Производство аммиачной селитры

Размещено на http://www.allbest.ru/

План

Введение

1. Технологический раздел

1.1 Назначение, краткая характеристика проектируемого процесса и обоснование выбора схемы проектируемого процесса

1.2 Характеристика сырья, готовой продукции и вспомогательных материалов

1.3 Теоретические основы процесса

1.4 Проектирование и подробное описание технологической схемы процесса

1.5 Аналитический контроль производства

1.6 Автоматизация технологического производства

2. Расчётный раздел

2.1 Материальный баланс процесса

2.2 Тепловой баланс синтеза

2.3 Выбор и характеристика основного оборудования

3. Охрана труда и окружающей среды

3.1 Охрана труда

3.2 Техника безопасности

3.3 Противопожарная безопасность

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Казахстанское правительство считает развитие агропромышленного комплекса страны одним из приоритетных направлений в своей работе и постоянно увеличивает финансирование, активно поддерживает развитие этой отрасли. Стабильные и высокие урожаи, решение проблемы самообеспеченности отдельных регионов и государства в целом продовольствием определяет важность применения в хозяйствах различных форм собственности достаточных доз удобрений со средствами химической мелиорации (известью, гипсом) и пестицидами. Органические и минеральные удобрения - основа не только обычных, но и интенсивных, и высоких технологий. синтез продукция сырье

Химическая технология - наука о наиболее эффективных и экологически обоснованных методах химической переработки сырых природных материалов в предметы потребления и средства производства. Материальной базой всех химико-технологических процессов являются машины и аппараты химических производств.

Повышение производительности работы аппаратов приводит к повышению эффективности производства. В настоящее время основой химической промышленности являются крупные многотоннажные производства. Одним из крупнейших химических предприятий нашей страны - ТОО "КазАзот" производит и поставляет высококачественные азотсодержащие минеральные удобрения - аммиачную селитру, мочевину, сложные и комплексные удобрения, позволяющие значительно поднять урожайность. Также товарной продукцией ТОО "КазАзот" являются аммиак жидкий технический, неконцентрированная азотная кислота, медицинская закись азота. Аммиачная селитра является одним из самых распространённых и дешёвых азотных удобрений, используемых в сельском хозяйстве. Но из-за склонности к термическому распаду, а также низкой детонационной устойчивости и высокой огне- и взрывоопасности аммиачная селитра в чистом виде запрещена к производству. Актуальной проблемой на сегодняшний день является вопрос реконструкции цехов по производству аммиачной селитры.

В ассортименте азотных удобрений значительное место занимает аммиачная селитра. Производство которой в последние десятилетия увеличилось более чем на 30%.Еще в начале ХХ столетия выдающийся ученый - агрохимик Прянишников Д.Н. назвал аммиачную селитру удобрением будущего. На Украине впервые в мире начали в огромных количествах применять аммиачную селитру в качестве удобрения под все технические культуры (хлопчатник, сахарную и кормовую свеклу, лен, кукурузу), а в последние годы и под овощные культуры. Аммиачная селитра имеет ряд преимуществ перед другими азотными удобрениями. Она содержит 34 - 34,5 % азота и в этом отношении уступает только карбамиду [(NH2)2CO], содержащему 46% азота. Аммиачная селитра NН 3NО 3 является универсальным азотным удобрением, так как одновременно содержит аммиачную группу NН 4 и нитратную группу NО 3 формы азота. Весьма важно, что формы азота аммиачной селитры используется растениями в разное время. Аммонийный азот NН 2, непосредственно участвует в синтезе белка, быстро усваивается растениями в период роста; нитратный азот NО 3 усваивается относительно медленно, поэтому действует более продолжительное время. Аммиачная селитра используется также в промышленности. Она входит в состав большой группы устойчивых в разных условиях аммиачно-селитренных взрывчатых веществ в качестве окислителя, разлагаясь в определенных условиях только на газообразные продукты. Таким взрывчатым веществом представляет собой смесь аммиачной селитры с тринитротолуолом и другими веществами. Аммиачная селитра обработанная гидрокарбонатной пленкой типа Fе(RСОО)3 RСООН, в больших количествах используется для взрывных работ в горнорудной промышленности, при строительстве дорог, гидротехнических и других крупных сооружениях. Небольшое количество аммиачной селитры применяется для производства закиси азота, используемой в медицинской практике.

Наряду с увеличением объема производства аммиачной селитры путем строительства новых и модернизации действующих предприятий поставлена задача улучшить ее качество, т.е. получить готовый продукт со 100% рассыпчатостью. Это может быть достигнуто путем дальнейшего изыскания различных добавок, влияющих на процессы полимерных превращений, а также за счет использования доступных и дешевых ПАВ, обеспечивающих гидрофобизацию поверхности гранул и защищающих ее от воздействия атмосферной влаги - создание медленно действующей аммиачной селитры.

1. Технологический раздел

1.1 Назначение, краткая характеристика проектируемого процесса и обоснование выбора схемы проектируемого процесса

Реконструкция производства аммиачной селитры. Современное сельское хозяйство не может существовать без продукции химической промышленности. Минеральные удобрения ежегодно вносятся на поля, для того чтобы восполнить вымываемые из почвы химические элементы. Удобрения регулируют процессы обмена веществ в растения х, способствуют накоплению белков, жиров, углеводов, витаминов. Единственным же заводом в республике, производящим аммиак и аммиачную селитру, является ТОО "КазАзот" в Мангистауской области.

Именно здесь, опираясь на богатый полувековой опыт и передовые технологии, предприятие производит химическую продукцию, ориентированную на выпуск минеральных удобрений для нужд агропромышленного комплекса и горнодобывающей отрасли. На территории завода имеются производственные цеха по производству аммиака, слабой азотной кислоты и аммиачной селитры, где происходит цепочка превращений исходного сырья в готовую продукцию.

С 2012 года ТОО "КазАзот" является субъектом индустриально-инновационной деятельности и включен в Республиканскую карту индустриализации. 25 декабря 2012 года было запущено производство, после проведенной на предприятии реконструкции и модернизации оборудования по производству жидкого аммиака, слабой азотной кислоты и аммиачной селитры. Благодаря государственной программе индустриализации, устаревшее оборудование заменено новым, которое отвечает высоким требованиям, предъявляемым к современному производству. Это позволило увеличить выпуск удобрений на 50%. Производственные мощности предприятия на сегодняшний день составляют 200 450 тонн аммиака в год, из них товарного аммиака - 36 000 тонн в год и 313 000 тонн аммиачной селитры в год.

