корозії, якщо вони виготовлені не з титану).
Застосовувана у виробництві аміачної селітри азотна кислота повинна містити трохи більше 0,20% розчинених оксидів азоту. Якщо кислота недостатньо продута повітрям для видалення розчинених оксидів азоту, вони утворюють з аміаком нітрит амонію, що швидко розкладається на азот та воду. При цьому втрати азоту можуть становити близько 0,3 кг на 1 т готового продукту.
У соковій парі, як правило, містяться домішки NН3, NHО3 та NН4NO3. Кількість цих домішок залежить від стабільності тисків, при яких повинні подаватися в нейтралізатор аміак і азотна кислота. Для підтримки заданого тиску азотну кислоту подають з напірного бака, з переливною трубою, а газоподібний аміак - за допомогою регулятора тиску.
Навантаження нейтралізатора також значною мірою визначає втрати зв'язаного азоту із соковою парою. У разі нормального навантаження втрати з конденсатом сокової пари не повинні перевищувати 2 г/л (у перерахунку на азот). При перевищенні навантаження нейтралізатора між аміаком та парами азотної кислоти протікають побічні реакції, в результаті яких у газовій фазі утворюється, зокрема, туманоподібна аміачна селітра, що забруднює сокову пару, і збільшуються втрати зв'язаного азоту. Отримані в нейтралізаторах розчини аміачної селітри накопичуються в проміжних ємностях з мішалками, донейтралізуються аміаком або азотною кислотою, після чого прямує на упарювання.
Залежно від застосуваннятиску сучасні установки для отримання розчинів аміачної селітри з використанням тепла нейтралізації поділяються на установки, що працюють при атмосферному тиску; при розрідженні (вакуумі); при підвищеному тиску (кілька атмосфер) та на комбіновані установки, що працюють під тиском у зоні нейтралізації та при розрідженні в зоні відділення сокових пар від розчину (плаву) аміачної селітри.
Установки, що працюють при атмосферному або невеликому надмірному тиску, відрізняються простотою технології та конструктивного оформлення. Вони також легко обслуговуються, пускаються в роботу та зупиняються; випадкові порушення заданого режиму роботи зазвичай швидко усуваються. Установки такого типу набули найбільш широкого поширення. Основним апаратом цих установок є апарат-нейтралізатор ІТН (використання тепла нейтралізації). Апарат ІТН працює під абсолютним тиском 1,15-1,25 атм. Конструктивно він оформлений таким чином, що майже не відбувається закипання розчинів з утворенням туманоподібної аміачної селітри.
В залежності від умов роботи виробництва аміачної селітри сокова пара апаратів ІТН використовується для попереднього упарювання розчинів селітри, для випаровування рідкого аміаку, підігріву азотної кислоти і газоподібного аміаку, що направляються в апарати ІТН, і для випаровування рідкого аміаку при отриманні газоподібного аміаку, азотної кислоти.
Розчини аміачної селітри з газів, що містять аміак, отримують на установках, основні апарати яких працюють при розрідженні (випарник) і при атмосферному тиску (скруббер-нейтралізатор). Такі установки громіздкі і в них важко підтримувати стабільний режим роботи внаслідок непостійності складу газів, що містять аміак. Остання обставина негативно позначається на точності регулювання надлишку азотної кислоти, внаслідок чого в одержуваних розчинах аміачної селітри часто міститься підвищена кількість кислоти або аміаку.
Установки нейтралізації, що працюють під абсолютним тиском 5-6 атм., Мало поширені. Вони вимагають значної витрати електроенергії для стиснення газоподібного аміаку та подачі до нейтралізаторів азотної кислоти під тиском. Крім того, на цих установках можливі підвищені втрати аміачної селітри внаслідок винесення бризок розчинів (навіть у сепараторах складної конструкції бризки не вдається повністю уловлювати).
