Proceso tecnológico para la producción de nitrato de amonio. Revisión de las tecnologías de producción de nitrato de amonio Bajo un microscopio, los poros y grietas son claramente visibles en la superficie de los gránulos de nitrato de amonio. La mayor porosidad del granulado de nitrato tiene un efecto muy negativo.

15.08.2023

Agencia Federal para la Educación

CÁLCULO Y NOTA ACLARATORIA

Para trabajos de curso sobre tecnología química general sobre el tema:

“Producción de nitrato de amonio. Cálculo de un neutralizador con una productividad de G=10 t/hora NH 4 NO 3

Terminado:
estudiante gr. ХН-091
Artemenko A.A.
Comprobado:
Ushakov A.G.

Kémerovo 2012

Introducción 4
1.Estudio de viabilidad del método elegido 7
2.Diagrama de flujo para la producción de nitrato de amonio 12
3. Cálculo de balances de materia y calor de neutralización.
ácido nítrico con amoniaco 17
3.1.Balance de materiales 17
3.2 Balance de calor 20
4. Selección de tamaños de dispositivos de contacto 21
Conclusión 22
Referencias 23

Introducción

Los fertilizantes minerales se utilizan ampliamente tanto en la agricultura como en diversos campos de la industria. A diferencia del mercado mundial, el consumo industrial de fertilizantes nitrogenados es el principal en el mercado interno.
El tipo más importante de fertilizantes minerales son los fertilizantes nitrogenados: nitrato de amonio, urea, sulfato de amonio y soluciones acuosas de amoníaco.
El nitrato de amonio, o nitrato de amonio, NH 4 NO 3 es una sustancia cristalina blanca que contiene un 35% de nitrógeno en forma de amonio y nitrato, ambas formas son fácilmente absorbidas por las plantas.
Los principales consumidores de nitrato de amonio son las siguientes industrias:
- Agricultura;
- producción de fertilizantes minerales complejos;
- complejo minero (producción propia de explosivos);
- industria del carbón (producción propia de explosivos);
- producción de explosivos;
- industria de construccion;
El nitrato de amonio tiene acidez potencial o fisiológica. Esta acidez se produce en el suelo, por un lado, como resultado de un consumo más rápido de iones (NH 4 +) por las plantas y, en consecuencia, de la acumulación de residuos ácidos (iones NO 3) en el suelo y, por otro lado. , como resultado de la oxidación del amoníaco en ácido nítrico por parte de los microorganismos nitrificantes del suelo. Con el uso prolongado de nitrato de amonio, la posible acidez de este fertilizante puede provocar cambios en la composición química del suelo, lo que en algunos casos provoca una disminución del rendimiento.

Cultivos agricolas.
El nitrato de amonio granulado se utiliza a gran escala antes de la siembra y para todo tipo de abonos. En menor escala, se utiliza para producir explosivos. El nitrato de amonio es muy soluble en agua y tiene una alta higroscopicidad (la capacidad de absorber la humedad del aire). Esto se debe al hecho de que los gránulos de fertilizante se esparcen, pierden su forma cristalina, se produce un apelmazamiento del fertilizante y el material a granel se convierte en
masa monolítica sólida. El nitrato de amonio tiene una serie de ventajas sobre otros fertilizantes nitrogenados, ya que contiene un 34% de nitrógeno y en esta proporción solo es superado por la urea.
Además, el nitrato de amonio contiene formas de nitrógeno tanto de amonio como de nitrato, que las plantas utilizan durante diferentes períodos de crecimiento, lo que aumenta positivamente el rendimiento de casi todos los cultivos agrícolas.
Las industrias que utilizan nitrato de amonio como materia prima para la producción de explosivos constituyen el segundo segmento de consumo en el mercado interno, después de la agricultura. Amoníaco-
Los explosivos de salitre son un gran grupo de explosivos.
Suelen clasificarse como explosivos de baja potencia y alto poder (en equivalente de TNT, un 25% más débiles que el TNT). Sin embargo, esto no es del todo cierto. En términos de brisancia, los explosivos de nitrato de amonio suelen tener un bajo contenido de

Son inferiores al TNT, pero en términos de alta explosividad superan al TNT, algunos de ellos de manera bastante significativa. Los explosivos de nitrato de amonio se utilizan en mayor medida en la economía nacional y en menor medida en asuntos militares. La razón de este uso es el coste significativamente menor de los explosivos de nitrato de amonio y su confiabilidad de uso significativamente menor. En primer lugar, esto se debe a la alta higroscopicidad de los explosivos de amoníaco, por lo tanto, cuando se humedecen en más del 3%, dichos explosivos pierden por completo su capacidad de explotar. Son susceptibles a apelmazarse, es decir. pierden su fluidez durante el almacenamiento, por lo que se vuelven completamente

O pierden parcialmente su capacidad explosiva.
Las razones más importantes del apelmazamiento son:
1. Mayor contenido de humedad en el producto terminado;
2.Heterogeneidad y baja resistencia mecánica de las partículas de salitre;
3.Cambio en las modificaciones cristalinas del nitrato de amonio.
El nitrato de amonio es un fuerte agente oxidante. Reacciona violentamente con soluciones de algunas sustancias, incluso hasta el punto de explotar (nitrito de sodio), es insensible a los golpes, la fricción, los impactos y permanece estable ante el impacto de chispas de diversa intensidad. Es capaz de explotar sólo bajo la influencia de un detonador fuerte o durante la descomposición térmica. El salitre no es un producto inflamable. La combustión está sustentada únicamente por óxido nítrico. Por tanto, una de las condiciones para la producción de nitrato de amonio es la pureza de sus soluciones iniciales y del producto terminado.

2.Diagrama de flujo para la producción de nitrato de amonio.

El proceso de producción de nitrato de amonio consta de las siguientes etapas principales:
1. Neutralización del ácido nítrico con gas amoniaco;
2. Evaporación de soluciones de nitrato de amonio hasta estado fundido;
3. Cristalización de sal a partir de masa fundida;
4. Sal secante o refrescante;
5.Embalaje.
Para obtener nitrato de amonio casi no aglutinante, se utilizan varios métodos tecnológicos. El proceso de producción de nitrato de amonio se basa en una reacción heterogénea entre amoníaco gaseoso y una solución de ácido nítrico:
NH3 + HNO3 = NH4NO3 (2)
?H = -144,9 kJ
El efecto térmico de la reacción durante la interacción del 100% de sustancias de partida es de 35,46 kcal/mol.

La reacción química ocurre a alta velocidad; en un reactor industrial está limitado por la disolución del gas en el líquido. Para reducir la inhibición de la difusión, es de gran importancia agitar los reactivos. Durante el desarrollo del diseño del aparato se pueden garantizar en gran medida unas condiciones intensas para la realización del proceso. La reacción (1) se lleva a cabo en un aparato ITN que funciona continuamente (uso de calor de neutralización) (Fig. 2.1).

Fig.2.1. Aparato ITN

El reactor es un aparato cilíndrico vertical que consta de zonas de reacción y separación. En la zona de reacción hay un vaso 1, en cuya parte inferior hay orificios para la circulación de la solución. Un poco por encima de los orificios dentro del vidrio hay un burbujeador 2 para suministrar gas amoníaco, encima hay un burbujeador 3 para suministrar ácido nítrico. La mezcla de vapor-líquido de reacción sale por la parte superior del vidrio de reacción; parte de la solución se retira del aparato ITN y ingresa al neutralizador final, y el resto (circulación) vuelve a bajar. El vapor de jugo liberado de la mezcla de vapor y líquido se lava en las placas de tapa 6 de las salpicaduras de solución de nitrato de amonio y vapor de ácido nítrico con una solución de nitrato al 20% y luego con condensado de vapor de jugo.
El calor de reacción (1) se utiliza para evaporar parcialmente el agua de la mezcla de reacción (de ahí el nombre del aparato - ITN). La diferencia de temperaturas en diferentes partes del aparato conduce a una circulación más intensa de la mezcla de reacción.

El proceso tecnológico para la producción de nitrato de amonio incluye, además de las etapas de neutralización del ácido nítrico con amoníaco, también las etapas de evaporación de la solución de nitrato, granulación de la masa fundida, enfriamiento de los gránulos, tratamiento de los gránulos con tensioactivos. , envasado, almacenamiento y carga de nitrato, depuración de emisiones de gases y aguas residuales.
La Figura 2.2 muestra un diagrama de una moderna unidad a gran escala para la producción de nitrato de amonio AS-72 con una capacidad de 1360 toneladas/día. El ácido nítrico inicial al 58-60% se calienta en el calentador 1 a 70-80°C con vapor de jugo del aparato ITN 3 y se suministra para neutralización. Antes del aparato 3, se añaden ácidos fosfórico y sulfúrico al ácido nítrico en cantidades tales que el producto terminado contenga entre 0,3 y 0,5% de P 2 O 5 y entre 0,05 y 0,2% de sulfato de amonio.
La unidad contiene dos dispositivos ITN que funcionan en paralelo. Además del ácido nítrico, se les suministra gas amoníaco, después
calentado en el calentador 2 mediante vapor condensado a 120-130 °C. Las cantidades de ácido nítrico y amoniaco suministrados se regulan de modo que a la salida del aparato ITN la solución tenga un ligero exceso de ácido (2-5 g/l), asegurando la completa absorción del amoniaco.

Fig.2.2 Esquema de la unidad de nitrato de amonio AS-72
En la parte inferior del aparato se produce una reacción de neutralización a una temperatura de 155-170 ° C; esto produce una solución concentrada que contiene 91-92 % de NH 4 NO 3 . En la parte superior del aparato se elimina mediante lavado vapor de agua (el llamado vapor de jugo) de las salpicaduras de nitrato de amonio y vapor de ácido nítrico. Parte del calor del vapor del jugo se utiliza para calentar el ácido nítrico. Luego, el vapor del jugo se envía para su purificación y se libera a la atmósfera. La solución de nitrato de amonio que sale del neutralizador tiene una reacción ligeramente ácida o ligeramente alcalina.
La solución ácida de nitrato de amonio se envía al neutralizador 4; donde se suministra amoniaco, necesario para reaccionar con el ácido nítrico restante. Luego, la solución se introduce en el evaporador 5. La masa fundida resultante, que contiene entre 99,7 y 99,8% de nitrato, pasa a través de un filtro 21 a 175 °C y se alimenta mediante una bomba centrífuga sumergible 20 a un tanque de presión 6 y luego a un recipiente rectangular. torre de granulación de metal 16.
En la parte superior de la torre se encuentran los granuladores 7 y 8, a cuya parte inferior se suministra aire, enfriando las gotas de nitrato que caen desde arriba. Cuando caen gotas de nitrato desde una altura de 50 a 55 m y el aire fluye a su alrededor, se forman gránulos de fertilizante. Temperatura del gránulo a

La salida de la torre es de 90-110?C; Los gránulos calientes se enfrían en un aparato de lecho fluidizado 15. Se trata de un aparato rectangular que tiene tres secciones y está equipado con una rejilla con orificios. Los ventiladores suministran aire debajo de la rejilla; en este caso se crea una capa fluidizada de gránulos de nitrato que llega a través de un transportador desde la torre de granulación. Después del enfriamiento, el aire ingresa a la torre de granulación.
Los gránulos de nitrato de amonio se introducen mediante el transportador 14 para su tratamiento con tensioactivos en un tambor giratorio 11. Luego, el fertilizante terminado se envía mediante el transportador 12 al embalaje.
El aire que sale de la torre de granulación está contaminado con partículas de nitrato de amonio, y el vapor de jugo del neutralizador y la mezcla de vapor y aire del evaporador contienen amoníaco sin reaccionar y

Ácido nítrico, así como partículas de nitrato de amonio arrastrado. Para éstos
Hay seis arroyos en la torre superior de la torre de granulación.
depuradores de lavado de funcionamiento paralelo del tipo de placa 10, irrigados con una solución de nitrato de amonio al 20-30%, que es suministrada por la bomba 18 desde la colección 17. Parte de esta solución se descarga en el neutralizador ITN para lavar el vapor de jugo, y luego se mezcla con nitrato de amonio y, por lo tanto, se utiliza para producir productos. El aire purificado es aspirado por el ventilador 9 de la torre de granulación y liberado a la atmósfera.

3. Cálculo del balance material y térmico de la neutralización del ácido nítrico con amoníaco.

3.1 Balance de materiales

Datos iniciales
La concentración del ácido nítrico inicial es 50% HNO 3;
Concentración de amoniaco 100% NH3;
La concentración de la solución resultante es 70% NH 4 NO 3;
Capacidad de instalación G=10 t/hora
La producción de nitrato de amonio se basa en la siguiente reacción:

NH3 + HNO3 = NH4NO3
M(NH3)=17g/mol
M(NH4NO3) = 80 g/mol
1. Determine la cantidad de amoníaco 100% reaccionado:
m(NH 3)=17*10000/80=2125 kg/hora
M(HNO3) = 63 g/mol
2. Determine la cantidad de ácido nítrico al 100% que reaccionó:
m(HNO 3)=63*10000/80=7875 kg/hora
Entonces la cantidad de ácido nítrico al 50% que reacciona es:
m(HNO 3) = 7875/0,5 = 15750 kg/hora
Encuentre la cantidad total de reactivos que ingresan al neutralizador:
3. Cantidad de solución de nitrato de amonio al 70%:
m(NH 4 NO 3)= 10000/0,7=14285,7 kg/hora
4.Cantidad de agua evaporada durante la neutralización:
m(H 2 O)= 2125 +15750 – 14285,7=3589,3 kg/hora
Consumo de NH 3 + consumo de HNO 3 = Cantidad de NH 4 NO 3 + vapor de jugo

2125 +15750 = 14285,7+3589,3
17875kg/hora=17875kg/hora

Resumimos los resultados del cálculo en la tabla:

tabla 1
Balance de materiales

3.2 Balance de calor

Datos iniciales.
El punto de ebullición del nitrato de amonio es de 120°C.

