фтора и орошается известковым молоком или водой. Газы из аппара та КС и БГС перед мокрой очисткой обеспыливаются в циклонах 12. Вместо двухстадийной очистки газов из аппаратов КС и БГС приме няют турбулентный промыватель типа «Вентури» с двумя блоками каплеуловителей, в которых происходит очистка от пыли и аммиака. Очистка от фтора производится в АПН с насадкой из вспененных полипропиленовых шаров.
Очищенные газы вентилятором 13 выбрасываются в атмосферу через выхлопную трубу.
Разработан вариант аппарата БГС, в котором осуществляется так же и охлаждение гранул (БГСХ).
Разработана схема получения аммофоса с использованием аммо- низатора-гранулятора (рис. 11.48), представляющего собой полый от крытый вращающийся барабан диаметром 4 м, длиной 6 м, установ ленный под углом 1,8° к горизонтальной оси. Частота вращения барабана 10 об/мин. Аппарат изготовлен из углеродистой стали, фу терован листовой нержавеющей сталью. Аппарат имеет течку 3 для загрузки ретура и трубопроводы для подачи аммофосной суспензии 4 и аммиака 5. Жидкий аммиак поступает в аппарат со стороны вхо да и выхода материала под слой гранулируемой массы. Ретурный продукт вводят через загрузочную течку, влажные же гранулы выво дят с противоположной стороны барабана через течку 9. Для очист-
ки внутренних |
стенок |
барабана |
|
аппарат |
оборудован |
срезающим |
|
ножом |
2, расположенным вдоль |
|
всего барабана. |
|
|
|
|
Согласно схеме (рис. |
1 1 .49), в |
|
каскадно расположенные емкост |
|
ные нейтрализаторы 1, |
оборудо |
|
ванные |
трехьярусными |
турбин |
|
ными |
мешалками, |
поступают |
|
концентрированная (50— 54%-ная |
|
Р2О5 ) фосфорная кислота, сточ |
|
ные воды из цикла газоочистки и |
|
газообразный аммиак. |
Концент |
|
рация исходной |
фосфорной кис |
|
лоты после смешения со стоками |
|
абсорбции составляет |
47— 48%. |
Рис. 11.48. Аммонизатор-гранулятор: |
Подачу |
аммиака |
производят до |
1 — корпус; 2 — нож для очистки внутренней |
|
|
|
|
|
|
нейтрализации фосфорной кисло |
стенки; |
3 — течка для загрузки |
сыпучих |
компо |
ты в первом нейтрализаторе до |
нентов; |
4 — трубопроводы для |
подачи |
жидких |
компонентов; 5 — аммиакопроводы; 6 — распы |
молярного отношения МН3 :НзР0 4 = |
лители |
аммиака; 7 — привод; |
8 — несущий и |
= 0,35— 0,50 (pH 2,5), во вто |
опорный ролики; 9 — течка для влажных гранул; |
ром— до отношения 0,50— 0,60 |
10— подпорное |
кольцо; 11 — газоход; 12 — бан |
|
даж; |
13 — зубчатое колесо |
|
Рис. 11.49. Схема получения гранулированного аммофоса с аммонизатором-гранулятором (АГ):
/ — нейтрализатор; 2, 4 — абсорберы |
с плавающей насадкой; |
3, 5 — полые абсорберы; 6, |
11 — циклоны; 7 — вентиляторы; 8 — сборники; 9 — элеваторы; |
10 — аппарат АГ; 12 грохот; |
13 — холодильник КС; |
14 — валковая дробилка; |
15 — сушилка |
(pH 2,5— 3,5). Продолжительность пребывания суспензии на первой стадии нейтрализации составляет около одного часа. За счет теплоты реакции нейтрализации температура суспензии в первом нейтрализато
ре достигает 115° С, во втором— 125° С. При этом испаряется 20— 25% от введенной в аппарат воды и влажность суспензии после нейтрализаторов составляет 17— 18%.
