Trimiteți-vă munca bună în baza de cunoștințe este simplu. Utilizați formularul de mai jos

Studenții, studenții absolvenți, tinerii oameni de știință care folosesc baza de cunoștințe în studiile și munca lor vă vor fi foarte recunoscători.

Postat pe http://www.allbest.ru/

Ministerul Educației și Științei al Federației Ruse

Instituție de învățământ de stat

Studii profesionale superioare

Universitatea Tehnică de Stat din Tver

Departamentul TPM

Lucrări de curs

la disciplina: „Tehnologia chimică generală”

Producția de azotat de amoniu

• Conţinut

Introducere

2. Metode de producție

3. Principalele etape ale producerii azotatului de amoniu din amoniac și acid azotic

3.1 Prepararea soluțiilor de azotat de amoniu

3.1.1 Bazele procesului de neutralizare

3. 1 5 Echipament principal

4. Calcule materiale și energetice

5. Calcul termodinamic

6. Reciclarea și neutralizarea deșeurilor în producerea azotatului de amoniu

Concluzie

Lista surselor utilizate

Anexa A

Introducere

În natură și în viața umană, azotul este extrem de important. Face parte din compușii proteici (16-18%), care stau la baza lumii vegetale și animale. O persoană consumă zilnic 80-100 g de proteine, ceea ce corespunde la 12-17 g de azot.

Pentru dezvoltarea normală a plantelor, sunt necesare multe elemente chimice. Principalele sunt carbonul, oxigenul, hidrogenul, azotul, fosforul, magneziul, sulful, calciul, potasiul și fierul. Primele trei elemente ale unei plante sunt obținute din aer și apă, restul sunt extrase din sol.

Azotul joacă un rol deosebit de important în nutriția minerală a plantelor, deși conținutul său mediu în masa plantelor nu depășește 1,5%. Fără azot, nicio plantă nu poate trăi sau se poate dezvolta normal.

Azotul este o componentă nu numai a proteinelor vegetale, ci și a clorofilei, cu ajutorul căreia plantele, sub influența energiei solare, absorb carbonul din dioxidul de carbon CO2 din atmosferă.

Compușii naturali de azot se formează ca urmare a proceselor chimice de descompunere a reziduurilor organice, în timpul descărcărilor de fulgere, precum și biochimic ca urmare a activității bacteriilor speciale - Azotobacter, care absorb direct azotul din aer. Aceeași capacitate o au bacteriile nodulare care trăiesc în rădăcinile plantelor leguminoase (mazăre, lucernă, fasole, trifoi etc.).

O cantitate semnificativă de azot și alți nutrienți necesari dezvoltării culturilor agricole este îndepărtată anual din sol odată cu recolta rezultată. În plus, unii nutrienți se pierd ca urmare a scurgerii lor de către apele subterane și de ploaie. Prin urmare, pentru a preveni scăderea randamentului și epuizarea solului, este necesară completarea acestuia cu nutrienți prin aplicarea diferitelor tipuri de îngrășăminte.

Se știe că aproape fiecare îngrășământ are aciditate fiziologică sau alcalinitate. În funcție de aceasta, poate avea un efect acidifiant sau alcalinizant asupra solului, de care se ține cont la utilizarea lui pentru anumite culturi agricole.

Îngrășămintele, ai căror cationi alcalini sunt extrași mai repede de plante din sol, provoacă acidificare; Plantele care consumă anioni acizi din îngrășăminte contribuie mai repede la alcalinizarea solului.

Îngrășămintele cu azot care conțin cationul de amoniu NH4 (nitrat de amoniu, sulfat de amoniu) și grupa amidă NH2 (uree) acidifică solul. Efectul acidifiant al nitratului de amoniu este mai slab decât sulfatul de amoniu.

În funcție de natura solului, condițiile climatice și alte condiții, sunt necesare cantități diferite de azot pentru diferite culturi.

Azotatul de amoniu (nitrat de amoniu sau azotat de amoniu) ocupă un loc semnificativ în gama de îngrășăminte cu azot, a căror producție globală se ridică la milioane de tone pe an.

În prezent, aproximativ 50% din îngrășămintele cu azot folosite în agricultura din țara noastră sunt nitrat de amoniu.

Azotatul de amoniu are o serie de avantaje față de alte îngrășăminte cu azot. Conține 34-34,5% azot și în acest sens este al doilea după ureea CO(NH2) 2, care conține 46% azot. Alte îngrășăminte care conțin azot și azot au mult mai puțin azot (conținutul de azot este dat în materie de substanță uscată):

Tabelul 1 - Conținutul de azot în compuși

Azotatul de amoniu este un îngrășământ universal cu azot, deoarece conține simultan forme de azot de amoniu și nitrat. Este eficient în toate zonele, pentru aproape toate culturile.

Este foarte important ca formele de azot ale nitratului de amoniu să fie folosite de plante în momente diferite. Azotul de amoniu, implicat direct în sinteza proteinelor, este rapid absorbit de plante în perioada de creștere; Azotul nitrat este absorbit relativ lent, deci durează mai mult. De asemenea, s-a stabilit că forma amoniacală a azotului poate fi utilizată de plante fără oxidare prealabilă.

Aceste proprietăți ale azotatului de amoniu au un efect foarte pozitiv asupra creșterii randamentului aproape tuturor culturilor agricole.

Conținutul ridicat de azot în nitrat de amoniu, metoda relativ simplă de producere a acestuia și costul relativ scăzut pe unitatea de azot creează condiții prealabile bune pentru dezvoltarea ulterioară a acestei producții.

Azotatul de amoniu face parte dintr-un grup mare de explozibili stabili. Pentru operațiunile de sablare se folosesc explozivi pe bază de azotat de amoniu și azotat de amoniu, puri sau tratați cu anumiți aditivi.

O cantitate mică de salpetru este folosită pentru a produce protoxid de azot, folosit în medicină.

Odată cu creșterea volumului producției de nitrat de amoniu prin modernizarea instalațiilor de producție existente și construirea unora noi, se iau măsuri pentru îmbunătățirea în continuare a calității produsului finit (obținerea unui produs friabil 100% și conservarea granulelor după depozitarea pe termen lung a produsului). ).

1. Proprietățile fizico-chimice ale azotatului de amoniu

În forma sa pură, azotatul de amoniu este o substanță cristalină albă care conține 35% azot, 60% oxigen și 5% hidrogen. Produsul tehnic este alb cu o nuanță gălbuie și conține cel puțin 34,2% azot.

Azotatul de amoniu este un agent oxidant puternic pentru o serie de compuși anorganici și organici. Reacţionează violent cu topiturile unor substanţe, chiar până la explozie (de exemplu, cu azotit de sodiu NaNO2).

Dacă amoniacul gazos este trecut peste azotat de amoniu solid, se formează rapid un lichid foarte mobil - amoniac 2NH4NO3*2NH3 sau NH4NO3*3NH3.

Azotatul de amoniu este foarte solubil în apă, alcooli etilici și metilici, piridină, acetonă și amoniac lichid. Odată cu creșterea temperaturii, solubilitatea azotatului de amoniu crește semnificativ.

Când azotatul de amoniu este dizolvat în apă, o cantitate mare de căldură este absorbită. De exemplu, când 1 mol de NH4NO3 cristalin este dizolvat în 220-400 moli de apă și o temperatură de 10-15 °C, se absorb 6,4 kcal de căldură.

Nitratul de amoniu are capacitatea de a sublima. Când nitratul de amoniu este depozitat în condiții de temperatură ridicată și umiditate a aerului, volumul acestuia se dublează aproximativ, ceea ce duce de obicei la ruperea recipientului.

La microscop, porii și fisurile sunt clar vizibile pe suprafața granulelor de azotat de amoniu. Porozitatea crescută a granulelor de nitrat are un efect foarte negativ asupra proprietăților fizice ale produsului finit.

Nitratul de amoniu este foarte higroscopic. În aer liber, într-un strat subțire de salpetru, se umezește rapid, își pierde forma cristalină și începe să se estompeze. Gradul în care sarea absoarbe umiditatea din aer depinde de umiditatea acestuia și de presiunea vaporilor deasupra unei soluții saturate de sare dată la o anumită temperatură.

Schimbul de umiditate are loc între aer și sarea higroscopică. Umiditatea relativă a aerului are o influență decisivă asupra acestui proces.

Azotatul de calciu și var-amoniu au o presiune relativ scăzută a vaporilor de apă față de soluțiile saturate; la o anumită temperatură ele corespund celei mai scăzute umidităţi relative. Acestea sunt cele mai higroscopice săruri dintre îngrășămintele cu azot de mai sus. Sulfatul de amoniu este cel mai puțin higroscopic, iar azotatul de potasiu este aproape complet nehigroscopic.

Umiditatea este absorbită doar de un strat relativ mic de sare imediat adiacent aerului din jur. Cu toate acestea, chiar și o astfel de umezire a salitrului deteriorează foarte mult proprietățile fizice ale produsului finit. Rata cu care nitratul de amoniu absoarbe umezeala din aer crește brusc odată cu creșterea temperaturii. Astfel, la 40 °C rata de absorbție a umidității este de 2,6 ori mai mare decât la 23 °C.

Au fost propuse multe metode pentru a reduce higroscopicitatea azotatului de amoniu. O astfel de metodă se bazează pe amestecarea sau topirea azotatului de amoniu cu o altă sare. Atunci când alegeți o a doua sare, procedați de la următoarea regulă: pentru a reduce higroscopicitatea, presiunea vaporilor de apă deasupra unei soluții saturate dintr-un amestec de săruri trebuie să fie mai mare decât presiunea acestora deasupra unei soluții saturate de azotat de amoniu pur.

S-a stabilit că higroscopicitatea unui amestec de două săruri având un ion comun este mai mare decât cea mai higroscopică dintre ele (excepție fac amestecurile sau aliajele de azotat de amoniu cu sulfat de amoniu și altele). Amestecarea azotatului de amoniu cu substanțe nehigroscopice, dar insolubile în apă (de exemplu, praf de calcar, rocă fosfatică, fosfat dicalcic etc.) nu reduce higroscopicitatea acestuia. Numeroase experimente au arătat că toate sărurile care au aceeași solubilitate în apă sau mai mare decât azotatul de amoniu au proprietatea de a-și crește higroscopicitatea.

Sărurile care pot reduce higroscopicitatea azotatului de amoniu trebuie adăugate în cantități mari (de exemplu, sulfat de potasiu, clorură de potasiu, fosfat de diamoniu), ceea ce reduce drastic conținutul de azot din produs.

Cea mai eficientă modalitate de a reduce absorbția umidității din aer este să acoperiți particulele de nitrat cu pelicule protectoare de substanțe organice care nu sunt umezite de apă. Filmul protector reduce rata de absorbție a umidității de 3-5 ori și ajută la îmbunătățirea proprietăților fizice ale azotatului de amoniu.

O proprietate negativă a azotatului de amoniu este capacitatea sa de a se aglomera - de a-și pierde fluiditatea (fărâmiciarea) în timpul depozitării. În acest caz, azotatul de amoniu se transformă într-o masă solidă monolitică, greu de măcinat. Aglomerarea azotatului de amoniu este cauzată de mai multe motive.

Conținut crescut de umiditate în produsul finit. Particulele de azotat de amoniu de orice formă conțin întotdeauna umiditate sub formă de soluție saturată (mamă). Conținutul de NH4NO3 într-o astfel de soluție corespunde solubilității sării la temperaturile la care este încărcată în recipient. Pe măsură ce produsul finit se răcește, lichiorul-mamă devine adesea suprasaturat. Odată cu o scădere suplimentară a temperaturii, din soluția suprasaturată cad un număr mare de cristale cu dimensiuni de 0,2-0,3 mm. Aceste noi cristale cimentează particulele de nitrat nelegate anterior, făcându-l să se transforme într-o masă densă.

Rezistența mecanică scăzută a particulelor de salpetru. Azotatul de amoniu este produs sub formă de particule de formă rotundă (granule), plăci sau cristale mici. Particulele de azotat de amoniu granular au o suprafață specifică mai mică și o formă mai regulată decât cele fulgi și fin-cristaline, astfel încât granulele se turtesc mai puțin. Cu toate acestea, în timpul procesului de granulare, se formează o anumită cantitate de particule goale, care au rezistență mecanică scăzută.

La depozitare, pungile cu salitrul granulat sunt așezate în stive cu înălțimea de 2,5 m. Sub presiunea pungilor superioare, granulele cele mai puțin durabile sunt distruse cu formarea de particule asemănătoare prafului, care compactează masa salitrului, crescând aglomerarea acesteia. Practica arată că distrugerea particulelor goale într-un strat de produs granular accelerează brusc procesul de aglomerare. Acest lucru se observă chiar dacă, atunci când este încărcat în recipient, produsul a fost răcit la 45 °C și cea mai mare parte a granulelor a avut o rezistență mecanică bună. S-a stabilit că granulele goale sunt de asemenea distruse din cauza recristalizării.

Pe măsură ce temperatura ambientală crește, granulele de salitr își pierd aproape complet rezistența, iar un astfel de produs se prăjește foarte mult.

Descompunerea termică a azotatului de amoniu. Pericol de explozie. Rezistent la foc. Din punctul de vedere al siguranței la explozie, azotatul de amoniu este relativ puțin sensibil la șocuri, frecare, impacturi și rămâne stabil atunci când este lovit de scântei de intensitate diferită. Amestecurile de nisip, sticlă și impurități metalice nu cresc sensibilitatea azotatului de amoniu la stres mecanic. Este capabil să explodeze numai sub influența unui detonator puternic sau în timpul descompunerii termice în anumite condiții.

Cu încălzire prelungită, azotatul de amoniu se descompune treptat în amoniac și acid azotic:

NH4NO3=NH3+HNO3 - 174598,32 J (1)

Acest proces, care are loc cu absorbția căldurii, începe la temperaturi peste 110°C.

Odată cu încălzirea suplimentară, azotatul de amoniu se descompune pentru a forma protoxid de azot și apă:

NH4NO3= N2O + 2H2O + 36902,88 J (2)

Descompunerea termică a azotatului de amoniu are loc în următoarele etape succesive:

· hidroliza (sau disocierea) moleculelor de NH4NO3;

· descompunerea termică a acidului azotic format în timpul hidrolizei;

· interacțiunea dioxidului de azot și amoniacul format în primele două etape.

Când azotatul de amoniu este încălzit intens la 220--240 °C, descompunerea acestuia poate fi însoțită de izbucniri de masă topită.

Încălzirea azotatului de amoniu într-un volum închis sau într-un volum cu eliberare limitată de gaze formate în timpul descompunerii termice a nitratului este foarte periculoasă.

În aceste cazuri, descompunerea azotatului de amoniu poate avea loc prin mai multe reacții, în special prin următoarele:

NH4NO3 = N2+2H2O + S 02 + 1401,64 J/kg (3)

2NH4NO3 = N2 + 2NO+ 4H20 + 359,82 J/kg (4)

3NH4NO3= 2N2 + N0 + N02 + 6H20 + 966,50 J/kg (5)

Din reacțiile de mai sus este clar că amoniacul, format în perioada inițială de descompunere termică a nitratului, este adesea absent în amestecurile de gaze; În ele au loc reacții secundare, în timpul cărora amoniacul este complet oxidat la azot elementar. Ca urmare a reacțiilor secundare, presiunea amestecului de gaze într-un volum închis crește brusc și procesul de descompunere se poate termina cu o explozie.

Cuprul, sulfurile, magneziul, piritele și unele alte impurități activează procesul de descompunere a azotatului de amoniu atunci când este încălzit. Ca urmare a interacțiunii acestor substanțe cu nitratul încălzit, se formează nitritul de amoniu instabil, care la 70-80 ° C se descompune rapid cu o explozie:

NH4NO3=N2+ 2H20 (6)

Azotatul de amoniu nu reacționează cu fierul, staniul și aluminiul chiar și în stare topită.

Odată cu creșterea umidității și creșterea dimensiunii particulelor de azotat de amoniu, sensibilitatea acestuia la explozie scade foarte mult. În prezența a aproximativ 3% umiditate, salitrul devine insensibil la explozie chiar și atunci când este expus la un detonator puternic.

Descompunerea termică a azotatului de amoniu crește odată cu creșterea presiunii până la o anumită limită. S-a stabilit că la o presiune de aproximativ 6 kgf/cm2 și temperatura corespunzătoare, întregul azotat topit se descompune.

Esențial pentru reducerea sau prevenirea descompunerii termice a nitratului de amoniu este menținerea unui mediu alcalin atunci când se evaporă soluțiile. Prin urmare, în noua schemă tehnologică pentru producerea azotatului de amoniu neaglomerant, este recomandabil să adăugați o cantitate mică de amoniac în aerul cald.

Avand in vedere ca, in anumite conditii, azotatul de amoniu poate fi un produs exploziv, in timpul producerii, depozitarii si transportului acestuia trebuie respectate cu strictete regimul tehnologic si normele de siguranta stabilite.

Nitratul de amoniu este un produs neinflamabil. Doar protoxidul de azot, format în timpul descompunerii termice a sării, susține arderea.

Un amestec de nitrat de amoniu cu cărbune zdrobit se poate aprinde spontan când este încălzit puternic. Unele metale ușor oxidate (cum ar fi zincul sub formă de pulbere) în contact cu nitratul de amoniu umed cu căldură ușoară pot provoca, de asemenea, aprinderea acestuia. În practică, au fost observate cazuri de aprindere spontană a amestecurilor de azotat de amoniu cu superfosfat.

Pungile de hârtie sau butoaiele din lemn care conțineau nitrat de amoniu pot lua foc chiar și atunci când sunt expuse la lumina soarelui. Când un recipient care conține azotat de amoniu se aprinde, pot fi eliberați oxizi de azot și vapori de acid azotic. În cazul incendiilor care decurg dintr-o flacără deschisă sau din cauza detonării, azotatul de amoniu se topește și se descompune parțial. Flacăra nu se extinde în adâncimea masei de salpetri.

2 . Metode de producție

acid de neutralizare a azotatului de amoniu

În industrie, este utilizată pe scară largă numai metoda de producere a azotatului de amoniu din amoniac sintetic (sau gaze care conțin amoniac) și acid azotic diluat.

Producția de azotat de amoniu din amoniac sintetic (sau gaze care conțin amoniac) și acid azotic este în mai multe etape. În acest sens, au încercat să obțină nitrat de amoniu direct din amoniac, oxizi de azot, oxigen și vapori de apă prin reacție.

4NH3 + 4NO2 + 02 + 2H20 = 4NH4NO3 (7)

Cu toate acestea, această metodă a trebuit să fie abandonată, deoarece împreună cu nitratul de amoniu s-a format nitritul de amoniu - un produs instabil și exploziv.

Au fost introduse o serie de îmbunătățiri în producția de azotat de amoniu din amoniac și acid azotic, care au făcut posibilă reducerea costurilor de capital pentru construcția de noi instalații și reducerea costului produsului finit.

Pentru a îmbunătăți radical producția de azotat de amoniu, a fost necesar să se renunțe la ideile care au predominat de mulți ani despre imposibilitatea de a lucra fără rezerve adecvate de echipamente de bază (de exemplu, evaporatoare, turnuri de granulare etc.), despre pericolul obţinându-se topitură de azotat de amoniu aproape anhidru pentru granulare.

Este ferm stabilit în Rusia și în străinătate că numai construcția de unități de mare putere, folosind realizările moderne ale științei și tehnologiei, poate oferi avantaje economice semnificative în comparație cu producția existentă de nitrat de amoniu.

O cantitate semnificativă de azotat de amoniu este produsă în prezent din gazele reziduale care conțin amoniac ale unor sisteme de sinteză a ureei. Conform uneia dintre metodele de producție, 1 tonă de uree produce de la 1 la 1,4 tone de amoniac. Din această cantitate de amoniac se pot produce 4,6-6,5 tone de azotat de amoniu. Deși funcționează și scheme mai avansate pentru sinteza ureei, gazele care conțin amoniac - deșeuri din această producție - vor servi ca materie primă pentru producerea azotatului de amoniu pentru o perioadă de timp.

Metoda de producere a azotatului de amoniu din gaze care conțin amoniac diferă de metoda de producere din amoniac gazos numai în etapa de neutralizare.

Azotatul de amoniu se obține în cantități mici prin descompunerea prin schimb a sărurilor (metode de conversie).

Aceste metode de producere a azotatului de amoniu se bazează pe precipitarea uneia dintre sărurile rezultate sau pe producerea a două săruri cu solubilitate diferită în apă. În primul caz, soluțiile de azotat de amoniu sunt separate de sedimente pe filtre rotative și procesate într-un produs solid conform procedurilor convenționale. În cel de-al doilea caz, soluțiile sunt evaporate la o anumită concentrație și separate prin cristalizare fracționată, care se rezumă la următoarele: la răcirea soluțiilor fierbinți, cea mai mare parte a azotatului de amoniu este izolat în forma sa pură, apoi cristalizarea se realizează separat. echipamente din soluţiile mamă pentru a obţine un produs contaminat cu impurităţi.

Toate metodele de producere a azotatului de amoniu prin descompunerea prin schimb a sărurilor sunt complexe și implică un consum mare de abur și pierderi de azot legat. Ele sunt de obicei utilizate în industrie numai atunci când este necesar să se utilizeze compuși de azot obținuți ca produse secundare.

Metoda modernă de producere a azotatului de amoniu din amoniac gazos (sau gaze care conțin amoniac) și acid azotic este în mod constant îmbunătățită.

3 . Principalele etape ale producției de azotat de amoniu din amoniac și acid azotic

Procesul de producere a azotatului de amoniu constă din următoarele etape principale:

1. Prepararea soluțiilor de azotat de amoniu prin neutralizarea acidului azotic cu amoniac gazos sau gaze care conțin amoniac.

2. Evaporarea soluțiilor de azotat de amoniu până la starea topită.

3. Cristalizarea din sare topită sub formă de particule de formă rotundă (granule), fulgi (plăci) și cristale mici.

4. Sare de răcire sau de uscare.

5. Ambalarea produsului finit.

Pentru a obține azotat de amoniu cu aglomerare redusă și rezistent la apă, pe lângă etapele indicate, este necesară și o etapă de preparare a aditivilor corespunzători.