На заводе произведена замена 12 теплообменников, что решило вопрос температуры водооборотных циклов и экономии потребления морской воды. В целях обеспечения производства собственным паром была обновлена система сбора и отведения конденсата. Реконструирована печь первичного риформинга, колонна синтеза аммиака. Увеличена производительность продукции за счет загрузки новых катализаторов. Смонтирована и введена в производство уникальная установка скоростных барабанов-грануляторов для производства аммиачной селитры, которая позволит производить готовый продукт в условиях влажности атмосферного воздуха, а также экономить электроэнергию. Данная технология используется только в ТОО "КазАзот" и не имеет аналогов. Разработана она специалистами предприятия с использованием ранее эксплуатируемого оборудования в производстве фосфорных минеральных удобрений.

"Те достижения, которые имеются у предприятия, не должны снижать наши усилия по реальному выходу на мировой уровень, как по качеству, так и по объемам производства. Хотя уже сейчас наша гранулированная аммиачная селитра считается одной из лучших. Следят за этим специалисты испытательного Центра, где работает 63 человека. При помощи современного хроматографического, оптического, весового, потенциометрического и другого необходимого оборудования и приборах можно проводить испытания минеральных удобрений, в том числе, аммиачной селитры на соответствие ГОСТ 2-85,карбамида по ГОСТ 2081-92, аммиака жидкого технического, кислот серной аккумуляторной и концентрированной азотной, масел компрессорных, турбинных, индустриальных, трансформаторных, для холодильных машин и моторных для автотракторных дизелей, газов горючих природных для промышленного и коммунально- бытового назначения", - рассказывает генеральный директор ТОО "КазАзот" Кинис Ураков.

К слову, в начале февраля этого года введено в эксплуатацию новое газоносное месторождение "Шагырлы-Шомышты" в Бейнеуском районе. Добываемый природный газ будет использоваться в качестве основного сырья для производства продукции ТОО "КазАзот", являющегося одним из крупных потребителей углеводородного сырья в регионе.

Работа на месторождении полностью автоматизирована, его "сердцем" является пульт Центрального пункта управления. Для работников месторождения построен вахтовый поселок с комфортными жилыми домами, столовой. Проектная потребность в природном газе для производства и собственных нужд месторождения на 2015 год составляет до 419,3 млн. м 3. По предварительным проектным оценкам общий объём добычи газа может составлять свыше 1 млрд. м 3 в год.

Запуск и эксплуатация существующего газового месторождения позволит ТОО "КазАзот" снизить себестоимость производства аммиака за счет низкой стоимости газа, а также развивать высокотехнологичное производство не сырьевого сектора экономики РК.

Транспортировка газа будет осуществляться по соединительному газопроводу в газотранспортную систему "Средняя Азия - Центр" в точке подключения на 389,5км КС "Бейнеу" и по газопроводу "Окарем-Бейнеу" до города Актау.

В рамках третьего этапа реконструкции и модернизации планируется решить энергетические вопросы посредством строительства газотурбинной установки и перехода к безотходным методам производства.

Более глобальный прорывной проект планируется реализовать на четвертом этапе модернизации. Это строительство нового завода по производству азотных удобрений.

На сегодняшний день вложение инвестиций на сумму более 5,6 млрд. тенге позволило увеличить мощности по выпуску продукции жидкого аммиака с 129 тыс. тонн/год до 200 тыс. тонн/год и аммиачной селитры с 220 тыс. тонн/год до 313 тыс. тонн/год.

ТОО "КазАзот" является экспортоориентированным предприятием и благодаря проведенной модернизации станет конкурентоспособным на мировом рынке минеральных удобрений. При этом продукция экспортируется в такие страны как Россия, Украина, Азербайджан, Кыргызстан, Таджикистан, Молдова, Грузия, Латвия, Литва, Эстония, Финляндия, Польша, Венгрия, Румыния, Болгария, Индия.

"Несмотря на достаточно большую долю экспорта, мы стараемся в первую очередь обеспечить потребности казахстанских потребителей. Таким образом, мы уменьшаем процент импорта селитры и аммиака в Казахстан.. Впереди - расширение линейки выпускаемой продукции, увеличение объемов выпуска, улучшение качества, снижение себестоимости и, как следствие, укрепление позиций ТОО "КазАзот" на рынке", - сообщил Кинис Ураков.

Приоритетным направлением в работе предприятия является реализация экологических проектов, направленных на внедрение инновационных, энергосберегающих и экологически безопасных материалов и технологий при производстве минеральных удобрений.

Технология производства аммиачной селитры. Включает в себя нейтрализацию азотной кислоты газообразным аммиаком с использованием теплоты реакции (145 кДж/моль) для упаривания раствора селитры. После образования раствора, обычно с концентрацией 83 %, лишняя вода выпаривается до состояния расплава, в котором содержание нитрата аммония составляет 95 - 99,5 % в зависимости от сорта готового продукта. Для использования в качестве удобрения расплав гранулируется в распылительных аппаратах, сушится, охлаждается и покрывается составами для предотвращения слёживания. Цвет гранул варьируется от белого до бесцветного. Нитрат аммония для применения в химии обычно обезвоживается, так как он очень гигроскопичен и процентное количество воды в нем (щ(H2O)) получить практически невозможно.

На современных заводах, производящих практически неслеживающуюся аммиачную селитру, горячие гранулы, содержащие 0,4 % влаги и менее, охлаждаются в аппаратах с кипящим слоем. Охлажденные гранулы поступают на упаковку в полиэтиленовые или пятислойные бумажные битумированные мешки. Для придания гранулам большей прочности, обеспечивающей возможность бестарных перевозок, и сохранения стабильности кристаллической модификации при более длительном сроке хранения в аммиачную селитру вносят такие добавки, как магнезит, полуводный сульфат кальция, продукты разложении сульфатного сырья азотной кислотой и другие (обычно не более 0,5% по массе). В производстве аммиачной селитры используют азотную кислоту с концентрацией более 45% (45-58%), содержание окислов азота не должно превышать 0,1%. В производстве аммиачной селитры могут быть использованы также отходы аммиачного производства, например аммиачная вода и танковые и продувочные газы, отводимые из хранилищ жидкого аммиака и получаемые при продувках систем синтеза аммиака. Кроме того, в производстве аммиачной селитры используются также газы дистилляции с производства карбамида. При рациональном использовании выделяющегося тепла нейтрализации можно получить за счет испарения воды концентрированные растворы и даже плав аммиачной селитры. В соответствии с этим различают схемы с получением раствора аммиачной селитры с последующим выпариванием его (многостадийный процесс) и с получением плава (одностадийный или безупарочный процесс).

