bibliofond.ru_862969

Введение

Минеральные удобрения находят широкое применение, как в сельском хозяйстве, так и в различных отраслях промышленности. В отличии от мирового рынка, именно промышленное удобрение азотных удобрений является основным на внутреннем рынке.

Важнейшим видом минеральных удобрений являются азотные.

Например: Аммиачная селитра.

Аммиачная селитра, или нитрат аммония, CH4NO3 - кристаллическое вещество белого цвета, содержащие 35% азота в аммонийной и нитратных формах, обе формы легко усваиваются растениями.

Основными потребителями аммиачной селитры являются следующие отрасли:

сельское хозяйство;

производство сложных минеральных удобрений;

горнопромышленный комплекс;

угольная промышленность;

производство взрывчатых веществ;

строительная индустрия.

Аммиачная селитра обладает потенциальной, или физиологической кислотностью. Эта кислотность возникает в почве, с одной стороны в результате более быстрого растениями ионов (NH4+) соответственно накопления кислотного остатка (ионов NO3) в почве и, с другой стороны, в результате окисления аммиака в азотную кислоту нитрифицирующими микроорганизмами почвы. При длительном аммиачной селитры потенциальна кислотность этого удобрения может привезти к изменениям химического состава почвы, что в ряде случаев служит причиной снижения урожайности.

Цель: изучить устройство аммиачной селитры.

Задачи:

Выбрать и обосновать выбранную схему производства;

Изучить характеристику выпускаемой продукции, исходного сырья,

вспомогательных материалов, аппарат ИТН;

Теоретические основы процесса и технологическую часть;

Описать технологическую схему;

Рассчитать технологический процесс, расчет материальных балансов и процессов;

Рассчитать тепловые процессы;

Сделать конструктивный расчет основного аппарата;

Аналитический контроль производства;

Автоматизация технологического процесса;

Охрана труда и окружающей среды.

. Характеристика выпускаемой продукции, исходного сырья, вспомогательных материалов

.1 Общая характеристика производства

Полное наименование производства

Производство гранулированной аммиачной селитры в двух крупнотоннажных агрегатах АС-72.

Год ввода в эксплуатациюагрегат цеха аммиачной селитры введен в эксплуатацию в декабре 1979 года, II агрегат в декабре 1980 года.

Узел приготовления и ввода парообразующих добавок введен в эксплуатацию в 2004 г. Установка приготовления сухих смешанных удобрений (ССУ) введен в эксплуатацию в 2004 г.

Мощность производства

В соответствии с проектом мощность технологической линии производства аммиачной селитры составляет 450 тыс. т/год или 1363 т/сутки. Производство состоит из 2-х технологических линий. Общая проектная мощность производства аммиачной селитры составляет 900 тыс. т/год. Максимальная мощность технологических линий производства аммиачной селитры была достигнута в 2001г. и составила - 613092 тонн.

Мощность технологической линии производства пористой селитры - 35 тыс. т/год.

Мощность установки приготовления сухих смешанных удобрений (ССУ) - 100 тыс. т/год

Состав производства

Производство гранулированной аммиачной селитры в ПАО «Дорогобуж» состоит из следующих основных технологических стадий:

.4.1 Приготовление крепкого раствора аммиачной селитры с добавкой нитрата магния

.4.2 Выпаривание крепкого раствора аммиачной селитры до состояния высококонцентрированного плава

.4.3 Гранулирование плава аммиачной селитры

.4.4 Охлаждение гранулированной аммиачной селитры

.4.5 Очистка газовых выбросов

.4.6 Приготовление раствора нитрата магния

.4.7 Приготовления и ввода парообразующих добавок в плав амселитры

.4.8 Пароснабжение

.4.9 Узел приготовления сухих смешанных удобрений (ССУ)

Метод производства

Производство аммиачной селитры осуществляется методом нейтрализации слабой азотной кислоты газообразным аммиаком в присутствии добавки нитрата магния с последующим упариванием раствора аммиачной селитры до состояния высококонцентрированного плава, гранулированием в грануляционной башне и быстрым охлаждением в аппарате «кипящего слоя».

Производство пористой аммиачной селитры осуществляется методом ввода порообразующих добавок в плав амселитры.