La presión en el neutralizador es 117,68 kPa.
Capacidades caloríficas:

A 30?: C НNO3 = 2,763 kJ/(m 3 ·? С);
A 50 ?C: NH3 = 2,185 kJ/ (m 3 ·? C);
A 123,6?C:C NH4NO3 =2,303 kJ/ (m 3 ·?C);

Solución.
q llegada =Q consumo
Llegada del calor:
1. Calor introducido por el ácido nítrico:
Q1 = 15907,5 * 2,763 * 30 = 1318572 kJ = 1318,572 MJ;
2.Calor suministrado por gas amoniaco:
Q2 = 2146,25 * 2,185 * 50 = 234478 kJ = 234,478 MJ;
Durante la producción de nitrato de amonio se libera calor, que se puede determinar gráficamente con bastante precisión. Para ácido nítrico al 50% Q=105,09 kJ/mol.
3. Durante la neutralización se libera:
Q3 = (105,09* 1000 * 10000)/80 = 13136250 kJ = 13136,25 MJ;
Ingresos totales:
q llegada = Q 1 + Q 2 + Q 3 = 1318572+234478 +13136250 = 14689300 kJ.
Consumo de calor:
1. La solución de nitrato de amonio elimina:
Q 1 " = 14285,7 * 2,303 * t hervir;

A una presión de 117,68 kPa, la temperatura del vapor de agua saturado es de 103 °C.
El punto de ebullición del agua es de 100°C.
La depresión de temperatura es igual a:
?t = 120 – 100 = 20 ?С;
Determinemos el punto de ebullición de una solución de nitrato de amonio al 70%:
t hervir = 103 + 20 * 1,03 = 123,6 °C;
Q 1 " = 14285,7 * 2,303 * 123,6 = 4066436 kJ = 4066,436 MJ.
2. Calor gastado en la evaporación del agua:
Q 2 "= 3589,3 * 2379,9 = 8542175 kJ = 8542,175 MJ.
3. Pérdida de calor:
Q pérdidas =Q entrantes. -Q contras. = 14689300-8542175-4066436= 2080689kJ=2080.689MJ.
Consumo total:
Q exp. = Q 1 "+ Q 2 "+ Q pérdidas = 4066436 + 8542175 + 2080689 = 14689300 kJ.

Resumimos los resultados del cálculo en la tabla:

Tabla 2
Balance de calor

Próximo			Consumo
Artículo	kJ	%	Artículo	kJ	%
Pregunta 1	1318572	8,98	Q 1"	4066436	27,7
Pregunta 2	234478	1,62	Q2"	8542175	58,1
Pregunta 3	13136250	89,4	Pérdidas Q	2080689	14,2
Total:	14689300	100,00	Total:	14689300	100,00

1.Estudio de viabilidad del método elegido

Los métodos más comunes para producir nitrato de amonio se basan en la reacción de neutralización del ácido nítrico con amoníaco.
La interacción química del gas amoniaco y las soluciones de ácido nítrico se produce a alta velocidad, pero está limitada por la transferencia de masa y las condiciones hidrodinámicas. Por tanto, la intensidad de la mezcla de reactivos es de gran importancia; que depende principalmente de la relación entre las velocidades de movimiento del ácido nítrico y del amoníaco en el reactor. El contacto más cercano de los reactivos se logra si la velocidad lineal del gas amoníaco excede la velocidad lineal de la solución de ácido nítrico en no más de 15 veces.
El proceso de neutralización se produce con la liberación de calor. En condiciones de producción se utiliza ácido nítrico con una concentración del 45-60%, cuanto mayor es la concentración de ácido nítrico utilizada, menor es el calor de su dilución y mayor es el efecto térmico de neutralización de las soluciones de ácido nítrico con amoníaco.
¿Cantidad total de calor Q? liberado como resultado de la reacción de neutralización de soluciones de ácido nítrico con gas amoníaco está determinado por la ecuación:
P? =Q reaccionar. -(q 1 -q 2) (1)
Son posibles los siguientes esquemas fundamentalmente diferentes para producir nitrato de amonio utilizando calor de neutralización:
- instalaciones que funcionan a presión atmosférica (exceso de presión del vapor de jugo 0,15-0,2 at);
- instalaciones con evaporador al vacío;
- instalaciones a presión de un solo uso
calor del vapor del jugo;

Instalaciones que funcionan a presión, utilizando doble calor procedente del vapor de zumo (produciendo masa fundida concentrada).
El más extendido en Rusia es el esquema de neutralización bajo presión atmosférica, que se muestra en la Figura 3.

Arroz. 1.1 Esquema de neutralización del ácido nítrico a presión atmosférica:
1 – depósito de ácido nítrico; 2 – calentador de amoníaco; 3 – separador de amoníaco líquido, 4 – aparato de bomba de calor; 5 – trampa de lavado de vapor de jugo; 6 – evaporador al vacío etapa I; 7 – neutralizador completo.
En los años 1967-1970, se desarrolló un esquema tecnológico y se completó un proyecto para una unidad AC-67 de gran capacidad con una capacidad diaria promedio de 1400 toneladas.
Una característica especial de la unidad AC-67 es la colocación de todos los equipos tecnológicos principales (desde la etapa de neutralización hasta la etapa de producción de fusión) en la torre de granulación en cascada, sin operaciones intermedias de bombeo de soluciones de nitrato de amonio. Otra característica de la unidad AC-67 es que el aire no se aspira fuera de la torre, sino que se bombea a la torre desde abajo debajo de la rejilla del lecho fluidizado con un potente ventilador, es decir, la torre funciona bajo un soporte.
La colocación de todo el equipo tecnológico principal en la torre de granulación, como se señaló, simplificó el esquema debido a la negativa a bombear soluciones concentradas de nitrato. Al mismo tiempo, esta decisión generó ciertas complicaciones en los procesos constructivos y

Unidad de operación:
- el tronco de la torre soporta una gran carga, por lo que está hecho de hormigón armado con un revestimiento interior con ladrillos resistentes a los ácidos, lo que conlleva importantes costes de capital, mayor intensidad de mano de obra y duración de la construcción;
- la superestructura con equipamiento tecnológico está ubicada a gran altura, por lo que debe estar completamente cerrada, calentada y ventilada.
- la instalación del equipo sólo puede comenzar después de la construcción de la torre, lo que alarga el ciclo de los trabajos de construcción e instalación;
- la ubicación de los equipos en altura aumenta los requisitos para el funcionamiento de los equipos de elevación y transporte (ascensores);
- el funcionamiento de la torre bajo presión complica el mantenimiento del aparato de refrigeración del producto en lecho fluidizado integrado en la torre;

El uso de un dispositivo de refrigeración incorporado provoca un aumento del consumo de energía para suministrar aire a la torre.
Para eliminar las deficiencias del esquema AC-67 y mejorar la calidad del producto en el esquema AC-72, se adoptaron las siguientes soluciones técnicas:
- un aumento en la resistencia de los gránulos se logra como resultado de la influencia de tres factores: el uso de un aditivo de sulfato-fosfato, la obtención de gránulos más grandes, la regulación de la velocidad de enfriamiento de los gránulos, para lo cual se utiliza un aparato remoto seccionado con un se utilizó lecho fluidizado y suministro de aire separado para cada sección;
- el equipo se encuentra debajo en un estante separado; Se utiliza una bomba para bombear la masa fundida.
El esquema tecnológico para la producción de nitrato según el esquema AS-72 consta de las mismas etapas que según el esquema AS-67; Un paso adicional es el bombeo de nitrato de amonio fundido altamente concentrado a la parte superior de la torre de granulación.

No existen diferencias fundamentales en el proceso tecnológico en las etapas de neutralización y evaporación en el esquema AC-72 en comparación con el AC-67. La diferencia es el calentamiento del ácido nítrico en dos calentadores individualmente para cada aparato de bomba de calor, lo que permitió instalar reguladores de flujo automáticos en la línea de suministro de ácido nítrico para calefacción. Y otra diferencia característica es la instalación de un solo neutralizador más potente, en lugar de dos.
Las crecientes exigencias en materia de protección del medio ambiente han puesto en la agenda una reducción significativa de la emisión de partículas de aerosol de nitrato de amonio y amoníaco a la atmósfera. Un mayor grado de purificación de estas emisiones es la principal característica distintiva de las unidades AS-72M modernizadas.

En la producción moderna de nitrato de amonio, el consumo específico de materias primas es casi teórico. Por tanto, no existe una diferencia significativa en el coste del producto obtenido en las unidades de gran tamaño AS-67, AS-72 y AS-72M.
La diferencia en los indicadores técnicos y económicos según esquemas específicos radica principalmente en el ámbito del consumo de recursos energéticos: vapor, electricidad, agua reciclada. El consumo de vapor está determinado por la concentración inicial de ácido nítrico, el grado de aprovechamiento del calor del vapor de jugo obtenido en la etapa de neutralización.
El consumo de electricidad en la producción de nitrato de amonio no es elevado en términos absolutos. Pero puede variar según el método utilizado para enfriar el producto (directamente en la torre durante el vuelo de los gránulos,
en dispositivos con lecho fluidizado, en tambores giratorios), sobre métodos de purificación de aire, elección
En la industria, se utiliza principalmente la unidad AC-72, donde, como resultado del uso de granuladores monodispersos, se garantiza una composición granulométrica uniforme, se reduce el contenido de pequeños gránulos y se reduce la velocidad del aire a lo largo de la sección transversal de la torre. se reduce, es decir más favorable

Condiciones para reducir el arrastre de polvo desde la torre y reducir la carga en la fregadora de lavado.

Lista de literatura usada

1. Cálculos de procesos tecnológicos químicos. Bajo la dirección general del prof. Mukhlenova I.P. L., “Química”, 1976. –304 p.
2.http://www.xumuk.ru//
3. Klevke, V.A., “Tecnología de los fertilizantes nitrogenados”, M., Goskhimizdat, 1963.
4. Tecnología química general: la producción química más importante / I.P. Mukhlenov. - 4ª ed. - M.: Escuela superior, 1984. - 263 p.
5. Procesos y aparatos básicos de tecnología química: Manual de diseño. Editado por Yu.I. Dytnersky, 2ª ed., M.: Chemistry, 1991.-496 p.
6. Miniovich M. A. Producción de nitrato de amonio. M. “Química”, 1974. – 240 p.

Conclusión

En este trabajo de curso estudiamos la producción de nitrato de amonio y el esquema tecnológico básico, justificamos la elección de los equipos principales y auxiliares en la producción de nitrato de amonio y calculamos los balances de material y calor de la etapa de neutralización.
Examinamos las propiedades físicas y químicas del nitrato de amonio. Dado que el nitrato de amonio tiene propiedades tales como apelmazamiento e higroscopicidad, es necesario tomar las siguientes medidas: para reducir el apelmazamiento, use aditivos en polvo que pulverizan las partículas de sal. Algunos de los aditivos reducen la superficie activa de las partículas, otros tienen propiedades de adsorción. Agregue cantidades muy pequeñas de colorantes a las sales apelmazantes y enfríe el nitrato de amonio antes de envasarlo. Para reducir la higroscopicidad, es necesario granular el salitre. Los gránulos tienen una superficie específica más pequeña que la sal cristalina fina, por lo que se humedecen más lentamente.
El nitrato de amonio es el fertilizante nitrogenado más importante y extendido utilizado en la agricultura. Por tanto, es necesario cumplir con las condiciones de almacenamiento del nitrato de amonio y crear nuevas soluciones tecnológicas.

4.Selección de tamaños de dispositivos de contacto.

Determinamos el volumen del aparato utilizando el calor de neutralización:

Tiempo de contacto, hora;

M es la productividad del aparato, m 3 /hora.

G=10000 kg/hora=36000000 kg/seg.

Nitrato de amonio = 1725 kg/m 3

METRO= G/? nitrato de amonio

M=36000000 kg/seg: 1725 kg/m 3 = 20869,5 m 3 /seg

V= 1 seg·20869,5 m 3 /seg=20869,5 m 3

Institución educativa estatal
educación profesional superior
"Universidad Técnica Estatal de Kuzbass"

Departamento de Tecnología Química de Combustibles Sólidos y Ecología

YO APROBÉ
fecha

Cabeza departamento_______________
(firma)

Alumno

1. Tema del proyecto

5. Consultores del proyecto (indicando los apartados del proyecto relacionados con ellos)

2. ______________________________ _____________________
Fecha de asignación _____________
Supervisor ________________________
(firma)
7. Literatura básica y materiales recomendados.
______________________________ ______________________________ ______________________________ ______________________________ ______________________________ _________________
La tarea fue aceptada para ejecución (fecha) _________________

Agencia Federal para la Educación

Institución educativa estatal
educación profesional superior
"Universidad Técnica Estatal de Kuzbass"

Departamento de Tecnología Química de Combustibles Sólidos y Ecología

YO APROBÉ
fecha

Cabeza departamento_______________
(firma)
Tarea de diseño del curso

Alumno

1. Tema del proyecto
______________________________ _____________________

Aprobado por orden de la universidad de
2. Fecha límite para que el estudiante presente el proyecto completado
3. Datos iniciales del proyecto
______________________________ ______________________

4. Volumen y contenido de la nota explicativa (temas principales de las partes general y especial) y material gráfico.
______________________________ ______________________________ ______________________________ ______________________________
5. Consultores del proyecto (indicando los apartados del proyecto relacionados con ellos)
1. ______________________________ _____________________
2. ______________________________ _____________________ Fecha de asignación _____________ Gerente ________________________ (firma) 7. Literatura básica y materiales recomendados ________________________________ ____________________________ ____________________________ ____________________________ ____________________________ _________________ Acepta la tarea para su ejecución (fecha) _________________

Ministerio de Educación y Ciencia de la Federación de Rusia

Institución educativa estatal

Educación profesional superior

"Universidad Técnica Estatal de Tver"

Departamento de TPM

Trabajo del curso

en la disciplina: “Tecnología química general”

Producción de nitrato de amonio.