3.1 P Prepararea soluțiilor de azotat de amoniu

3.1.1 Bazele procesului de neutralizare

Soluții de azotat de amoniu ry se obțin prin reacția amoniacului cu acid azotic conform reacției:

4NH3 + HNO3 = NH4NO3 + Q J (8)

Formarea azotatului de amoniu este ireversibilă și este însoțită de eliberarea de căldură. Cantitatea de căldură eliberată în timpul reacției de neutralizare depinde de concentrația de acid azotic utilizat și de temperatura acestuia, precum și de temperatura gazului amoniac (sau gazelor care conțin amoniac). Cu cât concentrația de acid azotic este mai mare, cu atât se generează mai multă căldură. În acest caz, apa se evaporă, ceea ce face posibilă obținerea de soluții mai concentrate de azotat de amoniu. Pentru a obține soluții de azotat de amoniu se folosește acid azotic 42-58%.

Utilizarea acidului azotic cu o concentrație mai mare de 58% pentru a obține soluții de azotat de amoniu cu proiectarea existentă a procesului nu este posibilă, deoarece în acest caz se dezvoltă o temperatură în aparatul de neutralizare care depășește semnificativ punctul de fierbere al acidului azotic, care poate duce la descompunerea acestuia cu eliberarea de oxizi de azot. Când soluțiile de azotat de amoniu sunt evaporate, se formează abur de suc din cauza căldurii de reacție în aparatele de neutralizare, având o temperatură de 110-120 °C.

La obținerea soluțiilor de azotat de amoniu cu cea mai mare concentrație posibilă, sunt necesare suprafețe de schimb de căldură relativ mici ale evaporatoarelor și se consumă o cantitate mică de abur proaspăt pentru evaporarea ulterioară a soluțiilor. În acest sens, împreună cu materia primă, ei se străduiesc să furnizeze căldură suplimentară neutralizatorului, pentru care încălzesc amoniacul la 70 ° C și acidul azotic la 60 ° C cu abur de suc (la o temperatură mai ridicată a acidului azotic, descompunerea lui semnificativă). apare, iar conductele de încălzire sunt supuse la coroziune puternică dacă nu sunt fabricate din titan).

Acidul azotic utilizat la producerea azotatului de amoniu nu trebuie să conțină mai mult de 0,20% oxizi de azot dizolvați. Dacă acidul nu este purjat suficient cu aer pentru a elimina oxizii de azot dizolvați, aceștia formează nitritul de amoniu cu amoniac, care se descompune rapid în azot și apă. În acest caz, pierderile de azot se pot ridica la aproximativ 0,3 kg la 1 tonă de produs finit.

Vaporii de suc, de regulă, conțin impurități NH3, NHO3 și NH4NO3. Cantitatea acestor impurități depinde puternic de stabilitatea presiunilor la care amoniacul și acidul azotic trebuie să fie furnizate neutralizatorului. Pentru a menține o anumită presiune, acidul azotic este furnizat dintr-un rezervor sub presiune echipat cu o conductă de preaplin, iar amoniacul gazos este furnizat folosind un regulator de presiune.

Sarcina neutralizatorului determină, de asemenea, în mare măsură pierderea de azot legat cu aburul de suc. În condiții de sarcină normală, pierderile cu condensul de abur de suc nu trebuie să depășească 2 g/l (în termeni de azot). Când sarcina de neutralizare este depășită, apar reacții secundare între amoniac și vaporii de acid azotic, în urma cărora, în special, se formează azotat de amoniu cețos în faza gazoasă, contaminând aburul de suc, iar pierderea de azot legat crește. Soluțiile de azotat de amoniu obținute în neutralizatoare se acumulează în recipiente intermediare cu agitatoare, se neutralizează cu amoniac sau acid azotic și apoi se trimit la evaporare.

3.1.2 Caracteristicile instalaţiilor de neutralizare

În funcție de aplicație presiunea necesara, instalatiile moderne pentru producerea solutiilor de azotat de amoniu folosind caldura de neutralizare sunt impartite in instalatii care functioneaza la presiune atmosferica; în rarefacție (vid); la presiune ridicată (mai multe atmosfere) și instalații combinate care funcționează sub presiune în zona de neutralizare și sub vid în zona de separare a vaporilor de suc din soluția de azotat de amoniu (topitură).

Instalațiile care funcționează la presiune atmosferică sau ușoară exces se caracterizează prin simplitatea tehnologiei și a designului. De asemenea, sunt ușor de întreținut, pornit și oprit; încălcările accidentale ale modului de operare specificat sunt de obicei eliminate rapid. Instalațiile de acest tip sunt cele mai utilizate. Aparatul principal al acestor instalații este aparatul de neutralizare ITN (utilizarea căldurii de neutralizare). Aparatul ITN funcționează la o presiune absolută de 1,15--1,25 atm. Din punct de vedere structural, este proiectat în așa fel încât să nu aibă loc aproape nicio fierbere a soluțiilor - cu formarea de azotat de amoniu cețos.

Prezența circulației în aparatul pompei de căldură elimină supraîncălzirea în zona de reacție, ceea ce permite ca procesul de neutralizare să fie efectuat cu pierderi minime de azot legat.

În funcție de condițiile de funcționare ale producției de azotat de amoniu, aburul de suc al aparatelor ITN este utilizat pentru evaporarea preliminară a soluțiilor de nitrat, pentru evaporarea amoniacului lichid, încălzirea acidului azotic și a amoniacului gazos trimis la aparatele ITN și pentru evaporarea amoniacului lichid la obţinerea amoniacului gazos utilizat la producerea acidului azotic diluat.

Soluțiile de azotat de amoniu sunt produse din gaze care conțin amoniac în instalații ale căror aparate principale funcționează sub vid (evaporator) și la presiune atmosferică (scrubber-neutralizator). Astfel de instalații sunt voluminoase și este dificil să se mențină un mod de funcționare stabil în ele din cauza variabilității compoziției gazelor care conțin amoniac. Această din urmă împrejurare afectează negativ acuratețea reglării excesului de acid azotic, ca urmare a căreia soluțiile rezultate de azotat de amoniu conțin adesea o cantitate crescută de acid sau amoniac.

Instalațiile de neutralizare care funcționează la o presiune absolută de 5-6 atm nu sunt foarte frecvente. Acestea necesită un consum semnificativ de energie pentru a comprima gazul de amoniac și pentru a furniza acid azotic sub presiune neutralizatorilor. În plus, la aceste instalații, sunt posibile pierderi crescute de azotat de amoniu datorită antrenării stropilor de soluții (chiar și în separatoarele cu design complex, stropii nu pot fi captate complet).

În instalațiile bazate pe metoda combinată, procesele de neutralizare a acidului azotic cu amoniac sunt combinate și produc topitură de azotat de amoniu, care poate fi trimis direct la cristalizare (adică, evaporatoarele pentru concentrarea soluțiilor de azotat sunt excluse din astfel de instalații). Instalațiile de acest tip necesită 58-60% acid azotic, pe care industria îl produce încă în cantități relativ mici. În plus, unele dintre echipamente trebuie să fie fabricate din titan scump. Procesul de neutralizare pentru obținerea topiturii de nitrați trebuie efectuat la temperaturi foarte ridicate (200-220 ° C). Având în vedere proprietățile azotatului de amoniu, pentru a efectua procesul la temperaturi ridicate este necesar să se creeze condiții speciale care să prevină descompunerea termică a topiturii de azotat.

3.1.3 Instalații de neutralizare care funcționează la presiunea atmosferică

Aceste instalații includ Acestea includ dispozitive de neutralizare ITN (folosind căldura de neutralizare) și echipamente auxiliare.

Figura 1 prezintă unul dintre modelele aparatului ITN utilizat în multe fabrici existente de producție de azotat de amoniu.

Z1 - vârtej; BC1 - vas extern (rezervor); VTs1 - cilindru interior (partea de neutralizare); U1 - dispozitiv pentru distribuirea acidului azotic; Ш1 - fiting pentru solutii de scurgere; O1 - ferestre; U2 - dispozitiv pentru distribuirea amoniacului; G1 - etanșare cu apă; C1 - separator-capcană

Figura 1 - Aparat de neutralizare ITN cu circulație naturală a soluțiilor

Aparatul ITN este un vas cilindric vertical (rezervor) 2, în care este plasat un cilindru (sticlă) 3 cu rafturi 1 (swirler) pentru a îmbunătăți amestecarea soluțiilor. Conductele pentru introducerea acidului azotic și a amoniacului gazos sunt conectate la cilindrul 3 (reactivii sunt furnizați în contracurent); țevile se termină cu dispozitivele 4 și 7 pentru o mai bună distribuție a acidului și a gazului. În cilindrul interior, acidul azotic reacţionează cu amoniacul. Acest cilindru se numește camera de neutralizare.

Spațiul inelar dintre vasul 2 și cilindrul 3 servește pentru circulația soluțiilor fierbinți de azotat de amoniu. În partea inferioară a cilindrului există 6 orificii (ferestre) care leagă camera de neutralizare cu partea de evaporare a elementului de încălzire. Datorită prezenței acestor găuri, productivitatea aparatului ITN este oarecum redusă, dar se realizează o circulație naturală intensivă a soluțiilor, ceea ce duce la o reducere a pierderii de azot legat.

Aburul de suc eliberat din soluție este evacuat prin fitingul din capacul aparatului ITN și prin separatorul-capcană 9. Soluțiile de nitrat formate în cilindrul 3 sub formă de emulsie - amestecurile cu abur de suc intră în separator prin etanșarea de apă 5. De la montarea părții inferioare a capcanei-separator, soluții de amoniu Azotatul este trimis la neutralizatorul-mixer final pentru prelucrare ulterioară. Sigiliul de apă din partea de evaporare a aparatului vă permite să mențineți un nivel constant de soluție în acesta și împiedică scurgerea aburului de suc fără spălarea stropilor de soluție antrenate de acesta.

Condensul de abur se formează pe plăcile separatoare din cauza condensării parțiale a aburului de suc. În acest caz, căldura de condensare este îndepărtată prin circulația apei care trece prin serpentine așezate pe plăci. Ca urmare a condensării parțiale a aburului de suc, se obține o soluție de 15--20% de NH4NO3, care este trimisă spre evaporare împreună cu fluxul principal de soluție de azotat de amoniu.

Figura 2 prezintă o diagramă a uneia dintre unitățile de neutralizare care funcționează la presiune apropiată de cea atmosferică.

NB1 - rezervor sub presiune; C1 - separator; I1 - evaporator; P1 - încălzitor; SK1 - colectare pentru condens; ITN1 - dispozitiv ITN; M1 - agitator; TsN1 - pompă centrifugă

Figura 2 - Schema unei instalații de neutralizare care funcționează la presiunea atmosferică

Acidul azotic pur sau cu aditivi este furnizat într-un rezervor sub presiune echipat cu un preaplin constant de exces de acid în depozit.

Din rezervorul sub presiune 1, acidul azotic este direcționat direct în sticla aparatului ITN 6 sau printr-un încălzitor (nu este prezentat în figură), unde este încălzit de căldura aburului de suc îndepărtat prin separatorul 2.

Amoniacul gazos intră în evaporatorul de amoniac lichid 3, apoi în încălzitorul 4, unde este încălzit prin căldura aburului secundar din expandor sau prin condensatul fierbinte al aburului de încălzire al evaporatoarelor și apoi este trimis prin două conducte paralele în sticla aparatului ITN 6.

În evaporatorul 3, spray-ul de amoniac lichid se evaporă și contaminanții asociați de obicei cu amoniacul gazos sunt separați. În acest caz, se formează apă slab amoniacală cu un amestec de ulei lubrifiant și praf de catalizator din atelierul de sinteză a amoniacului.

Soluția de azotat de amoniu obținută în neutralizator curge continuu printr-o etanșare hidraulică și o capcană de stropire în mixerul final de neutralizare 7, de unde, după neutralizarea excesului de acid, este trimis spre evaporare.

Aburul de suc eliberat în aparatul de încălzire, după trecerea prin separatorul 2, este trimis pentru utilizare ca abur de încălzire la evaporatoarele din prima etapă.

Condensul de abur de suc de la încălzitorul 4 este colectat în colectorul 5, de unde este cheltuit pentru diverse nevoi de producție.

Înainte de pornirea neutralizatorului, se efectuează lucrările pregătitoare prevăzute în instrucțiunile de utilizare. Să remarcăm doar câteva dintre lucrările pregătitoare legate de desfășurarea normală a procesului de neutralizare și de asigurarea măsurilor de siguranță.

În primul rând, trebuie să turnați soluție de azotat de amoniu sau condens de abur în neutralizator până la supapa de prelevare.

Apoi este necesar să se stabilească o alimentare continuă cu acid azotic la rezervorul sub presiune și să se reverseze în zona de depozitare a depozitului. După aceasta, este necesar să primiți amoniac gazos de la atelierul de sinteză a amoniacului, pentru care este necesar să deschideți pentru scurt timp supapele de pe linia de eliberare a aburului de suc în atmosferă și supapa pentru evacuarea soluției în mixer-neutralizator. Acest lucru previne crearea unei presiuni ridicate în aparatul de pompare și formarea unui amestec nesigur de amoniac-aer la pornirea dispozitivului.

În același scop, înainte de pornire, neutralizatorul și comunicațiile conectate la acesta sunt purjate cu abur.

După atingerea condițiilor normale de funcționare, aburul de suc de la aparatul de încălzire este trimis pentru utilizare ca abur de încălzire].

3.1.4 Instalații de neutralizare care funcționează sub vid

Coprocesarea amm Gazele care conțin amoniac și amoniacul gazos nu sunt practice, deoarece este asociat cu pierderi mari de azotat de amoniu, acid și amoniac din cauza prezenței unei cantități semnificative de impurități în gazele care conțin amoniac (azot, metan, hidrogen etc.) - Aceste impurități care barbotează prin soluțiile de fierbere rezultate de azotat de amoniu ar elimina azotul legat cu aburul de suc. În plus, aburul de suc contaminat cu impurități nu putea fi folosit ca abur de încălzire. Prin urmare, gazele care conțin amoniac sunt de obicei procesate separat de gazul de amoniac.

În instalațiile care funcționează sub vid, căldura de reacție este utilizată în afara neutralizatorului - într-un evaporator cu vid. Aici, soluțiile fierbinți de azotat de amoniu provenite din neutralizator sunt fierte la o temperatură corespunzătoare vidului din aparat. Astfel de instalații includ: un neutralizator de tip scruber, un evaporator cu vid și echipamente auxiliare.

Figura 3 prezintă o diagramă a unei instalații de neutralizare care funcționează folosind un evaporator cu vid.

HP1 - neutralizator tip scruber; H1 - pompa; B1 - evaporator cu vid; B2 - separator în vid; NB1 - rezervor sub presiune pentru acid azotic; B1 - rezervor (mixer cu poarta); P1 - mașină de spălat; DN1 - preneutralizator

Figura 3 - Schema unei instalații de neutralizare cu evaporator în vid

Gazele care conțin amoniac la o temperatură de 30--90 °C sub o presiune de 1,2--1,3 atm sunt furnizate în partea inferioară a epuratorului-neutralizator 1. O soluție circulantă de nitrat intră în partea superioară a scruberului din rezervor de etanșare 6, care este de obicei alimentat continuu din rezervorul 5 acid azotic, uneori preîncălzit la o temperatură care nu depășește 60 °C. Procesul de neutralizare se efectuează cu un exces de acid în intervalul 20-50 g/l. Scrubber 1 menține de obicei o temperatură cu 15-20 °C sub punctul de fierbere al soluțiilor, ceea ce ajută la prevenirea descompunerii acide și a formării de ceață de nitrat de amoniu. Temperatura stabilită este menținută prin irigarea scruberului cu o soluție dintr-un evaporator cu vid, care funcționează la un vid de 600 mmHg. Art., deci soluția din ea are o temperatură mai scăzută decât în ​​scruber.

Soluția de nitrat obținută în scruber este aspirată în evaporatorul cu vid 5, unde la un vid de 560-600 mm Hg. Artă. are loc o evaporare parțială a apei (evaporare) și o creștere a concentrației soluției.

Din vaporizatorul cu vid, soluția curge în rezervorul de etanșare cu apă 6, de unde cea mai mare parte din ea merge din nou pentru a iriga scruberul 1, iar restul este trimis la post-neutralizatorul 8. Aburul de suc generat în evaporatorul cu vid 3 este trimis prin separatorul de vid 4 la condensatorul de suprafață (nu este prezentat în figură) sau într-un condensator de tip amestecare. În primul caz, condensul de abur de suc este utilizat în producția de acid azotic, în al doilea - în diverse alte scopuri. Vidul din evaporatorul cu vid este creat din cauza condensului aburului de suc. Vaporii și gazele necondensate sunt aspirate din condensatoare de o pompă de vid și evacuate în atmosferă.

Gazele de eșapament din scruberul 1 intră în aparatul 7, unde sunt spălate cu condensat pentru a îndepărta picăturile de soluție de nitrat, după care sunt, de asemenea, îndepărtate în atmosferă. În mixerul de neutralizare final, soluțiile sunt neutralizate la un conținut de 0,1-0,2 g/l de amoniac liber și, împreună cu fluxul de soluție de nitrat obținut în aparatul ITN, sunt trimise spre evaporare.

Figura 4 prezintă o schemă mai avansată de neutralizare a vidului.

XK1 - frigider-condensator; CH1 - scruber-neutralizator; C1, C2 - colecții; TsN1, TsN2, TsN3 - pompe centrifuge; P1 - spalator cu gaz; G1 - etanșare cu apă; L1 - capcană; B1 - evaporator cu vid; BD1 - rezervor neutralizator; B2 - pompa de vid; P2 - masina de spalat suc; K1 - condensator de suprafață

Figura 4 - Diagrama de neutralizare a vidului:

Gazele de distilare sunt direcționate către partea inferioară a scruberului de neutralizare 2, irigată cu o soluție din colectorul 3 folosind o pompă de circulație 4.

Colectarea 3 prin etanșarea cu apă 6 primește soluții de la epurator-neutralizator 2, precum și soluții după capcana evaporatorului cu vid 10 și spălatorul cu abur de suc 14.

Printr-un rezervor sub presiune (neprezentat în figură), soluția de acid azotic de la mașina de spălat cu gaz 5, irigată cu condens de abur de suc, este alimentată continuu în colectia 7. De aici, soluțiile sunt furnizate de pompa de circulație 8 către mașina de spălat 5, după care sunt returnați la colecția 7.

Gazele fierbinți după spălatorul 5 sunt răcite în frigiderul-condensator 1 și eliberate în atmosferă.

Soluțiile fierbinți de azotat de amoniu din garnitura de apă 6 sunt aspirate de pompa de vid 13 în evaporatorul de vid 10, unde concentrația de NH4NO3 crește cu câteva procente.

Vaporii de suc eliberați în evaporatorul cu vid 10, trecând prin sifonul 9, șaiba 14 și condensatorul de suprafață 15, sunt eliberați în atmosferă de către pompa de vid 13.

O soluție de azotat de amoniu cu o aciditate dată este evacuată din conducta de refulare a pompei 4 în rezervorul de neutralizare. Aici soluția este neutralizată cu amoniac gazos și pompa 12 este trimisă la stația de evaporare.

3.1. 5 Echipament principal

Neutralizatori ITN. Sunt utilizate mai multe tipuri de neutralizatori, care diferă în principal prin dimensiunea și designul dispozitivelor pentru distribuirea amoniacului și a acidului azotic în interiorul aparatului. Se folosesc adesea dispozitive de următoarele dimensiuni: diametru 2400 mm, înălțime 7155 mm, sticlă - diametru 1000 mm, înălțime 5000 mm. Se mai folosesc dispozitive cu diametrul de 2440 mm și înălțimea de 6294 mm și dispozitive din care a fost scos mixerul prevăzut anterior (Figura 5).

LK1 - trapa; P1 - rafturi; L1 - linie de prelevare; L2 - linie de ieșire a soluției; BC1 - sticla interioara; C1 - vas extern; Ш1 - fiting pentru solutii de scurgere; P1 - distribuitor de amoniac; P2 - distribuitor de acid azotic

Figura 5 - Dispozitiv de neutralizare ITN

În unele cazuri, pentru prelucrarea unor cantități mici de gaze care conțin amoniac, se folosesc dispozitive ITP cu un diametru de 1700 mm și o înălțime de 5000 mm.

Încălzitorul cu gaz amoniac este un aparat cu carcasă și tub, realizat din oțel carbon. Diametru carcasa 400--476 mm, inaltime 3500--3280 mm. Tubul constă adesea din 121 de tuburi (diametrul tubului 25x3 mm) cu o suprafață totală de transfer de căldură de 28 m2. Amoniacul gazos intră în tuburi, iar aburul de încălzire sau condensul fierbinte intră în spațiul inter-tub.

Dacă pentru încălzire se folosește aburul de suc de la echipamentul de încălzire, atunci încălzitorul este fabricat din oțel inoxidabil 1Х18Н9Т.

Evaporatorul de amoniac lichid este un aparat din oțel carbon, în partea inferioară a căruia se află o bobină de abur, iar în mijloc există o intrare tangențială de amoniac gazos.

În cele mai multe cazuri, evaporatorul funcționează cu abur proaspăt la o presiune (exces) de 9 atm. În partea inferioară a evaporatorului de amoniac există un fiting pentru purjarea periodică a contaminanților acumulați.

Încălzitorul cu acid azotic este un aparat cu înveliș și tub cu un diametru de 400 mm și o lungime de 3890 mm. Diametru tub 25x2 mm, lungime 3500 mm; suprafata totala de schimb termic 32 m2. Încălzirea se realizează cu abur de suc cu o presiune absolută de 1,2 atm.

Neutralizatorul de tip scruber este un aparat cilindric vertical cu un diametru de 1800-2400 mm și o înălțime de 4700-5150 mm. Se mai folosesc dispozitive cu un diametru de 2012 mm și o înălțime de 9000 mm. În interiorul aparatului, pentru distribuirea uniformă a soluțiilor circulante pe secțiunea transversală, există mai multe plăci perforate sau o duză din inele ceramice. În partea superioară a dispozitivelor echipate cu plăci este așezat un strat de inele cu dimensiunile de 50x50x3 mm, care acționează ca o barieră împotriva stropilor de soluții.

Viteza gazului în secțiunea liberă a scruberului cu un diametru de 1700 mm și o înălțime de 5150 mm este de aproximativ 0,4 m/sec. Irigarea aparatului de tip scruber cu soluții se realizează cu ajutorul pompelor centrifuge cu o capacitate de 175-250 m3/h.