Производство сухих смешанных удобрений - сухое смешение аммиачной селитры (основного компонента) и добавок (хлористый калий, нитроаммофоска, аммофос) в непрерывном режиме.

.2Характеристика производимой продукции

Техническое наименование продукта - аммиачная селитра.

Химическая формула - NH4NO3.

Аммиачная селитра должна соответствовать требованиям ГОСТ 2-85.

Таблица 2

Наименование показателя	Норма для марки
	А		Б
		ОКП 21 8111 0100		Высший сорт ОКП 21 8111 0220		Первый сорт ОКП 21 8111 0230		Второй сорт ОКП 21 8111 0240
1. Суммарная массовая доля нитратного и аммонийного азота в пересчет: - на NH4NO3 в сухом веществе, %, не менее - на азот в сухом веществе, %, не менее		98 не нормируется		не нормируется 34.4		не нормируется 34,4		не нормируется 34,0
2. Массовая доля воды, %, не более: - с сульфатной и сульфатно-фосфатной добавками; - с добавками нитратов кальция и магния		0,2 0,3		0,2 0,3		0,2 0,3		0,3 0,3
3. рН 10%-ного водного раствора, не менее с сульфатно-фосфатной добавкой		5,0 4,0		5,0 4,0		5,0 4,0		5,0 4,0
4. Массовая доля веществ, не растворимых в 10%-ном растворе азотной кислоты, %, не более	0,2		Не нормируется
5. Гранулометрический состав: 5.1. массовая доля гранул размером от1 до 3 мм, %, не менее	93		Не нормируется
5.2 массовая доля гранул размером от 1 до 4 мм, %, не менее в том числе гранул размером от 2 до 4 мм, %, не менее	не нормируется		95 80		95 50		95 не нормируется
5.3. массовая доля гранул размером менее 1 мм, %, не более	4		3		3		4
5.4. массовая доля гранул размером более 6 мм, %.	0,0		0,0		0,0		0,0
6. Статическая прочность гранул, Н/гранулу (кг/гранулу), не менее: - с сульфатной и сульфатно-фосфатной добавками - с добавками нитратов кальция и магния	5 (0,5)		10 (1,0) 8 (0,8)		7 (0,7)		5 (0,5)
7. Рассыпчатость, %, не менее	100		100		100		100

Основные свойства и качество выпускаемой продукции

В чистом виде аммиачная селитра представляет собой белое или желтоватое кристаллическое вещество, содержащее не менее 34,4 % азота в аммиачной и нитратной формах.

Молекулярная масса - 80,043.

Плотность, г/см3 - 1,69 1, 725

Температура плавления, 0 С - 169,6

Теплота плавления, кДж/кг - 73,21

Кристаллические модификации.

Нитрат аммония в зависимости от температуры существует в пяти кристаллических модификациях, термодинамически устойчивых при атмосферном давлении. Каждая модификация существует лишь в определенной области температур и переход из одной модификации в другую сопровождается изменениями кристаллической структуры, выделением (или поглощением) тепла, а также скачкообразным изменением удельного объёма, теплоемкости, энтропии и т.д.

Растворимость аммиачной селитры в воде.

Аммиачная селитра хорошо растворяется в воде, причем растворимость ее значительно возрастает с повышением температуры. Растворение протекает с поглощением тепла. При растворении аммиачной селитры в равном по объёму количестве воды температура раствора снижается примерно на 25 0С.

Гигроскопичность.

Аммиачная селитра отличается большой гигроскопичностью - способностью поглощать влагу из атмосферного воздуха. На открытом воздухе она быстро становится влажной, затем расплывается, теряя кристаллическую форму. Степень поглощения влаги аммиачной селитрой зависит от влажности воздуха и давления паров над насыщенным раствором соли. Между воздухом и аммиачной селитрой происходит почти постоянный обмен влагой, на который решающее влияние оказывает относительная влажность воздуха.

Гигроскопичность аммиачной селитры характеризуется так называемой гигроскопической точкой, т.е.относительной влажностью воздуха, при которой вещество не теряет воду и не поглощает ее из воздуха.

Гигроскопические точки аммиачной селитры имеют следующие значения.

Слеживаемость.

Отрицательным свойством аммиачной селитры является ее способность слёживаться, то есть терять при хранении сыпучесть (рассыпчатость), а в известных условиях даже превращаться в монолитную массу, с трудом поддающуюся измельчению.