Contenido

Introducción

1. Propiedades físico-químicas del nitrato de amonio

2. Métodos de producción

3. Las principales etapas de producción de nitrato de amonio a partir de amoníaco y ácido nítrico.

3.1 Preparación de soluciones de nitrato de amonio.

3.1.1 Conceptos básicos del proceso de neutralización

3.1.2 Características de las instalaciones de neutralización

3. 1 5 Equipo principal

4. Cálculos de materiales y energía.

5. Cálculo termodinámico

6. Reciclado y neutralización de residuos en la producción de nitrato de amonio

Conclusión

Lista de fuentes utilizadas

Apéndice A

Introducción

En la naturaleza y en la vida humana, el nitrógeno es extremadamente importante. Forma parte de compuestos proteicos (16-18%), que son la base del mundo vegetal y animal. Una persona consume de 80 a 100 g de proteína al día, lo que corresponde a 12 a 17 g de nitrógeno.

Para el desarrollo normal de las plantas se requieren muchos elementos químicos. Los principales son el carbono, oxígeno, hidrógeno, nitrógeno, fósforo, magnesio, azufre, calcio, potasio y hierro. Los tres primeros elementos de una planta se obtienen del aire y del agua, el resto se extrae del suelo.

El nitrógeno juega un papel especialmente importante en la nutrición mineral de las plantas, aunque su contenido medio en masa vegetal no supera el 1,5%. Sin nitrógeno, ninguna planta puede vivir ni desarrollarse normalmente.

El nitrógeno es un componente no solo de las proteínas vegetales, sino también de la clorofila, con la ayuda de la cual las plantas, bajo la influencia de la energía solar, absorben carbono del dióxido de carbono CO2 de la atmósfera.

Los compuestos de nitrógeno natural se forman como resultado de procesos químicos de descomposición de residuos orgánicos, durante las descargas de rayos, así como bioquímicamente como resultado de la actividad de bacterias especiales: Azotobacter, que absorben directamente el nitrógeno del aire. La misma capacidad la poseen las bacterias nódulos que viven en las raíces de las leguminosas (guisantes, alfalfa, judías, trébol, etc.).

Anualmente se elimina del suelo una cantidad significativa de nitrógeno y otros nutrientes necesarios para el desarrollo de los cultivos agrícolas con la cosecha resultante. Además, algunos nutrientes se pierden como resultado de su lixiviación por las aguas subterráneas y de lluvia. Por lo tanto, para evitar una disminución del rendimiento y el agotamiento del suelo, es necesario reponerlo con nutrientes mediante la aplicación de varios tipos de fertilizantes.

Se sabe que casi todos los fertilizantes tienen acidez o alcalinidad fisiológica. Dependiendo de ello, puede tener un efecto acidificante o alcalinizante del suelo, lo que se tiene en cuenta a la hora de utilizarlo para determinados cultivos agrícolas.

Los fertilizantes, cuyos cationes alcalinos son extraídos más rápidamente del suelo por las plantas, provocan acidificación; Las plantas que consumen aniones ácidos de los fertilizantes contribuyen más rápidamente a la alcalinización del suelo.

Los fertilizantes nitrogenados que contienen el catión amonio NH4 (nitrato de amonio, sulfato de amonio) y el grupo amida NH2 (urea) acidifican el suelo. El efecto acidificante del nitrato de amonio es más débil que el del sulfato de amonio.

Dependiendo de la naturaleza del suelo, las condiciones climáticas y de otro tipo, se requieren diferentes cantidades de nitrógeno para diferentes cultivos.

El nitrato de amonio (nitrato de amonio o nitrato de amonio) ocupa un lugar importante en la gama de fertilizantes nitrogenados, cuya producción mundial asciende a millones de toneladas por año.

Actualmente, aproximadamente el 50% de los fertilizantes nitrogenados utilizados en la agricultura en nuestro país son nitrato de amonio.

El nitrato de amonio tiene una serie de ventajas sobre otros fertilizantes nitrogenados. Contiene entre un 34 y un 34,5% de nitrógeno y, en este sentido, sólo es superado por la urea CO(NH2) 2, que contiene un 46% de nitrógeno. Otros fertilizantes que contienen nitrógeno y que contienen nitrógeno tienen significativamente menos nitrógeno (el contenido de nitrógeno se expresa en términos de materia seca):

Tabla 1 - Contenido de nitrógeno en compuestos

El nitrato de amonio es un fertilizante nitrogenado universal, ya que contiene simultáneamente formas de nitrógeno amonio y nitrato. Es eficaz en todas las zonas, para casi todos los cultivos.

Es muy importante que las plantas utilicen las formas nitrogenadas del nitrato de amonio en diferentes momentos. El nitrógeno amónico, que participa directamente en la síntesis de proteínas, es rápidamente absorbido por las plantas durante el período de crecimiento; El nitrógeno nitrato se absorbe relativamente lentamente, por lo que dura más. También se ha establecido que las plantas pueden utilizar la forma amoniacal del nitrógeno sin oxidación previa.

Estas propiedades del nitrato de amonio tienen un efecto muy positivo en el aumento del rendimiento de casi todos los cultivos agrícolas.

El nitrato de amonio forma parte de un gran grupo de explosivos estables. Para las operaciones de voladura se utilizan explosivos a base de nitrato de amonio y nitrato de amonio, puro o tratado con determinados aditivos.

Se utiliza una pequeña cantidad de salitre para producir óxido nitroso, utilizado en medicina.

Además de aumentar el volumen de producción de nitrato de amonio mediante la modernización de las instalaciones de producción existentes y la construcción de otras nuevas, se están tomando medidas para mejorar aún más la calidad del producto terminado (obtener un producto 100% friable y conservar los gránulos después de un almacenamiento prolongado del producto). ).

1. Propiedades físico-químicas del nitrato de amonio

En su forma pura, el nitrato de amonio es una sustancia cristalina de color blanco que contiene un 35% de nitrógeno, un 60% de oxígeno y un 5% de hidrógeno. El producto técnico es de color blanco con un tinte amarillento y contiene al menos un 34,2% de nitrógeno.

El nitrato de amonio es un fuerte agente oxidante para varios compuestos orgánicos e inorgánicos. Reacciona violentamente con las masas fundidas de algunas sustancias, incluso hasta el punto de explotar (por ejemplo, con el nitrito de sodio NaNO2).

Si se pasa amoníaco gaseoso sobre nitrato de amonio sólido, se forma rápidamente un líquido muy móvil: amoníaco 2NH4NO3*2Np o NH4NO3*3Np.

El nitrato de amonio es muy soluble en agua, alcoholes etílicos y metílicos, piridina, acetona y amoníaco líquido. Al aumentar la temperatura, la solubilidad del nitrato de amonio aumenta significativamente.

Cuando el nitrato de amonio se disuelve en agua, se absorbe una gran cantidad de calor. Por ejemplo, cuando 1 mol de NH4NO3 cristalino se disuelve en 220-400 moles de agua y una temperatura de 10-15 °C, se absorben 6,4 kcal de calor.

El nitrato de amonio tiene la capacidad de sublimar. Cuando el nitrato de amonio se almacena en condiciones de temperatura y humedad elevadas, su volumen aproximadamente se duplica, lo que suele provocar la rotura del recipiente.

Bajo el microscopio, los poros y grietas son claramente visibles en la superficie de los gránulos de nitrato de amonio. La mayor porosidad de los gránulos de nitrato tiene un efecto muy negativo sobre las propiedades físicas del producto terminado.

El nitrato de amonio es muy higroscópico. Al aire libre, en una fina capa de salitre, rápidamente se humedece, pierde su forma cristalina y comienza a difuminarse. El grado en que la sal absorbe humedad del aire depende de su humedad y de la presión de vapor sobre una solución saturada de una sal determinada a una temperatura determinada.

El intercambio de humedad se produce entre el aire y la sal higroscópica. La humedad relativa del aire tiene una influencia decisiva en este proceso.

El nitrato de calcio y cal-amonio tiene una presión de vapor de agua relativamente baja sobre soluciones saturadas; a una determinada temperatura corresponden a la humedad relativa más baja. Estas son las sales más higroscópicas entre los fertilizantes nitrogenados anteriores. El sulfato de amonio es el menos higroscópico y el nitrato de potasio es casi completamente no higroscópico.

La humedad es absorbida sólo por una capa relativamente pequeña de sal inmediatamente adyacente al aire circundante. Sin embargo, incluso tal humectación del salitre deteriora en gran medida las propiedades físicas del producto terminado. La velocidad a la que el nitrato de amonio absorbe la humedad del aire aumenta drásticamente al aumentar la temperatura. Así, a 40 °C la tasa de absorción de humedad es 2,6 veces mayor que a 23 °C.

Se han propuesto muchos métodos para reducir la higroscopicidad del nitrato de amonio. Uno de esos métodos se basa en mezclar o fusionar nitrato de amonio con otra sal. Al elegir una segunda sal, proceda de la siguiente regla: para reducir la higroscopicidad, la presión del vapor de agua sobre una solución saturada de una mezcla de sales debe ser mayor que su presión sobre una solución saturada de nitrato de amonio puro.

Se ha establecido que la higroscopicidad de una mezcla de dos sales que tienen un ion común es mayor que la más higroscópica de ellas (la excepción son las mezclas o aleaciones de nitrato de amonio con sulfato de amonio y algunas otras). Mezclar nitrato de amonio con sustancias no higroscópicas pero insolubles en agua (por ejemplo, polvo de piedra caliza, roca fosfórica, fosfato dicálcico, etc.) no reduce su higroscopicidad. Numerosos experimentos han demostrado que todas las sales que tienen igual o mayor solubilidad en agua que el nitrato de amonio tienen la propiedad de aumentar su higroscopicidad.

Se deben agregar en grandes cantidades sales que puedan reducir la higroscopicidad del nitrato de amonio (por ejemplo, sulfato de potasio, cloruro de potasio, fosfato diamónico), lo que reduce drásticamente el contenido de nitrógeno en el producto.

La forma más eficaz de reducir la absorción de humedad del aire es recubrir las partículas de nitrato con películas protectoras de sustancias orgánicas que no sean humedecidas por el agua. La película protectora reduce la tasa de absorción de humedad de 3 a 5 veces y ayuda a mejorar las propiedades físicas del nitrato de amonio.

Una propiedad negativa del nitrato de amonio es su capacidad de apelmazarse, de perder su fluidez (desmenuzamiento) durante el almacenamiento. En este caso, el nitrato de amonio se convierte en una masa monolítica sólida, difícil de moler. El apelmazamiento del nitrato de amonio se debe a muchas razones.

Mayor contenido de humedad en el producto terminado. Las partículas de nitrato de amonio de cualquier forma siempre contienen humedad en forma de una solución saturada (madre). El contenido de NH4NO3 en dicha solución corresponde a la solubilidad de la sal a las temperaturas a las que se carga en el recipiente. A medida que el producto terminado se enfría, las aguas madres a menudo se sobresaturan. Con una mayor disminución de la temperatura, una gran cantidad de cristales con tamaños de 0,2 a 0,3 mm caen de la solución sobresaturada. Estos nuevos cristales cementan las partículas de nitrato previamente liberadas, haciendo que se conviertan en una masa densa.

Baja resistencia mecánica de las partículas de salitre. El nitrato de amonio se produce en forma de partículas redondas (gránulos), placas o pequeños cristales. Las partículas de nitrato de amonio granular tienen una superficie específica más pequeña y una forma más regular que las escamas y las finamente cristalinas, por lo que los gránulos se apelmazan menos. Sin embargo, durante el proceso de granulación se forma una cierta cantidad de partículas huecas que tienen una resistencia mecánica baja.

Al almacenarlos, los sacos con salitre granulado se colocan en pilas de 2,5 m de altura, bajo la presión de los sacos superiores, los gránulos menos duraderos se destruyen con la formación de partículas parecidas al polvo, que compactan la masa de salitre, aumentando su apelmazamiento. La práctica demuestra que la destrucción de partículas huecas en una capa de producto granular acelera drásticamente el proceso de apelmazamiento. Esto se observa incluso si, cuando se cargó en el recipiente, el producto se enfrió a 45 °C y la mayor parte de los gránulos tenía buena resistencia mecánica. Se ha demostrado que los gránulos huecos también se destruyen mediante la recristalización.

A medida que aumenta la temperatura ambiente, los gránulos de salitre pierden casi por completo su resistencia y dicho producto se apelmaza mucho.