Суспензия из второго нейтрализатора поступает в аммониза- тор-гранулятор 10. Одновременно в АГ поступает жидкий аммиак и ретур (4 —8 т/т целевого продукта). Происходит вторая стадия ней трализации с одновременным гранулированием продукта. В аммони-
заторе-грануляторе поддерживается температура |
90— 95° С |
и моляр |
ное отношение МНз:НзРС>4 = 1,0:1,05. На этой |
стадии |
испаряется |
около 50% воды, введенной в систему с фосфорной кислотой и аб сорбционными растворами. В выходящем из АГ гранулированном продукте содержание товарной фракции составляет 70%. Окончатель ная сушка аммофоса до влажности 0,5— 1,0% производится в прямо точной барабанной сушилке 15. Температура топочных газов на вхо де в сушилку 250— 300° С, а на выходе— 105— 115° С.
Высушенный аммофос поступает на двухстадийный грохот 12, в
котором разделяется на три фракции. Выход товарной фракции со-
ставляет 60— 80%. Крупная фракция из грохота измельчается в мо лотковой дробилке и смешивается с мелкой фракцией, образуя ретур. Целевой продукт (товарная фракция) после охлаждения в аппарате КС 13 направляется на упаковочный узел. Отходящие из нейтрализа торов и аппарата АГ газы проходят очистку в две стадии. В первой стадии очистки улавливается аммиак кислыми растворами фосфата аммония в АПН 2, а затем в абсорбере 3 улавливается (поглощается) фтор. Абсорбер орошается водой или водной суспензией оксида и гидроксида кальция. Растворы после абсорбера возвращаются в ней трализаторы. Очистка отходящих газов из сушильного барабана и ох ладителя КС производится в самостоятельной системе, включающей
пылеочистку в циклонах и двухступенчатую мокрую очистку от ам миака и фтора.
По описанной схеме на 1 т аммофоса (53% Р20 5 усв, 12% N) рас ходуется: 0,558 т Р2О5 в виде упаренной кислоты; 0,151 т NH3; 9 м3 природного газа (34,8 МДж/м3); 67 кВт-ч электроэнергии.
Нитроаммофосфаты. Физико-химические свойства. Нитроаммофосфаты — сложные удобрения, содержащие в качестве основных питательных элементов азот, фосфор и калий. К ним относятся: ни троаммофос, включающий нитраты и фосфаты, и нитроаммофоска, содержащая кроме нитратов и фосфатов соли калия. Обычно фосфат ной составляющей является дигидроортофосфат аммония (нитроам
мофос, нитроаммофоска) или гидроортофосфат аммония (нитродиам мофос, нитродиаммофоска).
Наиболее часто применяемые в народном хозяйстве виды нитроаммофосфатов приведены в табл. 11.7.
Т а б л и ц а 11.7. Состав нитроаммофос» и нитроаммофоски
|
|
Соотношение в исход |
|
|
Состав. % |
|
Соотношение |
|
|
|
Суммарное со |
ной смеси |
|
|
|
N:P20 5 :K20 |
№ H 2P 0 4 :NH4NO,:KCl |
Nofim |
Р2о , |
К20 |
держание дейст |
|
|
|
|
|
|
|
вующих ве |
1 |
1 :0 |
41,4 : 58,6 :0 |
25,6 |
|
0 |
ществ,% |
25,6 |
51,2 |
1 |
1 :1 |
29,4 |
:41,7 : 28,9 |
18,2 |
18,2 |
18,2 |
54,6 |
1 1,5: 1,5 |
35,5 |
:29,6 : 34,4 |
14,7 |
22,2 |
22,2 |
59,1 |
Плав нитроаммофоса (состав N:P20 5 :K2 0 = 1 :1 :0 ) при 180° С и влажности 2% имеет плотность 1,492 г/см3, динамическая вязкость 6 , 1 мПа-с. Плав нитроаммофоса полностью плавится при 172— 174° С, теплота плавления 68,62 кДж/кг, разлагается при 225° С.
