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Ministère de l'Éducation et des Sciences de la Fédération de Russie

Établissement d'enseignement public

Formation professionnelle supérieure

"Université technique d'État de Tver"

Département du TPM

Travaux de cours

dans la discipline : « Technologie chimique générale »

Production de nitrate d'ammonium

Contenu

Introduction

2. Méthodes de production

3. Les principales étapes de la production de nitrate d'ammonium à partir d'ammoniac et d'acide nitrique

3.1 Préparation des solutions de nitrate d'ammonium

3.1.1 Principes de base du processus de neutralisation

3. 1 5 Équipement principal

4. Calculs matériaux et énergie

5. Calcul thermodynamique

6. Recyclage et neutralisation des déchets dans la production de nitrate d'ammonium

Conclusion

Liste des sources utilisées

Annexe A

Introduction

Dans la nature et dans la vie humaine, l'azote est extrêmement important. Il fait partie des composés protéiques (16-18 %), qui constituent la base du monde végétal et animal. Une personne consomme quotidiennement 80 à 100 g de protéines, ce qui correspond à 12 à 17 g d'azote.

Pour le développement normal des plantes, de nombreux éléments chimiques sont nécessaires. Les principaux sont le carbone, l’oxygène, l’hydrogène, l’azote, le phosphore, le magnésium, le soufre, le calcium, le potassium et le fer. Les trois premiers éléments d’une plante sont obtenus à partir de l’air et de l’eau, le reste est extrait du sol.

L'azote joue un rôle particulièrement important dans la nutrition minérale des plantes, même si sa teneur moyenne dans la masse végétale ne dépasse pas 1,5 %. Sans azote, aucune plante ne peut vivre ou se développer normalement.

L'azote est un composant non seulement des protéines végétales, mais aussi de la chlorophylle, à l'aide de laquelle les plantes, sous l'influence de l'énergie solaire, absorbent le carbone du dioxyde de carbone CO2 présent dans l'atmosphère.

Les composés azotés naturels se forment à la suite de processus chimiques de décomposition de résidus organiques, lors de décharges de foudre, ainsi que biochimiquement à la suite de l'activité de bactéries spéciales - Azotobacter, qui absorbent directement l'azote de l'air. La même capacité est possédée par les bactéries nodulaires qui vivent dans les racines des légumineuses (pois, luzerne, haricots, trèfle, etc.).

Une quantité importante d'azote et d'autres nutriments nécessaires au développement des cultures agricoles est éliminée chaque année du sol avec la récolte qui en résulte. De plus, certains éléments nutritifs sont perdus en raison de leur lessivage par les eaux souterraines et les eaux de pluie. Par conséquent, pour éviter une diminution du rendement et l'épuisement du sol, il est nécessaire de le reconstituer en nutriments en appliquant divers types d'engrais.

On sait que presque tous les engrais ont une acidité ou une alcalinité physiologique. En fonction de cela, il peut avoir un effet acidifiant ou alcalinisant sur le sol, ce qui est pris en compte lors de son utilisation pour certaines cultures agricoles.

Les engrais, dont les cations alcalins sont extraits plus rapidement par les plantes du sol, provoquent une acidification ; Les plantes qui consomment les anions acides des engrais contribuent plus rapidement à l’alcalinisation du sol.

Les engrais azotés contenant le cation ammonium NH4 (nitrate d'ammonium, sulfate d'ammonium) et le groupe amide NH2 (urée) acidifient le sol. L'effet acidifiant du nitrate d'ammonium est plus faible que celui du sulfate d'ammonium.

Selon la nature du sol, les conditions climatiques et autres, différentes quantités d'azote sont nécessaires pour différentes cultures.

En assortiment engrais azotés Le nitrate d'ammonium (nitrate d'ammonium, ou nitrate d'ammonium) occupe une place importante dont la production mondiale s'élève à des millions de tonnes par an.

Actuellement, environ 50 % des engrais azotés utilisés dans l’agriculture de notre pays sont du nitrate d’ammonium.

Le nitrate d'ammonium présente un certain nombre d'avantages par rapport aux autres engrais azotés. Il contient 34 à 34,5 % d'azote et est à cet égard juste derrière l'urée CO(NH2) 2, contenant 46 % d'azote. Les autres engrais azotés et contenant de l'azote contiennent nettement moins d'azote (la teneur en azote est indiquée en termes de matière sèche) :

Tableau 1 - Teneur en azote des composés

Le nitrate d’ammonium est un engrais azoté universel, car il contient simultanément des formes d’azote ammonium et nitrate. Il est efficace dans toutes les zones, pour presque toutes les cultures.

Il est très important que les formes azotées du nitrate d'ammonium soient utilisées par les plantes dans temps différent. L'azote ammoniacal, directement impliqué dans la synthèse des protéines, est rapidement absorbé par les plantes pendant la période de croissance ; L'azote nitrique est absorbé relativement lentement et dure donc plus longtemps. Il a également été établi que la forme ammoniacale de l’azote peut être utilisée par les plantes sans oxydation préalable.

Ces propriétés du nitrate d'ammonium ont un effet très positif sur l'augmentation du rendement de presque toutes les cultures agricoles.

La teneur élevée en azote du nitrate d'ammonium, la méthode de production relativement simple et le coût relativement faible par unité d'azote créent de bonnes conditions préalables au développement ultérieur de cette production.

Le nitrate d'ammonium fait partie d'un grand groupe d'explosifs stables. Des explosifs à base de nitrate d'ammonium et de nitrate d'ammonium, purs ou traités avec certains additifs, sont utilisés pour les opérations de dynamitage.

Une petite quantité de salpêtre est utilisée pour produire du protoxyde d’azote, utilisé en médecine.

Parallèlement à l'augmentation du volume de production de nitrate d'ammonium par la modernisation des installations de production existantes et la construction de nouvelles, des mesures sont prises pour améliorer encore la qualité du produit fini (obtention d'un produit 100 % friable et conservation des granulés après un stockage de longue durée du produit). ).

1. Physique Propriétés chimiques nitrate d'ammonium

Sous sa forme pure, le nitrate d'ammonium est une substance cristalline blanche contenant 35 % d'azote, 60 % d'oxygène et 5 % d'hydrogène. Le produit technique est blanc avec une teinte jaunâtre et contient au moins 34,2 % d'azote.

Le nitrate d'ammonium est un puissant agent oxydant pour un certain nombre de composés inorganiques et organiques. Il réagit violemment avec les matières fondues de certaines substances, jusqu'au point d'explosion (par exemple, avec le nitrite de sodium NaNO2).

Si de l'ammoniac gazeux passe sur du nitrate d'ammonium solide, un liquide très mobile se forme rapidement - ammoniac 2NH4NO32NH3 ou NH4NO33NH3.

