UVOD

Industrija dušika jedna je od najbrže rastućih industrija.

Dušična kiselina je jedan od polaznih proizvoda za proizvodnju većine tvari koje sadrže dušik i jedna je od najvažnijih kiselina.

U pogledu obima proizvodnje, dušična kiselina je na drugom mjestu među raznim kiselinama nakon sumporne kiseline. Veliki obim proizvodnje objašnjava se činjenicom da su azotna kiselina i njene soli dobile veoma značajan značaj u nacionalnoj ekonomiji.

Potrošnja dušične kiseline nije ograničena na proizvodnju gnojiva. Široko se koristi u proizvodnji svih vrsta eksploziva, niza tehničkih soli, u industriji organske sinteze, u proizvodnji sumporne kiseline, u raketnoj tehnici i u mnogim drugim sektorima nacionalne privrede.

Industrijska proizvodnja dušične kiseline temelji se na katalitičkoj oksidaciji amonijaka atmosferskim kisikom, nakon čega slijedi apsorpcija nastalih dušikovih oksida vodom.

Svrha ovog kursnog projekta je razmatranje prve faze proizvodnje azotne kiseline - kontaktne oksidacije amonijaka, kao i proračun materijalnog i toplotnog bilansa reaktora.

U tehnološkim shemama za proizvodnju dušične kiseline važan je proces katalitičke oksidacije amonijaka, jer određuje tri glavna pokazatelja - potrošnju amonijaka, ulaganja i gubitke metala platine, kao i energetske mogućnosti sheme. U tom smislu, poboljšanje procesa katalitičke oksidacije amonijaka je od velikog značaja za proizvodnju azotne kiseline i mineralnih đubriva uopšte.

1. KARAKTERISTIKE DUŠIČNE KISELINE

1.1 Sorte azotne kiseline

U industriji se koriste 2 vrste dušične kiseline: razrijeđena (slaba) koja sadrži 30-60% HNO3 i koncentrirana, koja sadrži 97-99% HNO3, kao i relativno mala količina reaktivne i visoko čiste dušične kiseline. Kvalitet proizvedene dušične kiseline mora zadovoljiti utvrđene standarde.

U pogledu fizičko-hemijskih pokazatelja, koncentrovana azotna kiselina mora ispunjavati standarde navedene u tabeli 1.

Tabela 1 - Zahtjevi kvaliteta za koncentriranu dušičnu kiselinu (GOST 701-89)

Kvalitet proizvedene azotne kiseline mora odgovarati utvrđenim standardima navedenim u tabelama 2 i 3.

Tabela 2 - Zahtjevi za kvalitetu nekoncentrirane dušične kiseline (OST 6-03-270-76)

Tabela 3 - Zahtjevi za kvalitet dušične kiseline (GOST 4461-67)

Sadržaj u%, ne više od hemijski čiste analitičke čistoće Čista dušična kiselina 61-68 54-6061-68 54-6061-68 54-60 Azotni oksidi (NO2) 0.10.10.1 Ostatak nakon kalcinacije 0,0010,0020 sulfati (SO4) -0,00020,000,000,002 fosfati (PO43-) 0,000020,00020,002hloridi (CL-) 0,0000550,000,0005 Železo (FE) 0,0000,000,000. 050505050505050505050 .0010.002 Arsen (As) 0.0000020.0000030.00001 Teški metali (Pb) 0,000020,00050,0005

1.2 Primjena dušične kiseline

Dušična kiselina se koristi u različitim oblastima aktivnosti:

1)tokom pocinčavanja i hromiranja dijelova;

)za proizvodnju mineralnih đubriva;

)za proizvodnju eksploziva (vojna industrija);

)u proizvodnji lijekova (farmaceutika);

)dobivanje srebrnog nitrata za fotografiranje;

)za graviranje i graviranje metalnih oblika;

)kao sirovina za proizvodnju koncentrovane azotne kiseline;

)u hidrometalurgiji;

)u nakitu - glavni način određivanja zlata u zlatnoj leguri;

)za proizvodnju aromatičnih nitro spojeva - prekursora boja, farmakoloških lijekova i drugih spojeva koji se koriste u finoj organskoj sintezi;

)za dobijanje nitroceluloze.

1.3 Osobine azotne kiseline

3.1 Fizička svojstva dušične kiseline

Dušična kiselina je jedna od jakih jednobaznih kiselina oštrog zagušljivog mirisa, osjetljiva je na svjetlost i pri jakom svjetlu se razlaže na jedan od dušikovih oksida (koji se nazivaju i smeđi plin - NO2) i vodu. Stoga ga je poželjno čuvati u tamnim posudama. U koncentrovanom stanju ne otapa aluminijum i gvožđe, pa se može čuvati u odgovarajućim metalnim posudama. Dušična kiselina je jak elektrolit (kao i mnoge kiseline) i vrlo jak oksidant. Često se koristi u reakcijama s organskim tvarima.

Azot u dušičnoj kiselini je četverovalentan, oksidacijsko stanje +5. Dušična kiselina je bezbojna tečnost koja ispari na vazduhu, tačka topljenja -41,59 , ključanje +82,6 sa djelimičnom razgradnjom. Rastvorljivost dušične kiseline u vodi nije ograničena. Vodene otopine HNO3 s masenim udjelom od 0,95-0,98 nazivaju se "dimljajuća dušična kiselina", s masenim udjelom od 0,6-0,7 - koncentrirana dušična kiselina. Formira azeotropnu mešavinu sa vodom (maseni udeo 68,4%, d20 = 1,41 g/cm, Tbp = 120,7 )

Kada se kristalizira iz vodenih otopina, dušična kiselina formira kristalne hidrate:

) monohidrat HNO3·H2O, Tm = -37,62 ;

2) trihidrat HNO3 3H2O, Tm = -18,47 .

Dušična kiselina, poput ozona, može se formirati u atmosferi tokom bljeska groma. Dušik, koji čini 78% sastava atmosferskog vazduha, reaguje sa atmosferskim kiseonikom i formira dušikov oksid NO. Daljnjom oksidacijom na zraku, ovaj oksid prelazi u dušikov dioksid (smeđi plin NO2), koji reagira s atmosferskom vlagom (oblaci i magla), stvarajući dušičnu kiselinu.

Ali tako mala količina je potpuno bezopasna za ekologiju zemlje i žive organizme. Jedna zapremina azotne kiseline i tri zapremine hlorovodonične kiseline formiraju jedinjenje koje se naziva "kraljeva voda". Sposoban je da rastvara metale (platinu i zlato) koji su netopivi u običnim kiselinama. Kada se ovoj mešavini dodaju papir, slama ili pamuk, doći će do snažne oksidacije, pa čak i sagorevanja.

1.3.2 Hemijska svojstva dušične kiseline

Dušična kiselina pokazuje različita hemijska svojstva u zavisnosti od koncentracije i supstance sa kojom reaguje.

Ako je dušična kiselina koncentrirana:

1) ne stupa u interakciju sa metalima - gvožđem (Fe), hromom (Cr), aluminijumom (Al), zlatom (Au), platinom (Pt), iridijumom (Ir), natrijem (Na) zbog stvaranja zaštitnog filma na njihovoj površini, što ne dozvoljava metalu da dalje oksidira. Sa svim ostalim metalima<#"justify">HNO3 konc + Cu = Cu(NO3)2 + 2NO2 + H2O (1)

2) sa nemetalima<#"justify">HNO3 konc. + P = H3PO4 + 5NO2 + H2O (2)

Ako je dušična kiselina razrijeđena:

1) u interakciji sa zemnoalkalnim metalima, kao i sa cinkom (Zn), gvožđem (Fe), oksidira se u amonijak (NH3) ili u amonijum nitrat (NH4NO3). Na primjer, kada reagira s magnezijem (Mg):

HNO3 razrijeđen + 4Zn = 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O (3)

Ali dušikov oksid (N2O) također može nastati, na primjer, kada reagira s magnezijem (Mg):

HNO3 razrijeđen + 4Mg = 4Mg(NO3)2 + N2O + 3H2O (4)

Reaguje s drugim metalima da nastane dušikov oksid (NO), na primjer, otapa srebro (Ag):

HNO3 razrijeđen + Ag = AgNO3 + NO + H2O (5)

2) slično reaguje sa nemetalima, na primer sa sumporom<#"justify">HNO3 razrijeđen + S = H2SO4 + 2NO (6)

Oksidacija sumpora do stvaranja sumporne kiseline i oslobađanja gasa – dušikovog oksida;

3) hemijska reakcija s metalnim oksidima, na primjer, kalcijevim oksidom:

HNO3 + CaO = Ca(NO3)2 + H2O (7)

Nastaju so (kalcijum nitrat) i voda;

) hemijska reakcija s hidroksidima (ili bazama), na primjer, s gašenim vapnom:

HNO3 + Ca(OH)2 = Ca(NO3)2 + H2O (8)

Nastaju sol (kalcijum nitrat) i voda - reakcija neutralizacije;

) hemijska reakcija sa solima, na primjer s kredom:

HNO3 + CaCO3 = Ca(NO3)2 + H2O + CO2 (9)

Nastaje sol (kalcij nitrat) i druga kiselina (u ovom slučaju ugljična kiselina, koja se razlaže na vodu i ugljični dioksid).

6) u zavisnosti od otopljenog metala, razgradnja soli na temperaturi se odvija na sledeći način:

a) bilo koji metal (označen kao Me) do magnezijuma (Mg):

MeNO2 + O2 (10)

b) bilo koji metal od magnezijuma (Mg) do bakra (Cu):

3 = MeO + NO2 + O2 (11)

c) bilo koji metal nakon bakra (Cu):

3 = Me + NO2 + O2(12)

2. METODE ZA DOBIJANJE DUŠNE KISELINE

katalizator dušične kiseline amonijak

Industrijske metode za proizvodnju razrijeđene dušične kiseline uključuju sljedeće korake:

) dobijanje azotnog oksida (II);

2) njegovu oksidaciju do azot-oksida (IV);

3) apsorpcija NO2 vodom;

4) prečišćavanje izduvnih gasova (koji sadrže uglavnom molekularni azot) od azotnih oksida.

Koncentrovana azotna kiselina se dobija na dva načina:

1) prva metoda je rektifikacija ternarnih smjesa koje sadrže dušičnu kiselinu, vodu i tvari koje uklanjaju vodu (obično sumpornu kiselinu ili magnezijum nitrat). Kao rezultat, dobijaju se pare 100% azotne kiseline (koje kondenzuju) i vodeni rastvori sredstva za odvodnjavanje, potonji se isparava i vraća u proizvodnju;

2) druga metoda se zasniva na reakciji:

N2O4(s) + 2H2O(l) + O2(g) = 4HNO3(l) + 78,8 kJ (13)

Pri pritisku od 5 MPa i upotrebom čistog O2 nastaje 97-98% kiseline koja sadrži do 30% masenog udjela dušikovih oksida. Destilacijom ovog rastvora dobija se ciljni proizvod. Dušična kiselina posebne čistoće se dobija rektifikacijama 97-98,5% azotne kiseline u opremi od silikatnog ili kvarcnog stakla. Sadržaj nečistoća u takvoj kiselini je manji od 110-6% po težini.

3. SIROVINA BAZA U PROIZVODNJI NEKONCENTRISANE DUŠNE KISELINE

Glavne sirovine za proizvodnju nekoncentrirane dušične kiseline su trenutno amonijak, zrak i voda. Pomoćni materijal i energetski resursi su katalizatori za oksidaciju amonijaka i prečišćavanje izduvnih gasova, prirodnog gasa, pare i električne energije.

1. Amonijak. U normalnim uslovima, to je bezbojni gas oštrog mirisa, dobro rastvorljiv u vodi i drugim rastvaračima, i formira hemi- i monohidrate. Prekretnica u razvoju proizvodnje sintetičkog amonijaka bila je upotreba danas dominantne metode u industriji za proizvodnju vodonika pretvaranjem metana sadržanog u prirodnom gasu, pratećim naftnim gasovima i rafinisanim naftnim derivatima. Sadržaj nečistoća u tečnom amonijaku regulisan je GOST 6221-82. Najtipičnije nečistoće su: voda, ulja za podmazivanje, prašina katalizatora, kamenac, amonijum karbonat, rastvoreni gasovi (vodonik, azot, metan). Ako je GOST prekršen, nečistoće sadržane u amonijaku mogu ući u mješavinu amonijaka i zraka i smanjiti prinos dušikovog oksida (II), a vodik i metan mogu promijeniti granice eksplozivnosti mješavine amonijaka i zraka.

Zrak. Za tehničke proračune, pretpostavlja se da suvi vazduh sadrži [%, (vol.)]: N2 = 78,1, O2 = 21,0, Ar2 = 0,9, H2O = 0,1-2,8. U zraku mogu biti i tragovi SO2, NH3, CO2. Na području industrijskih objekata, zrak je zagađen prašinom različitog porijekla, kao i raznim komponentama fugitivnih gasova (SO2, SO3, H2S, C2H2, Cl2, itd.). Količina prašine u vazduhu je 0,5-1,0 mg/m3.

3. Voda. Koristi se u proizvodnji azotne kiseline za refluks apsorpcione kolone, za generisanje pare tokom rekuperacije toplote u kotlovima za otpadnu toplotu, za hlađenje reakcionih aparata. Za apsorpciju dušikovih oksida najčešće se koriste kondenzat pare i kemijski pročišćena voda. U nekim shemama dopušteno je koristiti kondenzat pare soka amonijum nitrata. U svakom slučaju, voda koja se koristi za navodnjavanje stubova ne smije sadržavati slobodni amonijak i suspendirane tvari, sadržaj hloridnih jona ne smije biti veći od 2 mg/l, ulja ne više od 1 mg/l, NH4NO3 - ne više od 0,5 g/l . Hemijski pročišćena voda za kotlove za otpadnu toplinu mora biti u skladu sa zahtjevima GOST 20995-75. Procesna voda namenjena za odvođenje toplote u izmenjivačima toplote i opreme za hlađenje (reciklirana voda) mora da ispunjava sledeće uslove: karbonatna tvrdoća ne veća od 3,6 meq/kg, sadržaj suspendovanih materija ne veći od 50 mg/kg, pH vrednost 6,5-8,5 .

4. Kiseonik. Koristi se prvenstveno u proizvodnji koncentrirane dušične kiseline metodom direktne sinteze. U nekim slučajevima se koristi za obogaćivanje mješavine amonijaka i zraka pri proizvodnji nekoncentrirane dušične kiseline.

4. KONTAKTNA OKSIDACIJA AMONIJAKA

4.1 Fizičko-hemijska osnova procesa

Moderne metode proizvodnje dušične kiseline temelje se na kontaktnoj oksidaciji amonijaka. Prilikom oksidacije amonijaka na različitim katalizatorima iu zavisnosti od uslova nastaju sledeće reakcije:

NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O + 907,3 kJ (14)

4NH3 + 4O2 = 2N2O + 6H2O + 1104,9 kJ (15)

4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O + 1269,1 kJ (16)

Osim reakcija (14-16), moguće su i druge, koje se odvijaju u slojevima blizu površine katalizatora. Na primjer, razgradnja NO, interakcija N2O, NO2 i NH3:

NO N2+O2 (17)

2NH3 + 3N2O = 4N2+3H2O (18)

NH3 + 6NO2 = 7N2 + 12H2O (19)

Naravno, reakcija (14) će biti “korisna”. Termodinamički proračuni pokazuju da reakcije (14-16) praktično idu do završetka.

Konstante ravnoteže za reverzne reakcije (14-16) na 900°C imaju sljedeće vrijednosti

(20)

(21)

(22)

K1 = ,(23)

gdje je k1 - NO + H2O; k2 - NH3 + O2.

Na 900 katalitička konverzija amonijaka u finalne proizvode dostiže 100%, odnosno proces je praktično nepovratan.

Međutim, jednačine (14-16) ne odražavaju stvarni mehanizam procesa, jer bi u ovom slučaju devet molekula moralo da se sudari istovremeno u reakciji (14); u reakciji (16) - sedam molekula. Gotovo je nevjerovatno.

Predloženo je nekoliko mehanizama za oksidaciju amonijaka na katalizatorima. Razlike u idejama o mehanizmima su sljedeće:

1) formiranje NO i N2 preko intermedijarnog jedinjenja na katalizatoru;

2) na katalizatoru dolazi do stvaranja NO, a do stvaranja N2 na katalizatoru iu zapremini gasa.

Na osnovu rečenog (o konstanti ravnoteže i oksidacionim mehanizmima), može se konstatovati da odabrani katalizator mora imati visoku aktivnost (visoku brzinu reakcije i kratko vrijeme kontakta: kako se povećava, povećava se vjerovatnoća stvaranja N2) i selektivnost. u odnosu na reakciju (14).

Među nekoliko mehanizama koje predlažu naši i strani naučnici, najrasprostranjeniji je mehanizam koji je predložio L.K. Androsov, G.K. Boreskov, D.A. Epstein.

Mehanizam se može predstaviti korak po korak na sljedeći način:

Faza 1 - oksidacija površine platine. Formira se kompleks katalizator-kiseonik peroksid (slika 1).

Slika 1 - Struktura kompleksa katalizator-kiseonik peroksid

faza - difuzija i adsorpcija amonijaka na površini platine presvučene kiseonikom. Formira se kompleks katalizator-kiseonik-amonijak (slika 2).

Slika 2 - Struktura kompleksa katalizator-kiseonik-amonijak

faza - preraspodjela elektronskih veza, prekid starih i jačanje novih veza.

faza - desorpcija produkata i difuzija u protok gasa (stabilna jedinjenja NO i H2O se uklanjaju sa površine).

Oslobođeni centri ponovo adsorbuju kiseonik, jer je brzina difuzije kiseonika veća od brzine amonijaka, itd. Prema naučnicima, kiseonik uključen u rešetku katalizatora (ne-platinasti kontakt) ne učestvuje u reakciji oksidacije amonijaka (dokazano korišćenjem metoda označenog atoma).

Pretvaranje amonijaka u dušik, prema I.I. Berger i G.K. Boreskov, može nastati u volumenu kao rezultat reakcija amonijaka i s kisikom i dušičnim oksidom.

Postoje kinetička, prelazna i difuziona područja procesa. Kinetičko područje je karakteristično za niske temperature: ograničeno je temperaturom paljenja katalizatora, pri čemu se uočava brzo spontano zagrijavanje njegove površine, tj. do temperature paljenja, brzina je ograničena brzinom kemijske reakcije na kontaktu. Kod T > Tzazh, difuzija već kontroliše proces - hemijska reakcija je brza. Proces prelazi u područje difuzije. To je ovo područje (600-1000 ) je tipično za stacionarni autotermalni proces u industrijskim uslovima. To neizbježno povlači povećanje zapreminske brzine plina i smanjenje vremena kontakta.

Oksidacija amonijaka na aktivnim katalizatorima počinje ranije: na paladiju (Pd) na 100 , na platini (Pt) na 145 , na gvožđu (Fe) na 230 , na metalnim oksidima temperatura na kojoj reakcija počinje fluktuira u širokim granicama. Istovremeno postiže dovoljnu brzinu i stepen konverzije pri T > 600 .

4.2 Katalizatori oksidacije amonijaka

Gotovo sve fabrike dušične kiseline koriste platinu ili njene legure kao katalizator za oksidaciju amonijaka.

Platina je skup katalizator, ali zadržava visoku aktivnost dugo vremena, ima dovoljnu stabilnost i mehaničku čvrstoću i lako se regeneriše. Konačno, sa modernim mrežastim oblikom katalizatora, upotreba platine omogućava korištenje najjednostavnijih tipova kontaktnih uređaja. Lako se pali, a njegova potrošnja po jedinici proizvodnje je neznatna.

