3 Сурет – Түйіршіктелген мұнара.
Аммоний нитратын калий хлоридімен әрекеттестіру арқылы ең жақсы физикалық қасиеттері бар калий-аммонийлі селитрасын алады. Оны құрғақ немесе дымқыл аммоний нитратын және хлорлы калийді араластыру арқылы немесе хлорлы калийді ыстық концентрлі аммоний нитратымен араластырып, буландырып немесе алынған балқыманы кептіру немесе осы екі компоненті бар ерітіндіні буландыру арқылы алады.
Құрамында әртүрлі қатынаста үш қоректік элементтерден: азот, фосфор, калийдан тұратын, толық тыңайтқыштарды азофоскалар деп атайды. Оларға нитрофосқа, аммоний мен калийдің нитраттары мен фосфаттары жатады. Оларды азот қышқылының сорындысынан немесе құрғақ хлорлы калийді және аммоний фосфатын аммоний нитратынның ыстық балқымасына енгізу жолымен алады.
Азофосканың басқа түрі – аммофоска, құрамында 11-12% азот, 16 % Р2О5 және 15-20 % К2О бар, аммофос, аммоний сульфаты және хлорлы калийді балқытудан пайда болған өнім.
Аммоний сульфаты (NH4)2SO4 5130 дейін қыздырғанда, толық аммиак пен күкірт қышқылына ыдырайды, оның қышқыл тұздарды түзіп, жартылай ыдырауы 2180С басталады. Аммоний сульфатының құрамында 21,21% азот бар және тек қана тыңайтқыш ретінде ғана пайдаланылады. Бұл тыңайтқыштың гигроскопиялық қасиеті оншама көп емес, аз тығыздалады және топыраққа енгізу көп қиыншылық тұғызбайды. Оның жетіспеген жағы — физиологиялық қышқылдылығының үлкенділігі. Оны қолданған кезде, топырақта негіздің мөлшері жетккілікті болатын болса, біртіндеп күкірт қышқылы жиналады, оны нейтралдау үшін топырақты мезгіл-мезгіл әктеп тұру қажет.
МЕСТ-қа сәйкес аммоний сульфатынңц құрамы (%)
Құрамы |
Синтетикалық аммиактан |
Кокс газынан алынған аммиактан |
||
1 сорт |
2 сорт |
|||
Құрғақ затқа есептелген азот кем болмау керек Бос күкірт қышқылы артпау керек Ылғал артпау керек |
21 0,2 0,1 |
20,8 0,3 1,5 |
20,5 0,4 2 |
|
Аммоний сульфаты қағаз немесе джутты қаптарға қапталады.
Аммоний сульфатын 2NН3(газ) +Н2SО4 = (NН4)2SО4 + 66,9 ккал реакциясы бойынша алады, газ тәріздес аммиакты күкірт қышқылымен нейтралдау арқылы. Өндірістің сулы әдісінде кристалды өнім асқынған ерітіндіден тұнбаға түседі, құрғақ әдісте күкірт қышқылының ұсақ шашырандылары газ тәріздес аммиакте нейтралданады.
75-78% Н2SО4 реакциялық аппаратта аммиакпен қанықтырғанда, реакциялық қоспаны қайнау температурасына дейін және одан біраз суды бөліп шығаруға жеткілікті жылу бөлініп шығады. Әдетте, осы өндірісте пайдаланылатын башендік күкірт қышқылының құрамында азот тотығы пайыздың жүздеген бөлігін құрайтын нитрозил қышқыл түрінде болады. Үздіксіз өндірістік үрдісте башендік қышқылды реакдиялық ерітіндімен араластырады, бұл жағдайда ол сұйылады және аммиакпен нейтралданған, гидратацияланған жылу арқылы қыздырылады. Осының нәтижесінде азот тотықтарының газдық фазада реакция бойынша денитрациясы жүреді:
2SО5NН + Н2О = 2Н2SO4 +NO + NО2
Аммоний сульфаты өндірісінің үлкен масштабында бөлінетін азот тотықтарының мөлшері өте зор, күкірт қышқылының құрамында олардың мөлшері шамалы ғана. Сондықтан да адам организміне зиянды әсер ететін бұл газдар цех атмосферасына кіріп кетпес үшін шаралар қолданылуы қажет.
Күкірт қышқылын аммиакпен нейтралдағанға дейін денитрациялаған өте қолайлы, олай етпеген жағдайда, аммиактың кейбір мөлшері келесі реакция бойынша жоғалады:
NO + NО2 + 2NН3 = 2N2 + 3Н2О.
Әдетте, башендік қышқылды алдын-ала денитрациялайды, оны сумен немесе аммоний сульфатының аналық ерітіндісімен сұйылтады, нейтрализацияға жіберілетін қышқылдың концентрациясы 8-10% төмендейді.
