Ammoniumnitratteknologi. Teknologisk diagram av NH4NO3-produksjon og beskrivelse av det. Ammoniumnitrat er svært løselig i vann, etyl- og metylalkoholer, pyridin, aceton, flytende ammoniakk

Ammoniumnitrat, eller ammoniumnitrat, NH 4 NO 3 er et hvitt krystallinsk stoff som inneholder 35 % nitrogen i ammonium- og nitratform, begge former for nitrogen absorberes lett av planter. Granulert ammoniumnitrat brukes i stor skala før såing og til alle typer gjødsling. I mindre skala brukes den til å produsere eksplosiver.

Ammoniumnitrat er svært løselig i vann og har høy hygroskopisitet (evnen til å absorbere fuktighet fra luften), som er årsaken til at gjødselgranulat sprer seg ut, mister sin krystallinske form og gjødselkaking oppstår - bulkmateriale blir til en solid monolitisk masse .

Skjematisk diagram av ammoniumnitratproduksjon

For å oppnå praktisk talt ikke-kaking ammoniumnitrat, brukes en rekke teknologiske metoder. Et effektivt middel for å redusere hastigheten på fuktighetsabsorpsjon av hygroskopiske salter er deres granulering. Den totale overflaten av homogene granulat er mindre enn overflaten av samme mengde finkrystallinsk salt, derfor absorberer granulert gjødsel fuktighet fra

Ammoniumfosfater, kaliumklorid og magnesiumnitrat brukes også som lignende virkende tilsetningsstoffer. Prosessen med å produsere ammoniumnitrat er basert på en heterogen reaksjon mellom gassformig ammoniakk og en løsning av salpetersyre:

NH3+HNO3 = NH4NO3; ΔН = -144,9 kJ

Den kjemiske reaksjonen skjer ved høy hastighet; i en industriell reaktor er den begrenset av oppløsning av gass i væske. For å redusere diffusjonshemming er omrøring av reagensene av stor betydning.

Den teknologiske prosessen for produksjon av ammoniumnitrat inkluderer, i tillegg til stadiet med nøytralisering av salpetersyre med ammoniakk, også stadiene av fordampning av nitratløsningen, granulering av smelten, avkjøling av granulene, behandling av granulene med overflateaktive stoffer , pakking, lagring og lasting av nitrat, rensing av gassutslipp og avløpsvann. I fig. Figur 8.8 viser et diagram over en moderne storskala enhet for produksjon av ammoniumnitrat AS-72 med en kapasitet på 1360 tonn/døgn. Den første 58-60 % salpetersyren varmes opp i en varmeovn til 70 - 80°C med juicedamp fra ITN 3-apparatet og leveres for nøytralisering. Før apparat 3 tilsettes fosforsyre og svovelsyre til salpetersyre i slike mengder at det ferdige produktet inneholder 0,3-0,5% P2O5 og 0,05-0,2% ammoniumsulfat. Enheten inneholder to ITN-enheter som opererer parallelt. I tillegg til salpetersyre tilføres de ammoniakkgass, forvarmet i varmeapparat 2 med dampkondensat til 120-130°C. Mengdene av tilført salpetersyre og ammoniakk reguleres slik at løsningen ved utløpet fra pumpeapparatet har et lite overskudd av syre (2-5 g/l), noe som sikrer fullstendig absorpsjon av ammoniakk.

I den nedre delen av apparatet skjer en nøytraliseringsreaksjon ved en temperatur på 155-170°C; dette gir en konsentrert løsning som inneholder 91-92 % NH4NO3. I den øvre delen av apparatet vaskes vanndamp (såkalt juicedamp) vekk fra sprut av ammoniumnitrat og salpetersyredamp. En del av varmen fra juicedampen brukes til å varme salpetersyren. Saftdampen sendes deretter til rensing og slippes ut i atmosfæren.

Fig. 8.8. Diagram av ammoniumnitratenheten AS-72:

1 - syrevarmer; 2 - ammoniakkvarmer; 3 – ITN-enheter; 4 - pre-nøytralisator; 5 - fordamper; 6 - trykktank; 7.8 - granulatorer; 9.23 – fans; 10 - vaskeskrubber; 11 - tromme; 12,14 – transportører; 13 - heis; 15 – fluidisert sjiktapparat; 16 - granuleringstårn; 17 – samling; 18, 20 – pumper; 19 - svømmetank; 21 – filter for vann; 22 – luftvarmer.

Den sure løsningen av ammoniumnitrat sendes til nøytralisatoren 4; hvor ammoniakk tilføres, nødvendig for å reagere med den gjenværende salpetersyren. Deretter mates løsningen inn i fordamperen 5. Den resulterende smelte, inneholdende 99,7-99,8% nitrat, passerer gjennom et filter 21 ved 175°C og mates av en sentrifugal nedsenkbar pumpe 20 inn i en trykktank 6, og deretter inn i en rektangulær metallgranuleringstårn 16.

I den øvre delen av tårnet er det granulatorer 7 og 8, inn i den nedre del av hvilke luft tilføres, som avkjøler nitratdråpene som faller ovenfra. Når dråper av nitrat faller fra en høyde på 50-55 m og luft strømmer rundt dem, dannes gjødselgranulat. Temperaturen på granulene ved utgangen fra tårnet er 90-110°C; varme granuler avkjøles i et fluidisert sjiktapparat 15. Dette er et rektangulært apparat med tre seksjoner og utstyrt med et gitter med hull. Vifter tilfører luft under gitteret; i dette tilfellet dannes et fluidisert lag av nitratgranulat som kommer via en transportør fra granuleringstårnet. Etter avkjøling kommer luften inn i granuleringstårnet. Ammoniumnitratgranulat mates av transportøren 14 inn i en roterende trommel for behandling med overflateaktive stoffer. Deretter sendes den ferdige gjødselen til emballasje med transportør 12.

Luften som forlater granuleringstårnet er forurenset med partikler av ammoniumnitrat, og saftdampen fra nøytralisatoren og damp-luftblandingen fra fordamperen inneholder ureagert ammoniakk og salpetersyre, samt partikler av medført ammoniumnitrat.

For å rense disse strømmene er det i den øvre delen av granuleringstårnet seks parallelle operative vaskeskrubbere av platetype 10, vannet med en 20-30 % oppløsning av ammoniumnitrat, som tilføres av pumpe 18 fra samlingen 17. Del av denne løsningen slippes ut til ITN-nøytralisatoren for vask av juicedamp, og blandes deretter med en løsning av nitrat, og brukes derfor til produksjon av produkter. Den rensede luften suges ut av granuleringstårnet av vifte 9 og slippes ut i atmosfæren.

Urea produksjon

Urea (urea) er nummer to blant nitrogengjødsel når det gjelder produksjonsvolum etter ammoniumnitrat. Veksten i ureaproduksjonen skyldes det brede spekteret av bruksområder i landbruket. Den er mer motstandsdyktig mot utlekking sammenlignet med andre nitrogengjødsel, dvs. den er mindre utsatt for utlekking fra jorda, mindre hygroskopisk, og kan brukes ikke bare som gjødsel, men også som tilsetning til storfefôr. Urea er også mye brukt til produksjon av kompleks gjødsel, tidsstyrt gjødsel, samt til produksjon av plast, lim, lakk og belegg. Urea CO(NH 2) 2 er et hvitt krystallinsk stoff som inneholder 46,6 % nitrogen. Produksjonen er basert på reaksjonen av ammoniakk med karbondioksid:

2NH3 + CO2 ↔ CO(NH2)2 + H2O; ΔН = -110,1 kJ (1)

Råvarene for produksjon av urea er således ammoniakk og karbondioksid oppnådd som et biprodukt ved produksjon av prosessgass for ammoniakksyntese. Derfor kombineres produksjon av urea i kjemiske anlegg vanligvis med produksjon av ammoniakk. Reaksjon (I) - totalt; det skjer i to stadier. På det første stadiet skjer karbamatsyntese:

2NH 3 (g) + CO2 (g) ↔ NH 2 COONH 4 (l); ΔН = –125,6 kJ (2)

På det andre trinnet skjer den endoterme prosessen med vann som splittes fra karbamatmolekyler, som et resultat av at dannelsen av urea oppstår:

NH 2 COONH 4 (l) ↔ CO(NH 2) 2 (l) + H2O (l); ΔН =15,5 kJ (3) Dannelsesreaksjonen av ammoniumkarbamat er en reversibel eksoterm reaksjon som oppstår med reduksjon i volum. For å flytte likevekten mot produktet, må den utføres ved forhøyet trykk. For at prosessen skal forløpe med tilstrekkelig høy hastighet, kreves forhøyede temperaturer. En økning i trykk kompenserer for den negative effekten av høye temperaturer på forskyvning av reaksjonslikevekten i motsatt retning. I praksis utføres ureasyntese ved temperaturer på 150-190°C og trykk på 15-20 MPa. Under disse forholdene fortsetter reaksjonen med høy hastighet og nesten til slutt. Nedbrytningen av ammoniumkarbamat er en reversibel endoterm reaksjon som skjer intensivt i væskefasen. For å forhindre krystallisering av faste produkter i reaktoren, må prosessen utføres ved temperaturer som ikke er lavere enn 98°C [eutektisk punkt for CO(NH 2) 2 - NH 2 COONH 4-systemet]. Høyere temperaturer flytter reaksjonslikevekten til høyre og øker hastigheten. Maksimal grad av omdannelse av karbamat til urea oppnås ved 220°C. For å forskyve likevekten til denne reaksjonen, innføres også et overskudd av ammoniakk, som ved å binde reaksjonsvannet fjerner det fra reaksjonssfæren. Det er imidlertid fortsatt ikke mulig å oppnå fullstendig omdannelse av karbamat til urea. Reaksjonsblandingen inneholder i tillegg til reaksjonsproduktene (urea og vann), også ammoniumkarbamat og dets nedbrytningsprodukter - ammoniakk og CO 2.

For å utnytte råstoffet fullt ut, er det nødvendig enten å sørge for retur av ureagert ammoniakk og karbondioksid, samt ammoniumkarbonsalter (mellomreaksjonsprodukter) til syntesekolonnen, dvs. opprettelse av en resirkulering, eller å separere urea fra reaksjonsblandingen og sende de resterende reagensene til andre produksjonsanlegg, for eksempel for produksjon av ammoniumnitrat, dvs. gjennomføre prosessen etter en åpen ordning.

I det sistnevnte tilfellet blir smelten som forlater syntesesøylen strupet til atmosfærisk trykk; Reaksjonslikevekten (2) ved temperaturer på 140-150°C skifter nesten fullstendig til venstre og alt gjenværende karbamat brytes ned. En vandig løsning av urea forblir i væskefasen, som fordampes og sendes til granulering. Resirkulering av de resulterende ammoniakk- og karbondioksidgassene inn i syntesekolonnen vil kreve å komprimere dem i en kompressor til ureasyntesetrykk. Dette er forbundet med tekniske vanskeligheter knyttet til muligheten for karbamatdannelse ved lave temperaturer og høyt trykk allerede i kompressoren og tilstopping av maskiner og rørledninger med faste partikler.

Derfor, i lukkede kretsløp (kretser med resirkulering) brukes vanligvis bare væskeresirkulering. Det finnes en rekke teknologiske ordninger med gjenvinning av væske. Blant de mest progressive er de såkalte ordningene med fullstendig væskegjenvinning og bruk av strippeprosessen. Stripping (stripping) består i at nedbrytningen av ammoniumkarbamat i smelten etter syntesekolonnen utføres ved et trykk nær trykket på syntesetrinnet, ved å spyle smelten med komprimert CO 2 eller komprimert ammoniakk. Under disse forholdene oppstår dissosiasjonen av ammoniumkarbamat på grunn av det faktum at når smelten renses med karbondioksid, reduseres partialtrykket av ammoniakk kraftig og reaksjonslikevekten (2) skifter til venstre. Denne prosessen er preget av bruk av reaksjonsvarmen fra karbamatdannelse og lavere energiforbruk.

I fig.8.9. Et forenklet diagram av en storskala ureasynteseenhet med væskeresirkulering og bruk av en strippeprosess er vist. Den inkluderer en høytrykksenhet, en lavtrykksenhet og et granuleringssystem. En vandig løsning av ammoniumkarbamat og ammoniumkarbonsalter, samt ammoniakk og karbondioksid kommer inn i nedre del av syntesekolonne 1 fra høytrykkskondensator 4. I syntesesøylen ved en temperatur på 170-190°C og et trykk på 13-15 MPa, dannelsen av karbamat slutter og syntesereaksjonen fortsetter urea. Forbruket av reagenser velges slik at i reaktoren er molforholdet NH 3: CO 2 2,8-2,9. Den flytende reaksjonsblandingen (smelten) fra ureasyntesekolonnen går inn i strippekolonnen 5, hvor den renner ned gjennom rørene. Karbondioksid, komprimert i en kompressor til et trykk på 13-15 MPa, mates i motstrøm til smelten, som tilsettes luft i en mengde for å danne en passiverende film og redusere utstyrskorrosjon i en mengde som sikrer en oksygenkonsentrasjon på 0,5- 0,8 % i blandingen. Strippingskolonnen varmes opp med vanndamp. Damp-gassblandingen fra kolonne 5, som inneholder fersk karbondioksid, kommer inn i høytrykkskondensatoren 4. Flytende ammoniakk blir også innført i den. Den fungerer samtidig som en arbeidsstrøm i injektor 3, som forsyner kondensatoren med en løsning av ammoniumkarbonsalter fra scrubber 2 og om nødvendig deler

Fig.8.9. Forenklet teknologisk opplegg for produksjon av urea med full væskeresirkulering og bruk av strippeprosessen:

1 - ureasyntesekolonne; 2 - høytrykksskrubber; 3 - injektor; 4 - høytrykks karbamatkondensator; 5 - strippesøyle; 6 - pumper; 7 - lavtrykkskondensator; 8 - lavtrykksdestillasjonskolonne; 9 - varmeapparat; 10 – samling; 11 - fordamper; 12 – granuleringstårn.

smelte fra syntesesøylen. Karbamat dannes i kondensatoren. Varmen som frigjøres under reaksjonen brukes til å produsere vanndamp.