U proizvodnji dušične kiseline, nosači se ne koriste za platinu i njene legure, jer u prisustvu nosača aktivnost katalizatora opada relativno brzo i otežava njegovu regeneraciju. U modernim fabrikama platina se koristi za katalizatore u obliku rešetki. Mrežasti oblik stvara veliku površinu katalizatora u kontaktnom aparatu uz relativno nisku potrošnju platine. Obično se koriste mreže u kojima je promjer žice 0,045-0,09 mm s dimenzijama na strani ćelije od 0,22 mm. Površina mreže koju ne zauzima žica je otprilike 50-60% njene ukupne površine. Kada se koriste niti različitog promjera, broj tkanja se mijenja tako da slobodna površina koju žica ne zauzima ostaje unutar navedenih granica.

U kontaktnim uređajima koji rade pod atmosferskim pritiskom. instalirati od 2 do 4 mreže, uglavnom 3, au uređajima koji rade pod pritiskom do 8 atm - od 13 do 16 mreža. Prilikom ugradnje jedne mreže, dio molekula amonijaka ne dolazi u kontakt sa katalizatorom, što smanjuje prinos dušikovog oksida. U najboljim uslovima, na jednoj mreži stepen kontakta može dostići 86-90%, na dve mreže 95-97%, a na tri mreže 98%. Kada radite pod atmosferskim pritiskom, nemojte koristiti više od 4 mreže, jer s velikim brojem mreža, iako se povećava produktivnost kontaktnog aparata, otpor protoku plina se uvelike povećava. Rešetke moraju čvrsto pristajati jedna uz drugu, jer se u suprotnom u slobodnom prostoru između rešetki odvija niz homogenih reakcija, smanjujući prinos dušikovog oksida.

Tokom rada, platinaste mrežice su jako olabavljene. Njihove glatke i sjajne niti postaju spužvaste i mat, a elastične mreže postaju krhke. Formiranje spužvaste, labave površine povećava debljinu niti. Sve to stvara visoko razvijenu mrežnu površinu, koja povećava katalitičku aktivnost platine. Samo trovanje katalizatora nečistoćama opskrbljenim plinovima može naknadno uzrokovati smanjenje njegove aktivnosti.

Otpuštanje površine platinaste mreže tokom vremena dovodi do ozbiljnog razaranja mreže, što uzrokuje velike gubitke platine.

Platina namijenjena za izradu katalizatora ne bi trebala sadržavati željezo, koje već na 0,2% značajno smanjuje prinos dušikovog oksida.

Čista platina se brzo uništava na visokim temperaturama, a njene najsitnije čestice odnose se protokom gasa. Drugi metali platinske grupe u svom čistom obliku se ne koriste kao katalizatori. Paladij se brzo razgrađuje. Iridijum i rodijum su malo aktivni. Osmijum se lako oksidira.

Proučavane su i koriste se legure platine koje su jače i ništa manje aktivne od čiste platine. U praksi se koriste legure platine sa iridijumom ili rodijumom, a ponekad i paladijumom. Pri visokim temperaturama su rešetke napravljene od legure platine sa 1% iridija aktivnije od platinskih. Značajno veća aktivnost, a posebno mehanička čvrstoća karakteristične su za legure platine i rodija.

Najbolji prinos dušikovog oksida postiže se pri radu na legurama platine koje sadrže 10% rodija. Međutim, s obzirom na veću cijenu rodija u odnosu na platinu, njegov sadržaj u legurama obično se smanjuje na 7-5%.

Kada se amonijak oksidira pod pritiskom na mrežama platina-rodijum, dobija se znatno veći prinos dušikovog oksida nego na mrežici od čiste platine.

Platinasti katalizatori su osjetljivi na određene nečistoće sadržane u izvornom plinu. Dakle, prisustvo 0,00002% fosfina (PH3) u gasu smanjuje stepen konverzije na 80%. Manje jaki otrovi su sumporovodik, pare acetilena, ulja za podmazivanje, oksidi željeza i druge tvari. Rešetke se regenerišu tretiranjem sa 10-15% rastvorom hlorovodonične kiseline na 60-70°C u trajanju od 2 sata, zatim se rešetke dobro isperu destilovanom vodom, osuše i kalcinišu u plamenu vodonika. Tokom rada, fizička struktura mreže se mijenja i mehanička čvrstoća legure se smanjuje, što povećava gubitke metala i skraćuje vijek trajanja katalizatora.

4.3 Sastav gasne mešavine. Optimalni sadržaj amonijaka u mješavini amonijaka i zraka

Vazduh se uglavnom koristi za oksidaciju amonijaka. Potrošnja kisika za oksidaciju amonijaka prema reakciji (24) sa stvaranjem NO može se izračunati na sljedeći način:

NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O (24)

Prema reakciji (24), na 1 mol NH3 dolazi 1,25 mola O2 = , tada se sadržaj NH3 može izraziti na sljedeći način:

Gdje - količina NH3 pomiješanog sa zrakom; 100 - ukupna količina smeše (%).

Međutim, ovo je teoretski. U praktične svrhe koristi se određeni višak kisika, tada će koncentracija amonijaka biti manja od 14,4% (vol.).

Optimalna koncentracija amonijaka u mješavini amonijaka i zraka je njen najveći sadržaj, pri čemu je još uvijek moguć visok prinos NO pri omjeru O2:NH3< 2.

Oštar pad stepena konverzije uočen je sa smanjenjem odnosa O2:NH3< 1,7 и содержании NH3 в смеси равном 11,5 % (об.). Если увеличивать соотношение O2:NH3, например, >2, tada se stopa konverzije značajno povećava.

Dakle, bitna stvar je:

1) s jedne strane, povećanje sadržaja NH3 u mješavini amonijaka i zraka, odnosno smanjenje odnosa O2:NH3, dovodi do smanjenja stepena konverzije amonijaka;

2) s druge strane, sa povećanjem sadržaja NH3 u mješavini amonijak-vazduh, temperatura sistema raste, jer se reakcijama (14-16) oslobađa više toplote, a stepen konverzije raste, što može vidi se iz tabele 4.

Tabela 4 - Zavisnost stepena konverzije amonijaka od njegovog sadržaja u mešavini amonijaka i vazduha (P = 0,65 MPa)

Sadržaj NH3 u smeši, % (vol.) O2:NH3 odnos Temperature konverzije, Stepen konverzije NH3, %9,531,9874391,8810,421,7878693,1610,501,7678993,3011,101,6782894,2111,531,5983495,30

Iz tabele 4 proizilazi da povećanje temperature sa 740 na 830°C sa odnosom O2:NH3 od 1,6-2 ima povoljan efekat na proces. U odnosu O2:NH3< 1,35 лимитирующая стадия процесса - диффузия кислорода.

Višak O2 je neophodan kako bi se osiguralo da je površina platine uvijek prekrivena kisikom kako bi se izvršio proces oksidacije prema mehanizmu o kojem smo ranije govorili i kako bi se spriječilo stvaranje N2 i N2O (u nedostatku kisika). Mora biti više od 30%, tj. O2:NH3 odnos > 1,62.

Sastav gasa zavisiće i od pojave druge faze proizvodnje azotne kiseline (oksidacija NO)

2NO + 1,5O2 + H2O = 2HNO3 (25)

Takođe je potreban višak kiseonika:

1) za sisteme koji rade pod pritiskom - 2,5%;

2) za sisteme koji rade na atmosferskom pritisku - 5%.

Ukupna reakcija koja određuje potrebu za kisikom za proizvodnju dušične kiseline zapisuje se na sljedeći način:

NH3 + 2O2 = HNO3 + H2O (26)

Postoji još jedna okolnost zbog koje je nepoželjno povećanje koncentracije amonijaka iznad 9,5% (vol.). U ovom slučaju dolazi do smanjenja koncentracije dušikovih oksida u apsorpcionim tornjevima zbog unošenja dodatnog kisika (tj. razrjeđuje se NO). Dakle, 9,5% (vol.) je optimalan sadržaj amonijaka za sve faze proizvodnje razrijeđene dušične kiseline.

Za oksidaciju možete koristiti kisik umjesto zraka. Zatim, u skladu sa ukupnom reakcijom (26), potrebno je povećati koncentraciju amonijaka na 33,3% (vol.). Međutim, ovdje stupaju na snagu sigurnosne mjere, jer mješavina s takvom koncentracijom amonijaka postaje eksplozivna (tabela 5).

Tabela 5 - Donja (LEL) i gornja (UEL) granica eksplozivnosti mješavine amonijak-kiseonik-azot

Kako se vlažnost gasa povećava, granice eksplozivnosti se sužavaju, odnosno moguće je koristiti parno-kiseonička konverzija amonijaka.

Smjese amonijaka i kisika zapaljuju se eksplozivno (Tf = 700-800 ). Unutar ovih temperaturnih granica dolazi do samozapaljenja pri bilo kojem sadržaju amonijaka u mješavini amonijaka i kisika.

Praktično korištene mješavine amonijaka i zraka (koncentracija amonijaka 9,5-11,5% (vol.)) nisu eksplozivne (tabela 5). Postoje ovisnosti granica eksplozivnosti mješavine amonijaka i zraka o sadržaju amonijaka i kisika pri različitim pritiscima.

Međutim, treba napomenuti da je brzina širenja eksplozije mala i za mješavinu amonijaka i zraka iznosi 0,3-0,5 m/s. Odnosno, da bi se eliminisala mogućnost širenja eksplozije, potrebno je stvoriti brzinu gasa veću od ove vrednosti (0,5 m/s). To se upravo postiže korištenjem aktivnih platinastih katalizatora u procesu, gdje je kontaktno vrijeme 10-4 sekunde, a samim tim i linearna brzina veća od 1,5 m/s.

4.4 Oksidacija amonijaka pod pritiskom

Svrha povećanja pritiska je:

1) potreba za povećanjem brzine procesa;

2) kompaktnost instalacija.

Termodinamički je dokazano da je čak i pri visokim pritiscima prinos NO blizu 100%. Produktivnost pretvarača raste s povećanjem pritiska i povećanjem broja platinastih katalizacijskih mreža. Kako pritisak raste, temperatura procesa se također povećava iznad 900 . Međutim, sa povećanjem pritiska, da bi se postigao visok stepen konverzije NH3, potrebno je povećati vreme zadržavanja gasa u konvertoru.

što zauzvrat dovodi do povećanja broja mreža.

Glavni nedostatak je povećan gubitak platine (Pt) katalizatora na visokim temperaturama. Ovi nedostaci (gubitak platine, smanjenje stepena konverzije) mogu se eliminisati pribjegavanjem kombiniranoj shemi proizvodnje, odnosno izvođenjem oksidacije NH3 na atmosferskom ili blizu atmosferskog tlaka, te oksidacijom i apsorpcijom NO pri povišenom tlaku. Ovaj pristup se često primjenjuje u tehnološkim shemama u mnogim zemljama. U isto vrijeme, potrošnja energije za kompresiju plina povećava cijenu dušične kiseline.

4.5 Optimalni uslovi za oksidaciju amonijaka

Temperatura. Reakcija amonijaka na platinu počinje na 145 , ali se nastavlja s niskim prinosom NO i stvaranjem pretežno elementarnog dušika. Povećanje temperature dovodi do povećanja prinosa dušikovog oksida i povećanja brzine reakcije. U rasponu od 700-1000 Prinos NO se može povećati na 95-98%. Vrijeme kontakta kada temperatura poraste sa 650 na 900 smanjuje se za otprilike pet puta (sa 5 10-4 do 1.1 10-4 sek). Potreban temperaturni režim procesa može se održavati zahvaljujući toplini oksidacijskih reakcija. Za suhu mješavinu amonijaka i zraka koja sadrži 10% NH3, sa stopom konverzije od 96%, teoretski porast temperature plina je približno 705 ili oko 70 za svaki postotak amonijaka u originalnoj smjesi. Upotrebom mješavine amonijaka i zraka koja sadrži 9,5% amonijaka, zbog termičkog efekta reakcije moguće je postići temperaturu od oko 600°C. , da bi se dodatno povećala temperatura konverzije, potrebno je predgrijavanje zraka ili mješavine amonijaka i zraka. Treba imati na umu da se mješavina amonijaka i zraka može zagrijati samo na temperaturu ne veću od 150-200 pri temperaturi plina za grijanje ne većoj od 400 . U suprotnom je moguća disocijacija amonijaka ili njegova homogena oksidacija sa stvaranjem elementarnog dušika.

Gornja granica za povećanje temperature kontaktne oksidacije amonijaka određena je gubicima platinskog katalizatora. Ako do 920 gubitak platine je u određenoj mjeri nadoknađen povećanjem aktivnosti katalizatora, tada iznad ove temperature povećanje gubitaka katalizatora značajno nadmašuje povećanje brzine reakcije.

Prema fabričkim podacima, optimalna temperatura za konverziju amonijaka pod atmosferskim pritiskom je oko 800 ; na instalacijama koje rade pod pritiskom od 9 atm, jednak je 870-900 .

Pritisak. Upotreba povećanog pritiska pri proizvodnji razrijeđene dušične kiseline uglavnom je povezana sa željom da se poveća brzina oksidacije dušikovog oksida i konverzije rezultirajućeg dušikovog dioksida u dušičnu kiselinu.

Termodinamički proračuni pokazuju da je čak i pri povišenom pritisku ravnotežni prinos NO blizu 100%. Međutim, visok stupanj kontakta u ovom slučaju postiže se samo s velikim brojem katalizacijskih mreža i višom temperaturom.

Nedavno, u industrijskim uslovima na višeslojnim katalizatorima sa temeljnim prečišćavanjem gasa i temperaturom od 900 uspio povećati stepen konverzije amonijaka na 96%. Prilikom odabira optimalnog pritiska treba imati na umu da povećanje pritiska dovodi do povećanja gubitaka platine. To se objašnjava povećanjem temperature katalize, upotrebom višeslojnih mreža i povećanim mehaničkim uništavanjem pod utjecajem velike brzine plina.

3. Sadržaj amonijaka u smeši. Zrak se obično koristi za oksidaciju amonijaka, tako da je sadržaj amonijaka u smjesi određen sadržajem kisika u zraku. Pri stehiometrijskom odnosu O2:NH3 = 1,25 (sadržaj amonijaka u smeši sa vazduhom je 14,4%), prinos azotnog oksida nije značajan. Da bi se povećao prinos NO, potreban je određeni višak kiseonika, stoga sadržaj amonijaka u smeši treba da bude manji od 14,4%. U fabričkoj praksi sadržaj amonijaka u smeši održava se u rasponu od 9,5-11,5%, što odgovara odnosu O2:NH3 = 21,7.

Ukupna reakcija (26), koja određuje potrebu za kiseonikom pri preradi amonijaka u azotnu kiselinu, daje odnos O2:NH3 = 2, što odgovara sadržaju amonijaka u početnoj smeši od 9,5%. Ovo sugerira da povećanje koncentracije amonijaka u smjesi iznad 9,5% neće u konačnici dovesti do povećanja koncentracije NO, jer će u tom slučaju u sistem adsorpcije morati biti uveden dodatni zrak. Ako se kao početni reagensi koristi mješavina amonijaka i kisika, tada bi, u skladu s jednačinom ukupne reakcije, bilo moguće povećati koncentraciju amonijaka u njoj na 33,3%. Međutim, korištenje visokih koncentracija amonijaka je komplicirano činjenicom da su takve mješavine eksplozivne.

Uticaj nečistoća. Legure platine su osjetljive na nečistoće sadržane u mješavini amonijaka i zraka. U prisustvu 0,0002% vodonik fosfida u gasnoj mešavini, stepen konverzije amonijaka se smanjuje na 80%. Manje jaki kontaktni otrovi su sumporovodik, acetilen, hlor, pare ulja za podmazivanje, prašina koja sadrži okside željeza, kalcijev oksid, pijesak itd.

Preliminarno pročišćavanje plinova povećava vrijeme rada katalizatora. Međutim, s vremenom, katalizator se postupno truje i izlaz NO se smanjuje. Da bi se uklonili otrovi i zagađivači, rešetke se periodično regenerišu tretiranjem sa 10-15% rastvorom hlorovodonične kiseline.

5. Vrijeme kontakta. Optimalno vrijeme kontakta je određeno brzinom oksidacije amonijaka. Najčešće se brzina oksidacije definira kao količina oksidiranog amonijaka (kg) po jedinici površine (m2) dnevno (intenzitet katalizatora). Trajanje kontakta plina sa katalizatorom, odnosno vrijeme kontakta, određeno je jednadžbom:

Vsv / W

gdje je t vrijeme zadržavanja plina u zoni katalizatora, s; Vsv je slobodna zapremina katalizatora, m3; W - zapreminska brzina u kontaktnim uslovima m3 sec-1.

Maksimalni stepen konverzije amonijaka u dušikov oksid postiže se u vrlo specifičnom trenutku kontakta gasa sa katalizatorom. Optimalnim kontaktnim vremenom ne treba smatrati ono pri kojem se postiže maksimalni prinos NO, već nešto kraći, jer je ekonomski isplativo raditi s većom produktivnošću čak i na račun smanjenja prinosa proizvoda. U praktičnim uslovima, vreme kontakta amonijaka sa katalizatorom kreće se od 1 10-4 do 2 10-4 sek.

Mešanje amonijaka sa vazduhom. Potpuna homogenost mješavine amonijaka i zraka koja ulazi u kontaktnu zonu jedan je od glavnih uvjeta za postizanje visokog prinosa dušikovog oksida. Dobro mešanje gasova je od velike važnosti ne samo da bi se obezbedio visok stepen kontakta, već i štiti od opasnosti od eksplozije. Dizajn i zapremina mješalice moraju u potpunosti osigurati dobro miješanje plina i spriječiti curenje amonijaka u odvojenim mlaznicama na katalizator.

5. KONTAKT UREĐAJI

Najsloženiji i koji je pretrpio značajna poboljšanja je dizajn samog kontaktnog aparata.

Slika 3 - Ostwald kontaktni aparat: 1 - kolektor mješavine amonijaka i zraka; 2 - platinasta spirala; 3 - prozor za pregled; 4 - kolektor azotnog gasa

Prvi industrijski kontaktni aparat bio je Ostwald aparat (slika 3), koji se sastoji od dvije koncentrične cijevi: vanjske cijevi od lijevanog željeza promjera 100 mm, emajlirane iznutra, i unutrašnje od nikla prečnika 65 mm. Smjesa amonijaka i zraka ušla je u aparat odozdo kroz vanjsku cijev i pala na katalizator koji se nalazi u gornjem dijelu unutrašnje cijevi. Azotni plinovi su usmjereni prema dolje u razdjelnik kroz unutrašnju cijev, odajući toplinu nadolazećoj mješavini.

Katalizator se sastojao od traka platinaste folije debljine 0,01 mm i širine 20 mm, umotanih zajedno u spiralu. Jedna od traka je glatka, druga je valovita sa zavojima od 1 mm. Stupanj konverzije amonijaka dostigao je 90-95%, smjesa sa zrakom je sadržavala 8% NH3 (vol.), produktivnost aparata je bila 100 kg dušične kiseline dnevno.

Ovaj oblik katalizatora nije omogućio povećanje produktivnosti aparata povećanjem njegove veličine. U Ostwaldovom aparatu nije osigurano ravnomjerno snabdijevanje mješavinom plina, jer je prije ulaska u katalizator tok plina promijenio smjer za 180° i tek onda ušao u njega. Osim toga, dizajn aparata nije dozvoljavao da se dušikovi (II) oksidi brzo uklone iz zone visoke temperature.