Башендік күкірт қышқылындағы (шамамен, 0,2%) қоспалардан аммоний сульфатын алу үрдісіне зиянды әсер ететін темір және алюминий сульфаттары. Қышқылды нейтралдағанда бұл тұздардың темір мен алюминийдің коллоидты гидрототықтары тұнбаға түседі:
(Fе, Аl)2(SО4)3 + 6NН3 + 6Н2О = 2(Fе, Аl)(ОН)3+3(NН4)2SО4
Олар (коллоидты гидрототықтар) аммоний сульфатының кристалдарын қоршап алып, оның өсуіне кедергі жасайды. Бұл құбылысты қышқылды толық нейтралдамау арқылы жоюға мүмкіндік туады, үздіксіз жұмыс істейтін реакторларда реакциялық қышқыл ортаны ұстап, қолап отырады.
1 суретте (NН4)2SО4-Н2SО4-Н2О жүйесінің изотермиялық ерігіштігі берілген. Бұл жүйеде қатты фазада әртүрлі қышқыл тұздар болуы мүмкін. Қисыктың бөлек бөлімшесі қаныққан ерітіндіге: 1 - (NН4)2SО4, 2 - 4(NН4)2SО4 . Н2SО4, 3 - 3(NH4)2SО4 . Н2SО4, 4 -(NН4)2SО4 Н2SО4, 5 - (NH4)2SO4 . 3Н2SО4. (NН4)2SО4-ның кристалдану өрісі күкірт қышқылының аздаған мөлшері бар жүйенің құрам аймағында жатыр — а1Е1с 100С және а2Е2с 900С-де. Қышқыл тұздар тұнбаға түспеу үшін жүйенің сұйық фазасындағы қышқылдың мөлшері Е нүктесіне қарағанда аз болуы керек, яғни 11,08% 100С-та немесе 19,77% 900-та. Нейтрализация үрдісінде реакциялық массаның температурасы жоғары болса да, бірақ кейінгі кристалдарды бөлу кезінде ол салқындайды, сондықтан да реакциялық ерітіндінің құрамын тандағанда, аммоний сульфатының жоғары температуралық емес кристалдану өрісін қарастыру керек. Ерітіндінің қышқылдылығын тәжірибе жүзінде бос қышқылдың деңгейін 6-7% күйінде ұстау арқылы жүргізеді, ол қышқыл тұздардың кристаллизациялануын болдырмайды.
Мұндай қышқыл ерітіндіден тұнбаға түсетін аммоний сульфатының кристалдары салыстырмалы ұсақ болады, ол өзінше аналық ерітіндіден сүзу мен жууын біраз қиындатады. Ірі кристалдар алу үшін бос қышқылдың құрамы 9-15 г литр (шегінде) болуы қажет. Аммоний сульфатының ерітіндісі жоғарғы және шамалы қышқылдылықта аса қаныққан ерітінділер түзеді, ол ұсақ кристалдардың пайда болуын тұғызады. Көрсетілген қышқылдылық кристалданудың баяу, ал алынатын кристалдарың ірі болу шарттарына сәйкес келеді. Бірақ та мұндай қышқылдылықпен жұмыс тек қана коллоидты тұнбалар түзетін заттардың аз ғана мөлшерінде жүргізілуі мүмкін.
Әлсіз қышқыл ерітінділерінен кристалдау кезіндегі коллоидты тұнбалардың зиянды әсерін темір мен алюминий қосылыстарын суперфосфат, фосфор қышқылы және басқа да реагенттердің шамалы мөлшерін қосып тұнбаға түсіру арқылы кетіруге болады.
Кристалдардың мөлшері (үлкендігі) олардың өсу ұзақтығына байланысты көбейеді. Үздіксіз жұмыс істейтін аппараттарда кристалдық суспензияны инертті газдармен-ауа немесе су буымен араластыру кристалдардың калың қабат болып аппараттың түбіне тұнуына, яғни оның өсуіне кедергі жасайды. Кристаллизациялау үрдісін баяулату сонымен бірге, 2 сатылы нейтралдау жүргізу арқылы болады: бірінші сатысында аммоний сульфатының қышқыл қаныққан ерітіндісі алынады, ол сосын салқындағаннан кейін екініші сатысында аммиакпен қанығуы бітеді. Нейтралданатын массаның бүкіл көлемі бойынша аммиактың біркелкі таралуы жылудың және жаңадан туып жатқан кристаллизациялану оратығының біркелкі таралуына мүмкіндік береді.
1 сурет – (NН4)2SО4-Н2SО4-Н2О жүйесіндегі ерігіштік изотермалары 10, 30, 50, 70 және 900С.
