16. Нитрат аммония, основы производства.

Производство аммиачной селитры состоит из нейтрализации азотной кислоты газообразным аммиаком и кристаллизации продукта. Аммиак не должен содержать более 1% влаги; в нем не допускается присутствие масла.

Используют также отходы аммиачного производства – например, аммиачная вода, танковые и продувочные газы, отводимые из хранилищ жидкого аммиака и получаемые при продувках систем синтеза аммиака. Кроме того, для производства аммиачной селитры используются также газы дистилляции с производства карбамида; их примерный состав: 55—57% NH3, 18—24% СО2, 15—20% Н2О.

Тепловой эффект реакции составляет 149 кДж/кмоль.

NH3(r.) +НNО3(ж.) = NH4NO3

При производстве аммиачной селитры обычно применяют 45—58%-ную кислоту. В этом случае тепловой эффект реакции нейтрализации соответственно уменьшается на величину теплоты разбавления азотной кислоты водой и на величину теплоты растворения аммиачной селитры. При рациональном использовании выделяющегося тепла нейтрализации можно получить за счет испарения воды концентрированные растворы и даже плав аммиачной селитры.

17. Нитрат кальция, основы производства.

Получение нитрата кальция: в промышленности нитрат кальция получают растворением известняка в азотной кислоте или путем поглощения азотистых газов известковым молоком. Нитрат кальция производится в больших количествах как побочный продукт производства нитрофосфата.

В лаборатории кристаллический препарат можно получить разложением азотнокислого аммония гидроксидом кальция:

Нитрат кальция можно получить так же растворением углекислого кальция в азотной кислоте:

Применение нитрата кальция. Нитрат кальция находит широкий спектр применения: во взрывчатых веществах, удобрениях, спичках, пиротехнике; МФР ламп накаливания, радиолампах, ингибиторах коррозии в дизельных топливах. В сельском хозяйстве нитрат кальция используется как вторичный макроэлемент в удобрениях.

18. Карбамид, основы производства. Стриппинг-процесс в производстве карбамида.

В настоящее время карбамид в промышленном масштабе производят только прямым синтезом из аммиака и двуокиси углерода. (Этот синтез впервые был осуществлен Базаровым в 1870 г.).

Синтез карбамида из аммиака и двуокиси углерода протекает в две стадии.

В первой стадии происходит непосредственное соединение реагентов с образованием карбамата аммония:

2NH3 + СО2= NH2COONH4+160 кДж

Во второй стадии карбамат аммония отщепляет воду и превращается в карбамид:

NH2COONH4 = NH2CONH2 + Н2О - 29 кДж

Процесс протекает с образованием двух фаз: газообразной (NH3, СО2, Н2О) и жидкой, состоящей из расплавленных солей (карбамата аммония, карбамида, аммонийных солей) и воды. Установлено, что карбамид образуется только в жидкой фазе, т. е. когда карбамат аммония находится в расплавленном состоянии. При нагревании твердого карбамата аммония образование карбамида идет очень медленно.

Широкое распространение получили усовершенствованные процессы (их называют стриппинг-процессы – от англ. Stripping – отгонка), основанные на отгонке и конденсации большей части непрореагировавших NH3 и CO2 при давлении синтеза, что позволяет упростить схему, уменьшить количество возвращаемой в узел синтеза воды, утилизировать теплоту конденсации. Дистилляция в таких процессах осуществляется при противоточной обработке плава диоксидом углерода или аммиаком — это обеспечивает возможность дистилляции плава при относительно низкой температуре и предотвращает гидролиз карбамида.

Р ис. Принципиальная схема синтеза карбамида и дистилляции плава

(стриппинг-процесс):

1, 11, 14 — сепараторы; 2 — компрессор; 3 — теплообменник-дистиллятор; 4 — насосы; 5, 7 — конденсаторы высокого давлении; 6 — реактор; 8 — дроссельный клапан; 9 — ректификационная колонна: 10 — подогреватель; 12 — конденсатор низкого давления; 13, 17 — емкости; 15 — десорбер; 16 — теплообменник; 18 — скруббер.

Один из вариантов стриппинг-процесса голландской фирмы «Стамикарбон» (рис.) включает синтез карбамида при 13 МПа и 180—190 °С в реакторе-автоклаве 6, разделенном 8—10-ю ситчатыми перегородками (для предотвращения продольной циркуляции реакционной смеси), при подаче в аппарат свежего жидкого NH3 и водноаммиачного раствора карбамата аммония (t ≈ 170 °С) из конденсаторов высокого давления 5 и 7. За время прохождения реакционной смеси через автоклав (45—60 мин) достигается 90-95 % степень приближения к равновесию. Выходящий из реактора плав при том же давлении (13 МПа) подвергают дистилляции в теплообменнике-дистилляторе 3, обогреваемом паром (2,5 МПа), с помощью свежего CO2, к которому добавляют воздух для подавления коррозии аппаратуры. Газы из дистиллятора направляют в поверхностный конденсатор 7, где под давлением синтеза образуется основное количество раствора углеаммонийных солей, возвращаемое в колонну синтеза, и пар низкого давления (0,35 МПа). В конденсатор 7 насосом подают некоторое количество карбаматного раствора из конденсатора низкого давления 12. Степень конденсации за счет подачи воды поддерживают на уровне 80 % для обеспечения автотермичности синтеза. Плав из теплообменника-дистиллятора 3 дросселируют до 0,3—0,4 МПа и направляют в узел дистилляции II ступени, работающий аналогично описанному выше.