Плав нитроаммофоски (состав N:P2 0 s:K2 0 = 1 :1 :1 ) при 180° С и влажности 0,8% имеет плотность 1,526 г/см3 и динамическую вяз кость 135 мПа-с. Нитроаммофоска разлагается при 220° С с выделе-
„нем теплоты и автокаталитическим ускорением. HHTp° ^ |
0 ^ 01Cg! 1* |
сильно слеживающиеся, гигроскопические |
удо рения ( |
|
требующие кондиционирования. |
карбоаммофос |
nrinV4„„ |
В промышленности выпускается также |
получав |
мый путем введения карбамида в реакционную смесь. При одновременной добавке в реакционную смесь солей калия (КС1 или Jv2 bu4j
получают |
карбоаммофоску. |
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 11.8. Физико-химические свойства нитроаммофосфатов |
Соотношение |
Насыпная |
Прочность частиц по фракци |
Угол естест |
Гигроско |
Слеживае- |
плотность, |
|
|
ям, г/гранул |
|
венного отко- |
пическая |
мость. |
N:P20 5 :K20 |
г/см3 |
1 |
мм |
2 мм |
3 мм |
са, град |
точка*,% |
кгс/см* |
1 : 1: 0 |
0,97 |
1 |
1 0 |
400 |
800 |
56 |
58 |
0.50 |
1 |
: 1 : 1 |
1,00 |
_ |
3200 |
6500 |
63 |
54 |
0,22 |
1 |
1,5: 1,5 |
1,05 |
820 |
3500 |
7700 |
60 |
58 |
0,27 |
♦Равновесная влажность над насыщенным раствором при 20° С.
Физико-химические основы технологии сложных удобрений.
Процессы получения перечисленных видов удобрений можно выде лить в три группы.
1. П роцессы с двухст упенчат ой аммонизацией, в которых кон центрированную (47— 54% Р2О5) фосфорную кислоту нейтрализуют
до молярного отношения ЫНз:НзР04 = 0,6-й),7. Из диаграммы совме стной растворимости дигидрофосфата аммония (рис. 11.50) видно, что растворимость дигидрофосфата увеличивается с повышением концентрации гидрофосфата аммония. Максимальная растворимость дигидрофосфата будет при молярном отношении Н3РО4 NH3 =1, 5 .
Во избежание потерь аммиака в производстве нейтрализацию ведут до отношения Н3РО4 NH3 = 1 ,3 — 1 ,3 5 .
Отношение N.P2 O5 в фосфатах аммония составляет: для дигидро фосфата аммония 1:5 и для гидрофосфата 1:2,5. С целью выравнива ния соотношения N'J^Os в систему дополнительно вводят азот за счет добавки сульфата аммония (рис. 11.51), нитрата аммония или карбамида (рис. 11.52). Возможен одновременный ввод в систему
смеси |
нитрата аммония и карбамида (рис. |
1 1 .5 3 ). |
|
|
Из |
диаграмм |
растворимости |
при |
25° С |
для |
систем |
NH^bPQi— (NH^SQj—Н20 (рис. 11.51, а) и (NH^HPQ*—(NH^SQi— Н20 (рис. 11.51, б) видно, что в процессе увеличения содержания сульфата аммония в растворе растворимость фосфатов аммония уменьшается. При увеличении концентрации фосфатов аммония растворимость суль фата аммония изменяется незначительно. Нитрат аммония оказывает значительное высаливающее действие на дигидрофосфат аммония.