Возможны следующие принципиально различные схемы получения аммиачной селитры с использованием тепла нейтрализации:

· - установки, работающие при атмосферном давлении (избыточное давление сокового пара 0,15-0,2 ат);

· - установки с вакуум-испарителем;

· - установки, работающие под давлением, с однократным использованием тепла сокового пара;

· - установки, работающие под давлением, с двукратным использованием тепла сокового пара (получение концентрированного плава).

В промышленной практике нашли широкое применение как наиболее эффективные установки, работающие при атмосферном давлении, с использованием тепла нейтрализации и частично установки с вакуум-испарителем.

Получение аммиачной селитры по этому методу состоит из следующих основных стадий:

1.получение раствора аммиачной селитры нейтрализацией азотной кислоты аммиаком;

2.выпаривание раствора аммиачной селитры до состояния плава;

3.кристаллизация соли из плава;

4.сушка и охлаждение соли;

5.упаковка.

Процесс нейтрализации осуществляют в нейтрализаторе, позволяющем использовать тепло реакции для частичного выпаривания раствора - ИТН. Он предназначен для получения раствора аммиачной селитры путём нейтрализации 58 - 60 % азотной кислоты газообразным аммиаком с использованием тепла реакции для частичного выпаривания воды из раствора под атмосферным давлением по реакции:

NH3 + HNO3 = NH4NO3 + Qккал

Безопасность процесса нейтрализации обеспечивается автоматическими блокировками, прекращающими подачу сырья в аппараты ИТН при нарушениях соотношения расходов азотной кислоты и газообразного аммиака или при росте температуры в реакционной зоне выше 180 0С; в последнем случае в ИТН автоматически подаётся конденсат водяного пара.

Подогреватель азотной кислоты предназначен для подогрева 58 - 60 % азотной кислоты от температуры, при которой он хранится на складе, до температуры 80 - 90 0С за счёт тепла сокового пара из аппарата ИТН. Водогреватель газообразного аммиака предназначен для нагрева аммиака до 120 - 180 С. Донейтрализатор предназначен для донейтрализации аммиаком избыточной кислотности раствора аммиачной селитры, непрерывно поступающего из аппарата ИТН, и вводимых в качестве добавки серной и фосфорной кислот. Высококонцентрированный плав получают в выпарном аппарате в одну ступень под атмосферным давлением. Промывное и фильтрующее оборудование необходимо для отмывки пыли аммиачной селитры, уносимой воздухом из башни, аэрозольных частиц аммиачной селитры из паро-воздушной смеси выпарного аппарата, воздуха из башен, сокового пара из аппаратов ИТН, а также аммиака из этих потоков.

Грануляционная башня она состоит из трёх частей: верхняя часть - с потолком и переходником к промывному скрубберу; средняя часть - собственно корпус; нижняя часть - с приёмным конусом. Продукт выгружается на реверсивный конвейер через прямоугольную щель в нижнем корпусе. Аппарат для охлаждения гранул в кипящем слое предназначен для охлаждения гранул выходящих из грануляционной башни от 110 - 120 до 40 - 450С.Под псевдоожижением понимается процесс перехода слоя зернистого материала в "текучее" состояние под действием потока ожижающего агента - воздуха. Если под слой гранул с определённой скоростью подавать воздух, гранулы начинают интенсивно перемещаться относительно друг друга и слой их намного увеличивается в объеме. По достижении определённой скорости наиболее мелкие гранулы начинают покидать границы слоя и уносятся потоком воздуха. Такое явление происходит, если давление потока воздуха превышает силу тяжести гранул. Сопротивление слоя материалов почти не зависит от скорости газа и равно весу материала, приходящегося на единицу площади. Кипящий слой гранул приобретает свойства, присущие капельной жидкости. Температура всего объёма кипящего слоя гранул, как и любой кипящей жидкости, практически одинакова. Современные крупнотоннажные агрегаты химических производств имеют ряд специфических особенностей, которые следует учитывать при разработке систем автоматизации таких объектов:

· - последовательная технологическая структура с жёсткими связями между отдельными стадиями процесса при отсутствии промежуточных ёмкостей;

· - большая производительность отдельных аппаратов, рассчитанная на полную

· мощность агрегата;

· - территориальная рассредоточенность рабочих мест аппаратчиков.

Большая мощность и последовательная структура агрегата задают повышенные требования к надёжности контроля, регулирования и защиты, так как выход из строя отдельного элемента зачастую приводит к полной остановке агрегата и, как следствие, к большим экономическим потерям.

1.2 Характеристика сырья, готовой продукции и вспомогательных материалов

Для производства аммиачной селитры применяется 100%-ный аммиак и разбавленная азотная кислота НNО 3 концентрацией 55 - 56%.

Аммиак NН 3 - бесцветный газ с резким специфическим запахом. Аммиак (нитрид водорода) - химическое соединение с формулой NH3, при нормальных условиях - бесцветный газ с резким характерным запахом (запах нашатырного спирта и мочи). Плотность аммиака почти вдвое меньше, чем у воздуха, ПДК р.з. 20 мг/м 3 - IV класс опасности (малоопасные вещества) по ГОСТ 12.1.007. Растворимость NH3 в воде чрезвычайно велика - около 1200 объёмов (при 0 °C) или 700 объёмов (при 20 °C) в объёме воды. 17 - молекулярная масса. Молекула аммиака имеет форму тригональной пирамиды с атомом азота в вершине. Три неспаренных p-электрона атома азота участвуют в образовании полярных ковалентных связей с 1s-электронами трёх атомов водорода (связи N?H), четвёртая пара внешних электронов является неподелённой, она может образовать ковалентную связь по донорно-акцепторному механизму с ионом водорода, образуя ион аммония NH4+. Благодаря тому, что не связывающее двухэлектронное облако строго ориентировано в пространстве, молекула аммиака обладает высокой полярностью, что приводит к его хорошей растворимости в воде.