Descomposición térmica del nitrato de amonio. Peligro de explosión. Resistente al fuego. Desde el punto de vista de la seguridad contra explosiones, el nitrato de amonio es relativamente poco sensible a los golpes, la fricción y los impactos y permanece estable cuando lo golpean chispas de diversa intensidad. Las mezclas de arena, vidrio y impurezas metálicas no aumentan la sensibilidad del nitrato de amonio al estrés mecánico. Es capaz de explotar sólo bajo la influencia de un detonador fuerte o durante la descomposición térmica en determinadas condiciones.

Con un calentamiento prolongado, el nitrato de amonio se descompone gradualmente en amoníaco y ácido nítrico:

NH4NO3=Np+HNO3 - 174598,32 J (1)

Este proceso, que se produce con la absorción de calor, comienza a temperaturas superiores a 110°C.

Con un calentamiento adicional, el nitrato de amonio se descompone para formar óxido nitroso y agua:

NH4NO3= N2O + 2H2O + 36902,88 J (2)

La descomposición térmica del nitrato de amonio se produce en las siguientes etapas sucesivas:

· hidrólisis (o disociación) de moléculas de NH4NO3;

· descomposición térmica del ácido nítrico formado durante la hidrólisis;

· interacción del dióxido de nitrógeno y el amoníaco formado en las dos primeras etapas.

Cuando el nitrato de amonio se calienta intensamente a 220-240 °C, su descomposición puede ir acompañada de la explosión de una masa fundida.

Calentar nitrato de amonio en un volumen cerrado o en un volumen con una liberación limitada de gases formados durante la descomposición térmica del nitrato es muy peligroso.

En estos casos, la descomposición del nitrato de amonio puede ocurrir mediante muchas reacciones, en particular, mediante las siguientes:

NH4NO3 = N2+2H2O + S02 + 1401,64 J/kg (3)

2NH4NO3 = N2 + 2NO+ 4H20 + 359,82 J/kg (4)

3NH4NO3= 2N2 + N0 + N02 + 6H20 + 966,50 J/kg (5)

De las reacciones anteriores se desprende claramente que el amoníaco, formado durante el período inicial de descomposición térmica del nitrato, a menudo está ausente en las mezclas de gases; En ellos tienen lugar reacciones secundarias, durante las cuales el amoníaco se oxida completamente a nitrógeno elemental. Como resultado de reacciones secundarias, la presión de la mezcla de gases en un volumen cerrado aumenta bruscamente y el proceso de descomposición puede terminar en una explosión.

El cobre, los sulfuros, el magnesio, las piritas y algunas otras impurezas activan el proceso de descomposición del nitrato de amonio cuando se calienta. Como resultado de la interacción de estas sustancias con nitrato calentado, se forma nitrito de amonio inestable, que a 70-80 ° C se descompone rápidamente con una explosión:

NH4NO3=N2+ 2H20 (6)

El nitrato de amonio no reacciona con el hierro, el estaño y el aluminio, incluso en estado fundido.

Con el aumento de la humedad y el aumento del tamaño de las partículas de nitrato de amonio, su sensibilidad a la explosión disminuye considerablemente. En presencia de aproximadamente un 3% de humedad, el salitre se vuelve insensible a la explosión incluso cuando se expone a un detonador fuerte.

La descomposición térmica del nitrato de amonio aumenta al aumentar la presión hasta un cierto límite. Se ha comprobado que a una presión de aproximadamente 6 kgf/cm2 y a la temperatura correspondiente, todo el nitrato fundido se descompone.

Para reducir o prevenir la descomposición térmica del nitrato de amonio es fundamental mantener un ambiente alcalino al evaporar las soluciones. Por tanto, en el nuevo esquema tecnológico para la producción de nitrato de amonio no apelmazante, es recomendable añadir una pequeña cantidad de amoniaco al aire caliente.

Teniendo en cuenta que, en determinadas condiciones, el nitrato de amonio puede ser un producto explosivo, durante su producción, almacenamiento y transporte se debe observar estrictamente el régimen tecnológico establecido y las normas de seguridad.

El nitrato de amonio es un producto no inflamable. Sólo el óxido nitroso, formado durante la descomposición térmica de la sal, favorece la combustión.

Una mezcla de nitrato de amonio con carbón triturado puede encenderse espontáneamente cuando se calienta fuertemente. Algunos metales que se oxidan fácilmente (como el zinc en polvo) en contacto con nitrato de amonio húmedo con un ligero calor también pueden provocar que se encienda. En la práctica se han observado casos de ignición espontánea de mezclas de nitrato de amonio con superfosfato.

Las bolsas de papel o los barriles de madera que contienen nitrato de amonio pueden incendiarse incluso cuando se exponen a la luz solar. Cuando se enciende un recipiente que contiene nitrato de amonio, se pueden liberar óxidos de nitrógeno y vapores de ácido nítrico. En caso de incendios provocados por una llama abierta o por detonación, el nitrato de amonio se funde y se descompone parcialmente. La llama no se propaga hasta las profundidades de la masa de salitre.

2 . Métodos de producción

ácido de neutralización de nitrato de amonio

En la industria, sólo se utiliza ampliamente el método de producir nitrato de amonio a partir de amoníaco sintético (o gases que contienen amoníaco) y ácido nítrico diluido.

La producción de nitrato de amonio a partir de amoníaco sintético (o gases que contienen amoníaco) y ácido nítrico se realiza en varias etapas. En este sentido, intentaron obtener nitrato de amonio directamente a partir de amoníaco, óxidos de nitrógeno, oxígeno y vapor de agua mediante la reacción.

4Np + 4NO2 + 02 + 2H20 = 4NH4NO3 (7)

Sin embargo, este método tuvo que abandonarse, ya que junto con el nitrato de amonio se formó nitrito de amonio, un producto inestable y explosivo.

Se han introducido una serie de mejoras en la producción de nitrato de amonio a partir de amoníaco y ácido nítrico, que permitieron reducir los costos de capital para la construcción de nuevas plantas y reducir el costo del producto terminado.

Para mejorar radicalmente la producción de nitrato de amonio, fue necesario abandonar las ideas que prevalecieron durante muchos años sobre la imposibilidad de trabajar sin reservas adecuadas de equipos básicos (por ejemplo, evaporadores, torres de granulación, etc.), sobre el peligro de obtención de nitrato de amonio casi anhidro fundido para granulación.

En Rusia y en el extranjero está firmemente establecido que sólo la construcción de unidades de alta potencia, utilizando los logros modernos de la ciencia y la tecnología, puede proporcionar ventajas económicas significativas en comparación con la producción actual de nitrato de amonio.

Actualmente se produce una cantidad significativa de nitrato de amonio a partir de los gases residuales que contienen amoníaco de algunos sistemas de síntesis de urea. Según uno de los métodos de producción, de 1 tonelada de urea se obtienen de 1 a 1,4 toneladas de amoníaco. A partir de esta cantidad de amoníaco se pueden producir entre 4,6 y 6,5 toneladas de nitrato de amonio. Aunque también están funcionando esquemas más avanzados para la síntesis de urea, los gases que contienen amoníaco (residuos de esta producción) servirán durante algún tiempo como materia prima para la producción de nitrato de amonio.

El método para producir nitrato de amonio a partir de gases que contienen amoníaco se diferencia del método para producirlo a partir de amoníaco gaseoso sólo en la etapa de neutralización.

El nitrato de amonio se obtiene en pequeñas cantidades mediante descomposición por intercambio de sales (métodos de conversión).

Estos métodos de producción de nitrato de amonio se basan en la precipitación de una de las sales resultantes o en la producción de dos sales con diferentes solubilidades en agua. En el primer caso, las soluciones de nitrato de amonio se separan de los sedimentos mediante filtros giratorios y se procesan hasta obtener un producto sólido según procedimientos convencionales. En el segundo caso, las soluciones se evaporan hasta una cierta concentración y se separan mediante cristalización fraccionada, que se reduce a lo siguiente: cuando se enfrían soluciones calientes, la mayor parte del nitrato de amonio se aísla en su forma pura, luego la cristalización se lleva a cabo por separado. equipos a partir de las soluciones madre para obtener un producto contaminado con impurezas.

Todos los métodos para producir nitrato de amonio mediante descomposición por intercambio de sales son complejos e implican un alto consumo de vapor y pérdida de nitrógeno unido. Por lo general, se utilizan en la industria solo cuando es necesario utilizar compuestos nitrogenados obtenidos como subproductos.

El método moderno para producir nitrato de amonio a partir de amoníaco gaseoso (o gases que contienen amoníaco) y ácido nítrico se mejora constantemente.

3 . Las principales etapas de la producción de nitrato de amonio a partir de amoníaco y ácido nítrico.

El proceso de producción de nitrato de amonio consta de las siguientes etapas principales:

1. Preparación de soluciones de nitrato de amonio neutralizando el ácido nítrico con amoniaco gaseoso o gases que contienen amoniaco.

2. Evaporación de soluciones de nitrato de amonio hasta estado fundido.

3. Cristalización a partir de sal derretida en forma de partículas redondas (gránulos), escamas (placas) y pequeños cristales.

4. Enfriar o secar sal.

5. Embalaje del producto terminado.

Para obtener nitrato amónico poco apelmazante y resistente al agua, además de las etapas indicadas, también es necesaria una etapa de preparación de aditivos adecuados.

3.1P Preparación de soluciones de nitrato de amonio.

3.1.1 Conceptos básicos del proceso de neutralización

Soluciones de nitrato de amonio ry se obtienen haciendo reaccionar amoníaco con ácido nítrico según la reacción:

4NH3 + HNO3 = NH4NO3 + QJ (8)

La formación de nitrato de amonio es irreversible y va acompañada de una liberación de calor. La cantidad de calor liberado durante la reacción de neutralización depende de la concentración de ácido nítrico utilizado y de su temperatura, así como de la temperatura del gas amoniaco (o de los gases que contienen amoniaco). Cuanto mayor es la concentración de ácido nítrico, más calor se genera. En este caso, el agua se evapora, lo que permite obtener soluciones más concentradas de nitrato de amonio. Para obtener soluciones de nitrato de amonio se utiliza ácido nítrico al 42-58%.

El uso de ácido nítrico con una concentración superior al 58% para obtener soluciones de nitrato de amonio con el diseño de proceso existente no es posible, ya que en este caso se desarrolla una temperatura en el aparato neutralizador que excede significativamente el punto de ebullición del ácido nítrico, que puede provocar su descomposición con liberación de óxidos de nitrógeno. Cuando se evaporan las soluciones de nitrato de amonio, se forma vapor de jugo debido al calor de reacción en los aparatos neutralizadores, que tienen una temperatura de 110-120 °C.

Cuando se obtienen soluciones de nitrato de amonio de la mayor concentración posible, se requieren superficies de intercambio de calor de los evaporadores relativamente pequeñas y se consume una pequeña cantidad de vapor fresco para una mayor evaporación de las soluciones. En este sentido, junto con la materia prima, se esfuerzan por suministrar calor adicional al neutralizador, para lo cual calientan el amoníaco a 70 ° C y el ácido nítrico a 60 ° C con vapor de jugo (a una temperatura más alta del ácido nítrico, su descomposición significativa Esto ocurre y los tubos de calefacción están sujetos a una fuerte corrosión si no están hechos de titanio).

El ácido nítrico utilizado en la producción de nitrato de amonio no debe contener más del 0,20% de óxidos de nitrógeno disueltos. Si el ácido no se purga lo suficiente con aire para eliminar los óxidos de nitrógeno disueltos, se forma nitrito de amonio con amoníaco, que se descompone rápidamente en nitrógeno y agua. En este caso, las pérdidas de nitrógeno pueden ascender a aproximadamente 0,3 kg por 1 tonelada de producto terminado.

Los vapores de jugo, por regla general, contienen impurezas NH3, NHO3 y NH4NO3. La cantidad de estas impurezas depende en gran medida de la estabilidad de las presiones a las que se deben suministrar amoniaco y ácido nítrico al neutralizador. Para mantener una presión determinada, se suministra ácido nítrico desde un tanque de presión equipado con un tubo de rebose y se suministra gas amoníaco mediante un regulador de presión.

La carga del neutralizador también determina en gran medida la pérdida de nitrógeno ligado al vapor de jugo. Bajo carga normal, las pérdidas con el condensado de vapor de jugo no deben exceder los 2 g/l (en términos de nitrógeno). Cuando se excede la carga de neutralizador, se producen reacciones secundarias entre el amoníaco y el vapor de ácido nítrico, como resultado de lo cual, en particular, se forma nitrato de amonio brumoso en la fase gaseosa, lo que contamina el vapor de jugo y aumenta la pérdida de nitrógeno unido. Las soluciones de nitrato de amonio obtenidas en los neutralizadores se acumulan en recipientes intermedios con agitadores, se neutralizan con amoniaco o ácido nítrico y luego se envían a evaporación.

3.1.2 Características de las instalaciones de neutralización

Dependiendo de la aplicación presión requerida, las instalaciones modernas para producir soluciones de nitrato de amonio utilizando calor de neutralización se dividen en instalaciones que funcionan a presión atmosférica; en rarefacción (vacío); a presión elevada (varias atmósferas) e instalaciones combinadas que funcionan bajo presión en la zona de neutralización y al vacío en la zona de separación de los vapores de jugo de la solución de nitrato de amonio (fusión).