Слёживаемость аммиачной селитры вызывается многими причинами, основными из которых являются:

а) изменение кристаллических модификаций, протекающих в гранулах на стадиях охлаждения и хранения их;

б) гигроскопичность аммиачной селитры

С целью сохранить потребительские свойства при транспортировке и хранении в аммиачную селитру вводятся кондиционирующие добавки, проводится обработка гранул поверхностно-активными веществами.

Основным назначением добавок является уменьшение отрицательного влияния процесса полиморфных превращений, протекающих в кристаллах нитрата аммония с заметным изменением их объёма. Добавки можно разделить на следующие основные группы:

добавки, связывающие свободную влагу, которая находится в плаве нитрата аммония, поступающем на гранулирование;

добавки, влияющие на процесс полиморфных превращений нитрата аммония;

добавки, образующие центры кристаллизации.

К таким добавкам относится нитрат магния. Он хорошо растворим в воде и растворах аммиачной селитры. Безводный нитрат магния может присоединять до шести молекул воды, образуя гексагидрат нитрата магния Mg(NO3)2, 6Н2О. Одна массовая часть (м. ч.) безводного нитрата магния может связать около 0,7 м.ч. воды. В технологическом процессе производства аммиачной селитры нитрат магния используют в виде водного раствора, который вводят в раствор аммиачной селитры, поступающий на упаривание. В процессе упаривания нитрат магния обезвоживается. Обезвоженный нитрат магния, находясь в гранулах селитры, связывает оставшуюся в плаве селитры свободную влагу в химические соединения. Если безводного нитрата магния в гранулах достаточно для связывания всей находящейся в них влаги, то получается практически безводная аммиачная селитра, обладающая хорошими физико-химическими свойствами.

В процессе кристаллизации плава, содержащего нитрат магния, образуются не только кристаллогидраты этой соли, но происходит также образование двойных аммонийно-магниевых солей, и в этом случае диаграммафазовых состояний безводного нитрата магния и различных его кристаллогидратов усложняется. В связи с этим аммиачной селитре, содержащей добавку нитрата магния, не свойственна какая-либо постоянная гигроскопическая точка, так как по мере связывания влаги нитратом магния образуется новое химическое соединение, изменяющее значение гигроскопической точки.

В присутствии нитрата магния характер и кинетика полиморфных превращений также изменяется. Присущее нитрату аммония, содержащемувлагу, полиморфноепревращение при 32 0С IIIIV заменяется метастабильным превращением II IV, протекающим при 48 - 51 0С, если содержание влаги в селитре составляет 0,4 %, а переход IVIII происходит в этом случае при 52 - 53 0С. При хранении на складах гранулы такой аммиачной селитры существенно не изменяют свой объём и поэтому не разрушаются.

Эффективным способом повышения качества аммиачной селитры является модифицирование поверхности гранул готового продукта аммиачной селитры поверхностно-актины-ми веществами (ПАВ). Применение незначительных количеств добавки ПАВ (0,05 - 0,10 %) резко улучшает физико-химические свойства аммиачной селитры.

Наиболее эффективными по степени гидрофобизирующего действия являются амины. Аммиачная селитра, обработанная аминами, сохраняет

% рассыпчатость до 6 месяцев.

По требованию потребителя гранулированную аммиачную селитру обрабатываем лиламином марки АС-61Н.

Применение аммиачной селитры

Аммиачная селитра применяется в сельском хозяйстве в качестве азотных удобрений, а также используется в промышленности для различных технических целей.

Сведения о регистрации информационных карт потенциально опасных химических и биологических веществ (карты ПОХВ):

Свидетельство о государственной регистрации потенциально опасного химического и биологического вещества. Серия АТ №000054 от 15 июня 1994 года.

Пористая аммиачная селитра

Пористая аммиачная селитра должна соответствовать требованиям ТУ 113-03-00203789-16-93 и ТУ 2143-036-00203789 2003 и настоящего регламента.

Селитра аммиачная пористая выпускается с применением кондиционирующей добавки, содержащей магний или кальций.

Определение массовой доли воды методом Фишера осуществляется только по требованию потребителя, установленному в договоре (контракте).

