Скачать бесплатную работу можно по короткой ссылке. Ознакомится с содержимым можно ниже.
ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………… 3
ГЛАВА 1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР …………………………………………. 4
1.1 Анализ технологических схем производства аммиачной селитры ……………. 4
1.2 Анализ технологических решений по совершенствованию производства аммиачной селитры ……………………………………………………………………
10
ГЛАВА 2 РАСЧЕТНАЯ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ…………………… 15
2.1 Характеристика сырья и готового продукта………………………………… 15
2.2 Физико-химические основы процесса производства аммиачной селитры ….. 17
2.3 Выбор и описание технологической схемы производства аммиачной селитры…(производство раствора нитрата аммония)
21
2.4 Расчет материального баланса производство раствора нитрата аммония ………. 23
2.5 Расчет теплового баланса производство раствора нитрата аммония ………………. 28
2.6 Расчет основного и выбор вспомагательного оборудования………………. 35
ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………………… 42
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК…………………………………………… 43
ПРИЛОЖЕНИЯ…………………………………………………………………… 46
В 1825 г. торговое судно впервые доставило в Гамбург чилийскую селитру.
Груза было много — он был насыпан выше бортов, и никто не догадывался, зачем он нужен.
В то время был уже огромный печальный опыт попыток повышения плодородия почвы. Успехи поначалу, всегда сменялись разочарованием. Оказалось, что при внесении в почву только навоза или компоста урожайность удавалась повысить лишь до некоторого предела. Регулярное удобрение почвы зеленой массой растений требовало трехпольной системы ведения хозяйства, от которой стремились отказаться. Так называемое известкование почвы, удобрение ее глинистым или песчанистым мергелем вначале повышало урожаи. Однако при дальнейшем пресыщении почвы мергелем урожайность быстро снижалась. Почве не хватало каких-то других веществ. Чего только не предлагали в качестве удобрения! Тут были и всевозможные отходы животного и растительного происхождения, и измельченная ветошь, и остатки кожи, и размолотые перья. Авторы всех этих предложений не знали, что нужно растениям для роста. Для того чтобы получить представление об этом, необходимо было систематическое исследование растений вместе с окружающей их средой, почвой, на которой они живут, и воздухом, которым они дышат. Да, именно дышат! Это впервые установили в конце XVIII в. голландский ученый Ингенхауз, а также швейцарские исследователи Сеннебье и Соссюр. Растения поглощают углекислый газ из воздуха. Из почвы они получают воду, это точно, а может быть, что-нибудь еще? Вероятно, в почвенной влаге растворены какие-то вещества, которые вместе с ней переходят в растения?
Прошло совсем немного времени, и на эти вопросы был найден ответ. Он содержался в работах немецкого ученого Либиха. Свою первую работу, посвящённую связи между неорганической химией и химией растений, Либих опубликовал, будучи 20-летним студентом в Париже. За эту работу университет в Эрлангене присвоил ему докторскую степень. Именно Либих сделал решающий шаг от старого естествознания (философии природы) к химии в качестве самостоятельной науки, вооруженной собственными методами исследования.
В его лаборатории в Гессене был создан новый метод элементного анализа, позволяющий быстро определять состав органических соединений.
При анализе любого растения в нем удавалось обнаружить углерод, водород, кислород и азот. В золе, которая оставалась после сжигания растений, Либих нашел соединения других элементов, в том числе калия, кальция, магния, фосфора, серы, железа и кремния. Растения могли получить их только из почвы. При анализе почв присутствие этих элементов подтвердилось.
Так шаг за шагом Либих раскрыл существующую в природе закономерную связь явлений: растения постоянно извлекают из почвы минеральные вещества — человек убирает растения с поля — почва обедняется минеральными веществами — урожаи снижаются. «Продавая урожай со своего поля, крестьянин продает и само поле», — говорил Либих. Химик же должен помочь земледельцу возвратить его поле, он должен обеспечить его питательными минеральными веществами, которые были удалены из почвы вместе с урожаем.
Расход питательных веществ нужно восполнить, добавляя их в почву в таком же количестве путем внесения искусственных удобрений.
Оказалось, что растению необходимы калий, фосфор, кальций и, как нашел Либих только позднее, азот. Их-то и нужно вводить в почву в составе удобрений, потому что именно этими элементами она обедняется больше всего. Агрохимия — таким был подзаголовок изданной в 1840 г. книги Либиха «Органическая химия в приложении к земледелию и физиологии» — превратилась в самостоятельную науку и открыла новую эпоху в развитии сельского хозяйства.
