Файл: Миниович, М. А. Производство аммиачной селитры.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 17.10.2024

Просмотров: 105

Скачиваний: 3

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Ф т о р о п л а с т ы

представляют собой

производные

этилена,

в которых все атомы водорода замещены

галоидами. Применяют­

ся в качестве прокладочных материалов

в производстве

амми­

ачной селитры для аппаратуры, наиболее

подверженной коррозии

(нейтрализаторы,

сборники

азотной кислоты, подогреватели

и др.).

 

 

 

 

 

Ф т о р о п л а с т - 4

(тефлон)—политетрафторэтилен

(ГОСТ

10007—62)

является

полимером

CF2 = CF2,

т. е. полностью

фтори­

рованного

этилена, его плотность 2,1—2,3 г/см3 .

 

По химической стойкости фторопласт-4 превосходит все другие синтетические или природные материалы. На него не действуют кипящие растворы щелочей, окислителей, кислот, в том числе азот­ ной. (Применять фторопласт-4 можно при температурах до 250 °С, при 327 °С становится мягким, а при 400°С разлагается). Эти свой­

ства сохраняются и при низких

температурах.

 

 

Ф т о р о п л а с т - 3 — полимер

трифтормонохлорэтилена (МРТУ

6-05-946/65),

плотность 2,4 г/см3 ; более прочен, чем

фторпласт-4,

но несколько

уступает ему по химической стойкости

и температу-

ростойкости; не смачивается

водой и не набухает

в ней; плавится

при 210 °С.

 

 

 

 

 

Фторопласты выпускаются

в виде листов, труб,

стержней, силь-

фонов, ленты и др. Фторопластовая лента используется для обмот­ ки паронитовых и асбестовых прокладок, устанавливаемых на фланцевых соединениях теплообменников, барометрических кон­ денсаторов и другой аппаратуры.

В и н и п л а с т . Представляет собой пластическую массу, полу­ чаемую термической пластификацией полихлорвинила. Выпускает­

ся в виде листов

разной

толщины

(ГОСТ

9139—61), стержней

(ТУ МХП 4251—54),

труб

и

других

изделий.

Плотность

1,35—

1,40 г/см3 . Разлагается

 

при 150—200 °С;

не

горит,

в

пламени

об­

угливается. До

—10 °С

прочность

винипласта

на

растяжение

со­

храняется. Он

обладает

высокой

химической

стойкостью;

гнется

в нагретом состоянии,

сваривается

горячим

воздухом.

 

 

В производстве

аммиачной

селитры

винипласт

используется

в качестве прокладочного материала, стойкого к азотной кислоте (до 60% H N 0 3 и температуре + 5 0 ° С ) , и на коммуникациях га­ зообразного аммиака.

Глава 111

ОСНОВНЫЕ СТАДИИ ПРОИЗВОДСТВА АММИАЧНОЙ СЕЛИТРЫ ИЗ АММИАКА И АЗОТНОЙ КИСЛОТЫ

Процесс производства аммиачной селитры состоит из следую­ щих основных стадий:

1. Получение растворов аммиачной селитры нейтрализацией азотной кислоты газообразным аммиаком или аммиаксодержащими газами.

2.Упаривание растворов аммиачной селитры до состояния плава.

3.Кристаллизация из плава соли в виде частиц округлой фор­

мы (гранул), чешуек (пластинок) и мелких кристаллов.

4.Охлаждение или сушка соли.

5.Упаковка в тару готового продукта.

Для получения малослеживающейся и водоустойчивой аммиач­ ной селитры кроме указанных стадий необходима еще стадия при­ готовления соответствующих добавок.

ПОЛУЧЕНИЕ РАСТВОРОВ АММИАЧНОЙ СЕЛИТРЫ

Основы процесса нейтрализации

Растворы аммиачной селитры получают в результате взаимо­ действия аммиака с азотной кислотой по реакции

4NH3 + HN0 3 = NH4 N03 + Q ккал

Образование аммиачной селитры протекает необратимо и со­ провождается выделением тепла. Количество тепла, выделяюще­ гося при реакции нейтрализации, зависит от концентрации приме­ няемой азотной кислоты и ее температуры, а также от температу­ ры газообразного аммиака (или аммиаксодержащих газов). Чем выше концентрация азотной кислоты, тем больше выделяется тепла. При этом происходит испарение воды, что позволяет получать бо­ лее концентрированные растворы аммиачной селитры. Для полу­ чения растворов аммиачной селитры применяют 42—58%-ную азот­ ную кислоту.