По физико-химическим показателям пористая аммиачная селитра должна соответствовать требованиям и нормам, настоящего регламента

Применение пористой селитры

Пористая аммиачная селитра применяется для технических целей.

Сухие смешанные удобрения

Удобрение представляет собой смесь селитры аммиачной, калия хлористого, нитроаммофоски, аммофоса.

Сухое смешанно удобрение должно соответствовать требованиям ТУ 2189-033-00203789-2000 и настоящего регламента.

Сухое смешанное удобрение предназначено для использования в сельском хозяйстве.

По физико- химическим показателям удобрение должно соответствовать требованиям и нормам, указанным в таблице.

Таблица 1.3

Наименование показателя	Норма для маркиССУ (N:Р: К)
1 Массовая доля азота (N), %, не более 2 Массовая доля усвояемого фосфора (Р2О5), %, не менее 3 Массовая доля калия (К2О), %, не менее 4 Массовая доля воды, %, не более 5 Гранулометрический состав: массовая доля гранул размером от 1мм до 4мм, %, не менее 6 Рассыпчатость	ТУ 2189-033-00203789-2000 ТУ 2189-033-00203789-2000 ТУ 2189-033-00203789-2000 ТУ 2189-033-00203789-2000 90 100

.Технологическая часть

.1 Описание технологического процесса и схемы

.1.1 Описание технологического процесса

Технологический процесс получения аммиачной селитры протекает по реакции:

+ HNO3 NH4NO3 + Q

В процессе нейтрализации выделяется большое количество тепла. Тепловой эффект реакции составляет144936 Дж/моль.

Так как конечной целью производства аммиачной селитры является получение твердого продукта, то на стадии нейтрализации стремятся получить возможно более концентрированные растворы аммиачной селитры. Часть тепла, выделяющаяся при нейтрализации азотной кислоты газообразным аммиаком, идет на выпаривание воды из полученного раствора, процесс ведётся при температуре 148-165 0С. При использовании азотной кислоты с массовой долей 58-60 % и предварительном подогреве исходного сырья получают крепкий раствор с массовой долей аммиачной селитры 89-92 %.

Для увеличения прочности гранул аммиачной селитры и с целью сохранения потребительских свойств при транспортировке и хранении в раствор аммиачной селитры вводится кондиционирующая добавка нитрата магния.

Добавка нитрата магния увеличивает стойкость гранул аммиачной селитры к воздействию переменной температуры, что очень важно при хранении селитры в условиях резких колебаний температуры окружающей среды.

Крепкий раствор аммиачной селитры, полученный в процессе нейтрализации, выпаривают до содержания массовой доли аммиачной селитры не менее 99,7 %. Процесс ведется в интервале температур 175-185 0С. Такой температурный диапазон выбран в связи с тем, что температура 163-170 0С соответствует кристаллизации расплавов аммиачной селитры с массовой долей 99,3 -100 %, а подогрев выше температуры 190 0С приводит к терморазложению аммиачной селитры.

Процесс гранулирования высококонцентрированного плава аммиачной селитры осуществляется в грануляционной башне, обеспечивающей высоту свободного полета гранул 50 метров. Температура гранул аммиачной селитры на выходе из грануляционной башни колеблется в пределах от 70 до 120 0С. Гранулы на выходе из грануляционной башни имеют значительно более высокую температуру, чем необходимо для хранения и транспортировки продукта. Для охлаждения гранул аммиачной селитры до температуры не более 50 0С используют аппарат с кипящим слоем. Кипящий слой создаётся путём подачи под перфорированную решётку аппарата потока воздуха, вследствие чего и создаётся псевдоожиженный слой гранул аммиачной селитры на поверхности решётки аппарата. Охлажденный продукт поступает на упаковку или на склад для хранения насыпью.

Воздух, водяные пары на выходе из агрегата очищаются от не прореагировавших аммиака и азотной кислоты, от аэрозолей аммиачной селитры в скрубберной установке, затем выбрасываются в атмосферу.

Таким образом, процесс производства аммиачной селитры можно представить в виде следующих стадий:

.Прием сырья:

аммиака, азотной кислоты, пара, раствора аммиачной селитры из цеха НАФ.