В жидком аммиаке молекулы связаны между собой водородными связями. Сравнение физических свойств жидкого аммиака с водой показывает, что аммиак имеет более низкие температуры кипения (tкип ?33,35 °C) и плавления (tпл ?77,70 °C), а также более низкую плотность, вязкость (вязкость жидкого аммиака в 7 раз меньше вязкости воды), проводимость и диэлектрическую проницаемость. Это в некоторой степени объясняется тем, что прочность этих связей в жидком аммиаке существенно ниже, чем у воды, а также тем, что в молекуле аммиака имеется лишь одна пара неподелённых электронов, в отличие от двух пар в молекуле воды, что не даёт возможность образовывать разветвлённую сеть водородных связей между несколькими молекулами. Аммиак легко переходит в бесцветную жидкость с плотностью 681,4 кг/мі, сильно преломляющую свет. Подобно воде, жидкий аммиак сильно ассоциирован, главным образом за счёт образования водородных связей. Жидкий аммиак практически не проводит электрический ток. Жидкий аммиак - хороший растворитель для очень большого числа органических, а также для многих неорганических соединений. Твёрдый аммиак - бесцветные кубические кристаллы.

Аммиак при обычных условиях - газ с резким и неприятным запахом. Аммиак ядовит! При 20 0C в воде растворяется 700 л аммиака. Полученный раствор называют аммиачной водой. Из-за такой растворимости аммиак нельзя собирать и хранить над водой.

Химические свойства. Аммиак - активный восстановитель. Такое свойство у него за счёт атомов азота, имеющих степень окисления "-3". Восстановительные свойства азота наблюдаются при горении аммиака на воздухе. Так как для азота наиболее устойчивая степень окисления - 0, то в результате этой реакции выделяется свободный азот.

Если в реакции горения использовать катализаторы (платину Pt и оксид хрома Cr2O3), то получают оксид азота.

4NH3 + 5 O2 > 4NO + 6H2O

Аммиак может восстанавливать металлы из их оксидов. Так реакцию с оксидом меди используют для получения азота.

2NH3 + 3CuO > 3Cu + N2 + 3H2O

Аммиак обладает свойствами оснований и щелочей. При растворении его в воде образуется ион аммония и гидроксид-ион. При этом соединения NH4OH - не существует! Поэтому формулу аммиачной воды лучше записать, как формулу аммиака!

Основные свойства аммиака проявляются также и в реакциях с кислотами.

NH3 + HCl > NH4Cl (нашатырь)

NH3 + HNO3 > NH4NO3 (аммиачная селитра)

Аммиак реагирует с органическими веществами. Например, искусственные аминокислоты получают с помощью реакции аммиака и A-хлорзамещёнными карбоновыми кислотами. Выделяющийся в результате реакции хлороводород (газ HCl) связывают с избытком аммиака, в результате которого образуется нашатырь (или хлорид аммония NH4Cl).

Многие комплексные соединения содержат в качестве лиганда аммиак. Аммиачный раствор оксида серебра, который используется для обнаружения альдегидов, представляет собой комплексное соединение - гидроксиддиаммин серебра.

Ag2O + 4NH3 + H2O >2[Ag(NH3)2]OH

Применение аммиака и его солей основано на специфических свойствах. Аммиак служит сырьём для производства азотосодержащих веществ, а также в составе солей широко применяется в качестве минеральных удобрений. Водный раствор аммиака можно купить в аптеках под названием нашатырный спирт.

Азотная кислота (HNO3) - одна из сильных одноосновных кислот с резким удушливым запахом, чувствительна к свету и при ярком освещении разлагается на один из оксидов азота (ещё называемый бурым газом - NO2) и воду. Поэтому её желательно хранить в тёмных ёмкостях. В концентрированном состоянии она не растворяет алюминий и железо, поэтому можно хранить в соответствующих металлических ёмкостях. Азотная кислота - является сильными электролитом как многие кислоты) и очень сильный окислитель. Её часто используют при реакциях с органическими веществами.

Безводная азотная кислота - бесцветная летучая жидкость (t кип=83 °С; из-за летучести безводную азотную кислоту называют "дымящей") с резким запахом. Азотная кислота как и озон может образовываться в атмосфере при вспышках молнии. Азот, который составляет 78% состава атмосферного воздуха, реагирует с атмосферным кислородом, образуя оксид азота NO. При дальнейшем окислении на воздухе этот оксид переходит в диоксид азота (бурый газ NO2), который реагирует с атмосферной влагой (облаками и туманом), образуя азотную кислоту. Но такое малое количество совершенно безвредно для экологии земли и живых организмов. Один объем азотной и три объема соляной кислоты образуют соединение, называемое "царской водкой". Она способна растворять металлы (платину и золото), нерастворимые в обычных кислотах. При внесении в эту смесь бумаги, соломы, хлопка, произойдёт энергичное окисление, даже воспламенение.

При кипячении она раскладывается на составляющие компоненты (химическая реакция разложения):

HNO3 = 2NO2 +O2 + 2H2O -

выделяется бурый газ (NO2), кислород и вода.

Cвойства азотной кислоты:

Cвойства азотной кислоты могут быть разнообразными даже при реакциях с одним тем же веществом. Они напрямую зависят от концентрации азотной кислоты. Рассмотрим варианты химических реакций.