В установках, заснованих на комбінованому методі, поєднуються процеси нейтралізації азотної кислоти аміаком та отримання плава аміачної селітри, який можна безпосередньо спрямовувати на кристалізацію (тобто з таких установок виключаються випарні апарати для концентрування розчинів селітри). Для установок такого типу потрібна 58-60% азотна кислота, яку промисловість випускає поки порівняно в невеликих кількостях. Крім того, частина апаратури має бути виконана з дорогого титану. Процес нейтралізації з отриманням плава селітри доводиться проводити при дуже високих температурах (200-220 ° С). Враховуючи властивості аміачної селітри, для здійснення процесу при високих температурах необхідно створити особливі умови, що запобігають термічному розкладу плавання селітри.
Апарат ІТН являє собою вертикальну циліндричну посудину (резервуар) 2, в якій поміщений циліндр (стакан) 3 з полицями 1 (завихрювач) для поліпшення змішування розчинів. У циліндр 3 підведені трубопроводи для введення азотної кислоти та газоподібного аміаку (реагенти подаються протитечією); труби закінчуються пристроями 4 та 7 для кращого розподілу кислоти та газу. У внутрішньому циліндрі відбувається взаємодія азотної кислоти з аміаком. Цей циліндр називається нейтралізаційної камери.
Кільцевий простір між судиною 2 і циліндром 3 служить для циркуляції киплячих розчинів аміачної селітри. У нижній частині циліндра є отвори 6 (вікна), що з'єднують нейтралізаційну камеру з випарною частиною ІТН. Через наявність цих отворів продуктивність апаратів ІТН дещо знижується, проте досягається інтенсивна природна циркуляція розчинів, що призводить до зменшення втрат зв'язаного азоту.
Сокова пара, що виділяється з розчину, відводиться через штуцер у кришці апарату ІТН і через пастку-сепаратор 9. Утворюються в циліндрі 3 розчини селітри у вигляді емульсії - суміші з соковою парою надходять у сепаратор через гідрозатвор 5. Зі штуцера нижньої частини 5 селітри направляються донейтралізатор-мішалку для подальшої обробки. Гідрозатвор, наявний у випарній частині апарату, дозволяє підтримувати в ньому постійний рівень розчину і перешкоджає виходу сокової пари без промивання від бризок розчину, що захоплюються ним.
Паровий конденсат утворюється на тарілках сепаратора внаслідок часткової конденсації сокової пари. При цьому теплота конденсації відводиться оборотною водою, що проходить змійовиками, покладеними на тарілках. В результаті часткової конденсації сокової пари виходить 15-20%-ний розчин NН4NO3, який прямує на упарювання разом з основним потоком розчину аміачної селітри.
Потім необхідно налагодити безперервну подачу азотної кислоти в напірний бак та її перелив у складське сховище складу. Після цього потрібно прийняти газоподібний аміак із цеху синтезу аміаку, для чого необхідно на короткий час відкрити засувки на лінії відведення в атмосферу сокової пари та вентиль виходу розчину в мішалку-донейтралізатор. Цим попереджається створення в апараті ІТН підвищеного тиску та утворення небезпечної аміачно-повітряної суміші під час пуску апарату.
Спільна переробка АММіаксодержащих газів і газоподібного аміаку недоцільна, так як пов'язана з великими втратами аміачної селітри, кислоти і аміаку через наявність в аміаксодержащих газах значної кількості домішок (азот, метан, водень та ін.)- Ці домішки, барботуючи через киплячі розчини, що утворюються , несли б із соковою парою зв'язаний азот. Крім того, сокову пару, забруднену домішками, не можна було б використовувати як пару, що гріє. Тому аміакмісні гази, як правило, переробляють окремо від газоподібного аміаку.
В установках, що працюють при розрідженні, використання тепла реакції здійснюється поза нейтралізатором у вакуум-випарнику. Тут гарячі розчини аміачної селітри, що надходять із нейтралізатора, киплять при температурі, що відповідає вакууму в апараті. До складу таких установок входять: нейтралізатор скруберного типу, вакуум-випарник та допоміжне обладнання.
