На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти образцы готовых работ или получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Результат поиска


Наименование:


реферат Производство азотных и калийных удобрений

Информация:

Тип работы: реферат. Добавлен: 25.06.2012. Сдан: 2011. Страниц: 24. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


Федеральное агентство по образованию
Государственное общеобразовательное учреждение
высшего профессионального образования
Московский  государственный текстильный университет  имени А.Н. Косыгина 

  
 
 
 

Кафедра ПАХТ и БЖД 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Реферат 

«Производство азотных и калийных удобрений» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                                                                                         Выполнил: студентка ФХТЭ
                                                                                                                            гр.27-05
                                                                                                                             Ковалева Е.С.
                                                                                                                         Проверил:
                                                                                                         Кошелева М.К. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Москва 2008
Содержание
   Введение 3
1. Азотные удобрения 3
1.1. Производство  карбамида 3
1.1.1. Свойства карбамида 3
1.1.2. Сырье 6
1.1.3. Физико-химические основы синтеза карбамида  7
1.1.4. Промышленные способы синтеза карбамида  10
1.2. Производство аммиачной селитры  14
1.2.1. Свойства аммиачной селитры  14
1.2.2. Сырье  17
1.2.3. Физико-химические основы процесса   17
1.2.4.Технологическая  схема производства аммиачной  селитры  20
1.3. Нитратные  удобрения   22
1.3.1. Известково-аммиачная  селитра  22
1.3.2. Сульфат аммония  23
1.3.3. Нитрат натрия  24
1.3.4. Нитрат кальция  26
1.3.5. Жидкие азотные  удобрения  28
2. Калийные удобрения  31
2.1. Общая характеристика   31
2.2. Получение хлористого калия методом флотации   32
2.3. Галургический  способ производства   34
2.4. Получение сульфата калия  36
2.5. Нитрат калия  36
   Литература  38 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение
   Производство  минеральных солей и удобрений  составляет одну из важнейших  задач химической промышленности. Ассортимент минеральных солей используемых  в сельском хозяйстве, самой химической промышленности, металлургии, фармацевтическом производстве, строительстве, быту, составляет сотни наименований и непрерывно растет. В наибольших количествах производятся и потребляются соединения натрия, фосфора, калия, азота, алюминия, железа, серы, меди, хлора, фтора и др. Масштабы добычи и выработки солей исключительно велики и для некоторых из них составляют десятки тонн в год. Из всех минеральных солей, изготавливаемых
искусственными  способами, в самых крупных масштабах  производят те, которые используют в качестве сельскохозяйственных удобрений. Их называют также туками.
   Минеральные удобрения – это соли, содержащие в своем составе элементы, необходимые для питания, развития и роста растений и вносимые в почву для получения высоких и устойчивых урожаев. Среди питательных веществ, вносимых в почву, важнейшими являются азот и калий.  

    Азотные удобрения
   Азотные удобрения подразделяются на аммиачные, содержащие азот в форме катиона NН4+, нитратные, содержащие азот в виде аниона NО3-, аммиачно-нитратные, содержащие NН4+ и NО3- и амидные, содержащие азот в форме NН2. В качестве минеральных азотных удобрений используют сульфат и нитрат аммония, фосфаты аммония, нитраты кальция и натрия, цианамид кальция, карбамид, а также получаемые на основе этих солей, смешанные и сложные удобрения. Используют также жидкие азотные удобрения – жидкий аммиак и аммиачную воду, аммиакаты, водные растворы различных солей.
   Сырьем для получения аммиачных форм азотных удобрений служит аммиак, нитратных – азотная кислота, амидных – аммиак или свободный азот.
  
1.1. Производство карбамида
1.1.1.Свойства карбамида
   Карбамид, или мочевина, является полным амидом карбаминовой кислоты. Как химическое соединение карбамид был открыт в 1773г. И Руэллем. Синтез карбамида из цианата аммония осуществил в 1828 г Ф. Велер по реакции:
NН4-СО-С
N
СО(NН2)2.                                          (1)

   В чистом виде карбамид представляет собой бесцветное кристаллическое вещество, не имеющее запаха, кристаллы которого имеют форму длинных игл или ромбических призм. Выпускаемый промышленностью продукт может быть слабо окрашен в желтоватый или розоватый цвет, что объясняется присутствием примесей, в частности солей железа. 
   Чистый карбамид содержит 46.6% азота. 
 Физико-химические свойства карбамида:
 Молекулярный вес………………………………………60.06
 Плотность при 200С, г/см3……………………………….1.335
 Насыпная плотность, г/см3………………………………..0.63-0.71
 Удельная теплоемкость при 200С, кал/(г*град)………….0.321
 Температура плавления, 0С
 при 1 атм……………………………………………            132.6
 при 300 атм…………………………………………        …150.0
 Теплота образования из простых веществ, ккал/моль……79.634
 Теплота плавления, ккал/моль……………………………….3.6
 Теплота растворения в воде, кал/г………………………….57.8
 Карбамид хорошо растворим в воде:
 температура, 0С……………0        20       40      60      80     100     120
 растворимость, %…………...40.0   51.14  62.3  71.1  79.4  87.89   95
   Раствор, содержащий 32% карбамида при 261К образует эвтектику.
   Карбамид хорошо растворяется в воде, спирте, и аммиаке. С повышением температуры растворимость карбамида в воде увеличивается. Насыщенный водный раствор при 200С содержит 51.83%, а при 600С – 71.88%, при 1200С – 95% СО(NН2)2. Выше 1200С в водном растворе карбамид разлагается на аммиак и диоксид углерода.
   Карбамид обладает свойствами слабого основания, константа его диссоциации К =1.5*10-14.        С кислотами он образует соли, причем в солеобразовании принимает участие только одна аминогруппа.
   Растворимость карбамида в жидком аммиаке очень велика. Так, при 1000С концентрация СО(NН2)2 в смеси карбамида и жидкого аммиака достигает 88%. При температуре ниже 460С карбамид образует с жидким аммиаком комплексное соединение СО(NН2)2*NН3 (22.1% N). При более низких температурах в жидком аммиаке растворяется СО(NН2)2*NН3,  при более высоких – СО(NН2)2.
   При нагревании водных растворов карбамида выше 800С происходит его интенсивный гидролиз и карбамид превращается в карбамат аммония
СО(NН2)2 + Н2О
2–СО-ОNН4,                     (2)

который в свою очередь далее разлагается на аммиак и диоксид углерода
2–СО-ОNН4
2NН3 + СО2.                             (3)

   При более низких температурах гидролиз карбамида протекает с незначительной скоростью. В случае нагревания водных растворов карбамида, одновременно с гидролизом происходит термическое разложение карбамида с образованием биурета и выделением аммиака
2N-СО-NН2
Н2N-СО-NН–СО-NН2 + NН3    (4)