- азотная кислота концентрированная: С металлами железом (Fe), хромом (Cr), алюминием (Al), золотом (Au), платиной (Pt), иридием (Ir), натрием (Na) - не взаимодействует по причине образования на их поверхности защитной плёнки, которая не позволяет дальше окисляться металлу. Со всеми остальными металлами при химической реакции выделяется бурый газ (NO2). Например, при химической реакции с медью (Cu):

4HNO3 конц. + Cu = Cu(NO3)2 + 2NO2 + H2O

С неметаллами, например с фосфором:

5HNO3 конц. + P = H3PO4 + 5NO2 + H2O

- Азотная кислота разбавленная:

При взаимодействии с щелочно-земельными металлами, а также цинком (Zn), железом (Fe), она окисляется до аммиака (NH3) или же до аммиачной селитры (NH4NO3). Например при реакции с магнием (Mg):

10HNO3 разбавл. + 4Zn = 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O

Но может также и образовываться закись азота (N2O), например, при реакции с магнием (Mg):

10HNO3 разбавл. + 4Mg = 4Mg(NO3)2 + N2O + 3H2O

С остальными металлами реагирует с образованием оксида азота (NO), например, растворяет серебро (Ag):

2HNO3 разбавл. + Ag = AgNO3 + NO + H2O

Аналогично реагирует с неметаллами, например с серой:

2HNO3 разбавл. + S = H2SO4 + 2NO -

окисление серы до образования серной кислоты и выделения газа оксида азота.

- химическая реакция с оксидами металлов, например, оксид кальция:

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

образуется соль (нитрат кальция) и вода

- химическая реакция с гидроксидами (или основаниями), например, с гашеной известью

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

образуется соль (нитрат кальция) и вода - реакция нейтрализации

- химическая реакция с солями, например с мелом:

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

образуется соль (нитрат кальция) и другая кислота (в данном случае образуется угольная кислота, которая распадается на воду и углекислый газ).

Кондиционирующие добавки, улучшающие качество продукта. Специфические физико-химические свойства аммиачной селитры, такие как полиморфные превращения, протекающие при кристаллизации ее плавов или при нагреве и охлаждении кристаллов этой соли, а также их гигроскопичность, весьма затрудняют получение гранулированного продукта, удовлетворяющего требованиям потребителей. Для получения такого продукта приходилось прибегать к применению различного рода добавок, вводимых в аммиачную селитру.

Основным назначением добавок является уменьшение отрицательного влияния процесса полиморфных превращений, протекающих в кристаллах аммиачной селитры с заметным изменением их объема. Несмотря на многочисленность и многообразие таких добавок, их можно подразделить на следующие основные группы[

Добавки, связывающие свободную влагу:

Нитрат магния Мg(NO3)2 (магнезиальная добавка). Он хорошо растворим в воде и в растворах аммиачной селитры. В безводном состоянии может присоединять шесть молекул воды, образуя гексагидрат нитрата магния. Одна массовая часть безводного нитрата магния может связать около 0,7 массовых частей воды. В технологическом процессе производства аммиачной селитры нитрат магния используют в виде водного раствора, который вводят в раствор аммиачной селитры, поступающий на гранулирование. Находящийся в растворе аммиачной селитры нитрат магния постепенно обезвоживается в процессе получения высококонцентрированного плава аммиачной селитры.

Гранулированная селитра с магнезиальной добавкой обладает очень хорошими физико-химическими свойствами. Упакованная в полиэтиленовые мешки, она в течение длительного времени (более шести месяцев) сохраняет сыпучесть; она пригодна для бестарной перевозки в вагонах; может также храниться насыпью в обычных закрытых складах. В обычных бумажных мешках, не обеспечивающих достаточной герметизации, аммиачная селитра с этой добавкой при длительном хранении может при неблагоприятных условиях сильно увлажняться и рекристаллизоваться [10].

Доломитная добавка (ДЛМ), получаемая разложением азотной кислотой доломитов, содержащих 32-33% карбоната кальция и 16-19% карбоната магния и 43-44% диоксида углерода. Получаемый при этом раствор содержит нитрат магния и нитрат кальция, причем с большим преобладанием нитрата кальция. Необходимый эффект по уменьшению слеживаемости аммиачной селитры эта добавка дает при меньшем содержании влаги в готовом продукте. При хранении на складах селитры с добавкой ДЛМ в бумажных мешках она сильно рекресталлизуется, превращаясь в сыпучую кристаллическую массу.

Добавки, влияющие на процесс полиморфных превращений:

Сульфатная добавка представляет собой сульфат аммония, вводимый в раствор аммиачной селитры. Для этого в раствор аммиачной селитры, поступающей после аппаратов ИТН на донейтрализацию, при помощи дозирующих насосов вводят соответствующее количество серной кислоты и газообразного аммиака.

Добавление к раствору аммиачной селитры небольшого количества сульфата аммония практически устраняется пыление в грануляционной башне. Причем при использовании грануляторов существующих типов обеспечивается получение гранулированного продукта, содержание мелких (менее 1мм) гранул в котором соответствует требованиям ГОСТ 2-85. Изменение содержания сульфата аммония в аммиачной селитре от 0,3 до 1,0% при содержании влаги в продукте 0,3 до 0,4% не оказывает существенного влияния на физические свойства продукта. Поэтому на отечественных предприятиях, выпускающих аммиачную селитру с сульфатной добавкой, принята норма расхода сульфата аммония 4 кг на 1т готового продукта.

При содержании этой добавки 0,17 до 0,83% предельная концентрация влаги для стабилизации перехода II®IV возрастает с 0,06 - 0,08% до 0,15%.

Константа скорости превращения IV®III селитры с сульфатной добавкой (0,27%) почти в десять раз меньше, чем для чистой селитры. Присутствие сульфатной добавки существенно повышает также дисперсность кристаллической структуры в пределах изменения добавки от 0,45 до 0,85%. Гигроскопичность продукта с указанным содержанием сульфатной добавки практически не отличается от гигроскопичности чистой селитры.

Несмотря на то, что применение сульфатной добавки улучшает технологию производства гранулированной аммиачной селитры и физико-химические свойства продукта, ее нельзя признать наиболее эффективной. Существенным недостатком этой добавки является то, что она в применяемых количествах (0,4%) не предотвращает разрушения гранул селитры в результате модификационных превращений, происходящих при переменном изменении температуры. При длительном хранении в неблагоприятных условиях такая устойчивость гранул недостаточна, так как их прочность может значительно понизиться, и качество продукта не будет соответствовать требованиям потребителей.

Также для сохранения 100% сыпучести товарной селитры с сульфатной добавкой обязательным условием является обработка гранул ПАВ.

Фосфатно-сульфатная добавка состоит из фосфатов аммония и сульфата аммония, вводимых в раствор аммиачной селитры в виде растворов этих солей, или в виде фосфатной и серной кислот, нейтрализуемых затем газообразным аммиаком до рН раствора 5,5-6,8. Гранулы аммиачной селитры, содержащие добавку, обладают значительно большей стойкостью к воздействию переменной температуры, чем гранулы самой селитры. Эта добавка замедляет разложение плава аммиачной селитры и повышение его кислотности.

