Технология неорганических веществ и минеральных удобрений (стр. 26 )

показатели	Хемико	Стамикарбон	Тое-Коацу	Отечественные Газовый рецикл	Жидкостной рецикл
Мощность агрегата, т/сут.	-	250	250	100	250
NН3:СО2:Н2О	6:1:0	5:1:0.5	4.5:1:0.5	4.5:1	5:1::1
Давление, ат	177	200	300	200	200
Температура,0С	175	200	190	200	200
Степень превращения СО2	76	65	67	47	65
Удельный расход, т/т карбамида: аммиак	0.58	0.58	0.58	0.58	0.57
СО2	0.77	0.77	0.77	0.75	0.75
Электроэнергия, квт*ч	188	150	190	260	150

Анализ приведенных данных показывает, что все системы, использующие полный жидкостной рецикл в виде водного раствора углеаммонийных солей, имеют существенные преимущества перед остальными. Однако все они недостаточно эффективны с энергетической точки зрения, так как разложение непрореагировавшего карбамата аммония требует значительной затраты тепловой энергии. Последующая абсорбция продуктов разложения с образованием РУАС сопровождается выделением теплоты. Использование ее затруднительно вследствие низкого температурного потенциала (не свыше 400К). Создание очень мощных систем производства карбамида повлекло за собой стремление повысить эффективность технологического процесса путем снижения энергозатрат и повышение надежности работы оборудования.

Представляют интерес процессы использования теплоты, выделяющейся при образовании карбамата аммония в первой ступени дистилляции, для частичной отгонки непрореагировавших компонентов во втрой ступени. Стриппинг-процесс дает возможность значительно утилизировать энергозатараты, хотя бы в виде пара низкого давления. Интересно и комбинирование производства аммиака и карбамида, в результае чего снижаются капитальные и эксплуатационные затраты.

3.2.Производство аммиачной селитры

3.2.1.Свойства аммиачной селитры

Нитрат аммония (аммиачная селитра) – белое кристалличекое вещество, молекулярный вес 80.04; содержит 60% О, 5% Н, 35% N в аммиачной и нитратной форме. Аммиачная селитра – основное азотное удобрение, в котором массовая доля азота в аммонийной и нитратной форме составляет 35%. Основные физико-химические свойства:

Плотность, г/см3 …………………………………..1.68 – 1.7254

Насыпная плотность, г/см3 ………………………0.8262;

Температура плавления, 0С……………………….169.6 – 170.4

Температура разложения, 0С …………………….более 190;

Теплота плавления, ккал/кг……………………….16.2;

Теплота образования, ккал/моль ………………….87.2;

Коэффициент теплопроводности, ккал/м*ч*град 0.205;

Твердая аммиачная селитра в интервале температур от 17 до 169.60С имеет 5 кристаллических модификаций, термодинамически устойчивых при атмосферном давлении. Каждая модификация существует лишь в определенной области температур, и переход из одной модификации в другую (полимерный переход) сопровождается изменением кристаллической структуры и объема кристаллической решетки.

Модифика ция	Температур- ные области существования модификаций, 0С	Вид симметрии	Объем кристал- лической решетки	Превра- щение	Темпе ратура, 0С	Тепло та прев- ращения, кдж/кг
1	169.6 –125.2	кубическая	85.2	плав↔1	169.6	68.03
2	125.2 –84.2	тетрагональная	163.7	1↔2	125.2	52.83
3	84.2 –32.3	ромбичес кая моно- клинная	313.7	2 ↔3	84.1	16.75
4	32.3 –(-17)	ромбичес- кая бипарами- дальная	155.4	3 ↔4	32.3	19.89

Кристаллы ромбической формы, устойчивые при температурах от –16 до +320С, не слеживаются и являются лучшей формой как удобрение.

Процессы перехода одной модификации аммиачной селитры в другую являются обратимыми. Они сопровождаются выделением или поглощением тепла и скачкообразным изменением удельного объема, теплоемкости, энтропии

Равновесные температуры модификационных превращений аммиачной селитры можно изменить лишь введением добавок неорганических солей, которые изменяют его кристаллическую решетку в случае образования твердых растворов или химических соединений. Вода также влияет на кинетику полиморфных переходов. По мере увеличения содержания воды от 0.5 до 3.4% температура перехода 4 →3 понижается от 48 до 370С, с повышением содержания воды от 0.03 до 0.5% температура перехода 1→2 снижается со 125 до 1200С. Но влага не меняет природу модификационных переходов.

