Производство аммиачной селитры. Расчет нейтрализатора производительностью G=10 т/час NH4NO3

Федеральное агентство  по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

«Кузбасский Государственный технический университет»

 

Кафедра химической технологии твердого топлива и экологии

 

 

 

 

 

 

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

 

к курсовой работе по общей  химической технологии на тему:

 

 

 

«Производство аммиачной  селитры. Расчет нейтрализатора производительностью G=10 т/час NH₄NO₃

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:

студент гр. ХН-091

Артеменко А.А.

Проверил:

Ушаков А.Г.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кемерово 2012

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

Введение                                                                                                               4

1.Технико-экономическое обоснование  выбранного способа                           7

2.Технологическая схема производства аммиачной селитры                           12

3.Расчет материального  и теплового балансов нейтрализации

азотной кислоты аммиаком                                                                                  17

3.1.Материальный баланс                                                                                   17

3.2.Тепловой баланс                                                                                             20

4.Выбор размеров контактного аппарата                                                         21

Заключение                                                                                                            22

Список использованной литературы                                                                23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Минеральные удобрения  находят широкое применение, как  в сельском хозяйстве, так и в  различных областях промышленности. В отличие от мирового рынка, именно промышленное потребление азотных  удобрений является основным на внутреннем рынке.

  Важнейшим видом минеральных удобрений являются азотные: аммиачная селитра, карбамид, сульфат аммония, водные растворы аммиака.

Аммиачная селитра, или  нитрат аммония, NH₄NO₃ – кристаллическое вещество белого цвета, содержащее 35% азота в аммонийной и нитратной формах, обе формы легко усваиваются растениями [1,3].

Основными потребителями  аммиачной селитры являются следующие  отрасли:

- сельское хозяйство;

- производство сложных  минеральных удобрений;

- горнопромышленный комплекс (собственное производство ВВ);

- угольная промышленность (собственное производство ВВ);

- производство взрывчатых  веществ;

- строительная индустрия;

Аммиачная селитра обладает потенциальной, или физиологической  кислотностью. Эта кислотность возникает в почве, с одной стороны, в результате более быстрого потребления растениями ионов (NH₄⁺) и соответственно накопления кислотного остатка (ионов NO₃) в почве и, с другой стороны, в результате окисления аммиака в азотную кислоту нитрифицирующими микроорганизмами почвы. При длительном применении аммиачной селитры потенциальная кислотность этого удобрения может привести к изменениям химического состава почвы, что в ряде случаев служит причиной снижения урожайности

 

 

 

 

сельскохозяйственных  культур.

   Гранулированную аммиачную селитру применяют больших масштабах перед посевом и для всех видов подкормок. В меньших масштабах ее используют для производства взрывчатых веществ. Аммиачная селитра хорошо растворяется в воде и обладает большой гигроскопичностью (способность поглощать влагу из воздуха). Это является причинного того, что гранулы удобрения расплываются, теряют свою кристаллическую форму, происходит слеживание удобрений – сыпучий материал превращается в

твердую монолитную массу. Нитрат аммония имеет ряд преимуществ перед другими азотными удобрениями, так как содержит 34 % азота и в этом отношение уступает лишь карбамиду [2].

Кроме того аммиачная  селитра содержит одновременно аммиачную  и нитратную форму азота, которые  используются растениями в разные периоды роста, что положительно складывается на увеличение урожайности почти всех сельскохозяйственных культур.

   Отрасли, использующие аммиачную селитру как сырье для производства взрывчатых веществ (ВВ) являются вторым по емкости сегментом ее потребления на внутреннем рынке после сельского хозяйства. Аммиачно-

селитряные ВВ представляют собой большую группу взрывчатых веществ.

Их принято относить к бризантным взрывчатым веществам  пониженной мощности (в тротиловом эквиваленте на 25% слабее тротила). Однако это не вполне так. По бризантности аммиачно-селитряные ВВ, как правило, мало в

чем уступают тротилу, а по фугасности превышают тротил, причем некоторые  из них весьма значительно. Аммиачно-селитряные ВВ в большей степени находят  применение в народном хозяйстве и в меньшей степени в военном деле. Причиной такого применения является значительно меньшая стоимость аммиачно-селитряных ВВ, их значительно более низкая надежность в применении. Прежде всего, это связано с большой гигроскопичностью аммиачных ВВ, поэтому при увлажнении более 3% такие ВВ полностью теряют способность взрываться. Они подвержены слеживаемости, т.е. теряют при хранении сыпучесть, из-за чего полностью

 

 

или частично теряют взрывную способность.

   Важнейшими причинами слеживаемости являются:

1.Повышенное содержание влаги в готовом продукте;

2.Неоднородность и низкая механическая прочность частиц селитры;

3.Изменение кристаллических модификаций аммиачной селитры.

Нитрат аммония –  сильный окислитель. С растворами некоторых веществ он реагирует бурно, вплоть до взрыва (нитрит натрия).Малочувствителен к толчкам, трению, ударам, сохраняет устойчивость при попадание искр различной интенсивности. Он способен взрываться  только под действием сильного детонатора или при термическом разложении. Селитра не является горючим продуктом. Горение поддерживает только оксид азота. Таким образом одним из условий производства аммиачной селитры является чистота ее исходных растворов и готового продукта [4].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.Технологическая  схема производства аммиачной селитры

 

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       (2)

∆H = -144,9 кДж

Тепловой эффект реакции  при взаимодействии 100%-ных исходных веществ составляет 35,46 ккал/моль [1].

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) (рис.2.1).

Рис.2.1. Аппарат ИТН

 

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.

На рис.2.2 приведена 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˚С 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% Р₂О₅ 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.

Рис.2.2 Схема агрегата аммиачной селитры АС-72

В нижней части аппарата происходит реакция нейтрализации  при температуре 155-170˚С; 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˚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 90-110˚С; 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 [3,6].