Конечно, Либих не мог еще сказать, сколько минеральных удобрений нужно вносить в почву. Сейчас мы знаем, что это зависит от многих факторов. Однако для регулирования количества минеральных удобрений Либих предложил простой закон — так называемый закон минимума. Он гласит, что любое питательное вещество должно присутствовать в достаточном количестве. Если же какого-нибудь питательного вещества не хватает, то этот недостаток нельзя компенсировать избытком других питательных веществ. Следовательно, величина урожая зависит от того питательного вещества, которого меньше всего, то есть минимум. Отсюда и название закона — закон минимума.
Эта теория выросла из практики, и ее выводы нужно было проверить на практике. Запатентованное Либихом удобрение — смесь фосфатов, полученная из едкого кали и фосфорной кислоты — вначале была изготовлена и испытана в Англии. Однако этот опыт не привел к цели, потому что Либих не включил в состав своего удобрения азот. Он полагал, что этот элемент растения могут извлекать из воздуха. Либиху понадобилось провести целый ряд опытов на приобретенном им участке в Гессене» чтобы полностью выяснить этот вопрос. В результате он изменил свое прежнее представление о значении азота. После этого уже первые опыты, в которых ошибка была исправлена, увенчались успехом.
Агрохимия добилась первой крупной победы. В наши дни урожайность сельскохозяйственных культур растет быстрее, чем численность населения. Наука обеспечила пищей миллионы людей. Возникла новая отрасль промышленности — производство минеральных удобрений.
Ю. Либих сформулировал в общем виде теорию минерального питания растений, развитую и усовершенствованную позже многими учеными, среди которых в первую очередь следует назвать нашего соотечественника академика Д. Н. Прянишникова.
Как бы правильно ни применялся навоз, он не может вернуть почве того, чего он сам не содержит, т. е. крупной доли фосфора, перешедшего в зерно, кости животных, в молоко и прочие продукты, выращенные на этой земле. Таким образом, почва постепенно, но неуклонно теряет свой фосфор.
Д. Н. Прянишников поставил фосфор в один ряд с азотом и калием — элементами, которые больше всего выносятся растениями из почвы и потерю которых надо компенсировать, внося в землю минеральные удобрения.
Значит, растению прежде всего необходимы фосфорные, азотные и калийные удобрения.
Начиная с 70-х годов XIX в. химическая технология в той или иной форме проникает почти во все основные отрасли производства.
Химические продукты начали широко применять в сельском хозяйстве. В это время налаживается производство одного из видов неорганических удобрений — суперфосфата, а затем и других. Добыча и обработка минеральных удобрений в этот период складывается в особую область химии.
Внедрение точных методов химического анализа в изучении биологических процессов, происходящих в почве, позволило создать научную базу для земледелия, повысить урожайность.
Развитие химии и химической технологии, как было доказано ранее, позволяет не только увеличивать количество полезных вещей и число полезных применений уже известных веществ, но и вводит отбросы области процесса производства и потребления обратно в круговорот процесса воспроизводства, создавая тем самым новые возможности и новые ресурсы. Сегодня производство минеральных удобрений является наиболее динамично развивающийся отраслью .
Технологический процесс производства нитрата аммония состоит из следующих основных стадий: нейтрализации азотной кислоты газообразным аммиаком, выпаривание нитрата аммония, кристаллизации и гранулирования плава, охлаждения, классификации и опудривания готового продукта (рис.5.2.).
В настоящее время в связи с освоением производства 58 – 60% азотной кислоты основная масса нитрата аммония производится на установках АС-67, АС-72, АС-72М, мощностью 1360 и 1575 т/сутки с упариванием в одну ступень, а также на установках безупарочного типа
Газообразный аммиак из подогревателя 1, обогреваемого конденсатом сокового пара, нагретый до 120 — 160ºС, и азотная кислота из подогревателя 2, обогреваемого соковым паром, при температуре 80 — 90ºС поступают в аппарат ИТН (с использованием теплоты нейтрализации) 3. Для уменьшения потерь аммиака вместе с паром реакцию ведут в избытке кислоты. Раствор нитрата аммония из аппарата ИТН нейтрализуют в донейтрализаторе 4 аммиаком, куда одновременно добавляется кондиционирующая добавка нитрата магния и поступает на упаривание в выпарной аппарат 5. Из него образовавшийся плав нитрата аммония через гидрозатвор-донейтрализатор 6 и сборник плава 7 направляется в напорный бак 8 и из него с помощью виброакустических грануляторов 9 поступает в грануляционную башню 10. В нижнюю часть башни засасывается атмосферный воздух, и подается воздух из аппарата для охлаждения гранул «КС» 12. Образовавшиеся гранулы нитрата аммония из нижней части башни поступают на транспортер 11 и в аппарат кипящего слоя 12 для охлаждения гранул, в который через подогреватель 13 подается сухой воздух. Из аппарата 12 готовый продукт направляется на упаковку. Воздух из верхней части башни 10 поступает в скрубберы 14, орошаемые 20% раствором нитрата аммония, где отмывается от пыли нитрата аммония и выбрасывается в атмосферу. В этих же скрубберах очищаются от непрореагировавшего аммиака и азотной кислоты газы, выходящие из выпарного аппарата и нейтрализатора. Аппарат ИТН, грануляционная башня и комбинированный выпарной аппарат – основные аппараты в технологической схеме АС-72М.