Ureagerte gasser kommer kontinuerlig ut av den øvre delen av syntesesøylen og kommer inn i høytrykksscrubber 2, hvor de fleste av dem kondenseres på grunn av vannkjøling, og danner en vandig løsning av karbamat- og ammoniumkarbonsalter. Den vandige løsningen av urea som forlater strippekolonne 5 inneholder 4-5% karbamat. For den endelige dekomponeringen strupes løsningen til et trykk på 0,3-0,6 MPa og sendes deretter til den øvre delen av destillasjonskolonnen 8. Væskefasen strømmer i kolonnen ned gjennom dysen i motstrøm til damp-gassblandingen som stiger fra bunnen og opp; NH 3, CO 2 og vanndamp kommer ut fra toppen av kolonnen. Vanndamp kondenserer i lavtrykkskondensator 7, og hoveddelen av ammoniakk og karbondioksid løses opp. Den resulterende løsningen sendes til skrubber 2. Den endelige rensingen av gasser som slippes ut i atmosfæren utføres ved absorpsjonsmetoder (ikke vist i diagrammet).

En 70% vandig oppløsning av urea som forlater bunnen av destillasjonskolonnen 8 separeres fra damp-gassblandingen og sendes, etter å ha redusert trykket til atmosfæretrykk, først for fordampning og deretter for granulering. Før spraying av smelten i granuleringstårnet 12 tilsettes kondisjoneringsadditiver, f.eks. urea-formaldehydharpiks, for å oppnå en ikke-kakende gjødsel som ikke forringes under lagring.

Skjematisk diagram med full resirkulering

INTRODUKSJON

Nitrogenindustrien er en av de raskest voksende næringene.

Salpetersyre er et av startproduktene for produksjon av de fleste nitrogenholdige stoffer og er en av de viktigste syrene.

Når det gjelder produksjonsskala, er salpetersyre nummer to blant forskjellige syrer etter svovelsyre. Den store produksjonsskalaen forklares med at salpetersyre og dens salter har fått svært betydelig betydning i den nasjonale økonomien.

Salpetersyreforbruket er ikke begrenset til produksjon av gjødsel. Det er mye brukt i produksjon av alle typer eksplosiver, en rekke tekniske salter, i den organiske synteseindustrien, i produksjonen av svovelsyre, i rakettteknologi og i mange andre sektorer av den nasjonale økonomien.

Den industrielle produksjonen av salpetersyre er basert på katalytisk oksidasjon av ammoniakk med atmosfærisk oksygen, etterfulgt av absorpsjon av de resulterende nitrogenoksidene av vann.

Formålet med dette kursprosjektet er å vurdere det første trinnet i salpetersyreproduksjonen - kontaktoksidasjon av ammoniakk, samt beregning av reaktorens material- og varmebalanse.

I teknologiske ordninger for produksjon av salpetersyre er prosessen med katalytisk oksidasjon av ammoniakk viktig, siden den bestemmer tre hovedindikatorer - ammoniakkforbruk, investeringer og tap av platinametaller, samt energikapasiteten til ordningen. I denne forbindelse er forbedring av prosessen med katalytisk oksidasjon av ammoniakk av stor betydning for produksjonen av salpetersyre og mineralgjødsel generelt.

1. KARAKTERISTIKA TIL NITROGENSYRE

1.1 Varianter av salpetersyre

I industrien brukes 2 typer salpetersyre: fortynnet (svak) inneholdende 30-60% HNO3 og konsentrert, inneholdende 97-99% HNO3, samt en relativt liten mengde reaktiv og høyrent salpetersyre. Kvaliteten på produsert salpetersyre skal oppfylle etablerte standarder.

Når det gjelder fysisk-kjemiske indikatorer, må konsentrert salpetersyre oppfylle standardene spesifisert i tabell 1.

Tabell 1 - Kvalitetskrav for konsentrert salpetersyre (GOST 701-89)

Kvaliteten på den produserte salpetersyren må oppfylle de etablerte standardene som er angitt i tabell 2 og 3.

Tabell 2 - Krav til kvaliteten på ikke-konsentrert salpetersyre (OST 6-03-270-76)

Tabell 3 - Krav til kvaliteten på salpetersyre (GOST 4461-67)

Innhold i %, ikke mer enn kjemisk ren analytisk kvalitet Ren salpetersyre 61-68 54-6061-68 54-6061-68 54-60 Nitrogenoksider (NO2) 0.10.10.1 Rester etter kalsinering 0.0010.00530, (0SO42 sulfater) -0,00020,000,000,002 fosfater (PO43-) 0,000020,00020,002 klorider (CL-) 0,0000550,000,0005 Zhelezo (FE) 0,0000,000,000,000,000,000,00,00,00,00,00,0,00,00,00,00,00,00,00,0,0, 050505050505050505050 .0010.002 Arsen (As) 0.0000020.0000030.00001 Tung metaller (Pb) 0,000020,00050,0005

1.2 Påføring av salpetersyre

Salpetersyre brukes i ulike aktivitetsområder:

1)under galvanisering og forkromning av deler;

)for produksjon av mineralgjødsel;

)for produksjon av eksplosiver (militær industri);

)i produksjon av legemidler (legemidler);

)skaffe sølvnitrat for fotografering;

)for etsing og gravering av metallformer;

)som et råmateriale for produksjon av konsentrert salpetersyre;

)innen hydrometallurgi;

)i smykker - den viktigste måten å bestemme gull i en gulllegering;

)for produksjon av aromatiske nitroforbindelser - forløpere av fargestoffer, farmakologiske legemidler og andre forbindelser brukt i fin organisk syntese;

)for å oppnå nitrocellulose.

1.3 Egenskaper til salpetersyre

3.1 Fysiske egenskaper til salpetersyre

Salpetersyre er en av de sterke monobasiske syrene med skarp kvelende lukt, er følsom for lys og brytes i sterkt lys ned til en av nitrogenoksidene (også kalt brungass - NO2) og vann. Derfor er det tilrådelig å lagre det i mørke beholdere. I konsentrert tilstand løser den ikke opp aluminium og jern, så den kan lagres i passende metallbeholdere. Salpetersyre er en sterk elektrolytt (som mange syrer) og et veldig sterkt oksidasjonsmiddel. Det brukes ofte i reaksjoner med organiske stoffer.

Nitrogen i salpetersyre er fireverdig, oksidasjonstilstand +5. Salpetersyre er en fargeløs væske som ryker i luft, smeltepunkt -41,59 , kokende +82,6 med delvis nedbrytning. Løseligheten av salpetersyre i vann er ikke begrenset. Vandige løsninger av HNO3 med en massefraksjon på 0,95-0,98 kalles "rykende salpetersyre", med en massefraksjon på 0,6-0,7 - konsentrert salpetersyre. Danner en azeotrop blanding med vann (massefraksjon 68,4 %, d20 = 1,41 g/cm, Tbp = 120,7 )

Når den krystalliseres fra vandige løsninger, danner salpetersyre krystallinske hydrater:

) monohydrat HN03.H20, Tm = -37,62 ;

2) trihydrat HN03 3H20, Tm = -18,47 .

Salpetersyre kan, som ozon, dannes i atmosfæren under lynnedslag. Nitrogen, som utgjør 78 % av sammensetningen av atmosfærisk luft, reagerer med atmosfærisk oksygen for å danne nitrogenoksid NO. Ved ytterligere oksidasjon i luft blir dette oksidet til nitrogendioksid (brun gass NO2), som reagerer med atmosfærisk fuktighet (skyer og tåke), og danner salpetersyre.

Men en så liten mengde er helt ufarlig for økologien til jorden og levende organismer. Ett volum salpetersyre og tre volum saltsyre danner en forbindelse som kalles «regiavann». Den er i stand til å løse opp metaller (platina og gull) som er uløselige i vanlige syrer. Når papir, halm eller bomull tilsettes denne blandingen, vil det oppstå kraftig oksidasjon og jevn forbrenning.

1.3.2 Kjemiske egenskaper til salpetersyre

Salpetersyre viser ulike kjemiske egenskaper avhengig av konsentrasjonen og stoffet den reagerer med.

Hvis salpetersyre er konsentrert:

1) interagerer ikke med metaller - jern (Fe), krom (Cr), aluminium (Al), gull (Au), platina (Pt), iridium (Ir), natrium (Na) på grunn av dannelsen av en beskyttende film på overflaten deres, noe som ikke lar metallet oksidere ytterligere. Med alle andre metaller<#"justify">HNO3 kons + Cu = Cu(NO3)2 + 2NO2 + H2O (1)

2) med ikke-metaller<#"justify">HNO3 kons. + P = H3PO4 + 5NO2 + H2O (2)

Hvis salpetersyre er fortynnet:

1) ved interaksjon med jordalkalimetaller, samt med sink (Zn), jern (Fe), oksideres det til ammoniakk (NH3) eller til ammoniumnitrat (NH4NO3). For eksempel, når du reagerer med magnesium (Mg):

HNO3 fortynnet + 4Zn = 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O (3)

Men lystgass (N2O) kan også dannes, for eksempel ved reaksjon med magnesium (Mg):

HNO3 fortynnet + 4Mg = 4Mg(NO3)2 + N2O + 3H2O (4)

Reagerer med andre metaller for å danne nitrogenoksid (NO), for eksempel løser opp sølv (Ag):

HNO3 fortynnet + Ag = AgNO3 + NO + H2O (5)

2) reagerer på lignende måte med ikke-metaller, for eksempel med svovel<#"justify">HNO3 fortynnet + S = H2SO4 + 2NO (6)

Oksidasjon av svovel til dannelse av svovelsyre og frigjøring av gass - nitrogenoksid;

3) kjemisk reaksjon med metalloksider, for eksempel kalsiumoksid:

HNO3 + CaO = Ca(NO3)2 + H2O (7)

Det dannes salt (kalsiumnitrat) og vann;

) kjemisk reaksjon med hydroksyder (eller baser), for eksempel med lesket kalk:

HNO3 + Ca(OH)2 = Ca(NO3)2 + H2O (8)

Salt (kalsiumnitrat) og vann dannes - en nøytraliseringsreaksjon;

) kjemisk reaksjon med salter, for eksempel med kritt:

HNO3 + CaCO3 = Ca(NO3)2 + H2O + CO2 (9)

Det dannes et salt (kalsiumnitrat) og en annen syre (i dette tilfellet karbonsyre, som brytes ned til vann og karbondioksid).

6) avhengig av det oppløste metallet, skjer nedbrytningen av salt ved temperatur som følger:

a) ethvert metall (betegnet som Me) til magnesium (Mg):

MeNO2 + O2 (10)

b) ethvert metall fra magnesium (Mg) til kobber (Cu):

3 = MeO + NO2 + O2 (11)

c) ethvert metall etter kobber (Cu):

3 = Me + NO2 + O2(12)

2. FREMGANGSMÅTER FOR Å FÅ NATRIGENSYRE

salpetersyrekatalysator ammoniakk

Industrielle metoder for å produsere fortynnet salpetersyre inkluderer følgende trinn:

) oppnåelse av nitrogenoksid (II);

2) dets oksidasjon til nitrogenoksid (IV);

3) absorpsjon av NO2 av vann;

4) rensing av avgasser (som hovedsakelig inneholder molekylært nitrogen) fra nitrogenoksider.

Konsentrert salpetersyre oppnås på to måter:

1) den første metoden er rektifisering av ternære blandinger som inneholder salpetersyre, vann og vannfjernende stoffer (vanligvis svovelsyre eller magnesiumnitrat). Som et resultat oppnås damper av 100% salpetersyre (som kondenserer) og vandige løsninger av avvanningsmidlet, sistnevnte fordampes og returneres til produksjon;

2) den andre metoden er basert på reaksjonen:

N2O4(s) + 2H2O(l) + O2(g) = 4HNO3(l) + 78,8 kJ (13)

Ved et trykk på 5 MPa og ved bruk av ren O2 dannes 97-98 % syre, som inneholder opptil 30 vektprosent nitrogenoksider. Målproduktet oppnås ved å destillere denne løsningen. Salpetersyre av spesiell renhet oppnås ved rektifisering av 97-98,5% salpetersyre i silikat- eller kvartsglassutstyr. Urenhetsinnholdet i en slik syre er mindre enn 110-6 vekt%.

3. RÅMATERIALE BASE I PRODUKSJON AV IKKE-KOSENTRERT SALPETENSYRE

Hovedråvarene for produksjon av ikke-konsentrert salpetersyre er i dag ammoniakk, luft og vann. Hjelpemateriale og energiressurser er katalysatorer for ammoniakkoksidasjon og avgassrensing, naturgass, damp og elektrisitet.

1. Ammoniakk. Under normale forhold er det en fargeløs gass med en skarp lukt, svært løselig i vann og andre løsemidler, og danner hemi- og monohydrater. Et vendepunkt i utviklingen av syntetisk ammoniakkproduksjon var bruken av den nå dominerende metoden i industrien for å produsere hydrogen ved å omdanne metan som finnes i naturgass, tilhørende petroleumsgasser og raffinerte petroleumsprodukter. Innholdet av urenheter i flytende ammoniakk er regulert av GOST 6221-82. De mest typiske urenhetene er: vann, smøreoljer, katalysatorstøv, avleiring, ammoniumkarbonat, oppløste gasser (hydrogen, nitrogen, metan). Hvis GOST brytes, kan urenhetene i ammoniakk komme inn i ammoniakk-luftblandingen og redusere utbyttet av nitrogenoksid (II), og hydrogen og metan kan endre eksplosjonsgrensene for ammoniakk-luftblandingen.