Le nitrate d'ammonium est hautement soluble dans l'eau, les alcools éthylique et méthylique, la pyridine, l'acétone et l'ammoniac liquide. Avec l'augmentation de la température, la solubilité du nitrate d'ammonium augmente considérablement.

Lorsque le nitrate d’ammonium est dissous dans l’eau, une grande quantité de chaleur est absorbée. Par exemple, lorsqu’une mole de NH4NO3 cristallin est dissoute dans 220 à 400 moles d’eau et à une température de 10 à 15 °C, 6,4 kcal de chaleur sont absorbées.

Le nitrate d'ammonium a la capacité de se sublimer. Lorsque le nitrate d'ammonium est stocké dans des conditions de température et d'humidité de l'air élevées, son volume double approximativement, ce qui entraîne généralement la rupture du récipient.

Au microscope, les pores et les fissures sont clairement visibles à la surface des granules de nitrate d'ammonium. La porosité accrue des granulés de nitrate a un effet très négatif sur les propriétés physiques du produit fini.

Le nitrate d'ammonium est hautement hygroscopique. A l'air libre, dans une fine couche de salpêtre, il s'humidifie rapidement, perd sa forme cristalline et commence à s'estomper. Le degré auquel le sel absorbe l'humidité de l'air dépend de son humidité et de la pression de vapeur au-dessus d'une solution saturée d'un sel donné à une température donnée.

L'échange d'humidité se produit entre l'air et le sel hygroscopique. L'humidité relative de l'air a une influence décisive sur ce processus.

Le nitrate de calcium et de chaux-ammonium ont une pression de vapeur d'eau relativement faible par rapport aux solutions saturées ; à une certaine température, ils correspondent à l'humidité relative la plus basse. Ce sont les sels les plus hygroscopiques parmi les engrais azotés ci-dessus. Le sulfate d'ammonium est le moins hygroscopique et le nitrate de potassium est presque totalement non hygroscopique.

L'humidité n'est absorbée que par une couche relativement petite de sel immédiatement adjacente à l'air ambiant. Cependant, même une telle humidification du salpêtre détériore considérablement les propriétés physiques du produit fini. La vitesse à laquelle le nitrate d'ammonium absorbe l'humidité de l'air augmente fortement avec l'augmentation de la température. Ainsi, à 40 °C, le taux d’absorption d’humidité est 2,6 fois plus élevé qu’à 23 °C.

De nombreuses méthodes ont été proposées pour réduire l'hygroscopique du nitrate d'ammonium. Une de ces méthodes consiste à mélanger ou à fusionner du nitrate d’ammonium avec un autre sel. Lors du choix d'un deuxième sel, partez de la règle suivante : pour réduire l'hygroscopique, la pression de la vapeur d'eau au-dessus d'une solution saturée d'un mélange de sels doit être supérieure à leur pression au-dessus d'une solution saturée de nitrate d'ammonium pur.

Il a été établi que l'hygroscopique d'un mélange de deux sels ayant un ion commun est supérieure à celle du plus hygroscopique d'entre eux (à l'exception des mélanges ou alliages de nitrate d'ammonium avec du sulfate d'ammonium et quelques autres). Le mélange du nitrate d'ammonium avec des substances non hygroscopiques mais insolubles dans l'eau (par exemple, poussière de calcaire, roche phosphatée, phosphate dicalcique, etc.) ne réduit pas son hygroscopique. De nombreuses expériences ont montré que tous les sels qui ont une solubilité dans l'eau égale ou supérieure à celle du nitrate d'ammonium ont la propriété d'augmenter son hygroscopique.

Les sels pouvant réduire l'hygroscopique du nitrate d'ammonium doivent être ajoutés en grande quantité (par exemple, sulfate de potassium, chlorure de potassium, phosphate diammonique), ce qui réduit fortement la teneur en azote du produit.

Le moyen le plus efficace de réduire l’absorption de l’humidité de l’air consiste à recouvrir les particules de nitrate de films protecteurs constitués de substances organiques qui ne sont pas mouillées par l’eau. Le film protecteur réduit le taux d'absorption de l'humidité de 3 à 5 fois et contribue à améliorer les propriétés physiques du nitrate d'ammonium.

Une propriété négative du nitrate d'ammonium est sa capacité à s'agglutiner - à perdre sa fluidité (friable) pendant le stockage. Dans ce cas, le nitrate d'ammonium se transforme en une masse monolithique solide, difficile à broyer. L'agglomération du nitrate d'ammonium est causée par de nombreuses raisons.

Augmentation de la teneur en humidité dans le produit fini. Les particules de nitrate d'ammonium de toute forme contiennent toujours de l'humidité sous la forme d'une solution (mère) saturée. La teneur en NH4NO3 d'une telle solution correspond à la solubilité du sel aux températures auxquelles il est chargé dans le conteneur. À mesure que le produit fini refroidit, la liqueur mère devient souvent sursaturée. Avec une nouvelle diminution de la température, un grand nombre de cristaux d'une taille de 0,2 à 0,3 mm tombent de la solution sursaturée. Ces nouveaux cristaux cimentent les particules de nitrate auparavant non liées, les transformant en une masse dense.

Faible résistance mécanique des particules de salpêtre. Le nitrate d'ammonium est produit sous forme de particules rondes (granulés), de plaques ou de petits cristaux. Les particules de nitrate d'ammonium granulaire ont une surface spécifique plus petite et une forme plus régulière que celles en flocons et à cristaux fins, de sorte que les granules s'agglutinent moins. Cependant, lors du processus de granulation, une certaine quantité de particules creuses se forme, qui ont une faible résistance mécanique.

Lors du stockage, les sacs contenant du salpêtre granulé sont placés en tas de 2,5 m de haut. Sous la pression des sacs supérieurs, les granulés les moins durables sont détruits avec formation de particules ressemblant à de la poussière, qui compactent la masse de salpêtre, augmentant ainsi son agglomération. La pratique montre que la destruction des particules creuses dans une couche de produit granulaire accélère fortement le processus de prise en masse. Ceci est observé même si, lors du chargement dans le conteneur, le produit a été refroidi à 45 °C et que la majeure partie des granulés présentait une bonne résistance mécanique. Il a été établi que les granulés creux sont également détruits par recristallisation.

À mesure que la température ambiante augmente, les granulés de salpêtre perdent presque complètement leur résistance et un tel produit s'agglutine fortement.

Décomposition thermique du nitrate d'ammonium. Risque d'explosion. Résistance au feu. Du point de vue de la sécurité contre les explosions, le nitrate d'ammonium est relativement peu sensible aux chocs, aux frottements, aux impacts, et reste stable lorsqu'il est frappé par des étincelles d'intensité variable. Les mélanges d'impuretés de sable, de verre et de métal n'augmentent pas la sensibilité du nitrate d'ammonium aux contraintes mécaniques. Il n'est capable d'exploser que sous l'influence d'un détonateur puissant ou lors d'une décomposition thermique dans certaines conditions.