Las instalaciones que funcionan a presión atmosférica o con un ligero exceso de presión se caracterizan por la simplicidad de la tecnología y el diseño. También son fáciles de mantener, arrancar y detener; Las violaciones accidentales del modo de funcionamiento especificado generalmente se eliminan rápidamente. Las instalaciones de este tipo son las más utilizadas. El aparato principal de estas instalaciones es el aparato neutralizador ITN (uso de calor de neutralización). El aparato ITN funciona bajo una presión absoluta de 1,15 a 1,25 atm. Estructuralmente, está diseñado de tal manera que casi no se produce ebullición de las soluciones, con la formación de nitrato de amonio brumoso.

La presencia de circulación en el aparato de la bomba de calor elimina el sobrecalentamiento en la zona de reacción, lo que permite llevar a cabo el proceso de neutralización con pérdidas mínimas de nitrógeno unido.

Dependiendo de las condiciones de funcionamiento de la producción de nitrato de amonio, el vapor de jugo de los aparatos ITN se utiliza para la evaporación preliminar de soluciones de nitrato, para la evaporación del amoníaco líquido, el calentamiento del ácido nítrico y el amoníaco gaseoso enviado a los aparatos ITN, y para la evaporación del amoníaco líquido en la obtención de amoníaco gaseoso utilizado en la producción de ácido nítrico diluido.

Las soluciones de nitrato de amonio se producen a partir de gases que contienen amoníaco en instalaciones cuyos aparatos principales funcionan al vacío (evaporador) y a presión atmosférica (depurador-neutralizador). Estas instalaciones son voluminosas y es difícil mantener en ellas un modo de funcionamiento estable debido a la variabilidad de la composición de los gases que contienen amoníaco. Esta última circunstancia afecta negativamente la precisión de la regulación del exceso de ácido nítrico, como resultado de lo cual las soluciones resultantes de nitrato de amonio a menudo contienen una mayor cantidad de ácido o amoníaco.

Las instalaciones de neutralización que funcionan bajo una presión absoluta de 5-6 atm no son muy comunes. Requieren un consumo de energía significativo para comprimir el gas amoníaco y suministrar ácido nítrico presurizado a los neutralizadores. Además, en estas instalaciones es posible que se produzcan mayores pérdidas de nitrato de amonio debido al arrastre de salpicaduras de soluciones (incluso en separadores de diseño complejo, las salpicaduras no se pueden capturar por completo).

En las instalaciones basadas en el método combinado, se combinan los procesos de neutralización del ácido nítrico con amoníaco y se produce nitrato fundido de amonio, que se puede enviar directamente a cristalización (es decir, los evaporadores para concentrar soluciones de nitrato están excluidos de tales instalaciones). Las instalaciones de este tipo requieren entre un 58 y un 60 % de ácido nítrico, que la industria todavía produce en cantidades relativamente pequeñas. Además, parte del equipo debe estar fabricado de costoso titanio. El proceso de neutralización para la obtención de nitrato fundido debe realizarse a temperaturas muy elevadas (200-220 °C). Teniendo en cuenta las propiedades del nitrato de amonio, para llevar a cabo el proceso a altas temperaturas es necesario crear condiciones especiales que impidan la descomposición térmica del nitrato fundido.

3.1.3 Plantas de neutralización funcionando a presión atmosférica

Estas instalaciones incluyen Incluyen dispositivos neutralizadores ITN (que utilizan el calor de neutralización) y equipos auxiliares.

La Figura 1 muestra uno de los diseños del aparato ITN utilizado en muchas plantas de producción de nitrato de amonio existentes.

Z1 - remolino; BC1 - recipiente externo (depósito); VTs1 - cilindro interior (parte de neutralización); U1 - dispositivo para distribuir ácido nítrico; Ш1 - racor para drenaje de soluciones; O1 - ventanas; U2 - dispositivo para distribución de amoníaco; G1 - sello de agua; C1 - trampa separadora

Figura 1 - Aparato neutralizador ITN con circulación natural de soluciones.

El aparato ITN es un recipiente cilíndrico vertical (depósito) 2, en el que se coloca un cilindro (vidrio) 3 con estantes 1 (giratorio) para mejorar la mezcla de soluciones. Las tuberías para introducir ácido nítrico y gas amoníaco están conectadas al cilindro 3 (los reactivos se suministran en contracorriente); los tubos terminan con los dispositivos 4 y 7 para una mejor distribución del ácido y el gas. En el cilindro interior, el ácido nítrico reacciona con el amoníaco. Este cilindro se llama cámara de neutralización.

El espacio anular entre el recipiente 2 y el cilindro 3 sirve para la circulación de soluciones hirviendo de nitrato de amonio. En la parte inferior del cilindro hay 6 orificios (ventanas) que conectan la cámara de neutralización con la parte de evaporación del elemento calefactor. Debido a la presencia de estos agujeros, la productividad del aparato ITN se reduce algo, pero se logra una circulación natural intensiva de las soluciones, lo que conduce a una reducción en la pérdida de nitrógeno unido.

El vapor de jugo liberado de la solución se descarga a través del accesorio en la tapa del aparato ITN y a través de la trampa-separador 9. Las soluciones de nitrato formadas en el cilindro 3 en forma de emulsión: las mezclas con vapor de jugo ingresan al separador a través el sello de agua 5. Desde el accesorio de la parte inferior de la trampa-separador, soluciones de amonio El nitrato se envía al neutralizador-mezclador final para su posterior procesamiento. El sello de agua en la parte de evaporación del aparato le permite mantener un nivel constante de solución en él y evita que el vapor del jugo se escape sin salir de las salpicaduras de solución arrastradas por él.

El condensado de vapor se forma en las placas separadoras debido a la condensación parcial del vapor del jugo. En este caso, el calor de condensación se elimina haciendo circular agua que pasa a través de serpentines colocados sobre placas. Como resultado de la condensación parcial del vapor del jugo, se obtiene una solución de NH4NO3 al 15-20%, que se envía a evaporación junto con el flujo principal de solución de nitrato de amonio.

La Figura 2 muestra un diagrama de una de las unidades de neutralización operando a una presión cercana a la atmosférica.

NB1 - tanque de presión; C1 - separador; I1 - evaporador; P1 - calentador; SK1 - recogida de condensado; ITN1 - dispositivo ITN; M1 - agitador; TsN1 - bomba centrífuga

Figura 2 - Diagrama de una instalación de neutralización que funciona a presión atmosférica.

El ácido nítrico puro o con aditivos se suministra a un tanque de presión equipado con un desbordamiento constante del exceso de ácido hacia el almacenamiento.

Desde el tanque de presión 1, el ácido nítrico se dirige directamente al vaso del aparato ITN 6 o a través de un calentador (no mostrado en la figura), donde se calienta con el calor del vapor de jugo eliminado a través del separador 2.

El amoníaco gaseoso ingresa al evaporador de amoníaco líquido 3, luego al calentador 4, donde se calienta con el calor del vapor secundario del expansor o con el condensado caliente del vapor de calentamiento de los evaporadores, y luego se envía a través de dos tuberías paralelas a el cristal del aparato ITN 6.

En el evaporador 3 se evapora la pulverización de amoníaco líquido y se separan los contaminantes normalmente asociados con el amoníaco gaseoso. En este caso, se forma agua con amoníaco débil con una mezcla de aceite lubricante y polvo de catalizador del taller de síntesis de amoníaco.

La solución de nitrato de amonio obtenida en el neutralizador fluye continuamente a través de un sello hidráulico y una trampa de salpicaduras hacia el mezclador neutralizador final 7, desde donde, después de neutralizar el exceso de ácido, se envía a evaporación.

El vapor de jugo liberado en el aparato de calentamiento, después de pasar a través del separador 2, se envía para su uso como vapor de calentamiento a los evaporadores de la primera etapa.

El vapor de jugo condensado del calentador 4 se recoge en el colector 5, desde donde se gasta para diversas necesidades de producción.

Antes de poner en marcha el neutralizador, se realizan los trabajos preparatorios previstos en las instrucciones de funcionamiento. Señalemos sólo algunos de los trabajos preparatorios relacionados con el desarrollo normal del proceso de neutralización y la garantía de las medidas de seguridad.

En primer lugar, debe verter una solución de nitrato de amonio o condensado de vapor en el neutralizador hasta la válvula de muestreo.

Luego es necesario establecer un suministro continuo de ácido nítrico al tanque de presión y su desbordamiento al área de almacenamiento del almacén. Después de esto, es necesario recibir amoníaco gaseoso del taller de síntesis de amoníaco, para lo cual es necesario abrir brevemente las válvulas en la línea de liberación de vapor de jugo a la atmósfera y la válvula de salida de la solución al mezclador-neutralizador. Esto evita la creación de alta presión en el aparato de bombeo y la formación de una mezcla peligrosa de amoníaco y aire al arrancar el dispositivo.

Con el mismo fin, antes de la puesta en marcha, el neutralizador y las comunicaciones conectadas a él se purgan con vapor.

Después de alcanzar las condiciones normales de funcionamiento, el vapor de jugo procedente del aparato calentador se envía para su uso como vapor calentador].

3.1.4 Plantas de neutralización que funcionan al vacío.

Coprocesamiento de amm Los gases que contienen amoníaco y el amoníaco gaseoso no son prácticos, ya que se asocian con grandes pérdidas de nitrato de amonio, ácido y amoníaco debido a la presencia de una cantidad significativa de impurezas en los gases que contienen amoníaco (nitrógeno, metano, hidrógeno, etc.) - Estas impurezas, que burbujean a través de las soluciones resultantes de nitrato de amonio en ebullición, arrastrarían el nitrógeno ligado con el vapor del jugo. Además, el vapor de zumo contaminado con impurezas no se puede utilizar como vapor de calentamiento. Por lo tanto, los gases que contienen amoníaco normalmente se procesan por separado del gas amoníaco.

En instalaciones que funcionan al vacío, el calor de reacción se utiliza fuera del neutralizador, en un evaporador al vacío. Aquí se hierven soluciones calientes de nitrato de amonio procedentes del neutralizador a una temperatura correspondiente al vacío del aparato. Dichas instalaciones incluyen: un neutralizador tipo depurador, un evaporador al vacío y equipos auxiliares.

La figura 3 muestra un esquema de una instalación de neutralización que funciona mediante un evaporador al vacío.

HP1 - neutralizador tipo depurador; H1 - bomba; B1 - evaporador al vacío; B2 - separador de vacío; NB1 - tanque de presión de ácido nítrico; B1 - tanque (mezclador de compuerta); P1 - lavadora; DN1 - preneutralizador

Figura 3 - Esquema de una instalación de neutralización con evaporador al vacío.

A la parte inferior del depurador-neutralizador 1 se suministran gases que contienen amoníaco a una temperatura de 30--90 °C bajo una presión de 1,2--1,3 atm. Una solución circulante de nitrato ingresa a la parte superior del depurador desde el Sella el tanque 6, que generalmente se alimenta continuamente desde el tanque 5 con ácido nítrico, a veces precalentado a una temperatura que no excede los 60 °C. El proceso de neutralización se realiza con un exceso de ácido en el rango de 20-50 g/l. El depurador 1 normalmente mantiene una temperatura de 15 a 20 °C por debajo del punto de ebullición de las soluciones, lo que ayuda a prevenir la descomposición ácida y la formación de niebla de nitrato de amonio. La temperatura establecida se mantiene irrigando el depurador con una solución de un evaporador de vacío, que funciona a un vacío de 600 mmHg. Art., Por lo tanto, la solución que contiene tiene una temperatura más baja que en el depurador.

La solución de nitrato obtenida en el depurador se aspira al evaporador de vacío 5, donde se realiza un vacío de 560-600 mm Hg. Arte. Se produce una evaporación parcial del agua (evaporación) y un aumento en la concentración de la solución.

Desde el evaporador de vacío, la solución fluye hacia el tanque de sellado de agua 6, desde donde la mayor parte vuelve a irrigar el depurador 1, y el resto se envía al neutralizador posterior 8. El vapor de jugo generado en el evaporador de vacío 3 se enviado a través del separador de vacío 4 al condensador de superficie (no mostrado en la figura) o a un condensador de tipo mezclador. En el primer caso, el condensado de vapor de jugo se utiliza en la producción de ácido nítrico, en el segundo, para otros fines. El vacío en el evaporador al vacío se crea debido a la condensación del vapor del jugo. Los vapores y gases no condensados son aspirados de los condensadores mediante una bomba de vacío y descargados a la atmósfera.

Los gases de escape del depurador 1 ingresan al aparato 7, donde se lavan con condensado para eliminar las gotas de solución de nitrato, después de lo cual también se eliminan a la atmósfera. En el mezclador neutralizador final, las soluciones se neutralizan hasta un contenido de 0,1-0,2 g/l de amoníaco libre y, junto con el flujo de solución de nitrato obtenido en el aparato ITN, se envían a la evaporación.

La Figura 4 muestra un esquema de neutralización de vacío más avanzado.

XK1 - frigorífico-condensador; CH1 - depurador-neutralizador; C1, C2 - colecciones; TsN1, TsN2, TsN3 - bombas centrífugas; P1 - lavadora de gas; G1 - sello de agua; L1 - trampa; B1 - evaporador al vacío; BD1 - tanque neutralizador; B2 - bomba de vacío; P2 - lavadora de jugos; K1 - condensador de superficie

Figura 4 - Diagrama de neutralización del vacío:

Los gases de destilación se dirigen a la parte inferior del depurador neutralizador 2 y se riegan con una solución del colector 3 mediante una bomba de circulación 4.