U kasnijim projektima kontaktnog aparata korišten je katalizator u obliku mreže filamenata promjera 0,06 mm.

Slika 4 - Andrejevski kontaktni aparat: 1 - platinaste rešetke; 2 - prozor za pregled

Prva proizvodnja azotne kiseline u Rusiji bila je opremljena kontaktnim uređajima Andreev, koji su proizvodili 386 kg azotne kiseline dnevno i smatrani su najnaprednijim na svijetu. Cilindrični aparat prečnika 300 mm i visine 450 mm izrađen je od livenog gvožđa. Smjesa plinova dolazila je odozdo (slika 4). Platinumska katalizatorska mreža nalazila se preko puta aparata, u sredini.

Upotreba lijevanog željeza za proizvodnju ovog aparata imala je niz nedostataka: pojava neželjenih reakcija, kontaminacija platine kamencem. Stepen konverzije u njemu nije prelazio 87%.

Slika 5 - Fischer kontaktni aparat: 1 - mlaznica; 2 - platinasta mreža; 3 - izolacija

Fischer aparat je napravljen od aluminijuma, prečnika 1000 mm, visine 2000 mm (slika 5). Dno aparata je bilo ispunjeno porculanskim Rašigovim prstenovima, a gornji dio obložen vatrostalnim ciglama. Dizajn aparata nije osigurao ravnomjerno dovod smjese amonijaka i zraka u katalizator, prinos oksida je bio 89-92% pri kontaktnoj temperaturi od 700-720°C. Produktivnost amonijaka aparata je 600-700 kg/dan. Čestice vatrostalne opeke koje su padale na katalizator smanjile su njegovu aktivnost.

Slika 6 - Bamag uređaj: 1 - mlaznica; 2 - platinasta mreža; 3 - prozor za pregled

Aparat koji je predložila kompanija Bamag (slika 6) sastojao se od dva krnja konusa povezana širokim bazama između kojih su postavljene katalizatorske mreže. Promjer aparata u širem dijelu iznosio je 1,1 m ili 2,0 m.

Smjesa amonijaka i zraka je dovođena u aparat odozdo. U početku je uređaj bio izrađen od aluminija, a zatim je njegov gornji, vrući dio napravljen od nehrđajućeg čelika. Za bolje miješanje smjese, u donji dio aparata sipani su Rašigovi prstenovi.

Glavni nedostatak ovih uređaja bio je usmjerenje mješavine plina na katalizator odozdo, što je dovelo do vibracija rešetki i povećanja gubitka platine.

Studije dizajna kontaktnog aparata su pokazale da smjer plinske mješavine od vrha prema dolje stabilizira rad katalizatora, smanjuje gubitke skupog, oskudnog platinastog katalizatora, pomaže u povećanju stepena konverzije za 1,0-1,5% i omogućava korištenje dvostepenog katalizatora, u kojem je drugi stupanj katalizator koji nije platina oksid.

Prilikom dovoda gasne mešavine u aparat odozgo, u njegovom donjem delu, moguće je postaviti sloj izolacionog materijala, kao i zavojnice parnog kotla i pregrejača, bez opasnosti od kontaminacije katalizatora vatrostalnom prašinom. i gvozdena vaga. To smanjuje gubitak topline reakcije u okolinu.

Studija raspodjele temperature po površini katalizatora pokazala je da rubovi katalizatora uz zidove imaju nižu temperaturu, a stupanj kontakta se shodno tome smanjuje, smanjujući ukupan prinos dušikovog (II) oksida. U tom smislu, geometrija napojnog dijela kontaktnog aparata je od velike važnosti, to bi trebao biti glatko divergentni konus s uglom vrha ne većim od 30 °.

Slika 7 - Parsonsov aparat: 1 - cilindrična platinasta mreža; 2 kvarcnog dna; 3 - prozor za pregled; 4 - izolacija

U SAD je stvoren Parsonsov aparat sa vertikalnim rasporedom mreže katalizatora, smotane u obliku četvoroslojnog cilindra visine 33 cm i prečnika 29 cm (slika 7). Platinasti cilindar je postavljen u metalno kućište obloženo vatrostalnim ciglama, što je osiguravalo dobru izmjenu topline sa vrućim katalizatorom. Produktivnost takvog uređaja bila je do 1 tone amonijaka dnevno, stopa konverzije je bila 95-96%.

Prednost ovog uređaja je velika površina katalizatora u odnosu na zapreminu uređaja. Njegov nedostatak je neravnomjerna opskrba mješavinom amonijaka i zraka u katalizator. Više smjese prolazi kroz dno mrežastog katalizatora nego kroz gornji dio.

Testirano je više uređaja različitih oblika: u obliku dvije hemisfere, konusa i hemisfere sa strujanjem plina usmjerenim odozdo prema gore. Ovi uređaji nisu imali posebnih prednosti čak ni pri izvođenju procesa do 0,51 MPa, stepen konverzije nije prelazio 90%.

Slika 8 - DuPont uređaj: 1 - platinasta mreža; 2 - rešetka; 3 - vodeni omotač

Pri izvođenju procesa pri povišenom tlaku raširen je DuPont aparat (slika 8) koji se sastoji od konusa: gornji je od nikla, a donji od čelika otpornog na toplinu. Donje kućište je opremljeno vodenim omotačem za hlađenje. Katalizator postavljen na rešetku izrađen je u obliku paketa pravokutnih mreža.

Sada širom svijeta projektiraju i grade jedinice za proizvodnju razrijeđene dušične kiseline velikog jediničnog kapaciteta - do 400-600 tona/god. Kontaktni uređaji sa ravnim slojevima mreže ili slojem zrnastog materijala koji se nalazi preko protoka gasa za takve jedinice treba da imaju veliki prečnik do 5-7 m. Međutim, sa povećanjem prečnika uređaja, ujednačenost distribucije mješavine amonijaka i zraka preko poprečnog presjeka uređaja se pogoršava, a potrošnja metala po jedinici produktivnosti se povećava, poteškoće u zaptivanje prirubničkih spojeva se povećavaju. Uređaji velikog promjera (preko 4 m) ne mogu se transportovati željeznicom, njihova proizvodnja u tvornici je povezana s ozbiljnim poteškoćama.

U tom smislu, najperspektivniji je pretvarač s radijalnim protokom mješavine plina kroz katalizator napravljen u obliku cilindra ili konusa. Ovakvim rasporedom katalizatora moguće je, bez promjene promjera aparata, povećati njegovu visinu i, shodno tome, produktivnost.

Konstrukcije uređaja sa cilindričnim rasporedom katalizatora su odavno poznati (Parsons uređaji), ali sa povećanjem njihove produktivnosti sa 4,5 kg/h na 14,3 t/h amonijaka, nastali su problemi u distribuciji tokova gasne mešavine. , izmjena topline, pričvršćivanje katalizatora, itd.

Slika 9 - Poboljšani Parsonsov aparat: 1 - tijelo; 2 - poklopci; 3 - kolektor rashladnog sredstva; 4 - potporni uređaj; 5 - priključak za odvođenje azotnih gasova; 6 - rešetke katalizatora; 7 - kanali za rashladnu tečnost; 8 - kanali za gasove

Jedan od novih uređaja je poboljšani Parsonsov aparat (slika 9). Sastoji se od kućišta sa poklopcima, fitinga za ulaz mješavine amonijaka i zraka i izlaz azotnih plinova. Katalizator je platinasta mreža, postavljena okomito na cilindričnu površinu i pričvršćena ispod poklopca. Rešetke su razvučene preko keramičkog potpornog uređaja, koji ima horizontalne kanale za dovod mješavine amonijaka i zraka u kontaktne rešetke i vertikalne kanale za dovod rashladne tekućine. Nedostatak takvog uređaja za potporu je što se plin koji se dovodi u katalizator distribuira u obliku odvojenih mlazova, zbog čega područje katalizatora ne radi u potpunosti.

Slika 10 - Kontaktni uređaj sa radijalnim gasnim hodom: 1 - kućište; 2 - poklopac; 3 - sistem nosećih elemenata; 4 - katalizator; 5 - rešetka; 6 - čvrsto dno

Predlaže se uređaj s radijalnim strujanjem plina (slika 10), koji se sastoji od kućišta 1 i poklopca s priključkom za uvođenje mješavine amonijaka i zraka. Na dnu kućišta nalazi se priključak za uvođenje azotnih plinova. Rešetke katalizatora u obliku cilindra i konusa smještene su okomito. Međutim, ovaj uređaj također ne osigurava ujednačenu opskrbu plinovima katalizatoru.

Slika 11 - Kontaktni uređaj sa granuliranim katalizatorom: 1 cilindrično tijelo; 2 - poklopac sa centralnom rupom; 3, 4 - koaksijalne cilindrične perforirane razvodne mreže; 5 - prstenasto dno; 6 - izlazni priključak

Predlaže se aparat sa radijalnim protokom gasa i granularnim katalizatorom. Metali platine naneseni na nosač ili neplatinaste tablete katalizatora se koriste kao katalizatori (slika 11).

Aparat na slici 11 sastoji se od cilindričnog tijela 1, u čiji se gornji dio uvodi mješavina amonijaka i zraka, a u donji se ispuštaju dušikovi plinovi. Unutar se nalaze dvije koaksijalne cilindrične perforirane distribucijske rešetke 3 i 4, između kojih je postavljen sloj granuliranog katalizatora 7. Vanjski cilindar je na vrhu zatvoren poklopcem 2 sa centralnim otvorom, a na dnu slijepim prstenastim dnom. 5. Unutrašnji cilindar je odozgo zatvoren poklopcem, a na dnu spojen na izlazni priključak 6.

Smjesa amonijaka i zraka na ulazu u aparat podijeljena je u dva toka. Glavni dio prolazi u prstenasti otvor između zidova kućišta i vanjskog razvodnog cilindra i radijalno teče na katalizator. Drugi, manji dio prolazi kroz otvor na poklopcu i ulazi u katalizator duž ose. Nije osigurana ravnomjerna distribucija mješavine plina u katalizatoru.

Nedostatak ovih konstrukcija je pregrijavanje mješavine amonijaka i zraka za više od 200 blizu čvrstog dna zbog smanjenja brzine gasa na nulu. Pregrijavanje plina uzrokuje pregrijavanje rešetki katalizatora i povećano trošenje.

Slika 12 - Aparat sa katalizatorom u obliku konusa: 1 - plašt za zagrevanje gasa; 2 - katalizator; 3 - uređaj potporne cijevi; 4 - vodeni omotač

Aparat (Slika 12) sadrži katalizator u obliku nekoliko slojeva platinaste mreže, zavarenih od trouglastih komada u konus sa vršnim uglom od oko 60°. Mrežasti paket počiva na strukturi koja se sastoji od 6-12 cijevi duž generatriksa konusa, kroz koje prolazi rashladna tekućina. Ovaj oblik katalizatora ima veću specifičnu površinu (u odnosu na zapreminu aparata) u poređenju sa ravnim katalizatorom koji se nalazi preko puta gasnog toka. Međutim, u poređenju sa cilindričnim katalizatorom, njegova specifična površina je manja.

Slika 13 - Kontaktni aparat za oksidaciju amonijaka pod visokim pritiskom: 1 - kućište; 2 - unutrašnji konus; 3 - razvodni uređaj; 4 - upaljač; 5 - rešetke katalizatora; 6 - pregrijač pare; 7 - paketi parnih kotlova; 8 - ekonomajzer

Slika 13 prikazuje kontaktni aparat za oksidaciju amonijaka pod pritiskom od 0,71 MPa. Uređaj se sastoji od dva konusa umetnuta jedan u drugi. Smjesa amonijaka i zraka ulazi odozdo u prostor između unutrašnjeg i vanjskog konusa, diže se i odatle pada duž unutrašnjeg konusa. Na putu do platinastog katalizatora, napravljenog u obliku rešetki, smjesa se dobro miješa u distributivnom uređaju od Rašigovih prstenova.

Za mjerenje temperature ulazne plinske mješavine i procesa konverzije, aparat je opremljen termoelementima: četiri prije katalizatora i četiri nakon njega. Za uzorkovanje plina postoje cijevi za uzorkovanje pare: četiri prije katalizatora i četiri nakon njega. Katalizator se pali mješavinom dušika i vodonika koja se napaja pomoću rotacionog plamenika (paljivača).

Slika 14 - Kontaktni uređaj iz Grand Parouassa: 1 - tijelo; 2 rešetke; 3 - platinasti katalizator; 4 - oklopna mreža; 5 - sloj prstenova; 6 perforirana ploča; 7 - pregrijač pare; 8 - kotao na otpadnu toplinu

Među uređajima koji rade pri prosječnom pritisku od 0,40-0,50 MPa interesantni su uređaji iz Grand Parouassea, izrađeni od nehrđajućeg čelika (slika 14). Sastoji se od kućišta, zatvorenog odozgo eliptičnim poklopcem, sa ulaznim nastavkom za uvođenje gasne mešavine. Ispod poklopca se nalazi perforirani konus, zatim reflektirajuća pregrada. Iznad platinastih rešetki postavljena je distributivna mreža na kojoj se nalazi sloj od šest rešetki koje djeluju kao prigušivač pulsiranja brzine protoka. Nedostatak aparata je prisustvo stagnirajućih zona u području visokih temperatura katalizatora, gdje se nadolazeći amonijak može razgraditi.

6. IZBOR I OPIS TEHNOLOŠKE ŠEME ZA PROIZVODNJU NEKONCENTRISANE DUŠNE KISELINE

U zavisnosti od uslova proizvodnog procesa, razlikuju se sledeće vrste sistema azotne kiseline:

1) sistemi koji rade na atmosferskom pritisku;

2) sistemi koji rade na povišenom pritisku (4-8 atm);

3) kombinovani sistemi u kojima se oksidacija amonijaka vrši pri nižem pritisku, a apsorpcija oksida pri višem pritisku.

Pogledajmo ove tehnološke šeme.

1) sistemi koji rade na atmosferskom pritisku;

Slika 15 - Šema instalacije za proizvodnju razblažene azotne kiseline pri atmosferskom pritisku: 1 - vodeni skruber; 2 - platneni filter; 3 - ventilator amonijak-zrak; 4 - kartonski filter; 5 - pretvarač; 6 - kotao za rekuperaciju pare; 7 - brzi frižider; 8 - frižider-kondenzator; 9 - ventilator za azotne gasove; 10 - apsorpcioni tornjevi; 11 - oksidacioni toranj; 12 - toranj za apsorpciju azotnih oksida alkalijama; 13 - hladnjak kiseline; 14, 15 - pumpe

Ovi sistemi (Slika 15) trenutno više nisu u upotrebi zbog glomaznosti opreme (veliki broj kiselih i alkalnih apsorpcionih tornjeva), niske produktivnosti, kao i akumulacije određene količine hlora, koji u kiselim i alkalni apsorpcioni sistemi imaju jak korozivni efekat na opremu, koja se stalno mora menjati, a to povlači velike ekonomske troškove.

2) kombinovani sistemi;

Slika 16 - Proizvodnja azotne kiseline kombinovanom metodom: 1 - brzi frižider; 2 - frižider; 3 - motor s turbopunjačem; 4 - mjenjač; 5 - turbopunjač azotnih gasova; 6 - turbina za navodnjavanje izduvnih gasova; 7 - oksidant; 8 - izmjenjivač topline; 9 - frižider-kondenzator; 10 - apsorpcioni stub; 11 - ventil za kiselinu; 12 - kolektor kondenzata; 13, 14 - zbirke azotne kiseline

Glavne prednosti ove sheme su:

1. Ovi sistemi (slika 16) rade bez eksterne potrošnje energije, jer je toplota oksidacije amonijaka i oksidacije azota dovoljna za stvaranje energije za komprimovanje vazduha i azotnih gasova do potrebnih pritisaka;

2. Kompaktnost opreme.

3. Produktivnost takvih jedinica je 1360 tona/dan.

Nedostaci sheme:

Glavni nedostatak ove sheme je to što je tokom oksidacije amonijaka pod pritiskom od 9 atm stepen konverzije 2-3% manji nego pri atmosferskom pritisku, a gubitak platinskog katalizatora je 2-3 puta veći. Stoga je povoljnije provesti ovaj proces pod atmosferskim pritiskom. Ali za moderne moćne radionice koje proizvode dušičnu kiselinu, u ovom slučaju će biti potreban veliki broj uređaja velikih dimenzija i, posljedično, povećanje troškova građevinskih i instalacijskih radova. Ova razmatranja prisiljavaju osobu da pribjegne povećanju pritiska tokom procesa konverzije amonijaka. U tom smislu, prihvatljiv je pritisak reda veličine 2,5 atm, jer je zapremina opreme smanjena za 2,5 puta u odnosu na zapreminu u sistemima koji rade na atmosferskom pritisku, uz umerene gubitke amonijaka i katalizatora.

3) sistemi koji rade pod visokim pritiskom.

Prednosti šeme (slika 17):

1. Jedinica je kompaktna, svi uređaji su prenosivi. Energetski ciklus jedinice je autonoman i, kada je hemijska proizvodnja isključena, ostaje u funkciji sve dok se ne isključi iz kontrolne table. To vam omogućava da brzo pustite jedinicu u rad u slučaju slučajnog prekida kemijskog procesa. Upravljanje jedinicom u radnom režimu je automatizovano.

2. Stvarni trošak i energetski intenzitet azotne kiseline proizvedene na jedinicama sa jednim pritiskom od 0,716 MPa ostaju najniži u poređenju sa jedinicom AK-72 i jedinicom koja radi po kombinovanoj šemi.

3. Umesto kotla na otpadnu toplotu, iza kontaktnog aparata je ugrađen visokotemperaturni izmenjivač toplote za zagrevanje izduvnih gasova ispred turbine na 1120 K. Štaviše, usled povećanja snage gasne turbine, proizvodnja električne energije povećana za 274 u poređenju sa jedinicom AK-72.

4. U krugu je paralelno sa tehnološkim uređajima ugrađena konstantno uključena komora za sagorevanje, što omogućava da rad mašinske jedinice bude nezavisan od tehnološke linije, kao i da se obezbedi nesmetan prelazak sa rada. mašine u stanju mirovanja na rad mašine kada je tehnološki proces uključen.

Nedostaci sheme:

1. Proces se odvija u jedinici na povišenim temperaturama, što dovodi do jakog opterećenja paladijumskog katalizatora i on pokvari. Prema literaturnim podacima, specifični nepovratni gubici po 1 toni azotne kiseline su 40-45 mg za proces pri atmosferskom pritisku, 100 mg pri 0,3-1,6 MPa i 130-180 mg pri 0,7-0,9 MPa. Odnosno, gubici platine se povećavaju u instalacijama koje rade pod pritiskom zbog viših temperatura katalize u poređenju sa temperaturom u instalacijama koje rade pod atmosferskim pritiskom.

2. Potreban je veoma visok stepen prečišćavanja vazduha pre ulaska u gasnu turbinsku jedinicu, budući da se vazdušni učinak kompresora može smanjiti do 10%, a efikasnost do 6%.

U ovom predmetnom projektu detaljno se ispituje shema za proizvodnju dušične kiseline pod pritiskom kompresorom pogonjenim plinskom turbinom (slika 17).

Kapacitet proizvodnje dušične kiseline prema shemi koja radi pod pritiskom od 0,716 MPa određuje se brojem jedinica. Kapacitet jedne jedinice je 120 hiljada tona godišnje (100% HNO3). Broj jedinica u krugu određen je potrebom za azotnom kiselinom u radnjama za preradu.