Luft. For tekniske beregninger er det antatt at tørr luft inneholder [%, (vol.)]: N2 = 78,1, O2 = 21,0, Ar2 = 0,9, H2O = 0,1-2,8. Det kan også være spor av SO2, NH3, CO2 i luften. På industriområder er luften forurenset med støv av forskjellig opprinnelse, samt ulike komponenter av flyktige gassutslipp (SO2, SO3, H2S, C2H2, Cl2, etc.). Mengden støv i luften er 0,5-1,0 mg/m3.

3. Vann. Det brukes i produksjonen av salpetersyre for tilbakeløpskjøling av en absorpsjonskolonne, for å generere damp under varmegjenvinning i spillvarmekjeler, for avkjøling av reaksjonsapparater. For å absorbere nitrogenoksider brukes oftest dampkondensat og kjemisk renset vann. I noen ordninger er det tillatt å bruke ammoniumnitratjuice dampkondensat. I alle fall bør vannet som brukes til å vanne kolonnene ikke inneholde fri ammoniakk og suspenderte faste stoffer, innholdet av kloridion bør ikke være mer enn 2 mg/l, olje ikke mer enn 1 mg/l, NH4NO3 - ikke mer enn 0,5 g/l. Kjemisk renset vann for spillvarmekjeler må overholde kravene i GOST 20995-75. Prosessvann beregnet for varmefjerning i varmevekslere og utstyrskjøling (resirkulert vann) må oppfylle følgende krav: karbonathardhet ikke mer enn 3,6 mekv/kg, innhold av suspendert stoff ikke mer enn 50 mg/kg, pH-verdi 6,5-8 ,5 .

4. Oksygen. Den brukes først og fremst til produksjon av konsentrert salpetersyre ved bruk av direkte syntesemetoden. I noen tilfeller brukes den til å berike ammoniakk-luftblandingen når det produseres ikke-konsentrert salpetersyre.

4. KONTAKTOKSIDERING AV AMMONIKK

4.1 Fysisk-kjemisk grunnlag for prosessen

Moderne metoder for å produsere salpetersyre er basert på kontaktoksidasjon av ammoniakk. Under oksidasjonen av ammoniakk på forskjellige katalysatorer og avhengig av forholdene, oppstår følgende reaksjoner:

NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O + 907,3 kJ (14)

4NH3 + 4O2 = 2N2O + 6H2O + 1104,9 kJ (15)

4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O + 1269,1 kJ (16)

I tillegg til reaksjoner (14-16), er andre også mulige, som forekommer i katalysatorens overflatenære lag. For eksempel NO-dekomponering, interaksjon av N2O, NO2 og NH3:

NEI N2+O2 (17)

2NH3 + 3N2O = 4N2+3H2O (18)

NH3 + 6NO2 = 7N2 + 12H2O (19)

Naturligvis vil reaksjon (14) være "nyttig". Termodynamiske beregninger viser at reaksjoner (14-16) praktisk talt fortsetter til fullføring.

Likevektskonstantene for omvendte reaksjoner (14-16) ved 900°C har følgende verdier

(20)

(21)

(22)

K1 = ,(23)

hvor k1 - NO + H2O; k2 - NH3 + O2.

På 900 den katalytiske omdannelsen av ammoniakk til sluttprodukter når 100 %, dvs. prosessen er praktisk talt irreversibel.

Imidlertid reflekterer ikke ligningene (14-16) den faktiske mekanismen i prosessen, siden i dette tilfellet vil ni molekyler måtte kollidere samtidig i reaksjon (14); i reaksjon (16) - syv molekyler. Det er nesten ikke til å tro.

Flere mekanismer er foreslått for oksidasjon av ammoniakk på katalysatorer. Forskjellene i ideer om mekanismer er som følger:

1) dannelse av NO og N2 gjennom en intermediær forbindelse på katalysatoren;

2) dannelsen av NO skjer på katalysatoren, og dannelsen av N2 på katalysatoren og i gassvolumet.

Basert på det som er sagt (om likevektskonstanten og oksidasjonsmekanismer) kan det slås fast at den valgte katalysatoren må ha høy aktivitet (høy reaksjonshastighet og kort kontakttid: når den øker, øker sannsynligheten for N2-dannelse) og selektivitet med hensyn til reaksjon (14).

Blant flere mekanismer foreslått av våre og utenlandske forskere, er den mest utbredte mekanismen foreslått av L.K. Androsov, G.K. Boreskov, D.A. Epstein.

Mekanismen kan presenteres trinn for trinn som følger:

Trinn 1 - oksidasjon av platinaoverflaten. Et katalysator-oksygenperoksidkompleks dannes (figur 1).

Figur 1 - Struktur av katalysator-oksygenperoksidkomplekset

stadium - diffusjon og adsorpsjon av ammoniakk på den oksygenbelagte overflaten av platina. Et katalysator-oksygen-ammoniakk-kompleks dannes (figur 2).

Figur 2 - Struktur av katalysator-oksygen-ammoniakkkomplekset

trinn - omfordeling av elektroniske forbindelser, brudd av gamle forbindelser og styrking av nye forbindelser.

trinn - desorpsjon av produkter og diffusjon inn i gasstrømmen (stabile forbindelser av NO og H2O fjernes fra overflaten).

De frigjorte sentrene adsorberer igjen oksygen, siden diffusjonshastigheten til oksygen er høyere enn for ammoniakk osv. Ifølge forskere deltar ikke oksygen inkludert i katalysatorgitteret (ikke-platinakontakt) i oksidasjonsreaksjonen av ammoniakk (bevist ved hjelp av den merkede atommetoden).

Omdannelsen av ammoniakk til nitrogen, ifølge I.I. Berger og G.K. Boreskov, kan oppstå i volum som følge av reaksjoner av ammoniakk med både oksygen og nitrogenoksid.

Det er kinetiske, overgangs- og diffusjonsområder i prosessen. Det kinetiske området er karakteristisk for lave temperaturer: det er begrenset av antennelsestemperaturen til katalysatoren, ved hvilken rask spontan oppvarming av overflaten observeres, dvs. opp til antennelsestemperaturen er hastigheten begrenset av hastigheten på den kjemiske reaksjonen hos kontakten. Ved T > Tzazh styrer diffusjon allerede prosessen - den kjemiske reaksjonen er rask. Prosessen beveger seg inn i diffusjonsområdet. Det er dette området (600-1000 ) er typisk for en stasjonær autotermisk prosess under industrielle forhold. Dette innebærer uunngåelig en økning i gassens volumetriske hastighet og en reduksjon i kontakttid.

Oksydasjonen av ammoniakk på aktive katalysatorer begynner tidligere: på palladium (Pd) ved 100 , på platina (Pt) ved 145 , på jern (Fe) ved 230 , på metalloksider svinger temperaturen som reaksjonen begynner ved innenfor vide grenser. Samtidig når den en tilstrekkelig hastighet og konverteringsgrad ved T > 600 .

4.2 A

Nesten alle salpetersyreanlegg bruker platina eller dets legeringer som en katalysator for oksidasjon av ammoniakk.

Platina er en kostbar katalysator, men den beholder høy aktivitet i lang tid, har tilstrekkelig stabilitet og mekanisk styrke, og er lett å regenerere. Til slutt, med den moderne mesh-formen til katalysatoren, gjør bruken av platina det mulig å bruke den enkleste typen kontaktenheter. Den antennes lett, og forbruket per produksjonsenhet er ubetydelig.

Ved produksjon av salpetersyre brukes ikke bærere for platina og dets legeringer, siden i nærvær av bærere synker aktiviteten til katalysatoren relativt raskt og gjør dens regenerering vanskelig. I moderne fabrikker brukes platina til katalysatorer i form av gitter. Maskeformen skaper en stor katalysatoroverflate i kontaktapparatet med et relativt lavt platinaforbruk. Vanligvis brukes masker der tråddiameteren er 0,045-0,09 mm med dimensjoner på cellesiden på 0,22 mm. Arealet av nettet som ikke er okkupert av tråd er omtrent 50-60% av det totale arealet. Når du bruker tråder med en annen diameter, endres antallet vevinger slik at det frie området som ikke er okkupert av ledningen forblir innenfor de angitte grensene.

I kontaktenheter som opererer under atmosfærisk trykk. installer fra 2 til 4 rutenett, for det meste 3, og i enheter som opererer under trykk opp til 8 atm - fra 13 til 16 rutenett. Når du installerer ett nett, kommer noen av ammoniakkmolekylene ikke i kontakt med katalysatoren, noe som reduserer utbyttet av nitrogenoksid. Under de beste forholdene kan kontaktgraden på en maske nå 86-90%, på to masker 95-97% og på tre masker 98%. Når du arbeider under atmosfærisk trykk, bruk ikke mer enn 4 masker, siden med et stort antall masker, selv om produktiviteten til kontaktapparatet øker, øker motstanden mot gassstrøm kraftig. Ristene må passe tett til hverandre, siden det ellers finner sted en rekke homogene reaksjoner i det frie rommet mellom gitterne, noe som reduserer utbyttet av nitrogenoksid.

Under drift løsnes platinamasker kraftig. Deres glatte og skinnende tråder blir svampete og matte, deres elastiske masker blir skjøre. Dannelsen av en svampete, løs overflate øker tykkelsen på trådene. Alt dette skaper en høyt utviklet nettverksoverflate, som øker den katalytiske aktiviteten til platina. Bare forgiftning av katalysatoren av urenheter som tilføres gasser kan deretter forårsake en reduksjon i aktiviteten.

Løsning av overflaten av platinanett over tid fører til alvorlig ødeleggelse av nettet, noe som forårsaker store tap av platina.

Platina beregnet for fremstilling av katalysatoren bør ikke inneholde jern, som allerede ved 0,2% reduserer utbyttet av nitrogenoksid betydelig.

Ren platina blir raskt ødelagt ved høye temperaturer, og dens minste partikler blir ført bort med gasstrømmen. Andre platinagruppemetaller i ren form brukes ikke som katalysatorer. Palladium brytes raskt ned. Iridium og rhodium er lite aktive. Osmium oksideres lett.

Det er studert og brukt platinalegeringer som er sterkere og ikke mindre aktive enn ren platina. I praksis brukes legeringer av platina med iridium eller rhodium og noen ganger palladium. Ved høye temperaturer er gitter laget av en platinalegering med 1 % iridium mer aktive enn platina. Betydelig større aktivitet og spesielt mekanisk styrke er karakteristisk for legeringer av platina og rhodium.

Det beste utbyttet av nitrogenoksid oppnås ved arbeid på platinalegeringer som inneholder 10 % rhodium. Gitt de høyere kostnadene for rhodium sammenlignet med platina, reduseres imidlertid innholdet i legeringer vanligvis til 7-5%.

Når ammoniakk oksideres under trykk på platina-rhodiumgitter, oppnås et betydelig høyere utbytte av nitrogenoksid enn på rene platinagitter.

Platinakatalysatorer er følsomme for visse urenheter i tilførselsgassen. Således reduserer tilstedeværelsen av 0,00002 % fosfin (PH3) i gassen graden av omdannelse til 80 %. Mindre sterke giftstoffer er hydrogensulfid, acetylendamper, smøreoljer, jernoksider og andre stoffer. Ristene regenereres ved å behandle dem med en 10-15% oppløsning av saltsyre ved 60-70°C i 2 timer.Deretter vaskes ristene grundig med destillert vann, tørkes og kalsineres i en hydrogenflamme. Under drift endres den fysiske strukturen til nettet og den mekaniske styrken til legeringen reduseres, noe som øker metalltap og forkorter katalysatorens levetid.

4.3 Sammensetning av gassblandingen. Optimalt ammoniakkinnhold i ammoniakk-luftblandingen

Luft brukes hovedsakelig til å oksidere ammoniakk. Oksygenforbruket for oksidasjon av ammoniakk i henhold til reaksjon (24) med dannelse av NO kan beregnes som følger:

NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O (24)

I henhold til reaksjon (24), per 1 mol NH3 er det 1,25 mol O2 = , så kan NH3-innholdet uttrykkes som følger:

Hvor - mengde NH3 blandet med luft; 100 - total mengde blanding (%).

Dette er imidlertid teoretisk. For praktiske formål brukes et visst overskudd av oksygen, da vil ammoniakkkonsentrasjonen være mindre enn 14,4 % (vol.).

Den optimale konsentrasjonen av ammoniakk i ammoniakk-luftblandingen er dens høyeste innhold, hvor et høyt utbytte av NO fortsatt er mulig ved O2:NH3-forholdet< 2.

En kraftig reduksjon i omdannelsesgraden observeres med en reduksjon i O2:NH3-forholdet< 1,7 и содержании NH3 в смеси равном 11,5 % (об.). Если увеличивать соотношение O2:NH3, например, >2, så øker konverteringsraten betydelig.

Så det viktige poenget er:

1) på den ene siden fører en økning i NH3-innholdet i ammoniakk-luftblandingen, dvs. en reduksjon i O2:NH3-forholdet, til en reduksjon i graden av ammoniakkomdannelse;

2) på den annen side, med en økning i NH3-innholdet i ammoniakk-luftblandingen, øker temperaturen i systemet, siden det frigjøres mer varme gjennom reaksjoner (14-16), og omdannelsesgraden øker, som kan sees fra tabell 4.

Tabell 4 - Avhengighet av graden av ammoniakkkonvertering av innholdet i ammoniakk-luftblandingen (P = 0,65 MPa)

NH3-innhold i blandingen, % (vol.) O2:NH3-forhold Omregningstemperaturer, NH3 konverteringsgrad, %9,531,9874391,8810,421,7878693,1610,501,7678993,3011,101,6782894,2111,531,5983495,30

Av tabell 4 følger det at økning av temperaturen fra 740 til 830°C med et O2:NH3-forhold på 1,6-2 har en gunstig effekt på prosessen. Ved forholdet O2:NH3< 1,35 лимитирующая стадия процесса - диффузия кислорода.

Et overskudd av O2 er nødvendig for å sikre at overflaten av platina alltid er dekket med oksygen for å utføre oksidasjonsprosessen i henhold til mekanismen diskutert tidligere og for å forhindre dannelse av N2 og N2O (i fravær av oksygen). Det må være mer enn 30 %, dvs. O2:NH3-forhold > 1,62.