   В ходе разложения может образовываться также циануровая кислота (НОСN)3. В присутствии избытка аммиака разложение карбамида приостанавливается. Добавка нитрата аммония приводит к стабилизации карбамида.
   При нагревании выше температуры плавления сухой карбамид разлагается с образованием аммиака, биурета, циануровой кислоты и др. В результате нагревания карбамида выше температуры его плавления (405.7К) в замкнутом сосуде под давлением образуется меламин С3N6Н6. При длительном нагревании водных растворов карбамида протекают реакции изомеризации, гидролиза, дезаминирования и образуются различные соединения.
   С кислотами карбамид образует солеобразные комплексные соединения, например, нитрат карбамида СО(NН2)2*НNО3, малорастворимый в воде, при нагревании разлагающийся со взрывом; фосфат карбамида СО(NН2)23РО4, хорошо растворяющийся в воде, но при этом полностью диссоциирующий и др. С солями карбамид образует комплексные соединения. Большой интерес представляют, в частности, те из них, в которых оба компонента являются удобрениями, например,  
Са(NО3)2 *4СО(NН2)2. При взаимодействии карбамида с монокальцийфосфатом
образуются фосфат карбамида  и дикальцийфосфат 
Са(НРО4)22О + СО(NН2)2 = СО(NН2)23РО4 +СаНРО42О           (5)
   Он используется в производстве сложных удобрений.
   С формальдегидом карбамид взаимодействует, давая разнообразные высокомолекулярные соединения. Путем поликонденсации карбамида с формальдегидом в кислой среде получают специфические азотные удобрения, медленно отдающие азот. Они относятся к концентрированным азотным удобрениям, т.к. содержат до 40% азота.
   Карбамид, содержащий до 46.5% азота, является концентрированным безбалластным удобрением. Азот карбамида легко усваивается растениями. Как удобрение карбамид имеет преимущества перед нитратом аммония – он не взрывоопасен, менее гигроскопичен и не так сильно слеживается.
   В почве карбамид под действием влаги сначала превращается в карбонат аммония, оказывающий нейтрализующее действие на кислую почву. Но далее ион аммония нитрифицируется, что приводит к подкислению почвы. Поэтому карбамид следует отнести к удобрениям с небольшой физиологической кислотностью.
   Вредной примесью в карбамиде является биурет. Если его содержание больше 0.25%, то при внекорневой подкормке растений раствором карбамида возможен ожог листьев.
   В настоящее  время выпускается два сорта карбамида: кристаллический и гранулированный.
Кристаллический карбамид, в основном, предназначен для технических нужд, гранулированный  используется главным образом как удобрение и азотсодержащая добавка к кормам жвачных животных. 
   Показатели качества:
Показатели Технический карбамид Карбамид для  cельского хозяйства
  Марка А Марка Б  
Внешний вид Белые кристаллы Белые, желтоватые  или розоватые кристаллы Белые слабоокрашенные     гранулы
Содержание  азота  в пересчете  на сухой продукт, %, н/м 
46.3 46.3 46.0
Содержание    примесей, %, н/б:   
Биурет 
Свободный аммиак   
Сульфаты в пересчете  на SO4
Нерастворимые в воде вещества  
Железо, в пересчете на 
Fe2SO3
 
 
0.2 0.005 

0.003 

0.02 

не   определяется
 
 
0.8 0.015 

0.02 

0.02 

0.005
 
 
1.0 не определяется 

то же 

то же 

то же
Влажность, в %, н/б  0.2 1.0 0.3
   Технический карбамид может выпускаться также в виде таблеток.
   Для сельского хозяйства выпускаются две фракции карбамида. Первая фракция должна cодержать н/м 90% гранул размером от 0.2 до 1.0 мм, вторая фракция – н/м 90% гранул размером от 1.0 до 2.5 мм включительно. Гранулы карбамида для снижения его слеживаемости покрываются различными кондиционирующими добавками: маслами, диспергаторами и т.п.
   Важным показателем качества карбамида является гигроскопическая точка. Ее выражают через парциальное давление водяного пара над насыщенным раствором соли или через относительную влажность воздуха, при которой насыщаемый раствор не теряет влаги и не поглощает ее. Так, при Т = 100С гигроскопическая точка, выраженная через давление пара мм рт ст., равна 7.48, через относительную влажность воздуха – 81.8%, при 200С – 14.05 и 80%, при 300С – 23.9 и 72.5% соответственно. Таким образом, если карбамид хранится при Т=100С и относительной влажности воздуха >81.8%, то он будет поглощать влагу, если же относительная влажность воздуха          будет < 81.8%, то продукт будет подсушиваться. Для полной оценки гигроскопичности важна скорость поглощения или отдачи влаги при хранении. Она зависит от относительной влажности воздуха и удельной поверхности соприкосновения продукта с воздухом. Например,
время контакта            количество воды в образце, % от его
                                                первоначального веса 
0 час                                                       0
1 час                                                       4.23
24                                                            31.7
48                                                            39.73       
72                                                           77.7    
192                                                         176.06  
   Эти данные приведены при Т=160С и 100% относительной влажности.
   Как видно, если кристаллический карбамид хранить в таких условиях, то он превратится в раствор менее чем за сутки. Для кристаллического карбамида скорость поглощения влаги в 13 раз выше, чем для гранулированного. Так же при хранении в таких условиях гранул карбамида с первоначальной влажностью 0.16% вес, его прочность за 12 часов уменьшается в 4 раза.
   Важный показатель – слеживаемость. Она зависит от гигроскопичности соли, формы и размера частиц, давления на продукт, растворимости соли и т.д. Карбамид сильно слеживается при длительном хранении и упаковке в горячем и влажном (свыше 0.5-1% влаги) состоянии. Уменьшения слеживаемости карбмида можно достичь снижением влаги в готовом продукте
до 0.2-0.3%. Охлаждение кристаллического карбамида перед упаковкой также снижает его слеживаемость.
   В промышленности карбамид применяют для приготовления лаков, искусственных  смол, пластических масс, клеев, фармацевтических препаратов. Большие количества карбамида используют в производстве карбамидоформальдегидных полимеров, из него получают меламин, применяемый  для производства меламиноформальдегидных смол.  

