книги из ГПНТБ / Миниович, М. А. Производство аммиачной селитры

85,71 + 85,71-0,16 = 99,42 кг

Материальный баланс доупарочного аппарата

Температура плава NH4NO3 в донейтрализаторе понизится с 169 до 143 °С.

91:

от 143 до 175"С:

1015-0,42(175 — 143) = 13650 ккал

где 0,42 — теплоемкость 98,5%-ного плава NH4NO3, ккал/(кг-"С). Количество тепла, расходуемого на испарение воды:

12-540 = 6480 ккал

где 540 — теплота парообразования при абсолютном давлении 1,0 ат, ккал. •Общий расход пара:

-или плаве центров кристаллизации — зародышей. Возникновение зародышей основано на ограниченной растворимости солей в рас­ творителе (в нашем случае — в воде). Обязательным условием за­ рождения и роста кристаллов является переохлаждение растворов или пересыщение их солью. При переохлаждении растворов (даже, самом незначительном) выделяются кристаллы, ускоряющие воз­ никновение новых центров кристаллизации.

Пересыщение растворов солью имеет некоторый предел, выше которого, независимо от температурных условий, наступает само­ произвольная кристаллизация из растворов. Время пребывания растворов или плавов солей в кристаллизационной зоне уменьшает­ ся с увеличением их пересыщения.

Появление зародышей кристаллов вызывает и их рост. Поэтому считают, что процесс кристаллизации состоит из двух параллельно протекающих стадий: образования зародышей кристаллов и роста кристаллов.

Величина кристаллов зависит от соотношения скоростей образо­ вания зародышей и их роста, а также от условий среды (по чисто­ те, температуре и т. п.), (в которой протекают эти процессы.

В большинстве случаев, если скорость возникновения зароды­ шей кристаллов велика, а скорость их роста мала, то образуются только мелкие кристаллы.

Повышение температуры среды приводит к ускорению форми­ рования зародышей и к скорости их роста.

92

Важно отметить, что изменения, которым подвергаются кри­ сталлы с течением времени (кристаллы любых солей растут, раз­ рушаются, стареют, срастаются и т. д.), происходят главным обра­ зом на их поверхности.

Процесс кристаллизации солей, как правило, сопровождается выделением тепла. За единицу теплоты •кристаллизации принимают

Быстрое охлаждение растворов или плавов и энергичное их перемешивание приводят к образованию мелких кристаллов. Спе­ циально вводимые в растворы или плавы солей добавки, а также примеси, попавшие в кристаллизующиеся растворы, 'способны рез­

Аммиачная селитра относится к числу хорошо кристаллизую­ щихся солей благодаря тому, что растворимость ее при снижении

В азотной 'промышленности кристаллизации подвергаются толь­ ко плавы аммиачной селитры; кристаллизация селитры из раство­ ров с получением кристаллов и маточников уже много лет не при­ меняется как экономически невыгодный процесс.

Тепло, выделяющееся при кристаллизации селитры из плава, отводят воздухом или водой. В отдельных случаях используются оба приема отвода тепла.

В производстве аммиачной селитры применяется различное ап­ паратурное оформление процесса кристаллизации, в частности аппараты следующих типов:

с использованием тепла кристаллизации и тепла, вносимого

или нейтральная реакция плава. Для этого в плав вводится не­ большое количество газообразного аммиака. Свободная кислот­ ность плава зависит от температуры и времени пребывания рас­ творов в выпарном аппарате и обычно составляет 0,018—0,2% (считая на азотную кислоту). Расход аммиака на нейтрализацию плава составляет около 0,05 кг/т.

93

В зависимости от режима кристаллизации, применяемого обо­ рудования, концентрации плава и других условий получают мелко­ кристаллическую, чешуйчатую и гранулированную аммиачную се­ литру.

Кристаллизация в аппаратах чашечного типа

В таких аппаратах получают мелкокристаллическую селитру

в чашу единовременно загружается 4,5 т плава. Затем на поверх­ ность плава в чаше подается воздух, количество которого по мере охлаждения и высушивания селитры постепенно уменьшают.

Процесс считается законченным, когда в селитре остается не более 0,1—0,2% 1влаги и температура соли не превышает 30—40 °С. После этого через разгрузочное отверстие в днище чаши продукт сбрасывается лопастями мешалки на транспортерную ленту и на­ правляется в упаковочное отделение. Один цикл кристаллизации продолжается 3—4 ч.

Присутствие готового продукта в чаше кристаллизатора при подаче новых порций плава способствует одновременному образо­ ванию во многих местах большого количества центров кристалли­ зации. Кроме того, благодаря интенсивной работе мешалки, быст­ рому охлаждению плава воздухом и почти полному испарению вла­ га предотвращается рост кристаллов.

Основная масса селитры, получаемой на чашечных кристалли­ заторах, состоит из частиц размером не более 0,3 мм. При охлаж­ дении таких кристаллов до 30—35 °С получается почти неслеживающийся продукт.

В последние годы процесс получения мелкокристаллической селитры в чашечных кристаллизаторах был усовершенствован. Выгрузку соли из чаши стали производить только на 70%; чашу заливают 94—96%-ным плавом и выдерживают всю массу 30—= 40 мин. Затем при 120—130 °С соль, содержащую 1,2—1,4% вла­ ги, непрерывно подают в так называемый шнек-докристаллизатор. Здесь благодаря интенсивному охлаждению соли воздухом и шне- ка-докристаллнзатора водой получается мелкокристаллическая се­ литра с содержанием 0,1—0,2% влаги при температуре до 35 °С.