Фосфатно-сульфатно-боратная добавка ("Пермален-34") отличается от фосфатно-сульфатной тем, что кроме фосфата и сульфата аммония содержит орто-борную кислоту. Эти компоненты вводят в раствор аммиачной селитры в виде водных растворов ортоборной кислоты, чистого диаммоний фосфата и технического сульфата аммония. Гранулы аммиачной селитры практически не разрушаются от температурных колебаний.

Добавки, образующие центры кристаллизации:

Внесение твердых нерастворимых примесей в плав аммиачной селитры способствует образованию гранул с мелкокристаллической структурой, обладающих высокой плотностью и прочностью. К добавкам такого типа относится в первую очередь тонкоизмельченный сухой порошок бентонитовой глины.

Добавка 2% бентонита к плаву аммиачной селитры стабилизирует полиморфный переход II®IV до содержания влаги в продукте 0,4%, но не влияет на скорость влагопоглощения.

Эффективность этой добавки была проверена в нашей стране в одном из цехов по производству аммиачной селитры. В плав селитры, содержащей 0,4% влаги, вводили 2% порошка бентонита с размером частиц менее 0,04% мм и влажностью не более 2%.

Полученный продукт обладал лучшими физическими свойствами, чем селитра без добавки, содержащая 0,15% влаги. После длительного хранения в запаянных полиэтиленовых мешках на обычном складе селитра с добавкой бентонита сохранила сыпучесть и высокую прочность гранул, в то время как гранулы селитры без добавки в тех же условиях заметно слежались и имели меньшую прочность.

Веществами, способствующими образованию центров кристаллизации плава нитрата аммония, могут также служить вермикулит, кизельгур, перлит, аэросил, каолин. Как правило, в случае применения добавок, образующих центры кристаллизации плава, повышается прочность гранул, не оказывая решающего влияния на уменьшение их слеживаемости. В то же время операция приготовления ввода в плав таких добавок существенно усложняет технологическую схему производства гранулированной аммиачной селитры, так как в этом случае приходится, как правило, оперировать с сухими, пылящими материалами. Транспортирование, складирование, хранение и дозирование их в плав аммиачной селитры гораздо сложнее, чем жидких добавок.

Кроме того, присутствие в поступающем на грануляцию плаве аммиачной селитры нерастворимых частиц усложняет работу статических грануляторов. В этом случае необходима тщательная фильтрация плава для отделения частиц добавки, недопустимых по размеру для данного типа гранулятора. Тем не мене добавки такого типа могут оказаться перспективными, если возникает необходимость значительного увеличения прочности гранул аммиачной селитры.

Из анализа приведенных выше сведений вытекают преимущества производства САФУ:

очень хорошие физико-химические свойства;

сохранение сыпучести в течение длительного времени;

применение этой добавки облегчает технологическую схему производства;

повышение качества готового продукта.

1.3 Теоретические основы процесса

Аммиачная селитра (NH4NO3, другие названия - нитрат аммония, азотнокислый аммоний, аммонийная соль азотной кислоты). Основное действующее вещество - азот. Его содержится в составе удобрения от 26% (низкие сорта), до 34,4% (высшие сорта). Вторым макроэлементом классической аммиачной селитры является сера, которой в составе этого агрохимиката содержится от 3 до 14%.

Нитрат аммония, наравне с карбамидом (мочевиной) - идеальная подкормка для весеннего использования. На старте своего развития растения не стесняются потреблять азот в огромных дозах, а в тандеме с серой этот элемент особенно хорошо, и быстро усваивается. Это свойство объясняет ее присутствие в составе агрохимиката, ведь сама по себе сера - не самое питательное вещество для растительных организмов. Физиологически это кислое удобрение, которое, в тоже время, не подкисляет почву с нормальной рН реакцией. Но если применять нитрат аммония на кислых почвах, то параллельно необходимо вносить карбонат кальция, в пропорции 0,75 г на 1 г селитры. Аммиачная селитра нужна, в первую очередь, для активного насыщения растений азотом. Это ее главная задача, которую помогают решать дополнительно включенные в состав макро- и микроэлементы.

Виды аммиачной селитры. Почти всегда это удобрение выпускается с применением добавок различных элементов. Наличие такого большого ассортимента объясняется широкой географией применения аммиачной селитры, и попыткой подстроиться под потребности сельского хозяйства различных климатических зон.

1. Аммиачная простая. Это вид был разработан самым первым. Основная идея, положенная в его основу - обеспечить сельскохозяйственным культурам мощное питание азотом. Применение аммиачной селитры в агропромышленных комплексах разных стран многократно подтвердило ее высокую эффективность как оптимального стартового удобрения для большинства культивируемых в средней полосе растений. Этим видом селитры можно равновесно заменять другую популярную минеральную подкормку - карбамид (мочевину).

2. Аммиачная, марка Б. Делится на сорта, первый и второй. Отлично подходит для того, чтобы применять и хранить в домашних условиях. Продается в магазинах для садоводов, и имеет удобную расфасовку, от 1 кг. Для чего она может понадобиться дома? Для цветов, болеющих после проведенной на подоконнике зимы, для первичной подкормки рассады, которой, в условиях короткого светового дня, жизненно необходим азот.

3. Аммиачно-калийная (K2NO3). В народе ее называют "индийской селитрой". Этот вид особенно эффектен для ранней весенней подкормки плодовых деревьев. Также идеально подходит он для предпосевного внесения, и последующих подкормок для помидор, ведь калий улучшает вкусовые качества плодов.

4. Известково-аммиачная (норвежская селитра). Бывает простая и гранулированная. Содержит кальций. Ее производство регламентируется ТУ 2181-001-77381580-2006. В состав этого агрохимиката, кроме основного, входят дополнительные вещества - калий, кальций и магний.

Известково-аммиачная селитра характеризуется высокой прочностью гранул, не слеживается при хранении. Настораживает то, что она обрабатывается мазутом, а эта фракция живет в почве очень долго, нанося ей довольно ощутимый вред. Известково-аммиачная марка используется, чтобы удобрять почти все культуры. Не повышает кислотность почв, хорошо усваивается. Основным плюсом является безопасность - известково-аммиачная селитра не взрывается, и поэтому возможна ее перевозка любыми видами транспорта.

