Вопрос 25 производство аммонийной селитры

Аммонийная селитра NH₄NO₃ – кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде. Содержит 34,8% азота, из них 17,4% - в аммиачной (NH₄⁺) и 17,4% - в нитратной (NO₃^-) форме.

Физико-химические основы процесса синтеза: Производство нитрата аммония основано на реакции нейтрализации азотной кислоты газообразным аммиаком с последующим упариванием полученного раствора нитрата аммония.

Нейтрализация азотной кислоты аммиаком – это необратимый гетерогенный процесс хемосорбции, некаталитический, протекающий с выделением тепла по уравнению: HNO₃ + NH₃ = NH₄NO₃ – DH.

Реакция идет в диффузионной области, и ее скорость лимитируется диффузией аммиака из газа к поверхности жидкости. Тепловой эффект процесса зависит от концентрации азотной кислоты, взятой для нейтрализации. Подогрев компонентов (азотной кислоты и газообразного аммиака) улучшает перемешивание системы, ускоряет процесс нейтрализации и повышает концентрацию раствора NH₄NO₃.

В результате нейтрализации образуется водный раствор NH₄NO₃. При этом за счет теплового эффекта реакции нейтрализации часть воды испаряется в виде сокового пара. Интенсивность испарения зависит от концентрации кислоты, от которой зависит Q. Поэтому концентрация образующегося раствора определяется как концентрацией азотной кислоты, так и температурой.

С ростом концентрации азотной кислоты возрастает концентрация образующегося раствора NH₄NO₃ и увеличивается масса сокового пара. Для испарения воды и концентрирования раствора нитрата аммония можно использовать как внешнее тепло, подводимое к системе, так и теплоту нейтрализации, выделяющуюся в самом процессе:

1. Без упаривания раствора. Концентрирование раствора осуществляется исключительно за счет теплоты нейтрализации [HNO₃] = 60-65% при температуре около 70ºС. При этом образуется 96% плав нитрата аммония. Снижаются затраты тепла, обеспечивается оптимальный температурный режим, не требуется охладительных установок.

2. С упариванием раствора. Концентрирование раствора осуществляется как за счет частичного использования теплоты нейтрализации, так и за счет подводимого извне тепла. При этом в зависимости от концентрации азотной кислоты последующее упаривание раствора нитрата аммония может производиться: при 58% кислоте в 1-й ступени; при 50% кислоте в 2-й ступени.

Технология безупарочного метода: Нейтрализация проводится при повышенном давлении (400 кПа). При этом происходит быстрый контакт нагретых компонентов.Нагретые в подогревателях 1 и 2, обогреваемых паром, выходящим из сепаратора эмульсии 4, азотная кислота и аммиак, поступают в нейтрализатор 3, где в результате реакции образуется эмульсия из водного раствора нитрата аммония и водяного пара. Эмульсия в сепараторе 4 и плав нитрата аммония (чистота 98,5%.) подается в барабанный кристаллизатор 5, в котором нитрат аммония кристаллизуется на поверхности металлического барабана, охлаждаемого изнутри. Образовавшийся на поверхности барабана слой твердого нитрата аммония толщиной около 1 мм срезается ножом 6 и в виде чешуек поступает для просушивания в барабанную сушилку 7. Подобный продукт в виде чешуек используется для технических целей.

Технологическая схема метода упаривания: Газообразный NH₃ из подогревателя 1, обогреваемого конденсатом сокового пара, нагретый до 120-160⁰С, и HNO₃ из подогревателя 2, обогреваемого соковым паром, при 80-90⁰С поступают в аппарат с использованием теплоты нейтрализации 3. Для уменьшения потерь аммиака вместе с паром реакцию ведут в избытке кислоты. Раствор NH₄NO₃ из аппарата 3 нейтрализуется в донейтрализаторе 4 аммиаком, куда одновременно добавляется кондиционирующая добавка нитрата магния и поступает на упаривание в выпарной аппарат 5. Из него образовавшийся плав NH₄NO₃ через гидрозатвор-донейтрализатор 6 и сборник плава 7 направляется в напорный бак 8 и из него с помощью виброакустическихгрануляторов 9 поступает в грануляционную башню 10. В нижнюю часть башни подается воздух из аппарата для охлаждения гранул 12. Образовавшиеся гранулы нитрата аммония из нижней части башни поступают в транспортер 11 и в аппарат кипящего слоя 12 для охлаждения гранул, в который через подогреватель 13 подается сухой воздух. Из аппарата 12 готовый продукт направляется на упаковку. Избыток воздух через скрубберы 14, орошаемый 20% нитратом аммония, выбрасывается в атмосферу.