Сочетание чашечных кристаллизаторов со шнеками-кристалли­ заторами позволило осуществить непрерывный процесс получения мелкокристаллической селитры и примерно вдвое повысить произ­ водительность чашечных кристаллизаторов.

Кристаллизация на охлаждающих вальцах

Кристаллизация плава аммиачной селитры на охлаждающих вальцах (барабанах с внутренним охлаждением) ранее была ши­ роко распространена в промышленности. В этих аппаратах на по-

94

верхностн вращающихся барабанов происходит образование кри­

охлаждаемого барабана. С помощью паровых змеевиков, имею­ щихся в корыте, температуру плава поддерживают не ниже 150 и не выше 165 °С. Уровень плава в корыте устанавливают с таким расчетом, чтобы при скорости вращения барабана 4—6 об/мин тол­ щина нарастающей корки кристаллов была 0,8—1,2 мм. Для этого глубина погружения 'барабана в плав должна составлять 120— 130 мм, а зазор между барабаном и ножом 0,7—1,1 мм. Подачу воды на охлаждение барабана регулируют по показаниям термо­ метров, поддерживая разницу температур воды на входе и выхо­ де из аппарата в пределах нескольких градусов.

Большое влияние на процесс кристаллизации оказывает продол­ жительность соприкосновения поверхности барабана с плавом в корыте. Уменьшение продолжительности контакта и, следова­ тельно, повышение производительности аппарата может быть до­ стигнуто путем увеличения скорости вращения барабана, например с 4—5 до 7—8 об/мин. При этом на поверхности барабана обра­ зуется более тонкий слой соли. Однако это приводит к получению чешуек с повышенным содержанием влаги, что вызывает необхо­ димость продолжительной сушки их горячим воздухом. При пло­ хом прилегании (или износе) ножей к барабану образуются весьма неоднородные по размеру чешуйки разной формы. Такие чешуйки, как правило, содержат свыше 2% влаги.

Своевременная чистка внутренней поверхности стенок бараба­ на позволяет повысить производительность барабана, использовать физическое тепло плава и теплоту его кристаллизации.

На охлаждаемых барабанах получают также мелкокристалли­ ческую аммиачную селитру. Для этой цели применяют 94— 96%-ный плав NH4NO3, скорость вращения барабана 8—10 об/мин; перепад температур охлаждающей воды на входе и выходе под­

следующей сушке таких чешуек горячим 'воздухом они разрых­ ляются выделяющейся влагой и быстро истираются лопастями су­

Мелкокристаллическую селитру получают также в охлаждае­ мом барабане, совмещенном со шнеком-докристаллизатором. В этом случае процесс кристаллизации плава сводится к следую­ щему: 95—96%-ный плав N H 4 N 0 3 подается в корыто барабана,

95

вращающегося со скоростью 16—20 об/мин. При такой большой i скорости с -поверхности барабана ножом снимается кашицеобраз­ ная масса кристаллов, которая направляется в расположенный ря­ дом шнек-докристаллизатор.

Такой шнек снабжен до половины длины рубашкой, в которую подается горячий паровой конденсат из выпарных аппаратов; вто­ рая половина шнека оборудована подводами воздуха для охлаж­ дения непрерывно движущейся солевой массы. На вал шнека-до- кристаллизатора под различными углами надеты лопасти. Из шнека-докристаллизатора выходит мелкий сыпучий продукт влаж­ ностью около 0,15%.

Совмещение обычного охлаждающего барабана со шнеком-до- кристаллизатором позволяет увеличить производительность агрега­ та на 15—20%.

Кристаллизация в грануляционных башнях*

Этот способ основан на разбрызгивании плава аммиачной се­ литры в высоких полых башнях и на охлаждении капель плава встречным потоком относительно холодного воздуха.

Капли плава во время полета с высоты примерно 30 м охлаж­

Процесс кристаллизации аммиачной селитры в грануляционной башне осуществляется следующим образом: высококонцентриро­ ванный плав (99,6—99,8% NH 4 N0 3 ) при температуре 174—176 °С через гидрозатвор поступает в напорный бак, расположенный вбли­ зи грануляционного устройства.

Напорный бак служит буфером для выравнивания колебаний концентраций плава при изменениях давления греющего пара, на­ грузки на выпарные аппараты и т. п. Кроме того, в напорном баке газообразным аммиаком нейтрализуется кислотность плава, воз­ никающая при гидролизе аммиачной селитры. При этом расходует­ ся около 0,05 кг аммиака на 1 т готового продукта.

До поступления в напорный бак плав селитры проходит фильтр, снабженный нержавеющей сеткой с ячейками 0,3 мм. Здесь за­ держиваются взвешенные частицы окалины, накипи, обрывки про­ кладочных материалов и другие механические примеси, обычно за­ бивающие отверстия гранулятора (разбрызгивателя, центробежной корзинки).

Из напорного бака плав поступает на грануляционное устрой­

* Здесь излагается процесс кристаллизации только в грануляционных баш­ нях действующих производств аммиачной селитры (построенных до 1971 г.). О процессе кристаллизации в грануляционных башнях агрегатов большой мощ­ ности см. стр. 127.