Реферат: Производство азотных удобрений
Разложение ускоряется в присутствии минеральных кислот и органических веществ. На этом основано использование нитрата аммония в качестве компонента аммонийно-селитровых взрывчатых веществ – аммонитов (смеси с органическими веществами), аммотолов (смеси со взрывчатыми веществами) и аммоналов (смеси, содержащие аллюминий).
Нитрат аммония является безбалластным азотным удобрением и содержит 34,8% азота, из них 17,4% - в аммиачной (NH4 + ) и 17,4% - в нитратной (NO3 - ) форме. Поэтому стоимость транспортировки содержащегося в нем азота значительно ниже, чем при перевозке других балластных удобрений (например, сульфата аммония).
1.2.2 Физико-химические основы процесса синтеза
Производство нитрата аммония основано на реакции нейтрализации азотной кислоты газообразным аммиаком с последующим упариванием полученного раствора нитрата аммония.
Нейтрализация. Нейтрализация азотной кислоты аммиаком – это необратимый гетерогенный процесс хемосорбции, протекающий с выделением тепла по уравнению
HNO3 + NH3 = NH4 NO3 – DH.
Реакция идет в диффузионной области, и ее скорость лимитируется диффузией аммиака из газа к поверхности жидкости. Количество тепла, выделяющегося при нейтрализации, складывается из теплового эффекта реакции и теплоты растворения образовавшегося нитрата аммония в воде:
Qå = Q1 – (Q2 + Q3 ),
| где | Q1 | – | тепловой эффект реакции нейтрализации 100% азотной кислоты с образованием твердого нитрата аммония; |
| Q2 | – | теплота разбавления азотной кислоты; | |
| Q3 | – | теплота растворения нитрата аммония. |
Таким образом, тепловой эффект процесса зависит от концентрации азотной кислоты, взятой для нейтрализации.
Подогрев компонентов (азотной кислоты и газообразного аммиака) улучшает перемешивание системы, ускоряет процесс нейтрализации и повышает концентрацию раствора нитрата аммония.
Упаривание раствора нитрата аммония. В результате нейтрализации образуется водный раствор нитрата аммония. При этом за счет теплового эффекта реакции нейтрализации часть воды испаряется в виде сокового пара. Интенсивность испарения зависит от величины теплового эффекта и температуры процесса. Поэтому концентрация образующегося раствора определяется как концентрацией азотной кислоты, так и температурой.
С ростом концентрации азотной кислоты возрастает концентрация образующегося раствора нитрата аммония и увеличивается масса выделяющегося сокового пара.
Для испарения воды и концентрирования раствора нитрата аммония можно использовать как внешнее тепло, подводимое к системе, так и теплоту нейтрализации, выделяющуюся в самом процессе (рис. 1.1.).
Qподв
H2 O(пар) NH4 NO3 + H2 O NH4 NO3
DH реакц
Рисунок 1.1 - Использование тепла при упаривании раствора
Использование теплоты нейтрализации для упаривания раствора позволяет:
- снизить затрату внешнего тепла;
- обеспечить за счет отвода тепла из системы оптимальный температурный режим процесса нейтрализации и избежать опасных перегревов;
- исключить применение сложных охладительных устройств.
При использовании азотной кислоты концентрацией 60 – 61 % и температуре процесса около 70ºС оказывается возможным за счет использования теплоты нейтрализации выпарить основную массу воды, вводимой с азотной кислотой, и получить высококонцентрированный раствор и даже плав нитрата аммония.
В соответствии с принципом использования тепла все существующие варианты технологического процесса производства нитрата аммония делятся на две группы:
1 Без упаривания раствора . Концентрирование раствора осуществляется исключительно за счет теплоты нейтрализации азотной кислоты концентрацией 61%. При этом образуется 96% плав нитрата аммония:
Q = DH; Qподв = 0.
2 С упариванием раствора . Концентрирование раствора осуществляется как за счет частичного использования теплоты нейтрализации, так и за счет подводимого извне тепла:
Q = DH + Qподв .
При этом в зависимости от концентрации азотной кислоты последующее упаривание раствора нитрата аммония может производиться:
- при 18% кислоте в 1-й ступени;