На рис. 11 показан тепловой эффект реакции нейтрализации азотной кислоты газообразным аммиаком. Из приведенных дан­ ных видно, что при использовании для нейтрализации аммиака даже 45%-ной азотной кислоты выделяется значительное количест­ во тепла — свыше 353 ккал/кг NH4NO3.

4*

51

Применение азотной кислоты концентрацией выше

58% Д л я

получения

растворов

аммиачной

селитры

при

 

существующем

оформлении

процесса

не

представляется

возможным,

так

как

в этом случае в аппаратах-нейтрализаторах

развивается

 

темпера­

тура,

значительно

превышающая

температуру

кипения

 

азотной

кислоты, что может привести к ее разложению с выделением

окис­

 

Конечная

йойцейтпрафя

 

лов азота. При упаривании раство­

 

 

ров

аммиачной

селитры

 

за

счет

 

 

N H 4 N 0 3 , %

 

 

 

тепла реакции

в

аппаратах-нейтра­

 

О

20

40

60

QO 100

 

 

 

лизаторах

образуется

соковый пар,

 

 

 

 

 

 

 

90

 

%

 

 

 

 

 

 

 

имеющий

температуру

110—120 °С.

 

 

 

 

 

 

80 ,

 

Зависимость

между

концентра­

Й 365

 

 

 

 

 

 

 

цией применяемой азотной

 

кислоты,

\

 

 

 

 

 

 

70

 

выходом сокового пара и концент­

£363

 

 

 

 

 

 

 

 

рацией

получаемых

 

растворов ам­

•г

 

 

 

 

 

 

 

 

миачной селитры видна из табл. 18.

~£361

 

 

 

 

 

 

 

 

При

получении растворов

амми­

Z

 

 

 

 

 

 

 

 

ачной

селитры

максимально

воз­

%359

 

 

 

.

2

 

 

 

 

 

 

 

.

I

можной

 

концентрации

требуются

I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

относительно

небольшие

 

теплооб-

8

 

 

 

 

 

 

30

|

менные

поверхности

выпарных ап­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

паратов, и

на

дальнейшее

упари­

Щз5з

 

 

 

 

 

Ю 1

вание растворов

расходуется

малое

 

 

 

 

 

 

 

количество

 

свежего

пара.

 

В

связи

&Г57

 

 

 

 

 

 

с этим вместе с исходным

сырьем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

стремятся

подводить

в

нейтрализа­

 

40

44

48

52

56

60

 

тор

дополнительное

количество теп­

 

 

ла,

для чего подогревают

 

соковым

 

концентрация

HN03 ,%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

паром

аммиак

до 70 °С и

азотную

Рис. 11.

Зависимость

 

теплового

кислоту

до 60 °С

(при более

высо-

эффекта реакции получения амми-

кой

температуре

азотной

 

кислоты

ачной

селитры^ о^концентрации

п р о и с х о д и т

 

значительное

ее разло-

/ - т е п л о т а образования NH.N03 с уче-

^ение, И Трубы ПОДОГреватеЛЯ ПОД-

том

разбавления азотной

кислоты;

ВбргаЮТСЯ

 

СИЛЬНОЙ

КООПОЗИИ,

еСЛИ

2 — теплота

растворения

аммиачной

 

 

 

 

 

 

 

г

г

 

•,

 

 

 

 

селитры.

 

 

они изготовлены не из титана).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Зависимость

между

концентра­

цией азотной кислоты и температурой

ее кипения

показана на

рис.

12.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Влияние температуры на степень разложения

концентрирован­

ной H N 0 3

показано на рис. 13. Степень разложения

разбавленной

кислоты

гораздо

ниже: при 110—120 °С

она

составляет

всего не­

сколько

процентов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Потери

аммиака

и

азотной

кислоты с

соковым

паром

сильно

зависят от интенсивности циркуляции растворов селитры в ней­ трализаторах. При интенсивной циркуляции растворов создается тесный контакт между аммиаком и азотной кислотой, что препят­ ствует переходу их в газовую фазу и уносу с соковым паром, от­ водимым из верхней части нейтрализаторов. В этих аппаратах.