Введение в аммиачную селитру добавок расширяет предел содержания влаги, в котором происходит стабилизация перехода 2→4, наиболее эффективным в этом отношении является нитрат магния. Температура перехода 2→4 для аммиачной селитры с добавками составляет 45 –470С. При этих температурах аммиачная селитра будет находиться в устойчивой 4-ой модификации.

Аммиачная селитра обладает высокой гигроскопичностью, что является одной из причин ее слеживаемости. На открытом воздухе она быстро становится влажной, затем расплывается, теряет кристаллическую форму. Гигроскопические точки аммиачной селитры при различных температурах имеют (в % относительной влажности) следующие значения:

Т,0С 10 20 25 30 40 50

Г, % 75.3 66.9 62.7 59.4 52.5 48.4

Относительная влажность воздуха, при которой вещество не увлажняется и не подсыхает, называется гигроскопической точкой. Гигроскопическая точка является функцией температуры.

Х = Рн /Р *100 (4.1.1.)

Р-парциальное давление насыщенного водяного пара при данной температуре; Рн - парциальное давление паров воды над насыщенным раствором вещества.

Аммиачная селитра поглощает влагу из воздуха, когда парциальное давление водяных паров в ней при данной температуре выше давления паров над насыщенным раствором соли. Влажный и теплый климат весьма неблагоприятен для хранения аммиачной селитры. Эффективным средством предотращения увлажнения аммиачной селитры является ее герметичная упаковка.

Скорость поглощения аммиачной селитрой влаги из воздуха с повышением его температуры резко увеличивается. При 400С скорость поглощения влаги из воздуха в 2.1 раза больше, чем при 230С. Гранулирование аммиачной селитры также приводит к снижению скорости поглощения влаги солью из воздуха. Гранулированная аммиачная селитра имеет меньшую поверхность, чем кристаллический продукт.

Добавление в плав аммиачной селитры растворенных неорганических солей понижает гигроскопическую точку, так, введение 1.2% нитрата магния понижает гигроскопическую точку при 250С до 57.3%.

Аммиачная селитра – сильный окислитель ряда неорганических и органических соединений. С некоторыми веществами, находящимися в расплавленном состоянии (например, с расплавом нитрита натрия), она интенсивно реагирует, вплоть до взрыва. Аммиачная селитра хорошо растворяется в воде, метиловом и этиловом спиртах, жидком аммиаке, ацетоне. Растворение в воде протекает с поглощением большого количества тепла, поэтому с повышением температуры растворимость аммиачной селитры значительно возрастает. При растворении аммиачной селитры в равном по объему количестве воды температура раствора снижается на 250С, например, с 15 до –100С. При повышении влажности и температуры воздуха объем аммиачной селитры увеличивается в 1.5 раза. Для раздавливания совершенно сухих частиц аммиачной селитры требуются большие усилия.

Аммиачная селитра сильно слеживается и теряет сыпучесть при хранении, а в определенных условиях даже превращается в монолитную массу, с трудом поддающуюся измельчению. Это затрудняет ее применение. Слеживаемость вызывается многими причинами: повышенное содержание влаги, неоднородность и механическая непрочность частиц, гигроскопичность, изменение кристаллической модификации соли. Введение неорганических добавок позволяет уменьшить ее слеживаемость, но не дает возможность получать удобрение со 100% рассыпчатостью. Чем меньше влажность продукта и ниже его температура при упаковке в тару, тем меньше слеживаемость.

Чтобы предотвратить слеживаемость требуется гранулировать продукт, охлаждать гранулы перед упаковкой ниже температуры полиморфного превращения модификации 4→3, т. е. ниже температуры 305.27К, использовать герметичную упаковку, применять кондиционирующие добавки, вводимые в раствор нитрата аммония до его кристаллизации и понижающие его растворимость.

Механизм действия добавок пока еще окончательно не выяснен. Влияние добавок объясняют их высаливающим действием на нитрат аммония, вследствие чего при охлаждении продукта межкристалличный маточный раствор выделяет меньшее количество новых кристаллов, чем раствор, в котором отсутствуют вещества, понижающие растоворимость NН4NО3. В присутствии добавок изменяется и форма кристаллов NН4NО3. Так добавка нитрата магния, повышающая вязкость раствора. способствует кристаллизации NН4NО3 в виде дендритов. Кристаллы такой формы хрупки и неспособны прочно удерживать ранее образовавшиеся кристаллы.

При продолжительном нагревании твердая аммиачная селитра вначале плавится, а при 110 –1150С начинает диссоциировать