Avec un chauffage prolongé, le nitrate d'ammonium se décompose progressivement en ammoniac et acide nitrique :

NH4NO3=NH3+HNO3 - 174598,32 J (1)

Ce processus, qui se produit par absorption de chaleur, commence à des températures supérieures à 110°C.

Avec un chauffage supplémentaire, le nitrate d'ammonium se décompose pour former du protoxyde d'azote et de l'eau :

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

La décomposition thermique du nitrate d'ammonium se déroule selon les étapes successives suivantes :

· hydrolyse (ou dissociation) des molécules NH4NO3 ;

· décomposition thermique de l'acide nitrique formé lors de l'hydrolyse ;

· interaction du dioxyde d'azote et de l'ammoniac formée au cours des deux premières étapes.

Lorsque le nitrate d'ammonium est intensément chauffé à 220-240 °C, sa décomposition peut s'accompagner d'apparitions d'une masse fondue.

Chauffer du nitrate d'ammonium dans un volume fermé ou dans un volume avec un dégagement limité de gaz formés lors de la décomposition thermique du nitrate est très dangereux.

Dans ces cas, la décomposition du nitrate d'ammonium peut procéder par de nombreuses réactions, notamment à travers les suivantes :

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)

D'après les réactions ci-dessus, il ressort clairement que l'ammoniac, formé au cours de la période initiale de décomposition thermique du nitrate, est souvent absent des mélanges gazeux ; Des réactions secondaires s'y déroulent, au cours desquelles l'ammoniac est complètement oxydé en azote élémentaire. À la suite de réactions secondaires, la pression du mélange gazeux dans un volume fermé augmente fortement et le processus de décomposition peut se terminer par une explosion.

Le cuivre, les sulfures, le magnésium, les pyrites et quelques autres impuretés activent le processus de décomposition du nitrate d'ammonium lorsqu'il est chauffé. À la suite de l'interaction de ces substances avec le nitrate chauffé, il se forme du nitrite d'ammonium instable qui, à 70-80 ° C, se décompose rapidement avec une explosion :

NH4NO3=N2+2H20 (6)

Le nitrate d'ammonium ne réagit pas avec le fer, l'étain et l'aluminium, même à l'état fondu.

Avec l'augmentation de l'humidité et de la taille des particules de nitrate d'ammonium, sa sensibilité à l'explosion diminue considérablement. En présence d'environ 3 % d'humidité, le salpêtre devient insensible à l'explosion même lorsqu'il est exposé à un détonateur puissant.

La décomposition thermique du nitrate d'ammonium augmente avec l'augmentation de la pression jusqu'à une certaine limite. Il a été établi qu'à une pression d'environ 6 kgf/cm2 et à la température correspondante, tout le nitrate fondu se décompose.

Pour réduire ou prévenir la décomposition thermique du nitrate d'ammonium, il est essentiel de maintenir un environnement alcalin lors de l'évaporation des solutions. Par conséquent, dans le nouveau schéma technologique de production de nitrate d'ammonium non agglomérant, il est conseillé d'ajouter une petite quantité d'ammoniac à l'air chaud.

Considérant que, dans certaines conditions, le nitrate d'ammonium peut être un produit explosif, lors de sa production, de son stockage et de son transport, le régime technologique et les règles de sécurité établis doivent être strictement respectés.

Le nitrate d'ammonium est un produit ininflammable. Seul le protoxyde d’azote, formé lors de la décomposition thermique du sel, entretient la combustion.

Un mélange de nitrate d'ammonium et de charbon de bois broyé peut s'enflammer spontanément lorsqu'il est fortement chauffé. Certains métaux facilement oxydables (comme le zinc en poudre) en contact avec du nitrate d'ammonium humide avec une légère chaleur peuvent également provoquer son inflammation. En pratique, des cas d'inflammation spontanée de mélanges de nitrate d'ammonium et de superphosphate ont été observés.

Les sacs en papier ou les fûts en bois contenant du nitrate d'ammonium peuvent prendre feu même s'ils sont exposés au soleil. Lorsqu'un récipient contenant du nitrate d'ammonium s'enflamme, des oxydes d'azote et des vapeurs d'acide nitrique peuvent être libérés. En cas d'incendie provoqué par une flamme nue ou dû à une détonation, le nitrate d'ammonium fond et se décompose partiellement. La flamme ne se propage pas dans la profondeur de la masse de salpêtre.

2 . Méthodes de production

acide de neutralisation du nitrate d'ammonium

Dans l'industrie, seule la méthode de production de nitrate d'ammonium à partir d'ammoniac synthétique (ou de gaz contenant de l'ammoniac) et d'acide nitrique dilué est largement utilisée.

La production de nitrate d'ammonium à partir d'ammoniac synthétique (ou de gaz contenant de l'ammoniac) et d'acide nitrique se déroule en plusieurs étapes. À cet égard, ils ont essayé d'obtenir du nitrate d'ammonium directement à partir de l'ammoniac, des oxydes d'azote, de l'oxygène et de la vapeur d'eau par la réaction

4NH3 + 4NO2 + 02 + 2H20 = 4NH4NO3 (7)

Cependant, cette méthode a dû être abandonnée, car avec le nitrate d'ammonium, du nitrite d'ammonium s'est formé - un produit instable et explosif.

Un certain nombre d'améliorations ont été apportées à la production de nitrate d'ammonium à partir d'ammoniac et d'acide nitrique, ce qui a permis de réduire les coûts d'investissement pour la construction de nouvelles usines et de réduire le coût du produit fini.

Pour améliorer radicalement la production de nitrate d'ammonium, il a fallu abandonner les idées qui prévalaient depuis de nombreuses années sur l'impossibilité de travailler sans réserves appropriées d'équipements de base (par exemple, évaporateurs, tours de granulation, etc.), sur le danger de obtenir une masse fondue de nitrate d'ammonium presque anhydre pour la granulation.

Il est fermement établi en Russie et à l'étranger que seule la construction d'unités de grande puissance, utilisant les avancées scientifiques et technologiques modernes, peut offrir des avantages économiques significatifs par rapport à la production actuelle de nitrate d'ammonium.

Une quantité importante de nitrate d’ammonium est actuellement produite à partir des gaz résiduaires contenant de l’ammoniac de certains systèmes de synthèse d’urée. Selon l'un des modes de production, 1 tonne d'urée produit de 1 à 1,4 tonne d'ammoniac. À partir de cette quantité d'ammoniac, 4,6 à 6,5 tonnes de nitrate d'ammonium peuvent être produites. Bien que des systèmes plus avancés de synthèse de l'urée fonctionnent également, les gaz contenant de l'ammoniac - les déchets de cette production - serviront pendant un certain temps de matière première pour la production de nitrate d'ammonium.