Аміаксодержащіе гази при температурі 30-90 °С під тиском 1,2-1,3 атм подаються в нижню частину скрубера-нейтралізатора 1. У верхню частину скрубера з бака-затвора 6 надходить циркуляційний розчин селітри, який зазвичай безперервно подається з бака 5 азотна кислота, іноді попередньо нагріта до температури не вище 60 °С. Процес нейтралізації проводиться при надлишку кислоти не більше 20-50 г/л. У скрубері 1 зазвичай підтримується температура на 15-20 °С нижче температури кипіння розчинів, що дозволяє запобігати розкладу кислоти та утворення туману аміачної селітри. Задана температура підтримується завдяки зрошенню скрубера розчином із вакуум-випарника, який працює при розрідженні 600 мм рт. ст., тому розчин у ньому має нижчу температуру, ніж у скрубері.
З вакуум-випарника розчин стікає в бак-гидрозатвор 6, звідки велика його частина знову надходить на зрошення скрубера 1, а решта направляється в донейтралізатор 8. Сокова пара, що утворюється у вакуум-випарнику 3, через вакуум-сепаратор 4 направляється в поверхневий конденсатор (на малюнку не показаний) або конденсатор змішувального типу. У першому випадку конденсат сокової пари використовується у виробництві азотної кислоти, у другому - для різних інших цілей. Розрідження у вакуум-випарнику створюється завдяки конденсації сокової пари. Пари і гази, що не конденсувалися, відсмоктуються з конденсаторів вакуум-насосом і відводяться в атмосферу.
Відпрацьовані гази зі скрубера 1 надходять в апарат 7, де промиваються конденсатом для видалення крапель розчину селітри, після чого також видаляються в атмосферу. У мішалці-донейтралізаторі розчини нейтралізуються до вмісту 0,1-0,2 г/л вільного аміаку і разом з потоком розчину селітри, отриманого в апаратах ІТН, прямують на упарювання.
Нейтралізатори ІТН.Застосовується кілька типів нейтралізаторів, що відрізняються головним чином розмірами та конструкцією пристроїв для розподілу аміаку та азотної кислоти всередині апарату. Часто застосовуються апарати таких розмірів: діаметр 2400 мм, висота 7155 мм, склянка - діаметр 1000 мм, висота 5000 мм. Експлуатуються також апарати діаметром 2440 мм та висотою 6294 мм та апарати, з яких видалена раніше передбачена мішалка (рисунок 5).
Нейтралізатор скруберного типу - вертикальний циліндричний апарат діаметром 1800-2400 мм, висотою 4700-5150 мм. Застосовуються також апарати діаметром 2012 мм та висотою 9000 мм. Усередині апарату для рівномірного розподілу циркуляційних розчинів перерізу розташовано кілька дірчастих тарілок або насадка з керамічних кілець. У верхній частині апаратів, обладнаних тарілками, укладено шар кілець розмірами 50x50x3 мм, що є відбійником бризок розчинів.
Поверхневий конденсатор - вертикальний кожухотрубний двоходовий (по воді) теплообмінник, призначений для конденсації сокової пари, що надходить із вакуум-випарника. Діаметр апарату 1200 мм; висота 4285 мм; Поверхня теплопередачі 309 м2. Він працює при розрідженні приблизно 550-600 мм рт. ст.; має трубки: діаметр 25x2 мм, довжина 3500 м; загальне число 1150 шт.; вага такого конденсатора - близько 7200 Кг
Характеристика продукції, вихідної сировини та матеріалів для виробництва. Технологічний процес одержання аміачної селітри. Нейтралізація азотної кислоти газоподібним аміаком та випарювання до стану висококонцентрованого плава.
курсова робота , доданий 19.01.2016
Автоматизація виробництва гранульованої аміачної селітри. Контури стабілізації тиску в лінії подачі сокової пари та регулювання температури конденсату пари з барометричного конденсатора. Контролює тиск у лінії відведення до вакуум-насоса.