La colección 3 a través del sello de agua 6 recibe soluciones del depurador-neutralizador 2, así como soluciones después de la trampa del evaporador de vacío 10 y el lavador de vapor de jugo 14.

A través de un tanque de presión (no mostrado en la figura), la solución de ácido nítrico del lavador de gas 5, irrigada con jugo condensado de vapor, se alimenta continuamente al colector 7. Desde aquí, las soluciones se suministran mediante la bomba de circulación 8 al lavador 5, después de lo cual se devuelven a la colección 7.

Los gases calientes después de la lavadora 5 se enfrían en el refrigerador-condensador 1 y se liberan a la atmósfera.

Las soluciones calientes de nitrato de amonio del sello hidráulico 6 son aspiradas por la bomba de vacío 13 al evaporador de vacío 10, donde la concentración de NH4NO3 aumenta en varios por ciento.

Los vapores de jugo liberados en el evaporador de vacío 10, después de pasar a través de la trampa 9, la lavadora 14 y el condensador de superficie 15, son liberados a la atmósfera mediante la bomba de vacío 13.

Una solución de nitrato de amonio con una acidez determinada se descarga desde la línea de descarga de la bomba 4 al tanque neutralizador. Aquí la solución se neutraliza con gas amoniaco y la bomba 12 se envía a la estación de evaporación.

3.1. 5 Equipo principal

Neutralizadores de ITN. Se utilizan varios tipos de neutralizadores, que se diferencian principalmente en el tamaño y diseño de los dispositivos para distribuir amoníaco y ácido nítrico dentro del aparato. A menudo se utilizan dispositivos de los siguientes tamaños: diámetro 2400 mm, altura 7155 mm, vidrio - diámetro 1000 mm, altura 5000 mm. También se utilizan dispositivos con un diámetro de 2440 mm y una altura de 6294 mm y dispositivos a los que se les ha quitado el mezclador previamente provisto (Figura 5).

LK1 - trampilla; P1 - estantes; L1 - línea de muestreo; L2 - línea de salida de solución; BC1 - vidrio interior; C1 - vaso externo; Ш1 - racor para drenaje de soluciones; P1 - distribuidor de amoníaco; P2 - distribuidor de ácido nítrico

Figura 5 - Dispositivo neutralizador ITN

En algunos casos, para procesar pequeñas cantidades de gases que contienen amoníaco, se utilizan dispositivos ITP con un diámetro de 1700 mm y una altura de 5000 mm.

El calentador de gas amoniaco es un aparato de carcasa y tubos fabricado de acero al carbono. Diámetro de la caja 400--476 mm, altura 3500--3280 mm. El tubo suele constar de 121 tubos (diámetro del tubo 25x3 mm) con una superficie total de transferencia de calor de 28 m2. El amoníaco gaseoso ingresa a los tubos y el vapor caliente o el condensado caliente ingresa al espacio entre los tubos.

Si para calentar se utiliza vapor de jugo de equipo de calefacción, entonces el calentador está hecho de acero inoxidable 1Х18Н9Т.

El evaporador de amoníaco líquido es un aparato de acero al carbono, en cuya parte inferior hay un serpentín de vapor y en el medio hay una entrada tangencial de amoníaco gaseoso.

En la mayoría de los casos, el evaporador funciona con vapor fresco a una presión (exceso) de 9 atm. En la parte inferior del evaporador de amoníaco hay un accesorio para la purga periódica de los contaminantes acumulados.

El calentador de ácido nítrico es un aparato de carcasa y tubos con un diámetro de 400 mm y una longitud de 3890 mm. Diámetro del tubo 25x2 mm, longitud 3500 mm; Superficie total de intercambio de calor 32 m2. El calentamiento se realiza mediante vapor de jugo a una presión absoluta de 1,2 atm.

El neutralizador tipo depurador es un aparato cilíndrico vertical con un diámetro de 1800-2400 mm y una altura de 4700-5150 mm. También se utilizan dispositivos con un diámetro de 2012 mm y una altura de 9000 mm. En el interior del aparato, para una distribución uniforme de las soluciones circulantes a lo largo de la sección transversal, hay varias placas perforadas o una boquilla hecha de anillos cerámicos. En la parte superior de los dispositivos equipados con placas se coloca una capa de anillos de dimensiones 50x50x3 mm, que actúa como barrera contra salpicaduras de soluciones.

La velocidad del gas en la sección libre del depurador con un diámetro de 1700 mm y una altura de 5150 mm es de aproximadamente 0,4 m/s. El riego del aparato tipo depuradora con soluciones se realiza mediante bombas centrífugas con una capacidad de 175-250 m3/h.

El evaporador al vacío es un dispositivo cilíndrico vertical con un diámetro de 1000-1200 mm y una altura de 5000-3200 mm. La boquilla son anillos cerámicos de 50x50x5 mm, colocados en filas regulares.

El lavador de gas es un aparato cilíndrico vertical fabricado en acero inoxidable con un diámetro de 1000 mm y una altura de 5000 mm. La boquilla son anillos cerámicos de 50x50x5 mm.

Agitador-neutralizador: un aparato cilíndrico con un agitador que gira a una velocidad de 30 rpm. El accionamiento se realiza desde un motor eléctrico a través de una caja de cambios (Figura 6).

Ш1 - accesorio para instalar un medidor de nivel; B1 - salida de aire; E1 - motor eléctrico; P1 - caja de cambios; VM1 - eje mezclador; L1 - boca de acceso

Figura 6 - Agitador-neutralizador

El diámetro de los dispositivos de uso frecuente es de 2800 mm y la altura de 3200 mm. Operan bajo presión atmosférica, sirven para la neutralización final de soluciones de nitrato de amonio y como contenedores intermedios para soluciones enviadas a evaporación.

El condensador de superficie es un intercambiador de calor vertical de carcasa y tubos de dos pasos (a través de agua) diseñado para condensar el vapor de jugo proveniente de un evaporador al vacío. Diámetro del dispositivo 1200 mm, altura 4285 mm; Superficie de transferencia de calor 309 m2. Funciona a un vacío de aproximadamente 550 a 600 mm Hg. Arte.; tiene tubos: diámetro 25x2 mm, longitud 3500 m, número total 1150 piezas; el peso de dicho condensador es de unos 7200 kg

En algunos casos, para eliminar las emisiones a la atmósfera de vapor de jugo descargado durante la purga de evaporadores, trampas de equipos de calefacción y sellos de agua, se instala un condensador de superficie con las siguientes características: diámetro del cuerpo 800 mm, altura 4430 mm, número total de tubos. 483 uds., diámetro 25x2, superficie total 125 m2.

Bombas de vacío. Se utilizan diferentes tipos de bombas. La bomba tipo VVN-12 tiene una capacidad de 66 m3/h, la velocidad de rotación del eje es de 980 rpm. La bomba está diseñada para crear un vacío en una unidad de neutralización de vacío.

Bombas centrífugas. Para hacer circular la solución de nitrato de amonio en una instalación de neutralización al vacío, a menudo se utilizan bombas 7ХН-12 con una capacidad de 175-250 m3/h. La potencia instalada del motor eléctrico es de 55 kW.

4 . Cálculos de materiales y energía.

Calculemos el balance material y térmico del proceso. Calculo la neutralización del ácido nítrico con gas amoniaco por 1 tonelada de producto. Los datos iniciales los tomo de la Tabla 2, utilizando la metodología de los manuales , , .

Aceptamos que el proceso de neutralización se desarrollará bajo las siguientes condiciones:

Temperatura inicial, °C

gas amoníaco................................................ ...................................50

Ácido nítrico................................................ ........................................................20

Tabla 2 - Datos iniciales

Cálculo de materiales

1 Para obtener 1 tonelada de nitrato mediante la reacción:

Np+HNO3=NH4NO3 +Q J (9)

Teóricamente se requiere la siguiente cantidad de materias primas (en kg):

17 - 80x = 1000*17/80 = 212,5

Ácido nítrico

63 - 80 x = 1000*63/80 = 787,5

Donde 17, 63 y 80 son los pesos moleculares del amoniaco, ácido nítrico y nitrato de amonio, respectivamente.

El consumo práctico de Np y HNO3 es ligeramente superior al teórico, ya que durante el proceso de neutralización son inevitables las pérdidas de reactivos con vapor de jugo por fugas en las comunicaciones por ligera descomposición de los componentes reactivos y nitrato, etc.

2. Determinar la cantidad de nitrato de amonio en el producto comercial: 0,98*1000=980 kg/h

980/80=12,25 kmol/h,

y también la cantidad de agua:

1000-980=20kg/h

3. Calcularé el consumo de ácido nítrico (100%) para obtener 12,25 kmol/h de nitrato. Según la estequiometría, se consume la misma cantidad (kmol/h) que se forma nitrato: 12,25 kmol/h, o 12,25*63=771,75 kg/h

Dado que las condiciones establecen la conversión completa (100%) del ácido, esta será la cantidad suministrada.

El proceso implica ácido diluido - 60%:

771,75/0,6=1286,25 kg/h,

incluyendo agua:

1286,25-771,25=514,5 kg/hora

4. De manera similar, el consumo de amoníaco (100%) para producir 12,25 kmol/h, o 12,25*17=208,25 kg/h

En términos de agua con un 25 % de amoníaco, esto será 208,25/0,25 = 833 kg/h, incluida el agua 833-208,25 = 624,75 kg/h.

5. Encontraré la cantidad total de agua en el neutralizador suministrado con los reactivos:

514,5+624,75=1139,25kg/h

6. Determinemos la cantidad de vapor de agua que se forma por evaporación de la solución de nitrato (quedan 20 kg/h en el producto comercial): 1139,25 - 20 = 1119,25 kg/h.

7. Elaboremos una tabla del balance de materia del proceso de producción de nitrato de amonio.

Tabla 3 - Balance de materia del proceso de neutralización

8. Calculemos indicadores tecnológicos.

· coeficientes de gasto teóricos:

para ácido - 63/80=0,78 kg/kg

para amoníaco - 17/80=0,21 kg/kg

· ratios de gastos reales:

para ácido - 1286,25/1000=1,28 kg/kg

para amoníaco - 833/1000=0,83 kg/kg

Durante el proceso de neutralización solo tuvo lugar una reacción, la conversión de la materia prima fue igual a 1 (es decir, se produjo una conversión completa), no hubo pérdidas, lo que significa que el rendimiento real es igual al teórico:

Qf/Qt*100=980/980*100=100%

Cálculo de energía

La llegada del calor. Durante el proceso de neutralización, el aporte de calor consiste en el calor introducido por el amoníaco y el ácido nítrico, y el calor liberado durante la neutralización.

1. El calor aportado por el gas amoniaco es:

Q1=208,25*2,18*50=22699,25 kJ,

donde 208,25 es el consumo de amoníaco, kg/h

2,18 - capacidad calorífica del amoníaco, kJ/(kg*°C)

50 - temperatura del amoníaco, °C

2. Calor introducido por el ácido nítrico:

Q2=771,75*2,76*20=42600,8 kJ,

donde 771,25 es el consumo de ácido nítrico, kg/h

2,76 - capacidad calorífica del ácido nítrico, kJ/(kg*°C)

20 - temperatura del ácido, °C

3. El calor de neutralización se calcula preliminarmente por 1 mol de nitrato de amonio formado según la ecuación:

HNO3*3,95pO(líquido) +Np(gas) =NH4NO3*3,95pO(líquido)

donde HNO3*3.95pO corresponde al ácido nítrico.

El efecto térmico Q3 de esta reacción se obtiene a partir de las siguientes cantidades:

a) calor de disolución del ácido nítrico en agua:

HNO3+3,95pO=HNO3*3,95pO (10)

b) calor de formación de NH4NO3 sólido a partir de 100% ácido nítrico y 100% amoníaco:

HNO3 (líquido) + Np (gas) = NH4NO3 (sólido) (11)

c) el calor de disolución del nitrato de amonio en agua, teniendo en cuenta el consumo de calor de reacción para la evaporación de la solución resultante del 52,5% (NH4NO3 *pO) al 64% (NH4NO3 *2,5pO)

NH4NO3 +2,5pO= NH4NO3*2,5pO, (12)

donde NH4NO3*4pO corresponde a una concentración del 52,5% NH4NO3

El valor de NH4NO3*4pO se calcula a partir de la relación

80*47,5/52,5*18=4pO,

donde 80 es el peso molar de NH4NO3

47,5 - Concentración de HNO3, %

52,5 - Concentración de NH4NO3, %

18 - peso molar pO

De manera similar se calcula el valor de NH4NO3*2.5pO, correspondiente a una solución de NH4NO3 al 64%.

80*36/64*18=2,5pO

Según la reacción (10), el calor de la solución q de ácido nítrico en agua es 2594,08 J/mol. Para determinar el efecto térmico de la reacción (11), es necesario restar la suma de los calores de formación Np (gas) y HNO3 (líquido) del calor de formación del nitrato de amonio.

El calor de formación de estos compuestos a partir de sustancias simples a 18°C y 1 atm tiene los siguientes valores (en J/mol):

Np(gas):46191,36

HNO3 (líquido): 174472,8

NH4NO3(s):364844,8

El efecto térmico general de un proceso químico depende únicamente de los calores de formación de las sustancias que interactúan inicialmente y de los productos finales. De esto se deduce que el efecto térmico de la reacción (11) será:

q2=364844,8-(46191,36+174472,8)=144180,64 J/mol

El calor q3 de disolución de NH4NO3 según la reacción (12) es igual a 15606,32 J/mol.