1.1.2. Сырье
   Сырьем для промышленного производства карбамида являются жидкий аммиак и диоксид углерода. 
   Аммиак NН3. В обычных условиях он представляет собой бесцветный газ с резким удушающим запахом; жидкий аммиак - бесцветная жидкость.
   Под давлением аммиак сравнительно легко сжижается. Так, при 10 атм аммиак начинает конденсироваться уже при 250С, при 18 атм – конденсация начинается при температуре около 450С. Под атмосферным давлением аммиак сжижается при охлаждении его до –33.5С.
   Аммиак очень хорошо растворяется в воде, образуя аммиачную воду различной концентрации. Эти растворы обладают щелочными свойствами.
   Жидкий аммиак синтетический выпускается двух сортов и должен удовлетворять следующим требованиям:
    содержание 1-й сорт 2-й сорт
    Аммиак, %, не менее 99.9 99.6
    Влага, %, не более 0.1 0.4
    Масло, мг/л, не более 10.0 35.0
   Диоксид углерода СО2
   При обычных условиях диоксид углерода – бесцветный газ с кисловатым вкусом. Под давлением 35.5 атм и температуре 00С диоксид углерода конденсируется в бесцветную жидкость, не смешивающуюся с водой, но растворимую в спирте, маслах и эфире.
   Жидкая двуокись углерода при сильном охлаждении превращается в белую снегообразную массу (так называемый сухой лед), которая при нагревании испаряется, не плавясь.
   Газообразная двуокись углерода в обычных условиях сравнительно мало растворима в воде:
1 объем воды  растворяет около 1 объема СО2. Двуокись углерода обладает кислотными свойствами, которые проявляются при взаимодействии ее со щелочами (при этом образуются соли).
   В производстве карбамида применяется двуокись углерода, являющаяся отходом процесса очистки азото-водородной смеси, направляемой на синтез аммиака.
   Качество диоксида углерода, используемого для синтеза карбамида, должно удовлетворять следующим требованиям:
  Содержание СО2, %, не менее……………………99
  Инертные примеси (Н2, N2, СО, СН4), %, н/б…     1
      в том числе водород, %, н/б………………  ..0.01
  Соединения серы, мг/м3, н/б………………….        1
  Влажность, г/м3………………………………..  12 –25
   Такие жесткие требования по содержанию сернистых соединений в углекислом газе обусловлены тем, что присутствие этих примесей вызывает коррозию аппаратуры и ухудшение качества карбамида. 
 
1.1.3.Физико-химические основы синтеза карбамида
   Все используемые в настоящее время промышленные способы получения карбамида основаны на реакциях, проведенных русским химиком  А.И. Базаровым в 1868г.
   Вначале  из оксида углерода (4) и аммиака образуется карбамат аммония       
2NН3 + СО2
4О-СО-NН2 +159кДж.               (6)

   Затем происходит его дегидратация
4О-СО-NН2
Н2N-СО-NН2 + Н2О –28.1кДж.    (7)