La méthode de production de nitrate d'ammonium à partir de gaz contenant de l'ammoniac ne diffère de la méthode de production à partir d'ammoniac gazeux qu'au stade de la neutralisation.

En petites quantités, le nitrate d'ammonium est obtenu par décomposition échangeuse de sels (méthodes de conversion).

Ces procédés de production de nitrate d'ammonium reposent sur la précipitation d'un des sels obtenus ou sur la production de deux sels de solubilités différentes dans l'eau. Dans le premier cas, les solutions de nitrate d'ammonium sont séparées des sédiments sur des filtres rotatifs et transformées en un produit solide selon des procédures conventionnelles. Dans le second cas, les solutions sont évaporées jusqu'à une certaine concentration et séparées par cristallisation fractionnée, qui se résume à ce qui suit : lors du refroidissement des solutions chaudes, la majeure partie du nitrate d'ammonium est isolée sous sa forme pure, puis la cristallisation est réalisée dans des solutions séparées. équipement à partir des solutions mères pour obtenir un produit contaminé par des impuretés.

Tous les procédés de production de nitrate d'ammonium par décomposition par échange de sels sont complexes et impliquent une consommation de vapeur élevée et une perte d'azote lié. Ils ne sont généralement utilisés dans l'industrie que lorsqu'il est nécessaire d'utiliser des composés azotés obtenus comme sous-produits.

La méthode moderne de production de nitrate d'ammonium à partir d'ammoniac gazeux (ou de gaz contenant de l'ammoniac) et d'acide nitrique est constamment améliorée.

3 . Les principales étapes de la production de nitrate d'ammonium à partir d'ammoniac et d'acide nitrique

Le processus de production de nitrate d'ammonium comprend les principales étapes suivantes :

1. Préparation de solutions de nitrate d'ammonium en neutralisant l'acide nitrique avec de l'ammoniac gazeux ou des gaz contenant de l'ammoniac.

2. Évaporation des solutions de nitrate d'ammonium jusqu'à l'état fondu.

3. Cristallisation à partir de sel fondu sous forme de particules rondes (granulés), de flocons (plaques) et de petits cristaux.

4. Sel de refroidissement ou de séchage.

5. Emballage du produit fini.

Pour obtenir du nitrate d'ammonium peu agglomérant et résistant à l'eau, outre les étapes indiquées, une étape de préparation d'additifs appropriés est également nécessaire.

3.1P Préparation de solutions de nitrate d'ammonium

3.1.1 Bases du processus de neutralisation

Solutions de nitrate d'ammonium ry sont obtenus en faisant réagir de l'ammoniac avec de l'acide nitrique selon la réaction :

4NH3 + HNO3 = NH4NO3 + Q J (8)

La formation de nitrate d'ammonium est irréversible et s'accompagne d'un dégagement de chaleur. La quantité de chaleur dégagée lors de la réaction de neutralisation dépend de la concentration d'acide nitrique utilisée et de sa température, ainsi que de la température du gaz ammoniac (ou des gaz contenant de l'ammoniac). Plus la concentration d’acide nitrique est élevée, plus la chaleur est générée. Dans ce cas, l'eau s'évapore, ce qui permet d'obtenir des solutions plus concentrées de nitrate d'ammonium. Pour obtenir des solutions de nitrate d'ammonium, on utilise de l'acide nitrique à 42-58 %.

L'utilisation d'acide nitrique avec une concentration supérieure à 58 % pour obtenir des solutions de nitrate d'ammonium avec la conception existante du procédé n'est pas possible, car dans ce cas, une température se développe dans l'appareil neutralisant qui dépasse considérablement le point d'ébullition de l'acide nitrique, ce qui peut conduire à sa décomposition avec dégagement d’oxydes d’azote. Lorsque les solutions de nitrate d'ammonium sont évaporées, de la vapeur de jus se forme en raison de la chaleur de réaction dans les appareils neutralisants, ayant une température de 110 à 120 °C.

Lors de l'obtention de solutions de nitrate d'ammonium de la concentration la plus élevée possible, des surfaces d'échange thermique relativement petites des évaporateurs sont nécessaires et une petite quantité de vapeur fraîche est consommée pour une évaporation ultérieure des solutions. À cet égard, avec la matière première, ils s'efforcent de fournir une chaleur supplémentaire au neutralisant, pour lequel ils chauffent l'ammoniac à 70°C et l'acide nitrique à 60°C avec de la vapeur de jus (à une température plus élevée de l'acide nitrique, sa décomposition importante se produit et les tuyaux de chauffage sont soumis à une forte corrosion s'ils ne sont pas en titane).

L'acide nitrique utilisé dans la production de nitrate d'ammonium ne doit pas contenir plus de 0,20 % d'oxydes d'azote dissous. Si l'acide n'est pas suffisamment purgé avec de l'air pour éliminer les oxydes d'azote dissous, ils forment du nitrite d'ammonium avec l'ammoniac, qui se décompose rapidement en azote et en eau. Dans ce cas, les pertes d'azote peuvent s'élever à environ 0,3 kg pour 1 tonne de produit fini.

En règle générale, la vapeur de jus contient des impuretés NH3, NHO3 et NH4NO3. La quantité de ces impuretés dépend fortement de la stabilité des pressions auxquelles l'ammoniac et l'acide nitrique doivent être fournis au neutralisant. Pour maintenir une pression donnée, l'acide nitrique est fourni à partir d'un réservoir sous pression équipé d'un tuyau de trop-plein et l'ammoniac gazeux est fourni à l'aide d'un régulateur de pression.

La charge du neutralisant détermine également dans une large mesure la perte d’azote lié avec la vapeur de jus. Sous charge normale, les pertes avec les condensats de vapeur de jus ne doivent pas dépasser 2 g/l (en termes d'azote). Lorsque la charge du neutralisant est dépassée, des réactions secondaires se produisent entre l'ammoniac et les vapeurs d'acide nitrique, ce qui entraîne notamment la formation de nitrate d'ammonium brumeux dans la phase gazeuse, contaminant la vapeur de jus et augmentant la perte d'azote lié. Les solutions de nitrate d'ammonium obtenues dans les neutralisants sont accumulées dans des récipients intermédiaires munis d'agitateurs, neutralisées avec de l'ammoniaque ou de l'acide nitrique, puis envoyées à l'évaporation.

3.1.2 Caractéristiques des installations de neutralisation

Selon l'application pression requise, les installations modernes de production de solutions de nitrate d'ammonium par chaleur de neutralisation sont divisées en installations fonctionnant à pression atmosphérique ; en raréfaction (vide) ; à pression élevée (plusieurs atmosphères) et installations combinées fonctionnant sous pression dans la zone de neutralisation et sous vide dans la zone de séparation des vapeurs de jus de la solution de nitrate d'ammonium (fondu).