Система NH4H2P04—CO(NH2)2—Н20 изучена в интервале темпе-
ратур от 15,3 до 50° С (рис. 11.52). В присутствии дигидрофосфата карбамид гидролизуется:
COCNH^ + Н20 = 2NH3 + С 0 2
Однако с течением времени содержание карбамида в растворе уменьшается и скорость его разложения с появлением в системе гид рофосфата аммония, который образуется в процессе взаимодействия дигидрофосфата с выделяющимся при разложении карбамида аммиа ком понижается. Поэтому в присутствии гидрофосфата аммония раз
ложение |
карбамида не происходит. |
Как видно из изотермы растворимости, в четырехкомпонентной |
системе |
CO(NH2 )2— NH4N 0 3— (NH4 )2HP04— Н20 при 50° С разложе |
ние карбамида ни в одной области не имеет места (см. рис. 11.53). В производстве сложных удобрений, содержащих три основных
питательных элемента (NPK), в систему |
вводят соль калия в виде |
его хлорида. Реакция |
|
NH4N 0 3 + КС1 ± ; K N 03 |
+ NH4 C1 |
обычно не идет до конца, и степень конверсии хлорида калия зави сит от технологического режима и повышается с повышением темпе
ратуры и |
продолжительности |
процесса. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Данные процессы проводят в аммонизаторе-грануляторе, в который |
параллельно |
вводят ретур. Доаммонизация |
осуществляется |
в тонком |
|
|
А\ Р \| А |
|
|
слое |
на |
поверхности |
гра |
|
|
|
|
нул, в связи с чем процесс |
........1 |
1 |
|
4 |
|
|
О м |
|
|
|
ведут с большим количест |
10 _ М М .К 1П » |
|
|
|
10 |
вом ретура |
(3,5 |
— 10-крат |
20 N' |
|
|
CO(NH2)2 |
ным). |
Операция |
позволяет |
|
|
|
|
20 |
30 |
|
|
|
|
30 |
поддерживать |
|
влажность |
Я'* |
|
"(1МГ |
*4)2Н1Р04 |
|
40 |
материала на входе в суши |
|
|
льный барабан всего |
около |
40 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
50 |
|
|
|
|
50 |
1,5%. |
Получаемые гранулы |
|
|
|
|
|
60 |
|
|
|
|
М' |
целевого |
продукта |
имеют |
|
|
|
|
60 |
9, 1оо |
|
|
- Л |
s |
----1100 |
сферическую |
форму |
и |
вы' |
|
|
сокую |
прочность. |
|
|
110 |
|
|
|
|
|
|
|
|
к;Р ' |
|
2. |
|
М алорет урны е п ро |
|
|
|
|
|
|
120 |
|
|
|
|
цессы, в которых получе- |
Рис. 11.53. Изотерма растворимости в системе |
ние суспензии |
необходимо' |
го |
состава |
осуществляется |
CO(NH2)2— NH4NO3— (NH4hHP04— Н20 |
в |
реакторах, |
а |
процессы |
|
|
при 50° С |
|
|
|
|
|
|
|
|
грануляции |
и |
сушки |
про- |
дукта совмещаются в одном аппарате-сушилке типа РКСГ (с распы лением и кипящим слоем материала в сушилке-грануляторе). Суспен зия целевого продукта распыляется в объем, в котором происходит высушивание капель и формирование гранул. Отношение количеств ретура и продукта в этих процессах составляет 0 , 3 __1 .
^3. Расплавные процессы, в которых нейтрализуют смесь ортофосфорной и азотной кислот с использованием теплоты нейтрализации (ИТН). Затем раствор выпаривают под вакуумом до состояния плава, смешивают с хлоридом калия и гранулируют в башнях или барабанных грануляторах. Согласно способу получают прочные гранулы целевого продукта.