52

Т а б л и ц а

18. Концентрация растворов

NH4NO3 и выход сокового

пара

 

в зависимости от концентрации применяемой азотной кислоты

 

Концентрация, %

Выход

Концентрация, %

Выход

 

 

 

 

 

 

сокового

пара

 

сокового пара;

HN03

NH4NO3

на 1

т

НКОз

 

на 1

т

селитры, кг

NH4NO3

селитры, кг

43

58,3

328

50

71,1

381

 

44

60,0

337

52

75,3

397

 

45

61,9

346

54

79,6

414

 

46

63,5

353

55

81,8

422

 

47

65,4

360

56

84,0

427

 

48

67,1

367

57

86,1

432

 

49

69,1

374

58

88,3

437

 

происходит естественная циркуляция растворов вследствие обра­ зующейся разницы их плотностей в нижней и верхней частях ней­ трализатора.

Нейтрализацию

в

большинстве

 

 

случаев проводят

под

абсолютным

 

, 1

давлением 1,2 ат над зеркалом ис­

 

парения растворов. Такое давление

&J50

позволяет использовать

соковые па­

 

— 1

ры в качестве греющего пара для

 

 

производственных

нужд.

 

 

Растворы аммиачной селитры по­ лучают в слабокислой (реже в сла­ бощелочной) ореде. Практика по­ казывает, что при нейтрализации в слабокислой среде потери аммиака, азотной кислоты и селитры с соко­ вым паром меньше, чем в слабоще­ лочной среде. Объясняется это тем, что при избытке азотной кислоты давление паров H N 0 3 над раство­ рами селитры меньше давления па­ ров NH3 .

-

90

70 О 20 ЬО 60 ВО' 70С/

Концентрация' H N 0 3 , °/6

Рис. 12. Зависимость температуры кипения азотной кислоты от ее концентрации и давления.

Если изменить концентрацию

аммиака

в

растворах

аммиач­

ной селитры, например, с 0,1 до 0,5

г/л, потери

N H 3

с соковым па­

ром увеличиваются с 2 до 10

кг на 1 т

готового

продукта. Если

концентрацию

H N 0 3 увеличить

с 0,2 до 1

г/л, потери кислоты с со­

ковым паром

возрастают с 0,4

кг

только

до

1 кг на 1 т

готового

продукта. Нейтрализация в слабощелочной среде имеет только одно преимущество перед «кислым» режимом; в меньшей степе­ ни подвергаются коррозии сварные швы в нейтрализаторах и свя­ занных с ними коммуникациях. Заданный избыток азотной кисло­ ты поддерживают с помощью автоматических устройств.

Применяемая в производстве аммиачной селитры азотная кис­ лота должна содержать не более 0,20% растворенных окислов азо-

53-

та. Если кислота недостаточно продута воздухом для удаления растворенных окислов азота, они образуют с аммиаком нитрит ам­ мония, быстро разлагающийся на азот и воду. При этом потери

•азота могут составить

около

0,3 кг на

1 т готового

продукта.

В соковом паре, как правило, содержатся

примеси

NH3 , H N 0 3

и NH4NO3. Количество

этих

примесей

сильно

зависит

от стабиль­

ности давлений, при которых должны подаваться в нейтрализатор

аммиак

и азотная кислота. Для

поддержания

заданного

давления

 

 

 

 

 

азотную кислоту подают из напор­

гво

 

 

 

 

ного бака,

снабженного

переливной

 

 

 

 

трубой,

а

газообразный

аммиак —

 

 

 

 

 

с

помощью

регулятора

давления.

 

 

 

 

 

 

Нагрузка

нейтрализатора

также

 

 

 

 

 

в

значительной

степени

определяет

 

 

 

 

 

потери связанного азота с соковым

 

 

 

 

 

паром.

При

нормальной

нагрузке

 

 

 

 

 

потери с конденсатом сокового пара

 

 

 

 

 

не должны превышать 2 г/л

(в

пе­

 

 

 

 

 

ресчете на азот). При превышении

 

 

 

 

 

нагрузки

 

нейтрализатора

 

между

 

 

 

 

 

аммиаком и парами азотной кисло­

о

го

w

во

so юо

ты

протекают

побочные

реакции,

в результате которых в газовой фа­

Степень разложения

H N 0 3 , %

зе образуется, в частности, ту*мано-

 

 

 

 

 

Рис. 13.