Les installations fonctionnant à la pression atmosphérique ou à une légère surpression se caractérisent par la simplicité de leur technologie et de leur conception. Ils sont également faciles à entretenir, à démarrer et à arrêter ; les violations accidentelles du mode de fonctionnement spécifié sont généralement rapidement éliminées. Les installations de ce type sont les plus utilisées. L'appareil principal de ces installations est l'appareil neutralisant ITN (utilisation de chaleur de neutralisation). L'appareil ITN fonctionne sous une pression absolue de 1,15 à 1,25 atm. Structurellement, il est conçu de manière à ce que presque aucune ébullition des solutions ne se produise - avec formation de nitrate d'ammonium brumeux.

La présence d'une circulation dans l'appareil pompe à chaleur élimine la surchauffe dans la zone de réaction, ce qui permet d'effectuer le processus de neutralisation avec des pertes minimales d'azote lié.

Selon les conditions opératoires de production du nitrate d'ammonium, la vapeur de jus des appareils ITN est utilisée pour l'évaporation préalable des solutions de nitrate, pour l'évaporation de l'ammoniac liquide, le chauffage de l'acide nitrique et de l'ammoniac gazeux envoyés aux appareils ITN, et pour l'évaporation de l'ammoniac liquide lors de l'obtention de l'ammoniac gazeux utilisé dans la production d'acide nitrique dilué.

Les solutions de nitrate d'ammonium sont produites à partir de gaz contenant de l'ammoniac dans des installations dont l'appareil principal fonctionne sous vide (évaporateur) et à pression atmosphérique (épurateur-neutraliseur). De telles installations sont volumineuses et il est difficile d'y maintenir un mode de fonctionnement stable en raison de la variabilité de la composition des gaz contenant de l'ammoniac. Cette dernière circonstance affecte négativement la précision de la régulation de l'excès d'acide nitrique, de sorte que les solutions de nitrate d'ammonium résultantes contiennent souvent une quantité accrue d'acide ou d'ammoniac.

Les installations de neutralisation fonctionnant sous une pression absolue de 5 à 6 atm ne sont pas très courantes. Ils nécessitent une consommation d’énergie importante pour comprimer le gaz ammoniac et fournir de l’acide nitrique sous pression aux neutralisants. De plus, dans ces installations, des pertes accrues de nitrate d'ammonium sont possibles en raison de l'entraînement des projections de solutions (même dans les séparateurs de conception complexe, les projections ne peuvent pas être complètement captées).

Dans les installations basées sur la méthode combinée, les processus de neutralisation de l'acide nitrique avec de l'ammoniac sont combinés et produisent du nitrate d'ammonium fondu, qui peut être directement envoyé à la cristallisation (c'est-à-dire que les évaporateurs destinés à concentrer les solutions de nitrate sont exclus de ces installations). Les installations de ce type nécessitent 58 à 60 % d'acide nitrique, que l'industrie produit encore en quantités relativement faibles. De plus, certains équipements doivent être fabriqués en titane coûteux. Le processus de neutralisation pour obtenir du nitrate fondu doit être effectué à des températures très élevées (200-220°C). Compte tenu des propriétés du nitrate d'ammonium, pour effectuer le processus à des températures élevées, il est nécessaire de créer des conditions spéciales empêchant la décomposition thermique du nitrate fondu.

3.1.3 Installations de neutralisation fonctionnant à pression atmosphérique

Ces installations comprennent Ils comprennent des dispositifs neutralisants de MII (utilisant la chaleur de neutralisation) et des équipements auxiliaires.

La figure 1 montre l'une des conceptions de l'appareil ITN utilisé dans de nombreuses usines de production de nitrate d'ammonium existantes.

Z1 - tourbillonnant ; BC1 - récipient externe (réservoir) ; VTs1 - cylindre intérieur (partie neutralisation) ; U1 - dispositif de distribution d'acide nitrique ; Ш1 - raccord pour solutions de drainage ; O1 - fenêtres ; U2 - dispositif de distribution d'ammoniac ; G1 - joint hydraulique ; C1 - séparateur-piège

Figure 1 - Appareil neutralisateur de MII à circulation naturelle des solutions

L'appareil ITN est un récipient cylindrique vertical (réservoir) 2, dans lequel un cylindre (verre) 3 avec des étagères 1 (tourbillon) est placé pour améliorer le mélange des solutions. Des canalisations d'introduction d'acide nitrique et d'ammoniac gazeux sont reliées au cylindre 3 (les réactifs sont fournis à contre-courant) ; les canalisations se terminent par les dispositifs 4 et 7 pour une meilleure répartition de l'acide et du gaz. Dans le cylindre intérieur, l'acide nitrique réagit avec l'ammoniac. Ce cylindre est appelé chambre de neutralisation.

L'espace annulaire entre la cuve 2 et le cylindre 3 sert à la circulation des solutions bouillantes de nitrate d'ammonium. Dans la partie inférieure du cylindre se trouvent 6 trous (fenêtres) reliant la chambre de neutralisation à la partie d'évaporation de l'élément chauffant. En raison de la présence de ces trous, la productivité de l'appareil ITN est quelque peu réduite, mais une circulation naturelle intensive des solutions est obtenue, ce qui entraîne une réduction de la perte d'azote lié.

La vapeur de jus libérée par la solution est évacuée par le raccord situé dans le couvercle de l'appareil ITN et par le piège-séparateur 9. Les solutions de nitrate formées dans le cylindre 3 sous forme d'émulsion - les mélanges avec la vapeur de jus pénètrent dans le séparateur par le joint hydraulique 5. Depuis le raccord de la partie inférieure du piège-séparateur, les solutions d'ammonium. Le nitrate est envoyé au neutraliseur-mélangeur final pour un traitement ultérieur. Le joint hydraulique de la partie évaporation de l'appareil permet d'y maintenir un niveau constant de solution et empêche la vapeur de jus de s'échapper sans chasser des projections de solution entraînées par celle-ci.

Du condensat de vapeur se forme sur les plaques séparatrices en raison de la condensation partielle de la vapeur de jus. Dans ce cas, la chaleur de condensation est évacuée par la circulation de l'eau passant dans des serpentins posés sur des plaques. À la suite de la condensation partielle de la vapeur de jus, une solution de 15 à 20 % de NH4NO3 est obtenue, qui est envoyée à l'évaporation avec le flux principal de solution de nitrate d'ammonium.

La figure 2 montre un schéma d'une des unités de neutralisation fonctionnant à une pression proche de l'atmosphérique.

NB1 - réservoir sous pression ; C1 - séparateur ; I1 - évaporateur ; P1 - chauffage ; SK1 - collecte des condensats ; ITN1 - Appareil ITN ; M1 - agitateur ; TsN1 - pompe centrifuge

Figure 2 - Schéma d'une installation de neutralisation fonctionnant à pression atmosphérique

L'acide nitrique pur ou additionné est fourni à un réservoir sous pression équipé d'un débordement constant de l'excès d'acide vers le stockage.