   Как следует из этих уравнений, синтез карбамида из аммиака и диоксида углерода протекает в две стадии: вначале с выделением большого количества тепла образуется карбамат аммония, который затем дегидрируется, превращаясь в карбамид. Эти процессы, возможно, проводить в одинаковых условиях, в одном и том же аппарате.
   Отсюда ясно, что процесс производства карбамида должен состоять из следующих стадий:
1) синтез карбамида  из аммиака и двуокиси углерода;
2) выделение  компонентов, не превращенных  в карбамид, из его водного  раствора и возврат их в  цикл или использование в других  производствах; 
3) получение  товарного карбамида из его  водного раствора.
   Обе стадии процесса превращения аммиака и двуокиси углерода в карбамид возможно и целесообразно проводить при одних и тех же условиях. Наиболее выгодные условия этого процесса определяются глубиной и степенью протекания обеих приведенных реакций, а также физическим состоянием реакционной массы.
   Степень превращения СО2 в карбамид зависит от Т, Р, соотношения компонентов реакции, продолжительности процесса и некоторых других факторов. При одновременном протекании обеих стадий синтеза карбамида теплота образования карбамата аммония компенсирует эндотермический эффект реакции его дегидратации и обеспечивает необходимый разогрев смеси до оптимальной температуры. Аммиак и диоксид углерода практически нацело и с большой
скоростью превращаются в карбамат аммония. Реакция же дегидратации карбамата аммония, определяющая выход карбамида, обратима. В соответствии с принципом Ле-Шателье повышение температуры благоприятствует протеканию реакции дегидратации карбамата аммония, однако при этом, возможно, его разложение. При комнатной температуре карбамат аммония представляет собой твердое вещество белого цвета с запахом аммиака. Температура плавления карбамата аммония 1520С, соответствующее ей давление насыщения паров составляет 83.3 атм. Превращение
карбамата в  карбамид происходит в жидкой фазе. В соответствии с этим процесс синтеза необходимо вести при высокой температуре и соответствующим ей высоком давлении.
   Константы равновесия синтеза карбамида (реакции 6, 7) определяются из уравнений
;   ;
где  – летучесть аммиака и СО2 в газовой фазе; - активность карбамата, мочевины, воды и аммиака в жидкой фазе. 
   Минимальная температура синтеза 160 –1700С. При более низких температурах степень и скорость превращения карбамата аммония в карбамид весьма малы. Так, при 1550С и стехиометрическом соотношении аммиака и СО2 для достижения степени их превращения 45% необходимо пребывание аммиака и СО2 в реакционной зоне в течение часа. При 2000С и стехиометрическом соотношении степень их превращения на 55% достигается за 10 мин. Дальнейшему повышению температуры препятствует отсутствие материалов, достаточно
устойчивых к  коррозии при повышенных температурах. Но повышение температуры более 2400С невозможно, т.к. в этих условиях увеличивается скорость реакции  термического распада карбамида, сопровождающееся образованием биурета, циануровой кислоты и других веществ, загрязняющих продукт. Практически процесс синтеза ведут при температуре 185 –1890С.
   Давление, при котором проводят синтез карбамида, определяется исходя из следующих соображений. Карбамид образуется из карбамата аммония преимущественно в жидкой фазе, но карбамат аммония представляет собой весьма нестойкое вещество, при нагревании легко разлагающееся на аммиак и двуокись углерода. Под атмосферным давлением карбамат аммония полностью разлагается уже при 57–590С. Однако с повышением давления температура разложения
карбамата аммония  повышается; каждой величине давления соответствует определенная температура его разложения. Таким образом, для проведения синтеза карбамида при указанных выше температурах  необходимо в реакционном аппарате поддерживать давление, препятствующее разложению карбамата аммония. Практически при Т=1850С необходимо давление порядка 180 – 200 атм. 
   Большое значение для эффективности процесса синтеза карбамида имеет соотношение исходных реагентов. При стехиометрическом соотношении аммиака и двуокиси углерода равновесная степень их превращения (т.е. предельно достижимая при очень длительном времени пребывания реагентов в реакционной зоне) не превышает 45 –55%. Если же вести процесс при 80 –100%-ном избытке аммиака, то равновесная степень превращения может достигать 70 –75%. Причина этого заключается в том, что избыточный аммиак, растворяясь в плаве, частично связывает воду, выделяющуюся при дегидратации карбамата аммония, благодаря чему равновесие этой реакции сдвигается в сторону более полного превращения карбамата аммония в карбамид. Синтез карбамида при избытке аммиака имеет еще одно существенное достоинство. Т.к. процесс протекает со значительным выделением тепла, чтобы вести  его непрерывно при стехиометрическом соотношении исходных реагентов, необходим постоянный отвод тепла из
реакционной зоны, в противном случае температура реакции образования карбамата аммония может превысить температуру его разложения. Однако отвод тепла из аппарата высокого давления, заполненного агрессивной средой, является весьма трудной задачей и сильно усложняет ведение процесса. Применение же избытка аммиака позволяет избежать этого затруднения. При соответствующем выборе избытка аммиака и температуры можно вести процесс так, чтобы все выделяющееся тепло расходовалось на нагревание подаваемых в реактор веществ до температуры
реакции. В этом случае отпадает необходимость в теплообменных устройствах, и процесс протекает автотермично.
   Однако увеличение избытка аммиака целесообразно лишь до определенного предела. Чем больше избыточного аммиака введено на стадии синтеза, тем большее его количество должно быть выделено из реакционной массы на последующих стадиях процесса и возвращено в цикл. Как показали расчеты, наиболее экономичен в этом отношении избыток аммиака, равный 80 – 100%. Такому соотношению между исходным аммиаком и двуокисью углерода соответствуют минимальные энергетические затраты на единицу продукции.
   Существенное влияние на протекание процесса синтеза карбамида оказывает примесь воды в исходных реагентах. В ее присутствии снижается степень превращения карбамата аммония в карбамид, т.к. равновесие реакции (7) сдвигается влево (в обратную сторону). Поэтому наличие воды в исходных реагентах нежелательно. Тем не менее, во многих случаях в колонну синтеза карбамида вводят воду в составе раствора углеаммонийных солей.
   Неблагоприятное влияние на процесс синтеза оказывают инерты, содержащиеся в сырье, т.к. они нерастворимы в плаве  карбамида и находятся в реакторе в газообразном состоянии. Это приводит, во-первых, к уменьшению фактического времени пребывания жидкой фазы в колонне, во-вторых, к переходу части избыточного аммиака из жидкой в газовую фазу, в связи с чем степень превращения двуокиси углерода в карбамид снижается.  Кроме того, с увеличением содержания
инертных примесей в углекислом газе возрастает расход энергии на его сжатие и требуется повышение мощности компрессора. 
   В связи с невозможностью полного превращения СО2 и аммиака в карбамид  за один цикл производство карбамида осуществляют по циклическим схемам. Плав, выходящий из колонны синтеза, содержит, кроме карбамида и воды, карбамат аммония, не превратившийся в карбамид, и избыточный аммиак. Во избежание потерь сырья эти компоненты плава необходимо отделить от водного раствора и возвратить в цикл синтеза.
   Все промышленные способы разделения плава основаны на способности карбамата аммония при нагревании разлагаться с образованием газообразных аммиака и двуокиси углерода. В таких же условиях, при которых происходит разложение карбамата аммония и выделение из плава газообразных продуктов разложения карбомата, отгоняется и избыточный аммиак. Таким образом, отделение карбамида, полученного при синтезе, от непрореагировавших аммиака и двуокиси
углерода производят путем дистилляции плава при  понижении его давления путем  дросселирования  и, выделяющийся в  процессе дистилляции реакционной смеси газ, содержит аммиак, двуокись углерода и некоторое количество паров воды. Обычно дистилляцию проводят в две ступени: первую ступень – при избыточном давлении 15–18 атм, вторую ступень – при давлении, близком к атмосферному. Такие условия ведения процесса дистилляции установлены на основании следующего. При давлении 15–18 атм большую часть газов, отгоняемых в процессе дистилляции, составляет аммиак, который можно отмыть от двуокиси углерода, затем
сконденсировать при охлаждении водой и при помощи плунжерного насоса возвратить в колонну синтеза. Благодаря тому, что температура конденсации аммиака при 15–18 атм достаточна высока (37–450С), по такой схеме дистилляции для возврата в цикл синтеза части избыточного аммиака не требуется сжатие его компрессором, связанное с расходом большого количества энергии.
   В зависимости от давления, применяемого в системе дистилляции, температура составляет 115-1600С и из плава отгоняется до 90% избыточного аммиака и разлагается 90% карбамата аммония. Во второй ступени при Т=100 – 1400С и давлении, близком к атмосферному, происходит полное разложение карбамата аммония. Выделяющиеся газы могут быть сконденсированы с образованием
углеаммонийных  солей и возвращены в цикл.
   Аммиак  можно отмывать от двуокиси углерода высококонцентрированной аммиачной водой (80 –90%). При отмывке образуется концентрированный водный раствор углеаммонийных солей, который возвращается в цикл.
   В последнее время применяют так называемые «стриппинг-процессы», основой которых является дистилляция непревращенного в карбамид карбамата аммония при давлении синтеза из-за снижения парциального давления одного из продуктов разложения. Это достигается продувкой реакционного плава при подогреве оксидом углерода или аммиаком.
   Раствор карбамида, полученный после дистилляции плава, далее подвергают выпариванию с последующей  кристаллизацией и грануляцией продукта и его сушкой. При выпарке раствора карбамида происходят существенные его потери. Они определяются гидролизом карбамида и превращением его в биурет. Часть карбамида попадает в соковый пар и не только за счет брызгоуноса, но и за счет наличия паров карбамида над его водными растворами. Потери карбамида уменьшаются с увеличением интенсивности нагрева. При остаточном давлении <500
мм рт ст потери при выпаривании в две стадии ниже, чем при выпаривании в  одну стадию, при этом  разница  в абсолютных значениях потерь увеличивается  с понижением вакуума. В последней  ступени выпарки расплав карбамида  почти полностью освобождается  от воды, подогревается с целью предотвращения кристаллизации и подается на гранулирование.
   Карбамид гранулируют в гранбашнях, в которые подают воздух для охлаждения образовавшихся при распылении расплава свободно падающих капель. Важно правильно выбрать высоту гранбашни.
   Процесс образования гранул можно разделить на три этапа:
   1) охлаждение жидких капель от начальной температуры плава до температуры затвердевания;
   2) затвердевание жидких капель при постоянной температуре;
   3) охлаждение твердых гранул от температуры затвердевания до температуры продукта на выходе из гранбашни.
   Принцип расчета высоты башни состоит в установлении связи между временем полета частиц  под влиянием силы тяжести и высотой полета.
   В процессе гранулирования важно получить гранулят с определенным грансоставом, который определяется, прежде всего, свойствами расплава и конструкцией распыляющего устройства, температурой расплава (понижение температуры заметно уменьшает долю основной фракции –1.3 –1.5 мм).
 