5. Магний азотнокислый-водный (магниевая селитра). Формула этого вещества выглядит так: Mg(NO3)2 - H2O. Используется для овощных и бобовых культур в качестве дополнительного источника магния.

6. Кальциевая. Выпускается как в сухом, так и в жидком виде, который не надо разводить. Называется "Раствор аммонизированный нитрата кальция".

7. Пористая аммиачная селитра (ТУ 2143-635-00209023-99). А вот этот вид никогда не был удобрением, и представляет большую опасность. Его изначально применяли только для создания взрывчатых веществ.

Применение против болезней растений. Почему нитрат аммония получил такое широкое распространение в промышленном земледелии? Он не только питает почвы необходимыми макроэлементами, но и защищает растения от массы заболеваний, укрепляя их иммунитет. Особенно это свойство актуально при усиленной эксплуатации земли или выращивания на одном участке ежегодно культур из одного класса (несоблюдение севооборота). Например, под картошку на небольших дачных участках очень многие садоводы каждый год выделяют один и тот же кусок земли. А потом удивляются, почему начинают гнить клубни, еще находящиеся в почве. Многим знакома эта проблема - подкапываешь внешне здоровый куст, а картофелины наполовину сгнили и плохо пахнут.

Продолжительное бессменное возделывание этой культуры на одном месте приводит к накоплению в верхних слоях грунта патогенных грибов в огромных количествах. Урожай снижается. Для оздоровления почвы ее обрабатывают различными обеззараживающими веществами (доступнее всего - раствор марганцовки), и вносят под весеннюю вспашку аммиачную селитру, которая помогает укрепить иммунитет растения с появления самых первых листочков. Физиологически здоровые культуры лишают грибки "дома", организм отторгает чужеродные микроспоры.

Производство, формула. Чтобы сделать аммиачную селитру, используют аммиак и концентрированную азотную кислоту. Формула выглядит так:

NH3+HNO3>NH4NO3+Q

Изотермическая реакция протекает с большим объемом выделяемого тепла. Лишнюю воду выпаривают, и процесс получения вещества завершается его сушкой. На этапе производства аммиачную селитру обогащают различными элементами - кальцием, калием, магнием, для получения разных сортов. В принципе, процесс получения этого вещества достаточно прост, настолько, что сделать это удобрение можно даже дома. Но это совершенно нецелесообразно, так как гораздо дешевле ее купить, цена невысока.

Хранение. Так как основным элементом нитрата аммония является азот, то при неправильном хранении он может улетучиться, заметно ослабив питательные свойства этого агрохимиката. При изменении температурного режима удобрение перекристаллизуется, образуя труднорастворимые гранулы. Поэтому при хранении необходимо ограждать его от резких температурных скачков.

1.4 Проектирование и подробное описание технологической схемы процесса

В агрегате АС-72 компоновка основного технологического оборудования нейтрализации и упаривания растворов размещено на отметке ±0,00 в открытой металлической этажерке. В верхней части грануляционной башни размещены промывной скруббер, вентиляторы и грануляторы. Вместо железобетонной, футерованной кислотоупорным кирпичом башни применена облегченная металлическая башня с несущими металлоконструкциями заводского изготовления. Принятые решения удешевили и сократили сроки строительства агрегата, упростили эксплуатацию и ремонт оборудования.

Такая компоновка оборудования стала возможной в результате применения специальных насосов для перекачивания плава на высоту примерно 70 м. Практика эксплуатации показала, что насосы надежны в работе, а система автоматического контроля и регулирования обеспечивает безопасность их эксплуатации. Для повышения качества аммиачной селитры в агрегате АС-72 было предусмотрено применение сульфатно-фосфатной добавки, улучшена конструкция грануляторов, установлен трехсекционный выносной аппарат КС для охлаждения гранулированной селитры. Обработку гранул диспергатором НФ проводят в аппарате улучшенной конструкции.

Процесс производства аммиачной селитры состоит из следующих основных стадий:

1.Нейтрализация азотной кислоты газообразным аммиаком;

2.Упаривание растворов аммиачной селитры до состояния плава;

3.Кристаллизация соли из плава;

4.Сушка или охлаждение соли;

5.Упаковка.

Для получения почти неслеживающейся аммиачной селитры применяют ряд технологических приемов. В основе процесса производства аммиачной селитры лежит гетерогенная реакция взаимодействия газообразного аммиака с раствором азотной кислоты:

NH3 + HNO3 = NH4NO3+Q

Тепловой эффект реакции при взаимодействии 100%-ных исходных веществ составляет 35,46 ккал/моль.

Химическая реакция протекает с большой скоростью; в промышленном реакторе она лимитируется растворением газа в жидкости. Для уменьшения диффузионного торможения большое значение имеет перемешивание реагентов. Интенсивные условия проведения процесса в значительной мере могут быть обеспечены при разработке конструкции аппарата. Реакцию (1) проводят в непрерывно действующем аппарате ИТН (использование теплоты нейтрализации)



Реактор представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат, состоящий из реакционной и сепарационной зон. В реакционной зоне имеется стакан 1, в нижней части которого расположены отверстия для циркуляции раствора. Несколько выше отверстий внутри стакана размещен барботер 2 для подачи газообразного аммиака, над ним - барботер 3 для подачи азотной кислоты. Реакционная парожидкостная смесь выходит из верхней части реакционного стакана; часть раствора выводится из аппарата ИТН и поступает в донейтрализатор, а остальная часть (циркуляционная) вновь идет вниз. Выделившиеся из парожидкостной смеси соковый пар отмывается на колпачковых тарелках 6 от брызг раствора аммиачной селитры и паров азотной кислоты 20 %-ным раствором селитры, а затем конденсатом сокового пара.

Теплота реакции (1) используется для частичного испарения воды из реакционной смеси (отсюда и название аппарата - ИТН). Разница в температурах в разных частях аппарата приводит к более интенсивной циркуляции реакционной смеси.