Получение диаммонитрофоски. Согласно схеме (рис. 11.54) про изводства диаммонитрофоски, исходная ортофосфорная кислота кон центрацией 40— 42,5% Р2 О5 из сборника 1 центробежным насосом 2 перекачивается в напорную емкость 3, из которой она непрерывно поступает в реактор 8. До реактора кислота проходит через промыв ные скрубберы 4 , в которых осуществляется очистка газов, выходя щих из аммонизатора-гранулятора 11 и из сушильного барабана 16. В реактор 8 параллельно с ортофосфорной кислотой поступает газо образный аммиак под давлением 1,5— 2 атм и при непрерывном пе ремешивании происходит нейтрализация ортофосфорной кислоты. Количество поступающих аммиака и кислоты обеспечивает получе
ние |
в образующейся суспензии соотношения NH3 |
Н3РО4 = 1 , 4 1,0 |
(pH |
суспензии 5,6— 5,7). При этом соотношении |
образуется смесь, |
состоящая из 60% дигидрофосфата и 40% гидрофосфата аммония:
Н3РО4 + 1,4NH3 = 0,6NH4 H2PO4 + 0,4(NH4 )2 HPO4
Температура в реакторе повышается и поддерживается в пределах
1 1 5 — 120° С за |
счет теплоты реакции. В этом процессе |
испаряется |
около 20— 30% |
внесенной с кислотой воды. Суспензия, |
содержащая |
около 25% воды, смешивается в смесителе 10 плавом нитрата аммо ния, содержащим 96— 98% NH4NO3, газообразным аммиаком, хлори
дом калия из бункера 14 и ретуром из бункера 13. Образующаяся смесь поступает в аммонизатор-гранулятор 11, в котором происходит донейтрализация дигидрофосфата аммония до гидрофосфата аммония и полное смешение всех компонентов и одновременная грануляция продукта. При этом происходит также частичное взаимодействие хло рида калия с нитратом аммония в нитрат калия и хлорид аммония.
Ретур вводится из расчета снижения содержания влаги в целевом гранулированном продукте при выходе из аммонизатора-гранулятора до 4— 5%. Кратность его составляет в пределах 3— 3,5. При снижении влажности до 1,3% кратность ретура возрастает до 7— 10. Температуру в аммонизаторе-грануляторе поддерживают в пределах 70 75 С.
Плав NH4NO3
Рис. 11.54. Схема получения диаммонитрофоски:
1 — сборник |
ортофосфорной кислоты; 2 — центробежный |
насос; 3 — напорная |
емкость; 4 — промывной, скруббер; 5— ловушКа; б— вентилятор; |
7 — циклон; |
8 — реактор; 9 — напорная емкость для плава нитрата аммония; |
10 — смеситель; 11 — аммонизатор-гранулятор; 12— теплообменник |
для подогрева воздуха; 13 — бункер ретура; 14— бункер |
хлорида калия; 15 — ленточный |
транспортер; 16 — сушильный барабан; 17— элеватор; |
18 — двухситный грохот; 19 — валковая дробилка; 20 — бункер; 21 — барабан-кондиционер; |
22 — насос-дозатор; 23 — бункер для припудривающей |
|
|
добавки |
|
|
В аммонизаторе-грануляторе за счет выделяющейся теплоты ней трализации происходит частичное испарение влаги смеси. Образую щиеся пары воды и непрореагировавший аммиак удаляются в смеси с воздухом, просасываемым через аммонизатор-гранулятор для сни жения избыточного тепла и направляются на очистку в промывной скруббер 4. Гранулы целевого продукта из АГ поступают в сушиль ный барабан 16, в котором сушатся до влажности не выше 1%. Про цесс сушки осуществляется топочными газами с температурой при
входе 160— 180° С и на выходе |
~110°С. |
Сухой продукт элеватором |
17 передается в двухступенчатый |
грохот |
18, в котором он рассеива |
ется на три фракции: ретур (размер частиц меньше 2 мм), целевой продукт с размерами гранул 2— 4 мм и крупная фракция с размера ми частиц более 4 мм, направляющаяся в дробилку 19, в которой измельчается, и элеватором 1 7 подается на рассев.