Gasssammensetningen vil også avhenge av forekomsten av det andre stadiet av salpetersyreproduksjon (NO-oksidasjon)

2NO + 1,5O2 + H2O = 2HNO3 (25)

Det krever også overflødig oksygen:

1) for systemer som opererer under trykk - 2,5%;

2) for systemer som opererer ved atmosfærisk trykk - 5%.

Den totale reaksjonen som bestemmer behovet for oksygen for å produsere salpetersyre er skrevet som følger:

NH3 + 2O2 = HNO3 + H2O (26)

Det er en annen omstendighet som gjør at det er uønsket å øke ammoniakkkonsentrasjonen til over 9,5 % (vol.). I dette tilfellet er det en reduksjon i konsentrasjonen av nitrogenoksider i absorpsjonstårnene på grunn av innføring av ekstra oksygen (dvs. NO fortynnes). Dermed er 9,5 % (vol.) det optimale ammoniakkinnholdet for alle stadier av produksjon av fortynnet salpetersyre.

Du kan bruke oksygen i stedet for luft for oksidering. Deretter, i samsvar med den totale reaksjonen (26), er det nødvendig å øke ammoniakkkonsentrasjonen til 33,3 % (vol.). Her trer imidlertid sikkerhetstiltak i kraft, siden en blanding med en slik konsentrasjon av ammoniakk blir eksplosiv (tabell 5).

Tabell 5 - Nedre (LEL) og øvre (UEL) eksplosjonsgrenser for ammoniakk-oksygen-nitrogenblanding

Når luftfuktigheten til gassen øker, smalner eksplosjonsgrensene, det vil si at det er mulig å bruke damp-oksygen-omdannelse av ammoniakk.

Blandinger av ammoniakk med oksygen antennes eksplosivt (Tf = 700-800 ). Innenfor disse temperaturgrensene skjer selvantennelse ved ethvert ammoniakkinnhold i ammoniakk-oksygenblandingen.

Praktisk brukte ammoniakk-luftblandinger (ammoniakkkonsentrasjon 9,5-11,5 % (vol.)) er ikke eksplosive (tabell 5). Det er avhengighet av eksplosjonsgrensene til en ammoniakk-luftblanding av ammoniakk- og oksygeninnholdet ved forskjellige trykk.

Det skal imidlertid bemerkes at eksplosjonshastigheten er lav og for en ammoniakk-luftblanding er 0,3-0,5 m/s. Det vil si at for å eliminere muligheten for en eksplosjonsspredning, er det nødvendig å skape en gasshastighet større enn denne verdien (0,5 m/s). Dette oppnås nøyaktig ved å bruke aktive platinakatalysatorer i prosessen, hvor kontakttiden er 10-4 sekunder og derfor den lineære hastigheten er mer enn 1,5 m/s.

4.4 Ammoniakkoksidasjon under trykk

Hensikten med å øke trykket er:

1) behovet for å øke hastigheten på prosessen;

2) kompakthet av installasjoner.

Det er termodynamisk bevist at selv ved høye trykk er utbyttet av NO nær 100%. Konverterproduktiviteten øker med økende trykk og økende antall platinakatalysatorgitter. Når trykket øker, øker også prosesstemperaturen over 900 . Men med økende trykk, for å oppnå en høy grad av NH3-omdannelse, er det nødvendig å øke oppholdstiden for gassen i omformeren

som igjen fører til en økning i antall nett.

Den største ulempen er økt tap av platina (Pt) katalysator ved høye temperaturer. Disse ulempene (tap av platina, reduksjon i omdannelsesgrad) kan elimineres ved å ty til et kombinert produksjonsskjema, dvs. å utføre oksidasjon av NH3 ved atmosfærisk eller nær atmosfæretrykk, og NO oksidasjon og absorpsjon ved forhøyet trykk. Denne tilnærmingen er ofte implementert i teknologiske ordninger i mange land. Samtidig øker energiforbruket til gasskompresjon prisen på salpetersyre.

4.5 Optimale forhold for ammoniakkoksidasjon

Temperatur. Reaksjonen av ammoniakk på platina begynner ved 145 , men fortsetter med et lavt utbytte av NO og dannelse av overveiende elementært nitrogen. En økning i temperatur fører til en økning i utbyttet av nitrogenoksid og en økning i reaksjonshastigheten. I området 700-1000 NO-utbytte kan økes til 95-98%. Kontakttid når temperaturen stiger fra 650 til 900 reduseres med omtrent fem ganger (fra 5 10-4 til 1,1 10-4 sek). Det nødvendige temperaturregimet til prosessen kan opprettholdes på grunn av varmen fra oksidasjonsreaksjoner. For en tørr ammoniakk-luftblanding som inneholder 10 % NH3, ved en konverteringsgrad på 96 %, er den teoretiske økningen i gasstemperaturen ca. eller rundt 70 for hver prosentandel ammoniakk i den opprinnelige blandingen. Ved å bruke en ammoniakk-luftblanding som inneholder 9,5 % ammoniakk, på grunn av den termiske effekten av reaksjonen, er det mulig å nå en temperatur på ca. For ytterligere å øke omdannelsestemperaturen er det nødvendig med forvarming av luften eller ammoniakk-luftblandingen. Det bør huskes at ammoniakk-luftblandingen bare kan varmes opp til en temperatur som ikke er høyere enn 150-200 ved en varmegasstemperatur på ikke mer enn 400 . Ellers er dissosiasjon av ammoniakk eller dens homogene oksidasjon med dannelse av elementært nitrogen mulig.

Den øvre grensen for å øke temperaturen for kontaktoksidasjon av ammoniakk bestemmes av tapene til platinakatalysatoren. Hvis opp til 920 tapet av platina blir til en viss grad kompensert av en økning i aktiviteten til katalysatoren, så over denne temperaturen overgår økningen i katalysatortapene betydelig økningen i reaksjonshastigheten.

I følge fabrikkdata er den optimale temperaturen for ammoniakkkonvertering under atmosfærisk trykk omtrent 800 ; på installasjoner som opererer under et trykk på 9 atm, er det lik 870-900 .

Press. Bruken av økt trykk ved produksjon av fortynnet salpetersyre er hovedsakelig forbundet med ønsket om å øke oksidasjonshastigheten av nitrogenoksid og omdannelsen av det resulterende nitrogendioksidet til salpetersyre.

Termodynamiske beregninger viser at selv ved forhøyet trykk er likevektsutbyttet av NO nær 100 %. Imidlertid oppnås en høy grad av kontakt i dette tilfellet bare med et stort antall katalysatornettverk og en høyere temperatur.

Nylig, under industrielle forhold på flerlagskatalysatorer med grundig gassrensing og en temperatur på 900 klarte å øke graden av ammoniakkkonvertering til 96 %. Når du velger det optimale trykket, bør det tas i betraktning at en økning i trykket fører til en økning i platinatapene. Dette forklares av en økning i katalysetemperaturen, bruken av flerlagsmasker og økt mekanisk ødeleggelse under påvirkning av høy gasshastighet.

3. Ammoniakkinnhold i blandingen. Luft brukes vanligvis til å oksidere ammoniakk, så ammoniakkinnholdet i blandingen bestemmes av oksygeninnholdet i luften. Ved et støkiometrisk forhold på O2:NH3 = 1,25 (ammoniakkinnholdet i blandingen med luft er 14,4%), er utbyttet av nitrogenoksid ikke signifikant. For å øke utbyttet av NO, kreves det noe overskudd av oksygen, derfor bør ammoniakkinnholdet i blandingen være mindre enn 14,4%. I fabrikkpraksis holdes ammoniakkinnholdet i blandingen innenfor området 9,5-11,5 %, som tilsvarer forholdet O2:NH3 = 21,7.

Den totale reaksjonen (26), som bestemmer behovet for oksygen under bearbeiding av ammoniakk til salpetersyre, gir forholdet O2:NH3 = 2, som tilsvarer et ammoniakkinnhold i startblandingen på 9,5 %. Dette tyder på at økning av ammoniakkkonsentrasjonen i blandingen over 9,5 % til syvende og sist ikke vil føre til en økning i NO-konsentrasjonen, siden det i dette tilfellet vil måtte tilføres ekstra luft i adsorpsjonssystemet. Hvis en ammoniakk-oksygenblanding brukes som de første reagensene, vil det i samsvar med ligningen for den totale reaksjonen være mulig å øke konsentrasjonen av ammoniakk i den til 33,3%. Bruken av høye konsentrasjoner av ammoniakk kompliseres imidlertid av at slike blandinger er eksplosive.

Påvirkning av urenheter. Platinalegeringer er følsomme for urenheter i ammoniakk-luftblandingen. I nærvær av 0,0002 % hydrogenfosfid i gassblandingen reduseres graden av ammoniakkomdannelse til 80 %. Mindre sterke kontaktgifter er hydrogensulfid, acetylen, klor, smøreoljedamp, støv som inneholder jernoksider, kalsiumoksid, sand osv.

Foreløpig rensing av gasser øker driftstiden til katalysatoren. Men over tid blir katalysatoren gradvis forgiftet og NO-uttaket avtar. For å fjerne giftstoffer og forurensninger, regenereres gittene periodisk ved å behandle dem med en 10-15% løsning av saltsyre.

5. Kontakttid. Den optimale kontakttiden bestemmes av graden av ammoniakkoksidasjon. Oftest er oksidasjonshastigheten definert som mengden ammoniakk oksidert (kg) per overflateenhet (m2) per dag (katalysatorintensitet). Varigheten av kontakten mellom gassen og katalysatoren, eller kontakttiden, bestemmes av ligningen:

Vsv / W

hvor t er oppholdstiden for gassen i katalysatorsonen, sek; Vsv er det frie volumet til katalysatoren, m3; W - volumetrisk hastighet under kontaktforhold m3 sek-1.

Den maksimale graden av omdannelse av ammoniakk til nitrogenoksid oppnås ved et meget spesifikt tidspunkt for kontakt mellom gassen og katalysatoren. Den optimale kontakttiden bør ikke betraktes som den der maksimal NO-utbytte oppnås, men noe mindre, siden det er økonomisk fordelaktig å arbeide med høyere produktivitet selv på bekostning av å redusere produktutbyttet. Under praktiske forhold varierer kontakttiden for ammoniakk med katalysatoren fra 1 10-4 til 2 10-4 sek.

Blanding av ammoniakk med luft. Fullstendig homogenitet av ammoniakk-luftblandingen som kommer inn i kontaktsonen er en av hovedbetingelsene for å oppnå et høyt utbytte av nitrogenoksid. God blanding av gasser er av stor betydning ikke bare for å sikre høy grad av kontakt, men beskytter også mot eksplosjonsfare. Blanderens design og volum skal fullt ut sikre god blanding av gassen og forhindre at ammoniakk lekker i separate stråler på katalysatoren.

5. KONTAKTENHETER

Det mest komplekse og har gjennomgått betydelige forbedringer er utformingen av selve kontaktapparatet.

Figur 3 - Ostwald-kontaktapparat: 1 - ammoniakk-luftblandingsoppsamler; 2 - platinaspiral; 3 - visningsvindu; 4 - nitrøs gassoppsamler

Det første industrielle kontaktapparatet var Ostwald-apparatet (Figur 3), bestående av to konsentriske rør: et ytre støpejern med en diameter på 100 mm, emaljert på innsiden, og et indre laget av nikkel med en diameter på 65 mm. Ammoniakk-luftblandingen kom inn i apparatet nedenfra gjennom det ytre røret og falt på katalysatoren plassert i den øvre delen av det indre røret. Nitrøse gasser ble rettet nedover i manifolden gjennom et indre rør, og ga varme til den innkommende blandingen.

Katalysatoren besto av platinafoliestrimler 0,01 mm tykke og 20 mm brede, rullet sammen til en spiral. Et av båndene er glatt, det andre er korrugert med bøyninger på 1 mm. Graden av ammoniakkomdannelse nådde 90-95%, blandingen med luft inneholdt 8% NH3 (vol.), produktiviteten til apparatet var 100 kg salpetersyre per dag.

Denne formen av katalysatoren tillot ikke å øke produktiviteten til apparatet ved å øke størrelsen. I Ostwald-apparatet ble den jevne tilførselen av gassblandingen ikke sikret, siden før den kom inn i katalysatoren, endret gasstrømmen sin retning med 180° og kom først da inn i den. I tillegg tillot ikke utformingen av apparatet at nitrogen(II)oksider raskt ble fjernet fra høytemperatursonen.

I etterfølgende design av kontaktapparatet ble det brukt en katalysator i form av et nett av filamenter med en diameter på 0,06 mm.

Figur 4 - Andreev kontaktapparat: 1 - platinanett; 2 - visningsvindu

Den første produksjonen av salpetersyre i Russland var utstyrt med Andreev-kontaktenheter, som produserte 386 kg salpetersyre per dag og ble ansett som den mest avanserte i verden. Det sylindriske apparatet med en diameter på 300 mm og en høyde på 450 mm var laget av støpejern. Blandingen av gasser kom nedenfra (Figur 4). Platinakatalysatorgitteret var plassert på tvers av apparatet, i midten av det.

Bruken av støpejern for fremstilling av dette apparatet hadde en rekke ulemper: forekomsten av uønskede reaksjoner, forurensning av platina med skala. Graden av konvertering i den oversteg ikke 87%.

Figur 5 - Fischer-kontaktapparat: 1 - dyse; 2 - platinanetting; 3 - isolasjon

Fischer-apparatet var laget av aluminium, diameteren var 1000 mm, høyden 2000 mm (figur 5). Bunnen av apparatet ble fylt med Raschig-ringer av porselen, og den øverste delen var foret med ildfaste murstein. Utformingen av apparatet sikret ikke en jevn tilførsel av ammoniakk-luftblandingen til katalysatoren; utbyttet av oksider var 89-92% ved en kontakttemperatur på 700-720°C. Ammoniakkproduktiviteten til apparatet er 600-700 kg/dag. Partikler av ildfast murstein som falt på katalysatoren reduserte aktiviteten.