Evaporatorul cu vid este un dispozitiv cilindric vertical cu un diametru de 1000-1200 mm și o înălțime de 5000-3200 mm. Duza este inele ceramice de 50x50x5 mm, așezate în rânduri regulate.

Spalatorul cu gaz este un aparat cilindric vertical din otel inoxidabil cu diametrul de 1000 mm si inaltimea de 5000 mm. Duza este inele ceramice de 50x50x5 mm.

Agitator-neutralizator - un aparat cilindric cu un agitator care se rotește la o viteză de 30 rpm. Acționarea se realizează de la un motor electric printr-o cutie de viteze (Figura 6).

Ш1 - fiting pentru instalarea unui contor de nivel; B1 - aerisire; E1 - motor electric; P1 - cutie de viteze; VM1 - ax mixer; L1 - cămin

Figura 6 - Agitator-neutralizator

Diametrul dispozitivelor utilizate frecvent este de 2800 mm, înălțimea de 3200 mm. Acestea funcționează sub presiune atmosferică, servesc la neutralizarea finală a soluțiilor de azotat de amoniu și ca recipiente intermediare pentru soluțiile trimise spre evaporare.

Condensatorul de suprafață este un schimbător de căldură vertical cu înveliș și tub cu două treceri (prin apă), conceput pentru a condensa aburul de suc provenit de la un evaporator cu vid. Diametru aparat 1200 mm, inaltime 4285 mm; suprafata de transfer termic 309 m2. Funcționează la un vid de aproximativ 550-- 600 mm Hg. Artă.; are tuburi: diametru 25x2 mm, lungime 3500 m, numar total 1150 buc.; greutatea unui astfel de condensator este de aproximativ 7200 kg

În unele cazuri, pentru a elimina emisiile în atmosferă a aburului de suc evacuat în timpul purjării din evaporatoare, capcane ale echipamentelor de încălzire și etanșări cu apă, se instalează un condensator de suprafață cu următoarele caracteristici: diametrul corpului 800 mm, înălțimea 4430 mm, numărul total de tuburi 483 buc., diametru 25x2, suprafata totala 125 m2.

Pompe de vid. Sunt utilizate diferite tipuri de pompe. Pompa de tip VVN-12 are o capacitate de 66 m3/h, viteza de rotatie a arborelui este de 980 rpm. Pompa este proiectată pentru a crea un vid într-o unitate de neutralizare a vidului.

Pompe centrifuge. Pentru a circula soluția de azotat de amoniu într-o instalație de neutralizare în vid, se folosesc adesea pompe 7ХН-12 cu o capacitate de 175-250 m3/h. Puterea instalată a motorului electric este de 55 kW.

4 . Calcule materiale si energie

Să calculăm echilibrul material și termic al procesului. Eu calculez neutralizarea acidului azotic cu gaz amoniac la 1 tonă de produs. Preluez datele inițiale din Tabelul 2, folosind metodologia manualelor , , .

Acceptăm că procesul de neutralizare va decurge în următoarele condiții:

Temperatura inițială, °C

amoniac gazos................................................. ... .................................50

acid azotic................................................ ........ .................................20

Tabelul 2 - Date inițiale

Calculul materialului

1 Pentru a obține 1 tonă de nitrat prin reacție:

NH3+HNO3=NH4NO3 +Q J (9)

teoretic este necesară următoarea cantitate de materii prime (în kg):

amoniac

17 - 80 x = 1000*17/80 = 212,5

x - 1000

acid azotic

63 - 80 x = 1000*63/80 = 787,5

x - 1000

Unde 17, 63 și 80 sunt greutățile moleculare ale amoniacului, acidului azotic și respectiv nitratului de amoniu.

Consumul practic de NH3 si HNO3 este putin mai mare decat cel teoretic, intrucat in timpul procesului de neutralizare, pierderile de reactivi cu abur de suc sunt inevitabile prin scurgeri in comunicatii datorate descompunerii usoare a componentelor de reactie si a nitratului etc.

2. Determinați cantitatea de azotat de amoniu din produsul comercial: 0,98*1000=980 kg/h

sau

980/80=12,25 kmol/h,

precum si cantitatea de apa:

1000-980=20 kg/h

3. Voi calcula consumul de acid azotic (100%) pentru a obține 12,25 kmol/h de nitrat. Conform stoichiometriei, se consumă aceeași cantitate din acesta (kmol/h) cât se formează nitrat: 12,25 kmol/h, sau 12,25*63=771,75 kg/h

Deoarece condițiile stabilesc conversia completă (100%) a acidului, aceasta va fi cantitatea furnizată.

Procesul implică acid diluat - 60%:

771,75/0,6=1286,25 kg/h,

inclusiv apa:

1286,25-771,25=514,5 kg/h

4. În mod similar, consumul de amoniac (100%) pentru a produce 12,25 kmol/h, sau 12,25*17=208,25 kg/h

În ceea ce privește apa amoniacă 25%, aceasta va fi 208,25/0,25 = 833 kg/h, inclusiv apa 833-208,25 = 624,75 kg/h.

5. Voi găsi cantitatea totală de apă din neutralizatorul furnizat cu reactivii:

514,5+624,75=1139,25 kg/h

6. Să determinăm cantitatea de vapori de apă formată prin evaporarea soluției de nitrat (în produsul comercial rămân 20 kg/h): 1139,25 - 20 = 1119,25 kg/h.

7. Să întocmim un tabel cu bilanțul material al procesului de producere a azotatului de amoniu.

Tabelul 3 - Bilanțul material al procesului de neutralizare

8. Să calculăm indicatorii tehnologici.

· coeficienți teoretici de cheltuieli:

pentru acid - 63/80=0,78 kg/kg

pentru amoniac - 17/80=0,21 kg/kg

· rate efective ale cheltuielilor:

pentru acid - 1286,25/1000=1,28 kg/kg

pentru amoniac - 833/1000=0,83 kg/kg

În timpul procesului de neutralizare, a avut loc o singură reacție, conversia materiei prime a fost egală cu 1 (adică a avut loc conversia completă), nu au existat pierderi, ceea ce înseamnă că randamentul real este egal cu cel teoretic:

Qf/Qt*100=980/980*100=100%

Calcul energetic

Sosirea căldurii. În timpul procesului de neutralizare, aportul de căldură constă din căldura introdusă de amoniac și acid azotic și căldura degajată în timpul neutralizării.

1. Căldura adusă de amoniacul gazos este:

Q1=208,25*2,18*50=22699,25 kJ,

unde 208,25 este consumul de amoniac, kg/h

2,18 - capacitatea termică a amoniacului, kJ/(kg*°C)

50 - temperatura amoniacului, °C

2. Căldura introdusă de acidul azotic:

Q2=771,75*2,76*20=42600,8 kJ,

unde 771,25 este consumul de acid azotic, kg/h

2,76 - capacitatea termică a acidului azotic, kJ/(kg*°C)

20 - temperatura acidului, °C

3. Căldura de neutralizare se calculează preliminar la 1 mol de azotat de amoniu format conform ecuației:

HNO3*3,95H2O(lichid) +NH3(gaz) =NH4NO3*3,95H2O(lichid)

unde HNO3*3,95H2O corespunde acidului azotic.

Efectul termic Q3 al acestei reacții se găsește din următoarele cantități:

a) căldura de dizolvare a acidului azotic în apă:

HNO3+3,95 H2O=HNO3*3,95H2O (10)

b) căldura de formare a NH4NO3 solid din acid azotic 100% și amoniac 100%:

HNO3 (lichid) + NH3 (gaz) = ​​NH4NO3 (solid) (11)

c) căldura de dizolvare a azotatului de amoniu în apă, ținând cont de consumul de căldură de reacție pentru evaporarea soluției rezultate de la 52,5% (NH4NO3 *H2O) la 64% (NH4NO3 *2,5H2O)

NH4NO3 +2,5H2O= NH4NO3*2,5H2O, (12)

unde NH4NO3*4H2O corespunde unei concentrații de 52,5% NH4NO3

Valoarea NH4NO3*4H2O este calculată din raport

80*47,5/52,5*18=4H2O,

unde 80 este greutatea molară a NH4NO3

47,5 - concentrație HNO3, %

52,5 - concentrație NH4NO3, %

18 - greutatea molară a H2O

Valoarea NH4NO3*2,5H2O se calculează în mod similar, corespunzând unei soluții de 64% de NH4NO3

80*36/64*18=2,5H20

Conform reacției (10), căldura soluției q de acid azotic în apă este de 2594,08 J/mol. Pentru a determina efectul termic al reacției (11), este necesar să se scadă suma căldurilor de formare a NH3 (gaz) și HNO3 (lichid) din căldura de formare a azotatului de amoniu.

Căldura de formare a acestor compuși din substanțe simple la 18°C ​​și 1 atm are următoarele valori (în J/mol):

NH3(gaz): 46191,36

HN03 (lichid): 174472,8

NH4NO3(s): 364844,8

Efectul termic general al unui proces chimic depinde numai de căldura de formare a substanțelor inițiale care interacționează și a produselor finite. De aici rezultă că efectul termic al reacției (11) va fi:

q2=364844,8-(46191,36+174472,8)=144180,64 J/mol

Căldura q3 de dizolvare a NH4NO3 conform reacției (12) este egală cu 15606,32 J/mol.

Dizolvarea NH4NO3 în apă are loc odată cu absorbția căldurii. În acest sens, căldura soluției este preluată în bilanțul energetic cu semnul minus. Concentrația soluției de NH4NO3 se desfășoară în mod corespunzător cu degajarea de căldură.

Astfel, efectul termic al reacției Q3

HNO3 +*3,95H2O(lichid)+NH3(gaz) =NH4NO3*2,5H2O(lichid)+1,45 H2O(abur)

va fi:

Q3=q1+q2+q3= -25940,08+144180,64-15606,32=102633,52 J/mol

Când se produce 1 tonă de azotat de amoniu, căldura reacției de neutralizare va fi:

102633,52*1000/80=1282919 kJ,

unde 80 este greutatea moleculară a NH4NO3

Din calculele de mai sus este clar că câștigul total de căldură va fi: cu amoniac 22699,25, cu acid azotic 42600,8, datorită căldurii de neutralizare 1282919 și un total de 1348219,05 kJ.

Consumul de căldură. La neutralizarea acidului azotic cu amoniac, căldura este îndepărtată din aparat prin soluția de azotat de amoniu rezultată, consumată pentru evaporarea apei din această soluție și pierdută în mediu.

Cantitatea de căldură transportată de soluția de azotat de amoniu este:

Q=(980+10)*2,55 tkip,

unde 980 este cantitatea de soluție de azotat de amoniu, kg

10 - pierderi de NH3 și HNO3, kg

tboil - temperatura de fierbere a soluției de azotat de amoniu, °C

Punctul de fierbere al soluției de azotat de amoniu se determină la o presiune absolută în neutralizator de 1,15 - 1,2 atm; Această presiune corespunde unei temperaturi a vaporilor de apă saturați de 103 °C. la presiunea atmosferică, punctul de fierbere al soluției de NH4NO3 este de 115,2 °C. scăderea temperaturii este egală cu:

at = 115,2 - 100 = 15,2 °C

Calculați punctul de fierbere al unei soluții de NH4NO3 64%.

tboil = tsat. abur+?t*з =103+15,2*1,03 = 118,7 °С,

Documente similare

Caracteristicile produselor fabricate, materiilor prime și materialelor pentru producție. Proces tehnologic de producere a azotatului de amoniu. Neutralizarea acidului azotic cu amoniac gazos și evaporarea la o topitură foarte concentrată.

lucrare curs, adăugată 19.01.2016


Automatizarea producției de nitrat de amoniu granulat. Circuite pentru stabilizarea presiunii în conducta de alimentare cu abur de suc și reglarea temperaturii condensului de abur dintr-un condensator barometric. Monitorizarea presiunii din conducta de evacuare la pompa de vid.

lucrare curs, adăugată 01.09.2014


Azotatul de amoniu este un îngrășământ cu azot obișnuit și ieftin. Revizuirea schemelor tehnologice existente pentru producerea acestuia. Modernizarea producției de azotat de amoniu cu producerea de îngrășământ complex azot-fosfat la OJSC Cherepovets Azot.

teză, adăugată 22.02.2012


Descrierea granulatoarelor pentru granularea și amestecarea materialelor vrac, pulberi umede și paste. Producția de îngrășăminte complexe pe bază de azotat de amoniu și uree. Întărirea legăturilor dintre particule prin uscare, răcire și polimerizare.

lucrare curs, adăugată 03.11.2015


Scopul, proiectarea și diagrama funcțională a unei unități frigorifice cu amoniac. Construirea unui ciclu într-o diagramă termodinamică pentru un mod dat și optim. Determinarea capacității de răcire, a consumului de energie și a consumului de energie.

test, adaugat 25.12.2013


Esența procesului de uscare și o descriere a schemei sale tehnologice. Uscătoarele atmosferice cu tambur, structura lor și calcule de bază. Parametrii gazelor de ardere furnizate uscătorului, control automat al umidității. Transportul agentului de uscare.

lucrare curs, adaugat 24.06.2012


Revizuirea metodelor moderne de producere a acidului azotic. Descrierea schemei tehnologice a instalației, proiectarea aparatului principal și a echipamentelor auxiliare. Caracteristicile materiilor prime și produselor finite, subproduselor și deșeurilor de producție.

teză, adăugată 11.01.2013


Metode industriale de producere a acidului azotic diluat. Catalizatori pentru oxidarea amoniacului. Compoziția amestecului de gaze. Conținut optim de amoniac în amestecul amoniac-aer. Tipuri de sisteme de acid azotic. Calculul materialului și bilanțul termic al reactorului.

lucrare curs, adăugată 14.03.2015


Proces tehnologic, norme tehnologice. Proprietățile fizico-chimice ale fosfatului de diamoniu. Sistem tehnologic. Recepția, distribuția acidului fosforic. Prima și a doua etapă de neutralizare a acidului fosforic. Granularea și uscarea produsului.

lucrare curs, adaugat 18.12.2008


Caracteristicile materiilor prime și materialelor auxiliare pentru producerea acidului azotic. Selectarea și justificarea schemei de producție adoptate. Descrierea schemei tehnologice. Calcule ale bilanțurilor materiale ale proceselor. Automatizarea procesului tehnologic.

Trimiteți-vă munca bună în baza de cunoștințe este simplu. Utilizați formularul de mai jos

Studenții, studenții absolvenți, tinerii oameni de știință care folosesc baza de cunoștințe în studiile și munca lor vă vor fi foarte recunoscători.

postat pe http://www.allbest.ru/

• Introducere
• 1. Producția de azotat de amoniu
• 2. Materii prime
• 3. Sinteza amoniacului
• 4. Caracteristicile produsului tinta
• 5. Fundamentarea fizico-chimică a principalelor procese de producție a produsului țintă și siguranța ecologică a producției

Introducere

Cel mai important tip de îngrășăminte minerale sunt îngrășămintele cu azot: azotat de amoniu, uree, sulfat de amoniu, soluții apoase de amoniac etc. Azotul joacă un rol extrem de important în viața plantelor: face parte din clorofilă, care acceptă energia solară. energie și proteine, necesare pentru construirea unei celule vii. Plantele pot consuma doar azot fix - sub formă de nitrați, săruri de amoniu sau amide. Din azotul atmosferic se formează cantități relativ mici de azot fixat datorită activității microorganismelor din sol. Cu toate acestea, agricultura intensivă modernă nu mai poate exista fără aplicarea suplimentară a îngrășămintelor cu azot în sol, obținute ca urmare a fixării industriale a azotului atmosferic.

Îngrășămintele cu azot diferă între ele prin conținutul lor de azot, sub formă de compuși cu azot (nitrat, amoniu, amidă), stare de fază (solidă și lichidă), și există și îngrășăminte fiziologic acide și fiziologic alcaline.

1. Producția de azotat de amoniu

Azotat de amoniu sau azotat de amoniu, NH 4 NO 3 - o substanță cristalină albă care conține 35% azot sub formă de amoniu și nitrat , ambele forme de azot sunt ușor absorbite de plante. Nitratul de amoniu granulat este utilizat pe scară largă înainte de însămânțare și pentru toate tipurile de fertilizare. La o scară mai mică, este folosit pentru a produce explozibili.

Azotatul de amoniu este foarte solubil în apă și are o higroscopicitate ridicată (capacitatea de a absorbi umiditatea din aer). Acesta este motivul pentru care granulele de îngrășământ se răspândesc, își pierd forma cristalină, are loc aglomerarea îngrășămintelor - materialul în vrac se transformă într-o masă solidă monolitică.

Nitratul de amoniu este produs în trei tipuri:

A și B - utilizate în industrie; utilizat în amestecuri explozive (amoniți, amoniali)

B este îngrășământul eficient și cel mai comun cu azot, care conține aproximativ 33-34% azot; are aciditate fiziologică.

2. Materii prime

Materiile prime pentru producerea azotatului de amoniu sunt amoniacul și acidul azotic.

Acid azotic . Acidul azotic pur HNO este un lichid incolor cu o densitate de 1,51 g/cm3 la -42 °C, solidificându-se într-o masă cristalină transparentă. În aer, la fel ca acidul clorhidric concentrat, „fumă”, deoarece vaporii săi formează mici picături de ceață cu umiditatea din aer. Acidul azotic nu este durabil și deja sub influența luminii se descompune treptat:

Cu cât temperatura este mai mare și cu cât acidul este mai concentrat, cu atât se produce descompunerea mai rapidă. Dioxidul de azot eliberat se dizolvă în acid și îi conferă o culoare maronie.

Acidul azotic este unul dintre cei mai puternici acizi; în soluții diluate, se descompune complet în ioni H și -NO.Acidul azotic este unul dintre cei mai importanți compuși de azot: este utilizat în cantități mari în producția de îngrășăminte cu azot, explozivi și coloranți organici, servește ca agent oxidant în multe procese chimice, și este utilizat în producția de acid sulfuric.acizi folosind metoda azota, utilizate pentru fabricarea lacuri și pelicule celulozice .

Producția industrială de acid azotic . Metodele industriale moderne de producere a acidului azotic se bazează pe oxidarea catalitică a amoniacului cu oxigenul atmosferic. Când se descrie proprietățile amoniacului, s-a indicat că arde în oxigen, iar produșii de reacție sunt apă și azot liber.Dar în prezența catalizatorilor, oxidarea amoniacului cu oxigen poate avea loc diferit.Dacă un amestec de amoniac și aer se trece peste catalizator, apoi la 750 ° C și La o anumită compoziție a amestecului, are loc conversia aproape completă

Amestecul rezultat trece cu ușurință în care, cu apă în prezența oxigenului atmosferic, dă acid azotic.

Aliajele pe bază de platină sunt folosite ca catalizatori pentru oxidarea amoniacului.

Acidul azotic obținut prin oxidarea amoniacului are o concentrație care nu depășește 60%. Dacă este necesar, este concentrat,

Industria produce acid azotic diluat cu o concentrație de 55, 47 și 45%, iar acidul azotic concentrat - 98 și 97%.Acidul concentrat este transportat în rezervoare de aluminiu, acid diluat - în rezervoare din oțel rezistent la acizi.

3. Sinteza amoniacului

materii prime azotat de azot de amoniac

Amoniacul este un produs cheie al diferitelor substanțe care conțin azot utilizate în industrie și agricultură. D.N. Pryanishnikov a numit amoniacul „alfa și omega” în metabolismul substanțelor azotate din plante.

Diagrama prezintă principalele aplicații ale amoniacului. Compoziția amoniacului a fost stabilită de C. Berthollet în 1784. Amoniacul NH3 este o bază, un agent reducător moderat puternic și un agent complexant eficient în ceea ce privește cationii cu orbitali de legare liberi.

Baza fizico-chimică a procesului . Sinteza amoniacului din elemente se realizează conform ecuației reacției

N2+3H2=2NH3; ?H<0

Reacția este reversibilă, exotermă, caracterizată printr-un efect de entalpie negativ mare (?H = -91,96 kJ/mol) și la temperaturi ridicate devine și mai exotermă (?H = -112,86 kJ/mol). Conform principiului lui Le Chatelier, atunci când este încălzit, echilibrul se deplasează spre stânga, spre o scădere a randamentului de amoniac. Modificarea entropiei în acest caz este de asemenea negativă și nu favorizează reacția. Cu o valoare negativă de ?S, o creștere a temperaturii reduce probabilitatea apariției unei reacții,

Reacția de sinteză a amoniacului are loc cu o scădere a volumului. Conform ecuației reacției, 4 moli de reactanți gazoși inițiali formează 2 moli de produs gazos. Pe baza principiului lui Le Chatelier, putem concluziona că, în condiții de echilibru, conținutul de amoniac din amestec va fi mai mare la presiune mare decât la presiune scăzută.

4. Caracteristicile produsului tinta

Caracteristici fizico-chimice . Azotat de amoniu (nitrat de amoniu) NH4NO3 are o greutate moleculară de 80,043; produsul pur este o substanță cristalină incoloră care conține 60% oxigen, 5% hidrogen și 35% azot (17,5% fiecare sub formă de amoniac și nitrat). Produsul tehnic conține cel puțin 34,0% azot.

Proprietățile fizice și chimice de bază ale azotatului de amonius:

Azotatul de amoniu, în funcție de temperatură, există în cinci modificări cristaline care sunt stabile termodinamic la presiunea atmosferică (tabel). Fiecare modificare există doar într-un anumit interval de temperatură, iar tranziția (polimorfă) de la o modificare la alta este însoțită de modificări ale structurii cristaline, de eliberare (sau absorbție) de căldură, precum și de o schimbare bruscă a volumului specific, a capacității termice. , entropia etc. Tranzițiile polimorfe sunt reversibile - enantiotrope.

Masa. Modificări cristaline ale nitratului de amoniu

Sistemul NH 4 NO 3 -H 2 O (Fig. 11-2) se referă la sisteme cu eutectice simple. Punctul eutectic corespunde unei concentrații de 42,4% MH 4 MO 3 și unei temperaturi de -16,9 °C. Ramura stângă a diagramei — linia liquidus a apei — corespunde condițiilor de eliberare a gheții în sistem NN 4 MO 3 -H 2 O. Ramura dreaptă a curbei liquidus este curba de solubilitate a MH 4 MO 3 in apa. Această curbă are trei puncte de rupere corespunzătoare temperaturilor de modificare a tranzițiilor NH 4 NO 3 1 = 11 (125,8 ° C), II = III (84,2 ° C) și 111 = IV (32,2 ° C). Punctul de topire (cristalizarea) al azotat de amoniu anhidru este de 169,6 ° C. Descrește odată cu creșterea conținutului de umiditate al sării.

