Виробництво амоніачної селітри, карбаміду та амоній сульфату

Амоніачна селітра – безбаластове добриво, яке містить 35% Нітрогену в амонійній та нітратній формах, внаслідок цього воно з успіхом використовується на будь-яких грунтах та для будь-яких культур. Але це добриво має характерні негативні фізичні властивості – кристали амоніачної селітри розпливаються на повітрі і формуються у великі агрегати. Крім цього, при зміні температури під час зберігання селітри можуть відбуватися перетворення однієї кристалічної форми в іншу – тобто перекристалізація, що також сприяє злежуванню добрив. Для зменшення злежування добрив використовують присипання частинок селітри такими тонко розмолотими малогігроскопічними добавками: вапняним, фосфоритним або кістковим борошном; гіпсом, каоліном, а також використовують гранулювання селітри з добавками нітратів кальцію, магнію або фосфатів кальцію.

Іншою сферою використання амоніачної селітри є виробництво амонітів (суміш порошкоподібного амоній нітрату з органічними продуктми), амоналу (суміш амонітів з алюмінієвою пудрою). Амоніачна селітра відноситься до класу вибухонебезпечних та вогненебезпечних речовин і це ускладнює її виробництво та використання в якості мінерального добрива.

Амоніачну селітру виготовляють на заводах, де є виробництва синтетичного амоніаку та нітратної кислоти. Виробничий процес складається з таких стадій:

- нейтралізації слабкої нітратної кислоти газоподібним амоніаком;

- випарювання отриманого розчину;

- гранулювання амоніачної селітри.

Стадія нейтралізації відбувається за реакцією:

кДж.

Процес нейтралізації – процес хемосорбції, при якому поглинання газу рідиною супроводжується швидкою хімічною реакцією, яка відбувається в дифузійній області і є екзотермічною. Тепло нейтралізації раціонально використовують для випаровування води з розчинів амоній нітрату. Функціональні залежності концентрації розчинів селітри від концентрації нітратної кислоти при різних температурах дозволяють встановити, що використання нітратної кислоти високої концентрації і підігрітих реагентів дозволяє отримати сплав амоніачної селітри (при концентрації вище 95-96%) без використання випарювання. Тепер досить часто використовують технологічні схеми з частковим випаровуванням розчину за рахунок тепла нейтралізації.

Основна маса води випаровується у ВТН (використовувач тепла нейтралізації). Цей апарат виготовляють у вигляді циліндра з нержавіючої сталі. Всередині циліндра монтують другий циліндр. У циліндр безперервно вводиться амоніак та нітратна кислота, яка поступає через розпилювач. Рух реагентів здійснюється прямотоком. Внутрішній простір циліндру є нейтралізаційною частиною апарату, а кільцевий простір між зовнішнім та внутрішнім циліндрами – випарною частиною. Відвід тепла з зони реакції проводиться через стінки внутрішнього циліндра. Утворений розчин амоніачної селітри переливається через верхні краї циліндра у випарну частину, де випаровування води відбувається за рахунок теплообміну між нейтралізаційною та випарною частинами апарату. Відвід тепла з зони нейтралізації необхідний не тільки для випаровування розчину, але й для того, щоб уникнути перегріву та розкладу нітратної кислоти і амоніачної селітри.

Соковий пар виходить з нейтралізатора та використовується як гріючий агент. Розчин амоніачної селітри (60-80% NH₄NO₃ в залежності від концентрації нітратної кислоти) через гідрозаслін потрапляє в бак з мішалкою – денейтралізатор, а потім – в систему багатокорпусних вакуум-випарних апаратів. В нейтралізаторі слабо- кислий розчин додатково нейтралізують амоніаком; в цей же апарат вводять спеціальні добавки, які зменшують злежуваність добрива. Випаровування проводять в дві або три стадії з використанням сокової пари в якості гріючого агенту, або пари від випарного апарату, або пари з ВТН чи свіжої насиченої пари. У випарній системі доводять концентрацію розчину до 98-99% NH₄NO₃, отримуючи плав амоніачної селітри. Цей плав направляють у сепаратор і на грануляційну башту. Гранулювання проводиться при розпилюванні плаву в пустотілій залізобетонній башті висотою 30-35 метрів. Розпилювання проводиться через обертову дірчату лійку або через горизонтальний диск. Краплі плаву падають вниз башти і застигають в струмені холодного повітря, яке подають вентиляторами протитоком плаву. Гранули селітри транспортером передаються на сушіння, розсіювання та пакування.

На деяких заводах отримуюь амоніачну селітру не у вигляді гранул, а у вигляді луски, для цього використовують кристалізацію плаву на поверхні обертового барабану, який з середини охолоджують холодною водою.

Безвипарний одностадійний метод синтезу амоніачної селітри проводять в реакторі під тиском 4 атм. Реагенти попередньо підігрівають в теплообмінниках. Парогазова емульсія після реакції нейтралізації розділяється в сепараторі, плав з 97-98%-ним вмістом амоніачної селітри направляється на гранулювання.

Для покращення властивостей амоніачної селітри доцільно виготовляти її на основі змішаних та складних добрив. Змішування селітри з амоній сульфатом та вапняком дозволяє отримувати вапняно-амоніачну селітру, амоній сульфонітрат. Нітрофоску отримують сплавленням NH₄NO₃ з солями фосфору та калію. На основі амоніачної селітри випускають рідкі комплексні добрива (при розчиненні селітри в рідкому амоніаку або амоніачній воді).