Svaka jedinica vrši: pripremu mješavine amonijaka i zraka (prečišćavanje i kompresiju zraka, isparavanje tekućeg amonijaka, prečišćavanje plinovitog amonijaka i mješavine amonijaka i zraka); konverzija amonijaka; povrat topline od stvaranja dušikovih oksida; hlađenje azotnih plinova; dobijanje azotne kiseline; grijanje izduvnih plinova; čišćenje istih od dušikovih oksida i povrat energije plina u plinsku turbinu i kotao na otpadnu toplinu.

Osim toga, shema uključuje jedinice za pripremu napojne vode za napajanje kotlova na otpadnu toplinu, rashladnog kondenzata ili demineralizirane vode za navodnjavanje apsorpcionih kolona, ​​redukciju pare na potrebne parametre, skladištenje proizvedene dušične kiseline i distribuciju potrošačima.

Slika 17 - Dijagram proizvodnje azotne kiseline pod pritiskom sa kompresorom pogonjenim gasnom turbinom: 1 - vazdušni filter; 2 - turbopunjač prvog stepena; 3 - srednji frižider; 4 - turbopunjač drugog stepena; 5 - gasna turbina; 6 - mjenjač; 7 - motor-generator; 8 - grijač zraka; 9 - miješalica amonijak-zrak; 10 - grijač zraka; 11 - porolit filter; 12 - pretvarač; 13 - kotao na otpadnu toplotu; 14 - posuda za oksidaciju azotnih gasova; 15 - frižider - kondenzator; 16 - apsorpcioni stub; 17 - pretvarač; 18 - kotao na otpadnu toplinu

Atmosferski vazduh se usisava kroz filter 1 turbokompresorom prvog stepena 2 i komprimira na 0,2-0,35 MPa. Zbog kompresije, zrak se zagrijava do 175 . Nakon hlađenja na 30-45 u frižideru 3 vazduh ulazi u drugi stepen turbokompresora 4, gde se komprimuje do konačnog pritiska od 0,73 MPa i zagreva na 125-135 . Dalje zagrevanje vazduha na 270 nastaje u grijaču 8 zbog topline vrućih azotnih plinova koji napuštaju pretvarač. Vrući vazduh tada ulazi u mikser 9.

Amonijak se pod pritiskom od 1,0-1,2 MPa zagreva na 150 u grejaču 10 sa vodenom parom i ulazi u mešalicu 9, gde se meša sa vazduhom. Rezultirajuća mješavina amonijaka i zraka koja sadrži 10-12% NH3 filtrira se u porolit filter 11 i ulazi u konvertor 12, gdje radi na platina-rodijum katalizatoru na temperaturi od 890-900°C. amonijak se oksidira u dušikov oksid. Toplota gasova koji izlaze iz pretvarača koristi se u kotlu otpadne toplote 13 za proizvodnju pare, dok se gasovi hlade na 260°C. .

Zatim plinovi prolaze kroz filter da bi uhvatili platinu, koja se nalazi u gornjem dijelu prazne posude 14. U posudi 14, NO se oksidira do NO2 (stepen oksidacije 80%), uslijed čega se mješavina plina zagrijava do 300-310 i ulazi u grejač vazduha 8, gde se hladi na 175 . Dalja upotreba toplote azotnih gasova postaje neisplativa, pa se hlade vodom u frižideru 16 do 50-55 . Istovremeno sa hlađenjem gasa u frižideru 16 dolazi do kondenzacije vodene pare i stvaranja azotne kiseline kao rezultat interakcije vode sa azot-dioksidom. Koncentracija nastale kiseline ne prelazi 52% NNO3, prinos je oko 50% ukupne produktivnosti instalacije.

Iz frižidera 15 azotni gasovi ulaze u apsorpcionu kolonu 16 sa sitastim pločama, gde se NO2 apsorbuje vodom dajući azotnu kiselinu (koncentracija do 55%). Zavojnice (rashladni elementi) postavljaju se na ploče apsorpcione kolone 16, kroz koje cirkuliše voda kako bi uklonila toplotu koja nastaje tokom formiranja azotne kiseline.

Za prečišćavanje izduvnih gasova od azotnih oksida, oni se zagrevaju na 370-420°C, dodaje im se mala količina prirodnog gasa i šalje u konvertor (reaktor) 17. Ovde, u prisustvu paladijumskog katalizatora, slede sledeće reakcije dogoditi:

CH4 + O2 2SO + 4N2 + Q (27)

2NO2 + 4H2 = N2 + 4H2O + Q (28)

2NO + 2H2 = N2 + 2H2O + Q (29)

Pošto se ove reakcije odvijaju oslobađanjem toplote, temperatura gasova raste na 700-730°C. . Ovi gasovi ulaze u turbinu 5 pod pritiskom od 0,5-0,6 MPa, koja pokreće turbo punjače 2 i 4, koji komprimuju vazduh. Nakon toga, gasovi na temperaturi od oko 400 ulazi u kotao otpadne toplote 19, u kojem se proizvodi para niskog pritiska.

Turbo punjači prvog i drugog stepena 2 i 4, kao i plinska turbina 5 su jedna jedinica. Turbina prvog stepena 2 i gasna turbina 5 smeštene su na zajedničkom vratilu i povezane su reduktorom 6 sa turbinom drugog stepena 4 i elektromotorom 7. Takav agregat omogućava korišćenje najvećeg dela energije koja se troši na kompresije zraka, a samim tim i značajno smanjenje potrošnje električne energije.

7. PRORAČUN MATERIJALNIH I TOPLOTNIH BILANSA REAKTORA

7.1 Proračun materijalnog bilansa reaktora

1) Izračunajte potrebnu zapreminu vazduha:

2) Zapremine koje se isporučuju sa vazduhom, nm3:

a) vodena para

b) suv vazduh

3) Izračunajmo količine kiseonika, azota i argona koji se isporučuju sa vazduhom na osnovu njihovog procenta u vazduhu

) Pronađite zapremine nastale reakcijom (14), nm ³ /h:

a) dušikovi oksidi

b) vodena para

5) Odrediti zapremine nastale reakcijom (15), nm ³ /h:

a) azot

b) vodena para

c) kiseonik utrošen tokom ove reakcije

6) Izračunajte zapremine u gasu nakon oksidacije amonijaka, nm ³ /h:

a) kiseonik

b) azot

c) argon

d) vodena para

7) Stvarni materijalni bilans se može izračunati ako se zapremine protoka na ulazu u kontaktni aparat i na izlazu iz njega pretvore u mase, dok se materijalna ravnoteža mora održavati.

dolazi:

Potrošnja:

Popunimo tabelu za materijalni bilans (tabela 6).

Tabela 6

IncomeConsumptionComponentQuantityComponentQuantitykg/hm ³ /hkg/hm ³ /hNH34477,6795900NO7348,6615487O215608,57110926O25367,8573757,5N250729,69140583,755N250987,816405795,81640795 2O1827.022273.625 H2O8938.62711123.625Total73572.07760203.68Total73570.96161678.38

Neusklađenost bilansa

7.2 Proračun toplotnog bilansa reaktora

Nađimo temperaturu tx na koju je potrebno zagrijati smjesu amonijaka i zraka da bi se osigurao autotermalni proces oksidacije amonijaka.

1) Izračunajte ukupni volumen mješavine amonijaka i zraka

) Odrediti koncentraciju komponenti mješavine amonijaka i zraka, % (vol.):

a) amonijak

b) suv vazduh

c) vodena para

3) Izračunajte prosječni toplinski kapacitet mješavine amonijaka i zraka

Ssr = 0,01 · (35,8 · Pam + 28,7 · Psv + 32,6 · PN2O)(59)

Ssr = 0,01 · (35,8 · 9,8 + 28,7 · 86,4 + 32,6 · 3,8) = 29,544 kJ/(kmol K),

gdje je 35,8; 28.7 i 32.6 su toplotni kapaciteti amonijaka, suvog vazduha i vodene pare, kJ/(kmol K).

) Odredite toplotu koju uvodi mešavina amonijaka i vazduha

) Izračunavamo toplote oslobođene tokom reakcije (14) i (16)

ili 17030 kW, gde su 905800 i 126660 toplote koje se oslobađaju tokom formiranja azotnog oksida i azota reakcijama (14) i (16).

) Pronađite ukupnu zapreminu azotnog gasa koji ulazi u kotao za otpadnu toplotu

7) Odrediti koncentraciju komponenti azotnog gasa, % (vol.):

a) dušikovi oksidi

b) kiseonik

c) argon

d) azot

d) vodena para

8) Izračunajte prosječni toplotni kapacitet azotnog plina:

Ssr = 0,01(31,68 PNO + 32,3 PO2 + 20,78 Para 30,8 PN2 + 37,4 Pvod 3(68)

Ssr=0,01(31,68 · 8,9+32,3 · 6,1+20,78 · 0,84+30,8 · 66,1+37,4 · 18,0) = 32,17 kJ/(kmol K)

gdje je 31,68; 32.3; 20.78; 30.8 i 37.4 - toplotni kapaciteti komponenti azotnog gasa na temperaturi od 900 , kJ/(kmol·K).

9) Za zagrevanje vodene pare od 198 do 250 U pregrijaču je potrebno ukloniti toplinu:

1880 kW, gde je 800 10 ³ i 1082·10 ³ J/kg - specifična entalpija pregrijane pare na temperaturi od 198 i 250 i pritiscima od 1,5 MPa i 3,98 MPa.

10) Temperatura azotnih gasova na izlazu iz kontaktnog aparata određuje se iz jednačine toplotnog bilansa za ovu sekciju:

6768 · 106 = 64631 · 1,66 · 10³(900 - t2)

11) Izračunavamo toplotu koju nose azotni gasovi. Razmotrimo slučaj kada su kontaktni uređaj i kotao na otpadnu toplinu montirani kao jedan uređaj:

12) Odredite gubitak toplote u okolinu

Izjednačavajući priliv toplote sa protokom, sastavljamo jednadžbu toplotnog bilansa i rešavamo je u odnosu na tx:

Popunimo tabelu za toplotni bilans (tabela 7).

Tabela 7

Ulaz, kWPotrošnja, kW Toplota koju daje mješavina amonijaka i zraka 6369.2 Toplota za zagrijavanje vodene pare u pregrijaču 1880 Toplota odnešena azotnim gasovima 20584.3 Toplota oslobođena tokom reakcije (14) i (16) 17030,6932 Gubici u okolinu.39 Ukupno 23400.2

Neusklađenost bilansa:

8. ZAŠTITA NA RADU I INDUSTRIJSKA EKOLOGIJA

Za siguran način rada u proizvodnji nekoncentrovane azotne kiseline pod visokim pritiskom potrebno je striktno poštovati tehnološke propise, uputstva o zaštiti rada na radnim mestima, uputstva o zaštiti na radu i industrijskoj bezbednosti odeljenja i uputstva o zaštiti na radu. određene vrste poslova.

Osoblje za održavanje može raditi u radnoj odjeći i zaštitnoj obući koja je propisana standardima i dužna je da sa sobom ima radnu ličnu zaštitnu opremu. Zaštitna oprema (lična gas maska) se mora provjeravati svake smjene prije početka rada.

Osobe koje servisiraju mehanizme moraju poznavati pravila Gosgortekhnadzora u vezi sa opremom koja se servisira. Osobe koje servisiraju opremu za inspekciju kotlova - pravila inspekcije kotlova.

Izbjegavajte narušavanje normalnog tehnološkog režima u svim fazama procesa.

Radove treba izvoditi samo na ispravnoj opremi, opremljenoj svim potrebnim i ispravno funkcionalnim sigurnosnim uređajima, instrumentacijskim i kontrolnim uređajima, alarmima i blokadama.

Prilikom predaje na popravku opreme i komunikacija u kojima je moguće nakupljanje amonijaka, pročistiti opremu i veze dušikom sve dok u dušiku za pročišćavanje nema zapaljivih tvari.

Prije punjenja uređaja i komunikacija amonijakom nakon njihovog popravka, ispuhati dušikom sve dok sadržaj kisika u dušiku za pročišćavanje ne bude veći od 3,0% (vol.).

Ne dozvolite popravke na komunikacijama, armaturama ili opremi pod pritiskom. Popravke se moraju izvršiti nakon otpuštanja pritiska i odvajanja popravljenog područja utikačem. Oprema i komunikacije koje treba popraviti moraju se očistiti ili oprati.

Da biste izbjegli vodeni udar, dovode paru u cjevovode hladne pare polako, osiguravajući njihovo dovoljno zagrijavanje sa ispuštanjem kondenzata duž cijele dužine cjevovoda. Oslobađanje suhe pare iz odvoda ukazuje na dovoljno zagrijavanje cjevovoda.

Ne dozvolite da se električna oprema uključi ako je uzemljenje neispravno.

Ne dozvolite popravke opreme na električni pogon bez uklanjanja napona sa elektromotora.

Popravke i podešavanja kontrolnih i mjernih instrumenata i električne opreme trebaju obavljati samo službe glavnog operatera instrumenta i električari.

Zabranjena je upotreba otvorene vatre u proizvodnim i skladišnim prostorima: pušenje je dozvoljeno u prostorima određenim za te svrhe.

Svi rotirajući dijelovi opreme (polovine spojnice), impeleri rotirajućih ventilatora, na vratilima elektromotora moraju biti sigurno pričvršćeni i zaštićeni i obojeni crvenom bojom.

Prirubnički spojevi kiselih vodova moraju biti zaštićeni zaštitnim poklopcima.

Zatezanje vijaka prirubničkih priključaka cevovoda, kao i rad na opremi pod pritiskom, nije dozvoljeno.

Aparati koji rade pod pritiskom moraju ispunjavati zahtjeve navedene u tehničkim specifikacijama i pravilima za projektovanje i siguran rad posuda i komunikacija koje rade pod pritiskom.

Radovi u zatvorenim posudama moraju se izvoditi uz radnu dozvolu za radove opasne po gas.

Ventilacija mora biti u dobrom stanju i stalno u funkciji.

Servis mehanizama za podizanje i posuda pod pritiskom obavljaju samo osobe koje su posebno obučene i imaju poseban sertifikat.

Pristupi ormarićima za hitne slučajeve, detektorima požara, telefonima i vatrogasnoj opremi ne smiju biti zatrpani stranim predmetima, moraju se održavati čistima i u dobrom stanju.

Otvoreni otvori u plafonima, platformama i prijelaznim mostovima moraju imati ograde visine 1 m. Na dnu ograde treba biti bočna ili zaštitna traka visine 15 cm.

Svi instrumenti i sistemi automatizacije i blokade moraju biti u dobrom stanju.

Kako bi se spriječilo taloženje nitritno-nitratnih soli na unutrašnjim površinama uređaja i cjevovoda, lopaticama rotora, zidovima kompresora azotnog plina i drugim dijelovima i uređajima, ne dozvoliti produženo paljenje kontaktnih uređaja (više od 20 minuta), smanjenje temperatura rešetki katalizatora, odnosno njihovo pucanje, što dovodi do curenja amonijaka, zaustavljanja navodnjavanja površina, što dovodi do taloženja nitritno-nitratnih soli.

Odmah obrišite, očistite opremu od izlijevanja tehnoloških proizvoda i dolijte ulje u kartere pumpe.

Radna mjesta za popravke i druge radove i prolazi do njih na visini od 1,3 m ili više moraju biti ograđena.

Ako je nemoguće ili nepraktično postaviti ograde za rad na visini od 1,3 m i više, kao i pri radu sa produžnih ljestava na visini većoj od 1,3 m, potrebno je koristiti sigurnosne pojaseve, a moraju postojati pomoćni radnici na gradilištu koji su spremni da pomognu radniku na visini. Mjesto pričvršćivanja karabina određuje nadzornik rada.

Sigurnosni pojasevi se ispituju prije puštanja u rad, kao i tokom rada svakih 6 mjeseci. Sigurnosni pojas mora biti označen registarskim brojem i datumom sljedećeg testiranja.

Prilikom rada sa dušičnom kiselinom (uzorkovanje, pregled komunikacija, pokretanje proizvodnje kiselinskih pumpi itd.) potrebno je koristiti individualnu zaštitu za disanje i oči (filter plinska maska ​​sa kutijom marke „M“, zaštitne naočale sa gumenom polumaskom ili zaštitni štit od pleksiglasa, ili kaciga za gas masku), gumene rukavice otporne na kiseline, specijalnu kiselootpornu odjeću.

Ako se otkriju bilo kakvi kvarovi u radu opreme, kvarovi na nosačima, zidovima itd. odmah obavijestiti šefa odjeljenja i mehaničara radionice. Ako je potrebno, zaustavite opremu i pripremite je za popravku.

Kad god je uređaj zaustavljen radi popravka, otvorite donji otvor oksidatora i, ako ima amonijumovih soli na razvodnoj mreži, duž zidova i dna, poparite ga živom parom i ispustite kondenzat.

Radite s parom i kondenzatom pare u posebnoj odjeći, zaštitnoj obući i rukavicama.

Da bi se spriječila profesionalna trovanja i bolesti u odjeljenju, moraju se poštovati sljedeći sanitarno-higijenski zahtjevi:

a) temperatura vazduha treba da bude:

23- prelazni i zimski period;

18-27- ljetni period.

b) relativna vlažnost vazduha:

ljeti - ne više od 75%;

zimi - ne više od 65%.

c) buka - ne veća od 65 dBA u zvučno izolovanim kabinama, na drugim mestima ne veća od 80 dBA;

d) vibracije - ne više od 75 dB u zvučno izolovanim kabinama, u mašinskim i kontaktnim prostorijama ne više od 92 dB;

e) osvjetljenje radnih mjesta:

zvučno izolirane kabine - najmanje 200 luksa;

na mjestima apsorpcionih stubova - najmanje 50 luksa;

u motornim i kontakt sobama - najmanje 75 luksa.

f) maksimalno dozvoljena koncentracija štetnih materija u vazduhu radnog prostora prostorija:

amonijak - ne više od 20 mg/m3;

dušikovi oksidi - ne više od 5 mg/m3.

Osim individualnih gas maski, odjel sadrži i hitnu nabavku filterskih i izolacijskih gas maski.

Gas maske za hitne slučajeve pohranjuju se u ormarićima za hitne slučajeve.

ZAKLJUČAK

U toku kursa projektovan je reaktor za katalitičku oksidaciju amonijaka za proizvodnju azotnih oksida u proizvodnji nekoncentrovane azotne kiseline.

Razmotrene su fizičke i hemijske osnove procesa. Date su karakteristike sirovina i gotovog proizvoda.

Potrebna zapremina vazduha za oksidaciju je izračunata na 5900 m ³ /h amonijaka iznosila je 54304 m ³ /h. Zapremine kiseonika, azota i argona koje se isporučuju sa vazduhom izračunate su na osnovu njihovog procenta u vazduhu. Izračunate su i količine kisika, dušika, argona i vodene pare prisutne u plinu nakon oksidacije amonijaka.

Izračunat je toplinski bilans, na osnovu čega su izračunati svi toplinski tokovi. Izračunata je temperatura do koje je potrebno zagrijati mješavinu amonijaka i zraka kako bi se osigurao autotermalni proces oksidacije amonijaka; iznosila je 288 . Izračunata je temperatura azotnog plina nakon pregrijača i iznosila je 836,7 . Utvrđen je gubitak topline u okoliš.

Urađen je pregled literature o najefikasniji šemi za proizvodnju nekoncentrovane azotne kiseline. Odabran je sistem koji radi pod visokim pritiskom, jer je ova jedinica kompaktna, svi uređaji su prenosivi, a energetski ciklus jedinice je autonoman. U razmatranoj shemi električna energija se ne troši na tehnološke potrebe. Električna energija se troši u malim količinama samo za pogon pumpi neophodnih za pumpanje kiseline i dovod napojne vode u kotlove. Rad prema ovoj shemi odvija se bez emisije štetnih plinova u atmosferu.