Dependența temperaturii de cristalizare a NH 4 NO 3 (Tcrystal, „C) de conținutul de umiditate (X,%) până la 1,5% este descris de ecuația:

t crist = 169,6 - 13, 2x (11.6)

Dependența temperaturii de cristalizare a azotatului de amoniu cu adăugarea de sulfat de amoniu de conținutul de umiditate (X,%) până la 1,5% și sulfatul de amoniu (U, %) până la 3,0% se exprimă prin ecuația:

t cristal = 169,6 - 13,2X+2, OU. (11.7).

Nitratul de amoniu se dizolvă în apă și absoarbe căldură. Mai jos sunt valorile căldurilor de dizolvare (Q dist) ale azotatului de amoniu de diferite concentrații în apă la 25 ° C:

C(NH4NO3) % mase 59,69 47.05 38,84 30,76 22,85 15,09 2,17
Q soluție kJ/kg. -202,8 -225,82 -240,45 -256,13 -271,29 -287,49 -320,95

Azotatul de amoniu este foarte solubil în apă, alcooli etilici și metilici, piridină, acetonă și amoniac lichid.

Orez. 11-2. Diagrama stării sistemuluiN.H.4 N03 - H20

Descompunere termică . Nitratul de amoniu este un agent oxidant care poate susține arderea. Când este încălzit într-un spațiu închis, când produșii de descompunere termică nu pot fi îndepărtați liber, salitrul poate, în anumite condiții, exploda (detona). De asemenea, poate exploda sub influența unor șocuri puternice, de exemplu atunci când este inițiată de explozivi.

În timpul perioadei inițiale de încălzire la 110°C, are loc treptat disocierea endotermă a nitratului în amoniac și acid azotic:

NH4NO3 > NH3 + HNO3 - 174,4 kJ/mol. (11,9)

La 165 °C, pierderea în greutate nu depășește 6%/zi. Viteza de disociere depinde nu numai de temperatură, ci și de raportul dintre suprafața nitratului și volumul acestuia, conținutul de impurități etc.

Amoniacul este mai puțin solubil în topitură decât acidul azotic, deci este îndepărtat mai repede; concentraţia acidului azotic creşte până la o valoare de echilibru determinată de temperatură. Prezența acidului azotic în topitură determină natura autocatalitică a descompunerii termice.

În intervalul de temperatură 200-270 °C, are loc o reacție în principal slab exotermă de descompunere a nitratului în protoxid de azot și apă:

NH4NO3 > N2O+ 2H2O + 36,8 kJ/mol. (11.10)

Un efect vizibil asupra vitezei de descompunere termică este exercitat de dioxidul de azot, care se formează în timpul descompunerii termice a acidului azotic, care este un produs al disocierii azotatului de amoniu.

Când dioxidul de azot reacţionează cu nitratul, se formează acid azotic, apă şi azot:

NH 4 NO 3 + 2NO 2 > N 2 + 2HNO 3 + H 2 O + 232 kJ/mol (11,11 )

Efectul termic al acestei reacții este de peste 6 ori mai mare decât efectul termic al reacției de descompunere a nitratului în N 2 O și H 2 O. Astfel, în nitrat acidificat, chiar și la temperaturi obișnuite, datorită unei reacții exoterme semnificative de interacțiune cu dioxidul de azot are loc descompunerea termică spontană, care, cu o masă mare de azotat de amoniu poate duce la descompunerea lui rapidă.

Când nitratul este încălzit într-un sistem închis la 210-220 °C, se acumulează amoniac, concentrația de acid azotic scade și, prin urmare, reacția de descompunere este puternic inhibată Procesul de descompunere termică se oprește practic, în ciuda faptului că cea mai mare parte a sării are încă nedescompuse. La temperaturi mai ridicate, amoniacul se oxidează mai repede, acidul azotic se acumulează în sistem și reacția continuă cu o auto-accelerare semnificativă, ceea ce poate duce la o explozie.

Aditiv la azotatul de amoniu al substanțelor care se pot descompune cu eliberarea de amoniac (de exemplu, uree și acetamidă) inhibă descompunerea termică. Sărurile cu cationi de argint sau taliu măresc semnificativ viteza de reacție datorită formării complexelor cu ioni de azotat în topitură. Ionii de clor au un efect catalitic puternic asupra procesului de descompunere termică. Când un amestec care conține clorură și azotat de amoniu este încălzit la 220-230 °C, începe descompunerea foarte rapidă cu eliberarea de cantități mari de gaz. Datorită căldurii de reacție, temperatura amestecului crește foarte mult, iar descompunerea este finalizată într-un timp scurt.

Dacă amestecul care conține clorură este menținut la o temperatură de 150-200 ° C, atunci în prima perioadă de timp, numită inducție, descompunerea va avea loc cu o viteză corespunzătoare cu descompunerea nitratului la o anumită temperatură. În această perioadă, pe lângă descompunere, vor avea loc și alte procese, al căror rezultat este, în special, o creștere a conținutului de acid din amestec și eliberarea unei cantități mici de clor. După perioada de inducție, descompunerea are loc cu viteză mare și este însoțită de eliberare puternică de căldură și formarea de cantități mari de gaze toxice. Cu un conținut ridicat de clorură, descompunerea întregii mase de azotat de amoniu se termină rapid. Din acest motiv, conținutul de cloruri din produs este strict limitat.

Atunci când se acționează mecanismele utilizate în producerea azotatului de amoniu, trebuie utilizați lubrifianți care nu interacționează cu produsul și nu reduc temperatura inițială de descompunere termică. În acest scop, de exemplu, poate fi utilizat lubrifiantul VNIINP-282 (GOST 24926-81).

Temperatura produsului trimis spre depozitare în vrac sau pentru ambalare în pungi nu trebuie să depășească 55 °C. Ca containere se folosesc pungi din polietilenă sau hârtie kraft. Temperaturile la care încep procesele active de oxidare a polietilenei și hârtiei kraft cu azotat de amoniu sunt 270-280, respectiv 220-230 °C. Pungile goale din plastic și hârtie kraft trebuie curățate de reziduurile de produs și, dacă nu pot fi folosite, trebuie incinerate.

În ceea ce privește energia de explozie, azotatul de amoniu este de trei ori mai slab decât majoritatea explozivilor. Un produs granular poate, în principiu, să detoneze, dar inițierea cu o capsulă detonatoare este imposibilă; aceasta necesită încărcături mari de explozibili puternici.

Descompunerea explozivă a nitratului are loc conform ecuației:

NH4NO3 > N2 + 0,5O2 + 2H2O + 118 kJ/mol. (11.12)

Conform ecuației (11.12), căldura exploziei ar trebui să fie de 1,48 MJ/kg. Cu toate acestea, din cauza apariției reacțiilor secundare, dintre care una este endotermă (11,9), căldura reală de explozie este de 0,96 MJ/kg și este mică în comparație cu căldura de explozie a hexogenului (5,45 MJ). Dar pentru un produs cu o capacitate atât de mare precum azotatul de amoniu, luarea în considerare a proprietăților sale explozive (deși slabe) este importantă pentru asigurarea siguranței.

Cerințele consumatorilor pentru calitatea azotatului de amoniu produs de industrie sunt reflectate în GOST 2-85, conform căruia sunt produse două grade de produse comerciale.

Rezistența granulelor este determinată în conformitate cu GOST-21560.2-82 folosind dispozitive IPG-1, MIP-10-1 sau OSPG-1M.

Friabilitatea azotatului de amoniu granulat ambalat în pungi este determinată în conformitate cu GOST-21560.5-82.

GOST 14702-79-" impermeabil"

5. Fundamentarea fizico-chimică a principalelor procese de producție a produsului țintă și siguranța ecologică a producției

Pentru a obține practic azotat de amoniu neaglomerant, se folosesc o serie de metode tehnologice. Un mijloc eficient de reducere a ratei de absorbție a umidității de către sărurile higroscopice este granularea acestora. Suprafața totală a granulelor omogene este mai mică decât suprafața aceleiași cantități de sare fin-cristalină, astfel încât îngrășămintele granulare absorb umiditatea din aer mai lent. Uneori, azotatul de amoniu este fuzionat cu săruri mai puțin higroscopice, de exemplu sulfatul de amoniu.

Fosfații de amoniu, clorura de potasiu și nitratul de magneziu sunt, de asemenea, utilizați ca aditivi cu acțiune similară. Procesul de producere a azotatului de amoniu se bazează pe o reacție eterogenă între amoniacul gazos și o soluție de acid azotic:

NH3 + HNO3 = NH4NO3

?H = -144,9 kJ (VIII)

Reacția chimică are loc cu viteză mare; într-un reactor industrial este limitat de dizolvarea gazului în lichid.Pentru a reduce inhibarea difuziei, amestecarea reactivilor este de mare importanță.

Condițiile intensive pentru desfășurarea procesului pot fi asigurate în mare măsură la dezvoltarea designului aparatului. Reacția (VIII) este efectuată într-un aparat ITN care funcționează continuu (folosind căldura de neutralizare). Reactorul este un aparat cilindric vertical format din zone de reacție și separare. În zona de reacție există un pahar /, în partea inferioară a căruia există găuri pentru circulația soluției. Un barbotator este situat puțin deasupra orificiilor din interiorul sticlei 2 pentru alimentarea cu gaz amoniac, deasupra acestuia se află un barbotator 3 pentru furnizarea acidului azotic. Amestecul de reacție vapori-lichid iese din partea superioară a sticlei de reacție; o parte din soluție este îndepărtată din aparatul ITN și intră în neutralizatorul final, iar restul (circulația) coboară din nou. Vaporii de suc eliberați din amestecul de vapori-lichid sunt spălați pe plăci de capac 6 din stropi de soluție de azotat de amoniu și vapori de acid azotic cu o soluție de azotat de 20% și apoi condensat de abur de suc.

Căldura de reacție (VIII) este utilizată pentru a evapora parțial apa din amestecul de reacție (de unde și denumirea aparatului - ITN). Diferența de temperatură în diferite părți ale aparatului duce la o circulație mai intensă a amestecului de reacție.

Procesul tehnologic de producere a nitratului de amoniu include, pe lângă etapa de neutralizare a acidului azotic cu amoniac, și etapele de evaporare a soluției de azotat, granularea topiturii, răcirea granulelor, tratarea granulelor cu agenți tensioactivi. , ambalarea, depozitarea și încărcarea nitraților, purificarea emisiilor de gaze și a apelor uzate.

În fig. este prezentată o diagramă a unei unități moderne de mare capacitate pentru producerea de nitrat de amoniu AS-72 cu o capacitate de 1360 tone/zi. Acidul azotic inițial 58-60% este încălzit într-un încălzitor / până la 70-80 Cu abur de suc de la aparatul ITN 3 și este trimis spre neutralizare. În fața dispozitivelor 3 La acidul azotic se adaugă acizi fosforic și sulfuric în astfel de cantități încât produsul finit să conțină 0,3-0,5% P2O5 și 0,05-0,2% sulfat de amoniu.

Unitatea conține două dispozitive ITN care funcționează în paralel. Pe lângă acidul azotic, acestea sunt furnizate cu gaz de amoniac, preîncălzit într-un încălzitor. 2 condens de abur până la 120-130 °C. Cantitățile de acid azotic și amoniac furnizate sunt reglate astfel încât la ieșirea din aparatul ITN soluția să aibă un ușor exces de acid (2-5 g/l), asigurând absorbția completă a amoniacului.

Acidul azotic (58-60%) este încălzit în aparat 2 până la 80-90 °C cu abur de suc de la un aparat ITN 8. Gaz amoniac în încălzitor 1 încălzit prin condensat de abur la 120-160°C. Acidul azotic și amoniacul gazos într-un raport controlat automat intră în părțile de reacție a două aparate ITN 5 care funcționează în paralel. Soluția 89-92% NH 4 NO 3 care părăsește aparatul ITN la 155-170 °C are un exces de acid azotic în intervalul 2-5 g/l, asigurând absorbția completă a amoniacului.

În partea superioară a aparatului, sucul de abur din partea de reacție este spălat de stropi de azotat de amoniu; vapori de HNO3 și NH3 cu o soluție 20% de azotat de amoniu dintr-un scruber de spălare 18 și sucul condens de abur de la încălzitorul cu acid azotic 2, care sunt servite pe plăcile de capac ale părții superioare a aparatului. O parte din aburul sucului este folosită pentru a încălzi acidul azotic în încălzitorul 2, iar cea mai mare parte a acestuia este trimisă la scruberul de spălare 18, unde este amestecat cu aerul din turnul de granulare, cu un amestec abur-aer din evaporator 6 și spălate pe plăci de spălat scruber. Amestecul de abur-aer spălat este eliberat în atmosferă de un ventilator 19.

Soluție de la dispozitivele ITN 8 trece secvenţial prin neutralizator 4 și neutralizator de control 5. La neutralizator 4 acizii sulfuric și fosforic sunt dozați într-o cantitate care să asigure că produsul finit conține 0,05-0,2% sulfat de amoniu și 0,3-0,5% P20s. Dozarea acizilor de către pompele cu piston este ajustată în funcție de sarcina unității.

După neutralizarea excesului de NMO3 într-o soluție de azotat de amoniu din dispozitivele ITN și acizi sulfuric și fosforic introduși în post-neutralizatorul 4, soluția trece de controlul după neutralizatorul 5 (unde amoniacul este furnizat automat numai în cazul unei scurgeri de acid din neutralizator 4) și intră în evaporator 6. Spre deosebire de unitatea AS-67, partea superioară a evaporatorului 6 echipat cu două plăci de spălare cu sită, pe care se alimentează condens de abur, spălând amestecul abur-aer de la evaporator din azotat de amoniu

Nitrați topiți dintr-un evaporator 6, trecând prin sigiliul de apă și neutralizator 9 și filtrează 10, intră în rezervor 11, de unde provine de la o pompă submersibilă 12 alimentat printr-o conductă cu o duză antidetonare la un rezervor sub presiune 15, iar apoi la granulatoare 16 sau 17. Siguranța unității de pompare a topiturii este asigurată de un sistem de menținere automată a temperaturii topiturii în timpul evaporării acesteia în evaporator (nu mai mare de 190 °C), control și reglare a mediului de topire după neutralizator 9 (în intervalul 0,1-0,5 g/l NH 3), prin controlul temperaturii topiturii din rezervor 11, carcasa pompei 12 și conductă de presiune. Dacă parametrii de reglementare ai procesului deviază, pomparea topiturii se oprește automat, iar topitura în rezervoare 11 si evaporator 6 când temperatura crește, se diluează cu condens.

Granularea este asigurată de două tipuri de granulatoare: vibroacustice 16 și monodispersă 17. Granulatoarele vibroacustice, care sunt utilizate pe unități la scară mare, s-au dovedit a fi mai fiabile și mai convenabile de utilizat.

Topitura este granulată într-un turn metalic dreptunghiular 20 cu dimensiuni de plan de 8x11 m. Înălțimea de zbor a granulelor este de 55 m, ceea ce asigură cristalizarea și răcirea granulelor cu un diametru de 2-3 mm la 90-120 ° C cu un flux de aer contrar vara de până la 500 mii. m/h și iarna (la temperaturi scăzute) până la 300- 400 mii m/h. În partea de jos a turnului există conuri de primire din care granulele sunt transportate de un transportor cu bandă. 21 trimis la aparatul de răcire CC 22.

Aparat de racire 22 împărțit în trei secțiuni cu alimentare autonomă cu aer sub fiecare secțiune a grătarului cu pat fluidizat. În partea sa de cap există un ecran încorporat, care elimină bulgări de nitrat formați ca urmare a perturbării modului de funcționare al granulatoarelor. Buclele sunt trimise spre dizolvare. Aer furnizat secțiunilor aparatului de răcire de către ventilatoare 23, încălzit în aparat 24 din cauza căldurii aburului de suc de la dispozitivele ITN. Încălzirea se realizează când umiditatea atmosferică este peste 60%, iar iarna pentru a evita răcirea bruscă a granulelor. Granulele de azotat de amoniu trec secvențial printr-una, două sau trei secțiuni ale aparatului de răcire, în funcție de sarcina unității și de temperatura aerului ambiant. Temperatura recomandată de răcire pentru produsul granulat iarna este sub 27 °C, vara până la 40-50 °C. Când se operează unități din regiunile sudice, unde un număr semnificativ de zile temperatura aerului depășește 30 °C, a treia secțiune a aparatului de răcire funcționează cu aer prerăcit (într-un schimbător de căldură cu amoniac evaporat). Cantitatea de aer furnizată fiecărei secțiuni este de 75-80 mii m³/h. Presiunea ventilatorului 3,6 kPa. Aerul evacuat din secțiunile aparatului la o temperatură de 45-60°C, care conține până la 0,52 g/m 3 de praf de azotat de amoniu, este trimis în turnul de granulare, unde este amestecat cu aerul atmosferic și furnizat pentru spălare într-un spălator de spălat 18.

Produsul răcit este trimis la un depozit sau pentru tratare cu un agent tensioactiv (dispersant NP), iar apoi pentru expediere în vrac sau pentru ambalare în pungi. Tratamentul cu dispersant NF se efectuează într-un aparat gol 27 cu o duză situată central care pulverizează un flux vertical inelar de granule sau într-un tambur rotativ. Calitatea procesării produsului granular în toate dispozitivele utilizate îndeplinește cerințele GOST 2-85.

Azotatul de amoniu granulat este depozitat într-un depozit în grămezi de până la 11 m înălțime. Înainte de expedierea către consumator, azotatul este alimentat din depozit pentru cernere. Produsul nestandard este dizolvat, soluția este returnată în parc. Produsul standard este tratat cu un dispersant NF și expediat consumatorilor.

Rezervoarele pentru acizi sulfuric și fosforic și echipamentele de pompare pentru dozarea acestora sunt dispuse într-o unitate separată. Punctul central de control, substația electrică, laboratorul, spațiile de service și gospodărie sunt situate într-o clădire separată.

Postat pe Allbest.ru

...

Documente similare

Proprietățile fizico-chimice ale azotatului de amoniu. Principalele etape ale producției de azotat de amoniu din amoniac și acid azotic. Instalații de neutralizare care funcționează la presiune atmosferică și funcționează sub vid. Reciclarea și neutralizarea deșeurilor.

lucrare curs, adaugat 31.03.2014


Caracteristicile produselor fabricate, materiilor prime și materialelor pentru producție. Proces tehnologic de producere a azotatului de amoniu. Neutralizarea acidului azotic cu amoniac gazos și evaporarea la o topitură foarte concentrată.

lucrare curs, adăugată 19.01.2016


Automatizarea producției de nitrat de amoniu granulat. Circuite pentru stabilizarea presiunii în conducta de alimentare cu abur de suc și reglarea temperaturii condensului de abur dintr-un condensator barometric. Monitorizarea presiunii din conducta de evacuare la pompa de vid.

lucrare curs, adăugată 01.09.2014


Azotatul de amoniu este un îngrășământ cu azot obișnuit și ieftin. Revizuirea schemelor tehnologice existente pentru producerea acestuia. Modernizarea producției de azotat de amoniu cu producerea de îngrășământ complex azot-fosfat la OJSC Cherepovets Azot.

teză, adăugată 22.02.2012


Caracteristicile materiilor prime și materialelor auxiliare pentru producerea acidului azotic. Selectarea și justificarea schemei de producție adoptate. Descrierea schemei tehnologice. Calcule ale bilanțurilor materiale ale proceselor. Automatizarea procesului tehnologic.

teză, adăugată 24.10.2011


Metode industriale de producere a acidului azotic diluat. Catalizatori pentru oxidarea amoniacului. Compoziția amestecului de gaze. Conținut optim de amoniac în amestecul amoniac-aer. Tipuri de sisteme de acid azotic. Calculul materialului și bilanțul termic al reactorului.

lucrare curs, adăugată 14.03.2015


Revizuirea metodelor moderne de producere a acidului azotic. Descrierea schemei tehnologice a instalației, proiectarea aparatului principal și a echipamentelor auxiliare. Caracteristicile materiilor prime și produselor finite, subproduselor și deșeurilor de producție.

teză, adăugată 11.01.2013


Producerea și utilizarea catalizatorilor de sinteză a amoniacului. Structura catalizatorului de oxid, efectul condițiilor sale de reducere asupra activității. Mecanismul și cinetica recuperării. Instalatie termogravimetrica pentru recuperarea catalizatorilor de sinteza amoniacului.

teză, adăugată 16.05.2011


Descrierea granulatoarelor pentru granularea și amestecarea materialelor vrac, pulberi umede și paste. Producția de îngrășăminte complexe pe bază de azotat de amoniu și uree. Întărirea legăturilor dintre particule prin uscare, răcire și polimerizare.

lucrare curs, adăugată 03.11.2015


Tehnologia și reacțiile chimice ale etapei de producție a amoniacului. Materii prime, produs de sinteză. Analiza tehnologiei de purificare a gazului transformat din dioxid de carbon, problemele existente și dezvoltarea modalităților de rezolvare a problemelor de producție identificate.

Metoda de producere a azotatului de amoniu din amoniac gazos din cuptorul de cocs și acid azotic diluat nu a mai fost folosită ca fiind neprofitabilă din punct de vedere economic.

Tehnologia de producere a azotatului de amoniu include neutralizarea acidului azotic cu gaz de amoniac folosind căldura de reacție (145 kJ/mol) pentru a evapora soluția de azotat. După formarea unei soluții, de obicei cu o concentrație de 83%, excesul de apă este evaporat până la o topitură, în care conținutul de azotat de amoniu este de 95 - 99,5%, în funcție de tipul de produs finit. Pentru utilizare ca îngrășământ, topitura este granulată în pulverizatoare, uscată, răcită și acoperită cu compuși pentru a preveni aglomerarea. Culoarea granulelor variază de la alb la incolor. Azotatul de amoniu pentru utilizarea în chimie este de obicei deshidratat, deoarece este foarte higroscopic și procentul de apă din el (ω(H 2 O)) este aproape imposibil de obținut.