Figur 6 - Bamag enhet: 1 - dyse; 2 - platinanetting; 3 - visningsvindu

Apparatet foreslått av Bamag-selskapet (Figur 6) besto av to avkortede kjegler forbundet med brede baser, mellom hvilke katalysatornett ble plassert. Diameteren på apparatet i den brede delen var 1,1 m eller 2,0 m.

Ammoniakk-luftblandingen ble matet inn i apparatet nedenfra. Først var enheten laget av aluminium, deretter var den øvre, varme delen laget av rustfritt stål. For bedre å blande blandingen ble Raschig-ringer helt inn i den nedre delen av apparatet.

Den største ulempen med disse enhetene var retningen av gassblandingen på katalysatoren nedenfra, noe som førte til vibrasjon av gitteret og en økning i tapet av platina.

Studier av utformingen av kontaktapparatet har vist at retningen av gassblandingen fra topp til bunn stabiliserer driften av katalysatorgitter, reduserer tap av kostbar, knapp platinakatalysator, bidrar til å øke omdannelsesgraden med 1,0-1,5 % og tillater bruk av en totrinns katalysator, der det andre trinnet er en ikke-platinaoksidkatalysator.

Når gassblandingen mates inn i apparatet ovenfra, i dens nedre del, er det mulig å plassere et lag med isolasjonsmateriale, så vel som spolene til dampkjelen og overheteren, uten risiko for forurensning av katalysatoren med ildfast støv og jernvekt. Dette reduserer reaksjonsvarmetapet til miljøet.

En studie av temperaturfordelingen over overflaten av katalysatoren viste at kantene på katalysatoren ved siden av veggene har en lavere temperatur, og graden av kontakt reduseres tilsvarende, noe som reduserer det totale utbyttet av nitrogen(II)oksid. I denne forbindelse er geometrien til forsyningsdelen til kontaktapparatet av stor betydning; det bør være en jevnt divergerende kjegle med en spissvinkel på ikke mer enn 30°.

Figur 7 - Parsons-apparat: 1 - sylindrisk platinanett; 2 kvartsbunn; 3 - visningsvindu; 4 - isolasjon

I USA ble et Parsons-apparat laget med et vertikalt arrangement av et katalysatornett, rullet opp i form av en firelags sylinder med en høyde på 33 cm og en diameter på 29 cm (Figur 7). Platinasylinderen ble plassert i et metallhus foret med ildfast murstein, som sørget for god varmeveksling med den varme katalysatoren. Produktiviteten til en slik enhet var opptil 1 tonn ammoniakk per dag, konverteringsfrekvensen var 95-96%.

Fordelen med denne enheten er den store katalysatoroverflaten sammenlignet med volumet til enheten. Dens ulempe er den ujevn tilførsel av ammoniakk-luftblandingen til katalysatoren. Mer blanding passerer gjennom bunnen av mesh-katalysatoren enn gjennom toppen.

En rekke enheter av forskjellige former ble testet: i form av to halvkuler, en kjegle og en halvkule med gasstrømmen rettet fra bunn til topp. Disse enhetene hadde ingen spesielle fordeler selv når de utførte prosessen opp til 0,51 MPa; konverteringsgraden oversteg ikke 90%.

Figur 8 - DuPont-enhet: 1 - platinanett; 2 - rist; 3 - vannjakke

Når man utfører prosessen ved forhøyet trykk, har et DuPont-apparat blitt utbredt (Figur 8), bestående av kjegler: den øvre er laget av nikkel og den nedre er laget av varmebestandig stål. Det nedre huset var utstyrt med en vannkappe for kjøling. Katalysatoren plassert på risten er laget i form av en pakke med rektangulære masker.

Nå over hele verden designer og bygger de enheter for produksjon av fortynnet salpetersyre med stor enhetskapasitet - opptil 400-600 tonn/år. Kontaktinnretninger med flate lag av netting eller et lag av granulært materiale plassert på tvers av gassstrømmen for slike enheter bør ha en stor diameter på opptil 5-7 m. Men med en økning i enhetens diameter vil jevnheten i distribusjonen av ammoniakk-luftblandingen over tverrsnittet av enheten forverres, og metallforbruket per produktivitetsenhet øker, øker vanskelighetene med å tette flensforbindelser. Enheter med store diametre (over 4 m) kan ikke transporteres med jernbane; deres produksjon på fabrikkstedet er forbundet med alvorlige vanskeligheter.

I denne forbindelse er den mest lovende en omformer med en radiell strømning av gassblandingen gjennom en katalysator laget i form av en sylinder eller kjegle. Med dette arrangementet av katalysatoren er det mulig, uten å endre diameteren til apparatet, å øke høyden og følgelig produktiviteten.

Utformingen av enheter med sylindrisk katalysatorarrangement har vært kjent i lang tid (Parsons-enheter), men med en økning i deres produktivitet fra 4,5 kg/t til 14,3 t/t ammoniakk, oppsto det problemer med fordelingen av gassblandingsstrømmer , varmeveksling, katalysatorfeste, etc.

Figur 9 - Forbedret Parsons-apparat: 1 - kropp; 2 - dekker; 3 - kjølemiddelsamler; 4 - støtteenhet; 5 - beslag for fjerning av nitrøse gasser; 6 - katalysatornett; 7 - kanaler for kjølevæske; 8 - kanaler for gasser

En av de nye enhetene er det forbedrede Parsons-apparatet (Figur 9). Den består av et hus med deksler, beslag for tilførsel av ammoniakk-luftblanding og utmating av nitrøse gasser. Katalysatoren er platinanett, plassert vertikalt på en sylindrisk overflate og festet under dekslene. Ristene er strukket over en keramisk støtteanordning, som har horisontale kanaler for tilførsel av en ammoniakk-luftblanding til kontaktgitteret og vertikale kanaler for tilførsel av kjølevæske. Ulempen med en slik støtteanordning er at gassen som tilføres katalysatoren fordeles i form av separate stråler, som et resultat av at katalysatorområdet ikke fungerer fullt ut.

Figur 10 - Kontaktanordning med radiell gassslag: 1 - hus; 2 - deksel; 3 - system med støtteelementer; 4 - katalysator; 5 - rist; 6 - solid bunn

En anordning med radiell gasstrøm er foreslått (figur 10), som består av et hus 1 og et deksel med en beslag for innføring av en ammoniakk-luftblanding. I bunnen av huset er det et beslag for innføring av nitrøse gasser. Katalysatorgitter i form av en sylinder og en kjegle er plassert vertikalt. Denne innretningen sikrer imidlertid heller ikke en jevn tilførsel av gasser til katalysatoren.

Figur 11 - Kontaktanordning med granulær katalysator: 1 sylindrisk kropp; 2 - dekk med et sentralt hull; 3, 4 - koaksiale sylindriske perforerte distribusjonsgitter; 5 - ringformet bunn; 6 - uttaksarmatur

Et apparat med en radiell gasstrøm og en granulær katalysator er foreslått. Platinametaller avsatt på en bærer eller ikke-platinakatalysatortabletter brukes som katalysatorer (Figur 11).

Apparatet i figur 11 består av et sylindrisk legeme 1, i den øvre del av hvilken en ammoniakk-luftblanding innføres, og nitrøse gasser slippes ut i den nedre del. Innvendig er det to koaksiale sylindriske perforerte fordelingsgitter 3 og 4, mellom hvilke det er plassert et lag med granulær katalysator 7. Den ytre sylinderen er lukket øverst med et lokk 2 med et sentralt hull, og nederst med en blind ringformet bunn 5. Den indre sylinderen lukkes øverst med et lokk, og i bunnen er den koblet til utløpskoblingen 6.

Ammoniakk-luftblandingen ved inngangen til apparatet deles i to strømmer. Hoveddelen passerer inn i det ringformede gapet mellom veggene i huset og den ytre fordelingssylinderen og strømmer radialt inn på katalysatoren. Den andre, mindre delen passerer gjennom hullet i dekselet og går inn i katalysatoren langs aksen. Ensartet fordeling av gassblandingen i katalysatoren er ikke sikret.

Ulempen med disse designene er overoppheting av ammoniakk-luftblandingen med mer enn 200 nær den faste bunnen på grunn av en reduksjon i gasshastigheten til null. Overoppheting av gassen fører til overoppheting av katalysatorgitteret og økt slitasje.

Figur 12 - Apparat med en kjegleformet katalysator: 1 - kappe for oppvarming av gass; 2 - katalysator; 3 - støtterøranordning; 4 - vannjakke

Apparatet (figur 12) inneholder en katalysator i form av flere lag platinanett, sveiset fra trekantede stykker til en kjegle med en spissvinkel på ca. 60°. Nettpakken hviler på en struktur som består av 6-12 rør langs kjeglens generatrise, som kjølevæsken passerer gjennom. Denne formen for katalysator har et større spesifikt overflateareal (i forhold til volumet av apparatet) sammenlignet med en flat katalysator plassert på tvers av gasstrømmen. Sammenlignet med en sylindrisk katalysator er dens spesifikke overflateareal imidlertid mindre.

Figur 13 - Kontaktapparat for oksidasjon av ammoniakk under høyt trykk: 1 - hus; 2 - intern kjegle; 3 - bryterutstyr; 4 - tenner; 5 - katalysatornett; 6 - damp overheter; 7 - dampkjelepakker; 8 - economizer

Figur 13 viser et kontaktapparat for oksidasjon av ammoniakk under et trykk på 0,71 MPa. Enheten består av to kjegler satt inn i hverandre. Ammoniakk-luftblandingen kommer nedenfra inn i rommet mellom den indre og ytre kjeglen, stiger opp og faller derfra ned langs den indre kjeglen. På vei til platinakatalysatoren, laget i form av gitter, blandes blandingen godt i en fordelingsanordning laget av Raschig-ringer.

For å måle temperaturen på den innkommende gassblandingen og konverteringsprosessen er apparatet utstyrt med termoelementer: fire før katalysatoren og fire etter den. For gassprøvetaking er det dampprøverør: fire før katalysatoren og fire etter den. Katalysatoren antennes med en nitrogen-hydrogen-blanding tilført ved hjelp av en roterende brenner (tenner).

Figur 14 - Kontaktenhet fra Grand Parouass: 1 - hus; 2 rist; 3 - platinakatalysator; 4 - pansret nett; 5 - lag med ringer; 6 perforert plate; 7 - damp overheter; 8 - spillvarmekjele

Blant enhetene som opererer ved et gjennomsnittstrykk på 0,40-0,50 MPa, er enheten fra Grand Parouasse, laget av rustfritt stål, av interesse (Figur 14). Den består av et hus, lukket på toppen med et elliptisk lokk, med en innløpskobling for innføring av gassblandingen. Under dekselet er det en perforert kjegle, deretter en reflekterende skillevegg. Et distribusjonsgitter er plassert over platinagitteret, hvorpå det ligger et lag med seks gitter som fungerer som en demper for strømningshastighetspulsasjoner. Ulempen med apparatet er tilstedeværelsen av stillestående soner i området med høye katalysatortemperaturer, hvor innkommende ammoniakk kan dekomponere.

6. UTVALG OG BESKRIVELSE AV DET TEKNOLOGISKE OPPSETTET FOR PRODUKSJON AV IKKE-KONSENTRERT NITRISKSYRE

Avhengig av forholdene i produksjonsprosessen, skilles følgende typer salpetersyresystemer ut:

1) systemer som opererer ved atmosfærisk trykk;

2) systemer som opererer ved forhøyet trykk (4-8 atm);

3) kombinerte systemer hvor ammoniakkoksidasjon utføres ved lavere trykk, og oksidabsorpsjon utføres ved høyere trykk.

La oss se på disse teknologiske ordningene.

1) systemer som opererer ved atmosfærisk trykk;

Figur 15 - Installasjonsskjema for produksjon av fortynnet salpetersyre ved atmosfærisk trykk: 1 - vannskrubber; 2 - klutfilter; 3 - ammoniakk-luftvifte; 4 - pappfilter; 5 - omformer; 6 - dampgjenvinningskjele; 7 - høyhastighets kjøleskap; 8 - kjøleskap-kondensator; 9 - vifte for nitrøse gasser; 10 - absorpsjonstårn; 11 - oksidasjonstårn; 12 - tårn for absorpsjon av nitrogenoksider av alkalier; 13 - syrekjøler; 14, 15 - pumper

Disse systemene (Figur 15) er for tiden ikke lenger i bruk på grunn av omfanget av utstyret (et stort antall sure og alkaliske absorpsjonstårn), lav produktivitet, samt akkumulering av en viss mengde klor, som i surt og alkaliske absorpsjonssystemer virker sterkt etsende på utstyret, som hele tiden må skiftes ut, og dette medfører store økonomiske kostnader.

2) kombinerte systemer;

Figur 16 - Produksjon av salpetersyre ved bruk av en kombinert metode: 1 - høyhastighets kjøleskap; 2 - kjøleskap; 3 - turboladermotor; 4 - girkasse; 5 - turbolader av nitrøse gasser; 6 - turbin for vanning av eksosgasser; 7 - oksidasjonsmiddel; 8 - varmeveksler; 9 - kjøleskap-kondensator; 10 - absorpsjonskolonne; 11 - syreventil; 12 - kondensatoppsamler; 13, 14 - salpetersyre samlinger

De viktigste fordelene med denne ordningen er:

1. Disse systemene (Figur 16) fungerer uten eksternt energiforbruk, siden varmen fra ammoniakkoksidasjon og nitrogenoksidoksidasjon er tilstrekkelig til å generere energi for å komprimere luft og nitrøse gasser til de nødvendige trykk;

2. Utstyrets kompakthet.

3. Produktiviteten til slike enheter er 1360 tonn/dag.

Ulemper med ordningen:

Den største ulempen med denne ordningen er at under oksidasjon av ammoniakk under et trykk på 9 atm, er konverteringsgraden 2-3% mindre enn ved atmosfærisk trykk, og tapet av platinakatalysator er 2-3 ganger større. Det er således mer fordelaktig å utføre denne prosessen under atmosfærisk trykk. Men for moderne kraftige verksteder som produserer salpetersyre, vil det i dette tilfellet være nødvendig med et stort antall store enheter, og følgelig en økning i kostnadene for konstruksjons- og installasjonsarbeid. Disse hensynene tvinger en til å ty til å øke trykket under ammoniakkkonverteringsprosessen. I denne forbindelse er et trykk i størrelsesorden 2,5 atm akseptabelt, siden volumet av utstyret reduseres med 2,5 ganger sammenlignet med volumet i systemer som opererer ved atmosfærisk trykk, med moderat tap av ammoniakk og katalysator.