Depuis le réservoir sous pression 1, l'acide nitrique est dirigé directement dans le verre de l'appareil ITN 6 ou à travers un réchauffeur (non représenté sur la figure), où il est chauffé par la chaleur de la vapeur de jus évacuée par le séparateur 2.

L'ammoniac gazeux entre dans l'évaporateur d'ammoniac liquide 3, puis dans le réchauffeur 4, où il est chauffé par la chaleur de la vapeur secondaire du détendeur ou par le condensat chaud de la vapeur de chauffage des évaporateurs, puis est envoyé par deux canalisations parallèles dans le verre de l'appareil ITN 6.

Dans l'évaporateur 3, l'ammoniac liquide pulvérisé s'évapore et les contaminants habituellement associés à l'ammoniac gazeux sont séparés. Dans ce cas, de l'eau ammoniacale faible est formée avec un mélange d'huile lubrifiante et de poussière de catalyseur provenant de l'atelier de synthèse d'ammoniac.

La solution de nitrate d'ammonium obtenue dans le neutralisant s'écoule en continu à travers un joint hydraulique et un piège à éclaboussures dans le mélangeur final du neutralisant 7, d'où, après neutralisation de l'excès d'acide, elle est envoyée à l'évaporation.

La vapeur de jus libérée dans l'appareil de chauffage, après avoir traversé le séparateur 2, est envoyée pour être utilisée comme vapeur de chauffage vers les évaporateurs du premier étage.

Le condensat de vapeur de jus provenant du réchauffeur 4 est collecté dans le collecteur 5, d'où il est dépensé pour divers besoins de production.

Avant de démarrer le neutralisant, les travaux préparatoires prévus dans la notice d'utilisation sont effectués. Notons seulement quelques-uns des travaux préparatoires liés au déroulement normal du processus de neutralisation et à la garantie des précautions de sécurité.

Tout d'abord, vous devez verser une solution de nitrate d'ammonium ou du condensat de vapeur dans le neutraliseur jusqu'à la vanne d'échantillonnage.

Ensuite, il est nécessaire d'établir un approvisionnement continu en acide nitrique dans le réservoir sous pression et son débordement dans la zone de stockage de l'entrepôt. Après cela, il est nécessaire de recevoir de l'ammoniac gazeux de l'atelier de synthèse d'ammoniac, pour lequel il est nécessaire d'ouvrir brièvement les vannes de la ligne de libération de la vapeur de jus dans l'atmosphère et la vanne de sortie de la solution dans le mélangeur-neutraliseur. Cela évite la création d'une haute pression dans l'appareil de pompage et la formation d'un mélange ammoniac-air dangereux lors du démarrage de l'appareil.

Dans le même but, avant le démarrage, le neutraliseur et les communications qui y sont connectées sont purgés à la vapeur.

Après avoir atteint les conditions normales de fonctionnement, la vapeur de jus provenant de l'appareil de chauffage est envoyée pour être utilisée comme vapeur de chauffage].

3.1.4 Installations de neutralisation fonctionnant sous vide

Co-traitement d'amm les gaz contenant de l'ammoniac et l'ammoniac gazeux ne sont pas pratiques, car ils sont associés à d'importantes pertes de nitrate d'ammonium, d'acide et d'ammoniac en raison de la présence d'une quantité importante d'impuretés dans les gaz contenant de l'ammoniac (azote, méthane, hydrogène, etc.) - Ces impuretés bouillonnant à travers les solutions bouillantes de nitrate d'ammonium résultantes emporteraient l'azote lié avec la vapeur du jus. De plus, la vapeur de jus contaminée par des impuretés ne pouvait pas être utilisée comme vapeur de chauffage. Par conséquent, les gaz contenant de l’ammoniac sont généralement traités séparément du gaz ammoniac.

Dans les installations fonctionnant sous vide, la chaleur de réaction est utilisée en dehors du neutralisant, dans un évaporateur sous vide. Ici, les solutions chaudes de nitrate d'ammonium provenant du neutralisant sont bouillies à une température correspondant au vide régnant dans l'appareil. De telles installations comprennent : un neutralisant de type épurateur, un évaporateur sous vide et des équipements auxiliaires.

La figure 3 représente un schéma d'une installation de neutralisation fonctionnant à l'aide d'un évaporateur sous vide.

HP1 - neutralisant de type épurateur ; H1 - pompe ; B1 - évaporateur sous vide ; B2 - séparateur sous vide ; NB1 - réservoir sous pression d'acide nitrique ; B1 - réservoir (mélangeur à porte) ; P1 - rondelle ; DN1 - pré-neutraliseur

Figure 3 - Schéma d'une installation de neutralisation avec un évaporateur sous vide

Des gaz contenant de l'ammoniac à une température de 30 à 90 °C sous une pression de 1,2 à 1,3 atm sont fournis à la partie inférieure de l'épurateur-neutraliseur 1. Une solution de nitrate en circulation pénètre dans la partie supérieure de l'épurateur depuis le réservoir étanche 6, qui est généralement alimenté en continu à partir du réservoir 5 en acide nitrique, parfois préchauffé à une température ne dépassant pas 60 °C. Le processus de neutralisation est effectué avec un excès d'acide compris entre 20 et 50 g/l. L'épurateur 1 maintient généralement une température de 15 à 20 °C en dessous du point d'ébullition des solutions, ce qui aide à prévenir la décomposition acide et la formation de brouillard de nitrate d'ammonium. La température réglée est maintenue en irriguant l'épurateur avec une solution provenant d'un évaporateur sous vide, qui fonctionne sous un vide de 600 mmHg. Art., de sorte que la solution qu'elle contient a une température plus basse que dans l'épurateur.

La solution de nitrate obtenue dans l'épurateur est aspirée dans l'évaporateur sous vide 5, où, sous un vide de 560 à 600 mm Hg. Art. une évaporation partielle de l'eau se produit (évaporation) et une augmentation de la concentration de la solution.

De l'évaporateur sous vide, la solution s'écoule dans le réservoir à joint hydraulique 6, d'où la majeure partie va à nouveau pour irriguer l'épurateur 1, et le reste est envoyé au neutralisant final 8. La vapeur de jus générée dans l'évaporateur sous vide 3 est envoyé à travers le séparateur sous vide 4 vers le condenseur de surface (non représenté sur la figure) ou dans un condensateur de type mélangeur. Dans le premier cas, le condensat de vapeur de jus est utilisé dans la production d'acide nitrique, dans le second, à diverses autres fins. Le vide dans l’évaporateur sous vide est créé par la condensation de la vapeur de jus. Les vapeurs et gaz non condensés sont aspirés hors des condenseurs par une pompe à vide et évacués dans l'atmosphère.

