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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.Расчет материального и теплового баланса нейтрализации азотной кислоты аммиаком

 

3.1Материальный баланс

 

Исходные данные

Концентрация исходной азотной кислоты 50 % HNO₃ ;

Концентрация аммиака 100 % NH₃ ;

Концентрация получаемого раствора 70% NH₄NO₃ ;

Производительность установки  G=10 т/час

В основе получения аммиачной  селитры лежит следующая реакция:

 

NH₃ + HNO₃ = NH₄NO₃

M(NH₃)=17г/моль

М(NH₄NO₃)=80г/моль

1.Определим количество прореагировавшего 100%-ного аммиака:

m(NH₃)=17*10000/80=2125 кг/час

М(HNO₃)=63г/моль

2.Определим количество прореагировавшей 100%-ной азотной кислоты:

m(HNO₃)=63*10000/80=7875 кг/час

Тогда количество прореагировавшей 50 % - ной азотной кислоты составляет:

m(HNO₃)= 7875/0,5 = 15750кг/час

Находим общее количество реагентов, поступающих в нейтрализатор:

3.Количество 70 % - ного раствора аммиачной селитры :

m(NH₄NO₃)= 10000/0,7=14285,7 кг/час

4.Количество испарившейся воды при нейтрализации:

m(H₂O)= 2125 +15750 – 14285,7=3589,3 кг/час

Расход  NH₃ + Расход  HNO₃ =Количество NH₄NO₃ + соковый пар

 

 

 

 

 

2125 +15750 = 14285,7+3589,3

17875кг/час=17875кг/час

 

      Результаты расчетов сводим в таблицу:

 

          Таблица 1

Материальный баланс

Приход			Расход
Вещество		кг	Вещество	кг
Аммиак		2125	Аммиачная селитра	14285,7
Азотная кислота		15750	Вода	3589,3
Итого:	17875		Итого:	17875

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.2Тепловой баланс

 

Исходные данные.

Температура кипения  аммиачной селитры 120˚С.

Давление в нейтрализаторе 117,68 кПа.

Теплоемкости:

 

При 30 ˚: С_НNO3=2,763 кДж/(м³·˚С);

При 50˚С:C_NH3=2,185 кДж/ (м³·˚С);

При 123,6˚С:С_NH4NO3=2,303 кДж/ (м³·˚С);

 

Решение.

Q_прих.=Q_расх.

Приход теплоты:

1.Теплота, вносимая азотной кислотой:

Q₁= 15907,5 * 2,763 * 30= 1318572 кДж = 1318,572 МДж;

2.Теплота, поступающая с газообразным аммиаком:

Q₂= 2146,25 * 2,185 * 50 = 234478кДж =234,478 МДж;

При производстве аммиачной  селитры выделяется теплота, которую  достаточно точно можно определить графически. Для 50 % азотной кислоты Q=105,09 кДж/моль.

3.При нейтрализации выделяется:

Q₃= (105,09* 1000 * 10000)/80 = 13136250кДж = 13136,25МДж;

Суммарный приход :

Q_прих. = Q₁ +  Q₂ + Q₃ = 1318572+234478  +13136250  = 14689300кДж.

Расход теплоты:

1.Раствор аммиачной селитры уносит:

Q₁' = 14285,7* 2,303 * t_кип.;

 

 

 

 

При давлении 117,68 кПа, температура насыщенного водяного пара равна 103˚С.

Температура кипения воды 100 ˚С.

Температурная депрессия равна:

∆t = 120 – 100 = 20 ˚С;

Определим температуру кипения 70 % раствора аммиачной селитры:

t_кип = 103 + 20 * 1,03 = 123,6 ˚С;

Q₁' = 14285,7* 2,303 * 123,6 = 4066436 кДж = 4066,436 МДж.

2.Теплота, расходуемая на испарение воды:

Q₂' = 3589,3 * 2379,9 = 8542175 кДж = 8542,175МДж.