Целевой продукт из бункера 2 0 поступает в барабанный кондици онер 2 1 , в котором омасливается и припудривается, а затем на склад, на упаковку. В качестве омасливающего вещества применяется пара финистый мазут, который передается насосом-дозатором 2 2 и фор сункой распыливается в первой зоне кондиционера. В качестве опудривающего материала применяется каолин, кизильгур, гипс и другие химикаты, подаваемые во вторую зону кондиционера.
На получение 1 т питательных веществ в диаммонитрофоске
(17,5— 17,5— 17,5) расходуют: 0,241 |
т ортофосфорной кислоты (100% |
Н3 Р0 4), 0,085 т аммиака ( 1 0 0 %), |
0,310 т нитрата аммония (97% |
NH4NO3 ), 0,290 т хлорида калия (95% КС1) и 0,025 т кондициониру ющих добавок.
Существует малоретурная схема получения комплексного удобре ния типа дйаммонитрофоски состава 18:18:18 (рис. 11.55), согласно которой процессы аммонизации, смешения компонентов, гранулиро вания и сушки проводятся совмещенно в одном аппарате-грануляторе барабанного типа, причем сушка продукта осуществляется за счет полного использования теплоты реакции. Азотная кислота (67— 69% основного вещества) из напорной емкости 1 и ортофосфорная кисло та (42— 49% основного вещества) из напорной емкости 2 непрерыв но поступают в гранулятор 3, в который подается также непрерывно газообразный аммиак. Гранулятор, в котором проходят все стадии об разования целевого продукта, представляет собой горизонтальный ба рабан, внутри которого концентрически установлен второй барабан меньшего диаметра. Ортофосфорная кислота и аммиак (в расчете на образование гидрофосфата аммония) вводятся во внутренний барабан на слой гранул, поступающих из внешнего барабана. Во внутренний барабан также вводится хлорид калия из бункера 5. Во внешний ба рабан подается азотная кислота и аммиак согласно стехиометрии об разования нитрата аммония. Они поступают также на слой гранул,
KCI
Готовый продукт на кондиционирование
и в склад
11
Рис. 11.55. Малоретурная схема получения комплексного удобрения типа диаммонитрофоски состава 18:18:18:
1 — напорный бак для HNOj; 2 — напорный бак для Н3РО4; 3 — гранулятор-аммонизатор, 4 — эле ватор; 5 — бункер для КС1; 6 — охлаждающий барабан; 7— элеватор; 8 — грохот; 9 дрооилка; m — ты#»*- // — ленточный конвейер
которые переходят во внешний барабан из внутреннего. Такая цирку ляция между внешним и внутренним барабаном осуществляется не прерывно. Гранулы перемещаются по длине внутреннего барабана и поступают во внешний барабан, в котором движутся в противопо ложном направлении и далее поступают в ковши и с их помощью направляются во внутренний барабан. Хлорид калия и ретур подают ся шнеком 10 в конец внутреннего барабана, противоположный пода че ортофосфорной кислоты. Барабан вращается со скоростью 14 об/мин. Отношение количества внутреннего ретура к готовому про дукту колеблется в пределах от 1:30 до 1:60 в зависимости от влаж ности целевого продукта, которая составляет 0,3— 0,5%. Количество внешнего ретура составляет 0,4 т на 1 т целевого продукта. Процесс грануляции продукта проводится при влажности массы менее 1%, что способствует образованию мелких гранул. При этом выход то варной фракции достигает 70%. Температура в грануляторе поддер живается в пределах 65— 95° С. Испарение воды, вносимой в систе му с кислотами указанной концентрации, осуществляется лишь за счет теплоты реакции. Избыток теплоты из гранулятора уносится воздухом, поступающим из охлаждающего барабана 6 и частично за сасываемым через неплотности, имеющиеся в системе. Воздух про ходит между барабанами и далее направляется на очистку.
Целевой продукт из гранулятора ленточным конвейером 11 и эле ватором 4 направляется в охлаждающий барабан 6, в котором он ох лаждается атмосферным воздухом, а затем элеватором 7 подается для