1.1.4.Промышленные способы синтеза карбамида
   Процесс синтеза карбамида состоит из стадий синтеза и дегидратации образующегося карбамата аммония. Образование карбамата аммония происходит с выделением теплоты,  а дегидратация – с поглощением; суммарный процесс – экзотермический. В оптимальных условиях аммиак и оксид углерода (4) взаимодействуют почти мгновенно, дегидратация протекает медленно, так как этот
процесс равновесный. Поэтому в продуктах реакции  всегда содержатся карбамид, карбамат аммония, избыточный аммиак и вода. 
   Отделение карбамида осуществляется дросселированием и подогревом плава. При этом карбамат аммония разлагается на исходные вещества, которые с избыточным аммиаком и парами воды отгоняются в газовую фазу.
   При относительно небольших масштабах производства карбамида весь не прореагировавший аммиак перерабатывается в побочные соединения – соли аммония и аммиачную воду. Такие комбинации производств карбамида и нитрата (сульфата) аммония действовали на первом этапе создания цехов карбамида. Эти системы отличались простотой технологической схемы и аппаратурного оформления. Затем появились другие схемы.
   Современные процессы получения карбамида различаются, в основном, по методам использования непрореагировавших аммиака и двуокиси углерода.
   Все известные в настоящее время схемы производства карбамида могут быть разделены на
пять основных групп:
   1) процессы без рецикла (с переработкой аммиака в соли аммония);
   2) процессы с частичным рециклом аммиака;
   3) процессы с рециркуляцией горячих газов;
   4) процессы с рециркуляцией углеаммонийных солей в растворе или в виде суспензии (жидкостной рецикл);
   5) процессы, основанные на селективном извлечении из газовой фазы одного из компонентов и раздельном возврате аммиака и двуокиси углерода в цикл (газовый рецикл).
    Конкуренция между фирмами разных стран привела к созданию различных вариантов процесса. Наибольшее применение получили методы с частичным рециклом газов и с полным жидкостным рециклом.
   По схеме без рецикла газов аммиак и СО2, непревращенные в карбамид, перерабатываются в аммиачную селитру, реже в сульфат аммония. Схемы, по которым часть непрореагировавшего аммиака снова возвращается в колонну синтеза, а остальной аммиак вместе с СО2 направляется в производство азотных удобрений, называются системами с частичным рециклом. Схемы, в которых избыточный аммиак и СО2, не превращенные в карбамид, возвращаются в цикл
синтеза карбамида, называются системами с полным рециклом. В РФ карбамид производится по схемам с полным или частичным рециклом. 
   Синтез карбамида из аммиака и двуокиси углерода осуществляется под давлением 180–200 атм  при температуре 185–1950С.
   Процесс производства карбамида состоит из следующих стадий:
   - прием аммиака и двуокиси углерода в цех;
  - синтез карбамида и дистилляция плава;
   - упаривание растворов карбамида;
   - гранулирование или кристаллизация карбамида;
   - упаковка и складирование готового продукта;
   - абсорбция отходящих газов и десорбция аммиака из сточных вод.
   Рассмотрим описание схемы установки с мощностью 90 тыс. т карбамида в год по методу фирмы «Стамикарбон» (рис.1.) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  
 

   Рис. 1. Схема узлов синтеза, дистилляции и выпарки в производстве карбамида по способу фирмы «Стамикарбон»:
1— центробежный аммиачный насос; 2 — фильтр; 3 — хранилище жидкого аммиака; 4 — холодильник жидкого аммиака; 5 — пятиплунжерный насос для подачи жидкого аммиака; 6 — подогреватель аммиака; 7 —реактор-смеситель; 8 — колонна синтеза карбамида; 9, 10. 12 — конденсаторы; 11— промежуточный сборник; 13 — скруббер для поглощения аммиака под давлением дистилляции; 14 — 16 — ректификатор, подогреватель и сепаратор узла дистилляции 1 ступени; 17 —19 — ректификатор, сепаратор и подогреватель II ступени; 20 — промывная колонна; 21 — конденсатор II ступени; 22 — уравнительный бак; 23 — вакуум-испаритель; 24 — абсорбер; 25 — холодильник; 26 — десорбер; 27 — теплообменник; 28 — напорный бак-питатель выпарки; 29 и 31 — подогреватель и сепаратор I ступени выпарки; 30, 32 — подогреватель и сепаратор II ступени цыпарки; 33 — форэжектор; 34—39 — конденсаторы соковых паров и эжекторы узла выпарки; 40 — насос для плава карбамида; 41 — центробежный насос; 42— гидрозатвор-сборник сокового конденсата; 43— холодильник; 44 — насос для подачи раствора на десорбцию; 45 — циркуляционный насос; 46 — сборник аммиачной воды; 47 — насос для подачи раствора карбамида па выпарку; 48 — сборник (хранилище) раствора карбамида; 49 — трехллунжерный насос низкого давлении для раствора углеаммонппных солей; 50 —трехплунжерный насос высокого давления для раствора углеаммоннпных солей карбаматный насос); 51 — компрессор для сжатия двуокиси углерода; 52 — холодильник аммиака.
 
