Глава 3 Анализ альтернативных технологий производства с позиции ресурсосбережения

«В технологическом процессе получения аммиачной селитры природный газ используется как сырьё для получения аммиака и азотной кислоты как источник энергии.

В процессе диверсификации производства возрастает потребление природного газа как сырья, при этом образуется большее количество побочных продуктов, которые могут служить топливом.

В производстве аммиака образуются продувочные и танковые газы, содержащие водород (до 60 %об.), природный газ (до 11 % об.), аммиак и инертные вещества, которые используются в смеси с природным газом в качестве топлива» [15].

Также наиболее распространенными способами получения азотных удобрений в химической промышленности являются прилив и гранулирование (путем наслаивания расплава на частицы ретура в псевдоожиженном слое или пластинчатом грануляторе).

 Способ приливания основан на принудительном дезинтеграции струй расплава удобрения в капли, вытекающие из вращающегося перфорированного ковша или статической системы неподвижных отверстий, таких как распылительная система душевой головки, в противоточный поток воздушного потока внутри приливной башни.

Таким образом, процесс охлаждения капель происходит во время свободного падения внутрь башни, что может быть связано с их кристаллизацией.

Эти системы распыления струй расплава работают в ламинарных условиях и имеют сотни отверстий малой емкости, которые могут полностью заполняться и генерировать струи жидкости, которые распадаются на желаемое распределение капель по размерам.

 Вынужденный распад струи на капли — это очень сложное явление, которое работает в различных режимах и зависит от многих внутренних и внешних факторов.

Приллы обычно имеют сферическую форму.

Сферические приливы имеют наибольшую поверхность на единицу объема, что имеет решающее значение с учетом ограничений массопереноса.

Их большая площадь контакта облегчает растворение удобрения.

Анализ процессов получения азотных удобрений показывает, что значительная часть удобрений уходит в атмосферу из-за пылевыделения гранулированного вещества (сателлитных капель) в выходном воздухе.

Учитывая среднее содержание пыли в выходном воздухе из приливной башни (200-250 мг / нм³) и типичный расход воздуха 300 000 нм³ / ч, производственная установка аммиачной селитры ежегодно выбрасывает в атмосферу более 1500 тонн продуктов.

«Помимо экономических аспектов, связанных с потерей продукции, такие экологические последствия, как загрязнение воздуха, загрязнение поверхностных и подземных вод, накопление нитритов и нитратов в растениях и водохранилищах, являются серьезными проблемами, которые могут привести к большой нагрузке на экосистему» [11].

Сокращение выбросов может быть достигнуто путем внесения изменений в процесс приливания и использования устройств для удаления твердых частиц, расположенных ниже по потоку от приливной башни.

В нескольких опубликованных исследованиях была исследована конструкция прилинговой башни и ее влияние на эмиссию твердых частиц.

При разработке монодисперсного режима струйной дезинтеграции образуются относительно однородные капли (с незначительными сателлитными каплями), что может быть еще одним способом снижения эмиссии из приливной башни.

Обычно струя разбивается на капельки неравномерного размера на небольшом расстоянии от отверстия выхода.

Однако при наложении на выходную плоскость вынужденных колебаний на частотах, совместимых с анализом Рэлея, капли становятся более регулярными [1].

Неустойчивость Рэлея индуцируется поверхностным натяжением, усиливающим малое возмущение и заставляющим жидкий столб с равномерным профилем скорости развивать поверхностные волны и распадаться на равномерно расположенные и однородные по размеру капли.

Явление разрыва струи жидкости с условиями образования спутника-капли при дезинтеграции струи жидкости при различных режимах дезинтеграции и с различными отверстиями было исследовано в других работах.

«Исследованы нелинейные динамические аспекты дезинтеграции свободной поверхности струйного потока и появление на ней возмущений, приводящих к различным капельным структурам.

Особое внимание было уделено механизму возникновения и наложению возмущений на вытекающую из скважины струю жидкости и путям их передачи на струю.

Однако самопроизвольная струйная дезинтеграция и возмущения длинных природно-модулированных волн с низкочастотным шумом приводят к низкой степени монодисперсности капель» [15].

Аммиачная селитра является полиморфным материалом, который претерпевает различные изменения в своих кристаллических структурах в процессе охлаждения.

Кристаллы существуют только в определенном температурном диапазоне, и переход (полиморфный переход) сопровождается изменением кристаллической структуры, объема кристалла и выделением тепла.

Быстрый переход между различными кристаллическими состояниями может привести к разрыву кристаллов и увеличению выброса пыли.

Прилинговые башни довольно высоки, а скорость теплопередачи между воздухом и кристаллами очень медленная.

Поэтому такое явление не вносит существенного вклада в выброс пыли, что вызывает основную озабоченность в современных исследованиях.

Производство монодисперсных кристаллов может сыграть важную роль в снижении пылеотдачи в приливных башнях.

С помощью современных мероприятий по разработке модернизированного роторно-вибрационного гранулятора расплава может достигнута контролируемая дезинтеграция расплавленных азотных удобрений в относительно монодисперсные капли.

При этом установлено, что частота колебаний оказывает глубокое влияние на образование монодисперсных частиц.

Следовательно, тепловая нагрузка на башню будет близка к оптимальному значению, так как частицы менее подвержены прилипанию к стенке башни, что в свою очередь снижает энергозатраты и материальные затраты.

Производство нестандартной продукции будет существенно сокращено.

Она также выиграет от снижения пылевых выбросов аммиачных удобрений в атмосферу, что позволит улучшить экологическую ситуацию на производственном участке.

Применение недавно разработанных дробилки в промышленных масштабах может привести к существенному уменьшению пыли в отработавшем воздухе (до четырех раз) до 36 мг /Нм3 (в сравнении с в среднем стоимость 200-250 мг/Нм³), который может быть ниже установленных законом предельных значений выбросов пыли аммиачной селитры в воздухе, установленных в Европе (50 мг/Нм³), при отсутствии какого-либо воздухоочистительного оборудования.[2]

1 ¾ перфорированное днище; 2 ¾ корпус; 3 — сопло; 4 — коллектор;

5 — фильтрующий элемент; 6 — электромагнитный вибратор; 7 — шток;

8 —резонатор (диск); 9 — буферная емкость; 10 — насос; 11 — клапан;

12 — расходомер жидкости (Metran 370); 13 — виброметр;

14 — осциллограф; 15 — вычислитель; 16 ¾ усилитель низкой частоты;

17 — стробоскоп;  18 — фотокамера; 19 — экран со шкалой;

 20 — уровнемер (Metran 100)

 

Рисунок 7 — Экспериментальная установка вибрационного гранулятора

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проходя производственную практику в техническом отделе, я изучил технологию производства аммиачной селитры в цехе №3 ПАО «КуйбышевАзот», прошел инструктаж по технике безопасности.

Я изучил поэтапный технологический  подготовки и производства аммиачной селитры.

Изучил нормативную документацию, ознакомился с особенностями хранения и транспортировки данного продукта.

Изучил материал по энерго- и ресурсосбережению производства аммиачной селитры.

 Познакомился с обязанностями и функциями специалиста  химика-технолога.

Во время производственной практики поставленные задачи были выполнены.