3.Теплопотери:

Q_потерь=Q_прих.-Q_расх.=14689300-8542175-4066436=2080689кДж=2080,689МДж.

Суммарный расход:

Q_расх. = Q₁' + Q₂'+ Q_потерь =4066436+8542175+2080689 =14689300 кДж.

 

Результаты расчетов сводим в таблицу:

                  

                                                                                                          Таблица 2

Тепловой баланс

 

Приход			Расход
Статья	кДж	%	Статья	кДж	%
Q1	1318572	8,98	Q1'	4066436	27,7
Q2	234478	1,62	Q2'	8542175	58,1
Q3	13136250	89,4	Qпотерь	2080689	14,2
Итого:	14689300	100,00	Итого:	14689300	100,00

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Технико-экономическое обоснование выбранного способа

 

    Наиболее распространенные способы производства аммиачной селитры основаны на реакции нейтрализации азотной кислоты аммиаком.

   Химическое взаимодействие газообразного аммиака и растворов азотной кислоты протекает с большой скоростью, но лимитируется массообменном и гидродинамическими условиями. Поэтому большое значение имеет интенсивность смешения реагентов; которая в основном зависит от соотношения между скоростями движения азотной кислоты и аммиака в реакторе. Наиболее тесное соприкосновение реагентов достигается, если линейная скорость газообразного аммиака превышает линейную скорость раствора азотной кислоты не более чем в 15 раз [4].

   Процесс нейтрализации протекает с выделением тепла. В производственных условиях применяется азотная кислота концентрацией 45-60%.Чем выше концентрация применяемой азотной кислоты, тем меньше значение теплоты ее разбавления и тем больше тепловой эффект нейтрализации растворов азотной кислоты аммиаком.

  Суммарное количество  тепла Q_Σ,выделяющегося в результате реакции нейтрализации растворов азотной кислоты газообразным аммиаком  определяется уравнением:

Q_Σ=Q_реак.-(q₁-q₂)                (1)

  Возможны следующие принципиально различные схемы получения аммиачной селитры с использованием тепла нейтрализации:

- установки, работающие  при атмосферном давлении (избыточное  давление сокового пара 0,15-0,2 ат);

- установки с вакуум-испарителем;

- установки, работающие  под давлением, с однократным  использованием 

тепла сокового пара;

 

 

 

 

- установки, работающие  под давлением, с двукратным  использованием тепла сокового пара (получение концентрированного плава).

Наибольшее распространение в  России получила схема нейтрализации  под атмосферным давлением, изображенная на рисунке 3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

        Рис. 1.1 Схема нейтрализации азотной кислоты под атмосферным давлением:   

 1 – бак для азотной кислоты; 2 – подогреватель аммиака; 3 – сепаратор   жидкого аммиака;4 – аппарат ИТН;   5 – ловушка-промыватель сокового    пара;   6 – вакуумный выпарной аппарат I ступени;   7 – донейтрализатор.

В 1967-1970-х годах была разработана технологическая схема и выполнен проект  крупнотоннажного агрегата АС-67 со среднесуточной  мощностью 1400 т.

Особенностью агрегата АС-67 является размещение всего основного технологического оборудования (от стадии нейтрализации до стадии получения плава) на грануляционной башне каскадом, без промежуточных операций перекачивания растворов аммиачной селитры. Другая особенность агрегата   АС-67 заключается в том, что воздух не отсасывают из башни, а нагнетают в башню снизу под решетку кипящего слоя одним мощным вентилятором, т. е. башня работает под подпором.

Размещение всего основного  технологического оборудования на грануляционной башне, как отмечалось, упростило  схему ввиду отказа от перекачивания концентрированных растворов селитры. В то же время такое решение привело к определённым усложнениям процессов строительства и

 

 

эксплуатации агрегата:

- ствол башни несет  большую нагрузку, вследствие чего  он выполнен в железобетоне с внутреннй футеровкой кислотноупорным кирпичем, что приводит к значительным капитальным затратам, повышению трудоемкости и длительности строительства;

- надстройка с технологическим  оборудованием расположена на  большой высоте, поэтому должна  быть полностью закрыта, отапливаемой и вентилируемой.

