Производство сульфата аммония

Сульфат аммония (NН₄)₂SО₄ – бесцветное кристаллическое вещество, содержит 21.21% азота, при нагревании до 513°С полностью разлагается на аммиак и серную кислоту; частичное разложение с образованием кислых солей начинается выше 200°С.

Сульфат аммония применяется исключительно в качестве удобрения. Это удобрение обладает весьма небольшой гигроскопичностью, мало слеживается, и внесение его в почву не вызывает затруднений. Его недостатком является большая физиологическая кислотность. При его применении в почве, если она не содержит достаточного количества оснований, постепенно накапливается серная кислота, для нейтрализации которой необходимо периодически производить известкование почвы. Основные промышленные способы производства сульфата аммония базируются на нейтрализации серной кислоты аммиаком. Для производства сульфата аммония используют аммиак, содержащийся в газах сухой перегонки каменного угля в коксохимической и газовой промышленности, а также синтетический аммиак.

Сульфат аммония получают также, обрабатывая гипс растворами карбоната аммония и из растворов, являющихся отходами производства капролактама, используемого для получения капрона.

Сульфат аммония получается по реакции

2NН₃(газ) + Н₂SО₄ =(NН₄)₂SО₄ + 280 кДж

путем нейтрализации газообразного аммиака серной кислотой. При мокром способе производства продукт кристаллизуется из пересыщенных растворов, при сухом – мелкие брызги серной кислоты нейтрализуются в газообразном аммиаке. При насыщении аммиаком серной кислоты в реакционном аппарате выделяется большое количество тепла, достаточное для нагрева реакционной смеси до температуры кипения и для испарения из нее значительного количества воды. При сухом способе производства вода испаряется практически полностью. При мокром способе важно обеспечить кристаллизацию из горячего реакционного раствора средней соли, не допуская выделения кислых солей.

Находящиеся в серной кислоте примеси, особенно сульфаты железа и алюминия, затрудняют кристаллизацию сульфата аммония. При нейтрализации кислоты осаждаются коллоидные гидроксиды железа и алюминия, обволакивающие кристаллы сульфата аммония и тормозящие их рост. Для устранения этого явления кислоту нейтрализуют не полностью – в непрерывно действующих реакторах поддерживают кислую реакцию среды.

8.4.5 Производство нитрата кальция.

Нитрат кальция (известковая или кальциевая селитра) образует несколько кристаллогидратов. Безводная соль плавится при температуре 561°С, однако уже при 500°С начинается ее разложение с потерей кислорода и образованием нитрита кальция, который далее распадается на СаО и оксиды азота.

Как безводная соль, так и кристаллогидраты нитрата кальция сильно гигроскопичны и на воздухе «расплываются».

Кальциевая селитра является универсальным физиологически щелочным удобрением, пригодным для всех почв и, прежде всего, для почв нечерноземной полосы с недостаточным содержанием кальция. Недостатками этого удобрения являются его большая гигроскопичность и относительно невысокое содержание азота.

Кальциевую селитру выпускают в виде чешуйчатого или гранулированного продукта. Содержание в нем азота должно быть не менее 17.5%, количество влаги (общей, т.е. кристаллизационной и гигроскопической) не должно превышать 14%. С целью улучшения свойств кальциевой селитры допускается добавка к ней 4-7% аммиачной селитры, а также ее поверхностная обработка молотым известняком или парафинистым мазутом.

Кальциевую селитру получают различными способами:

1) взаимодействием мела или известняка с азотной кислотой;

2) поглощением нитрозных газов известковым молоком с последующей инверсией полученных растворов азотной кислотой;

3) в качестве побочного продукта при азотнокислотной переработке фосфатов.

Получение нитрата кальция нейтрализацией азотной кислоты. В основе этого процесса лежит реакция

СаСО₃ +2НNО₃ = Са(NО₃)₂ +Н₂О +СО₂

Для разложения азотной кислотой используют кусковой известняк или мел, которым заполняют высокие башни. Сверху загруженный материал орошают 40-48; азотной кислотой, нагретой до 60- 80°С. Кислый раствор нитрата кальция, вытекающий из башни, проходит отстойники для отделения песка и других нерастворимых примесей и снова подается на орошение башни. Когда остаточная кислотность раствора понизится до 1.5-1.9% НNО₃, его отводят на донейтрализацию аммиаком или известью-пушонкой Са(ОН)₂.

При нейтрализации аммиаком образуется некоторое количество нитрата аммония, примесь которого облегчает последующую кристаллизацию нитрата кальция из плава. Нейтрализованный вязкий раствор нитрата кальция фильтруют на фильтр-прессах. Затем раствор, содержащий 43-49% Са(NО₃)₂ и 3% NН₄NО₃, выпаривают в вакуум-выпарных аппаратах до концентрации 75-82% Са(NО₃)₂. Получаемый плав кальциевой селитры, кристаллизуют на охлаждающих вальцах или в грануляционной башне.

В РФ кальциевую селитру производят в небольших количествах не из азотной кислоты, а из отбросных нитрозных газов производств слабой азотной кислоты, работающих под атмосферным давлением. Это дает более дешевый продукт.