Түзілген аммоний сульфатының кристалдарын центрифугада сыққан кезде, онда аналық ерітіндінің бөлігі (1,5% ылғал) қалады. Тұзды салқындатқан кезде, оның қалған аналық ерітіндісінен кристалдануы жүре бастайды, жеке бөлек кристалдардың беттері бірігіп, барлық масса тұтас кесек болып цементтеледі. Осылай болмас үшін аналық ерітіндіден сыққаннан кейін тұзды центрифугеде сумен жуу керек. Жұған кезде су ұсақ кристалдарды ерітеді, масса көбіне бос болады. Кейде өнімнің қышқылдылығын азайту үшін оны аммиакты сумен жуады. Сілтілік реакциясы бар, яғни бос аммиагы бар тұзды центрифугирование жасағанда жууды ыстық сумен жүргізген дұрыс, өйткені бұл жағдайда кристалдардың аралығындағы қуыс бос аралықты толтыратын тұнбаға түсетін темір мен алюминийдің гидрототықтары ірі тұнбаға коагуляцияланады және жуу жеңілденеді.
Аммоний сульфатының тығыздығын азайту үшін оны айналмалы барабанды кептіргіштерде кептіреді. Кептіруді жағатын газдармен немесе ауамен жүргізеді. Ыдыратуға әкеліп соғатын, тұздың қатты қызып кетуі болмас үшін жағатын газдарды ауамен сұйылтады және оны кептіргішке шикі тұзды тиейтін жақтан әкеліп салады (тура ағын). Аммоний сульфатын алдын-ала бумен қыздырылған ауада кептіруі, әдетге, қарама-қарсы ағында жүргізіледі, ол экономика жағынан тиімділігі аз, бірак та өнімнің күлмен ластануынан сақтайды, әдетте, ол жағатын газдармен кептіргенде орын алады.
Аммоний сульфаты өндірісінің ылғалды әдісі. (NН4)2SО4 ылғалды әдіспен алудың технологиялық жүйесі 2 суретте келтірілген. 75-78% Н2SО4 үздіксіз өлшегіш арқылы теңестіргіш сосудқа барып түседі, ол реакциялық аппаратпен (сатуратормен) жалғастырылған. Ол цилиндр формалы, түбі конус тәрізді, қорғасын беттерінен салынған.
Аммиак су буымен араластырылып, аппаратка 3 құбырлар арқылы енгізіледі. 3 құбырлар қатты қорғасын кұймасынан жасалған бөлгіш коробкалардың конус тәрізді түбінің жоғарғы бөлігінің деңгейінде бітеді, коробкілерде тесіктер болады. 1 т сульфат аммонийды реакторда алу кезінде 78% күкірт қышқылын сумен 7%-ке дейін араластырғаннан 66000 ккал және күкірт қышқылын аммиакпен нейтралдаудан 360000 ккал жылу бөлінеді. Бұл алынатын жылудың мөлшері сатураторға күкірт қышқылымен берілетін бүкіл суды буландыруға артығымен жеткен болар еді, ол өз кезегінше, бүкіл реакциялық массаның қоюлануына және қатты қыздырудың салдарынан аммоний сульфатының ыдырауына әкеліп соққан болар еді. Осындай жағдай болмас үшін сатураторға қосымша су мөлшерін енгізеді, амоний сульфатының кристалдарының суспензиясын реакциялық ерітіндіде белгілі қоюлығын, айдау үшін қозғалғыштығын сақтау, ұстау керек. Реакциялық массаның температурасы 1100С, бөлінетін су буы ұстағыштан (ловушка) өтіп, шашырандылардың бөліміне барып, одан атмосфераға кетеді. Пайдаланылып шыққан газдың құрамындағы амиактың мөлшері 15 г/м3 аспайды, аммоний сульфатының кристалдарының жиналуы бойынша, оның ертіндідегі суспензиясы ауалы сорғышпен тұндырмаға айдалады, одан сұйык қайтадан реактордың теңестіргіш сосудына ағады, ал тұз пульпасы центрифугаға түседі. Центрифугадан аналық ерітінді және жуылған сулар теңестіргіш сосуд арқылы қайтадан реакторға барады. Центрифугадан кристалдар қоймаға жіберіледі.
1 - күкірт қышқылын сақтайтын жер; 2 - қысымды бак; 3 - сатуратор; 4 - араластырғыш; 5 - шашырандыларды ұстағыш; 6 - тұндырма; 7 - астау; 8 - центрифуга; 9 - электромотор; 10 - науа (суағызатын); 11 - авариялық бак; 12 - астау; 13 - тасымалдаушы; 14 - вагонша; 15 - ауа компрессоры; 16 - қысылған ауаны жинағыш