3) systemer som opererer under høyt trykk.

Fordeler med ordningen (Figur 17):

1. Enheten er kompakt, alle enheter er transportable. Enhetens energisyklus er autonom, og når kjemisk produksjon er slått av, forblir den i drift til den kobles fra kontrollpanelet. Dette lar deg raskt sette enheten i drift i tilfelle utilsiktet nedleggelse av den kjemiske prosessen. Styringen av enheten i driftsmodus er automatisert.

2. Den faktiske kostnaden og energiintensiteten til salpetersyre produsert på enheter med et enkelt trykk på 0,716 MPa forblir de laveste sammenlignet med AK-72-enheten og enheten som opererer i henhold til et kombinert skjema.

3. I stedet for en spillvarmekjele er det installert en høytemperaturvarmeveksler bak kontaktapparatet for å varme opp avgassene foran turbinen til 1120 K. På grunn av en økning i kraften til gassturbinen, elektrisitetsproduksjonen økte med 274 sammenlignet med AK-72-enheten.

4. I kretsen er et konstant påslått forbrenningskammer installert parallelt med de teknologiske enhetene, noe som gjør det mulig å gjøre driften av maskinenheten uavhengig av den teknologiske linjen, samt å sikre en jevn overgang fra driften av maskinen i hvilemodus til driften av maskinen når teknologiprosessen er slått på.

Ulemper med ordningen:

1. Prosessen foregår i enheten ved forhøyede temperaturer, noe som gir svært store belastninger på palladiumkatalysatoren og svikter. I følge litteraturdata er de spesifikke irreversible tapene per 1 tonn salpetersyre 40-45 mg for prosessen ved atmosfærisk trykk, 100 mg ved 0,3-1,6 MPa og 130-180 mg ved 0,7-0,9 MPa. Det vil si at platinatapene øker i installasjoner som opererer under trykk på grunn av høyere katalysetemperaturer sammenlignet med temperaturen i installasjoner som opererer ved atmosfærisk trykk.

2. Det kreves en meget høy grad av luftrensing før den går inn i gassturbinenheten, siden luftytelsen til kompressoren kan reduseres med opptil 10 % og effektiviteten med opptil 6 %.

Dette kursprosjektet undersøker i detalj ordningen for produksjon av salpetersyre under trykk med en kompressor drevet av en gassturbin (Figur 17).

Produksjonskapasiteten til salpetersyre i henhold til ordningen som opererer under et trykk på 0,716 MPa, bestemmes av antall enheter. Kapasiteten til en enhet er 120 tusen tonn/år (100 % HNO3). Antall enheter i kretsen bestemmes av behovet for salpetersyre i foredlingsbutikkene.

Hver enhet utfører: forberedelse av ammoniakk-luftblandingen (luftrensing og kompresjon, fordampning av flytende ammoniakk, rensing av gassformig ammoniakk og ammoniakk-luftblanding); ammoniakk konvertering; gjenvinning av varme fra dannelsen av nitrogenoksider; kjøling av nitrøse gasser; oppnå salpetersyre; oppvarming av avgasser; rense dem fra nitrogenoksider og gjenvinne gassenergi i en gassturbin og spillvarmekjele.

I tillegg inkluderer ordningen enheter for klargjøring av matevann for å drive spillvarmekjeler, kjøling av kondensat eller demineralisert vann for vanning av absorpsjonskolonner, redusering av damp til de nødvendige parameterne, lagring av produsert salpetersyre og distribusjon til forbrukerne.

Figur 17 - Diagram over produksjonen av salpetersyre under trykk med en kompressor drevet av en gassturbin: 1 - luftfilter; 2 - første trinn turbolader; 3 - mellomkjøleskap; 4 - andre trinns turbolader; 5 - gassturbin; 6 - girkasse; 7 - motor-generator; 8 - luftvarmer; 9 - ammoniakk-luftblander; 10 - luftvarmer; 11 - porolitfilter; 12 - omformer; 13 - spillvarmekjele; 14 - beholder for oksidasjon av nitrøse gasser; 15 - kjøleskap - kondensator; 16 - absorpsjonskolonne; 17 - omformer; 18 - spillvarmekjele

Atmosfærisk luft suges gjennom filter 1 av første trinns turbokompressor 2 og komprimeres til 0,2-0,35 MPa. På grunn av kompresjon varmes luften opp til 175 grader . Etter avkjøling til 30-45 grader i kjøleskap 3 kommer luft inn i andre trinns turbokompressor 4, hvor den komprimeres til et slutttrykk på 0,73 MPa og varmes opp til 125-135°C. . Videre oppvarming av luften til 270 oppstår i varmeapparat 8 på grunn av varmen fra varme nitrøse gasser som forlater omformeren. Varmluft kommer deretter inn i blandebatteri 9.

Ammoniakk under et trykk på 1,0-1,2 MPa varmes opp til 150°C i varmeren 10 med vanndamp og kommer inn i blanderen 9, hvor den blandes med luft. Den resulterende ammoniakk-luftblandingen inneholdende 10-12% NH3 filtreres i et porolyttfilter 11 og går inn i omformer 12, hvor den kjører på en platina-rhodium-katalysator ved en temperatur på 890-900°C. ammoniakk oksideres til nitrogenoksid. Varmen fra gassene som forlater omformeren brukes i spillvarmekjelen 13 for å produsere damp, mens gassene avkjøles til 260°C. .

Deretter passerer gassene gjennom et filter for å fange opp platina, plassert i den øvre delen av det tomme karet 14. I karet 14 oksideres NO til NO2 (oksidasjonsgrad 80%), som et resultat av at gassblandingen varmes opp til 300-310 og går inn i luftvarmer 8, hvor den avkjøles til 175 . Videre bruk av varmen fra nitrøse gasser blir ulønnsomt, så de avkjøles med vann i kjøleskapet 16 til 50-55 . Samtidig med avkjøling av gassen i kjøleskapet 16 oppstår kondensering av vanndamp og dannelse av salpetersyre som et resultat av samspillet mellom vann og nitrogendioksid. Konsentrasjonen av den resulterende syren overstiger ikke 52% НNO3, utbyttet er omtrent 50% av den totale produktiviteten til installasjonen.

Fra kjøleskap 15 kommer nitrøse gasser inn i absorpsjonskolonne 16 med silplater, hvor NO2 absorberes av vann for å danne salpetersyre (konsentrasjon opp til 55%). Spoler (kjøleelementer) er plassert på platene til absorpsjonskolonnen 16, gjennom hvilke vann sirkulerer for å fjerne varmen som genereres under dannelsen av salpetersyre.

For å rense avgasser fra nitrogenoksider, varmes de opp til 370-420°C, en liten mengde naturgass tilsettes dem og sendes til omformer (reaktor) 17. Her, i nærvær av en palladiumkatalysator, reagerer følgende reaksjoner skje:

CH4 + O2 2СО + 4Н2 + Q (27)

2NO2 + 4H2 = N2 + 4H2O + Q (28)

2NO + 2H2 = N2 + 2H2O + Q (29)

Siden disse reaksjonene skjer med frigjøring av varme, stiger temperaturen på gassene til 700-730 . Disse gassene kommer inn i turbin 5 under et trykk på 0,5-0,6 MPa, som driver turboladere 2 og 4, som komprimerer luften. Etter dette, gassene ved en temperatur på ca 400 gå inn i spillvarmekjelen 19, hvor det produseres lavtrykksdamp.

Turboladere i første og andre trinn 2 og 4, samt gassturbin 5 er en enkelt enhet. Førstetrinnsturbinen 2 og gassturbinen 5 er plassert på en felles aksel og er forbundet med en girkasse 6 til andretrinnsturbinen 4 og en elektrisk motor 7. En slik enhet gjør det mulig å bruke hoveddelen av energien som brukes på luftkompresjon, og dermed redusere strømforbruket betydelig.

7. BEREGNING AV MATERIAL- OG VARMEBALANSER I REAKTOREN

7.1 Beregning av reaktorens materialbalanse

1) Beregn nødvendig luftvolum:

2) Volumer tilført luft, nm3:

a) vanndamp

b) tørr luft

3) La oss beregne volumene av oksygen, nitrogen og argon som tilføres luften basert på prosentandelen i luften

) Finn volumene som dannes ved reaksjon (14), nm ³ /h:

a) nitrogenoksider

b) vanndamp

5) Bestem volumene som dannes ved reaksjon (15), nm ³ /h:

a) nitrogen

b) vanndamp

c) oksygen forbrukt under denne reaksjonen

6) Beregn volumene i gassen etter ammoniakkoksidasjon, nm ³ /h:

a) oksygen

b) nitrogen

c) argon

d) vanndamp

7) Den faktiske materialbalansen kan beregnes dersom strømningsvolumene ved inngangen til kontaktapparatet og ved utgangen fra dette omdannes til masser, samtidig som materialbalansen må opprettholdes.

Kommer:

Forbruk:

La oss fylle ut tabellen for materialbalanse (tabell 6).

Tabell 6

InntektForbrukKomponentKvantitetKomponentAntallkg/hm ³ /hkg/hm ³ /hNH34477,6795900NO7348,6615487O215608,57110926O25367,8573757,5N250729,69140583,755N250987,81624510529Ar,81624510525029Ar,8162451025Ar,81624510529Ar,81624510529Ar,8162451029Ar H2O1827.022273.625 H2O8938.62711123.625Totalt73572.07760203.68Totalt73570.96161678.38

Balanseavvik

7.2 Beregning av reaktorens varmebalanse

La oss finne temperaturen tx som det er nødvendig å varme ammoniakk-luftblandingen til for å sikre den autotermiske prosessen med ammoniakkoksidasjon.

1) Beregn det totale volumet av ammoniakk-luftblandingen

) Bestem konsentrasjonen av komponentene i ammoniakk-luftblandingen, % (vol.):

a) ammoniakk

b) tørr luft

c) vanndamp

3) Beregn gjennomsnittlig varmekapasitet til ammoniakk-luftblandingen

Сср = 0,01 · (35,8 · Pam + 28,7 · Psv + 32,6 · ПН2О)(59)

Сср = 0,01 · (35,8 · 9,8 + 28,7 · 86,4 + 32,6 · 3,8) = 29,544 kJ/(kmol K),

hvor 35,8; 28,7 og 32,6 er varmekapasitetene til ammoniakk, tørr luft og vanndamp, kJ/(kmol K).

) Bestem varmen som introduseres av ammoniakk-luftblandingen

) Vi beregner varmene som frigjøres under reaksjonen (14) og (16)

eller 17030 kW, hvor 905800 og 126660 er varmen som frigjøres under dannelsen av nitrogenoksid og nitrogen ved reaksjoner (14) og (16).

) Finn det totale volumet av nitrøs gass som kommer inn i spillvarmekjelen

7) Bestem konsentrasjonen av nitrøse gasskomponenter, % (vol.):

a) nitrogenoksider

b) oksygen

c) argon

d) nitrogen

d) vanndamp

8) Beregn den gjennomsnittlige varmekapasiteten til nitrøs gass:

Ssr = 0,01(31,68 PNO + 32,3 PO2 + 20,78 Steam 30,8 PN2 + 37,4 Pvod 3(68)

Сср=0,01(31,68 · 8,9+32,3 · 6,1+20,78 · 0,84+30,8 · 66,1+37,4 · 18,0) = 32,17 kJ/(kmol K)

hvor 31,68; 32,3; 20,78; 30.8 og 37.4 - varmekapasiteten til nitrøse gasskomponenter ved en temperatur på 900 , kJ/(kmol-K).

9) For oppvarming av vanndamp fra 198 opptil 250 I overheteren er det nødvendig å fjerne varme:

1880 kW, hvor 800 10 ³ og 1082·10 ³ J/kg - spesifikk entalpi av overopphetet damp ved temperaturer på 198 og 250 og trykk på 1,5 MPa og 3,98 MPa.

10) Temperaturen til nitrøse gasser ved utløpet av kontaktapparatet bestemmes fra varmebalanseligningen for denne delen:

6768 · 106 = 64631 · 1,66 · 10³(900 - t2)

11) Vi beregner varmen som føres bort av nitrøse gasser. La oss vurdere tilfellet når kontaktenheten og spillvarmekjelen er montert som en enkelt enhet:

12) Bestem varmetap til miljøet

Ved å likestille varmetilførselen med strømningshastigheten, tegner vi en varmebalanseligning og løser den med hensyn til tx:

La oss fylle ut tabellen for varmebalanse (tabell 7).

Tabell 7

Innkommende, kWForbruk, kW Varme tilført av ammoniakk-luftblandingen 6369.2 Varme til oppvarming av vanndamp i overheteren 1880 Varme som føres bort av nitrøse gasser 20584.3 Varme som frigjøres under reaksjonen (14) og (16) 17030.6 Totaltap til miljøet 935,99. Totalt23400,2

Saldoavvik:

8. YRKESIKKERHET OG INDUSTRIØKOLOGI

For å sikre en sikker driftsmodus ved produksjon av ikke-konsentrert salpetersyre under høyt trykk, er det nødvendig å strengt følge de teknologiske forskriftene, instruksjoner om arbeidsbeskyttelse for arbeidsplasser, instruksjoner om arbeidsbeskyttelse og industrisikkerhet for avdelingen, og instruksjoner om visse typer arbeid.