   В процессе используется газообразная двуокись углерода, насыщенная водяными парами при
350 С и жидкий аммиак. Чтобы компрессор не корродировал, углекислый газ должен быть предварительно осушен в двух периодического действия адсорберах, загруженных силикагелем или другим способом. Осушенная углекислота, содержащая н/б 1 г/м3 воды, направляется на  пятиступенчатый компрессор, где происходит сжатие до 200 атм.
   Свежий аммиак, поступающий из производства аммиака под давлением 16 атм, центробежными насосами сжимается до 18 –20 атм и через систему фильтров 2 поступает в промежуточный сборник 3, откуда насосами через подогреватели 6 подается в узел синтеза. Аммиак, поступающий в плунжерные насосы, во избежание вскипания должен иметь температуру на 10–150С ниже температуры насыщения при данном давлении, что обеспечивается с помощью холодильника, охлаждаемого водой, которая поступает из узла осушки СО2. В промежуточный сборник 3 также
стекает возвратный аммиак, полученный в конденсаторах 1-ой ступени дистилляции 9, 10, 12 и далее он охлаждается в холодильнике 52. Подача углеаммонийных (УАС) солей в узел синтеза осуществляется насосами 50. Узел синтеза состоит из смесителя 7 емкостью 60 л, снабженного тарелками для перемешивания потоков и колонны синтеза 8 объемом 31.5м3. Те части аппаратуры
узла синтеза, которые соприкасаются с плавом при высоких температурах и давлениях, изготовлены из хромоникельмолибденовой стали. Защита этой стали от корродирующего воздействия плава осуществляется за счет добавки в него кислорода или воздуха. В смеситель поступают: двуокись углерода с температурой около 1000С, жидкий аммиак с температурой около 900С и раствор углеаамонийных солей с температурой около 950С, практическое соотношение NН3:СО2 =4 –4.5. В смесителе 7 начинается образование карбамата аммония, вследствие чего
температура в нем возрастает до 1750С. Смесь направляется в колонну синтеза, где при давлении около 200 атм и температуре до 1900С завершается образование карбамата аммония и его превращение в карбамид. При этом степень превращения карбамата аммония в карбамид (с учетом карбамата, находящегося в циркулирующем растворе) достигает 62 –65%.
   Плав, содержащий 35–38% NН3, 10–12% СО2, 28–35% СО(NН2)2 и 19–23% воды, дросселируется до 18 атм и поступает в верхнюю часть ректификатора 14  узла дистилляции 1-ой ступени. При этом из плава выделяется часть аммиака, вследствие чего температура падает до 120–1250С. Для разложения карбамата аммония и отгонки аммиака и двуокиси углерода плав подогревается в теплообменнике 15 до 158–1620С и поступает в сепаратор 16. На 1-ой ступени дистилляции разлагается до 90% карбамата аммония и отгоняется из плава более 90% аммиака, который в смеси
с  двуокисью  углерода и парами воды направляется в барботажный слой промывной  колонны 20. В последнюю подается также раствор углеаммонийных солей  из 2-ой ступени дистилляции. Здесь  при 92–960С происходит конденсация водяных паров и поглощение основного количества двуокиси углерода с образованием раствора углеаммонийных солей, содержащего 38–45% NН3, 30–37% СО3, 22–27% Н2О. Этот раствор насосом 50 подается в смеситель узла синтеза. Аммиак окончательно отмывается от двуокиси углерода в насадочной части промывной колонны 20 при
45 –500С концентрированной аммиачной водой (93–96% аммиака), получаемой смешением жидкого аммиака со слабой аммиачной водой (25–40%) или конденсатом в смесителе, расположенном над распределительной тарелкой в верхней части колонны. 
   Очищенный аммиак конденсируется в конденсаторах 9, 10, 12 и собирается в промежуточный сборник 11; несконденсированные газы отмываются от аммиака в скруббере 13, орошаемом конденсатом сокового пара, дросселируются до атмосферного давления и через хвостовой скруббер 24 сбрасываются в атмосферу. Часть жидкого аммиака из сборника 11 направляется в промывную колонну для поддержания в ней заданного температурного режима.
   Несмотря на тщательную отмывку, в парах аммиака содержится от 0.002 до 0.05% СО2 и
0.2–0.5% Н2О. Кроме того, в одном потоке с ними из колонны 20 уходят все инертные газы, присутствующие в исходной СО2. Наличие СО2 в газовой фазе приводит к образованию карбамата аммония, который практически не растворим в аммиаке. Вследствие этого трубки конденсаторов подвергаются эрозии и коррозии.
   Раствор из сепаратора 16, содержащий 8–11% NН3, 1.5–2.5СО2, 55 –60% СО(NН2)2, 28–35% Н2О, дросселируется до 2.5–4 атм в ректификаторе 17 узла дистилляции 2-ой ступени. При этом температура в верхней части последнего 1100С. Раствор подогревается в теплообменнике 19 до 1400С и после сепаратора 18 вновь дросселируется до остаточного давления 300 мм рт ст в вакуум- испарителе 23.
   Газовая фаза из сепаратора 18 через ректификатор 17 поступает в барботер конденсатора–абсорбера 21, где поддерживается температура около 400С (охлаждение водой). Здесь поглощаются аммиак и двуокись углерода и конденсируются пары воды; дополнительное количество воды, необходимое для образования раствора определенного состава (40% NН3, 15%СО2, 45%Н2О), добавляется в виде сокового конденсата. Практически состав раствора,
направляемого в промывную колонну, изменяется в следующих пределах: 33 -50% NН3, 10-16%СО2, 35 –55%Н2О.
   Раствор, поступающий из сепаратора 18 в вакуум-испаритель 23, имеет следующий состав:
0.8 –2.0% NН3, 0.2 –0.5% СО2, 64 –72% СО(NН2)2, 26 –36% Н2О.
   В аппарате 23 температура раствора за счет испарения части воды уменьшается до 950С, а содержание карбамида повышается до 74%. Далее раствор поступает в хранилище 48, откуда насосами 47 подается в напорный бак 28 двухступенчатой выпарной установки. В 1-ой ступени 29, 31 раствор упаривается до 93–95% при остаточном давлении 300 мм рт ст и температуре 1250С, а во 2-ой ступени 30, 32 при остаточном давлении 20 –50 мм рт ст и температуре около 1380С содержание карбамида увеличивается до 99.7–99.8%. Необходимое для выпаривания раствора
разрежение обеспечивается системой конденсаторов и эжекторов 33-39. Конденсат сокового пара стекает в барометрический сборник 42 и далее в сборник циркуляционного раствора 46 узла абсорбции - десорбции.
   В абсорбер 24 поступают как постоянные, так и эпизодические сбросы газов, содержащих аммиак. Орошение абсорбера осуществляется циркуляцией раствора насосами 45 через холодильник 25. Часть раствора, насыщенного аммиаком, непрерывно отводится насосами 44 на десорбцию через теплообменник 27. Температура в нижней части десорбера за счет подачи острого пара поддерживается в пределах 135 –1540С, давление 3-4 атм. Газовый поток из десорбера, содержащий аммиак (45–60%), двуокись углерода (5–10%) и водяные пары (35–45%), вместе с
газом 2-ой ступени  дистилляции поступает в абсорбер-конденсатор 21. Вода после десорбции через  теплообменник 27 и холодильник 43 сбрасывается в канализацию. 
   Плав карбамида насосами 40 направляется через фильтр в центробежный гранулятор и разбрызгивается в башне 1 диаметром 16 и высотой 40 м  (высота падения гранул 32.5 м). Охлаждение гранул осуществляется воздухом, который просасывается через башню четырьмя хвостовыми вентиляторами производительностью по 80000м3/ч. Гранулированный продукт с температурой 60–700С выгружается из башни скребком на транспортер и поднимается элеваторами 
на грохот, где некондиционные гранулы отсеиваются и подаются в растворитель, откуда через фильтры возвращаются в сборник 48.
   В зависимости от назначения может выпускаться продукт различного гранулометрического состава (фракция 1-2.5 мм или 0.2–1.0 мм), что достигается соответствующим подбором гранулятора. Основная фракция, пройдя пылеотделитель и охладители, транспортером ссыпается в распределительный бункер. Отсюда гранулы могут быть направлены транспортерами на упаковку или на склад. При необходимости выпуска готового продукта в виде двух упомянутых выше фракций гранулы с соответствующими размерами, отсеянные от основного потока, по течке поступают в распределительный бункер и далее на склад. Воздух, отсасываемый из пылеотделителя и охладителей, очищается от пыли в циклонах, после чего воздух из охладителей выбрасывается в атмосферу вентиляторами, а из пылеотделителей вентилятором возвращается в систему. Пыль из циклонов отводится в растворитель.
  Готовый продукт упаковывается в полиэтиленовые мешки, и погрузчиком загружается в вагоны. Одним из достоинств метода фирмы «Стамикарбон» является высокое качество гранул, которые практически не слеживаются даже при хранении навалом. Это объясняется тем, что перед гранулированием плав содержит 99.7 –99.8% карбамида. Гранулы, полученные из такого плава, обладают высокой механической прочностью вследствие небольшой влажности.
   В мировой азотной промышленности по разомкнутой системе работают примерно лишь 1-3% установок, по полузамкнутой схеме 27 –29%, по схеме с полным рециклом до 70%. До 35% установок с полным рециклом, действующих в н.в. в капиталистических странах, работают по схеме фирмы «Монтекатини»; примерно 30% - по схеме фирмы «Стамикарбон»; на 15% установок применяется схема фирмы «Хемико», на 12% установок –фирмы «Тое-Куацу».
   Различие в методах синтеза карбамида заключается только в том, какими способами производится рециркуляция непрореагировавших газов: жидкостной рецикл суспензии карбамата аммония в масле, разделение газов дистилляции, основанное на избирательной абсорбции (системы фирмы «Хемико»); жидкостной рецикл в виде водного раствора углеаммонийных солей (системы фирм «Стамикарбон», «Монтекатини», «Тое-Коацу»).  
   Анализ  показал, что системы, использующие полный жидкостной рецикл в виде водного раствора углеаммонийных солей, имеют существенные преимущества перед остальными. Однако все они недостаточно эффективны с энергетической точки зрения, так как разложение не прореагировавшего карбамата аммония требует значительной затраты тепловой энергии. Последующая абсорбция продуктов разложения с образованием РУАС сопровождается выделением теплоты. Использование ее затруднительно вследствие низкого температурного потенциала (не свыше 400К). Создание очень мощных систем производства карбамида повлекло за собой стремление повысить эффективность технологического процесса путем снижения энергозатрат и повышение надежности работы оборудования.
   Представляют интерес процессы использования теплоты, выделяющейся при образовании карбамата аммония в первой ступени дистилляции, для частичной отгонки не прореагировавших компонентов во второй ступени. Стриппинг-процесс дает возможность значительно утилизировать энергозатраты, хотя бы в виде пара низкого давления. Интересно и комбинирование производства аммиака и карбамида, в результате чего снижаются капитальные и эксплуатационные затраты.  