-  монтаж оборудования  может быть начат только после  возведения башни, что удлиняет  цикл строительно-монтажных работ;

- расположение оборудования  на высоте вызывает повышение  требований к работоспособности  подъемно-транспортного оборудования (лифтов);

- эксплуатация башни  под напором усложняет обслуживание  аппарата охлаждения продукта  в кипящем слое, встроенного в  башню;

-  применение встроенного охлаждающего  аппарата приводит к увеличению  расхода энергии на подачу воздуха в башню.

         С целью устранения недостатков схемы АС-67 и повышения качества продукта в схеме АС-72 приняты следующие технические решения:

     - предусмотрено повышение прочности гранул как результат воздействия трёх факторов: применения сульфатно-фосфатной добавки, получения более крупных гранул, регулирования темпа охлаждения гранул, для чего был применен секционированный выносной аппарат с кипящим слоем и раздельной подачей воздуха в каждую секцию;

     - оборудование размещено внизу на отдельной этажерке; для перекачивания плава применен насос.

Технологическая схема  производства селитры по схеме АС-72 состоит из тех же стадий, что и по схеме АС-67; дополнительной является стадия перекачивания высококонцентрированного плава аммиачной селитры на верх грануляционной башни.

 

Принципиальных отличий  в технологическом процессе на стадиях  нейтрализации и выпарки в схеме АС-72 по сравнению с АС-67 нет.         Отличием является подогрев азотной кислоты в двух подогревателях индивидуально для каждого аппарата ИТН, что позволило установить автоматические регуляторы расхода на линии подачи азотной кислоты на подогрев. И еще одним характерным отличием является установка лишь одного более мощного донейтрализатора, вместо двух.

Рост требований к  охране окружающей среды поставил в повестку дня существенное снижение выброса в атмосферу аэрозольных частиц аммиачной селитры и аммиака. Более высокая степень очистки этих выбросов – главная отличительная черта модернизированных агрегатов АС-72М.

В современных производствах аммиачной селитры удельные расходы сырья близки к теоретическим.  Поэтому существенной разницы себестоимости продукта, получаемого в крупнотоннажных агрегатах АС-67, АС-72 и АС-72М, нет.

Различие технико-экономических  показателей в зависимости от конкретных схем лежит главным образом в области расхода энергоресурсов: пара, электроэнергии, оборотной воды. Расход пара определяется исходной концентрацией азотной кислоты, степенью использования тепла сокового пара, получаемого на стадии нейтрализации.

Расход электроэнергии в производствах аммиачной селитры  по абсолютным значениям не велик. Но он может колебаться в зависимости  от применяемого способа охлаждения продукта (непосредственно в башне при полёте гранул,

 в аппаратах с псевдоожиженным слоем, во вращающихся барабанах), от способов очистки воздуха, выбра

В промышленности в основном применяют агрегат АС-72,где в результате применения монодисперсных грануляторов обеспечен выровненный гранулометрический состав, снижено содержание мелких гранул, уменьшена скорость воздуха по сечению башни, т.е. созданы более благоприятные

 

условия для уменьшения уноса пыли из башни и снижения нагрузки на промывной скруббер [5,6].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы

 

1. Расчеты химико-технологических процессов. Под общей редакцией проф. Мухленова И.П. Л., «Химия», 1976. –304с.

2.http://www.xumuk.ru//

 3.Клевке.В.А.,”Технология азотных удобрений”,М.,Госхимиздат,1963г.

4.Общая химическая технология: Важнейшие химические производства/И.П.Мухленов.-4-е изд.-М.:Высш.шк.,1984.- 263с.