În instalațiile moderne care produc practic azotat de amoniu fără aglomerare, granulele fierbinți care conțin 0,4% umiditate sau mai puțin sunt răcite în aparate cu pat fluidizat. Granulele răcite sunt ambalate în saci de bitum din polietilenă sau din hârtie cu cinci straturi. Pentru a conferi granulelor o rezistență mai mare, asigurând posibilitatea transportului în vrac și pentru a menține stabilitatea modificării cristaline pe o perioadă mai lungă de valabilitate, aditivi precum magnezitul, sulfatul de calciu hemihidrat, produsele de descompunere a materiilor prime sulfatate cu acid azotic și altele. se adaugă la nitrat de amoniu (de obicei nu mai mult de 0,5 % din masă).

În producția de azotat de amoniu, acidul azotic este utilizat cu o concentrație mai mare de 45% (45-58%), conținutul de oxizi de azot nu trebuie să depășească 0,1%. În producția de azotat de amoniu, deșeurile din producția de amoniac pot fi, de asemenea, utilizate, de exemplu, apa cu amoniac și gazele din rezervor și de purjare îndepărtate din instalațiile de depozitare a amoniacului lichid și obținute în timpul purjării sistemelor de sinteză a amoniacului. În plus, gazele de distilare din producția de uree sunt, de asemenea, utilizate în producerea azotatului de amoniu.

Prin utilizarea rațională a căldurii de neutralizare degajate, se pot obține soluții concentrate și chiar azotat de amoniu topit prin evaporarea apei. În conformitate cu aceasta, există scheme pentru obținerea unei soluții de azotat de amoniu cu evaporarea sa ulterioară (proces în mai multe etape) și pentru obținerea topiturii (proces într-o singură etapă sau fără evaporare).

Sunt posibile următoarele scheme fundamental diferite pentru producerea azotatului de amoniu folosind căldura de neutralizare:

Instalații care funcționează la presiunea atmosferică (presiunea excesivă a aburului de suc 0,15-0,2 at);

Instalații cu evaporator cu vid;

Instalații care funcționează sub presiune, cu o singură utilizare a căldurii cu abur de suc;

Instalații care funcționează sub presiune, folosind căldură dublă din abur de suc (produce topitură concentrată).

În practica industrială, sunt utilizate pe scară largă ca fiind cele mai eficiente instalații care funcționează la presiune atmosferică, folosind căldură de neutralizare și instalații parțial cu evaporator în vid.

Producția de azotat de amoniu prin această metodă constă în următoarele etape principale:

1. obţinerea unei soluţii de azotat de amoniu prin neutralizarea acidului azotic cu amoniac;

2. evaporarea soluției de azotat de amoniu la starea de topire;

3. cristalizarea sării din topitură;

4. sare de uscare și răcire;

5. ambalare.

Procesul de neutralizare se efectuează într-un neutralizator, care permite utilizarea căldurii de reacție pentru evaporarea parțială a soluției - ITN. Este conceput pentru a produce o soluție de azotat de amoniu prin neutralizarea 58 - 60% acid azotic cu amoniac gazos folosind căldura de reacție pentru a evapora parțial apa din soluție la presiunea atmosferică, conform reacției:

NH 3 + HNO 3 = NH 4 NO 3 + Qkcal

Azotatul de amoniu se obține prin neutralizarea acidului azotic cu amoniac gazos conform reacției:

NH3 (g) + HNO3 (l) NH4NO3 +144,9 kJ

Această reacție practic ireversibilă are loc la viteză mare și eliberează o cantitate semnificativă de căldură. Se efectuează de obicei la o presiune apropiată de cea atmosferică; În unele țări, instalațiile de neutralizare funcționează la o presiune de 0,34 MPa. La producerea azotatului de amoniu se folosește acid azotic diluat 47-60%.

Căldura reacției de neutralizare este utilizată pentru a evapora apa și a concentra soluția.

Producția industrială cuprinde următoarele etape: neutralizarea acidului azotic cu amoniac gazos într-un aparat cu pompă de căldură (utilizarea căldurii de neutralizare); evaporarea soluției de salitr, granularea topiturii de salitr, răcirea granulelor, prelucrarea granulelor cu agenți tensioactivi, ambalarea, depozitarea și încărcarea salitrului, purificarea emisiilor de gaze și a apelor uzate. La neutralizarea acidului azotic se introduc aditivi.

Figura 1 prezintă o diagramă a unei unități moderne AC-72 de mare capacitate cu o capacitate de 1360 t/zi.

Orez. 1.

1 - încălzitor cu acid; 2 - încălzitor cu amoniac; 3 - dispozitive ITN; 4 - preneutralizator; 5 - evaporator; 6 - rezervor sub presiune; 7, 8 - granulatoare; 9, 23 de fani; 10 - scruber de spalare; 11 - tambur; 12.14 - transportoare; 13 - lift; 15-aparate cu pat fluidizat; 16 - turn de granulare; 17 - colectare; 18, 20 - pompe; 19 - rezervor de înot; 21-filtru pentru înot; 22 - încălzitor de aer

Acidul azotic 58-60% primit este încălzit într-un încălzitor de la 1 la 70-80 o C cu abur de suc de la aparatul ITN 3 și este furnizat pentru neutralizare. Înainte de aparatul 3, acidului azotic se adaugă acizi termici fosforic și sulfuric într-o cantitate de 0,3-0,5% P2O5 și 0,05-0,2% sulfat de amoniu, raportat la produsul finit.

Acizii sulfuric și fosforic sunt furnizați de pompe cu piston, a căror performanță este controlată ușor și precis. Unitatea conține două dispozitive de neutralizare care funcționează în paralel. Aici este furnizat și amoniac gazos, încălzit în încălzitorul 2 prin condensat de abur la 120-130 o C. Cantitatea de acid azotic și amoniac furnizată este reglată astfel încât la ieșirea din aparatul pompei de căldură soluția să aibă un ușor exces de acid azotic. , asigurând absorbția completă a amoniacului.

În partea inferioară a aparatului, acizii sunt neutralizați la o temperatură de 155-170°C pentru a obține o soluție care conține 91-92% NH4NO3. În partea superioară a aparatului, vaporii de apă (așa-numiții vapori de suc) sunt spălați de stropi de azotat de amoniu și vapori de HN03. O parte din căldura de la aburul sucului este folosită pentru a încălzi acidul azotic. Apoi, aburul de suc este trimis pentru curățare la scruberele de spălat și apoi eliberat în atmosferă.

Soluția acidă de azotat de amoniu este trimisă la neutralizatorul final 4, unde amoniacul este furnizat în cantitatea necesară pentru a finaliza neutralizarea soluției. Apoi soluția este alimentată în evaporatorul 5 pentru abur suplimentar, care este efectuată cu vapori de apă sub o presiune de 1,4 MPa și aer încălzit la aproximativ 180°C. Topitura rezultată, care conține 99,8-99,7% azotat, trece prin filtrul 21 la 175 °C și este alimentată de o pompă submersibilă centrifugă 20 într-un rezervor sub presiune 5 și apoi într-un turn de granulare metalic dreptunghiular 16 cu o lungime de 11 m, a lățime de 8 m și o înălțime de la vârf la con 52,8 m.

În vârful turnului se află granulatoarele 7 și 8; Aerul este furnizat în partea inferioară a turnului, răcind picăturile de nitrat, care se transformă în granule. Înălțimea de cădere a particulelor de nitrat este de 50-55 m. Proiectarea granulatoarelor asigură producerea de granule cu o compoziție granulometrică uniformă cu un conținut minim de granule mici, ceea ce reduce antrenarea prafului din turn prin aer. Temperatura granulelor la ieșirea din turn este de 90-110°C, deci sunt trimise pentru răcire la aparatul cu pat fluidizat 15. Aparatul cu pat fluidizat este un aparat dreptunghiular având trei secțiuni și echipat cu un grătar cu orificii. Aerul este furnizat sub grătar de ventilatoare, ceea ce creează un strat de fierbere de granule de nitrat de 100-150 mm înălțime, care sunt furnizate printr-un transportor din turnul de granulare. Granulele sunt răcite intens la o temperatură de 40°C (dar nu mai mare de 50°C), corespunzătoare condițiilor de existență a modificării IV. Dacă temperatura aerului de răcire este sub 15°C, atunci înainte de a intra în aparatul cu pat fluidizat, aerul este încălzit într-un schimbător de căldură la 20°C. În perioada rece, 1-2 secțiuni pot fi în funcțiune.

Aerul din aparatul 15 intră în turnul de granulare pentru a forma granule și a le răci.

Granulele de azotat de amoniu din aparatul cu pat fluidizat sunt alimentate de transportorul 14 pentru tratarea cu un agent activ de suprafață într-un tambur rotativ 11. Aici granulele sunt pulverizate cu o soluție apoasă 40% pulverizată de dispersant NF. După aceasta, salitrul trece printr-un separator electromagnetic pentru a separa orice obiecte metalice prinse accidental și este trimis într-un buncăr, iar apoi pentru cântărire și ambalare în pungi de hârtie sau de plastic. Sacii sunt transportați cu transportor pentru încărcare în vagoane sau într-un depozit.

Aerul care iese din partea superioară a turnului de granulare este contaminat cu particule de azotat de amoniu, iar aburul de sucul de la neutralizator și amestecul de abur-aer din evaporator conține amoniac și acid azotic nereacționat și particule de azotat de amoniu antrenat. Pentru curățare, în partea superioară a turnului de granulare sunt instalate șase scrubere de tip disc cu funcționare paralelă 10, irigate cu o soluție de 20-30% de azotat de amoniu, care este alimentată de pompa 18 din rezervor. O parte din această soluție este dusă la neutralizatorul ITN pentru spălarea cu abur de suc și apoi amestecată cu soluția de azotat de amoniu și, prin urmare, intră în producție.

O parte din soluție (20-30%) este retrasă continuu din ciclu, astfel încât ciclul se epuizează și este completat prin adăugarea de apă. La ieșirea fiecărui scruber este instalat un ventilator 9 cu o capacitate de 100.000 m 3 /h, care aspiră aerul din turnul de granulare și îl aruncă în atmosferă.

INTRODUCERE

Industria azotului este una dintre industriile cu cea mai rapidă creștere.

Acidul azotic este unul dintre produsele de pornire pentru producerea majorității substanțelor care conțin azot și este unul dintre cei mai importanți acizi.

În ceea ce privește scara de producție, acidul azotic ocupă locul al doilea dintre diferiți acizi după acidul sulfuric. Scara mare a producției se explică prin faptul că acidul azotic și sărurile sale au căpătat o importanță foarte semnificativă în economia națională.

Consumul de acid azotic nu se limitează la producția de îngrășăminte. Este utilizat pe scară largă în producția de toate tipurile de explozivi, o serie de săruri tehnice, în industria sintezei organice, în producția de acid sulfuric, în tehnologia rachetelor și în multe alte sectoare ale economiei naționale.

Producția industrială de acid azotic se bazează pe oxidarea catalitică a amoniacului cu oxigenul atmosferic, urmată de absorbția de către apă a oxizilor de azot rezultați.

Scopul acestui proiect de curs este de a lua în considerare prima etapă a producției de acid azotic - oxidarea prin contact a amoniacului, precum și calculul bilanțurilor de material și căldură ale reactorului.

În schemele tehnologice pentru producerea acidului azotic, procesul de oxidare catalitică a amoniacului este important, deoarece determină trei indicatori principali - consumul de amoniac, investițiile și pierderile de metale de platină, precum și capacitățile energetice ale schemei. În acest sens, îmbunătățirea procesului de oxidare catalitică a amoniacului este de mare importanță pentru producția de acid azotic și îngrășăminte minerale în general.

1. CARACTERISTICILE ACIDULUI NITRIC

1.1 Soiuri de acid azotic

În industrie se folosesc 2 tipuri de acid azotic: diluat (slab) care conține 30-60% HNO3 și concentrat, care conține 97-99% HNO3, precum și o cantitate relativ mică de acid azotic reactiv și foarte pur. Calitatea acidului azotic produs trebuie să îndeplinească standardele stabilite.

În ceea ce privește indicatorii fizico-chimici, acidul azotic concentrat trebuie să îndeplinească standardele specificate în tabelul 1.

Tabel 1 - Cerințe de calitate pentru acidul azotic concentrat (GOST 701-89)

Calitatea acidului azotic produs trebuie să îndeplinească standardele stabilite indicate în tabelele 2 și 3.

Tabelul 2 - Cerințe pentru calitatea acidului azotic neconcentrat (OST 6-03-270-76)

Tabelul 3 - Cerințe pentru calitatea acidului azotic (GOST 4461-67)

Conținut în %, nu mai mult de calitate analitică pur chimic Acid azotic pur 61-68 54-6061-68 54-6061-68 54-60 Oxizi de azot (NO2) 0.10.10.1 Rezidu după calcinare 0.0010.0030, sulfați (SO4025) -0,00020,000,000,002 fosfați (PO43-) 0,000020,00020,002 hloruri (CL-) 0,0000550,000,0005 Zhelezo (FE) 0,0000,000,0000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000 50505050505050505050 .0010.002 Arsenic (As) 0.0000020.0000030.00001 Greu metale (Pb) 0,000020,00050,0005

1.2 Aplicarea acidului azotic

Acidul azotic este utilizat în diferite domenii de activitate:

1)în timpul galvanizării și cromării pieselor;

)pentru producerea de îngrășăminte minerale;

)pentru producția de explozibili (industrie militară);

)în producția de medicamente (produse farmaceutice);

)obţinerea azotatului de argint pentru fotografie;

)pentru gravarea și gravarea formelor metalice;

)ca materie primă pentru producerea acidului azotic concentrat;

)în hidrometalurgie;

)în bijuterii - modalitatea principală de a determina aurul într-un aliaj de aur;

)pentru producerea de compuși nitro aromatici - precursori ai coloranților, medicamentelor farmacologice și alți compuși utilizați în sinteza organică fină;

)pentru a obține nitroceluloză.

1.3 Proprietățile acidului azotic

3.1 Proprietățile fizice ale acidului azotic

Acidul azotic este unul dintre acizii monobazici puternici, cu un miros ascuțit sufocant, este sensibil la lumină și, la lumină puternică, se descompune în unul dintre oxizii de azot (numit și gaz brun - NO2) și apă. Prin urmare, este indicat să-l depozitați în recipiente întunecate. În stare concentrată, nu dizolvă aluminiul și fierul, astfel încât poate fi depozitat în recipiente metalice adecvate. Acidul azotic este un electrolit puternic (ca mulți acizi) și un agent oxidant foarte puternic. Este adesea folosit în reacții cu substanțe organice.

Azotul din acidul azotic este tetravalent, starea de oxidare +5. Acidul azotic este un lichid incolor care emană fum în aer, punctul de topire -41,59 , fierbinte +82,6 cu descompunere parțială. Solubilitatea acidului azotic în apă nu este limitată. Soluțiile apoase de HNO3 cu o fracție de masă de 0,95-0,98 sunt numite „acid azotic fumant”, cu o fracție de masă de 0,6-0,7 - acid azotic concentrat. Formează un amestec azeotrop cu apa (fracția de masă 68,4%, d20 = 1,41 g/cm, Tbp = 120,7 )

Când este cristalizat din soluții apoase, acidul azotic formează hidrați cristalini:

) monohidrat HNO3·H2O, Tm = -37,62 ;

2) trihidrat HN033H20, Tm = -18,47 .

Acidul azotic, ca și ozonul, se poate forma în atmosferă în timpul fulgerelor. Azotul, care reprezintă 78% din compoziția aerului atmosferic, reacționează cu oxigenul atmosferic pentru a forma oxid nitric NO. Odată cu oxidarea ulterioară în aer, acest oxid se transformă în dioxid de azot (gaz brun NO2), care reacționează cu umiditatea atmosferică (nori și ceață), formând acid azotic.

Dar o cantitate atât de mică este complet inofensivă pentru ecologia pământului și a organismelor vii. Un volum de acid azotic și trei volume de acid clorhidric formează un compus numit „aqua regia”. Este capabil să dizolve metale (platină și aur) care sunt insolubile în acizi obișnuiți. Când se adaugă hârtie, paie sau bumbac la acest amestec, va avea loc o oxidare viguroasă și chiar arderea.

1.3.2 Proprietățile chimice ale acidului azotic

Acidul azotic prezintă proprietăți chimice diferite în funcție de concentrație și de substanța cu care reacționează.

Dacă acidul azotic este concentrat:

1) nu interacționează cu metalele - fier (Fe), crom (Cr), aluminiu (Al), aur (Au), platină (Pt), iridiu (Ir), sodiu (Na) datorită formării unei pelicule protectoare pe suprafața lor, ceea ce nu permite metalului să se oxideze în continuare. Cu toate celelalte metale<#"justify">HNO3 conc + Cu = Cu(NO3)2 + 2NO2 + H2O (1)

2) cu nemetale<#"justify">HNO3 conc. + P = H3PO4 + 5NO2 + H2O (2)

Dacă acidul azotic este diluat:

1) atunci când interacționează cu metalele alcalino-pământoase, precum și cu zincul (Zn), fierul (Fe), acesta este oxidat la amoniac (NH3) sau la nitrat de amoniu (NH4NO3). De exemplu, când reacţionează cu magneziu (Mg):

HNO3 diluat + 4Zn = 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O (3)

Dar protoxidul de azot (N2O) se poate forma, de exemplu, la reacția cu magneziu (Mg):

HNO3 diluat + 4Mg = 4Mg(NO3)2 + N2O + 3H2O (4)

Reacționează cu alte metale pentru a forma oxid de azot (NO), de exemplu, dizolvă argintul (Ag):

HNO3 diluat + Ag = AgNO3 + NO + H2O (5)

2) reacționează similar cu nemetale, de exemplu cu sulful<#"justify">HNO3 diluat + S = H2SO4 + 2NO (6)

Oxidarea sulfului la formarea acidului sulfuric și eliberarea de gaz - oxid de azot;

3) reacție chimică cu oxizi metalici, de exemplu, oxid de calciu:

HNO3 + CaO = Ca(NO3)2 + H2O (7)

Se formează sare (nitrat de calciu) și apă;

) reacție chimică cu hidroxizi (sau baze), de exemplu, cu var stins:

HNO3 + Ca(OH)2 = Ca(NO3)2 + H2O (8)

Se formează sare (nitrat de calciu) și apă - o reacție de neutralizare;

) reacție chimică cu săruri, de exemplu cu cretă:

HNO3 + CaCO3 = Ca(NO3)2 + H2O + CO2 (9)

Se formează o sare (nitrat de calciu) și un alt acid (în acest caz, acidul carbonic, care se descompune în apă și dioxid de carbon).

6) în funcție de metalul dizolvat, descompunerea sării la temperatură are loc astfel:

a) orice metal (desemnat ca Me) la magneziu (Mg):

MeNO2 + O2 (10)

b) orice metal de la magneziu (Mg) la cupru (Cu):

3 = MeO + NO2 + O2 (11)

c) orice metal după cupru (Cu):

3 = Me + NO2 + O2(12)

2. METODE DE OBTINEREA ACIDULUI NITRIC

amoniac catalizator de acid azotic

Metodele industriale pentru producerea acidului azotic diluat includ următoarele etape:

) obţinerea de oxid nitric (II);

2) oxidarea acestuia la oxid de azot (IV);

3) absorbția NO2 de către apă;

4) purificarea gazelor de evacuare (conținând în principal azot molecular) din oxizi de azot.

Acidul azotic concentrat se obține în două moduri:

1) prima metodă este rectificarea amestecurilor ternare care conțin acid azotic, apă și substanțe de îndepărtare a apei (de obicei acid sulfuric sau azotat de magneziu). Ca urmare, se obțin vapori de acid azotic 100% (care condensează) și soluții apoase ale agentului de deshidratare, acesta din urmă este evaporat și readus la producție;

2) a doua metodă se bazează pe reacția:

N2O4(s) + 2H2O(l) + O2(g) = 4HNO3(l) + 78,8 kJ (13)

La o presiune de 5 MPa și folosind O2 pur, se formează 97-98% acid, care conține până la 30% în greutate oxizi de azot. Produsul țintă se obține prin distilarea acestei soluții. Acidul azotic de puritate deosebită se obține prin rectificarea acidului azotic 97-98,5% în echipamente din sticlă de silicat sau cuarț. Conținutul de impurități într-un astfel de acid este mai mic de 110-6% în greutate.

3. MATERIA PRIME DE BAZĂ ÎN PRODUCȚIA ACID AZOTIC NECONCENTRAT

Principalele materii prime pentru producerea acidului azotic neconcentrat sunt în prezent amoniacul, aerul și apa. Materialele auxiliare și resursele energetice sunt catalizatori pentru oxidarea amoniacului și purificarea gazelor de eșapament, a gazelor naturale, a aburului și a electricității.

1. Amoniac. În condiții normale, este un gaz incolor cu miros înțepător, foarte solubil în apă și alți solvenți și formează hemi și monohidrați. Un punct de cotitură în dezvoltarea producției de amoniac sintetic a fost utilizarea metodei acum dominante în industrie pentru producerea hidrogenului prin transformarea metanului conținut în gazele naturale, gazele petroliere asociate și produsele petroliere rafinate. Conținutul de impurități din amoniacul lichid este reglementat de GOST 6221-82. Cele mai tipice impurități sunt: ​​apa, uleiurile lubrifiante, praful de catalizator, calcarul, carbonatul de amoniu, gazele dizolvate (hidrogen, azot, metan). Dacă GOST este încălcat, impuritățile conținute de amoniac pot pătrunde în amestecul amoniac-aer și pot reduce randamentul de oxid de azot (II), iar hidrogenul și metanul pot modifica limitele explozive ale amestecului amoniac-aer.

Aer. Pentru calculele tehnice, se presupune că aerul uscat conține [%, (vol.)]: N2 = 78,1, O2 = 21,0, Ar2 = 0,9, H2O = 0,1-2,8. În aer pot exista și urme de SO2, NH3, CO2. În zona siturilor industriale, aerul este poluat cu praf de diverse origini, precum și cu diverse componente ale emisiilor de gaze fugitive (SO2, SO3, H2S, C2H2, Cl2 etc.). Cantitatea de praf din aer este de 0,5-1,0 mg/m3.