 
1.2.Производство аммиачной селитры
1.2.1.Свойства аммиачной селитры
   Нитрат аммония (аммиачная селитра) – белое кристаллическое вещество, молекулярный вес 80.04; содержит 60% О, 5% Н, 35% N в аммиачной и нитратной форме. Аммиачная селитра – основное азотное удобрение, в котором массовая доля азота в аммонийной и нитратной форме составляет 35%. Основные физико-химические свойства:
  Плотность, г/см3 …………………………………..1.68 – 1.7254
  Насыпная плотность, г/см3………………………0.8262;
  Температура плавления, 0С……………………….169.6 – 170.4
  Температура разложения, 0С …………………….более 190;
  Теплота плавления, ккал/кг……………………….16.2;
  Теплота образования, ккал/моль ………………….87.2;
  Коэффициент теплопроводности, ккал/м*ч*град  0.205;
   Твердая аммиачная селитра в интервале температур от 17 до 169.60С имеет 5 кристаллических модификаций, термодинамически устойчивых при атмосферном давлении. Каждая модификация существует лишь в определенной области температур, и переход из одной модификации в другую (полимерный переход) сопровождается изменением кристаллической структуры и объема кристаллической решетки. 
Моди-фика-ция Температур-ные области существования модификации, 0С Вид симметрии Объем кристалли-ческой решетки Превра-щение Темпе-ратура, 0С Теплота превращения, кДж/кг
1 169.6 –125.2 кубическая 85.2 плав 169.6 68.03
2 125.2 –84.2 тетрагональная 163.7 125.2 52.83
3 84.2 –32.3 ромбическая моноклинная 313.7 84.1 16.75
4 32.3 –(-17) ромбическая бипирамидальная
155.4 32.3 19.89
   Кристаллы ромбической формы, устойчивые  при температурах от –16 до +320С, не слеживаются и являются  лучшей формой как удобрение.
  Процессы перехода одной модификации аммиачной селитры в другую являются обратимыми. Они сопровождаются выделением или поглощением тепла и скачкообразным изменением удельного объема, теплоемкости, энтропии 
   Равновесные  температуры модификационных превращений аммиачной селитры можно изменить лишь введением добавок неорганических солей, которые изменяют его кристаллическую решетку в случае образования твердых растворов или химических соединений. Вода также влияет на кинетику полиморфных переходов. По мере увеличения содержания воды от 0.5 до 3.4% температура перехода 4 понижается от 48 до 370С, с повышением содержания воды от 0.03 до 0.5% температура перехода снижается со 125 до 1200С. Но влага не меняет природу
модификационных переходов.
   Введение в аммиачную селитру добавок расширяет предел содержания влаги, в котором происходит стабилизация перехода 2 4, наиболее эффективным в этом отношении является нитрат магния. Температура перехода 2 4 для аммиачной селитры с добавками составляет
45 –470С. При этих температурах аммиачная селитра будет находиться в устойчивой 4-ой модификации.
   Аммиачная селитра обладает высокой гигроскопичностью, что является одной из причин ее слеживаемости. На открытом воздухе она быстро становится влажной, затем расплывается, теряет кристаллическую форму. Гигроскопические точки аммиачной селитры при различных температурах имеют (в % относительной влажности) следующие значения:
Т,0С       10        20      25       30        40        50
Г, %        75.3     66.9   62.7   59.4      52.5     48.4
   Относительная влажность воздуха, при которой вещество не увлажняется и не подсыхает, называется гигроскопической точкой. Гигроскопическая точка является функцией температуры.
Х = Рн /Р *100                             
Р - парциальное давление насыщенного водяного пара при данной температуре; Рн - парциальное давление паров воды над насыщенным раствором вещества.
   Аммиачная селитра поглощает влагу из воздуха, когда парциальное давление водяных паров в ней при данной температуре выше давления паров над насыщенным раствором соли. Влажный и теплый климат весьма неблагоприятен для хранения аммиачной селитры. Эффективным средством предотвращения увлажнения аммиачной селитры является ее герметичная упаковка.
   Скорость поглощения аммиачной селитрой влаги из воздуха с повышением его температуры резко увеличивается. При 400С скорость поглощения влаги из воздуха в 2.1 раза больше, чем при 230С. Гранулирование аммиачной селитры также приводит к снижению скорости поглощения влаги солью из воздуха. Гранулированная аммиачная селитра имеет меньшую поверхность, чем кристаллический продукт.
   Добавление в плав аммиачной селитры растворенных неорганических солей понижает гигроскопическую точку, так, введение 1.2% нитрата магния понижает гигроскопическую точку при 250С до 57.3%.
   Аммиачная селитра – сильный окислитель ряда неорганических и органических соединений. С некоторыми веществами, находящимися в расплавленном состоянии (например, с расплавом нитрита натрия), она интенсивно реагирует, вплоть до взрыва. Аммиачная селитра хорошо растворяется в воде, метиловом и этиловом спиртах, жидком аммиаке, ацетоне. Растворение в воде протекает с поглощением большого количества тепла, поэтому с повышением температуры растворимость аммиачной селитры значительно возрастает. При растворении аммиачной селитры в равном по объему количестве воды температура раствора снижается на 250С, например, с 15 до –100С. При повышении влажности и температуры воздуха объем аммиачной селитры увеличивается в 1.5 раза. Для раздавливания совершенно сухих частиц аммиачной селитры требуются большие усилия. 
   Аммиачная селитра сильно слеживается и теряет сыпучесть при хранении, а в определенных условиях даже превращается в монолитную массу, с трудом поддающуюся измельчению. Это затрудняет ее применение. Слеживаемость вызывается многими причинами: повышенное содержание влаги, неоднородность и механическая непрочность частиц, гигроскопичность, изменение кристаллической модификации соли. Введение неорганических добавок позволяет уменьшить ее слеживаемость, но не дает возможность получать удобрение со 100% рассыпчатостью. Чем меньше влажность продукта и ниже его температура при упаковке в тару, тем меньше слеживаемость.
   Чтобы предотвратить слеживаемость требуется гранулировать продукт, охлаждать гранулы перед упаковкой ниже температуры полиморфного превращения модификации 4 , т.е. ниже температуры 305.27К, использовать герметичную упаковку, применять кондиционирующие добавки, вводимые в раствор нитрата аммония до его кристаллизации и понижающие его растворимость.
   При продолжительном нагревании твердая аммиачная селитра вначале плавится, а при
110 –1150С начинает диссоциировать
43
3 + НNО3 – 41.73 ккал                  (8)