La disolución del NH4NO3 en agua se produce con la absorción de calor. En este sentido, el calor de solución se toma en el balance de energía con un signo menos. La concentración de la solución de NH4NO3 se produce en consecuencia con la liberación de calor.

Por tanto, el efecto térmico de la reacción Q3.

HNO3 +*3,95pO(líquido)+ Np(gas) =NH4NO3*2,5pO(líquido)+1,45 pO(vapor)

será:

Q3=q1+q2+q3= -25940,08+144180,64-15606,32=102633,52 J/mol

Al producir 1 tonelada de nitrato de amonio, el calor de la reacción de neutralización será:

102633,52*1000/80=1282919 kJ,

donde 80 es el peso molecular de NH4NO3

De los cálculos anteriores se desprende claramente que la ganancia total de calor será: con amoníaco 22699,25, con ácido nítrico 42600,8, debido al calor de neutralización 1282919 y un total de 1348219,05 kJ.

Consumo de calor. Al neutralizar el ácido nítrico con amoníaco, la solución de nitrato de amonio resultante elimina el calor del aparato, se gasta en evaporar el agua de esta solución y se pierde en el medio ambiente.

La cantidad de calor que disipa la solución de nitrato de amonio es:

Q=(980+10)*2,55 tkips,

donde 980 es la cantidad de solución de nitrato de amonio, kg

10 - pérdidas de Np y HNO3, kg

tboil - temperatura de ebullición de la solución de nitrato de amonio, °C

El punto de ebullición de una solución de nitrato de amonio se determina a una presión absoluta en el neutralizador de 1,15 a 1,2 atm; Esta presión corresponde a una temperatura del vapor de agua saturado de 103 °C. a presión atmosférica, el punto de ebullición de la solución de NH4NO3 es 115,2 °C. La caída de temperatura es igual a:

T=115,2 - 100=15,2°C

Calcule el punto de ebullición de una solución de NH4NO3 al 64%.

thervir = tsat. vapor+?t*з =103+15,2*1,03 = 118,7 °С,

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La producción de nitrato de amonio consiste en neutralizar el ácido nítrico con gas amoniaco y cristalizar el producto. El amoníaco no debe contener más del 1% de humedad y no se permite la presencia de aceite. El ácido nítrico se toma en una concentración superior al 45% de HNO 3; el contenido de óxidos de nitrógeno no debe exceder el 0,1%. Para obtener nitrato de amonio también se pueden utilizar residuos de la producción de amoníaco, por ejemplo, agua con amoníaco y gases de tanque y de purga extraídos de las instalaciones de almacenamiento de amoníaco líquido y obtenidos mediante la purga de los sistemas de síntesis de amoníaco. Composición de los gases del tanque: 45-70% NH 3, 55-30% H 2 + N 2 (con trazas de metano y argón); Composición de los gases de purga: 7,5-9% NH 3, 92,5-91% H 2 + N 2 (con trazas de metano y argón). Además, para producir nitrato de amonio también se utilizan gases de destilación de la producción de urea, su composición aproximada es: 55-57% NH 3, 18-24% CO 2, 15-20% H 2 O.

El efecto térmico de la reacción NH 3(g) +HNO 3(l) NH 4 NO 3 es 35,46 kcal/(g mol). En la producción de nitrato de amonio se suele utilizar ácido entre un 45 y un 58%. En este caso, el efecto térmico de la reacción de neutralización se reduce correspondientemente por la cantidad de calor de dilución del ácido nítrico con agua y por la cantidad de disolución del nitrato de amonio.

Con el uso racional del calor de neutralización, se pueden obtener soluciones concentradas e incluso nitrato de amonio derretido evaporando agua.

De acuerdo con esto, existen esquemas para producir una solución de nitrato de amonio con su posterior evaporación (el llamado proceso de múltiples etapas) y para producir masa fundida (un proceso de una sola etapa o sin evaporación). Para seleccionar un esquema de neutralización racional, es necesario comparar cuatro esquemas fundamentalmente diferentes para producir nitrato de amonio utilizando calor de neutralización:

1) instalaciones que funcionan a presión atmosférica (exceso de presión del vapor de jugo 0,15-0,2 at);

2) instalaciones con evaporador al vacío;

3) instalaciones que funcionen bajo presión, con un solo uso del calor del vapor de jugo;

4) instalaciones que funcionan bajo presión, con doble aprovechamiento del calor del vapor de jugo (producción de masa fundida concentrada).

En la práctica industrial, se utilizan ampliamente como las instalaciones más eficientes que funcionan a presión atmosférica, utilizando calor de neutralización y parcialmente instalaciones con evaporador al vacío.

Requisitos técnicos para productos terminados.

Según el GOST 2-85 actual en Rusia, el nitrato de amonio granulado se produce en dos grados: A - la categoría de mayor calidad y B - la categoría de mayor calidad (grado más alto) y la categoría de primera calidad (primer grado). Los indicadores de calidad del nitrato de amonio producido industrialmente se presentan en la Tabla 1.

tabla 1

nitrato de amonio GOST 2-85

apariencia	Producto granulado sin impurezas mecánicas extrañas.
Fracción de masa total de nitrito y nitrógeno amónico en términos de:
para NH4NO3 en materia seca, % no menos		no estandarizado
de nitrógeno en materia seca, %, no menos
Fracción masiva de agua, %, no más
pH de una solución acuosa al 10%, no menos
Fracción masiva de sustancias insolubles en una solución de ácido nítrico al 10%, %, no más		no estandarizado
Calificación:
Fracción masiva de gránulos.
de 1 a 3 mm, %, no menos		no estandarizado
de 1 a 4 mm, %, no menos
de 2 a 4 mm, %, no menos
menos de 1 mm,%
más de 6 mm, %
Fuerza estadística de los gránulos n / gránulo (kg / gránulo), no menos
Friabilidad, %, no menos
Aditivo acondicionador	nitrato de magnesio

Las empresas que producen nitrato de amonio deben garantizar al consumidor que los indicadores de calidad del producto previstos por GOST 2-85 se mantendrán durante 6 meses, siempre que el consumidor cumpla con las condiciones de almacenamiento establecidas por la norma.

Aplicación de nitrato de amonio.

El nitrato de amonio es un tipo de fertilizante mineral sin el cual la agricultura moderna es casi impensable. Pertenencia a la familia de los fertilizantes nitrogenados, versatilidad de aplicación, posibilidad de volúmenes industriales de producción y suministro, tecnología de producción probada: estas son las ventajas que mantienen la posición inquebrantable del nitrato de amonio en el mercado de fertilizantes.

El nitrógeno es absolutamente necesario para las plantas. La clorofila, que aprovecha la energía solar y produce material de construcción para las células vivas, contiene nitrógeno. Externamente, el nitrato de amonio son gránulos blancos. La sustancia granular es muy soluble en agua y contiene un 34,4% de nitrógeno. Se aplica como abono para todo tipo de cultivos agrícolas, en todo tipo de suelos y para preparar el suelo para la siembra. En la industria, el nitrato de amonio se utiliza como materia prima para la producción de explosivos y su uso posterior en las industrias química, minera y de la construcción.

Existe un problema asociado con la alta higroscopicidad del nitrato de amonio. Los gránulos pierden su dureza y se esparcen cuando aumenta la humedad del aire. Sin embargo, los avances tecnológicos modernos permiten tener en cuenta este matiz y erradicarlo en la etapa de producción.

Tradicionalmente se considera que una de las ventajas del nitrato de amonio es que el suelo absorbe completamente la parte de amoníaco debido a la rápida solubilidad del fertilizante. Al mismo tiempo, el nitrato de amonio tiene una acción más prolongada en comparación con el nitrato. La aplicación fraccionada de nitrato de amonio puede reducir la pérdida de nitrógeno nitrato por lixiviación. Se utiliza con éxito en la producción de mezclas de fertilizantes como el componente nitrogenado más óptimo. Actualmente, el mercado químico está experimentando un aumento constante de la demanda de nitrato de amonio como fertilizante y como materia prima química industrial. Esto también se debe al apoyo brindado por el Estado a la industria agrícola y al desarrollo de la industria nacional en general.

El nitrato de amonio, o nitrato de amonio, NH 4 NO 3 es una sustancia cristalina blanca que contiene un 35% de nitrógeno en forma de amonio y nitrato; ambas formas de nitrógeno son fácilmente absorbidas por las plantas. El nitrato de amonio granulado se utiliza a gran escala antes de la siembra y para todo tipo de abonos. En menor escala, se utiliza para producir explosivos.

El nitrato de amonio es muy soluble en agua y tiene una alta higroscopicidad (la capacidad de absorber la humedad del aire), razón por la cual los gránulos de fertilizante se esparcen, pierden su forma cristalina y se produce el apelmazamiento del fertilizante: el material a granel se convierte en una masa monolítica sólida. .

Diagrama esquemático de la producción de nitrato de amonio.

Para obtener nitrato de amonio prácticamente no apelmazante, se utilizan varios métodos tecnológicos. Un medio eficaz para reducir la tasa de absorción de humedad por las sales higroscópicas es su granulación. La superficie total de los gránulos homogéneos es menor que la superficie de la misma cantidad de sal finamente cristalina, por lo que los fertilizantes granulados absorben la humedad de

Como aditivos de acción similar también se utilizan fosfatos de amonio, cloruro de potasio y nitrato de magnesio. El proceso de producción de nitrato de amonio se basa en una reacción heterogénea entre amoníaco gaseoso y una solución de ácido nítrico:

NH3 +HNO3 = NH4NO3; ΔН = -144,9 kJ

El proceso tecnológico para la producción de nitrato de amonio incluye, además de la etapa de neutralización del ácido nítrico con amoníaco, también las etapas de evaporación de la solución de nitrato, granulación de la masa fundida, enfriamiento de los gránulos, tratamiento de los gránulos con tensioactivos. , envasado, almacenamiento y carga de nitrato, depuración de emisiones de gases y aguas residuales. En la Fig. La Figura 8.8 muestra un diagrama de una moderna unidad a gran escala para la producción de nitrato de amonio AS-72 con una capacidad de 1360 toneladas/día. El ácido nítrico inicial al 58-60% se calienta en un calentador a 70-80°C con vapor de jugo del aparato ITN 3 y se suministra para su neutralización. Antes del aparato 3, se añaden ácidos fosfórico y sulfúrico al ácido nítrico en cantidades tales que el producto terminado contenga entre 0,3 y 0,5% de P 2 O 5 y entre 0,05 y 0,2% de sulfato de amonio. La unidad contiene dos dispositivos ITN que funcionan en paralelo. Además de ácido nítrico, se les suministra gas amoniaco, precalentado en el calentador 2 con vapor condensado a 120-130°C. Las cantidades de ácido nítrico y amoniaco suministrados se regulan de modo que a la salida del aparato de bombeo la solución tenga un ligero exceso de ácido (2-5 g/l), asegurando la completa absorción del amoniaco.

En la parte inferior del aparato se produce una reacción de neutralización a una temperatura de 155-170°C; esto produce una solución concentrada que contiene 91-92 % de NH 4 NO 3 . En la parte superior del aparato se elimina mediante lavado vapor de agua (el llamado vapor de jugo) de las salpicaduras de nitrato de amonio y vapor de ácido nítrico. Parte del calor del vapor del jugo se utiliza para calentar el ácido nítrico. Luego, el vapor del jugo se envía para su purificación y se libera a la atmósfera.

Fig. 8.8 Esquema de la unidad de nitrato de amonio AS-72:

1 – calentador de ácido; 2 – calentador de amoníaco; 3 – dispositivos MTI; 4 – preneutralizador; 5 – evaporador; 6 – tanque de presión; 7.8 – granuladores; 9.23 – aficionados; 10 – fregadora de lavado; 11 – tambor; 12,14 – transportadores; 13 – ascensor; 15 – aparato de lecho fluidizado; 16 – torre de granulación; 17 – colección; 18, 20 – bombas; 19 – tanque de natación; 21 – filtro de agua; 22 – calentador de aire.

La solución ácida de nitrato de amonio se envía al neutralizador 4; donde se suministra amoniaco, necesario para reaccionar con el ácido nítrico restante. Luego, la solución se introduce en el evaporador 5. La masa fundida resultante, que contiene entre 99,7 y 99,8 % de nitrato, pasa a través de un filtro 21 a 175 °C y se alimenta mediante una bomba centrífuga sumergible 20 a un tanque de presión 6 y luego a un recipiente rectangular. torre de granulación de metal 16.

En la parte superior de la torre se encuentran los granuladores 7 y 8, a cuya parte inferior se suministra aire, enfriando las gotas de nitrato que caen desde arriba. Cuando caen gotas de nitrato desde una altura de 50 a 55 m y el aire fluye a su alrededor, se forman gránulos de fertilizante. La temperatura de los gránulos a la salida de la torre es de 90-110°C; Los gránulos calientes se enfrían en un aparato de lecho fluidizado 15. Se trata de un aparato rectangular que tiene tres secciones y está equipado con una rejilla con orificios. Los ventiladores suministran aire debajo de la rejilla; en este caso se crea una capa fluidizada de gránulos de nitrato que llega a través de un transportador desde la torre de granulación. Después del enfriamiento, el aire ingresa a la torre de granulación. Los gránulos de nitrato de amonio se alimentan mediante el transportador 14 a un tambor giratorio para su tratamiento con tensioactivos. Luego, el fertilizante terminado se envía al embalaje mediante el transportador 12.