.Получение основного продукта:

.1 Приготовление крепкого раствора аммиачной селитры с добавкой нитрата магния

.1.1 нейтрализация азотной кислоты газообразным аммиаком;

.1.2 переработка раствора аммиачной селитры из цеха НАФ;

.1.3 ввод добавки нитрата магния;

.1.4 сбор и переработка крепкого раствора аммиачной селитры;

.1.5 нейтрализация свободной азотной кислоты в крепком растворе аммиачной селитры;

.2 Выпаривание крепкого раствора аммиачной селитры до состояния высококонцентрированного плава;

.3 Гранулирование плава аммиачной селитры;

.4 Охлаждение гранулированной аммиачной селитры;

.5 Очистка газовых выбросов;

.6 Приготовление раствора нитрата магния;

.7 Приготовление порообразующих добавок;

.8.Ввод порообразующих добавок в плав амселитры;

.9 Пароснабжение;

.Приготовление сухих смешанных удобрений.

.Описание технологической схемы

.1 Приготовление крепкого раствора аммиачной селитры с добавкой нитрата магния

Нейтрализация азотной кислоты газообразным аммиаком.

Процесс нейтрализации азотной кислоты газообразным аммиаком осуществляется в двух параллельно работающих аппаратах ИТН (использование тепла нейтрализации) поз. Р-3 под давлением не более 0,0049 МПа (0,05 кгс/см2), то есть близким к атмосферному.

Необходимая для процесса нейтрализации азотная кислота подается насосами поз. Н-101/1,2, установленными на складе кислоты цеха АК-72, по двум трубопроводам на каждый агрегат отдельно под давлением 0, 588-0,784 МПа (6,0 - 8,0 кгс/см2). Поддержание постоянного давления в трубопроводе подачи кислоты производится автоматическими устройствами, предусмотренными в схеме склада азотной кислоты. На входе в цех производятся замеры давления азотной кислоты (параметр безопасности) прибором поз.PRAНL-3 и общего расхода кислоты прибором поз. FQR-14 После очистки от нерастворимых примесей в сетчатом фильтре поз. Ф-10, кислота поступает в четырёхходовой кожухотрубный теплообменник поз. Т-2, в котором нагревается до температуры 75- 90 0С поз. TR-11 за счет тепла пара вторичного вскипания из бака сборапарового конденсата поз. Е-43. Подогретая азотная кислота подаётся в реакционный стакан аппарата поз. Р-3. Регулирование расхода (параметр безопасности) кислоты поз. FFRCSAHL-2в аппарат поз. Р-3 происходит при помощи регулирующего клапана поз. FFRCSAHL-2-CV

Газообразный аммиак поступает в цех с избыточным давлением 0,392 - 0,588 МПа (4,0 - 6,0 кгс/см2) поз. PI-1 (параметр безопасности),которое измеряется манометром поз.PJ-15, от испарителя склада жидкого аммиака или из основного производства аммиака. На входе газообразного аммиака в цех установлен отделитель-испаритель жидкого аммиака поз. Х-37, вертикальный аппарат с внутренним паровым змеевиком, для отделения масла и испарения жидкого аммиака. Далее аммиак поступает в вертикальный одноходовой кожухотрубный теплообменник поз. Т-1, где подогревается паровым конденсатом от пароувлажнителя поз. Х-42 до температуры 120-180 0С, поз. TR-21,(параметр безопасности). Перед подогревателем поз. Т-1, регулирующим клапаном поз. PRCAHL-1-2-CV-1 и клапаном тонкой регулировки поз. PRCAHL-1-2-CV-2, давление аммиака (параметр безопасности) поз. PRSАL-1-1 редуцируется до 0,178 - 0,216 МПа (1,8 - 2,2 кгс/см2). После подогревателя поз. Т-1 производится замер общего расхода газообразного аммиака прибором поз. FQR-13. Подогретый аммиак подается в реакционный стакан аппарата ИТН

Регулирующим клапаном поз.FRCSAHL-1-CV поддерживается расход аммиака поз. FRCSAHL-1 в аппарате ИТН. На линии газообразного аммиака установлены предохранительные клапаны с давлением сброса: на поз. Х-37 РСБ. = 0,676 МПа (6,9 кгс/см2); поз. Т-1 РСБ. = 0,264 МПа (2,7 кгс/см2).

ИТН поз. Р-3 представляет собой вертикальный, цилиндрической формы аппарат, состоящий из двух частей: реакционной и сепарационной.