   При дальнейшем нагревании аммиачная селитра начинает разлагаться со взрывом по реакции
43
N2О + 2Н2О + 882 ккал                    (9)

   Эта реакция начинается при 2000С.  Практически вызрывоопасной является температура 3000С. Чистая аммиачная селитра мало чувствительна к толчкам, ударам и взрывается только под действием сильных детонаторов, при термическом разложении или при нагревании плотно слежавшейся аммиачной селитры. Вследствие этого ее используют и как сырье для производства аммиачно-селитренных взрывчатых веществ – аммонитов (смесей аммиачной селитры с древесной мукой и другими органическими материалами  с добавкой нитропродуктов), аммоналов (смесей, содержащих алюминиевый порошок) и др. Взрывоопасность NН43 возрастает в присутствии минеральных кислот и уменьшается при увеличении влажности соли. При содержании более 3% воды аммиачная селитра не взрывается даже при взрыве детонатора. Для предотвращения
самопроизвольного разложения в аммиачную селитру  добавляют стабилизаторы– вещества, связывающие образующуюся при разложении азотную кислоту и NО2, или выделяющие при взаимодействии с NН43 аммиак, который нейтрализует азотную кислоту и восстанавливает оксиды азота до элементарного азота. Стабилизаторами являются карбамид, карбонаты  кальция и магния и др.
   Огнеопасность аммиачной селитры является следствием выделения из нее при умеренно высоких температурах кислорода, который увеличивает интенсивность пламени. Самопроизвольное разложение и возгорание аммиачной селитры – автокаталитический процесс. Тушение пожаров производится только водой.
Показатели  качества.
   Характеристика  готовой продукции, получаемой  в  различных агрегатах аммиачной селитры
 АС-67 и АС  –72,  в сравнении с требованиями  ГОСТ приведена в таблице ( не норм. -не нормируется, отс.  – отсутствие).  
   Как следует  из приведенных данных, аммиачная  селитра, получаемая на агрегате  АС –67 и особенно на агрегате  АС –72, по ряду показателей превосходит требования ГОСТ. Механическая прочность гранул и содержание фракции 2 –3 мм указаны минимальные. Фактически эти показатели в агрегатах АС –67 и АС –72 выше.
Показатели Агрегат АС - 67 Агрегат АС-72 ГОСТ 
Внешний вид Гранулированный продукт без посторонних механических включений 
Суммарное содержание    нитратного и  аммиачного   
азота в сухом  веществе, в %,  
не менее   
в пересчете  на NН43 в пересчете на N
 
 
 
 
 
 
 
99.2 34.8
 
 
 
 
 
 
 
99.2 34.7
 
 
 
 
 
 
 
Не норм. 34
Содержание  влаги, %,н/б    методом сушки  методом Фишера
 
 
- 0.20
 
 
- 0.20
 
 
0.3 0.6
РН 10%-ного водного раствора не менее  
4.5 –6.0
 
4.5 –6.0
 
4.0
Содержание  веществ,    растворимых в 10%-ном  растворе азотной кислоты, %, не более   
 
 
 
отс
 
 
 
отс
 
 
 
Не  норм.
Рассыпчатость, %, не менее     
100
 
100
 
100
Содержание  гранул, %, не менее  1 –4 мм  
1 – 3 мм 
в том числе 2 –3 мм
 
 
98 96
50
 
 
98 96
50
 
 
93 не норм.
50
   Селитра марки (А) предназначена для применения в промышленности, селитра марки (Б) применяется в сельском хозяйстве.  

1.2.2.Сырье
   В производстве аммиачной селитры используются аммиак или газы, содержащие аммиак (продувочные и танковые газы, газы дистилляции производства карбамида), и азотная кислота концентрацией до 60%.
   В ряде случаев применяются также водные растворы, содержащие нитрат аммония и являющиеся побочным продуктом других производств – например, получаемые после конверсии тетрагидрата нитрата кальция в производстве нитроаммофоски методом азотно-кислотного разложения апатита.
   Используемое сырье не должно содержать сверх допустимых пределов примесей хлоридов, масла, органических соединений и ряда других веществ, усугубляющих опасность термического разложения и взрыва в технологическом процессе производства.
 
1.2.3.Физико-химические основы процесса
Нейтрализация азотной кислоты  аммиаком
   Процесс нейтрализации азотной кислоты аммиаком описывается простой реакцией:
3 + НNО3 = NН43 + Q                                  (10)
   Эта реакция является практически необратимой и протекает с большой скоростью без образования побочных продуктов. В процессе нейтрализации выделяется большое количество тепла, определяемое тепловым эффектом реакции, концентрацией исходной азотной кислоты и температурой реагентов.
   Тепловой эффект реакции может быть рассчитан по теплотам образования веществ, участвующих в реакции, из простых веществ при температуре 180С и нормальном давлении:
   для NН3 (газ) 45795 Дж/моль (10940 кал/моль)
   для НNО3 (жидк.) 177344 Дж/моль (42366 кал/моль)
   для NН43 (тв.) 368075 Дж/моль (87930 кал/моль)
   В соответствии с законам Гесса, тепловой эффект реакции нейтрализации чистых веществ при стандартных условиях равен
       368075 – 177344 – 45 795 = 144935 Дж/моль (34624 кал/моль)
   Так как в реальном процессе в реакции участвует, в частности не 100%-ная азотная кислота, а ее 47–60%-ые растворы, то тепловой эффект реакции фактически ниже на величину теплот разбавления (выделения) 100%-ой азотной кислоты и растворения твердой аммиачной селитры.
   Так как конечной целью производства является получение твердого нитрата аммония, то на стадии нейтрализации стремятся получить, возможно, более концентрированные растворы аммиачной селитры, чтобы в дальнейшем упростить и удешевить стадию выпаривания раствора до состояния безводного плава. Оптимальные условия для проведения процесса нейтрализации выбираются в результате анализа совместного влияния на этот процесс таких параметров, как
концентрация  азотной кислоты, температура и  давление в реакторе. Для получения  высококонцентрированных растворов необходимо применять азотную кислоту высокой концентрации, подогревать реагенты. 
   Таким образом, приход тепла определяется количеством тепла, вносимого исходными компонентами и выделяющегося при взаимодействии этих реагентов. Тепло процесса отводится образующимся раствором аммиачной селитры, теряется в окружающую среду и расходуется на испарение воды из раствора. При соответствующем аппаратурном оформлении процесса тепла реакции нейтрализации может быть достаточно для выпаривания воды, вводимой с азотной кислотой. 
   Можно применить азотную кислоту такой высокой концентрации и так подогреть  исходные компоненты, что в процессе нейтрализации будет получен практически безводный плав, например, концентрация азотной кислоты – 63% и температура азотной кислоты –1000
и т.д.................


Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть полный текст работы бесплатно


Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.