Les gaz d'échappement du laveur 1 pénètrent dans l'appareil 7, où ils sont lavés avec du condensat pour éliminer les gouttes de solution de nitrate, après quoi ils sont également évacués dans l'atmosphère. Dans le mélangeur neutralisant final, les solutions sont neutralisées jusqu'à une teneur de 0,1 à 0,2 g/l d'ammoniac libre et, avec le flux de solution de nitrate obtenu dans l'appareil ITN, sont envoyées à l'évaporation.

La figure 4 montre un schéma de neutralisation sous vide plus avancé.

XK1 - réfrigérateur-condenseur ; CH1 - épurateur-neutraliseur ; C1, C2 - collections ; TsN1, TsN2, TsN3 - pompes centrifuges ; P1 - laveuse à gaz ; G1 - joint hydraulique ; L1 - piège ; B1 - évaporateur sous vide ; BD1 - réservoir neutralisant ; B2 - pompe à vide ; P2 - machine à laver les jus ; K1 - condensateur de surface

Figure 4 - Schéma de neutralisation sous vide :

Les gaz de distillation sont dirigés vers la partie inférieure du laveur neutralisant 2, irrigué avec une solution issue du collecteur 3 à l'aide d'une pompe de circulation 4.

La collecte 3 à travers le joint hydraulique 6 reçoit les solutions du laveur-neutraliseur 2, ainsi que les solutions après le piège de l'évaporateur sous vide 10 et du laveur de jus à vapeur 14.

Grâce à un réservoir sous pression (non représenté sur la figure), la solution d'acide nitrique du laveur de gaz 5, irriguée avec du condensat de vapeur de jus, est introduite en continu dans la collection 7. De là, les solutions sont fournies par la pompe de circulation 8 au laveur 5, après quoi ils sont remis dans la collection 7.

Les gaz chauds issus du laveur 5 sont refroidis dans le réfrigérateur-condenseur 1 et rejetés dans l'atmosphère.

Les solutions chaudes de nitrate d'ammonium provenant du joint hydraulique 6 sont aspirées par la pompe à vide 13 dans l'évaporateur sous vide 10, où la concentration de NH4NO3 augmente de plusieurs pour cent.

Les vapeurs de jus libérées dans l'évaporateur sous vide 10, après avoir traversé le piège 9, le laveur 14 et le condenseur surfacique 15, sont rejetées dans l'atmosphère par la pompe à vide 13.

Une solution de nitrate d'ammonium avec une acidité donnée est évacuée de la conduite de refoulement de la pompe 4 dans le réservoir du neutralisant. Ici, la solution est neutralisée avec du gaz ammoniac et la pompe 12 est envoyée à la station d'évaporation.

3.1. 5 Équipement principal

Neutralisants de MII. Plusieurs types de neutralisants sont utilisés, se différenciant principalement par la taille et la conception des dispositifs de distribution d'ammoniac et d'acide nitrique à l'intérieur de l'appareil. Des appareils des tailles suivantes sont souvent utilisés : diamètre 2400 mm, hauteur 7155 mm, verre - diamètre 1000 mm, hauteur 5000 mm. Des appareils d'un diamètre de 2440 mm et d'une hauteur de 6294 mm et des appareils dont le mélangeur fourni précédemment a été retiré sont également utilisés (Figure 5).

LK1 - trappe ; P1 - étagères ; L1 - ligne d'échantillonnage ; L2 - ligne de sortie de solution ; BC1 - verre intérieur ; C1 - récipient externe ; Ш1 - raccord pour solutions de drainage ; P1 - distributeur d'ammoniac ; P2 - distributeur d'acide nitrique

Figure 5 - Dispositif neutralisant les MII

Dans certains cas, pour le traitement de petites quantités de gaz contenant de l'ammoniac, des appareils ITP d'un diamètre de 1 700 mm et d'une hauteur de 5 000 mm sont utilisés.

Le réchauffeur de gaz ammoniac est un appareil à coque et tube en acier au carbone. Diamètre du boîtier 400--476 mm, hauteur 3500--3280 mm. Le tube est souvent constitué de 121 tubes (diamètre du tube 25x3 mm) avec une surface totale de transfert de chaleur de 28 m2. L'ammoniac gazeux pénètre dans les tubes et la vapeur de chauffage ou le condensat chaud pénètre dans l'espace inter-tubes.

Si la vapeur de jus provenant d'un équipement de chauffage est utilisée pour le chauffage, le radiateur est en acier inoxydable 1Х18Н9Т.

L'évaporateur d'ammoniac liquide est un appareil en acier au carbone, dans la partie inférieure duquel se trouve un serpentin à vapeur, et au milieu se trouve une entrée tangentielle d'ammoniac gazeux.

Dans la plupart des cas, l'évaporateur fonctionne avec de la vapeur fraîche à une pression (excédent) de 9 atm. Au bas de l'évaporateur d'ammoniac se trouve un raccord permettant une purge périodique des contaminants accumulés.

Le réchauffeur d'acide nitrique est un appareil à coque et tube d'un diamètre de 400 mm et d'une longueur de 3890 mm. Diamètre du tube 25x2 mm, longueur 3500 mm ; surface totale d'échange thermique 32 m2. Le chauffage est effectué par de la vapeur de jus avec une pression absolue de 1,2 atm.

Le neutralisant de type épurateur est un appareil cylindrique vertical d'un diamètre de 1 800 à 2 400 mm et d'une hauteur de 4 700 à 5 150 mm. Des appareils d'un diamètre de 2012 mm et d'une hauteur de 9000 mm sont également utilisés. À l'intérieur de l'appareil, pour une répartition uniforme des solutions en circulation sur la section transversale, se trouvent plusieurs plaques perforées ou une buse constituée d'anneaux en céramique. Dans la partie supérieure des appareils équipés de plaques, est posée une couche d'anneaux de dimensions 50x50x3 mm, qui fait office de barrière contre les projections de solutions.

La vitesse du gaz dans la section libre du laveur d'un diamètre de 1 700 mm et d'une hauteur de 5 150 mm est d'environ 0,4 m/s. L'irrigation de l'appareil de type épurateur avec des solutions est réalisée à l'aide de pompes centrifuges d'une capacité de 175 à 250 m3/h.

L'évaporateur sous vide est un appareil cylindrique vertical d'un diamètre de 1 000 à 1 200 mm et d'une hauteur de 5 000 à 3 200 mm. La buse est constituée d'anneaux en céramique mesurant 50x50x5 mm, disposés en rangées régulières.

Le lave-gaz est un appareil cylindrique vertical en acier inoxydable d'un diamètre de 1000 mm et d'une hauteur de 5000 mm. La buse est constituée d'anneaux en céramique mesurant 50x50x5 mm.

Agitateur-neutraliseur - un appareil cylindrique doté d'un agitateur tournant à une vitesse de 30 tr/min. L'entraînement s'effectue à partir d'un moteur électrique via une boîte de vitesses (Figure 6).