Реакционная часть аппарата поз. Р-3 - реакционный стакан с кислотным и аммиачным барботерами и отверстиями в нижней части. В реакционный стакан через барботеры поступают аммиак и азотная кислота.

Время пребывания реагентов в реакционной зоне 0,5-1 сек. В реакционной части раствор имеет массовую долю аммиачной селитры 89-92 %. Реакция идет при температуре 148 - 165 0С поз. TRSAL-22-1 (параметр безопасности). Клапаном тонкой регулировки поз. QRCAL-1-CV установленным на линии газообразного аммиака, в аппарате поз. Р-3 поддерживается кислая среда, с массовой концентрацией свободной кислоты 1- 4 г/дм3 и числом ионов водорода (рН) поз. QRCAL-1 1,5-2,0. Раствор аммиачной селитры, полученный в реакционной зоне аппарата поз Р-3, самотеком поступает в донейтрализатор поз. Р-4.

Верхняя часть реакционного стакана заканчивается диффузором, обеспечивающим постепенное нарастание скорости на выходе раствора из стакана, тем самым предотвращается возникновение гидроударов парожидкостной смеси в стакане. Вывод парожидкостной смеси осуществляется через завихритель.

Сепарационная часть аппарата поз. Р-3 - промыватель с четырьмя колпачковыми тарелками и сетчатым отбойником.

Соковый пар с давлением 0,0049 - 0,0196 МПа (0,05-0,2 кгс/см2), образующийся при кипении раствора аммиачной селитры в аппарате поз. Р-3, имеет ту же температуру (148-165 0С), что и раствор, выходящий из аппарата поз. Р-3. Соковый пар промывается от брызг раствора аммиачной селитры на четырех колпачковых тарелках паровым конденсатом, который подается на верхнюю промывную тарелку (четвертую) центробежным насосом поз. Н-41/1,2 из бака поз. Е-45 в количестве до 3,5 м3/час поз. FRC-7. Расход парового конденсата регулируется клапаном поз.FRC-7-CV. Орошающая жидкость перетекает на третью, вторую, первую тарелки и далее по переточной трубе в реакционную зону аппарата поз. Р-3. Над верхней колпачковой тарелкой установлено брызгоулавливающее устройство. При контакте сокового пара со слабым раствором (1, 2 и 3 тарелки) и конденсатом (4 тарелка) на промывных тарелках тепло перегрева снижается, соковый пар становится насыщенным и выходит из сепарационной части аппарата поз. Р-3 с температурой 100 -110 0С поз. TR-16 соответствующей точке насыщения пара при этом давлении.

В верхней части аппарата поз.Р-3, на выходе сокового пара, установлено устройство отбора пробы (УОП) конденсата сокового пара, далее соковый пар подается на очистку в промывной скруббер поз. Х-29.

С целью предотвращения возможного переполнения при неполадках, аппарат поз. Р-3 оборудован линей перелива с выходом раствора в хранилище поз. Е-8. Уровень в хранилище Е-8 поз. LRAHL-7 (параметр безопасности). На линии перелива установлена термопара поз. ТR-18 с выводом показаний на УНК.

На 1 агрегате проведена реконструкция аппарата поз. Р-3/1 для увеличения производительности. Демонтирована сепарационная часть и на высоту сепарационной части увеличен реакционный стакан.

Переработка раствора аммиачной селитры из цеха НАФ.

Раствор аммиачной селитры (конверсионный) с массовой долей не менее 89 % из цеха НАФ подается с температурой 110 - 125 0С в вертикальный одноходовой кожухотрубный теплообменник поз. Т-93. На теплообменник поз. Т-93 подается пар давлением не более 0,098 МПа (10,0 кгс/см2) (параметр безопасности) после узла редуцирования пара 1,225 -1,568 МПа (12,5 - 16 кгс/см2).

Объёмный расход выдаваемого раствора должен быть не менее 10 м3/час. До подогревателя поз. Т-93 установлен регулирующий клапан расхода камфлекс II поз.QCV- 42 и массовый кариолисовый расходомер-плотномер ТRJO- MASS поз. QRC- 42. Проходя теплообменник поз. Т-93, раствор нагревается до температуры 148-165 0С (параметр безопасности) и подается в донейтрализатор поз. Р-4.