3. Apa. Se folosește la producerea acidului azotic pentru refluxarea unei coloane de absorbție, pentru generarea de abur în timpul recuperării căldurii în cazane de căldură reziduală, pentru răcirea aparatelor de reacție. Pentru a absorbi oxizii de azot, cel mai des se utilizează condensatul de abur și apa purificată chimic. În unele scheme este permisă utilizarea condensului de abur de suc de azotat de amoniu. În orice caz, apa folosită pentru irigarea coloanelor nu trebuie să conțină amoniac liber și solide în suspensie, conținutul de ion clorură nu trebuie să fie mai mare de 2 mg/l, uleiul nu mai mult de 1 mg/l, NH4NO3 - nu mai mult de 0,5 g/l. Apa purificată chimic pentru cazanele de căldură reziduală trebuie să respecte cerințele GOST 20995-75. Apa de proces destinată eliminării căldurii în schimbătoarele de căldură și răcirea echipamentelor (apă reciclată) trebuie să îndeplinească următoarele cerințe: duritate carbonatică nu mai mare de 3,6 meq/kg, conținut de solide în suspensie nu mai mult de 50 mg/kg, valoare pH 6,5-8,5 .

4. Oxigen. Este utilizat în principal în producția de acid azotic concentrat folosind metoda de sinteză directă. În unele cazuri, este folosit pentru a îmbogăți amestecul de amoniac-aer atunci când se produce acid azotic neconcentrat.

4. OXIDAREA DE CONTACT A AMONIACULUI

4.1 Baza fizico-chimică a procesului

Metodele moderne de producere a acidului azotic se bazează pe oxidarea de contact a amoniacului. În timpul oxidării amoniacului pe diferiți catalizatori și în funcție de condiții, apar următoarele reacții:

NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O + 907,3 kJ (14)

4NH3 + 4O2 = 2N2O + 6H2O + 1104,9 kJ (15)

4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O + 1269,1 kJ (16)

Pe lângă reacții (14-16), sunt posibile și altele, care au loc în straturile apropiate de suprafață ale catalizatorului. De exemplu, descompunerea NO, interacțiunea dintre N2O, NO2 și NH3:

NU N2+O2 (17)

2NH3 + 3N2O = 4N2+3H2O (18)

NH3 + 6NO2 = 7N2 + 12H2O (19)

Desigur, reacția (14) va fi „utilă”. Calculele termodinamice arată că reacțiile (14-16) se desfășoară practic până la finalizare.

Constantele de echilibru pentru reacțiile inverse (14-16) la 900°C au următoarele valori

(20)

(21)

(22)

K1 = ,(23)

unde k1 - NO + H2O; k2 - NH3 + O2.

La 900 conversia catalitică a amoniacului în produse finite ajunge la 100%, adică procesul este practic ireversibil.

Cu toate acestea, ecuațiile (14-16) nu reflectă mecanismul real al procesului, deoarece în acest caz nouă molecule ar trebui să se ciocnească simultan în reacție (14); în reacția (16) - șapte molecule. Este aproape de necrezut.

Au fost propuse mai multe mecanisme pentru oxidarea amoniacului pe catalizatori. Diferențele de idei despre mecanisme sunt următoarele:

1) formarea NO și N2 printr-un compus intermediar pe catalizator;

2) formarea de NO are loc pe catalizator, iar formarea de N2 pe catalizator și în volumul de gaz.

Pe baza celor spuse (despre constanta de echilibru și mecanismele de oxidare), se poate afirma că catalizatorul selectat trebuie să aibă activitate mare (viteză mare de reacție și timp de contact scurt: pe măsură ce crește probabilitatea formării N2) și selectivitate. în raport cu reacția (14).

Dintre câteva mecanisme propuse de oamenii de știință noștri și străini, cel mai răspândit este mecanismul propus de L.K. Androsov, G.K. Boreskov, D.A. Epstein.

Mecanismul poate fi prezentat pas cu pas după cum urmează:

Etapa 1 - oxidarea suprafeței de platină. Se formează un complex catalizator-peroxid de oxigen (Figura 1).

Figura 1 - Structura complexului catalizator-peroxid de oxigen

etapă - difuzia și adsorbția amoniacului pe suprafața acoperită cu oxigen a platinei. Se formează un complex catalizator-oxigen-amoniac (Figura 2).

Figura 2 - Structura complexului catalizator-oxigen-amoniac

etapa - redistribuirea conexiunilor electronice, ruperea conexiunilor vechi și consolidarea conexiunilor noi.

etapă - desorbția produselor și difuzia în fluxul de gaz (compușii stabili de NO și H2O sunt îndepărtați de la suprafață).

Centrii eliberați absorb din nou oxigenul, deoarece viteza de difuzie a oxigenului este mai mare decât cea a amoniacului etc. Potrivit oamenilor de știință, oxigenul inclus în rețeaua catalizatorului (contact fără platină) nu participă la reacția de oxidare a amoniacului (dovedit folosind metoda atomului etichetat).

Conversia amoniacului în azot, conform I.I. Berger și G.K. Boreskov, poate apărea în volum ca urmare a reacțiilor amoniacului atât cu oxigenul, cât și cu oxidul nitric.

Există regiuni cinetice, de tranziție și de difuzie ale procesului. Regiunea cinetică este caracteristică temperaturilor scăzute: este limitată de temperatura de aprindere a catalizatorului, la care se observă încălzirea spontană rapidă a suprafeței sale, adică până la temperatura de aprindere, viteza este limitată de viteza reacției chimice. la contact. La T > Tzazh, difuzia controlează deja procesul - reacția chimică este rapidă. Procesul se deplasează în regiunea de difuzie. Este această zonă (600-1000 ) este tipic pentru un proces autotermic staționar în condiții industriale. Acest lucru implică inevitabil o creștere a vitezei volumetrice a gazului și o scădere a timpului de contact.

Oxidarea amoniacului pe catalizatori activi începe mai devreme: pe paladiu (Pd) la 100 , pe platină (Pt) la 145 , pe fier (Fe) la 230 , pe oxizii metalici temperatura la care începe reacția fluctuează în limite largi. În același timp, atinge o viteză și un grad de conversie suficiente la T > 600 .

4.2 Catalizatori de oxidare a amoniacului

Aproape toate plantele de acid azotic folosesc platina sau aliajele acesteia ca catalizator pentru oxidarea amoniacului.

Platina este un catalizator scump, dar își păstrează o activitate ridicată pentru o perioadă lungă de timp, are stabilitate și rezistență mecanică suficientă și este ușor de regenerat. În cele din urmă, cu forma modernă de plasă a catalizatorului, utilizarea platinei face posibilă utilizarea celui mai simplu tip de dispozitive de contact. Se aprinde ușor, iar consumul său pe unitatea de producție este nesemnificativ.

În producția de acid azotic, purtătorii nu sunt utilizați pentru platină și aliajele sale, deoarece în prezența purtătorilor activitatea catalizatorului scade relativ rapid și îngreunează regenerarea acestuia. În fabricile moderne, platina este folosită pentru catalizatori sub formă de grile. Forma ochiului creează o suprafață mare de catalizator în aparatul de contact cu un consum relativ scăzut de platină. În mod obișnuit, se folosesc ochiuri în care diametrul firului este de 0,045-0,09 mm cu dimensiuni pe partea celulei de 0,22 mm. Suprafața rețelei care nu este ocupată de sârmă este de aproximativ 50-60% din suprafața sa totală. Când se utilizează fire de un diametru diferit, numărul de țesături este modificat astfel încât zona liberă neocupată de sârmă să rămână în limitele specificate.

În dispozitivele de contact care funcționează sub presiune atmosferică. instalați de la 2 la 4 grile, majoritatea 3, și în dispozitivele care funcționează sub presiune de până la 8 atm - de la 13 la 16 grile. La instalarea unei ochiuri, unele dintre moleculele de amoniac nu intră în contact cu catalizatorul, ceea ce reduce randamentul de oxid de azot. În cele mai bune condiții, pe o plasă gradul de contact poate ajunge la 86-90%, pe două ochiuri 95-97%, iar pe trei ochiuri 98%. Când lucrați sub presiune atmosferică, nu utilizați mai mult de 4 ochiuri, deoarece cu un număr mare de ochiuri, deși productivitatea aparatului de contact crește, rezistența la fluxul de gaz crește foarte mult. Grilele trebuie să se potrivească strâns unele cu altele, deoarece, în caz contrar, în spațiul liber dintre grile au loc o serie de reacții omogene, reducând randamentul de oxid nitric.

În timpul funcționării, ochiurile de platină sunt foarte slăbite. Firele lor netede și strălucitoare devin spongioase și mate, ochiurile lor elastice devin fragile. Formarea unei suprafețe spongioase, libere, crește grosimea firelor. Toate acestea creează o suprafață de rețea foarte dezvoltată, care crește activitatea catalitică a platinei. Numai otrăvirea catalizatorului cu impuritățile furnizate cu gaze poate provoca ulterior o scădere a activității acestuia.

Slăbirea suprafeței rețelei de platină în timp duce la distrugerea severă a rețelei, ceea ce provoacă pierderi mari de platină.

Platina destinată fabricării catalizatorului nu trebuie să conțină fier, care deja la 0,2% reduce semnificativ randamentul de oxid de azot.

Platina pură este distrusă rapid la temperaturi ridicate, iar cele mai mici particule ale sale sunt îndepărtate de fluxul de gaz. Alte metale din grupa platinei în forma lor pură nu sunt utilizate ca catalizatori. Paladiul se degradează rapid. Iridiul și rodiul sunt puțin active. Osmiul se oxidează ușor.

Au fost studiate și utilizate aliaje de platină care sunt mai puternice și nu mai puțin active decât platina pură. În practică, se folosesc aliaje de platină cu iridiu sau rodiu și uneori paladiu. La temperaturi ridicate, grilele realizate dintr-un aliaj de platina cu 1% iridiu sunt mai active decat cele din platina. O activitate semnificativ mai mare și, în special, rezistența mecanică sunt caracteristice aliajelor de platină și rodiu.

Cel mai bun randament de oxid de azot se obține atunci când se lucrează pe aliaje de platină care conțin 10% rodiu. Cu toate acestea, având în vedere costul mai mare al rodiului în comparație cu platina, conținutul său în aliaje este de obicei redus la 7-5%.

Când amoniacul este oxidat sub presiune pe grile de platină-rodiu, se obține un randament semnificativ mai mare de oxid de azot decât pe grilele de platină pură.

Catalizatorii de platină sunt sensibili la anumite impurități conținute în gazul de alimentare. Astfel, prezența a 0,00002% fosfină (PH3) în gaz reduce gradul de conversie la 80%. Otrăvurile mai puțin puternice sunt hidrogenul sulfurat, vaporii de acetilenă, uleiurile lubrifiante, oxizii de fier și alte substanțe. Grilele se regenereaza prin tratarea lor cu o solutie 10-15% de acid clorhidric la 60-70°C timp de 2 ore, apoi grilele se spala bine cu apa distilata, se usuca si se calcineaza la flacara de hidrogen. În timpul funcționării, structura fizică a rețelei se modifică și rezistența mecanică a aliajului scade, ceea ce crește pierderile de metal și scurtează durata de viață a catalizatorului.

4.3 Compoziția amestecului de gaze. Conținut optim de amoniac în amestecul amoniac-aer

Aerul este folosit în principal pentru a oxida amoniacul. Consumul de oxigen pentru oxidarea amoniacului conform reacției (24) cu formarea de NO poate fi calculat după cum urmează:

NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O (24)

Conform reacției (24), la 1 mol de NH3 există 1,25 moli de O2 = , atunci conținutul de NH3 poate fi exprimat astfel:

Unde - cantitate de NH3 amestecat cu aer; 100 - cantitatea totală de amestec (%).

Totuși, acest lucru este teoretic. În scopuri practice, se folosește un anumit exces de oxigen, atunci concentrația de amoniac va fi mai mică de 14,4% (vol.).

Concentrația optimă de amoniac în amestecul amoniac-aer este conținutul său cel mai mare, la care un randament ridicat de NO este încă posibil la raportul O2:NH3< 2.

Se observă o scădere bruscă a gradului de conversie cu o scădere a raportului O2:NH3< 1,7 и содержании NH3 в смеси равном 11,5 % (об.). Если увеличивать соотношение O2:NH3, например, >2, atunci rata de conversie crește semnificativ.

Deci punctul important este:

1) pe de o parte, o creștere a conținutului de NH3 în amestecul amoniac-aer, adică o scădere a raportului O2:NH3, duce la o scădere a gradului de conversie a amoniacului;

2) pe de altă parte, odată cu creșterea conținutului de NH3 din amestecul amoniac-aer, temperatura sistemului crește, deoarece prin reacții se eliberează mai multă căldură (14-16), iar gradul de conversie crește, așa cum se poate. se vede din tabelul 4.

Tabelul 4 - Dependența gradului de conversie a amoniacului de conținutul său din amestecul amoniac-aer (P = 0,65 MPa)

Conținutul de NH3 din amestec, % (vol.) Raport O2:NH3 Temperaturi de conversie, Grad de conversie NH3, %9,531,9874391,8810,421,7878693,1610,501,7678993,3011,101,6782894,2111,531,5983495,30

Din Tabelul 4 rezultă că creșterea temperaturii de la 740 la 830°C cu un raport O2:NH3 de 1,6-2 are un efect benefic asupra procesului. La raportul O2:NH3< 1,35 лимитирующая стадия процесса - диффузия кислорода.

Un exces de O2 este necesar pentru a se asigura că suprafața platinei este întotdeauna acoperită cu oxigen pentru a desfășura procesul de oxidare conform mecanismului discutat mai devreme și pentru a preveni formarea de N2 și N2O (în absența oxigenului). Trebuie să fie mai mare de 30%, adică raportul O2:NH3 > 1,62.

Compoziția gazului va depinde și de apariția celei de-a doua etape a producției de acid azotic (oxidarea NO)

2NO + 1,5O2 + H2O = 2HNO3 (25)

De asemenea, necesită exces de oxigen:

1) pentru sistemele care funcționează sub presiune - 2,5%;

2) pentru sistemele care funcționează la presiunea atmosferică - 5%.

Reacția totală care determină nevoia de oxigen pentru a produce acid azotic este scrisă după cum urmează:

NH3 + 2O2 = HNO3 + H2O (26)

Mai există o circumstanță din cauza căreia nu este de dorit creșterea concentrației de amoniac peste 9,5% (vol.). În acest caz, există o scădere a concentrației de oxizi de azot în turnurile de absorbție datorită introducerii de oxigen suplimentar (adică NO este diluat). Astfel, 9,5% (vol.) este conținutul optim de amoniac pentru toate etapele de producere a acidului azotic diluat.

Puteți folosi oxigen în loc de aer pentru oxidare. Apoi, în conformitate cu reacția totală (26), este necesară creșterea concentrației de amoniac la 33,3% (vol.). Totuși, aici intră în joc măsurile de siguranță, deoarece un amestec cu o astfel de concentrație de amoniac devine exploziv (Tabelul 5).

Tabelul 5 - Limitele inferioare (LEL) și superioare (UEL) de explozie ale amestecului de amoniac-oxigen-azot

Pe măsură ce umiditatea gazului crește, limitele explozive se îngustează, adică este posibil să se utilizeze conversia aburului-oxigen a amoniacului.

Amestecurile de amoniac cu oxigen se aprind exploziv (Tf = 700-800 ). În aceste limite de temperatură, autoaprinderea are loc la orice conținut de amoniac din amestecul amoniac-oxigen.

Amestecurile amoniac-aer utilizate practic (concentrația de amoniac 9,5-11,5% (vol.)) nu sunt explozive (Tabelul 5). Există dependențe ale limitelor explozive ale unui amestec amoniac-aer de conținutul de amoniac și oxigen la diferite presiuni.

Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că viteza de propagare a exploziei este mică și pentru un amestec amoniac-aer este de 0,3-0,5 m/s. Adică, pentru a elimina posibilitatea răspândirii unei explozii, este necesar să se creeze o viteză a gazului mai mare decât această valoare (0,5 m/s). Acest lucru se realizează exact prin utilizarea catalizatorilor activi de platină în proces, unde timpul de contact este de 10-4 secunde și, prin urmare, viteza liniară este mai mare de 1,5 m/s.

4.4 Oxidarea amoniacului sub presiune

Scopul creșterii presiunii este:

1) necesitatea creșterii vitezei procesului;

2) compactitatea instalaţiilor.

S-a dovedit termodinamic că chiar și la presiuni mari randamentul de NO este aproape de 100%. Productivitatea convertizorului crește odată cu creșterea presiunii și creșterea numărului de grile de catalizator de platină. Pe măsură ce presiunea crește, temperatura procesului crește și peste 900 . Cu toate acestea, odată cu creșterea presiunii, pentru a obține un grad ridicat de conversie a NH3, este necesar să se mărească timpul de rezidență al gazului în convertor.

ceea ce duce la rândul său la o creştere a numărului de grile.

Principalul dezavantaj este pierderea crescută a catalizatorului de platină (Pt) la temperaturi ridicate. Aceste dezavantaje (pierderea platinei, reducerea gradului de conversie) pot fi eliminate prin recurgerea la o schemă de producție combinată, adică efectuarea oxidării NH3 la presiunea atmosferică sau aproape de presiunea atmosferică și oxidarea și absorbția NO la presiune ridicată. Această abordare este adesea implementată în scheme tehnologice din multe țări. În același timp, consumul de energie pentru compresia gazului crește costul acidului azotic.

4.5 Condiții optime pentru oxidarea amoniacului

Temperatura. Reacția amoniacului pe platină începe la 145 , dar se procedează cu un randament scăzut de NO și formarea de azot predominant elementar. O creștere a temperaturii duce la o creștere a randamentului de oxid nitric și la o creștere a vitezei de reacție. În intervalul 700-1000 NU randamentul poate fi crescut la 95-98%. Timp de contact când temperatura crește de la 650 la 900 este redusă de aproximativ cinci ori (de la 5 10-4 la 1.1 10-4 sec). Regimul de temperatură necesar procesului poate fi menținut datorită căldurii reacțiilor de oxidare. Pentru un amestec uscat de amoniac-aer care conține 10% NH3, la o rată de conversie de 96%, creșterea teoretică a temperaturii gazului este de aproximativ 705 sau vreo 70 pentru fiecare procent de amoniac din amestecul original. Folosind un amestec amoniac-aer care contine 9,5% amoniac, datorita efectului termic al reactiei, se poate ajunge la o temperatura de aproximativ 600°C. , pentru a crește și mai mult temperatura de conversie, este necesară preîncălzirea aerului sau a amestecului de amoniac-aer. Trebuie avut în vedere că amestecul de amoniac-aer poate fi încălzit doar la o temperatură nu mai mare de 150-200 la o temperatură a gazului de încălzire de cel mult 400 . În caz contrar, este posibilă disocierea amoniacului sau oxidarea sa omogenă cu formarea azotului elementar.

Limita superioară pentru creșterea temperaturii de oxidare de contact a amoniacului este determinată de pierderile catalizatorului de platină. Dacă până la 920 pierderea de platină este într-o oarecare măsură compensată de o creștere a activității catalizatorului, apoi peste această temperatură creșterea pierderilor de catalizator depășește semnificativ creșterea vitezei de reacție.

Conform datelor din fabrică, temperatura optimă pentru conversia amoniacului la presiunea atmosferică este de aproximativ 800 ; la instalațiile care funcționează la o presiune de 9 atm, este egală cu 870-900 .

Presiune. Utilizarea presiunii crescute la producerea acidului azotic diluat este asociată în principal cu dorința de a crește viteza de oxidare a oxidului de azot și conversia dioxidului de azot rezultat în acid azotic.

Calculele termodinamice arată că, chiar și la presiune ridicată, randamentul de echilibru al NO este aproape de 100%. Cu toate acestea, un grad ridicat de contact în acest caz este realizat numai cu un număr mare de rețele de catalizator și o temperatură mai mare.

Recent, în condiții industriale, pe catalizatori multistrat cu purificare minuțioasă a gazului și o temperatură de 900 a reușit să crească gradul de conversie a amoniacului la 96%. Atunci când alegeți presiunea optimă, trebuie avut în vedere că o creștere a presiunii duce la o creștere a pierderilor de platină. Acest lucru se explică prin creșterea temperaturii de cataliză, utilizarea ochiurilor multistrat și distrugerea mecanică crescută sub influența vitezei mari a gazului.

3. Conținutul de amoniac din amestec. Aerul este de obicei folosit pentru a oxida amoniacul, astfel încât conținutul de amoniac din amestec este determinat de conținutul de oxigen din aer. La un raport stoichiometric de O2:NH3 = 1,25 (conținutul de amoniac în amestecul cu aer este de 14,4%), randamentul de oxid nitric nu este semnificativ. Pentru a crește randamentul de NO, este necesar un exces de oxigen, prin urmare, conținutul de amoniac din amestec ar trebui să fie mai mic de 14,4%. În practica din fabrică, conținutul de amoniac din amestec este menținut în intervalul 9,5-11,5%, ceea ce corespunde raportului O2:NH3 = 21,7.

Reacția totală (26), care determină necesarul de oxigen în timpul procesării amoniacului în acid azotic, dă raportul O2:NH3 = 2, care corespunde unui conținut de amoniac în amestecul inițial de 9,5%. Acest lucru sugerează că creșterea concentrației de amoniac în amestec peste 9,5% nu va duce în cele din urmă la o creștere a concentrației de NO, deoarece în acest caz va trebui să fie introdus aer suplimentar în sistemul de adsorbție. Dacă un amestec de amoniac-oxigen este utilizat ca reactivi inițiali, atunci, în conformitate cu ecuația reacției totale, ar fi posibilă creșterea concentrației de amoniac în acesta la 33,3%. Cu toate acestea, utilizarea unor concentrații mari de amoniac este complicată de faptul că astfel de amestecuri sunt explozive.

Impactul impurităților. Aliajele de platină sunt sensibile la impuritățile conținute în amestecul amoniac-aer. În prezența a 0,0002% fosfură de hidrogen în amestecul de gaze, gradul de conversie a amoniacului este redus la 80%. Otrăvurile de contact mai puțin puternice sunt hidrogenul sulfurat, acetilena, clorul, vaporii de ulei lubrifiant, praful care conține oxizi de fier, oxidul de calciu, nisipul etc.

Purificarea preliminară a gazelor mărește timpul de funcționare al catalizatorului. Cu toate acestea, în timp, catalizatorul este otrăvit treptat, iar producția de NO scade. Pentru a elimina otrăvurile și contaminanții, grilele sunt regenerate periodic prin tratarea lor cu o soluție de acid clorhidric 10-15%.