BIBLIOGRAFSKI LIST

1. Atroščenko V.I., Kargin S.I. Tehnologija azotne kiseline: Udžbenik. Priručnik za univerzitete. - 3. izd., revidirano. i dodatne - M.: Hemija, 1970. - 496 str.

Egorov A.P. Shereshevsky A.I., Shmanenko I.V. Opšta hemijska tehnologija neorganskih materija: Udžbenik za tehničke škole. - Ed. 4. revizija - Moskva, Lenjingrad: Hemija, 1965 - 688 str.

Karavaev M.M., Zasorin A.P., Kleshchev N.F. Katalitička oksidacija amonijaka/Ed. Karavaeva M.M. - M.: Hemija, 1983. - 232 str.

Katalizatori u industriji azota./Ed. Atroshchenko V.I. - Harkov: Vishcha school, 1977. - 144 str.

Opća hemijska tehnologija. Uredio prof. Amelina A.G. M.: Hemija, 1977. - 400 s.

Pavlov K.F., Romankov P.G., Noskov A.A. Primjeri i zadaci za predmet Procesi i aparati hemijske tehnologije. L.: Hemija, 1976. - 552 str.

Perlov E.I., Bagdasaryan V.S. Optimizacija proizvodnje dušične kiseline. M.: Hemija, 1983. - 208 str.

Proračuni tehnologije neorganskih supstanci: Udžbenik. Priručnik za univerzitete/Pozin M.E., Kopylev B.A., Belchenko G.V. i sl.; Ed. Pozina M.E. 2nd ed. prerađeno i dodatne - L.: Hemija. Leningr. odjel, 1977. - 496 str.

Rumyantsev O.V. Oprema za radionice za sintezu pod visokim pritiskom u industriji dušika; Udžbenik za univerzitete - M.: Hemija, 1970 - 376 str.

10. Sokolov R.S. Hemijska tehnologija: udžbenik. pomoć studentima viši udžbenik institucije: V 2 T. - M.: Humanit ur. VLADOS centar, 2000. - T.1: Hemijska proizvodnja u antropogenim aktivnostima. Osnovna pitanja hemijske tehnologije. Proizvodnja neorganskih supstanci. - 368 str.

Nitrogenist's Handbook./Ed. Melnikova E.Ya. - T.2: Proizvodnja azotne kiseline. Proizvodnja azotnih đubriva. Materijali i osnovna specijalna oprema. Opskrba energijom. Sigurnosne mjere. - M.: Hemija - 1969. - 448 str.

Hemijska tehnologija neorganskih supstanci: 2 knjige. Knjiga 1. Udžbenik / T.G. Ahmetov, R.G. Porfiryeva, L.G. Gysin. - M.: Više. škola, 2002. 688 str.: ilustr.

Korobočkin V.V. Tehnologija dušične kiseline. - Izdavačka kuća Tomskog politehničkog univerziteta. 2012.

Amonijum nitrat, ili amonijum nitrat, NH 4 NO 3 je bijela kristalna supstanca koja sadrži 35% dušika u obliku amonijuma i nitrata, oba oblika dušika lako apsorbiraju biljke. Granulirani amonijum nitrat se u velikim količinama koristi prije sjetve i za sve vrste gnojiva. U manjem obimu, koristi se za proizvodnju eksploziva.

Amonijum nitrat je visoko rastvorljiv u vodi i ima visoku higroskopnost (sposobnost da apsorbuje vlagu iz vazduha), što je razlog da se granule đubriva šire, gube kristalni oblik i dolazi do zgrušavanja đubriva - rasuti materijal se pretvara u čvrstu monolitnu masu. .

Šematski dijagram proizvodnje amonijum nitrata

Za dobivanje amonijevog nitrata koji se praktično ne zgrušava, koriste se brojne tehnološke metode. Efikasno sredstvo za smanjenje brzine apsorpcije vlage higroskopnim solima je njihova granulacija. Ukupna površina homogenih granula je manja od površine iste količine finokristalne soli, stoga zrnasta đubriva apsorbuju vlagu iz

Amonijum fosfati, kalijum hlorid i magnezijum nitrat se takođe koriste kao aditivi sličnog delovanja. Proces proizvodnje amonijum nitrata temelji se na heterogenoj reakciji između plinovitog amonijaka i otopine dušične kiseline:

NH 3 +HNO 3 = NH 4 NO 3; ΔN = -144,9 kJ

Hemijska reakcija se odvija velikom brzinom; u industrijskom reaktoru ograničeno je otapanjem plina u tekućini. Da bi se smanjila inhibicija difuzije, miješanje reagensa je od velike važnosti.

Tehnološki proces proizvodnje amonijum nitrata uključuje, pored faze neutralizacije azotne kiseline amonijakom, i faze isparavanja rastvora nitrata, granulacije taline, hlađenja granula, tretmana granula površinski aktivnim materijama. , pakovanje, skladištenje i utovar nitrata, prečišćavanje emisija gasova i otpadnih voda. Na sl. Na slici 8.8 prikazan je dijagram savremene velike jedinice za proizvodnju amonijum nitrata AS-72 kapaciteta 1360 tona/dan. Početnih 58-60% azotne kiseline se zagreva u grejaču na 70 - 80°C sočnom parom iz ITN 3 aparata i daje na neutralizaciju. Prije aparata 3 dušičnoj kiselini se dodaju fosforna i sumporna kiselina u takvim količinama da gotov proizvod sadrži 0,3-0,5% P 2 O 5 i 0,05-0,2% amonijum sulfata. Jedinica sadrži dva ITN uređaja koja rade paralelno. Uz azotnu kiselinu, snabdijevaju se plinom amonijakom, prethodno zagrijanim u grijaču 2 sa kondenzatom pare na 120-130°C. Količine dostavljene azotne kiseline i amonijaka su regulisane tako da na izlazu iz pumpnog aparata rastvor ima blagi višak kiseline (2-5 g/l), čime se obezbeđuje potpuna apsorpcija amonijaka.

U donjem dijelu aparata dolazi do reakcije neutralizacije na temperaturi od 155-170°C; ovo proizvodi koncentrirani rastvor koji sadrži 91-92% NH 4 NO 3 . U gornjem dijelu aparata vodena para (tzv. sokova para) ispire se od prskanja amonijum nitrata i para azotne kiseline. Dio topline iz pare soka koristi se za zagrijavanje dušične kiseline. Para soka se zatim šalje na pročišćavanje i pušta u atmosferu.

Slika 8.8 Dijagram jedinice za amonijum nitrat AS-72:

1 – kiselinski grejač; 2 – grijač amonijaka; 3 – ITN uređaji; 4 – predneutralizator; 5 – isparivač; 6 – rezervoar pod pritiskom; 7.8 – granulatori; 9.23 – navijači; 10 – perač za pranje; 11 – bubanj; 12,14 – transporteri; 13 – lift; 15 – aparat sa fluidizovanim slojem; 16 – granulacioni toranj; 17 – zbirka; 18, 20 – pumpe; 19 – rezervoar za plivanje; 21 – filter za vodu; 22 – grijač zraka.

Kiseli rastvor amonijum nitrata se šalje u neutralizator 4; gdje se isporučuje amonijak, neophodan za reakciju sa preostalom dušičnom kiselinom. Zatim se rastvor dovodi u isparivač 5. Dobijena talina, koja sadrži 99,7-99,8% nitrata, prolazi kroz filter 21 na 175°C i centrifugalnom potopnom pumpom 20 se dovodi u rezervoar pod pritiskom 6, a zatim u pravougaoni rezervoar. toranj za granulaciju metala 16.

U gornjem dijelu tornja nalaze se granulatori 7 i 8, u čiji se donji dio dovodi zrak koji hladi kapljice nitrata koje padaju odozgo. Kada kapi nitrata padaju sa visine od 50-55 m i oko njih struji vazduh, formiraju se granule đubriva. Temperatura granula na izlazu iz tornja je 90-110°C; vruće granule se hlade u aparatu sa fluidizovanim slojem 15. Ovo je pravougaoni aparat sa tri sekcije i opremljen rešetkom sa rupama. Ventilatori dovode zrak ispod rešetke; u ovom slučaju se stvara fluidizovani sloj granula nitrata, koji transporterom stižu iz granulacionog tornja. Nakon hlađenja, vazduh ulazi u granulacioni toranj. Granule amonijum nitrata se transporterom 14 ubacuju u rotirajući bubanj za tretman surfaktantima. Zatim se gotovo đubrivo transporterom 12 šalje u pakovanje.

Vazduh koji izlazi iz granulacionog tornja kontaminiran je česticama amonijum nitrata, a para soka iz neutralizatora i mešavina pare i vazduha iz isparivača sadrže neizreagovani amonijak i azotnu kiselinu, kao i čestice unesenog amonijum nitrata.

Za čišćenje ovih tokova u gornjem delu granulacionog tornja nalazi se šest paralelno delujućih perača pločastog tipa 10, navodnjavanih 20-30% rastvorom amonijum nitrata, koji se napaja pumpom 18 iz kolekcije 17. Deo ovog rastvora se ispušta u ITN neutralizator za pranje sokova parom, a zatim se meša sa rastvorom nitrata, te se stoga koristi za proizvodnju proizvoda. Pročišćeni vazduh se ventilatorom 9 usisava iz granulacionog tornja i ispušta u atmosferu.

Proizvodnja amonijum nitrata sastoji se od neutralizacije azotne kiseline gasovitim amonijakom i kristalizacije proizvoda. Amonijak ne bi trebao sadržavati više od 1% vlage, a prisustvo ulja nije dozvoljeno. Dušična kiselina se uzima u koncentraciji većoj od 45% HNO 3; sadržaj azotnih oksida u njemu ne bi trebao biti veći od 0,1%. Za dobijanje amonijum nitrata može se koristiti i otpad iz proizvodnje amonijaka - na primer, amonijačna voda i rezervoari i gasovi za pročišćavanje koji se uklanjaju iz skladišta tečnog amonijaka i dobijaju pročišćavanjem sistema za sintezu amonijaka. Sastav rezervoarskih gasova: 45-70% NH 3, 55-30% H 2 + N 2 (sa tragovima metana i argona); sastav gasova za pročišćavanje: 7,5-9% NH 3, 92,5-91% H 2 + N 2 (sa tragovima metana i argona). Osim toga, za proizvodnju amonijum nitrata koriste se i destilacioni gasovi iz proizvodnje uree, čiji je približni sastav: 55-57% NH 3, 18-24% CO 2, 15-20% H 2 O.

Toplotni efekat reakcije NH 3(g) +HNO 3(l) NH 4 NO 3 je 35,46 kcal/(g mol). U proizvodnji amonijum nitrata obično se koristi 45-58% kiseline. U ovom slučaju, termički efekat reakcije neutralizacije je odgovarajuće smanjen za količinu toplote razblaženja azotne kiseline vodom i za količinu rastvaranja amonijum nitrata.

Uz racionalno korištenje topline neutralizacije, isparavanjem vode mogu se dobiti koncentrirani rastvori, pa čak i otopljeni amonijum nitrat.

U skladu s tim, postoje sheme za proizvodnju otopine amonijum nitrata sa njegovim naknadnim isparavanjem (tzv. višestepeni proces) i za proizvodnju taline (jednostepeni ili neisparavajući proces). Da biste odabrali racionalnu shemu neutralizacije, potrebno je uporediti četiri fundamentalno različite sheme za proizvodnju amonijevog nitrata korištenjem topline neutralizacije:

1) instalacije koje rade na atmosferskom pritisku (višak pritiska pare soka 0,15-0,2 at);

2) instalacije sa vakuumskim isparivačem;

3) instalacije koje rade pod pritiskom, uz jednokratnu upotrebu toplote sokove pare;

4) instalacije koje rade pod pritiskom, sa dvostrukom upotrebom toplote sokove pare (proizvodnja koncentrovane taline).

U industrijskoj praksi imaju široku primjenu kao najefikasnije instalacije koje rade na atmosferskom pritisku, koristeći neutralizaciju topline i djelomično instalacije s vakuumskim isparivačem.

Tehnički zahtjevi za gotove proizvode

Prema važećem GOST 2-85 u Rusiji, granulirani amonijum nitrat se proizvodi u dva razreda: A - najviša kategorija kvaliteta i B - najviša kategorija kvaliteta (najviši razred) i prva kategorija kvaliteta (prvi razred). Pokazatelji kvaliteta industrijski proizvedenog amonijum nitrata prikazani su u tabeli 1.

Tabela 1

amonijum nitrat GOST 2-85
izgled	Granulirani proizvod bez stranih mehaničkih nečistoća
Ukupni maseni udio nitrita i amonijum azota u smislu:
za NH4NO3 u suvoj materiji, % ne manje		nije standardizovan
za azot u suvoj materiji, %, ne manje
Maseni udio vode, %, ne više
pH 10% vodenog rastvora, ne manji
Maseni udio tvari nerastvorljivih u 10% otopini dušične kiseline, %, ne više		nije standardizovan
ocjenjivanje:
Maseni udio granula
od 1 do 3 mm, %, ne manje		nije standardizovan
od 1 do 4 mm, %, ne manje
od 2 do 4 mm, %, ne manje
manje od 1 mm,%
više od 6 mm, %
Statistička jačina granula n/granula (kg/granula), ne manje
Krhkost, %, ne manje
Dodatak za kondicioniranje	magnezijum nitrat

Preduzeća koja proizvode amonijum nitrat moraju garantovati potrošaču da će se pokazatelji kvaliteta proizvoda predviđeni GOST 2-85 održati 6 meseci pod uslovom da potrošač poštuje uslove skladištenja utvrđene standardom.

Primjena amonijum nitrata

Amonijum nitrat je vrsta mineralnog đubriva bez kojeg je moderna poljoprivreda gotovo nezamisliva. Pripadnost porodici azotnih đubriva, raznovrsnost primene, mogućnost industrijskih obima proizvodnje i snabdevanja, dokazana tehnologija proizvodnje - to su prednosti koje održavaju nepokolebljivu poziciju amonijum nitrata na tržištu đubriva.

Azot je apsolutno neophodan za biljke. Klorofil, koji koristi sunčevu energiju i proizvodi građevinski materijal za žive ćelije, sadrži dušik. Spolja, amonijum nitrat su bijele granule. Zrnasta supstanca je visoko rastvorljiva u vodi i sadrži 34,4% azota. Primjenjuje se kao prihrana za sve vrste poljoprivrednih kultura, na svim tipovima zemljišta i za pripremu tla za sjetvu. U industriji se amonijum nitrat koristi kao sirovina za proizvodnju eksploziva i dalju upotrebu u hemijskoj, rudarskoj i građevinskoj industriji.

Postoji problem povezan sa visokom higroskopnošću amonijum nitrata. Granule gube tvrdoću i šire se kada se poveća vlažnost zraka. Međutim, savremeni tehnološki razvoj omogućava da se ova nijansa uzme u obzir i iskorijeni u fazi proizvodnje.

Tradicionalno se smatra da je jedna od prednosti amonijevog nitrata to što tlo u potpunosti apsorbira dio amonijaka zbog brze topljivosti gnojiva. Istovremeno, amonijum nitrat ima duže dejstvo u odnosu na nitrat. Frakciona primena amonijum nitrata može smanjiti gubitak nitratnog azota usled ispiranja. Uspješno se koristi u proizvodnji mješavina gnojiva kao najoptimalnije azotne komponente. Trenutno, hemijsko tržište doživljava stalni porast potražnje za amonijum nitratom i kao đubrivom i kao industrijskom hemijskom sirovinom. Tome je zaslužna i podrška koju država daje poljoprivrednoj industriji i razvoju domaće industrije općenito.

Amonijum nitrat je jedan od glavnih tipova azotnih đubriva; sadrži najmanje 34,2% dušika. Sirovine za proizvodnju granuliranog amonijum nitrata su nekoncentrisana 30-40% azotna kiselina i gasoviti amonijak.

92,5% sumporna kiselina se ponekad koristi kao aditiv za kondicioniranje, koji se neutralizira amonijakom zajedno s dušičnom kiselinom kako bi se formirao amonijum sulfat. Za prskanje gotovih granula koristi se surfaktant - 40% vodena otopina disperzanta "NF".

Glavne faze proizvodnje amonijum nitrata su: neutralizacija azotne kiseline gasovitim amonijakom; dobijanje visoko koncentrirane taline amonijum nitrata; granulacija taline; hlađenje granula amonijum nitrata; tretman granula surfaktantom - disperzantom "NF"; pročišćavanje zraka i pare soka prije ispuštanja u atmosferu; pakovanje i skladištenje gotovog proizvoda.

Dijagram toka proizvodnje

Amonijum nitrat je jedno od najčešćih azotnih đubriva. Dobija se neutralizacijom razrijeđene dušične kiseline (40-50%) plinovitom amonijakom.

Azotna kiselina iz prijemnog rezervoara 1 (slika 9.8) prolazi kroz izmenjivač toplote 2 i ulazi u neutralizator 3. Tu se dovodi gas amonijaka, prethodno zagrejan u izmenjivaču toplote 5. Glavna količina amonijaka dolazi u gasovitom stanju iz radionice za sintezu amonijaka. Dodatno, iz skladišta se dobavlja tečni amonijak koji isparava u aparatu 4.

U neutralizatoru 3, pri atmosferskom pritisku i određenoj temperaturi, odvija se proces neutralizacije

paralelno s njim dolazi do djelomičnog isparavanja otopine zbog topline neutralizacije. Djelomično ispareni slabo kiseli rastvor amonijum nitrata koncentracije 60-80% (tzv. slaba lužina) ulazi u rezervoar sa mešalicom - predneutralizatorom 6, gde se konačno neutrališe amonijakom. Para koja nastaje kada otopina isparava (para soka) uklanja se iz gornjeg dijela neutralizatora. Ako se proces izvede pogrešno, dio amonijaka i dušične kiseline može se odnijeti iz neutralizatora parom soka.

Isparavanje slabe tekućine do 98,5% NH4NO3 vrši se pod vakuumom u dvije faze. U početku, u isparivaču 8, koncentracija tekućine se dovodi do 82% NH4NO3, a zatim u isparivaču 12 - do određene vrijednosti.

Slaba tečnost se dovodi u donji deo isparivača 8. Sokova para se uglavnom koristi kao sredstvo za zagrevanje u 1. stepenu isparivača. Osim toga, na njega se dovodi vodena para. Kako se koncentracija pare soka povećava, inertni plinovi se nakupljaju u komori za grijanje isparivača, ometajući prijenos topline. Kako bi se osigurao normalan rad aparata 8, međucijevni prostor se pročišćava ispuštanjem inertnih plinova u atmosferu.

Isparena tečnost iz aparata 8 se premešta u zbirku 10. Ovde, radi poboljšanja kvaliteta nastalog nitrata, lužini se dodaje rastvor dolomita, koji smanjuje sposobnost zgrušavanja nitrata.

Iz kolektora 10 tečnost se pumpa u isparivač 12. U separatoru 13, ispareni rastvor se odvaja na paru soka i koncentrovanu otopinu - taljenje. Sokova para prolazi u barometarski kondenzator 14, a talina se dovodi u granulacioni toranj 15. Granulirani amonijum nitrat (konačni proizvod) se odvodi iz tornja kroz izlaznu cev 16 transporterom 17.

Pošaljite svoj dobar rad u bazu znanja je jednostavno. Koristite obrazac ispod

Studenti, postdiplomci, mladi naučnici koji koriste bazu znanja u svom studiranju i radu biće vam veoma zahvalni.