курсова робота , доданий 09.01.2014
Аміачна селітра як поширене та дешеве азотне добриво. Огляд існуючих технологічних схем виробництва. Модернізація виробництва аміачної селітри із отриманням складного азотно-фосфатного добрива на ВАТ "Череповецький "Азот".
дипломна робота , доданий 22.02.2012
Опис грануляторів для гранулювання та змішування сипких матеріалів, зволожених порошків та паст. Виробництво комплексних добрив на основі аміачної селітри та карбаміду. Зміцнення зв'язків між частинками сушінням, охолодженням та полімеризацією.
курсова робота , доданий 11.03.2015
Призначення, пристрій та функціональна схема аміачної холодильної установки. Побудова в термодинамічній діаграмі циклу для заданого та оптимального режимів. Визначення холодопродуктивності, споживаної потужності та витрати електроенергії.
контрольна робота , доданий 25.12.2013
Сутність процесу сушіння та опис його технологічної схеми. Барабанні атмосферні сушарки, їх будова та основний розрахунок. Параметри топкових газів, що подаються в сушарку, автоматичне регулювання вологості. Транспортування сушильного агента.
курсова робота , доданий 24.06.2012
Огляд сучасних методів виробництва азотної кислоти. Опис технологічної схеми встановлення, конструкція основного апарату та допоміжного обладнання. Характеристика вихідної сировини та готової продукції, побічні продукти та відходи виробництва.
дипломна робота , доданий 01.11.2013
Промислові способи одержання розведеної азотної кислоти. Каталізатори окиснення аміаку. склад газової суміші. Оптимальний вміст аміаку в аміачно-повітряній суміші. Типи азотнокислотних систем. Розрахунок матеріального та теплового балансу реактора.
курсова робота , доданий 14.03.2015
Технологічний процес, норми технологічного режиму. Фізико-хімічні властивості діамоній-фосфату. Технологічна схема. Прийом розподіл фосфорної кислоти. Перша та друга стадії нейтралізації фосфорної кислоти. Гранулювання та сушіння продукту.
курсова робота , доданий 18.12.2008
Характеристика вихідної сировини, допоміжних матеріалів отримання азотної кислоти. Вибір та обґрунтування прийнятої схеми виробництва. Опис технологічної схеми. Розрахунки матеріальних балансів процесів. Автоматизація технологічного процесу.
9.4. ВИРОБНИЦТВО АМІАЧНОЇ СЕЛІТРИ
Аміачна селітра – один з основних видів азотних добрив; містить щонайменше 34,2% азоту. Сировиною для отримання гранульованої аміачної селітри служать неконцентрована 58-60% азотна кислота і газоподібний аміак.
Як кондиціонуючу добавку використовують 92,5%-у сірчану кислоту, яка нейтралізується аміаком разом з азотною кислотою до сульфату амонію. Для обприскування готових гранул застосовують поверхнево-активну речовину - 40% водний розчин диспергатора «НФ».
Основними стадіями виробництва аміачної селітри є: нейтралізація азотної кислоти газоподібним аміаком; одержання висококонцентрованого плава аміачної селітри; гранулювання плава; охолодження гранул аміачної селітри; обробка гранул поверхнево-активною речовиною – диспергатором «НФ»; очищення повітря та сокової пари перед викидом в атмосферу; упаковка та зберігання готового продукту.
Нижче розглянуто автоматизацію першої стадії - нейтралізації азотної кислоти аміаком, - багато в чому визначає режими роботи наступних стадій.