Vedlikeholdspersonell har lov til å arbeide i arbeidsklær og vernesko som kreves av standardene, og er pålagt å ha med seg fungerende personlig verneutstyr. Verneutstyr (personlig gassmaske) skal kontrolleres hvert skift før arbeidet påbegynnes.

Personer som betjener mekanismer må kjenne reglene til Gosgortekhnadzor knyttet til utstyret som betjenes. Personer som utfører service på utstyr for inspeksjon av kjele - regler for inspeksjon av kjele.

Unngå forstyrrelser av det normale teknologiske regimet i alle stadier av prosessen.

Arbeid skal kun utføres på servicebart utstyr, utstyrt med alle nødvendige og riktig fungerende sikkerhetsinnretninger, instrumentering og kontrollenheter, alarmer og forriglinger.

Ved innlevering til reparasjon av utstyr og kommunikasjon hvor det er mulig å samle ammoniakk, rens utstyret og kommunikasjonen med nitrogen til det ikke er brannfarlige stoffer i rensenitrogenet.

Før fylling av enheter og kommunikasjon med ammoniakk etter reparasjon, rens med nitrogen til oksygeninnholdet i rensenitrogenet ikke er mer enn 3,0 % (vol.).

Ikke tillat reparasjoner av kommunikasjon, beslag eller utstyr under trykk. Reparasjoner må utføres etter at trykket er sluppet og det reparerte området er koblet fra med plugger. Utstyr og kommunikasjon som skal repareres må renses eller vaskes.

For å unngå vannslag, tilfør damp til kalde damprørledninger sakte, og sørg for tilstrekkelig oppvarming med kondensatutslipp langs hele rørledningens lengde. Frigjøring av tørr damp fra avløpet indikerer tilstrekkelig oppvarming av rørledningen.

Ikke la elektrisk utstyr slås på hvis jordingen er defekt.

Ikke tillat reparasjoner på elektrisk drevet utstyr uten å fjerne spenningen fra de elektriske motorene.

Reparasjon og justering av kontroll- og måleinstrumenter og elektrisk utstyr skal kun utføres av tjenestene til hovedinstrumentoperatøravdelingen og elektrikere.

Bruk av åpen ild i produksjons- og lagringsområder er forbudt: røyking er tillatt i områder som er utpekt for disse formålene.

Alle roterende deler av utstyret (koblingshalvdelene), løpehjulene til roterende vifter, på elektriske motoraksler skal være forsvarlig festet og beskyttet, og malt rødt.

Flensforbindelser av syreledninger må beskyttes med beskyttelsesdeksler.

Det er ikke tillatt å stramme boltene til flensforbindelser til rørledninger, samt arbeid på utstyr under trykk.

Apparater som opererer under trykk må oppfylle kravene fastsatt i de tekniske spesifikasjonene og reglene for utforming og sikker drift av fartøyer og kommunikasjoner som opererer under trykk.

Arbeid i lukkede fartøy skal utføres med arbeidstillatelse for gassfarlig arbeid.

Ventilasjonen skal være i god stand og konstant i drift.

Service av løftemekanismer og trykkbeholdere utføres kun av personer som er spesialtrent og med spesialsertifikat.

Tilnærminger til nødskap, branndetektorer, telefoner og brannutstyr må ikke være rotete med fremmedlegemer, de må holdes rene og i god stand.

Åpne åpninger i tak, plattformer, og overgangsbruer skal ha gjerder høye 1 m. I bunnen av gjerdet bør det være en side- eller beskyttelseslist 15 cm høy.

All instrumentering og automatisering og sperresystemer skal være i god stand.

For å forhindre avsetning av nitritt-nitratsalter på de indre overflatene av enheter og rørledninger, rotorblader, vegger av nitrøse gasskompressorer og andre deler og enheter, ikke tillat langvarig tenning av kontaktenheter (mer enn 20 minutter), en reduksjon i temperaturen på katalysatorgitteret, deres brudd, som fører til ammoniakklekkasjer, stopper vanning av overflater, noe som fører til avsetning av nitritt-nitratsalter.

Tørk umiddelbart av, rengjør utstyret fra søl av teknologiske produkter, og tilsett olje til pumpens veivhus.

Arbeidsplasser for reparasjon og annet arbeid og passasjer til disse i 1,3 m høyde eller mer skal være inngjerdet.

Hvis det er umulig eller upraktisk å installere gjerder for arbeid i en høyde på 1,3 m og over, samt ved arbeid fra en forlengelsesstige i en høyde på mer enn 1,3 m, er det nødvendig å bruke sikkerhetsbelter, og det må være hjelpearbeidere på arbeidsstedet som er klare til å bistå arbeideren på høykant. Stedet hvor karabinen er festet bestemmes av arbeidslederen.

Sikkerhetsbelter testes før de tas i bruk, samt under drift hver 6. måned. Sikkerhetsbeltet skal være merket med registreringsnummer og neste testdato.

Når du arbeider med salpetersyre (prøvetaking, inspeksjon av kommunikasjon, oppstart av produksjon av syrepumper, etc.), er det nødvendig å bruke individuell åndedretts- og øyevern (filtrerende gassmaske med en "M" merkeboks, vernebriller med en halvmaske av gummi eller et beskyttelsesskjold laget av pleksiglass, eller en gassmaskehjelm), syrefaste gummihansker, spesielle syrefaste klær.

Hvis det oppdages feil i driften av utstyret, oppdages feil i støtter, vegger osv. gi raskt beskjed til avdelingsleder og verkstedmekaniker. Stopp om nødvendig utstyret og klargjør det for reparasjon.

Når enheten stoppes for reparasjoner, åpne den nedre luken på oksidasjonsmidlet og, hvis det er ammoniumsalter på distribusjonsnettet, langs veggene og bunnen, damp den med levende damp og tøm kondensatet.

Arbeid med damp og dampkondensat i spesielle klær, vernesko og hansker.

For å forhindre yrkesmessig forgiftning og sykdommer i avdelingen må følgende sanitære og hygieniske krav overholdes:

a) lufttemperaturen skal være:

23- overgang og vinterperiode;

18-27- sommerperiode.

b) relativ luftfuktighet:

om sommeren - ikke mer enn 75%;

om vinteren - ikke mer enn 65%.

c) støy - ikke mer enn 65 dBA i lydtette hytter, andre steder ikke mer enn 80 dBA;

d) vibrasjon - ikke mer enn 75 dB i lydtette hytter, i motor- og kontaktrom ikke mer enn 92 dB;

e) belysning av arbeidsplasser:

lydtette hytter - minst 200 lux;

på stedene for absorpsjonskolonner - minst 50 lux;

i motor- og kontaktrom - minst 75 lux.

f) maksimal tillatt konsentrasjon av skadelige stoffer i luften i arbeidsområdet til lokalene:

ammoniakk - ikke mer enn 20 mg/m3;

nitrogenoksider - ikke mer enn 5 mg/m3.

I tillegg til individuelle gassmasker inneholder avdelingen en nødforsyning av filtrerende og isolerende gassmasker.

Nødgassmasker oppbevares i nødskap.

KONKLUSJON

Under kursarbeidet ble en reaktor for katalytisk oksidasjon av ammoniakk designet for å produsere nitrogenoksider ved produksjon av ikke-konsentrert salpetersyre.

Det fysiske og kjemiske grunnlaget for prosessen ble vurdert. Egenskapene til råvarene og det ferdige produktet er gitt.

Det nødvendige luftvolumet for oksidasjon ble beregnet til 5900 m ³ /h ammoniakk utgjorde det 54304 m ³ /t. Volumene av oksygen, nitrogen og argon som ble tilført luften ble beregnet basert på prosentandelen i luften. Volumene av oksygen, nitrogen, argon og vanndamp som er tilstede i gassen etter oksidasjonen av ammoniakk ble også beregnet.

Varmebalansen ble beregnet, som et resultat av at alle varmestrømmer ble beregnet. Temperaturen som det er nødvendig å varme ammoniakk-luftblandingen til for å sikre den autotermiske prosessen med ammoniakkoksidasjon ble beregnet; den var 288 . Temperaturen på nitrøs gass etter overheteren ble beregnet; den var 836,7 . Varmetap til miljøet er bestemt.

Det ble gjennomført en litteraturgjennomgang på det mest effektive opplegget for produksjon av ikke-konsentrert salpetersyre. Et system som opererer under høyt trykk ble valgt, siden denne enheten er kompakt, alle enheter er transportable og energisyklusen til enheten er autonom. I den vurderte ordningen brukes ikke strøm på teknologiske behov. Elektrisitet forbrukes kun i små mengder for å drive de pumpene som er nødvendige for å pumpe syre og levere matvann til kjelene. Arbeid i henhold til denne ordningen skjer uten utslipp av skadelige gasser til atmosfæren.

BIBLIOGRAFISK LISTE

1. Atroshchenko V.I., Kargin S.I. Salpetersyreteknologi: Lærebok. En håndbok for universiteter. - 3. utg., revidert. og tillegg - M.: Kjemi, 1970. - 496 s.

Egorov A.P. Shereshevsky A.I., Shmanenko I.V. Generell kjemisk teknologi av uorganiske stoffer: Lærebok for tekniske skoler. - Ed. 4. revisjon - Moskva, Leningrad: Kjemi, 1965 - 688 s.

Karavaev M.M., Zasorin A.P., Kleshchev N.F. Katalytisk oksidasjon av ammoniakk/Ed. Karavaeva M.M. - M.: Kjemi, 1983. - 232 s.

Katalysatorer i nitrogenindustrien./Red. Atrosjtsjenko V.I. - Kharkov: Vishcha skole, 1977. - 144 s.

Generell kjemisk teknologi. Redigert av prof. Amelina A.G. M.: Kjemi, 1977. - 400 s.

Pavlov K.F., Romankov P.G., Noskov A.A. Eksempler og oppgaver til kurset om prosesser og apparater innen kjemisk teknologi. L.: Kjemi, 1976 - 552 s.

Perlov E.I., Bagdasaryan V.S. Optimalisering av salpetersyreproduksjon. M.: Kjemi, 1983. - 208 s.

Beregninger på teknologien til uorganiske stoffer: Lærebok. En håndbok for universiteter/Pozin M.E., Kopylev B.A., Belchenko G.V. og så videre.; Ed. Pozina M.E. 2. utg. omarbeidet og tillegg - L.: Kjemi. Leningr. avdeling, 1977 - 496 s.

Rumyantsev O.V. Utstyr for høytrykkssynteseverksteder i nitrogenindustrien; Lærebok for universiteter - M.: Kjemi, 1970 - 376 s.

10. Sokolov R.S. Kjemisk teknologi: lærebok. hjelp til studenter høyere lærebok institusjoner: V 2 T. - M.: Humanitred. VLADOS-senteret, 2000. - T.1: Kjemisk produksjon i antropogen virksomhet. Grunnleggende spørsmål om kjemisk teknologi. Produksjon av uorganiske stoffer. - 368 s.

Nitrogenists håndbok./Red. Melnikova E.Ya. - T.2: Produksjon av salpetersyre. Produksjon av nitrogengjødsel. Materialer og grunnleggende spesialutstyr. Energiforsyning. Sikkerhetstiltak. - M.: Kjemi - 1969. - 448 s.

Kjemisk teknologi av uorganiske stoffer: 2 bøker. Bok 1. Lærebok / T.G. Akhmetov, R.G. Porfiryeva, L.G. Gysin. - M.: Høyere. skole, 2002. 688 s.: ill.

Korobochkin V.V. Salpetersyreteknologi. - Tomsk Polytechnic University Publishing House. 2012.

Ammoniumnitrat, eller ammoniumnitrat, NH 4 NO 3 er et hvitt krystallinsk stoff som inneholder 35 % nitrogen i ammonium- og nitratform, begge former for nitrogen absorberes lett av planter. Granulert ammoniumnitrat brukes i stor skala før såing og til alle typer gjødsling. I mindre skala brukes den til å produsere eksplosiver.

Ammoniumnitrat er svært løselig i vann og har høy hygroskopisitet (evnen til å absorbere fuktighet fra luften), som er årsaken til at gjødselgranulat sprer seg ut, mister sin krystallinske form og gjødselkaking oppstår - bulkmateriale blir til en solid monolitisk masse .

Skjematisk diagram av ammoniumnitratproduksjon

For å oppnå praktisk talt ikke-kaking ammoniumnitrat, brukes en rekke teknologiske metoder. Et effektivt middel for å redusere hastigheten på fuktighetsabsorpsjon av hygroskopiske salter er deres granulering. Den totale overflaten av homogene granulat er mindre enn overflaten av samme mengde finkrystallinsk salt, derfor absorberer granulert gjødsel fuktighet fra

Ammoniumfosfater, kaliumklorid og magnesiumnitrat brukes også som lignende virkende tilsetningsstoffer. Prosessen med å produsere ammoniumnitrat er basert på en heterogen reaksjon mellom gassformig ammoniakk og en løsning av salpetersyre:

NH3+HNO3 = NH4NO3; ΔН = -144,9 kJ

Den kjemiske reaksjonen skjer ved høy hastighet; i en industriell reaktor er den begrenset av oppløsning av gass i væske. For å redusere diffusjonshemming er omrøring av reagensene av stor betydning.

Den teknologiske prosessen for produksjon av ammoniumnitrat inkluderer, i tillegg til stadiet med nøytralisering av salpetersyre med ammoniakk, også stadiene av fordampning av nitratløsningen, granulering av smelten, avkjøling av granulene, behandling av granulene med overflateaktive stoffer , pakking, lagring og lasting av nitrat, rensing av gassutslipp og avløpsvann. I fig. Figur 8.8 viser et diagram over en moderne storskala enhet for produksjon av ammoniumnitrat AS-72 med en kapasitet på 1360 tonn/døgn. Den første 58-60 % salpetersyren varmes opp i en varmeovn til 70 - 80°C med juicedamp fra ITN 3-apparatet og leveres for nøytralisering. Før apparat 3 tilsettes fosforsyre og svovelsyre til salpetersyre i slike mengder at det ferdige produktet inneholder 0,3-0,5% P2O5 og 0,05-0,2% ammoniumsulfat. Enheten inneholder to ITN-enheter som opererer parallelt. I tillegg til salpetersyre tilføres de ammoniakkgass, forvarmet i varmeapparat 2 med dampkondensat til 120-130°C. Mengdene av tilført salpetersyre og ammoniakk reguleres slik at løsningen ved utløpet fra pumpeapparatet har et lite overskudd av syre (2-5 g/l), noe som sikrer fullstendig absorpsjon av ammoniakk.