5. Timp de contact. Timpul optim de contact este determinat de viteza de oxidare a amoniacului. Cel mai adesea, viteza de oxidare este definită ca cantitatea de amoniac oxidat (kg) per unitate de suprafață (m2) pe zi (intensitatea catalizatorului). Durata contactului gazului cu catalizatorul sau timpul de contact este determinată de ecuația:

Vsv/W

unde t este timpul de rezidență al gazului în zona catalizatorului, sec; Vsv este volumul liber al catalizatorului, m3; W - viteza volumetrica in conditii de contact m3 sec-1.

Gradul maxim de conversie a amoniacului în oxid de azot se realizează la un moment foarte specific de contact al gazului cu catalizatorul. Timpul optim de contact nu trebuie considerat cel la care se realizează randamentul maxim de NO, ci oarecum mai puțin, deoarece este avantajos din punct de vedere economic să lucrezi la productivitate mai mare chiar și în detrimentul reducerii randamentului produsului. În condiții practice, timpul de contact al amoniacului cu catalizatorul variază de la 1 10-4 la 2 10-4 sec.

Amestecarea amoniacului cu aerul. Omogenitatea completă a amestecului de amoniac-aer care intră în zona de contact este una dintre principalele condiții pentru obținerea unui randament ridicat de oxid de azot. O bună amestecare a gazelor este de mare importanță nu numai pentru a asigura un grad ridicat de contact, ci și pentru a proteja împotriva riscului de explozie. Designul și volumul mixerului trebuie să asigure pe deplin o bună amestecare a gazului și să împiedice scurgerea amoniacului în jeturi separate pe catalizator.

5. DISPOZITIVE DE CONTACT

Cel mai complex și a suferit îmbunătățiri semnificative este designul aparatului de contact în sine.

Figura 3 - Aparat de contact Ostwald: 1 - colector de amestec amoniac-aer; 2 - spirală de platină; 3 - fereastra de vizualizare; 4 - colector de gaz azotat

Primul aparat de contact industrial a fost aparatul Ostwald (Figura 3), format din două țevi concentrice: o fontă exterioară cu diametrul de 100 mm, emailată la interior, și una interioară din nichel cu diametrul de 65 mm. Amestecul de amoniac-aer a intrat în aparat de jos prin conducta exterioară și a căzut pe catalizatorul situat în partea superioară a conductei interioare. Gazele azotate au fost direcționate în jos în colector printr-o țeavă interioară, degajând căldură amestecului de intrare.

Catalizatorul a constat din benzi de folie de platină de 0,01 mm grosime și 20 mm lățime, rulate împreună într-o spirală. Una dintre benzi este netedă, a doua este ondulată cu îndoituri de 1 mm. Gradul de conversie a amoniacului a ajuns la 90-95%, amestecul cu aer conținea 8% NH3 (vol.), productivitatea aparatului a fost de 100 kg de acid azotic pe zi.

Această formă a catalizatorului nu a permis creșterea productivității aparatului prin creșterea dimensiunii acestuia. În aparatul Ostwald, alimentarea uniformă a amestecului de gaz nu a fost asigurată, deoarece înainte de a intra în catalizator, fluxul de gaz și-a schimbat direcția cu 180° și abia apoi a intrat în el. În plus, proiectarea aparatului nu a permis oxizilor de azot (II) să fie îndepărtați rapid din zona de temperatură înaltă.

În proiectele ulterioare ale aparatului de contact, a fost utilizat un catalizator sub formă de plasă de filamente cu un diametru de 0,06 mm.

Figura 4 - Aparat de contact Andreev: 1 - grile de platina; 2 - fereastra de vizualizare

Prima producție de acid azotic din Rusia a fost echipată cu dispozitive de contact Andreev, care produceau 386 kg de acid azotic pe zi și erau considerate cele mai avansate din lume. Aparatul cilindric cu diametrul de 300 mm și înălțimea de 450 mm a fost realizat din fontă. Amestecul de gaze a venit de jos (Figura 4). Grila catalizatorului de platină a fost amplasată peste aparat, în mijlocul acestuia.

Utilizarea fontei pentru fabricarea acestui aparat a avut o serie de dezavantaje: apariția reacțiilor adverse, contaminarea platinei cu scară. Gradul de conversie în acesta nu a depășit 87%.

Figura 5 - Aparat de contact Fischer: 1 - duză; 2 - plasă de platină; 3 - izolație

Aparatul Fischer era din aluminiu, diametrul său era de 1000 mm, înălțimea de 2000 mm (Figura 5). Partea inferioară a aparatului a fost umplută cu inele Raschig de porțelan, iar partea superioară a fost căptușită cu cărămizi refractare. Designul aparatului nu a asigurat o alimentare uniformă a amestecului de amoniac-aer către catalizator; randamentul de oxizi a fost de 89-92% la o temperatură de contact de 700-720°C. Productivitatea amoniacului aparatului este de 600-700 kg/zi. Particulele de cărămidă refractară care cădeau pe catalizator i-au redus activitatea.

Figura 6 - Dispozitiv Bamag: 1 - duza; 2 - plasă de platină; 3 - fereastra de vizualizare

Aparatul propus de firma Bamag (Figura 6) a constat din două trunchiuri de con legate prin baze largi, între care au fost plasate ochiuri de catalizator. Diametrul aparatului în partea largă a fost de 1,1 m sau 2,0 m.

Amestecul de amoniac-aer a fost introdus în aparat de jos. La început dispozitivul a fost din aluminiu, apoi partea superioară, fierbinte, a fost din oțel inoxidabil. Pentru a amesteca mai bine amestecul, inelele Raschig au fost turnate în partea inferioară a aparatului.

Principalul dezavantaj al acestor dispozitive a fost direcția amestecului de gaze pe catalizator de dedesubt, ceea ce a dus la vibrația grilelor și o creștere a pierderii de platină.

Studiile de proiectare a aparatului de contact au arătat că direcția amestecului de gaz de sus în jos stabilizează funcționarea grilelor de catalizator, reduce pierderile de catalizator de platină scump și rar, ajută la creșterea gradului de conversie cu 1,0-1,5% și permite utilizarea unui catalizator în două etape, în care a doua etapă este catalizator non-oxid de platină.

La introducerea amestecului de gaze în aparat de sus, în partea inferioară a acestuia, este posibil să se plaseze un strat de material izolator, precum și serpentinele cazanului de abur și supraîncălzitorului, fără riscul de contaminare a catalizatorului cu praf refractar. și cântare de fier. Acest lucru reduce pierderea de căldură prin reacție în mediu.

Un studiu al distribuției temperaturii pe suprafața catalizatorului a arătat că marginile catalizatorului adiacente pereților au o temperatură mai scăzută, iar gradul de contact scade în consecință, reducând randamentul total de oxid de azot (II). În acest sens, geometria părții de alimentare a aparatului de contact este de mare importanță; ar trebui să fie un con divergent fără probleme, cu un unghi de vârf de cel mult 30 °.

Figura 7 - Aparat Parsons: 1 - plasă cilindrică din platină; 2 fund de cuarț; 3 - fereastra de vizualizare; 4 - izolare

În SUA, a fost creat un aparat Parsons cu un aranjament vertical al unei plase de catalizator, rulat sub forma unui cilindru cu patru straturi cu o înălțime de 33 cm și un diametru de 29 cm (Figura 7). Cilindrul de platină a fost plasat într-o carcasă metalică căptușită cu cărămizi refractare, care a asigurat un bun schimb de căldură cu catalizatorul fierbinte. Productivitatea unui astfel de dispozitiv a fost de până la 1 tonă de amoniac pe zi, rata de conversie a fost de 95-96%.

Avantajul acestui dispozitiv este suprafața mare a catalizatorului în comparație cu volumul dispozitivului. Dezavantajul său este furnizarea neuniformă a amestecului de amoniac-aer către catalizator. Mai mult amestec trece prin partea de jos a catalizatorului plasă decât prin partea superioară.

Au fost testate o serie de dispozitive de diferite forme: sub formă de două emisfere, un con și o emisferă cu fluxul de gaz direcționat de jos în sus. Aceste dispozitive nu au avut avantaje speciale chiar și atunci când se efectuează procesul de până la 0,51 MPa; gradul de conversie nu a depășit 90%.

Figura 8 - Dispozitiv DuPont: 1 - plasă de platină; 2 - grătar; 3 - jachetă de apă

La desfășurarea procesului la presiune ridicată s-a răspândit un aparat DuPont (Figura 8), format din conuri: cel superior este din nichel, iar cel inferior este din oțel termorezistent. Carcasa inferioară a fost echipată cu o manta de apă pentru răcire. Catalizatorul asezat pe gratar se face sub forma unui pachet de ochiuri dreptunghiulare.

Acum, în întreaga lume, proiectează și construiesc unități pentru producția de acid azotic diluat cu capacitate unitară mare - până la 400-600 tone/an. Dispozitivele de contact cu straturi plate de plasă sau un strat de material granular situat peste fluxul de gaz pentru astfel de unități ar trebui să aibă un diametru mare de până la 5-7 m. Cu toate acestea, odată cu creșterea diametrului dispozitivului, uniformitatea distribuției a amestecului de amoniac-aer pe secțiunea transversală a dispozitivului se înrăutățește, iar consumul de metal pe unitatea de productivitate crește, dificultățile în etanșarea conexiunilor cu flanșe sunt în creștere. Dispozitivele cu diametre mari (peste 4 m) nu pot fi transportate pe calea ferată; fabricarea lor la locul fabricii este asociată cu dificultăți serioase.

În acest sens, cel mai promițător este un convertor cu un flux radial al amestecului de gaze printr-un catalizator realizat sub formă de cilindru sau con. Cu această aranjare a catalizatorului, este posibil, fără modificarea diametrului aparatului, să se mărească înălțimea acestuia și, în consecință, productivitatea.

Proiectele dispozitivelor cu aranjament de catalizator cilindric sunt cunoscute de mult timp (dispozitive Parsons), dar cu o creștere a productivității acestora de la 4,5 kg/h la 14,3 t/h de amoniac, au apărut probleme în distribuția fluxurilor de amestec gazos. , schimbul de căldură, fixarea catalizatorului etc.

Figura 9 - Aparatul Parsons îmbunătățit: 1 - corp; 2 - huse; 3 - colector de agent frigorific; 4 - dispozitiv suport; 5 - fiting pentru îndepărtarea gazelor azotate; 6 - grile de catalizator; 7 - canale pentru lichid de răcire; 8 - canale pentru gaze

Unul dintre noile dispozitive este aparatul Parsons îmbunătățit (Figura 9). Se compune dintr-o carcasă cu capace, fitinguri pentru intrarea amestecului de amoniac-aer și ieșirea gazelor azotate. Catalizatorul este o plasă de platină, plasată vertical pe o suprafață cilindrică și fixată sub capace. Grilele sunt întinse peste un dispozitiv de suport ceramic, care are canale orizontale pentru alimentarea cu un amestec de amoniac-aer la grilele de contact și canale verticale pentru alimentarea cu lichid de răcire. Dezavantajul unui astfel de dispozitiv de suport este că gazul furnizat catalizatorului este distribuit sub formă de jeturi separate, drept urmare zona catalizatorului nu funcționează complet.

Figura 10 - Dispozitiv de contact cu cursă radială de gaz: 1 - carcasă; 2 - capac; 3 - sistem de elemente de susținere; 4 - catalizator; 5 - grătar; 6 - fund solid

Se propune un dispozitiv cu flux radial de gaz (Figura 10), care constă dintr-o carcasă 1 și un capac cu fiting pentru introducerea unui amestec amoniac-aer. În partea de jos a carcasei se află un fiting pentru introducerea gazelor azotate. Grilele de catalizator sub formă de cilindru și con sunt amplasate vertical. Cu toate acestea, acest dispozitiv, de asemenea, nu asigură o alimentare uniformă cu gaze catalizatorului.

Figura 11 - Dispozitiv de contact cu catalizator granular: 1 corp cilindric; 2 - capac cu un orificiu central; 3, 4 - grile de distributie perforate cilindrice coaxiale; 5 - fund inelar; 6 - racord de evacuare

Este propus un aparat cu un flux radial de gaz și un catalizator granular. Metalele de platină depuse pe un purtător sau tablete de catalizator non-platină sunt utilizate ca catalizatori (Figura 11).

Aparatul din figura 11 constă dintr-un corp cilindric 1, în partea superioară a căruia se introduce un amestec de amoniac-aer, iar gazele azotate sunt evacuate în partea inferioară. În interior sunt două grile de distribuție perforate cilindrice coaxiale 3 și 4, între care este plasat un strat de catalizator granular 7. Cilindrul exterior este închis în partea de sus cu un capac 2 cu orificiu central, iar în partea de jos cu un fund inelar oarbă. 5. Cilindrul interior este închis în partea de sus cu un capac, iar în partea de jos este conectat la racordul de ieșire 6.

Amestecul de amoniac-aer de la intrarea în aparat este împărțit în două fluxuri. Partea principală trece în golul inelar dintre pereții carcasei și cilindrul de distribuție extern și curge radial pe catalizator. A doua parte, mai mică, trece prin orificiul din capac și intră în catalizator de-a lungul axei. Distribuția uniformă a amestecului de gaze în catalizator nu este asigurată.

Dezavantajul acestor modele este supraîncălzirea amestecului de amoniac-aer cu mai mult de 200 lângă fundul solid din cauza scăderii vitezei gazului la zero. Supraîncălzirea gazului determină supraîncălzirea grilelor catalizatorului și o uzură crescută.

Figura 12 - Aparatură cu catalizator în formă de con: 1 - manta pentru încălzirea gazului; 2 - catalizator; 3 - dispozitiv de țeavă de susținere; 4 - jachetă de apă

Aparatul (Figura 12) conține un catalizator sub formă de mai multe straturi de plasă de platină, sudate din bucăți triunghiulare într-un con cu un unghi de vârf de aproximativ 60°. Pachetul de plasă se sprijină pe o structură formată din 6-12 țevi de-a lungul generatricei conului, prin care trece lichidul de răcire. Această formă de catalizator are o suprafață specifică mai mare (în raport cu volumul aparatului) în comparație cu un catalizator plat situat pe fluxul de gaz. Cu toate acestea, în comparație cu un catalizator cilindric, suprafața sa specifică este mai mică.

Figura 13 - Aparat de contact pentru oxidarea amoniacului la presiune ridicată: 1 - carcasă; 2 - con intern; 3 - aparatura de comutare; 4 - aprindere; 5 - grile de catalizator; 6 - supraîncălzitor cu abur; 7 - pachete cazane de abur; 8 - economizor

Figura 13 prezintă un aparat de contact pentru oxidarea amoniacului la o presiune de 0,71 MPa. Dispozitivul este format din două conuri introduse unul în celălalt. Amestecul de amoniac-aer intră de jos în spațiul dintre conurile interior și exterior, se ridică și de acolo coboară de-a lungul conului interior. În drum spre catalizatorul de platină, realizat sub formă de grile, amestecul este bine amestecat într-un dispozitiv de distribuție format din inele Raschig.

Pentru a măsura temperaturile amestecului de gaz de intrare și procesul de conversie, aparatul este echipat cu termocupluri: patru înaintea catalizatorului și patru după acesta. Pentru prelevarea de probe de gaz există tuburi de prelevare a aburului: patru înaintea catalizatorului și patru după acesta. Catalizatorul este aprins cu un amestec de azot-hidrogen furnizat folosind un arzător rotativ (aprindere).

Figura 14 - Dispozitiv de contact de la Grand Parouass: 1 - corp; 2 grătar; 3 - catalizator de platină; 4 - plasă blindată; 5 - strat de inele; 6 placa perforata; 7 - supraîncălzitor cu abur; 8 - cazan de căldură reziduală

Dintre aparatele care funcționează la o presiune medie de 0,40-0,50 MPa, prezintă interes dispozitivul de la Grand Parouasse, din oțel inoxidabil (Figura 14). Se compune dintr-o carcasă, închisă deasupra cu un capac eliptic, cu racord de admisie pentru introducerea amestecului de gaz. Sub capac se află un con perforat, apoi un despărțitor reflectorizant. O grilă de distribuție este plasată deasupra grilelor de platină, pe care se află un strat de șase grile care acționează ca un amortizor pentru pulsațiile vitezei curgerii. Dezavantajul aparatului este prezența zonelor stagnante în zona temperaturilor ridicate ale catalizatorului, unde amoniacul de intrare se poate descompune.

6. SELECȚIA ȘI DESCRIEREA SCHEMEI TEHNOLOGICE DE PRODUCȚIE DE ACID AZOTIC NECONCENTRAT

În funcție de condițiile procesului de producție, se disting următoarele tipuri de sisteme de acid azotic:

1) sisteme care funcționează la presiunea atmosferică;

2) sisteme care funcționează la presiune ridicată (4-8 atm);

3) sisteme combinate în care oxidarea amoniacului se realizează la o presiune mai mică, iar absorbția oxizilor se realizează la o presiune mai mare.

Să ne uităm la aceste scheme tehnologice.

1) sisteme care funcționează la presiunea atmosferică;

Figura 15 - Schema de instalare pentru producerea acidului azotic diluat la presiunea atmosferică: 1 - scruber de apă; 2 - filtru de pânză; 3 - ventilator amoniac-aer; 4 - filtru din carton; 5 - convertor; 6 - cazan de recuperare abur; 7 - frigider de mare viteză; 8 - frigider-condensator; 9 - ventilator pentru gaze azotate; 10 - turnuri de absorbtie; 11 - turn de oxidare; 12 - turn pentru absorbția oxizilor de azot de către alcalii; 13 - răcitor de acid; 14, 15 - pompe

Aceste sisteme (Figura 15) nu mai sunt utilizate în prezent din cauza voluminității echipamentelor (un număr mare de turnuri de absorbție acide și alcaline), a productivității scăzute, precum și a acumulării unei anumite cantități de clor, care în condiții acide și alcaline. sistemele de absorbție alcalină au un puternic efect coroziv asupra echipamentului, care trebuie înlocuit în mod constant, iar acest lucru implică costuri economice mari.

2) sisteme combinate;

Figura 16 - Producerea acidului azotic folosind o metodă combinată: 1 - frigider de mare viteză; 2 - frigider; 3 - motor turbocompresor; 4 - cutie de viteze; 5 - turbocompresor de gaze azotate; 6 - turbină pentru irigarea gazelor de eșapament; 7 - agent de oxidare; 8 - schimbător de căldură; 9 - frigider-condensator; 10 - coloana de absorbtie; 11 - supapă de acid; 12 - colector de condens; 13, 14 - colectii de acid azotic

Principalele avantaje ale acestei scheme sunt:

1. Aceste sisteme (Figura 16) funcționează fără consum extern de energie, deoarece căldura de oxidare a amoniacului și oxidarea oxidului de azot este suficientă pentru a genera energie pentru comprimarea aerului și gazelor azotate la presiunile necesare;

2. Compactitatea echipamentului.

3. Productivitatea unor astfel de unitati este de 1360 tone/zi.

Dezavantajele schemei:

Principalul dezavantaj al acestei scheme este că în timpul oxidării amoniacului la o presiune de 9 atm, gradul de conversie este cu 2-3% mai mic decât la presiunea atmosferică, iar pierderea catalizatorului de platină este de 2-3 ori mai mare. Astfel, este mai avantajos să se efectueze acest proces sub presiune atmosferică. Dar pentru atelierele moderne puternice care produc acid azotic, în acest caz, va fi necesar un număr mare de dispozitive de dimensiuni mari și, în consecință, o creștere a costului lucrărilor de construcție și instalare. Aceste considerații obligă să recurgă la creșterea presiunii în timpul procesului de conversie a amoniacului. În acest sens, este acceptabilă o presiune de ordinul a 2,5 atm, deoarece volumul echipamentului este redus de 2,5 ori față de volumul din sistemele care funcționează la presiune atmosferică, cu pierderi moderate de amoniac și catalizator.

3) sisteme care funcționează la presiune ridicată.

Avantajele schemei (Figura 17):

1. Unitatea este compactă, toate dispozitivele sunt transportabile. Ciclul energetic al unității este autonom și, atunci când producția chimică este oprită, rămâne în funcțiune până când este deconectată de la panoul de control. Acest lucru vă permite să puneți rapid unitatea în funcțiune în cazul opririlor accidentale ale procesului chimic. Controlul unității în modul de funcționare este automatizat.

2. Costul real și intensitatea energetică a acidului azotic produs pe unități cu o singură presiune de 0,716 MPa rămân cele mai mici în comparație cu unitatea AK-72 și unitatea care funcționează conform unei scheme combinate.

3. În locul unui cazan de căldură reziduală, în spatele aparatului de contact este instalat un schimbător de căldură la temperatură înaltă pentru a încălzi gazele de evacuare din fața turbinei la 1120 K. Mai mult, datorită creșterii puterii turbinei cu gaz, producția de energie electrică a crescut cu 274 comparativ cu unitatea AK-72.

4. În circuit, o cameră de ardere pornită constant este instalată paralel cu dispozitivele tehnologice, ceea ce face posibilă ca funcționarea unității mașinii să fie independentă de linia tehnologică, precum și să asigure o tranziție lină de la funcționare. a mașinii în modul inactiv la funcționarea mașinii atunci când procesul tehnologic este pornit.

Dezavantajele schemei:

1. Procesul are loc în unitate la temperaturi ridicate, ceea ce pune sarcini foarte mari asupra catalizatorului de paladiu și nu reușește. Conform datelor din literatură, pierderile specifice ireversibile la 1 tonă de acid azotic sunt de 40-45 mg pentru procesul la presiune atmosferică, 100 mg la 0,3-1,6 MPa și 130-180 mg la 0,7-0,9 MPa. Adică, pierderile de platină cresc în instalațiile care funcționează sub presiune datorită temperaturilor de cataliză mai ridicate în comparație cu temperatura din instalațiile care funcționează la presiunea atmosferică.

2. Este necesar un grad foarte ridicat de purificare a aerului înainte de a intra în turbina cu gaz, deoarece performanța aerului compresorului poate scădea cu până la 10% și eficiența cu până la 6%.

Acest proiect de curs examinează în detaliu schema de producere a acidului azotic sub presiune cu un compresor antrenat de o turbină cu gaz (Figura 17).

Capacitatea de producție a acidului azotic conform schemei de funcționare la o presiune de 0,716 MPa este determinată de numărul de unități. Capacitatea unei unități este de 120 mii tone/an (100% HNO3). Numărul de unități din circuit este determinat de nevoia de acid azotic în magazinele de procesare.