Технологічна схема процесу.Азотна кислота попередньо підігрівається у теплообміннику 1 (рис. 9.8) до температури 70-80 ° C соковою парою з апарату 2 нейтралізації (ІТН), газоподібний аміак підігрівається в теплообміннику 3 і далі надходить в апарат 2. Підігріта азотна кислота надходить у змішувач 4, куди подають також сірчану та фосфорну кислоти. Сірчана кислота дозується з таким розрахунком, щоб вміст сульфату амонію готовому продукті було в межах 0,3-0,7%. Суміш кислот надходить далі в апарат ІТН, де під тиском, близьким до атмосферного, при температурі 155-165 °C проводиться процес нейтралізації азотної кислоти аміаком:
Азотна кислота та аміак дозуються таким чином, щоб на виході з апарату ІТН розчин мав деякий надлишок азотної кислоти (не більше 2-5 г/л), необхідний для забезпечення повноти поглинання аміаку в реакційній зоні. У сепараційній зоні апарату ІТН сокова пара відокремлюється від киплячого розчину і надходить на очищення в промивну зону апарата ІТН, що складається з чотирьох тарілок та бризкоуловлювача. На верхню тарілку подається конденсат сокової пари. На виході з апарату ІТН сокова пара містить 2-5 г/л NH 4 NO 3 , 1-2 г/л HNO 3 ; аміак при правильному веденні процесу промивання у парах відсутня.
ІТН, що утворюється в апараті, 92-93%-й розчин аміачної селітри кілька розбавляється розчинами з промивної частини апарату і при концентрації 89-91% направляється в донейтралізатор 5 , куди подається аміак для нейтралізації надлишку кислоти та створення лужного середовища розчину (надлишок аміаку повинен підтримуватися в межах до 0,1 г/л вільного NH 3). Далі розчин аміачної селітри направляється у відділення випарювання.
Автоматизація процесу.На стадії нейтралізації завданням автоматичної системи регулювання процесу є підтримання співвідношення потоків аміаку та азотної кислоти в апарат ІТН; підтримання заданого pH розчину аміачної селітри в апараті ІТН; забезпечення лужної реакції розчину аміачної селітри після донейтралізації на вході у випарний апарат.
Для системи регулювання провідними параметри газоподібного аміаку. Щоб уникнути впливу коливань тиску аміаку у зовнішній мережі на якість регулювання процесу нейтралізації, на вході в агрегат аміачної селітри автоматично підтримується тиск газоподібного аміаку. Витрата аміаку в апарат ІТН підтримується автоматично за допомогою регулятора витрати 6, шляхом впливу на регулюючий клапан 7 .
Подача азотної кислоти в апарат ІТН автоматично регулюється у заданому співвідношенні з витратою аміаку за допомогою регулятора співвідношення витрат 8 впливом на регулюючий клапан 9. Подача сірчаної та фосфорної кислот автоматично регулюється у заданому співвідношенні з витратою азотної кислоти за допомогою регуляторів співвідношення витрат 10 і 11 та регулюючих клапанів 12 і 13 .
Співвідношенням витрат азотної кислоти та аміаку визначається деякий надлишок кислоти, для контролю та регулювання якого на виході апарату ІТН безперервно контролюється pH розчину аміачної селітри. Заданий надлишок азотної кислоти в розчині автоматично підтримується регулятором pH 14 , що коригує подачу аміаку в ІТН за допомогою регулюючого клапана 15 , встановленого на байпасній лінії подачі аміаку, по якій спрямовується невелика кількість аміаку (кілька відсотків загальної витрати). Така система забезпечує високу якість регулювання процесу нейтралізації.
Для забезпечення максимально можливої очистки сокової пари в промивній частині апарату ІТН автоматично регулюється подача конденсату сокової пари на верхню тарілку. Велика подача конденсату небажана, щоб уникнути розведення розчинів селітри перед їх випарюванням, а недостатня подача конденсату оголить тарілки, оскільки сокова пара перегріта. Подачу конденсату сокової пари регулюють за допомогою регулятора температури 16 впливом на регулюючий клапан 17 . Оскільки у випарний апарат не можна подавати кислі розчини аміачної селітри, надлишкова кислотність нейтралізується у донейтралізаторі. 5 . Подача аміаку до нього регулюється за допомогою регулятора 18 pH розчину на виході донейтралізатора, що впливає на регулюючий клапан 19 .
Системою автоматичного регулювання передбачено регулювання підігріву аміаку та азотної кислоти за допомогою регуляторів температури 20 і 21 впливом на регулюючі клапани 22 і 23 подачі теплоносія до теплообмінників 1 і 2 .
