34. Физико-химические основы нейтрализации азотной кислоты аммиаком. Аппаратурное оформление процесса. Устройство оборудования.

Основной способ получения NH₄NO₃: NH₃+HNO₃=NH₄NO₃ + Q (≈140 кДж)

При использовании разбавленной азотной кислоты (47%-60%) и 100% аммиака тепловой эффект реакции уменьшается.

В промышленности сначала получают растворы селитры, а потом их выпаривают до состояния расплава, а затем гранулируют.

После нейтрализации необходимо проводит выпарку, чтобы уменьшить расход энергии нужно максимально использовать теплоту реакции. Величина теплового эффекта зависит от температуры исходных реагентов, концентрации HNO₃. При увеличении концентрации HNO₃ выделяется большее количество тепла, и испаряется больше воды. Если использовать 60% HNO₃ подогретую до 100°С, то можно полностью испарить воду, но температура поднимается до 200°С, и начинается разложение кислоты и селитры. В настоящее время используют метод, где за счет теплоты реакции происходит частичное испарение воды и температура повышается до180°С. Аппарат ИТН (использование теплоты нейтрализации)

ИТН(1-корпус;2-реакционный стакан;3-барботер HNO₃;4-барботер NH₃;5-штуцер для сокового пара;6-донейтрализатор)

Процесс нейтрализации ведут с избытком HNO₃ для избежания потерь NH₃. После нейтрализации раствор селитры выводиться через гидрозатвор в донейтрализатор где нейтрализуется свободная азотная кислота.

47%-49% HNO₃ – 62%-65% NH₄NO₃ t=120°C.

54%-56% HNO₃ – 72%-80% NH₄NO₃ t=120°C.

58%-60% HNO₃ – 89%-92% NH₄NO₃ t=120°C.

Чтобы уменьшить затраты пара на выпарку используют на первой ступени выпарки соковый пар, т.е. происходит двухкратное использование теплоты нейтрализации.

Технологическая схема нейтрализации HNO3 аммиаком с двухкратным использованием теплоты нейтрализации(1-напорный бак HNO;2-подогреватель HNO3;3-подогреватель NH3;4-ИТН;5-донейтрализатор;6-промыватель сокового пара;7-насос;8-вакуум выпарной аппарат;9-брызгоуловитель;10-барометрический конденсатор;11-сборник конденсата;12-вакуум насос.)

Используется 47-54% HNO₃ и 100% NH₃.

35.Выпарка растворов аммиачной селитры. Гранулирование плава аммиачной селитры. Устройство основного оборудования.

Т_пл=169⁰С. Она содержит 35% азота. Является безбалластным удобрением, т.к. азот находится и в катионе, и в анионе. Существует 5 кристаллических модификаций.

Переходы одной в другую сопровождаются изменением структуры, разрушением кристаллов. Необходимо охлаждать из кубической структуры сразу в ромбическую моноклинную, минуя тетрагональную структуру. Это возможно, если содержание влаги сост. 0,06…0,08%масс. Также этому способствует введение солей (NH₄)₂SO₄ (0,5%масс), NH₄H₂PO₄ и Mg(NO₃)₂ (1,2 %масс), при этом содержание влаги должно составлять 0,3…0,4%масс. Растворимость селитры в воде очень хорошая: при 160⁰С растворяется 99,9% селитры, а это значит, что можно испарить всю влагу, получив расплав. Затем, минуя кристаллизацию, можно сразу осуществить гранулирование, минуя фильтрацию.

Выпарку селитры осуществляют в комбинированном ВА.

Для интенсификации процесса подается горячий воздух с Т=180⁰С. В трубчатой части испаряется осн. масса воды, образуется расплав с W=99%масс. В нижней части устанавливаются 3..5 ситчатых тарелки. В сепарационной части устанавливаются 2…3 ситчатые тарелки, на которых образуется раствор селитры с W=20…30%масс.

Гранулирование уменьшает слеживаемость и унос из почвы. Процесс осуществляется из плава, который разбрызгивается в грануляционных башнях в виде капель. Капли падают вниз, навстречу им противотоком подается холодный воздух. Происходит кристаллизация и образуются гранулы d=2…4мм. Такой метод является основным. Также может использоваться гранулирование в аппаратах КС.

Есть несколько типов грануляторов:

1. Центробежный конический гранулятор. Представляет собой перфорированный конус с размером отверстий 1…1,5мм. Плав под действием ц/б сил выбрвсывается из отверстий конуса в виде струй, которые затем распадаются на капли. Размер капель составляет приблизительно 2,1 d_отв. Обеспечить монодисперсный состав гранулята очень сложно, т.к. скорости струй неодинаковы по высоте конуса.

2. Статический гранулятор. Расплав вытекает под действием силы тяжести. Для равномерного распределения плава ставят несколько грануляторов друг в друга (3…6). Для получения капель монодисперсного состава необходимо на истекающую струю плава наложить внешнее колебание, что осуществляется механическим или акустическим вибраторами.

3. Гранулятор трубчатого типа. Представляет собой отрезок перфорированной в одном направлении трубы, чаще всего снабженной паровой рубашкой.

Грануляционные башни бывают железобетонные и из металлоконструкций. В настоящее время наиболее распространены прямоугольные в сечении грануляционные башни, выполненные из листового металла. Гран. башни снабжаются охладителями КС. Применяются 3-х камерные охладители КС прямоугольного сечения. Чтобы не происходило увлажнение селитры воздух охладителей подогревают до температуры, при кот. гигроскопическая точка селитры выше влажности воздуха.

После гранулирования, гранулы подвергаются кондиционированию и обрабатываются различными антислеживателями, гидрофобизаторами и различными ВМС.