I den nedre delen av apparatet skjer en nøytraliseringsreaksjon ved en temperatur på 155-170°C; dette gir en konsentrert løsning som inneholder 91-92 % NH4NO3. I den øvre delen av apparatet vaskes vanndamp (såkalt juicedamp) vekk fra sprut av ammoniumnitrat og salpetersyredamp. En del av varmen fra juicedampen brukes til å varme salpetersyren. Saftdampen sendes deretter til rensing og slippes ut i atmosfæren.

Fig. 8.8. Diagram av ammoniumnitratenheten AS-72:

1 - syrevarmer; 2 - ammoniakkvarmer; 3 – ITN-enheter; 4 - pre-nøytralisator; 5 - fordamper; 6 - trykktank; 7.8 - granulatorer; 9.23 – fans; 10 - vaskeskrubber; 11 - tromme; 12,14 – transportører; 13 - heis; 15 – fluidisert sjiktapparat; 16 - granuleringstårn; 17 – samling; 18, 20 – pumper; 19 - svømmetank; 21 – filter for vann; 22 – luftvarmer.

Den sure løsningen av ammoniumnitrat sendes til nøytralisatoren 4; hvor ammoniakk tilføres, nødvendig for å reagere med den gjenværende salpetersyren. Deretter mates løsningen inn i fordamperen 5. Den resulterende smelte, inneholdende 99,7-99,8% nitrat, passerer gjennom et filter 21 ved 175°C og mates av en sentrifugal nedsenkbar pumpe 20 inn i en trykktank 6, og deretter inn i en rektangulær metallgranuleringstårn 16.

I den øvre delen av tårnet er det granulatorer 7 og 8, inn i den nedre del av hvilke luft tilføres, som avkjøler nitratdråpene som faller ovenfra. Når dråper av nitrat faller fra en høyde på 50-55 m og luft strømmer rundt dem, dannes gjødselgranulat. Temperaturen på granulene ved utgangen fra tårnet er 90-110°C; varme granuler avkjøles i et fluidisert sjiktapparat 15. Dette er et rektangulært apparat med tre seksjoner og utstyrt med et gitter med hull. Vifter tilfører luft under gitteret; i dette tilfellet dannes et fluidisert lag av nitratgranulat som kommer via en transportør fra granuleringstårnet. Etter avkjøling kommer luften inn i granuleringstårnet. Ammoniumnitratgranulat mates av transportøren 14 inn i en roterende trommel for behandling med overflateaktive stoffer. Deretter sendes den ferdige gjødselen til emballasje med transportør 12.

Luften som forlater granuleringstårnet er forurenset med partikler av ammoniumnitrat, og saftdampen fra nøytralisatoren og damp-luftblandingen fra fordamperen inneholder ureagert ammoniakk og salpetersyre, samt partikler av medført ammoniumnitrat.

For å rense disse strømmene er det i den øvre delen av granuleringstårnet seks parallelle operative vaskeskrubbere av platetype 10, vannet med en 20-30 % oppløsning av ammoniumnitrat, som tilføres av pumpe 18 fra samlingen 17. Del av denne løsningen slippes ut til ITN-nøytralisatoren for vask av juicedamp, og blandes deretter med en løsning av nitrat, og brukes derfor til produksjon av produkter. Den rensede luften suges ut av granuleringstårnet av vifte 9 og slippes ut i atmosfæren.

Ammoniumnitrat er en av hovedtypene nitrogengjødsel; inneholder minst 34,2 % nitrogen. Råvarene for å produsere granulert ammoniumnitrat er ukonsentrert 30-40 % salpetersyre og gassformig ammoniakk.

92,5% svovelsyre brukes noen ganger som et kondisjoneringsadditiv, som nøytraliseres med ammoniakk sammen med salpetersyre for å danne ammoniumsulfat. For å sprøyte de ferdige granulene brukes et overflateaktivt middel - en 40% vandig løsning av "NF" dispergeringsmiddel.

Hovedstadiene i produksjonen av ammoniumnitrat er: nøytralisering av salpetersyre med ammoniakkgass; oppnå høykonsentrert ammoniumnitratsmelte; smelte granulering; kjøling av ammoniumnitratgranulat; behandling av granulat med et overflateaktivt middel - dispergeringsmiddel "NF"; rensing av luft og juicedamp før utslipp til atmosfæren; pakking og oppbevaring av det ferdige produktet.

Produksjonsflytdiagram

Ammoniumnitrat er en av de vanligste nitrogengjødselene. Den oppnås ved å nøytralisere fortynnet salpetersyre (40-50%) med ammoniakkgass.

Salpetersyre fra mottakstank 1 (fig. 9.8) går gjennom varmeveksler 2 og går inn i nøytralisator 3. Der tilføres ammoniakkgass, forvarmet i varmeveksler 5. Hovedmengden av ammoniakk kommer i gassform fra ammoniakksynteseverkstedet. I tillegg tilføres flytende ammoniakk fra lageret, som fordamper i apparat 4.

I nøytralisator 3, ved atmosfærisk trykk og en viss temperatur, foregår nøytraliseringsprosessen

parallelt med det skjer delvis fordampning av løsningen på grunn av nøytraliseringsvarmen. En delvis fordampet svakt sur løsning av ammoniumnitrat med en konsentrasjon på 60-80% (den såkalte svake luten) kommer inn i en tank med en rører - fornøytralisator 6, hvor den til slutt nøytraliseres med ammoniakk. Dampen som genereres når løsningen fordamper (juicedamp) fjernes fra den øvre delen av nøytralisatoren. Hvis prosessen utføres feil, kan noe av ammoniakken og salpetersyren føres bort fra nøytralisatoren med juicedamp.

Inndamping av svaklut til 98,5 % NH4NO3 utføres under vakuum i to trinn. Til å begynne med, i fordamper 8, bringes væskekonsentrasjonen til 82% NH4NO3, og deretter i fordamper 12 - til spesifisert verdi.

Svaklut tilføres nedre del av fordamper 8. Juicedamp brukes hovedsakelig som varmemiddel i 1. trinns fordamper. I tillegg tilføres vanndamp til den. Når konsentrasjonen av juicedamp øker, samler inerte gasser seg opp i varmekammeret til fordamperen, noe som svekker varmeoverføringen. For å sikre normal drift av apparatet 8, renses mellomrommet mellom rørene med frigjøring av inerte gasser til atmosfæren.

Den fordampede væsken fra apparat 8 flyttes til oppsamling 10. Her, for å forbedre kvaliteten på det resulterende nitratet, tilsettes en dolomittløsning til luten, som reduserer nitrats kakeevne.

Fra oppsamlingen 10 pumpes væsken inn i fordamperen 12. I separatoren 13 separeres den fordampede løsningen i juicedamp og en konsentrert løsning - smelt. Saftdampen passerer inn i den barometriske kondensatoren 14, og smelten mates inn i granuleringstårnet 15. Granulert ammoniumnitrat (sluttproduktet) fjernes fra tårnet gjennom utløpsrøret 16 av transportøren 17.

9.4. PRODUKSJON AV AMMONIUMNITERAT

Ammoniumnitrat er en av hovedtypene nitrogengjødsel; inneholder minst 34,2 % nitrogen. Råvarene for å produsere granulert ammoniumnitrat er ukonsentrert 58-60 % salpetersyre og gassformig ammoniakk.

92,5 % svovelsyre brukes som kondisjoneringsadditiv, som nøytraliseres med ammoniakk sammen med salpetersyre til ammoniumsulfat. For å sprøyte de ferdige granulene brukes et overflateaktivt middel - en 40% vandig løsning av "NF" dispergeringsmiddel.

Hovedstadiene i produksjonen av ammoniumnitrat er: nøytralisering av salpetersyre med ammoniakkgass; oppnå høykonsentrert ammoniumnitratsmelte; smelte granulering; kjøling av ammoniumnitratgranulat; behandling av granulat med et overflateaktivt middel - dispergeringsmiddel "NF"; rensing av luft og juicedamp før utslipp til atmosfæren; pakking og oppbevaring av det ferdige produktet.

Nedenfor vurderer vi automatiseringen av det første trinnet - nøytralisering av salpetersyre med ammoniakk - som i stor grad bestemmer driftsmodusene til påfølgende trinn.

Teknologisk diagram av prosessen. Salpetersyre forvarmes i en varmeveksler 1 (Fig. 9.8) til en temperatur på 70-80 °C med juicedamp fra apparatet 2 nøytralisering (ITN), ammoniakkgass varmes opp i en varmeveksler 3 og går deretter inn i apparatet 2. Den oppvarmede salpetersyren kommer inn i blanderen 4, hvor det også tilføres svovelsyre og fosforsyre. Svovelsyre doseres på en slik måte at innholdet av ammoniumsulfat i det ferdige produktet er i området 0,3-0,7%. Blandingen av syrer kommer deretter inn i varmeapparatet, hvor, under trykk nær atmosfæren, ved en temperatur på 155-165 °C, utføres prosessen med å nøytralisere salpetersyre med ammoniakk:

Salpetersyre og ammoniakk doseres på en slik måte at løsningen ved utgangen fra ITN-apparatet har et visst overskudd av salpetersyre (innenfor 2-5 g/l), som er nødvendig for å sikre fullstendig absorpsjon av ammoniakk i reaksjonssonen . I separasjonssonen til ITN-apparatet skilles juicedamp fra den kokende løsningen og går til rensing inn i vaskesonen til ITN-apparatet, som består av fire plater og en sprutfelle. Juicedampkondensat tilføres den øvre platen. Ved utgangen fra ITN-apparatet inneholder juicedamp 2-5 g/l NH 4 NO 3, 1-2 g/l HNO 3; Hvis vaskeprosessen utføres riktig, er det ingen ammoniakk i damp.

92-93% ammoniumnitratløsningen dannet i ITN-apparatet fortynnes litt med løsninger fra vaskedelen av apparatet og sendes i en konsentrasjon på 89-91% til den endelige nøytralisatoren. 5 , hvor ammoniakk tilføres for å nøytralisere overflødig syre og skape en alkalisk løsning (overskudd av ammoniakk må holdes innenfor 0,1 g/l fri NH 3). Deretter sendes ammoniumnitratløsningen til fordampningsavdelingen.

Prosessautomatisering. På nøytraliseringsstadiet er oppgaven til det automatiske prosesskontrollsystemet å opprettholde forholdet mellom ammoniakk og salpetersyrestrømmer inn i ITN-apparatet; opprettholde en gitt pH av ammoniumnitratløsningen i ITN-apparatet; sikre en alkalisk reaksjon av ammoniumnitratløsningen etter fullstendig nøytralisering ved innløpet til fordamperen.

For kontrollsystemet er de ledende parametrene parametrene for ammoniakkgass. For å unngå påvirkning av svingninger i ammoniakktrykket i det eksterne nettverket på kvaliteten på reguleringen av nøytraliseringsprosessen, opprettholdes trykket av ammoniakkgass automatisk ved inngangen til ammoniumnitratenheten. Ammoniakkstrømmen inn i ITN-apparatet opprettholdes automatisk ved hjelp av en strømningsregulator 6, ved å virke på reguleringsventilen 7 .

Tilførselen av salpetersyre til pumpeapparatet reguleres automatisk i et gitt forhold med ammoniakkstrømningshastigheten ved hjelp av en strømningsforholdsregulator 8 påvirkning på reguleringsventilen 9. Tilførselen av svovelsyre og fosforsyre justeres automatisk i et gitt forhold med forbruket av salpetersyre ved hjelp av strømningsforholdsregulatorer 10 Og 11 og reguleringsventiler 12 Og 13 .

Forholdet mellom forbruket av salpetersyre og ammoniakk forutbestemmer et visst overskudd av syre, for å kontrollere og regulere hvilken pH av ammoniumnitratløsningen som kontinuerlig overvåkes ved utgangen av pumpeapparatet. Det spesifiserte overskuddet av salpetersyre i løsningen opprettholdes automatisk av pH-regulatoren 14 , justering av tilførselen av ammoniakk til pumpestasjonen ved hjelp av en kontrollventil 15 installert på ammoniakkbypassledningen, som fører en liten mengde ammoniakk (noen prosent av den totale strømmen). Et slikt system gir god kvalitetskontroll av nøytraliseringsprosessen.

For å sikre maksimal rensing av juicedamp i vaskedelen av ITN-apparatet, reguleres tilførselen av juicedampkondensat til den øvre platen automatisk. En stor tilførsel av kondensat er uønsket for å unngå fortynning av nitratløsninger før de fordampes, og utilstrekkelig tilførsel av kondensat vil eksponere platene, siden juicedampen overopphetes. Tilførselen av juicedampkondensat reguleres ved hjelp av en temperaturregulator 16 påvirkning på reguleringsventilen 17 . Siden sure løsninger av ammoniumnitrat ikke kan mates inn i fordamperen, nøytraliseres overflødig surhet i nøytralisatoren 5 . Tilførselen av ammoniakk til den reguleres ved hjelp av en regulator 18 pH i løsningen ved utløpet av fornøytralisatoren som virker på kontrollventilen 19 .

Det automatiske kontrollsystemet sørger for regulering av oppvarming av ammoniakk og salpetersyre ved hjelp av temperaturregulatorer 20 Og 21 påvirkning på reguleringsventiler 22 Og 23 tilførsel av kjølevæske til varmevekslere 1 Og 2 .