El aire que sale de la torre de granulación está contaminado con partículas de nitrato de amonio, y el vapor de jugo del neutralizador y la mezcla de vapor y aire del evaporador contienen amoníaco y ácido nítrico que no han reaccionado, así como partículas de nitrato de amonio arrastrado.

Para la limpieza de estos flujos, en la parte superior de la torre de granulación se disponen seis depuradores de lavado de funcionamiento paralelo del tipo 10 de placas, regados con una solución de nitrato de amonio al 20-30%, que es alimentada por la bomba 18 desde la colección 17. Parte Una parte de esta solución se descarga al neutralizador ITN para lavar el jugo con vapor y luego se mezcla con una solución de nitrato y, por lo tanto, se utiliza para la producción de productos. El aire purificado es aspirado por el ventilador 9 de la torre de granulación y liberado a la atmósfera.

producción de urea

La urea (urea) ocupa el segundo lugar entre los fertilizantes nitrogenados en términos de volumen de producción después del nitrato de amonio. El crecimiento de la producción de urea se debe a su amplia gama de aplicaciones en la agricultura. Es más resistente a la lixiviación en comparación con otros fertilizantes nitrogenados, es decir, es menos susceptible a la lixiviación del suelo, menos higroscópico y puede utilizarse no sólo como fertilizante, sino también como aditivo para la alimentación del ganado. La urea también se utiliza ampliamente para la producción de fertilizantes complejos, fertilizantes de control de tiempo, así como para la producción de plásticos, adhesivos, barnices y revestimientos. La urea CO(NH 2) 2 es una sustancia cristalina blanca que contiene un 46,6% de nitrógeno. Su producción se basa en la reacción del amoniaco con dióxido de carbono:

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

Así, las materias primas para la producción de urea son el amoniaco y el dióxido de carbono que se obtienen como subproducto en la producción de gas de proceso para la síntesis de amoniaco. Por tanto, la producción de urea en plantas químicas suele combinarse con la producción de amoniaco. Reacción (I) - total; ocurre en dos etapas. En la primera etapa se produce la síntesis de carbamatos:

2NH3 (g) + CO2 (g) ↔ NH2COONH4 (l); ΔН = –125,6 kJ (2)

En la segunda etapa, se produce el proceso endotérmico de separación del agua de las moléculas de carbamato, como resultado de lo cual se forma urea:

NH2COONH4 (l) ↔ CO(NH2)2 (l) + H2O (l); ΔН =15,5 kJ (3) La reacción de formación de carbamato de amonio es una reacción exotérmica reversible que ocurre con una disminución de volumen. Para desplazar el equilibrio hacia el producto, se debe realizar a presión elevada. Para que el proceso se desarrolle a una velocidad suficientemente alta, se necesitan temperaturas elevadas. Un aumento de presión compensa el efecto negativo de las altas temperaturas al desplazar el equilibrio de la reacción en la dirección opuesta. En la práctica, la síntesis de urea se lleva a cabo a temperaturas de 150-190°C y una presión de 15-20 MPa. En estas condiciones, la reacción avanza a gran velocidad y casi hasta su finalización. La descomposición del carbamato de amonio es una reacción endotérmica reversible que ocurre intensamente en fase líquida. Para evitar la cristalización de productos sólidos en el reactor, el proceso debe realizarse a temperaturas no inferiores a 98°C [punto eutéctico para el sistema CO(NH 2) 2 - NH 2 COONH 4]. Las temperaturas más altas desplazan el equilibrio de la reacción hacia la derecha y aumentan su velocidad. El grado máximo de conversión de carbamato en urea se alcanza a 220°C. Para cambiar el equilibrio de esta reacción, también se introduce un exceso de amoníaco que, al unir el agua de reacción, la elimina de la esfera de reacción. Sin embargo, todavía no es posible lograr una conversión completa del carbamato en urea. La mezcla de reacción, además de los productos de reacción (urea y agua), también contiene carbamato de amonio y sus productos de descomposición: amoníaco y CO 2.

Para utilizar completamente la materia prima, es necesario prever el retorno del amoníaco y el dióxido de carbono sin reaccionar, así como las sales de carbono y amonio (productos de reacción intermedios) a la columna de síntesis, es decir, la creación de un reciclado, o separar la materia prima. urea de la mezcla de reacción y enviar los reactivos restantes a otras instalaciones de producción, por ejemplo para la producción de nitrato de amonio, es decir. realizando el proceso según un esquema abierto.

En el último caso, la masa fundida que sale de la columna de síntesis se estrangula hasta la presión atmosférica; el equilibrio de la reacción (2) a temperaturas de 140-150°C se desplaza casi por completo hacia la izquierda y todo el carbamato restante se descompone. En la fase líquida permanece una solución acuosa de urea, que se evapora y se envía a granulación. Reciclar los gases de amoníaco y dióxido de carbono resultantes en la columna de síntesis requeriría comprimirlos en un compresor a la presión de síntesis de urea. Esto se debe a dificultades técnicas asociadas con la posibilidad de formación de carbamato a bajas temperaturas y alta presión ya en el compresor y la obstrucción de máquinas y tuberías con partículas sólidas.

Por lo tanto, en circuitos cerrados (circuitos con recirculación) se suele utilizar únicamente recirculación de líquido. Existen varios esquemas tecnológicos con reciclaje de líquidos. Entre los más progresistas se encuentran los llamados esquemas con reciclaje completo de líquidos y mediante el proceso de decapado. La extracción (extracción) consiste en el hecho de que la descomposición del carbamato de amonio en la masa fundida después de la columna de síntesis se lleva a cabo a una presión cercana a la presión en la etapa de síntesis, purgando la masa fundida con CO 2 comprimido o amoníaco comprimido. En estas condiciones, la disociación del carbamato de amonio se produce debido al hecho de que cuando la masa fundida se purga con dióxido de carbono, la presión parcial de amoníaco disminuye drásticamente y el equilibrio de la reacción (2) se desplaza hacia la izquierda. Este proceso se caracteriza por el aprovechamiento del calor de reacción de formación de carbamato y un menor consumo energético.

En la Fig.8.9. Se muestra un diagrama simplificado de una unidad de síntesis de urea a gran escala con reciclaje de líquido y el uso de un proceso de extracción. Incluye una unidad de alta presión, una unidad de baja presión y un sistema de granulación. Una solución acuosa de carbamato de amonio y sales de carbono de amonio, así como amoníaco y dióxido de carbono ingresan a la parte inferior de la columna de síntesis 1 desde el condensador de alta presión 4. En la columna de síntesis a una temperatura de 170-190°C y una presión de 13-15 MPa, finaliza la formación de carbamato y procede la reacción de síntesis de urea. El consumo de reactivos se selecciona de modo que en el reactor la relación molar NH 3: CO 2 sea 2,8-2,9. La mezcla de reacción líquida (fundida) de la columna de síntesis de urea ingresa a la columna de extracción 5, donde fluye hacia abajo a través de los tubos. El dióxido de carbono, comprimido en un compresor a una presión de 13-15 MPa, se alimenta en contracorriente a la masa fundida, a la que se le agrega aire en una cantidad suficiente para formar una película pasivante y reducir la corrosión del equipo en una cantidad que garantice una concentración de oxígeno de 0,5- 0,8% en la mezcla. La columna de extracción se calienta con vapor de agua. La mezcla de vapor y gas de la columna 5, que contiene dióxido de carbono fresco, ingresa al condensador de alta presión 4. También se introduce en él amoníaco líquido. Al mismo tiempo sirve como flujo de trabajo en el inyector 3, que suministra al condensador una solución de sales de amonio y carbono del depurador 2 y, si es necesario, parte

Fig.8.9. Esquema tecnológico simplificado para la producción de urea con reciclaje líquido completo y el uso del proceso de stripping:

1 – columna de síntesis de urea; 2 – depuradora de alta presión; 3 – inyector; 4 – condensador de carbamato de alta presión; 5 – columna de extracción; 6 – bombas; 7 – condensador de baja presión; 8 – columna de destilación a baja presión; 9 – calentador; 10 – colección; 11 – evaporador; 12 – torre de granulación.

fundido de la columna de síntesis. En el condensador se forma carbamato. El calor liberado durante la reacción se utiliza para producir vapor de agua.

Los gases sin reaccionar salen continuamente de la parte superior de la columna de síntesis y entran en el lavador de alta presión 2, en el que la mayoría de ellos se condensan debido al enfriamiento con agua, formando una solución acuosa de carbamato y sales de carbono de amonio. La solución acuosa de urea que sale de la columna de extracción 5 contiene entre un 4 y un 5% de carbamato. Para su descomposición final, la solución se estrangula a una presión de 0,3-0,6 MPa y luego se envía a la parte superior de la columna de destilación 8. La fase líquida fluye en la columna hacia abajo por la boquilla en contracorriente a la mezcla de vapor y gas que sube. de abajo hacia arriba; Por la parte superior de la columna salen NH 3, CO 2 y vapor de agua. El vapor de agua se condensa en el condensador de baja presión 7 y la mayor parte del amoníaco y el dióxido de carbono se disuelven. La solución resultante se envía al depurador 2. La depuración final de los gases emitidos a la atmósfera se realiza mediante métodos de absorción (no mostrados en el diagrama).

Una solución acuosa de urea al 70% que sale del fondo de la columna de destilación 8 se separa de la mezcla de vapor y gas y, después de reducir la presión a la presión atmosférica, se envía primero a la evaporación y luego a la granulación. Antes de pulverizar la masa fundida en la torre de granulación 12, se le añaden aditivos acondicionadores, por ejemplo, resina de urea-formaldehído, para obtener un fertilizante que no se apelmaza y que no se deteriora durante el almacenamiento.

Diagrama esquemático con reciclaje completo.

El nitrato de amonio es uno de los principales tipos de fertilizantes nitrogenados; contiene al menos un 34,2% de nitrógeno. Las materias primas para producir nitrato de amonio granulado son ácido nítrico no concentrado al 30-40% y amoníaco gaseoso.

A veces se utiliza ácido sulfúrico al 92,5% como aditivo acondicionador, que se neutraliza con amoníaco junto con ácido nítrico para formar sulfato de amonio. Para rociar los gránulos terminados, se utiliza un tensioactivo: una solución acuosa al 40% del dispersante "NF".

Las principales etapas de la producción de nitrato de amonio son: neutralización del ácido nítrico con gas amoniaco; obtención de nitrato de amonio fundido altamente concentrado; granulación en estado fundido; enfriamiento de gránulos de nitrato de amonio; tratamiento de gránulos con tensioactivo - dispersante "NF"; purificación del aire y del vapor de jugo antes de su liberación a la atmósfera; embalaje y almacenamiento del producto terminado.

Diagrama de flujo de producción

El nitrato de amonio es uno de los fertilizantes nitrogenados más comunes. Se obtiene neutralizando ácido nítrico diluido (40-50%) con gas amoniaco.

El ácido nítrico del tanque receptor 1 (Fig. 9.8) pasa a través del intercambiador de calor 2 y ingresa al neutralizador 3. Allí se suministra gas amoniaco, precalentado en el intercambiador de calor 5. La mayor parte del amoníaco proviene en estado gaseoso del taller de síntesis de amoníaco. Además, desde el almacén se suministra amoníaco líquido, que se evapora en el aparato 4.

En el neutralizador 3, a presión atmosférica y a una determinada temperatura, se produce el proceso de neutralización.

Paralelamente, se produce una evaporación parcial de la solución debido al calor de neutralización. Una solución débilmente ácida parcialmente evaporada de nitrato de amonio con una concentración del 60-80% (la llamada lejía débil) ingresa a un tanque con un agitador, un preneutralizador 6, donde finalmente se neutraliza con amoníaco. El vapor generado cuando la solución se evapora (vapor de jugo) se elimina por la parte superior del neutralizador. Si el proceso se realiza incorrectamente, parte del amoníaco y del ácido nítrico pueden salir del neutralizador con el vapor del jugo.

La evaporación del licor débil hasta NH4NO3 al 98,5% se realiza al vacío en dos etapas. Inicialmente, en el evaporador 8, la concentración del licor se lleva al 82% de NH4NO3, y luego en el evaporador 12, al valor especificado.

Se suministra licor débil a la parte inferior del evaporador 8. El vapor de jugo se utiliza principalmente como agente calefactor en el evaporador de la primera etapa. Además, se le suministra vapor de agua. A medida que aumenta la concentración de vapor de jugo, se acumulan gases inertes en la cámara de calentamiento del evaporador, lo que perjudica la transferencia de calor. Para garantizar el funcionamiento normal del aparato 8, el espacio entre tubos se purga con la liberación de gases inertes a la atmósfera.

El licor evaporado del aparato 8 se traslada a la colección 10. Aquí, para mejorar la calidad del nitrato resultante, se añade una solución de dolomita a la lejía, lo que reduce la capacidad de apelmazamiento del nitrato.

Desde la colección 10, el licor se bombea al evaporador 12. En el separador 13, la solución evaporada se separa en vapor de jugo y una solución concentrada: se funde. El vapor de jugo pasa al condensador barométrico 14 y la masa fundida se alimenta a la torre de granulación 15. El nitrato de amonio granulado (el producto final) se retira de la torre a través del tubo de salida 16 mediante el transportador 17.