Аппарат ИТН имеет общую высоту 10 м и состоит из двух частей: нижней реакционной и верхней сепарационной. В реакционной части находится перфорированный стакан в который подают азотную кислоту и аммиак. При этом за счет хорошей теплоотдачи реакционной массы стенкам стакана, реакция нейтрализации протекает при температуре, более низкой, чем температура кипения кислоты. Образующийся раствор нитрата аммония закипает, и из него испаряется вода. За счет подъемной силы пара парожидкостная эмульсия выбрасывается из верхней части стакана и проходит через кольцевой зазор между корпусом и стаканом, продолжая упариваться. Затем она поступает в верхнюю сепарационную часть, где раствор, проходя ряд тарелок, отмывается от аммиака раствором нитрата аммония и конденсатом сокового пара. Время пребывания реагентов в реакционной зоне не превышает одной секунды, благодаря чему не происходит термического разложения кислоты и нитрата аммония. За счет использования теплоты нейтрализации в аппарате испаряется большая часть воды и образуется 90% раствор нитрата аммония.
Комбинированный выпарной аппарат высотой 16 м состоит из двух частей. В нижней кожухотрубной части диаметром 3м происходит упаривание раствора, проходящего через трубки, обогреваемые сначала перегретым паром, нагретым до 180ºС воздухом. Верхняя часть аппарата служит для очистки выходящей из аппарата паровоздушной смеси и частичного упаривания поступающего в аппарат раствора нитрата аммония. Из выпарного аппарата выходит плав нитрата аммония концентрацией 99,7% с температурой около 180ºС.
Грануляционная башня имеет прямоугольное сечение 11х8 м2 и высоту около 65 м. Через отверстие в нижней части в башню поступает наружный воздух и воздух из охладителя гранул. Поступающий в верхнюю часть башни плав нитрата аммония диспергируется с помощью трех виброакустических грануляторов, в которых струя плава превращается в капли. При падении капель с высоты около 50 м они затвердевают и превращаются в гранулы. Кристаллизация плава с влажностью 0,2% начинается при 167ºС и заканчивается при 140 ºС. Объем воздуха, подаваемого в башне, составляет в зависимости от времени года 300 – 500 м3/час.
В установках АС – 72М применяется магнезиальная добавка против слеживаемости продукта (нитрат магния). Поэтому операции обработки гранул ПАВ, предусмотренной в схемах АС – 67 и АС – 72, не требуется.
Принципиальными отличиями технологической схемы производства нитрата аммония безупарочным методом (рис. 5.4.) являются: использование более концентрированной азотной кислоты; проведение процесса нейтрализации при повышенном (0,4МПа) давлении; быстрый контакт нагретых компонентов.
В этих условиях на стадии нейтрализации образуется парожидкостная эмульсия, после разделения которой получают плав концентрацией 98,5%, что позволяет исключить отдельную стадию упаривания раствора.
Нагретые в нагревателях 1 и 2, обогреваемые паром, выходящим из сепаратора, эмульсии 4, азотная кислота и аммиак поступают в нейтрализатор 3, где в результате реакции образуется эмульсия из водного раствора нитрата аммония и водяного пара. Эмульсия разделяется в сепараторе 4 и плав нитрата аммония подается в барабанный кристаллизатор 5, в котором нитрат аммония кристаллизируется на поверхности металлического барабана, охлаждаемого изнутри водой.
Образовавшийся на поверхности барабана слой твердого нитрата аммония толщиной около 1 мм срезается ножом 6 и в виде чешуек поступает для просушивания в барабанную сушилку 7. Подобный продукт в виде чешуек используется для технических целей.
Исходные данные:
Расчет выполнить для агрегата АС-72М производительностью 420 000 т/год 100 мас. % NH4NO3. Количество рабочих дней в году 330. Концентрация HNO3 56 мас. %. Концентрация газообразного NH3 100 мас. %. Концентрация получаемого раствора аммиачной селитры 91,5 мас. %. Начальная температура азотной кислоты 80С. Начальная температура аммиака 135 С. Потери HNO3 1,5 мас. %, NH3 – 1,5 мас. %. Давление сокового пара 130 кПа. Остальные данные, необходимые для расчета, – литературные и цеховые.