Технологический процесс производства аммиачной селитры включает, кроме стадий нейтрализации азотной кислоты аммиаком, также стадии упаривания раствора селитры, гранулирования плава, охлаждения гранул, обработка гранул поверхностно-активными веществами, упаковки, хранения и погрузки селитры, очистка газовых выбросов и сточных вод.

Схема современного крупнотоннажного агрегата по производству аммиачной селитры АС-72 мощностью 1360 т/сут. Исходная 58-60%-ная азотная кислота подогревается в подогревателе 1 до 70-80 0С соковым паром из аппарата ИТН 3 и подается на нейтрализацию. Перед аппаратами 3 к азотной кислоте добавляют фосфорную и серную кислоты в таких количествах, чтобы в готовом продукте содержалось 0,3-0,5% Р 2О 5 и 0,05-0,2% сульфата аммония.

В агрегате установлено два аппарата ИТН, работающие параллельно. Кроме азотной кислоты в них подают газообразный аммиак, предварительно нагретый в подогревателе 2 паровым конденсатом до 120-130?С. Количества подаваемых азотной кислоты и аммиака регулируют таким образом, чтобы на выходе из аппарата ИТН раствор имел небольшой избыток кислоты (2-5 г/л), обеспечивающий полноту поглощения аммиака.

В нижней части аппарата происходит реакция нейтрализации при температуре 155-170 0С; при этом получается концентрированный раствор, содержащий 91-92% NH4NO3. В верхней части аппарата водяные пары (так называемый соковый пар) отмываются от брызг аммиачной селитры и паров азотной кислоты. Часть теплоты сокового пара используется на подогрев азотной кислоты. Затем соковый пар направляют на очистку и выбрасывают в атмосферу. Выходящий из нейтрализатора раствор аммиачной селитры имеет слабокислую или слабощелочную реакцию. Кислый раствор аммиачной селитры направляют в донейтрализатор 4; куда поступает аммиак, необходимый для взаимодействия с оставшейся азотной кислотой. Затем раствор подают в выпарной аппарат 5. Полученный плав, содержащий 99,7-99,8% селитры, при 175 0 С проходит фильтр 21 и центробежным погружным насосом 20 подается в напорный бак 6, а затем в прямоугольную металлическую грануляционную башню 16.

В верхней части башни расположены грануляторы 7 и 8, в нижнюю часть которых подают воздух, охлаждающий падающие сверху капли селитры. Во время падения капель селитры с высоты 50-55 м при обтекании их потоком воздуха образуются гранулы удобрения. Температура гранулы на выходе из башни равна 90-1100 0С; горячие гранулы охлаждают в аппарате кипящего слоя 15. Это прямоугольный аппарат, имеющий три секции и снабженный решеткой с отверстиями. Под решетку вентиляторами подают воздух; при этом создается псевдоожиженный слой гранул селитры, поступающих по транспортеру из грануляционной башни. Воздух после охлаждения попадает в грануляционную башню. Гранулы аммиачной селитры транспортером 14 подают на обработку поверхностно-активными веществами во вращающийся барабан 11. Затем готовое удобрение транспортером 12 направляют на упаковку. Воздух, выходящий из грануляционной башни, загрязнен частицами аммиачной селитры, а соковый пар из нейтрализатора и паровоздушная смесь из выпарного аппарата содержат непрореагировавший аммиак и азотную кислоту, а также частицы унесенной аммиачной селитры. Для этих потоков в верхней башни грануляционной башни расположены шесть параллельно работающих промывных скрубберов тарельчатого типа 10, орошаемых 20-30%-ным раствором аммиачной селитры, которая подается насосом 18 из сборника 17. Часть этого раствора отводится в нейтрализатор ИТН для промывки сокового пара, а затем подмешивается к аммиачной селитры, и, следовательно, используется для выработки продукции. Очищенный воздух отсасывается из грануляционной башни вентилятором 9 и выбрасывается в атмосферу.

1.5 Аналитический контроль производства

1.Внешний вид.	Гранулированный продукт без посторонних механических примесей.	Гранулированный продукт без посторонних механических примесей.
2.Суммарная массовая доля нитратного и аммиачного азота в пересчёте: На NH4NO3 в сухом веществе, мас.%, не менее На азот в сухом веществе, мас.%, не менее 3.Массовая доля влаги, мас.%, не более: Матодом сушки Методом Фишера 4.Массовая доля добавок в пересчёте на сухое вещество,(мас.%): Нитратов кальция и магния в пересчете на СаО Фосфатов в пересчёте на Р 2О 5 или сульфата аммония в сочетании с диспергатором НФ 5.рН 10%-ного водного раствора, не менее 6.Массовая доля веществ, нерастворимых в 10%-ном растворе азотной кислоты, мас. %, не более 7.Рассыпчатость, мас.%, не менее 8.Гранулометрический состав: Массовая доля гранул от 1 до 4 мм, мас.%, не менее Массовая доля гранул менее 1 мм, мас.%, не более	98 Не нормируется 0,3 0,6 0,2-0,5, 0,5-1,2 0,3-0,7 4,0 0,2 100 Не нормируется То же	Не нормируется 34 0,3 0,6 Не нормируется, То же , 4,0 Не нормируется 100 93 5

1.6 Автоматизация технологического производства

Система автоматического регулирования охватывает практически все технологические операции, начиная с подачи полупродуктов и заканчивая транспортировкой на склад готовой продукции. В общем виде автоматическое управление на агрегате включает: слежение при транспортировке; регулирование температуры и рН; контроль уровня плава; регулирование потоков аммиака и азотной кислоты; обеспечение высокого качества продукта;

Кроме того, в функцию управляющей вычислительной машины входит: регистрация данных производственной и технологической информации, команд, неисправностей; сбор и обработка данных о технологическом процессе; диагностика оборудования.

В ПСМУ управление процессом осуществляется из центрального пункта управления (ЦПУ).Основной стадией подсистемы регулирования на стадии нейтрализации является поддержание заданного соотношения потоков аммиака и азотной кислоты в аппарате ИТН при обеспечении определенного значения рН раствора аммиачной селитр, выходящей из аппарата ИТН. В системе регулирования соотношения этих потоков в агрегате ведущим является расход газообразного аммиака. Подача азотной кислоты и аммиака в аппарат ИТН автоматически регулируется по массовым потокам в соотношении 6,02 : 1 (в расчете на 60%-ю азотную кислоту).

...