Objavljeno na http://www.allbest.ru/

Ministarstvo obrazovanja i nauke Ruske Federacije

Državna obrazovna ustanova

Visoko stručno obrazovanje

"Tver državni tehnički univerzitet"

Odjel za TPM

Rad na kursu

u disciplini: “Opća hemijska tehnologija”

Proizvodnja amonijum nitrata

• Sadržaj

Uvod

2. Metode proizvodnje

3. Glavne faze proizvodnje amonijum nitrata iz amonijaka i azotne kiseline

3.1 Priprema rastvora amonijum nitrata

3.1.1 Osnove procesa neutralizacije

3. 1 5 Glavna oprema

4. Proračun materijala i energije

5. Termodinamički proračun

6. Reciklaža i neutralizacija otpada u proizvodnji amonijum nitrata

Zaključak

Spisak korištenih izvora

Dodatak A

Uvod

U prirodi i ljudskom životu azot je izuzetno važan. Dio je proteinskih spojeva (16-18%), koji su osnova biljnog i životinjskog svijeta. Čovjek dnevno konzumira 80-100 g proteina, što odgovara 12-17 g dušika.

Za normalan razvoj biljke potrebni su mnogi hemijski elementi. Glavni su ugljenik, kiseonik, vodonik, azot, fosfor, magnezijum, sumpor, kalcijum, kalijum i gvožđe. Prva tri elementa biljke dobivaju se iz zraka i vode, a ostali se ekstrahiraju iz tla.

Azot ima posebno važnu ulogu u mineralnoj ishrani biljaka, iako njegov prosječni sadržaj u biljnoj masi ne prelazi 1,5%. Bez dušika, nijedna biljka ne može normalno živjeti ili se razvijati.

Dušik je sastavni dio ne samo biljnih proteina, već i hlorofila, uz pomoć kojeg biljke pod utjecajem sunčeve energije apsorbiraju ugljik iz ugljičnog dioksida CO2 u atmosferi.

Prirodna jedinjenja azota nastaju kao rezultat hemijskih procesa razgradnje organskih ostataka, tokom munjevitog pražnjenja, kao i biohemijski kao rezultat delovanja posebnih bakterija - Azotobacter, koje direktno apsorbuju azot iz vazduha. Istu sposobnost imaju i kvržice koje žive u korijenu mahunarki (grašak, lucerna, grah, djetelina i dr.).

Rezultirajućom žetvom iz tla se godišnje uklanja značajna količina dušika i drugih hranjivih tvari potrebnih za razvoj poljoprivrednih kultura. Osim toga, neki nutrijenti se gube kao rezultat njihovog ispiranja podzemnim i kišnicama. Stoga, kako bi se spriječilo smanjenje prinosa i iscrpljivanje tla, potrebno ga je nadopuniti hranjivim tvarima primjenom različitih vrsta gnojiva.

Poznato je da skoro svako đubrivo ima fiziološku kiselost ili alkalnost. Ovisno o tome, može djelovati kiselo ili alkalizirajuće na tlo, što se uzima u obzir pri korištenju za određene poljoprivredne kulture.

Gnojiva, čije alkalne katione biljke brže izvlače iz tla, uzrokuju zakiseljavanje; Biljke koje brže troše kisele anjone iz gnojiva doprinose alkalizaciji tla.

Dušična đubriva koja sadrže amonijum kation NH4 (amonijum nitrat, amonijum sulfat) i amidnu grupu NH2 (urea) zakiseljavaju zemljište. Zakiseljavajući efekat amonijum nitrata je slabiji od amonijum sulfata.

U zavisnosti od prirode zemljišta, klimatskih i drugih uslova, različite količine azota su potrebne za različite useve.

Amonijum nitrat (amonijum nitrat, ili amonijum nitrat) zauzima značajno mesto u asortimanu azotnih đubriva čija svetska proizvodnja iznosi milione tona godišnje.

Trenutno oko 50% azotnih đubriva koja se koriste u poljoprivredi u našoj zemlji su amonijum nitrat.

Amonijum nitrat ima niz prednosti u odnosu na druga azotna đubriva. Sadrži 34-34,5% azota i u tom pogledu je drugi iza uree CO(NH2) 2, koji sadrži 46% azota. Ostala đubriva koja sadrže dušik i dušik imaju znatno manje dušika (sadržaj dušika je dat prema suvoj tvari):

Tabela 1 - Sadržaj azota u jedinjenjima

Amonijum nitrat je univerzalno azotno đubrivo, jer istovremeno sadrži amonijum i nitratne oblike azota. Efikasan je u svim zonama, za skoro sve useve.

Vrlo je važno da se azotni oblici amonijum nitrata koriste u biljkama u različito vrijeme. Amonijum azot, direktno uključen u sintezu proteina, biljke brzo apsorbuju tokom perioda rasta; Nitratni dušik se apsorbira relativno sporo, tako da traje duže. Također je utvrđeno da amonijačni oblik dušika biljke mogu koristiti bez prethodne oksidacije.

Ova svojstva amonijum nitrata veoma pozitivno utiču na povećanje prinosa gotovo svih poljoprivrednih kultura.

Visok sadržaj azota u amonijum nitratu, relativno jednostavan način njegove proizvodnje i relativno niska cena po jedinici azota stvaraju dobre preduslove za dalji razvoj ove proizvodnje.

Amonijum nitrat je deo velike grupe stabilnih eksploziva. Za miniranje se koriste eksplozivi na bazi amonijum nitrata i amonijum nitrata, čisti ili tretirani određenim aditivima.

Mala količina salitre se koristi za proizvodnju dušikovog oksida, koji se koristi u medicini.

Uz povećanje obima proizvodnje amonijum nitrata modernizacijom postojećih proizvodnih pogona i izgradnjom novih, preduzimaju se mere za dalje poboljšanje kvaliteta gotovog proizvoda (dobivanje 100% trošnog proizvoda i očuvanje granula nakon dugotrajnog skladištenja proizvoda). ).

1. Fizičko-hemijska svojstva amonijum nitrata

U svom čistom obliku, amonijum nitrat je bijela kristalna supstanca koja sadrži 35% dušika, 60% kisika i 5% vodika. Tehnički proizvod je bijele boje sa žućkastom nijansom i sadrži najmanje 34,2% dušika.

Amonijum nitrat je jako oksidaciono sredstvo za niz neorganskih i organskih jedinjenja. Reaguje burno sa topljenjem nekih supstanci, čak i do tačke eksplozije (na primer, sa natrijum nitritom NaNO2).

Ako se gasoviti amonijak propušta preko čvrstog amonijum nitrata, brzo nastaje vrlo pokretna tečnost - amonijak 2NH4NO3*2NH3 ili NH4NO3*3NH3.

Amonijum nitrat je visoko rastvorljiv u vodi, etil i metil alkoholima, piridinu, acetonu i tečnom amonijaku. Sa povećanjem temperature, rastvorljivost amonijum nitrata značajno raste.

Kada se amonijum nitrat rastvori u vodi, apsorbuje se velika količina toplote. Na primjer, kada se 1 mol kristalnog NH4NO3 otopi u 220-400 mola vode i temperatura od 10-15 °C, apsorbira se 6,4 kcal topline.

Amonijum nitrat ima sposobnost sublimacije. Kada se amonijum nitrat skladišti u uslovima povišene temperature i vlažnosti vazduha, njegov volumen se približno udvostručuje, što obično dovodi do pucanja posude.

Pod mikroskopom, pore i pukotine su jasno vidljive na površini granula amonijum nitrata. Povećana poroznost nitratnih granula ima veoma negativan uticaj na fizička svojstva gotovog proizvoda.

Amonijum nitrat je visoko higroskopan. Na otvorenom, u tankom sloju salitre, brzo se vlaži, gubi kristalni oblik i počinje da se zamućuje. Stepen u kojem sol apsorbira vlagu iz zraka ovisi o njegovoj vlažnosti i pritisku pare iznad zasićenog rastvora date soli na datoj temperaturi.

Razmjena vlage se odvija između zraka i higroskopne soli. Relativna vlažnost vazduha ima odlučujući uticaj na ovaj proces.

Kalcijum i krečno-amonijum nitrat imaju relativno nizak pritisak vodene pare u odnosu na zasićene rastvore; na određenoj temperaturi odgovaraju najnižoj relativnoj vlažnosti. Ovo su najhigroskopnije soli među navedenim azotnim đubrivima. Amonijum sulfat je najmanje higroskopan, a kalijum nitrat je skoro potpuno nehigroskopan.

Vlagu apsorbuje samo relativno mali sloj soli koji se nalazi neposredno uz okolni vazduh. Međutim, čak i takvo vlaženje salitre uvelike pogoršava fizička svojstva gotovog proizvoda. Brzina kojom amonijum nitrat apsorbuje vlagu iz vazduha naglo raste sa porastom temperature. Dakle, na 40 °C stopa apsorpcije vlage je 2,6 puta veća nego na 23 °C.

Predložene su mnoge metode za smanjenje higroskopnosti amonijum nitrata. Jedna takva metoda temelji se na miješanju ili spajanju amonijum nitrata s drugom soli. Prilikom odabira druge soli polazite od sljedećeg pravila: da bi se smanjila higroskopnost, pritisak vodene pare iznad zasićene otopine mješavine soli mora biti veći od njihovog tlaka iznad zasićene otopine čistog amonijevog nitrata.

Utvrđeno je da je higroskopnost mješavine dvije soli koje imaju zajednički ion veća od one najhigroskopnije od njih (izuzetak su mješavine ili legure amonijevog nitrata s amonijum sulfatom i neke druge). Miješanje amonijum nitrata sa nehigroskopnim, ali vodonetopivim supstancama (na primjer, vapnenačka prašina, fosfatni kamen, dikalcij fosfat, itd.) ne smanjuje njegovu higroskopnost. Brojni eksperimenti su pokazali da sve soli koje imaju istu ili veću topljivost u vodi od amonijevog nitrata imaju svojstvo povećanja njegove higroskopnosti.

Soli koje mogu smanjiti higroskopnost amonijum nitrata moraju se dodati u velikim količinama (na primjer, kalijev sulfat, kalijev klorid, diamonijum fosfat), što naglo smanjuje sadržaj dušika u proizvodu.

Najefikasniji način da se smanji apsorpcija vlage iz zraka je oblaganje čestica nitrata zaštitnim filmovima organskih tvari koje ne vlaži voda. Zaštitni film smanjuje brzinu apsorpcije vlage za 3-5 puta i pomaže poboljšanju fizičkih svojstava amonijum nitrata.

Negativno svojstvo amonijum nitrata je njegova sposobnost zgrušavanja - da izgubi svoju tečnost (mrvivost) tokom skladištenja. U ovom slučaju, amonijum nitrat se pretvara u čvrstu monolitnu masu, teško mljevenu. Zgušnjavanje amonijum nitrata je uzrokovano mnogim razlozima.

Povećan sadržaj vlage u gotovom proizvodu. Čestice amonijum nitrata bilo kojeg oblika uvijek sadrže vlagu u obliku zasićene (matične) otopine. Sadržaj NH4NO3 u takvom rastvoru odgovara rastvorljivosti soli na temperaturama na kojima se ona stavlja u posudu. Kako se gotov proizvod hladi, matična tečnost često postaje prezasićena. Daljnjim smanjenjem temperature iz prezasićene otopine ispada veliki broj kristala veličine 0,2-0,3 mm. Ovi novi kristali cementiraju prethodno nevezane čestice nitrata, uzrokujući njihovo pretvaranje u gustu masu.

Mala mehanička čvrstoća čestica šalitre. Amonijum nitrat se proizvodi u obliku čestica okruglog oblika (granula), ploča ili malih kristala. Čestice granuliranog amonijum nitrata imaju manju specifičnu površinu i pravilniji oblik od ljuspičastih i finokristalnih, pa se granule manje slažu. Međutim, tokom procesa granulacije nastaje određena količina šupljih čestica koje imaju nisku mehaničku čvrstoću.

Prilikom skladištenja vreće sa granuliranom šalitrom stavljaju se u hrpe visine 2,5 m. Pod pritiskom gornjih vreća uništavaju se najmanje izdržljive granule sa stvaranjem čestica poput prašine, koje zbijaju masu salitre, povećavajući njeno zgrušavanje. Praksa pokazuje da uništavanje šupljih čestica u sloju zrnastog proizvoda naglo ubrzava proces zgrušavanja. Ovo se opaža čak i ako je, kada se ubaci u kontejner, proizvod ohlađen na 45 °C i većina granula ima dobru mehaničku čvrstoću. Utvrđeno je da se i šuplje granule uništavaju rekristalizacijom.

Kako temperatura okoline raste, granule salitre gotovo potpuno gube snagu, a takav proizvod se jako stvrdne.

Termička razgradnja amonijum nitrata. Opasnost od eksplozije. Otpornost na vatru. Sa stajališta sigurnosti od eksplozije, amonijum nitrat je relativno malo osjetljiv na udarce, trenje, udarce i ostaje stabilan kada ga udare varnice različitog intenziteta. Dodaci pijeska, stakla i metalnih nečistoća ne povećavaju osjetljivost amonijum nitrata na mehanička opterećenja. Može da eksplodira samo pod uticajem jakog detonatora ili tokom termičkog raspadanja pod određenim uslovima.

Dužim zagrijavanjem amonijev nitrat se postupno razlaže na amonijak i dušičnu kiselinu:

NH4NO3=NH3+HNO3 - 174598,32 J (1)

Ovaj proces, koji se odvija apsorpcijom toplote, počinje na temperaturama iznad 110°C.

Daljnjim zagrijavanjem, amonijum nitrat se razgrađuje u azot-oksid i vodu:

NH4NO3= N2O + 2H2O + 36902,88 J (2)

Termička razgradnja amonijum nitrata odvija se u sljedećim uzastopnim fazama:

· hidroliza (ili disocijacija) molekula NH4NO3;

· termička razgradnja azotne kiseline nastale hidrolizom;

· interakcija azot-dioksida i amonijaka nastala u prva dva stupnja.

Kada se amonijum nitrat intenzivno zagreva na 220-240 °C, njegovo raspadanje može biti praćeno izbijanjem rastaljene mase.

Zagrijavanje amonijum nitrata u zatvorenoj zapremini ili u zapremini sa ograničenim oslobađanjem gasova koji nastaju tokom termičke razgradnje nitrata je veoma opasno.

U tim slučajevima, razgradnja amonijum nitrata može se odvijati kroz mnoge reakcije, posebno kroz sljedeće:

NH4NO3 = N2+2H2O + S 02 + 1401,64 J/kg (3)

2NH4NO3 = N2 + 2NO+ 4H20 + 359,82 J/kg (4)

3NH4NO3= 2N2 + N0 + N02 + 6H20 + 966,50 J/kg (5)

Iz gornjih reakcija jasno je da amonijak, nastao u početnom periodu termičke razgradnje nitrata, često nema u gasnim mešavinama; U njima se odvijaju sekundarne reakcije tokom kojih se amonijak potpuno oksidira u elementarni dušik. Kao rezultat sekundarnih reakcija, pritisak mješavine plina u zatvorenom volumenu naglo raste i proces raspadanja može završiti eksplozijom.

Bakar, sulfidi, magnezijum, pirit i neke druge nečistoće aktiviraju proces razgradnje amonijum nitrata kada se zagreje. Kao rezultat interakcije ovih tvari sa zagrijanim nitratom, nastaje nestabilni amonijev nitrit, koji se na 70-80 ° C brzo raspada eksplozijom:

NH4NO3=N2+ 2H20 (6)

Amonijum nitrat ne reaguje sa gvožđem, kalajem i aluminijumom čak ni u rastopljenom stanju.

Sa povećanjem vlažnosti i povećanjem veličine čestica amonijum nitrata, njegova osjetljivost na eksploziju uvelike opada. U prisustvu približno 3% vlage, salitra postaje neosjetljiva na eksploziju čak i kada je izložena jakom detonatoru.

Termička razgradnja amonijum nitrata se povećava sa povećanjem pritiska do određene granice. Utvrđeno je da se pri pritisku od oko 6 kgf/cm2 i odgovarajućoj temperaturi sav rastopljeni nitrat raspada.

Ključno za smanjenje ili sprečavanje termičke razgradnje amonijum nitrata je održavanje alkalne sredine prilikom isparavanja rastvora. Stoga je u novoj tehnološkoj shemi za proizvodnju amonijum nitrata bez zgrušavanja preporučljivo u vrući zrak dodati malu količinu amonijaka.

S obzirom da, pod određenim uslovima, amonijum nitrat može biti eksplozivan proizvod, prilikom njegove proizvodnje, skladištenja i transporta potrebno je striktno poštovati utvrđeni tehnološki režim i bezbednosne propise.

Amonijum nitrat je nezapaljiv proizvod. Samo dušikov oksid, koji nastaje tokom termičke razgradnje soli, podržava sagorijevanje.

Mješavina amonijum nitrata sa drobljenim ugljem može se spontano zapaliti kada se snažno zagrije. Neki lako oksidirani metali (kao što je cink u prahu) u dodiru s vlažnim amonijum nitratom uz malu toplinu također mogu uzrokovati njegovo paljenje. U praksi su uočeni slučajevi spontanog paljenja mješavine amonijum nitrata sa superfosfatom.

Papirne kese ili drvene burad koje sadrže amonijum nitrat mogu se zapaliti čak i kada su izložene sunčevoj svetlosti. Kada se posuda koja sadrži amonijum nitrat zapali, mogu se osloboditi dušikovi oksidi i pare dušične kiseline. U slučaju požara nastalog od otvorenog plamena ili uslijed detonacije, amonijum nitrat se topi i djelomično se raspada. Plamen se ne širi u dubinu mase salitre.

2 . Metode proizvodnje

kiselina za neutralizaciju amonijum nitrata

U industriji se široko koristi samo metoda proizvodnje amonijevog nitrata iz sintetičkog amonijaka (ili plinova koji sadrže amonijak) i razrijeđene dušične kiseline.

Proizvodnja amonijum nitrata iz sintetičkog amonijaka (ili gasova koji sadrže amonijak) i azotne kiseline je višestepena. S tim u vezi, pokušali su dobiti amonijum nitrat direktno iz amonijaka, dušikovih oksida, kisika i vodene pare reakcijom

4NH3 + 4NO2 + 02 + 2H20 = 4NH4NO3 (7)

Međutim, ova metoda je morala biti napuštena, jer je zajedno s amonijevim nitratom nastao amonijev nitrit - nestabilan i eksplozivan proizvod.

U proizvodnju amonijevog nitrata iz amonijaka i dušične kiseline uvedena su brojna poboljšanja, koja su omogućila smanjenje kapitalnih troškova za izgradnju novih postrojenja i smanjenje cijene gotovog proizvoda.

Da bi se radikalno poboljšala proizvodnja amonijum nitrata, bilo je potrebno napustiti dugogodišnje preovlađujuće ideje o nemogućnosti rada bez odgovarajućih rezervi osnovne opreme (npr. isparivači, granulacioni tornjevi itd.), o opasnosti od dobijanje gotovo bezvodne taline amonijum nitrata za granulaciju.

Čvrsto je utvrđeno u Rusiji i inostranstvu da samo izgradnja blokova velike snage, koristeći savremena dostignuća nauke i tehnologije, može pružiti značajne ekonomske prednosti u odnosu na postojeću proizvodnju amonijum nitrata.

Značajna količina amonijum nitrata se trenutno proizvodi iz otpadnih gasova koji sadrže amonijak nekih sistema za sintezu uree. Prema jednom od načina njegove proizvodnje, 1 tona uree proizvodi od 1 do 1,4 tone amonijaka. Od ove količine amonijaka može se proizvesti 4,6-6,5 tona amonijum nitrata. Iako funkcionišu i naprednije sheme za sintezu uree, gasovi koji sadrže amonijak – otpad iz ove proizvodnje – će neko vreme služiti kao sirovina za proizvodnju amonijum nitrata.