Fiecare unitate realizează: prepararea amestecului amoniac-aer (purificarea și comprimarea aerului, evaporarea amoniacului lichid, purificarea amoniacului gazos și a amestecului amoniac-aer); conversia amoniacului; recuperarea căldurii din formarea oxizilor de azot; răcirea gazelor azotate; obținerea acidului azotic; încălzirea gazelor de eșapament; curățarea acestora de oxizi de azot și recuperarea energiei gazoase într-o turbină cu gaz și cazan de căldură reziduală.

În plus, schema include unități de pregătire a apei de alimentare pentru alimentarea cazanelor de căldură reziduală, de răcire a condensului sau a apei demineralizate pentru irigarea coloanelor de absorbție, reducerea aburului la parametrii necesari, depozitarea acidului azotic produs și distribuirea acestuia către consumatori.

Figura 17 - Diagrama producerii acidului azotic sub presiune cu un compresor actionat de o turbina cu gaz: 1 - filtru de aer; 2 - turbocompresor prima treapta; 3 - frigider intermediar; 4 - turbocompresor treapta a doua; 5 - turbină cu gaz; 6 - cutie de viteze; 7 - motor-generator; 8 - încălzitor de aer; 9 - mixer amoniac-aer; 10 - încălzitor de aer; 11 - filtru porolit; 12 - convertor; 13 - cazan de căldură reziduală; 14 - vas pentru oxidarea gazelor azotate; 15 - frigider - condensator; 16 - coloana de absorbtie; 17 - convertor; 18 - cazan de căldură reziduală

Aerul atmosferic este aspirat prin filtrul 1 de către turbocompresorul 2 din prima treaptă și comprimat la 0,2-0,35 MPa. Datorită compresiei, aerul se încălzește până la 175 . După răcire la 30-45 în frigiderul 3, aerul intră în turbocompresorul 4 din a doua etapă, unde este comprimat la o presiune finală de 0,73 MPa și încălzit la 125-135 . Încălzirea în continuare a aerului la 270 apare în încălzitorul 8 din cauza căldurii gazelor azotate fierbinți care părăsesc convertizorul. Aerul cald intră apoi în mixerul 9.

Amoniacul sub o presiune de 1,0-1,2 MPa este încălzit la 150°C în încălzitorul 10 cu vapori de apă și intră în mixerul 9, unde este amestecat cu aer. Amestecul rezultat de amoniac-aer care conține 10-12% NH3 este filtrat într-un filtru porolitic 11 și intră în convertorul 12, unde rulează pe un catalizator de platină-rodiu la o temperatură de 890-900°C. amoniacul este oxidat în oxid nitric. Căldura gazelor care părăsesc convertizorul este utilizată în cazanul de căldură reziduală 13 pentru a produce abur, în timp ce gazele sunt răcite la 260°C. .

În continuare, gazele trec printr-un filtru pentru a capta platina, situat în partea superioară a vasului gol 14. În vasul 14, NO este oxidat la NO2 (grad de oxidare 80%), în urma căruia amestecul de gaz este încălzit până la 300-310 și intră în încălzitorul de aer 8, unde este răcit la 175 . Utilizarea în continuare a căldurii gazelor azotate devine neprofitabilă, astfel încât acestea sunt răcite cu apă în frigider 16 până la 50-55 . Concomitent cu răcirea gazului din frigiderul 16, are loc condensarea vaporilor de apă și formarea acidului azotic ca urmare a interacțiunii apei cu dioxidul de azot. Concentrația acidului rezultat nu depășește 52% НNO3, randamentul este de aproximativ 50% din productivitatea totală a instalației.

Din frigiderul 15, gazele azotate intră în coloana de absorbție 16 cu plăci de sită, unde NO2 este absorbit de apă pentru a forma acid azotic (concentrație de până la 55%). Pe plăcile coloanei de absorbție 16 se așează serpentine (elemente de refrigerare), prin care circulă apa pentru a îndepărta căldura generată în timpul formării acidului azotic.

Pentru purificarea gazelor de eșapament din oxizii de azot, acestea sunt încălzite la 370-420°C, li se adaugă o cantitate mică de gaz natural și se trimite la convertor (reactor) 17. Aici, în prezența unui catalizator de paladiu, se desfășoară următoarele reacții apar:

CH4 + O2 2СО + 4Н2 + Q (27)

2NO2 + 4H2 = N2 + 4H2O + Q (28)

2NO + 2H2 = N2 + 2H2O + Q (29)

Deoarece aceste reacții apar cu degajarea de căldură, temperatura gazelor crește la 700-730 . Aceste gaze intră în turbina 5 sub o presiune de 0,5-0,6 MPa, care antrenează turbocompresoarele 2 și 4, care comprimă aerul. După aceasta, gazele la o temperatură de aproximativ 400 intră în cazanul de căldură reziduală 19, în care se produce abur de joasă presiune.

Turbocompresoarele din prima și a doua etapă 2 și 4, precum și turbina cu gaz 5 sunt o singură unitate. Turbina din prima treaptă 2 și turbina cu gaz 5 sunt amplasate pe un arbore comun și sunt conectate printr-o cutie de viteze 6 la turbina a doua treaptă 4 și la un motor electric 7. O astfel de unitate face posibilă utilizarea cea mai mare parte a energiei cheltuite pe compresia aerului, reducând astfel în mod semnificativ consumul de energie electrică.

7. CALCULUL BILANȚURILOR DE MATERIALE ȘI CĂLDURĂ ALE REACTORULUI

7.1 Calculul bilanțului de materiale din reactor

1) Calculați volumul necesar de aer:

2) Volumele furnizate cu aer, nm3:

a) vapori de apă

b) aer uscat

3) Să calculăm volumele de oxigen, azot și argon furnizate cu aerul pe baza procentului lor în aer

) Aflați volumele formate prin reacția (14), nm ³ /h:

a) oxizi de azot

b) vapori de apă

5) Determinați volumele formate prin reacția (15), nm ³ /h:

a) azot

b) vapori de apă

c) oxigenul consumat în timpul acestei reacţii

6) Calculați volumele din gaz după oxidarea amoniacului, nm ³ /h:

a) oxigen

b) azot

c) argon

d) vapori de apă

7) Bilanțul efectiv de materiale poate fi calculat dacă volumele debitelor la intrarea în aparatul de contact și la ieșirea din acesta sunt convertite în mase, în timp ce bilanțul de materiale trebuie menținut.

Venire:

Consum:

Să completăm tabelul pentru bilanțul materialului (Tabelul 6).

Tabelul 6

VenitConsumptionComponentQuantityComponentQuantitykg/hm ³ /hkg/hm ³ /hNH34477,6795900NO7348,6615487O215608,57110926O25367,8573757,5N250729,69140583,755N250987,81640926O25367,8573757,5N250729,69140583,755N250987,81640926O25367,8573757,5N250729,69140583,755N250987,81640926O25367,8573757,5N250729 2O1827.022273.625 H2O8938.62711123.625Total73572.07760203.68Total73570.96161678.38

Discrepanță de echilibru

7.2 Calculul bilanţului termic al reactorului

Să găsim temperatura tx la care este necesară încălzirea amestecului amoniac-aer pentru a asigura procesul autotermic de oxidare a amoniacului.

1) Calculați volumul total al amestecului amoniac-aer

) Determinați concentrația componentelor amestecului amoniac-aer, % (vol.):

a) amoniac

b) aer uscat

c) vapori de apă

3) Calculați capacitatea termică medie a amestecului amoniac-aer

Сср = 0,01 · (35,8 · Pam + 28,7 · Psv + 32,6 · ПН2О)(59)

Сср = 0,01 · (35,8 · 9,8 + 28,7 · 86,4 + 32,6 · 3,8) = 29,544 kJ/(kmol K),

unde 35,8; 28.7 și 32.6 sunt capacitățile termice ale amoniacului, aerului uscat și vaporilor de apă, kJ/(kmol K).

) Să se determine căldura introdusă de amestecul amoniac-aer

) Calculăm căldura degajată în timpul reacției (14) și (16)

sau 17030 kW, unde 905800 și 126660 sunt căldurile eliberate în timpul formării oxidului de azot și azotului prin reacțiile (14) și (16).

) Aflați volumul total de gaz azot care intră în cazanul de căldură reziduală

7) Determinați concentrația componentelor gazelor azotate, % (vol.):

a) oxizi de azot

b) oxigen

c) argon

d) azot

d) vapori de apă

8) Calculați capacitatea termică medie a gazului azotat:

Ssr = 0,01(31,68 PNO + 32,3 PO2 + 20,78 Steam 30,8 PN2 + 37,4 Pvod 3(68)

Сср=0,01(31,68 · 8,9+32,3 · 6,1+20,78 · 0,84+30,8 · 66,1+37,4 · 18,0) = 32,17 kJ/(kmol K)

unde 31,68; 32,3; 20,78; 30.8 și 37.4 - capacități termice ale componentelor gazelor azotate la o temperatură de 900 , kJ/(kmol·K).

9) Pentru încălzirea apei cu abur de la 198 până la 250 În supraîncălzitor este necesar să eliminați căldura:

1880 kW, unde 800 10 ³ şi 1082·10 ³ J/kg - entalpia specifică aburului supraîncălzit la temperaturi de 198 și 250 și presiuni de 1,5 MPa și 3,98 MPa.

10) Temperatura gazelor azotate la ieșirea aparatului de contact este determinată din ecuația de echilibru termic pentru această secțiune:

6768 · 106 = 64631 · 1,66 · 10³(900 - t2)

11) Calculăm căldura transportată de gazele azotate. Să luăm în considerare cazul în care dispozitivul de contact și cazanul de căldură reziduală sunt montate ca un singur dispozitiv:

12) Determinați pierderile de căldură către mediu

Echivalând fluxul de căldură cu debitul, întocmim o ecuație de echilibru termic și o rezolvăm în raport cu tx:

Să completăm tabelul pentru echilibrul termic (Tabelul 7).

Tabelul 7

Intrare, kWConsum, kW Căldură adusă de amestecul amoniac-aer 6369,2 Căldură pentru încălzirea vaporilor de apă în supraîncălzitor 1880 Căldură transportată de gaze azotate 20584,3 Căldură degajată în timpul reacției (14) și (16) 17030,6 Pierderi în mediu Total 9833399. Total23400,2

Discrepanță de sold:

8. SECURITATEA MUNCII SI ECOLOGIA INDUSTRIALA

Pentru a asigura un mod de funcționare sigur în producția de acid azotic neconcentrat sub presiune ridicată, este necesar să se respecte cu strictețe reglementările tehnologice, instrucțiunile privind protecția muncii la locurile de muncă, instrucțiunile privind protecția muncii și siguranța industrială ale departamentului și instrucțiunile privind anumite tipuri de muncă.

Personalul de întreținere are voie să lucreze cu îmbrăcămintea de lucru și încălțămintea de siguranță cerute de standarde și trebuie să aibă echipament individual de protecție de lucru. Echipamentul de protecție (mască personală de gaz) trebuie verificat în fiecare schimb înainte de a începe lucrul.

Persoanele care deservesc mecanismele trebuie să cunoască regulile Gosgortekhnadzor referitoare la echipamentul care este întreținut. Persoane care deservesc echipamentele de inspecție a cazanelor - reguli de inspecție a cazanelor.

Evitați întreruperea regimului tehnologic normal în toate etapele procesului.

Lucrările trebuie efectuate numai pe echipamente care pot fi reparate, echipate cu toate dispozitivele de siguranță necesare și care funcționează corespunzător, instrumente și dispozitive de control, alarme și dispozitive de blocare.

Când predați pentru reparații echipamente și comunicații în care este posibilă acumularea de amoniac, purjați echipamentul și comunicațiile cu azot până când nu există substanțe inflamabile în azotul de purjare.

Înainte de a umple dispozitivele și de a comunica cu amoniac după repararea acestora, purjați cu azot până când conținutul de oxigen din azotul de purjare nu depășește 3,0% (vol.).

Nu permiteți reparații la comunicații, fitinguri sau echipamente sub presiune. Reparațiile trebuie efectuate după eliberarea presiunii și deconectarea zonei reparate cu dopuri. Echipamentele și comunicațiile care urmează să fie reparate trebuie să fie curățate sau spălate.

Pentru a evita loviturile de ariete, furnizați abur la conductele de abur rece încet, asigurând încălzirea lor suficientă cu evacuarea condensului pe toată lungimea conductei. Eliberarea aburului uscat din canalizare indică o încălzire suficientă a conductei.

Nu permiteți pornirea echipamentelor electrice dacă împământarea este defectă.

Nu permiteți reparații la echipamentele acționate electric fără a îndepărta tensiunea de la motoarele electrice.

Reparațiile și reglarea instrumentelor de control și măsurare și a echipamentelor electrice trebuie efectuate numai de serviciile departamentului șef de operare a instrumentelor și de electricieni.

Utilizarea focului deschis în zonele de producție și depozitare este interzisă: fumatul este permis în zonele desemnate în acest scop.

Toate piesele rotative ale echipamentului (jumătăți de cuplare), rotoarele ventilatoarelor rotative de pe arborii motoarelor electrice trebuie să fie bine fixate și protejate și vopsite în roșu.

Conexiunile cu flanșe ale liniilor de acid trebuie protejate cu capace de protecție.

Strângerea șuruburilor conexiunilor flanșei conductei, precum și lucrul la echipamente sub presiune, nu este permisă.

Aparatele care funcționează sub presiune trebuie să îndeplinească cerințele stabilite în specificațiile tehnice și regulile pentru proiectarea și funcționarea în siguranță a vaselor și comunicațiilor care funcționează sub presiune.

Lucrările în nave închise trebuie efectuate cu permis de muncă pentru lucrări periculoase cu gaze.

Ventilația trebuie să fie în stare bună și să funcționeze constant.

Întreținerea mecanismelor de ridicare și a recipientelor sub presiune se efectuează numai de către persoane special instruite și care dețin un certificat special.

Abordările către dulapuri de urgență, detectoare de incendiu, telefoane și echipamente de incendiu nu trebuie să fie aglomerate cu obiecte străine; acestea trebuie păstrate curate și în stare bună.

Deschiderile deschise din tavane, platforme și poduri de tranziție trebuie să aibă garduri înalte de 1 m. În partea de jos a gardului trebuie să existe o bandă laterală sau de protecție de 15 cm înălțime.

Toate instrumentele și sistemele de automatizare și interblocare trebuie să fie în stare bună.

Pentru a preveni depunerea sărurilor de nitriți-nitrați pe suprafețele interioare ale dispozitivelor și conductelor, palelor rotorului, pereților compresoarelor cu gaz azotat și alte părți și dispozitive, nu permiteți aprinderea prelungită a dispozitivelor de contact (mai mult de 20 de minute), o scădere a temperatura grilelor de catalizator, ruperea acestora, ducand la scurgeri de amoniac, oprind irigarea suprafetelor, ceea ce duce la depunerea de saruri nitrit-nitrat.

Ștergeți rapid, curățați echipamentul de scurgeri de produse tehnologice și adăugați ulei în carterurile pompei.

Locurile de lucru pentru reparații și alte lucrări și pasajele către acestea la o înălțime de 1,3 m sau mai mult trebuie să fie împrejmuite.

Dacă este imposibil sau imposibil să instalați garduri pentru lucru la o înălțime de 1,3 m și mai sus, precum și atunci când lucrați de pe o scară extensibilă la o înălțime mai mare de 1,3 m, este necesar să folosiți centuri de siguranță și trebuie să existe lucrători auxiliari la locul de muncă care sunt gata să ajute muncitorul în sus. Locul unde este atașată carabina este stabilit de șeful lucrării.

Centurile de siguranță sunt testate înainte de a fi puse în funcțiune, precum și în timpul funcționării la fiecare 6 luni. Centura de siguranță trebuie să fie etichetată cu numărul de înregistrare și următoarea dată de testare.

Atunci când lucrați cu acid azotic (prelevare de probe, inspecția comunicațiilor, începerea producției de pompe de acid etc.), este necesar să folosiți protecție individuală a căilor respiratorii și a ochilor (mască de gaz filtrantă cu o cutie marca „M”, ochelari de protecție cu semimască de cauciuc sau un scut de protecție din plexiglas, sau o cască cu mască de gaz), mănuși de cauciuc rezistente la acizi, îmbrăcăminte specială rezistentă la acizi.

Dacă sunt detectate eventuale defecțiuni în funcționarea echipamentului, defecte la suporturi, pereți etc. anunta prompt seful departamentului si mecanicul atelierului. Dacă este necesar, opriți echipamentul și pregătiți-l pentru reparație.

Ori de câte ori unitatea este oprită pentru reparații, deschideți trapa inferioară a oxidantului și, dacă există săruri de amoniu pe grila de distribuție, de-a lungul pereților și fundului, aburiți-o cu abur viu și scurgeți condensul.

Lucrați cu abur și condens de abur în îmbrăcăminte specială, pantofi de siguranță și mănuși.

Pentru a preveni intoxicațiile și bolile profesionale în departament, trebuie respectate următoarele cerințe sanitare și igienice:

a) temperatura aerului trebuie să fie:

23- perioada de tranzitie si iarna;

18-27- perioada de vara.

b) umiditatea relativa a aerului:

vara - nu mai mult de 75%;

iarna - nu mai mult de 65%.

c) zgomot - nu mai mult de 65 dBA în cabinele izolate fonic, în alte locuri nu mai mult de 80 dBA;

d) vibrații - nu mai mult de 75 dB în cabinele izolate fonic, în camerele motoare și contact nu mai mult de 92 dB;

e) iluminarea locurilor de munca:

cabine izolate fonic - minim 200 lux;

la locurile coloanelor de absorbție - cel puțin 50 lux;

în camerele motoare și contact - cel puțin 75 lux.

f) concentrația maximă admisă de substanțe nocive în aerul zonei de lucru a incintei:

amoniac - nu mai mult de 20 mg/m3;

oxizi de azot - nu mai mult de 5 mg/m3.

Pe lângă măștile de gaz individuale, departamentul conține o aprovizionare de urgență cu măști de gaz filtrante și izolante.

Măștile de gaz de urgență sunt depozitate în dulapuri de urgență.

CONCLUZIE

În timpul lucrărilor de curs, a fost proiectat un reactor pentru oxidarea catalitică a amoniacului pentru a produce oxizi de azot în producerea acidului azotic neconcentrat.

S-au luat în considerare bazele fizice și chimice ale procesului. Sunt date caracteristicile materiilor prime și ale produsului finit.

Volumul necesar de aer pentru oxidare a fost calculat la 5900 m ³ /h de amoniac, acesta s-a ridicat la 54304 m ³ /h. Volumele de oxigen, azot și argon furnizate cu aer au fost calculate pe baza procentului lor în aer. Au fost calculate și volumele de oxigen, azot, argon și vapori de apă prezente în gaz după oxidarea amoniacului.

S-a calculat bilanţul termic, în urma căruia s-au calculat toate fluxurile de căldură. S-a calculat temperatura la care este necesară încălzirea amestecului amoniac-aer pentru a asigura procesul autotermic de oxidare a amoniacului; a fost 288 . Temperatura gazului azot după calcularea supraîncălzitorului a fost de 836,7 . S-au determinat pierderile de căldură în mediu.

A fost efectuată o analiză a literaturii de specialitate privind cea mai eficientă schemă de producere a acidului azotic neconcentrat. S-a ales un sistem care funcționează la presiune înaltă, deoarece această unitate este compactă, toate dispozitivele sunt transportabile, iar ciclul energetic al unității este autonom. În schema avută în vedere, energia electrică nu este cheltuită pentru nevoi tehnologice. Energia electrică este consumată în cantități mici doar pentru a antrena pompele necesare pentru pomparea acidului și alimentarea cu apă de alimentare la cazane. Lucrările conform acestei scheme au loc fără emisii de gaze nocive în atmosferă.

LISTA BIBLIOGRAFICĂ

1. Atroșcenko V.I., Kargin S.I. Tehnologia acidului azotic: manual. Un manual pentru universități. - Ed. a 3-a, revizuită. si suplimentare - M.: Chimie, 1970. - 496 p.

Egorov A.P. Shereshevsky A.I., Shmanenko I.V. Tehnologia chimică generală a substanțelor anorganice: Manual pentru școlile tehnice. - Ed. a 4-a revizuire - Moscova, Leningrad: Chimie, 1965 - 688 p.

Karavaev M.M., Zasorin A.P., Kleshchev N.F. Oxidarea catalitică a amoniacului/Ed. Karavaeva M.M. - M.: Chimie, 1983. - 232 p.

Catalizatori în industria azotului./Ed. Atroșcenko V.I. - Harkov: școala Vișcha, 1977. - 144 p.

Tehnologia chimică generală. Editat de prof. Amelina A.G. M.: Chimie, 1977. - 400 s.

Pavlov K.F., Romankov P.G., Noskov A.A. Exemple și sarcini pentru cursul despre procese și aparate de tehnologie chimică. L.: Chimie, 1976 - 552 p.

Perlov E.I., Bagdasaryan V.S. Optimizarea producției de acid azotic. M.: Chimie, 1983. - 208 p.

Calcule asupra tehnologiei substantelor anorganice: Manual. Un manual pentru universități/Pozin M.E., Kopylev B.A., Belchenko G.V. si etc.; Ed. Pozina M.E. a 2-a ed. refăcut si suplimentare - L.: Chimie. Leningr. catedra, 1977 - 496 p.

Rumyantsev O.V. Echipamente pentru ateliere de sinteză de înaltă presiune în industria azotului; Manual pentru universităţi.- M.: Chimie, 1970 - 376 p.

10. Sokolov R.S. Tehnologia chimică: manual. ajutor pentru elevi superior manual instituţii: V 2 T. - M.: Humanit ed. Centrul VLADOS, 2000. - T.1: Producția chimică în activități antropice. Probleme de bază ale tehnologiei chimice. Producția de substanțe anorganice. - 368 p.

Manualul Nitrogenistului./Ed. Melnikova E.Ya. - T.2: Producerea acidului azotic. Producția de îngrășăminte cu azot. Materiale și echipamente speciale de bază. Alimentare cu energie. Măsuri de siguranță. - M.: Chimie - 1969. - 448 p.

Tehnologia chimică a substanțelor anorganice: 2 cărți. Cartea 1. Manual / T.G. Ahmetov, R.G. Porfiryeva, L.G. Gysin. - M.: Mai sus. şcoală, 2002. 688 p.: ill.

Korobochkin V.V. Tehnologia acidului azotic. - Editura Universității Politehnice din Tomsk. 2012.