Лекция 2.2 Производство аммиачной селитры под атмосферным давлением (4 часа)

нейтрализаторах, позволяющих использовать тепло реакции для частичного выпаривания раствора. Он

получил наименование аппарата ИТН (использование тепла нейтрализации) (поз.3).
Реакция нейтрализации:
NH3 (г) + HNO3 (ж)= NH4NO3 (тв) + Q (145,8 кДж)
протекает с большей скоростью и сопровождается выделением большого количества тепла. В результате реакции образуется раствор АС и соковый пар.
Химическое взаимодействие протекает с большой скоростью, но лимитируется массообменом и гидродинамическими условиями. Поэтому большое значение имеет интенсивность смешения реагентов, которая зависит от соотношения скоростей движения азотной кислоты (АК) и газообразного аммиака (ГА) в реакторе. Наиболее тесное соприкосновение реагентов достигается при условии, когда линейная скорость газа превышает скорость подачи кислоты в 15 раз.
Тепловой эффект реакции зависит от температуры и концентрации реагентов.
За счет теплового эффекта в процессе нейтрализации часть воды испаряется и раствор концентрируется.

нейтрализации стремятся получить более концентрированные растворы NН4NО3, чтобы в дальнейшем

упростить и удешевить стадию выпаривания раствора до состояния безводного плава.
С целью более полного выделения воды АК и ГА предварительно подогревают. При одинаковой концентрации АК с повышением температуры на 10 С концентрация раствора нитрата аммония повышается на 1 %. При подогревании аммиака увеличивается скорость его поступления в реакционную массу, улучшается перемешивание реагентов и ускоряется процесс нейтрализации, снижается возможность потери аммиака с отходящим соковым паром.
Если концентрация АК не выше 50 % получаются растворы АС концентрацией 82 – 85 %. Если концентрация АК выше (58 – 60 %) получаются растворы АС концентрацией 89 – 95 %.
Нейтрализация проводится на одном или двух параллельно работающих аппаратах ИТН при давлении близком к атмосферному (Ризб от 0,02 до 0,08 кгс/см2). Температура процесса от 148 до 165 оС.
Получается 89 – 94 %-й раствор АС. На выходе из аппарата ИТН раствор имеет некоторый избыток АК (от 2 до 7 г/л). Это необходимо для полноты поглощения ГА в реакционной зоне.

кислотостойкой стали 03Х18Н11, 12Х18Н10Т и титана. Производительность аппарата 30 т/ч.

1

– реакционный стакан;
2 – барботер аммиака (Ti);
3 – барботер азотной кислоты (Ti);
4 – диффузор;
5 – завихритель;
6 – промыватель (сепарационная зона);
7 – колпачковые тарелки (4 шт);
8 – сетчатый отбойник – брызгоуловитель

ИТН. Время пребывания реагентов в ней 0,5 – 1 с,

раствор АС нагревается за счёт тепла реакции и вскипает, поднимаясь вверх. Верхняя часть реакционного стакана заканчивается диффузором, обеспечивающим постепенное нарастание скорости на выходе, предотвращая возникновение гидроударов больших масс парожидкостной смеси. Завихрители сообщают паро-жидкостной смеси вращательное движение. При испарении кипящего раствора образуется соковый пар, содержащий помимо паров воды аэрозоли АС аммиака, кислоты.
Соковый пар поступает в сепарационную зону аппарата ИТН, состоящую из 4 тарелок и брызгоуловителя, где очищается от аэрозолей.
На 1-ю и 2-ю тарелки насосом подаётся 25 %-й раствор АС, концентрация HNO3 до 15 г/л. Раствор из промывных тарелок сливается в реакционную часть аппарата ИТН. Количеством подаваемого раствора АС регулируют температуру в реакционной зоне от 148 до 165 оС.
На 3-ю и 4-ю тарелки насосом подаётся конденсат сокового пара. Полученный после промывки раствор сливается в ёмкость. После охлаждения соковый пар с температурой до 110 оС частично направляется в межтрубное пространство подогревателя АК (поз. 2), а основная часть в промывной скруббер (поз. 18) для очистки от аммиака и аэрозоля АС.

– крышка.

Раствор АС с температурой 148 – 165 оС направляется в

донейтрализатор поз. 4. Туда же подаётся раствор АС с концентрацией от 88 до 94 % и температурой 148 – 155 оС из цеха по производству сложных удобрений. Донейтрализация избыточной кислотности (с 4 г/л до 2-1,5 г/л) проводится с помощью ГА. Не допускается понижение концентрации аммиака в полученном в растворе АС ниже 0,1 г/л.
Раствор АС вводят в нижнюю часть донейтрализатора. По центральной трубе в нижнюю часть подается ГА. Нейтрализация происходит в реакционной вставке. При нейтрализации за счет выделяющегося тепла образуется соковый пар. Парожидкостная эмульсия через верхние отверстия из реакционной вставки выходит в сепарационную часть; соковый пар отводится через воздушник под тарелку аппарата ИТН; нейтрализованный раствор переливается через выводной штуцер.
Один аппарат обеспечивает нейтрализацию более 60 м3/ч 88 – 92 % -го раствора АС.
В контрольном донейтрализаторе поз. 5 нейтрализуются проскоки кислого раствора из аппарата 4. Также используют ГА. После аппарата 5 раствор АС имеет избыточную щёлочность до 0,5 г/л по аммиаку.