Metoda za proizvodnju amonijevog nitrata iz plinova koji sadrže amonijak razlikuje se od metode proizvodnje iz plinovitog amonijaka samo u fazi neutralizacije.

Amonijum nitrat se u malim količinama dobija razmenom razgradnje soli (metode konverzije).

Ove metode za proizvodnju amonijum nitrata zasnivaju se na taloženju jedne od nastalih soli ili na proizvodnji dve soli različite rastvorljivosti u vodi. U prvom slučaju, otopine amonijum nitrata se odvajaju od sedimenata na rotirajućim filterima i prerađuju u čvrsti proizvod prema konvencionalnim postupcima. U drugom slučaju, otopine se isparavaju do određene koncentracije i razdvajaju frakcijskom kristalizacijom koja se svodi na sljedeće: pri hlađenju vrućih otopina većina amonijum nitrata se izoluje u čistom obliku, zatim se kristalizacija vrši u odvojenim oprema iz matičnih rastvora za dobijanje proizvoda kontaminiranog nečistoćama.

Sve metode za proizvodnju amonijum nitrata razmenom razgradnje soli su složene i uključuju veliku potrošnju pare i gubitak vezanog azota. Obično se koriste u industriji samo kada je potrebno iskoristiti jedinjenja dušika dobivena kao nusproizvode.

Moderna metoda proizvodnje amonijevog nitrata iz plinovitog amonijaka (ili plinova koji sadrže amonijak) i dušične kiseline stalno se usavršava.

3 . Glavne faze proizvodnje amonijum nitrata iz amonijaka i dušične kiseline

Proces proizvodnje amonijum nitrata sastoji se od sljedećih glavnih faza:

1. Priprema rastvora amonijum nitrata neutralizacijom azotne kiseline sa gasovitim amonijakom ili gasovima koji sadrže amonijak.

2. Isparavanje rastvora amonijum nitrata do rastopljenog stanja.

3. Kristalizacija iz rastopljene soli u obliku čestica okruglog oblika (granula), ljuskica (pločica) i malih kristala.

4. Sol za hlađenje ili sušenje.

5. Pakovanje gotovog proizvoda.

Za dobijanje amonijum nitrata sa niskim zgrušavanjem i vodootpornošću, pored navedenih faza, neophodna je i faza pripreme odgovarajućih aditiva.

3.1 P Priprema rastvora amonijum nitrata

3.1.1 Osnove procesa neutralizacije

Rastvori amonijum nitrata ry se dobivaju reakcijom amonijaka s dušičnom kiselinom prema reakciji:

4NH3 + HNO3 = NH4NO3 + Q J (8)

Stvaranje amonijum nitrata je nepovratno i praćeno je oslobađanjem toplote. Količina toplote koja se oslobađa tokom reakcije neutralizacije zavisi od koncentracije upotrebljene azotne kiseline i njene temperature, kao i od temperature gasa amonijaka (ili gasova koji sadrže amonijak). Što je veća koncentracija dušične kiseline, to se stvara više topline. U tom slučaju voda isparava, što omogućava dobivanje koncentriranijih otopina amonijum nitrata. Za dobivanje otopina amonijum nitrata koristi se 42-58% dušične kiseline.

Upotreba dušične kiseline sa koncentracijom većom od 58% za dobijanje rastvora amonijum nitrata sa postojećim dizajnom procesa nije moguća, jer se u tom slučaju u aparatu za neutralizator razvija temperatura koja značajno prelazi tačku ključanja azotne kiseline, što može dovesti do njegovog raspadanja uz oslobađanje dušikovih oksida. Prilikom isparavanja otopina amonijum nitrata, zbog topline reakcije u aparatima za neutralizaciju, na temperaturi od 110-120 °C, nastaje sokova para.

Prilikom dobivanja otopina amonijum nitrata najveće moguće koncentracije potrebne su relativno male površine za izmjenu topline isparivača, a za dalje isparavanje otopina se troši mala količina svježe pare. S tim u vezi, zajedno sa sirovinom, nastoje da dovedu dodatnu toplotu u neutralizator, za šta parom soka zagrijavaju amonijak na 70°C i dušičnu kiselinu na 60°C (na višoj temperaturi dušične kiseline dolazi do njenog značajnog raspadanja). dolazi, a cijevi grijača su izložene jakoj koroziji ako nisu od titanijuma).

Dušična kiselina koja se koristi u proizvodnji amonijum nitrata ne sme da sadrži više od 0,20% rastvorenih azotnih oksida. Ako kiselina nije dovoljno pročišćena zrakom da bi se uklonili otopljeni dušikovi oksidi, oni sa amonijakom stvaraju amonijum nitrit, koji se brzo razlaže na dušik i vodu. U tom slučaju gubici dušika mogu iznositi oko 0,3 kg po 1 toni gotovog proizvoda.

Pare soka, po pravilu, sadrže nečistoće NH3, NHO3 i NH4NO3. Količina ovih nečistoća u velikoj mjeri ovisi o stabilnosti pritisaka pri kojima se amonijak i dušična kiselina moraju dovoditi u neutralizator. Za održavanje određenog tlaka, dušična kiselina se dovodi iz tlačnog spremnika opremljenog preljevnom cijevi, a plin amonijaka se napaja pomoću regulatora tlaka.

Opterećenje neutralizatora također u velikoj mjeri određuje gubitak vezanog dušika s parom soka. Pri normalnom opterećenju, gubici sa kondenzatom pare soka ne bi trebali biti veći od 2 g/l (u smislu dušika). Kada se prekorači opterećenje neutralizatora, javljaju se nuspojave između amonijaka i para dušične kiseline, zbog čega se posebno stvara maglovit amonijev nitrat u plinskoj fazi, kontaminirajući paru soka, a gubitak vezanog dušika se povećava. Otopine amonijum nitrata dobijene u neutralizatorima akumuliraju se u međukontejnerima sa mešalicom, neutrališu amonijakom ili azotnom kiselinom, a zatim šalju na isparavanje.

3.1.2 Karakteristike instalacija za neutralizaciju

U zavisnosti od aplikacije potreban pritisak, moderne instalacije za proizvodnju rastvora amonijum nitrata korišćenjem neutralizacione toplote dele se na instalacije koje rade na atmosferskom pritisku; u razrjeđivanju (vakuum); na povišenom pritisku (više atmosfera) i kombinovane instalacije koje rade pod pritiskom u zoni neutralizacije i pod vakuumom u zoni odvajanja para soka od rastvora amonijum nitrata (taline).

Instalacije koje rade na atmosferskom ili malom viškom tlaka odlikuju se jednostavnošću tehnologije i dizajna. Takođe su laki za održavanje, pokretanje i zaustavljanje; slučajna kršenja navedenog načina rada obično se brzo eliminišu. Instalacije ovog tipa se najčešće koriste. Glavni aparat ovih instalacija je neutralizatorski aparat ITN (upotreba topline neutralizacije). ITN aparat radi pod apsolutnim pritiskom od 1,15--1,25 atm. Strukturno je dizajniran na takav način da gotovo da ne dolazi do ključanja otopina - uz stvaranje maglovitog amonijum nitrata.

Prisustvo cirkulacije u aparatu toplotne pumpe eliminiše pregrijavanje u reakcionoj zoni, što omogućava da se proces neutralizacije izvede uz minimalne gubitke vezanog azota.

U zavisnosti od uslova rada proizvodnje amonijum nitrata, sočna para ITN aparata se koristi za prethodno isparavanje rastvora nitrata, za isparavanje tečnog amonijaka, zagrevanje azotne kiseline i gasovitog amonijaka koji se šalje u ITN aparate i za isparavanje tekućeg amonijaka pri dobivanju plinovitog amonijaka koji se koristi u proizvodnji razrijeđene dušične kiseline.

Rastvori amonijum nitrata se proizvode iz gasova koji sadrže amonijak u instalacijama čiji glavni aparat radi pod vakuumom (isparivač) i atmosferskim pritiskom (scrubber-neutralizator). Takve instalacije su glomazne i u njima je teško održati stabilan način rada zbog varijabilnosti sastava plinova koji sadrže amonijak. Posljednja okolnost negativno utječe na točnost regulacije viška dušične kiseline, uslijed čega rezultirajuće otopine amonijevog nitrata često sadrže povećanu količinu kiseline ili amonijaka.

Instalacije za neutralizaciju koje rade pod apsolutnim pritiskom od 5-6 atm nisu baš česte. Oni zahtijevaju značajnu potrošnju energije za komprimiranje plina amonijaka i opskrbu neutralizatorima dušične kiseline pod pritiskom. Osim toga, na ovim postrojenjima mogući su povećani gubici amonijum nitrata zbog uvlačenja prskanja rastvora (čak i kod separatora složene konstrukcije prskanja se ne mogu u potpunosti uhvatiti).

U postrojenjima zasnovanim na kombinovanoj metodi kombinuju se procesi neutralizacije azotne kiseline sa amonijakom i dobijaju talog amonijum nitrata, koji se može direktno slati na kristalizaciju (tj. isparivači za koncentriranje rastvora nitrata su isključeni iz takvih instalacija). Instalacije ovog tipa zahtijevaju 58-60% dušične kiseline, koju industrija još uvijek proizvodi u relativno malim količinama. Osim toga, dio opreme mora biti napravljen od skupog titanijuma. Proces neutralizacije za dobijanje taline nitrata mora se izvesti na veoma visokim temperaturama (200-220°C). S obzirom na svojstva amonijum nitrata, za izvođenje procesa na visokim temperaturama potrebno je stvoriti posebne uslove koji sprečavaju termičku razgradnju taline nitrata.

3.1.3 Postrojenja za neutralizaciju koja rade na atmosferskom pritisku

Ove instalacije uključuju Uključuju ITN neutralizatore (koji koriste toplinu neutralizacije) i pomoćnu opremu.

Slika 1 prikazuje jedan od dizajna ITN aparata koji se koristi u mnogim postojećim pogonima za proizvodnju amonijum nitrata.

Z1 - vrtlog; BC1 - eksterna posuda (rezervoar); VTs1 - unutrašnji cilindar (neutralizacijski dio); U1 - uređaj za distribuciju azotne kiseline; Š1 - armatura za odvodnjavanje rastvora; O1 - prozori; U2 - uređaj za distribuciju amonijaka; G1 - vodeni pečat; C1 - separator-trap

Slika 1 - ITN neutralizator aparat sa prirodnom cirkulacijom rastvora

ITN aparat je vertikalna cilindrična posuda (rezervoar) 2, u koju je postavljen cilindar (staklo) 3 sa policama 1 (vrtlog) radi poboljšanja mešanja rastvora. Cjevovodi za uvođenje azotne kiseline i plina amonijaka spojeni su na cilindar 3 (reagensi se dovode u protustruji); cijevi se završavaju uređajima 4 i 7 za bolju distribuciju kiseline i plina. U unutrašnjem cilindru dušična kiselina reagira s amonijakom. Ovaj cilindar se zove neutralizaciona komora.

Prstenasti prostor između posude 2 i cilindra 3 služi za cirkulaciju ključajućih rastvora amonijum nitrata. U donjem dijelu cilindra nalazi se 6 otvora (prozora) koji povezuju komoru za neutralizaciju sa dijelom za isparavanje grijaćeg elementa. Zbog prisustva ovih rupa, produktivnost ITN aparata je donekle smanjena, ali se postiže intenzivna prirodna cirkulacija otopina, što dovodi do smanjenja gubitka vezanog dušika.

Sokova para koja se oslobađa iz rastvora ispušta se kroz priključak u poklopcu ITN aparata i kroz trap-separator 9. Rastvori nitrata koji se formiraju u cilindru 3 u obliku emulzije - mešavine sa sokovnom parom ulaze u separator kroz vodeni zatvarač 5. Iz priključka donjeg dijela trap-separatora, amonijum rastvori Nitrat se šalje u završni neutralizator-mikser na dalju obradu. Vodeni zatvarač u dijelu aparata za isparavanje omogućava vam da održavate konstantan nivo otopine u njemu i sprječava izlazak pare soka bez ispiranja od prskanja otopine koje je zahvatila.

Parni kondenzat nastaje na pločama separatora zbog djelomične kondenzacije pare soka. U ovom slučaju, toplota kondenzacije se uklanja cirkulišućom vodom koja prolazi kroz zavojnice položene na ploče. Kao rezultat djelomične kondenzacije pare soka, dobija se 15--20% rastvor NH4NO3 koji se šalje na isparavanje zajedno sa glavnim tokom rastvora amonijum nitrata.

Na slici 2 prikazan je dijagram jedne od jedinica za neutralizaciju koja radi na pritisku blizu atmosferskog.

NB1 - rezervoar pod pritiskom; C1 - separator; I1 - isparivač; P1 - grijač; SK1 - sakupljanje kondenzata; ITN1 - ITN aparat; M1 - mešalica; TsN1 - centrifugalna pumpa

Slika 2 - Šema instalacije za neutralizaciju koja radi na atmosferskom pritisku

Čista ili sa aditivima azotna kiselina se dovodi u rezervoar pod pritiskom opremljen stalnim prelivanjem viška kiseline u skladište.

Iz tlačnog rezervoara 1 azotna kiselina se usmjerava direktno u staklo aparata ITN 6 ili kroz grijač (nije prikazan na slici), gdje se zagrijava toplinom pare soka koja se uklanja kroz separator 2.

Plinoviti amonijak ulazi u isparivač tekućeg amonijaka 3, zatim u grijač 4, gdje se zagrijava toplinom sekundarne pare iz ekspandera ili vrućim kondenzatom grijaće pare isparivača, a zatim se kroz dvije paralelne cijevi šalje u staklo aparata ITN 6.

U isparivaču 3, tekući amonijak u spreju isparava i zagađivači koji su obično povezani s plinovitim amonijakom se odvajaju. U tom slučaju nastaje slaba amonijačna voda s primjesom ulja za podmazivanje i prašine katalizatora iz radionice za sintezu amonijaka.

Dobivena otopina amonijum nitrata u neutralizatoru kontinuirano teče kroz hidrauličku zaptivku i sifon u završnu neutralizatorsku mješalicu 7, odakle se nakon neutralizacije viška kiseline šalje na isparavanje.

Ispuštena para soka u aparatu za grijanje, prošavši kroz separator 2, šalje se za korištenje kao grijaća para u isparivače prvog stupnja.

Kondenzat pare soka iz grijača 4 prikuplja se u kolektoru 5, odakle se troši za različite proizvodne potrebe.

Prije pokretanja neutralizatora obavljaju se pripremni radovi predviđeni u uputama za uporabu. Navedimo samo neke od pripremnih radova koji se odnose na normalno odvijanje procesa neutralizacije i osiguravanje sigurnosnih mjera.

Prije svega, morate sipati otopinu amonijum nitrata ili kondenzat pare u neutralizator do ventila za uzorkovanje.

Zatim je potrebno uspostaviti kontinuirano dovod azotne kiseline u rezervoar pod pritiskom i njeno prelivanje u magacinski prostor. Nakon toga potrebno je primiti plinoviti amonijak iz radionice za sintezu amonijaka, za šta je potrebno nakratko otvoriti ventile na liniji za ispuštanje pare soka u atmosferu i ventil za izlaz otopine u mikser-neutralizator. To sprječava stvaranje visokog tlaka u pumpnom aparatu i stvaranje nesigurne mješavine amonijaka i zraka pri pokretanju uređaja.

U istu svrhu, prije puštanja u rad, neutralizator i komunikacije povezane s njim se pročišćavaju parom.

Nakon postizanja normalnih radnih uslova, para soka iz aparata za grejanje se šalje na upotrebu kao grejna para].

3.1.4 Postrojenja za neutralizaciju koja rade pod vakuumom

Zajednička obrada amm Plinovi koji sadrže amonijak i plinoviti amonijak je nepraktičan, jer je povezan s velikim gubicima amonijum nitrata, kiseline i amonijaka zbog prisustva značajne količine nečistoća u plinovima koji sadrže amonijak (dušik, metan, vodik, itd.) - Ove nečistoće koje mjehuriće kroz rezultirajuće ključale otopine amonijum nitrata, odnijele bi vezani dušik sa parom soka. Osim toga, para sokova kontaminirana nečistoćama ne može se koristiti kao para za grijanje. Stoga se plinovi koji sadrže amonijak obično obrađuju odvojeno od plina amonijaka.

U instalacijama koje rade pod vakuumom, toplota reakcije se koristi izvan neutralizatora - u vakuumskom isparivaču. Ovdje se vruće otopine amonijum nitrata koje dolaze iz neutralizatora kuhaju na temperaturi koja odgovara vakuumu u aparatu. Takve instalacije uključuju: neutralizator tipa scrubber, vakuumski isparivač i pomoćnu opremu.

Slika 3 prikazuje dijagram instalacije za neutralizaciju koja radi pomoću vakuumskog isparivača.

HP1 - neutralizator tipa scrubber; H1 - pumpa; B1 - vakuumski isparivač; B2 - vakuum separator; NB1 - rezervoar pod pritiskom azotne kiseline; B1 - rezervoar (mješalica na kapiji); P1 - podloška; DN1 - predneutralizator

Slika 3 - Šema instalacije za neutralizaciju sa vakuum isparivačem

Gasovi koji sadrže amonijak na temperaturi od 30--90 °C pod pritiskom od 1,2--1,3 atm dovode se u donji dio prečistača-neutralizatora 1. Cirkulirajući rastvor nitrata ulazi u gornji dio skrubera iz zaptivni rezervoar 6, koji se obično kontinuirano napaja iz rezervoara 5 azotne kiseline, ponekad prethodno zagrijane na temperaturu koja ne prelazi 60 °C. Proces neutralizacije se provodi sa viškom kiseline u rasponu od 20-50 g/l. Scruber 1 obično održava temperaturu 15-20 °C ispod tačke ključanja rastvora, što pomaže u sprečavanju kiselog raspadanja i stvaranja magle amonijum nitrata. Zadata temperatura se održava navodnjavanjem perača rastvorom iz vakuumskog isparivača, koji radi pri vakuumu od 600 mm Hg. čl., pa otopina u njemu ima nižu temperaturu nego u scruberu.

Rastvor nitrata dobijen u skruberu se usisava u vakum isparivač 5, gde pri vakuumu od 560-600 mm Hg. Art. dolazi do djelomičnog isparavanja vode (isparavanje) i povećanja koncentracije otopine.

Iz vakuumskog isparivača otopina teče u rezervoar vodene zaptivke 6, odakle najveći dio ponovo odlazi na navodnjavanje pročistača 1, a ostatak se šalje u naknadni neutralizator 8. Sokova para nastala u vakuumskom isparivaču 3 je šalje se kroz vakuumski separator 4 u površinski kondenzator (nije prikazan na slici) ili u kondenzator za miješanje. U prvom slučaju, kondenzat pare soka koristi se u proizvodnji dušične kiseline, u drugom - u razne druge svrhe. Vakuum u vakuumskom isparivaču nastaje zbog kondenzacije pare soka. Nekondenzovane pare i gasovi se usisavaju iz kondenzatora pomoću vakuum pumpe i ispuštaju u atmosferu.

Izduvni gasovi iz skrubera 1 ulaze u aparat 7, gde se ispiru kondenzatom radi uklanjanja kapi rastvora nitrata, nakon čega se takođe odvode u atmosferu. U finalnom neutralizatorskom mikseru rastvori se neutrališu do sadržaja od 0,1-0,2 g/l slobodnog amonijaka i zajedno sa protokom rastvora nitrata dobijenog u ITN aparatu, šalju se na isparavanje.