Зависимость

степени

образная

аммиачная

селитра,

за­

грязняющая

соковый

пар,

и

увели­

разложения

концентрированной

азотной

кислоты

от

темпера­

чиваются

потери

связанного

азота.

 

 

туры.

 

 

 

Получаемые

в

нейтрализаторах

 

 

 

 

 

растворы

аммиачной

селитры

на­

капливаются в промежуточных емкостях с мешалками, децентра­ лизуются аммиаком или азотной кислотой, после чего направля­ ются на упаривание.

Характеристика нейтрализационных установок

В зависимости от применяемого давления современные уста­ новки для получения растворов аммиачной селитры с использова­ нием тепла нейтрализации подразделяются на установки, работаю­ щие при атмосферном давлении; при разрежении (вакууме); при повышенном давлении (несколько атмосфер) и на комбинирован­ ные установки, работающие под давлением в зоне нейтрализации ъ при разрежении в зоне отделения соковых паров от раствора ,(плава) аммиачной селитры.

Ниже кратко рассмотрены основные особенности перечисленных установок.

Установки, работающие при атмосферном или небольшом из­ быточном давлении, отличаются простотой технологии и конструк­ тивного оформления. Они также легко обслуживаются, пускаются в работу и останавливаются; случайные нарушения заданного ре-

54

жима работы обычно быстро устраняются. Установки такого типа получили наиболее широкое распространение. Основным аппара­ том этих установок является аппарат-нейтрализатор ИТН (исполь­ зование тепла нейтрализации). Аппарат ИТН работает под абсо­ лютным давлением 1,15—1,25 ат. Конструктивно он оформлен та­ ким образом, что почти не происходит вскипания растворов с образованием туманообразной аммиачной селитры.

Наличие циркуляции в аппаратах ИТН исключает перегрев в зоне реакции, что позволяет проводить процесс нейтрализации

сминимальными потерями связанного азота.

Взависимости от условий работы производства аммиачной се­ литры соковый пар аппаратов ИТН используется для предвари­ тельного упаривания растворов селитры, для испарения жидкого аммиака, подогрева азотной кислоты и газообразного аммиака, направляемых в аппараты PITH, и для испарения жидкого ам­ миака при получении газообразного аммиака, применяемого в про­ изводстве разбавленной, азотной кислоты.

Растворы аммиачной селитры из аммиаксодержащих газов

получают на установках,

основные аппараты которых работают

при разрежении (испаритель) и при атмосферном давлении

(скруб­

бер-нейтрализатор). Такие

установки громоздки и в них

трудно1

поддерживать стабильный режим работы вследствие непостоянст­ ва состава аммиаксодержащих газов. Последнее обстоятельствоотрицательно сказывается на точности регулирования избытка азотной кислоты, в результате чего в получаемых растворах ам­ миачной селитры часто содержится повышенное количество кис­ лоты или аммиака.

Установки нейтрализации, работающие под абсолютным давле­ нием 5—6 ат, мало распространены. Они требуют значительного расхода электроэнергии для сжатия газообразного аммиака и по­ дачи в нейтрализаторы азотной кислоты под давлением. Кроме того, на этих установках возможны повышенные потери аммиачной селитры вследствие уноса брызг растворов (даже в сепараторах сложной конструкции брызги не удается полностью улавливать).

В установках, основанных на комбинированном методе, сочета­ ются процессы нейтрализации азотной кислоты аммиаком и по­ лучения плава аммиачной селитры, который можно непосредствен­ но направлять на кристаллизацию (т. е. из таких установок ис­ ключаются выпарные аппараты для концентрирования растворов, селитры). Для установок такого типа требуется 58—60%-ная азот­ ная кислота, которую промышленность выпускает пока сравни­ тельно в небольших количествах. Кроме того, часть аппаратуры должна быть выполнена из дорогостоящего титана. Процесс ней­ трализации с получением плава селитры приходится проводить при весьма высоких температурах (200—220 °С). Учитывая свойства аммиачной селитры, для осуществления процесса при высоких тем­ пературах необходимо создать особые условия, предотвращающие термическое разложение плава селитры .

55

Смотрите также файлы