– сливная труба; 5 – перелив; 6 – воздушник; 7 –

обогревающий змеевик Высота – 6350 мм; диаметр – 800 мм. Объем 3,2 м3 Материал стали: 03Х18Н11, 12Х18Н10Т

Донейтрализатор

% производится в выпарных аппаратах (ВА) поз.6 за счет тепла

конденсации насыщенного пара давлением 0,02 МПа и температурой не более 209 °С.
ВА имеет трубчатую часть, нижнюю часть и верхнюю сепарационную часть. Далее номера позиций по рисунку ВА.
В межтрубное пространство трубчатой части ВА подаётся пар с Р до 18 кгс/см2. Такой же пар подаётся в змеевики трёх концентрационных тарелок.
В нижнюю часть ВА вентилятором подаётся атмосферный воздух, нагретый паром до 175 – 200 оС, в подогревателе воздуха (поз. 7). Воздух проходит через концентрационные тарелки 5 и поступает в трубки 4 трубчатой части.
Горячий воздух в трубках контактирует с упариваемым раствором АС, который в виде плёнки «сползает» по трубкам 4 трубчатой части в нижнюю часть, где последовательно проходит концентрационные тарелки 5. На тарелках есть обогреваемые змеевики 6. Из раствора АС испаряется вода, и смесь воздуха с водяными парами (ПВС) поступает в сепарационную часть ВА. Там на двух ситчатых тарелках 2 ПВС очищается от аммиака и аэрозолей. Ситчатые тарелки орошаются паровым конденсатом. Затем ПВС идёт в промывочный скруббер (поз. 18 на ТС). Далее номера – по ТС.

межтрубном пространстве 1,6 МПа.
Поверхность теплопередачи трубчатой части F = 710

м2 ;
Змеевиков 3х тарелок массообменной части – 75 м2 ;
Число трубок – 721, длина трубок – 6 м.
Число тарелок массообменной части – 3; промывной части – 2.
Температура в аппарате не более 209 С.
Среда в аппарате – раствор АС,
в межтрубном пространстве – водяной пар.
Емкость аппарата 75,5 м3.
Диаметр греющей камеры 2800 мм.
Высота греющей камеры 3000 мм.
Высота аппарата 16000 мм.
Материал: сталь 08Х22Н6Т, 12Х18Н10Т

должен иметь концентрацию не менее 99,4 % и температуру 175

– 195 °С.
При высокой температуре плав частично разлагается на аммиак и АК и выходит закисленный. Для нейтрализации аммиаком плав поступает в гидрозатвор-нейтрализатор 9, затем через фильтр 10, в накопительный бак 11 и оттуда насосом 12 – в грануляторы (одним, двумя или тремя потоками).

Предназначен для равномерного разбрызгивания плава АС по заданной площади сечения грануляционной башни. Производительность 15 – 30 т/ч. Рабочая температура 185 °С, зона орошения 3 – 5 метров.

скрубберу;
3 – фартук; 4 – опорная лапа;
5 –

растяжка; 6 – корпус;
7 – окна для ввода воздуха;
8 – конус;
9 – лента из термостойкой резины;
10 – выгрузочная щель.

Высота башни – 69 м.
Габариты потолка 16 х 11 м,
материал 08Х22Н6Т.
Корпус башни 11 х 8 м,
Материал 08Х17Т.

брызгоулавливающие устройства;
4 – штуцер для ввода раствора селитры;
5 – воздуховод

с заслонкой;
6 –смотровое окно.

Материал: сталь 08Х22Н6Т.
Габариты блока – 13,8х2,7х12,5 м (состоит из 3-х секций)

магния, получаемый растворением магнезита в АК;
Нитраты кальция и

магния, получаемые разложением доломита;
Сульфат аммония или эквивалентные количества серной кислоты;
Смеси фосфорной и серной кислот (или их аммонийных солей);
Смеси борной кислоты, диаммонийфосфата и сульфата аммония;
Растворы апатита;
Добавки твердых нерастворимых веществ (глины, талька, вермикулита и др.)
Механизм действия добавок различен.
Нитрат магния способствует связыванию свободной воды плава вследствие образования кристаллогидрата Mg(NO3)2·6H2O. Он замедляет переход модификации II в III и обеспечивает метастабильный переход II в IV, что увеличивает прочность гранул.
Введение в плав нерастворимых веществ приводит к образованию гранул с мелкокристаллической структурой, повышенными плотностью и прочностью.

до 1575 т/сутки
Стадия нейтрализации
Концентрация HNO3 58 %
Температура HNO3 60-85 0С
Температура аммиака 180-195

0С
Температура в аппарате ИТН 148-165 0С
Избыточная кислотность в аппарате ИТН 2-5 г/л
Концентрация NH4NO3 89-91 %
Стадия нейтрализации (Р-4, Р-4А)
Избыточная щелочность (NH3) 0,1-0,5 г/л
Стадия получения плава
Температура плава в аппарате 175-195 0С
Концентрация NH4NO3 не менее 99,4 %
Остаточная влажность плава не более 0,2 %
Стадия нейтрализации (Р-13)
Избыточная щелочность (NH3) 0,08-0,35 г/л
Стадия охлаждения гранул аммиачной селитры
Температура гранул не более 55 0С
Влажность гранул не более 0,3 %

и концентрации HNO3
Зависимость энтальпии раствора амселитры от числа моль Н2О

на моль NH4NO3 и концентрации NH4NO3