Slika 4 prikazuje napredniju šemu neutralizacije vakuuma.

XK1 - hladnjak-kondenzator; CH1 - čistač-neutralizator; C1, C2 - kolekcije; TsN1, TsN2, TsN3 - centrifugalne pumpe; P1 - gas za pranje; G1 - vodeni pečat; L1 - zamka; B1 - vakuumski isparivač; BD1 - rezervoar neutralizatora; B2 - vakuum pumpa; P2 - mašina za pranje sokova; K1 - površinski kondenzator

Slika 4 - Dijagram neutralizacije vakuuma:

Destilacioni plinovi se usmjeravaju u donji dio neutralizatorskog skrubera 2, koji se navodnjavaju otopinom iz kolektora 3 pomoću cirkulacijske pumpe 4.

Zbirka 3 kroz vodeni zatvarač 6 prima rastvore iz čistača-neutralizatora 2, kao i rastvore nakon sifona vakum isparivača 10 i sokova parnog perača 14.

Kroz rezervoar pod pritiskom (nije prikazan na slici), rastvor azotne kiseline iz gasnog perača 5, navodnjavan kondenzatom pare soka, kontinuirano se dovodi u kolekciju 7. Odavde se rastvori cirkulacionom pumpom 8 dovode do perača 5, nakon čega se vraćaju se u kolekciju 7.

Vrući plinovi nakon perilice 5 se hlade u hladnjaku-kondenzatoru 1 i ispuštaju u atmosferu.

Vruće otopine amonijum nitrata iz vodenog zatvarača 6 usisavaju se vakuum pumpom 13 u vakum isparivač 10, gdje se koncentracija NH4NO3 povećava za nekoliko posto.

Pare soka koje se oslobađaju u vakuumskom isparivaču 10, prošavši kroz sifon 9, podlošku 14 i površinski kondenzator 15, ispuštaju se u atmosferu pomoću vakuum pumpe 13.

Rastvor amonijum nitrata sa zadatom kiselinom se ispušta iz ispusnog voda pumpe 4 u rezervoar neutralizatora. Ovdje se otopina neutralizira plinom amonijaka i pumpa 12 se šalje u stanicu za isparavanje.

3.1. 5 Glavna oprema

ITN neutralizatori. Koristi se nekoliko vrsta neutralizatora, koji se uglavnom razlikuju po veličini i dizajnu uređaja za distribuciju amonijaka i dušične kiseline unutar aparata. Često se koriste uređaji sljedećih veličina: prečnik 2400 mm, visina 7155 mm, staklo - prečnik 1000 mm, visina 5000 mm. Koriste se i uređaji prečnika 2440 mm i visine 6294 mm i uređaji sa kojih je uklonjen prethodno obezbeđen mikser (slika 5).

LK1 - otvor; P1 - police; L1 - linija za uzorkovanje; L2 - izlazna linija rješenja; BC1 - unutrašnje staklo; C1 - eksterna posuda; Š1 - armatura za odvodnjavanje rastvora; P1 - distributer amonijaka; P2 - distributer dušične kiseline

Slika 5 - ITN neutralizator uređaj

U nekim slučajevima, za preradu malih količina plinova koji sadrže amonijak, koriste se ITP uređaji promjera 1700 mm i visine 5000 mm.

Grijač na plin amonijak je aparat sa školjkom i cijevi napravljen od ugljičnog čelika. Prečnik kućišta 400--476 mm, visina 3500--3280 mm. Cijev se često sastoji od 121 cijevi (promjer cijevi 25x3 mm) sa ukupnom površinom prijenosa topline od 28 m2. Plinoviti amonijak ulazi u cijevi, a grijaća para ili vrući kondenzat ulazi u međucijevni prostor.

Ako se za grijanje koristi sokova para iz opreme za grijanje, tada je grijač izrađen od nehrđajućeg čelika 1H18N9T.

Isparivač tekućeg amonijaka je aparat od ugljičnog čelika, u čijem se donjem dijelu nalazi parni kalem, a u sredini je tangencijalni ulaz plinovitog amonijaka.

U većini slučajeva isparivač radi sa svježom parom pri pritisku (višku) od 9 atm. Na dnu isparivača amonijaka nalazi se priključak za periodično čišćenje od nakupljenih zagađivača.

Grijač azotne kiseline je aparat sa školjkom i cijevi prečnika 400 mm i dužine 3890 mm. Prečnik cevi 25x2 mm, dužina 3500 mm; ukupna površina razmjene topline 32 m2. Zagrijavanje se vrši parom soka sa apsolutnim pritiskom od 1,2 atm.

Neutralizator tipa scrubber je vertikalni cilindrični aparat prečnika 1800-2400 mm i visine 4700-5150 mm. Koriste se i uređaji prečnika 2012 mm i visine 9000 mm. Unutar aparata, za ravnomjernu raspodjelu cirkulirajućih otopina po poprečnom presjeku, nalazi se nekoliko perforiranih ploča ili mlaznica od keramičkih prstenova. U gornjem dijelu uređaja opremljenih pločama položen je sloj prstenova dimenzija 50x50x3 mm, koji djeluje kao barijera protiv prskanja otopina.

Brzina gasa u slobodnom delu skrubera prečnika 1700 mm i visine 5150 mm iznosi oko 0,4 m/sec. Navodnjavanje uređaja scruber tipa rastvorima se vrši pomoću centrifugalnih pumpi kapaciteta 175-250 m3/h.

Vakumski isparivač je vertikalni cilindrični uređaj prečnika 1000-1200 mm i visine 5000-3200 mm. Mlaznica su keramički prstenovi dimenzija 50x50x5 mm, položeni u pravilne redove.

Gas za pranje je vertikalni cilindrični aparat od nerđajućeg čelika prečnika 1000 mm i visine 5000 mm. Mlaznica su keramički prstenovi dimenzija 50x50x5 mm.

Mješalica-neutralizator - cilindrični aparat s mješalicom koja se okreće brzinom od 30 o/min. Pogon se izvodi od elektromotora preko mjenjača (slika 6).

Š1 - armatura za ugradnju mjerača nivoa; B1 - ventilacioni otvor; E1 - elektromotor; P1 - mjenjač; VM1 - osovina miksera; L1 - šaht

Slika 6 - Mešalica-neutralizator

Prečnik često korišćenih uređaja je 2800 mm, visina 3200 mm. Rade pod atmosferskim pritiskom, služe za konačnu neutralizaciju rastvora amonijum nitrata i kao međuspremnici za rastvore koji se šalju na isparavanje.

Površinski kondenzator je vertikalni dvoprolazni (kroz vodu) izmjenjivač topline s ljuskom i cijevi dizajniran za kondenzaciju pare soka koja dolazi iz vakuumskog isparivača. Prečnik uređaja 1200 mm, visina 4285 mm; površina prijenosa topline 309 m2. Radi u vakuumu od približno 550-- 600 mm Hg. Art.; ima cijevi: prečnika 25x2 mm, dužine 3500 m, ukupan broj 1150 kom.; težina takvog kondenzatora je oko 7200 kg

U nekim slučajevima, da bi se eliminisale emisije u atmosferu pare soka koja se ispušta tokom isparenja iz isparivača, sifona opreme za grijanje i vodenih zaptivki, ugrađuje se površinski kondenzator sa sljedećim karakteristikama: prečnik tijela 800 mm, visina 4430 mm, ukupan broj cijevi 483 kom., prečnika 25x2, ukupne površine 125 m2.

Vakum pumpe. Koriste se različite vrste pumpi. Pumpa tipa VVN-12 ima kapacitet od 66 m3/h, brzina rotacije osovine je 980 o/min. Pumpa je dizajnirana za stvaranje vakuuma u jedinici za neutralizaciju vakuuma.

Centrifugalne pumpe. Za cirkulaciju rastvora amonijum nitrata u instalaciji za vakuumsku neutralizaciju često se koriste pumpe 7HN-12 kapaciteta 175-250 m3/h. Instalirana snaga elektromotora je 55 kW.

4 . Proračun materijala i energije

Izračunajmo materijalnu i toplinsku ravnotežu procesa. Računam neutralizaciju dušične kiseline plinom amonijaka po 1 toni proizvoda. Početne podatke uzimam iz tabele 2, koristeći metodologiju priručnika , , .

Prihvatamo da će se proces neutralizacije odvijati pod sljedećim uslovima:

Početna temperatura, °C

gas amonijaka................................................ ...................................50

azotna kiselina................................................ ........................................................20

Tabela 2 - Početni podaci

Proračun materijala

1 Za dobijanje 1 tone nitrata reakcijom:

NH3+HNO3=NH4NO3 +Q J (9)

teoretski je potrebna sljedeća količina sirovina (u kg):

amonijak

17 - 80 x = 1000*17/80 = 212,5

x - 1000

azotne kiseline

63 - 80 x = 1000*63/80 = 787,5

x - 1000

Gdje su 17, 63 i 80 molekulske težine amonijaka, dušične kiseline i amonijum nitrata, respektivno.

Praktična potrošnja NH3 i HNO3 je nešto veća od teorijske, jer su tokom procesa neutralizacije neminovni gubici reagensa sa sokovom parom zbog curenja u komunikacijama zbog blagog raspadanja reagujućih komponenti i nitrata itd.

2. Odredite količinu amonijum nitrata u komercijalnom proizvodu: 0,98*1000=980 kg/h

ili

980/80=12,25 kmol/h,

kao i količina vode:

1000-980=20 kg/h

3. Izračunat ću potrošnju dušične kiseline (100%) da dobijem 12,25 kmol/h nitrata. Prema stehiometriji, troši se ista količina (kmol/h) koliko se formira nitrat: 12,25 kmol/h, odnosno 12,25*63=771,75 kg/h

Pošto uvjeti postavljaju potpunu (100%) konverziju kiseline, to će biti isporučena količina.

Proces uključuje razrijeđenu kiselinu - 60%:

771,75/0,6=1286,25 kg/h,

uključujući vodu:

1286,25-771,25=514,5 kg/h

4. Slično, potrošnja amonijaka (100%) za proizvodnju 12,25 kmol/h, ili 12,25*17=208,25 kg/h

U pogledu 25% amonijačne vode, to će biti 208,25/0,25 = 833 kg/h, uključujući vodu 833-208,25 = 624,75 kg/h.

5. Pronaći ću ukupnu količinu vode u neutralizatoru koji se isporučuje s reagensima:

514,5+624,75=1139,25 kg/h

6. Odredimo količinu vodene pare koja nastaje isparavanjem rastvora nitrata (20 kg/h ostaje u komercijalnom proizvodu): 1139,25 - 20 = 1119,25 kg/h.

7. Napravimo tabelu materijalnog bilansa procesa proizvodnje amonijum nitrata.

Tabela 3 - Materijalni bilans procesa neutralizacije

8. Izračunajmo tehnološke pokazatelje.

· teoretski koeficijenti troškova:

za kiselinu - 63/80=0,78 kg/kg

za amonijak - 17/80=0,21 kg/kg

· stvarni omjeri troškova:

za kiselinu - 1286,25/1000=1,28 kg/kg

za amonijak - 833/1000=0,83 kg/kg

Tokom procesa neutralizacije odvijala se samo jedna reakcija, konverzija sirovine je bila jednaka 1 (tj. došlo je do potpune konverzije), gubitaka nije bilo, što znači da je stvarni prinos jednak teoretskom:

Qf/Qt*100=980/980*100=100%

Proračun energije

Dolazak topline. Tokom procesa neutralizacije, unos toplote se sastoji od toplote koju unose amonijak i azotna kiselina, i toplote oslobođene tokom neutralizacije.

1. Toplota koju doprinosi plin amonijak je:

Q1=208,25*2,18*50=22699,25 kJ,

gdje je 208,25 potrošnja amonijaka, kg/h

2.18 - toplotni kapacitet amonijaka, kJ/(kg*°C)

50 - temperatura amonijaka, °C

2. Toplota koju uvodi azotna kiselina:

Q2=771,75*2,76*20=42600,8 kJ,

gdje je 771,25 potrošnja dušične kiseline, kg/h

2,76 - toplotni kapacitet azotne kiseline, kJ/(kg*°C)

20 - temperatura kiseline, °C

3. Toplota neutralizacije se preliminarno izračunava na 1 mol amonijum nitrata formiranog prema jednačini:

HNO3*3,95H2O(tečnost) +NH3(gas) =NH4NO3*3,95H2O(tečnost)

gdje HNO3*3,95H2O odgovara dušičnoj kiselini.

Toplotni efekat Q3 ove reakcije nalazi se iz sljedećih veličina:

a) toplota rastvaranja azotne kiseline u vodi:

HNO3+3,95 H2O=HNO3*3,95H2O (10)

b) toplota stvaranja čvrstog NH4NO3 iz 100% azotne kiseline i 100% amonijaka:

HNO3 (tečnost) + NH3 (gas) = ​​NH4NO3 (čvrsta) (11)

c) toplina rastvaranja amonijum nitrata u vodi, uzimajući u obzir potrošnju toplote reakcije za isparavanje nastale otopine od 52,5% (NH4NO3 *H2O) do 64% (NH4NO3 *2,5H2O)

NH4NO3 +2,5H2O= NH4NO3*2,5H2O, (12)

gdje NH4NO3*4H2O odgovara koncentraciji od 52,5% NH4NO3

Vrijednost NH4NO3*4H2O se izračunava iz omjera

80*47,5/52,5*18=4H2O,

gdje je 80 molarna težina NH4NO3

47,5 - Koncentracija HNO3, %

52,5 - Koncentracija NH4NO3, %

18 - molarna težina H2O

Slično se izračunava i vrijednost NH4NO3*2,5H2O, što odgovara 64% otopini NH4NO3

80*36/64*18=2,5H2O

Prema reakciji (10), toplina rastvaranja q dušične kiseline u vodi iznosi 2594,08 J/mol. Za određivanje toplotnog efekta reakcije (11) potrebno je od toplote stvaranja amonijum nitrata oduzeti zbir toplota stvaranja NH3 (gas) i HNO3 (tečnost).

Toplina stvaranja ovih jedinjenja iz jednostavnih supstanci na 18°C ​​i 1 atm ima sledeće vrednosti (u J/mol):

NH3(gas):46191,36

HNO3 (tečnost): 174472.8

NH4NO3(s):364844.8

Ukupni toplinski učinak kemijskog procesa ovisi samo o toplini stvaranja početnih interakcijskih supstanci i konačnih proizvoda. Iz ovoga slijedi da će toplinski efekat reakcije (11) biti:

q2=364844.8-(46191.36+174472.8)=144180.64 J/mol

Toplota q3 rastvaranja NH4NO3 prema reakciji (12) jednaka je 15606,32 J/mol.

Otapanje NH4NO3 u vodi nastaje apsorpcijom toplote. U tom smislu, toplota rastvora se uzima u energetski bilans sa predznakom minus. Koncentracija otopine NH4NO3 odvija se u skladu s tim s oslobađanjem topline.

Dakle, toplotni efekat Q3 reakcije

HNO3 +*3,95H2O(tečnost)+ NH3(gas) =NH4NO3*2,5H2O(tečnost)+1,45 H2O(para)

bice:

Q3=q1+q2+q3= -25940,08+144180,64-15606,32=102633,52 J/mol

Prilikom proizvodnje 1 tone amonijum nitrata, toplota reakcije neutralizacije će biti:

102633,52*1000/80=1282919 kJ,

gdje je 80 molekulska težina NH4NO3

Iz navedenih proračuna jasno je da će ukupni toplotni dobitak biti: sa amonijakom 22699,25, sa azotnom kiselinom 42600,8, zbog toplote neutralizacije 1282919 i ukupno 1348219,05 kJ.

Potrošnja toplote. Prilikom neutralizacije dušične kiseline amonijakom, dobivenom otopinom amonijevog nitrata iz aparata se uklanja toplina, troši se na isparavanje vode iz ove otopine i gubi u okoliš.

Količina topline koju nosi otopina amonijum nitrata je:

Q=(980+10)*2,55 kip,

gdje je 980 količina rastvora amonijum nitrata, kg

10 - gubici NH3 i HNO3, kg

tboil - temperatura ključanja rastvora amonijum nitrata, °C

Tačka ključanja rastvora amonijum nitrata se određuje pri apsolutnom pritisku u neutralizatoru od 1,15 - 1,2 atm; Ovaj pritisak odgovara temperaturi zasićene vodene pare od 103 °C. pri atmosferskom pritisku, tačka ključanja rastvora NH4NO3 je 115,2 °C. depresija temperature je jednaka:

?t=115,2 - 100=15,2 °C

Izračunajte tačku ključanja 64% otopine NH4NO3

tboil = tsat. para+?t*z =103+15,2*1,03 = 118,7 °S,

Slični dokumenti

Karakteristike proizvedenih proizvoda, sirovina i materijala za proizvodnju. Tehnološki proces proizvodnje amonijum nitrata. Neutralizacija azotne kiseline gasovitim amonijakom i isparavanje do visoko koncentrisane taline.

kurs, dodato 19.01.2016


Automatizacija proizvodnje granuliranog amonijum nitrata. Krugovi za stabilizaciju pritiska u dovodu pare soka i regulaciju temperature kondenzata pare iz barometarskog kondenzatora. Praćenje pritiska u izlaznom vodu do vakuum pumpe.

kurs, dodan 01.09.2014


Amonijum nitrat je uobičajeno i jeftino azotno đubrivo. Pregled postojećih tehnoloških šema za njegovu proizvodnju. Modernizacija proizvodnje amonijum nitrata sa proizvodnjom kompleksnog azotno-fosfatnog đubriva u OJSC Cherepovets Azot.

teze, dodato 22.02.2012


Opisi granulatora za granuliranje i miješanje rasutih materijala, navlaženih prahova i pasta. Proizvodnja kompleksnih đubriva na bazi amonijum nitrata i uree. Jačanje veza između čestica sušenjem, hlađenjem i polimerizacijom.

kurs, dodato 11.03.2015


Namjena, dizajn i funkcionalni dijagram amonijačne rashladne jedinice. Konstrukcija ciklusa u termodinamičkom dijagramu za dati i optimalni režim. Određivanje rashladnog kapaciteta, potrošnje energije i potrošnje energije.

test, dodano 25.12.2013


Suština procesa sušenja i opis njegove tehnološke sheme. Atmosferske sušare sa bubnjevima, njihova struktura i osnovni proračuni. Parametri dimnih gasova koji se dovode u sušaru, automatska kontrola vlažnosti. Transport sredstva za sušenje.

kurs, dodan 24.06.2012


Pregled savremenih metoda za proizvodnju azotne kiseline. Opis tehnološke šeme instalacije, dizajn glavnog aparata i pomoćne opreme. Karakteristike sirovina i gotovih proizvoda, nusproizvoda i proizvodnog otpada.

teza, dodana 01.11.2013


Industrijske metode za proizvodnju razrijeđene dušične kiseline. Katalizatori za oksidaciju amonijaka. Sastav gasne mešavine. Optimalni sadržaj amonijaka u mješavini amonijaka i zraka. Vrste sistema azotne kiseline. Proračun materijalnog i toplotnog bilansa reaktora.

kurs, dodato 14.03.2015


Tehnološki proces, tehnološke norme. Fizičko-hemijska svojstva diamonijum fosfata. Tehnološki sistem. Prijem, distribucija fosforne kiseline. Prva i druga faza neutralizacije fosforne kiseline. Granulacija i sušenje proizvoda.

kurs, dodan 18.12.2008


Karakteristike sirovine i pomoćnih materijala za proizvodnju dušične kiseline. Izbor i opravdanje usvojene proizvodne šeme. Opis tehnološke šeme. Proračuni materijalnih bilansa procesa. Automatizacija tehnološkog procesa.