Ш1 - raccord pour l'installation d'un indicateur de niveau ; B1 - bouche d'aération ; E1 - moteur électrique ; P1 - boîte de vitesses ; VM1 - arbre mélangeur ; L1 - regard

Figure 6 - Agitateur-neutraliseur

Le diamètre des appareils fréquemment utilisés est de 2800 mm, hauteur 3200 mm. Ils fonctionnent sous pression atmosphérique, servent à la neutralisation finale des solutions de nitrate d'ammonium et de récipients intermédiaires pour les solutions envoyées à l'évaporation.

Le condenseur de surface est un échangeur de chaleur vertical à deux passes (à travers l'eau) conçu pour condenser la vapeur de jus provenant d'un évaporateur sous vide. Diamètre de l'appareil 1 200 mm, hauteur 4 285 mm ; surface d'échange thermique 309 m2. Il fonctionne sous un vide d'environ 550 à 600 mm Hg. Art.; a des tubes : diamètre 25x2 mm, longueur 3500 m, nombre total 1150 pièces ; le poids d'un tel condensateur est d'environ 7200 kg

Dans certains cas, pour éliminer les émissions dans l'atmosphère de vapeur de jus évacuée lors de la purge des évaporateurs, des siphons des équipements de chauffage et des joints hydrauliques, un condenseur surfacique est installé avec les caractéristiques suivantes : diamètre du boîtier 800 mm, hauteur 4430 mm, nombre total de tubes 483 pcs., diamètre 25x2, surface totale 125 m2.

Les pompes à vide. Différents types de pompes sont utilisés. La pompe de type VVN-12 a une capacité de 66 m3/h, la vitesse de rotation de l'arbre est de 980 tr/min. La pompe est conçue pour créer un vide dans une unité de neutralisation du vide.

Pompes centrifuges. Pour faire circuler la solution de nitrate d'ammonium dans une installation de neutralisation sous vide, des pompes 7ХН-12 d'une capacité de 175-250 m3/h sont souvent utilisées. La puissance installée du moteur électrique est de 55 kW.

4 . Calculs matériaux et énergie

Calculons le bilan matière et thermique du procédé. Je calcule la neutralisation de l'acide nitrique avec du gaz ammoniac pour 1 tonne de produit. Je reprends les données initiales du tableau 2, en utilisant la méthodologie des manuels , , .

Nous acceptons que le processus de neutralisation se déroule dans les conditions suivantes :

Température initiale, °C

gaz ammoniac............................................................ ...................................50

acide nitrique................................................ .......................................................20

Tableau 2 - Données initiales

Calcul du matériau

1 Pour obtenir 1 tonne de nitrate par réaction :

NH3+HNO3=NH4NO3 +Q J (9)

théoriquement, la quantité suivante de matières premières est nécessaire (en kg) :

ammoniac

17 - 80 x = 1 000*17/80 = 212,5

x-1000

acide nitrique

63 - 80 x = 1 000*63/80 = 787,5

x-1000

Où 17, 63 et 80 sont respectivement les poids moléculaires de l'ammoniac, de l'acide nitrique et du nitrate d'ammonium.

La consommation pratique de NH3 et HNO3 est légèrement supérieure à la consommation théorique, car pendant le processus de neutralisation, des pertes de réactifs avec de la vapeur de jus sont inévitables en raison de fuites dans les communications dues à une légère décomposition des composants réactifs et des nitrates, etc.

2. Déterminer la quantité de nitrate d'ammonium dans le produit commercial : 0,98*1000=980 kg/h

ou

980/80=12,25 kmol/h,

et aussi la quantité d'eau :

1000-980=20kg/h

3. Je calculerai la consommation d'acide nitrique (100 %) pour obtenir 12,25 kmol/h de nitrate. Selon la stœchiométrie, la même quantité est consommée (kmol/h) que la formation de nitrate : 12,25 kmol/h, soit 12,25*63=771,75 kg/h

Puisque les conditions fixent la conversion complète (100 %) de l’acide, ce sera la quantité fournie.

Le processus implique de l'acide dilué - 60 % :

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

y compris l'eau :

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

4. De même, consommation d'ammoniac (100%) pour produire 12,25 kmol/h, soit 12,25*17=208,25 kg/h

En termes d'eau ammoniaquée à 25 %, cela sera 208,25/0,25 = 833 kg/h, y compris l'eau 833-208,25 = 624,75 kg/h.

5. Je trouverai la quantité totale d'eau dans le neutralisant fourni avec les réactifs :

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

6. Déterminons la quantité de vapeur d'eau formée par évaporation de la solution de nitrate (il reste 20 kg/h dans le produit commercial) : 1139,25 - 20 = 1119,25 kg/h.

7. Dressons un tableau du bilan matière du procédé de production du nitrate d’ammonium.

Tableau 3 - Bilan matière du procédé de neutralisation

8. Calculons les indicateurs technologiques.

· coefficients de dépenses théoriques :

pour l'acide - 63/80=0,78 kg/kg

pour l'ammoniac - 17/80=0,21 kg/kg

· ratios de dépenses réels :

pour l'acide - 1286,25/1000=1,28 kg/kg

pour l'ammoniac - 833/1000=0,83 kg/kg

Au cours du processus de neutralisation, une seule réaction a eu lieu, la conversion de la matière première était égale à 1 (c'est-à-dire qu'une conversion complète s'est produite), il n'y a eu aucune perte, ce qui signifie que le rendement réel est égal au rendement théorique :

Qf/Qt100=980/980100=100 %

Calcul d'énergie

L'arrivée de la chaleur. Lors du processus de neutralisation, l'apport thermique est constitué de la chaleur introduite par l'ammoniac et l'acide nitrique, ainsi que de la chaleur dégagée lors de la neutralisation.

1. La chaleur apportée par le gaz ammoniac est :

Q1=208,252,1850=22699,25 kJ,

où 208,25 est la consommation d'ammoniac, kg/h

2,18 - capacité calorifique de l'ammoniac, kJ/(kg*°C)

50 - température de l'ammoniac, °C

2. Chaleur introduite par l’acide nitrique :

Q2=771,752,7620=42600,8kJ,

où 771,25 est la consommation d'acide nitrique, kg/h

2,76 - capacité thermique de l'acide nitrique, kJ/(kg*°C)

20 - température de l'acide, °C

3. La chaleur de neutralisation est préalablement calculée pour 1 mole de nitrate d'ammonium formée selon l'équation :

HNO33,95H2O(liquide) +NH3(gaz) =NH4NO33,95H2O(liquide)

où HNO3*3,95H2O correspond à l’acide nitrique.

L'effet thermique Q3 de cette réaction se retrouve à partir des grandeurs suivantes :

a) chaleur de dissolution de l'acide nitrique dans l'eau :

HNO3+3,95 H2O=HNO3*3,95H2O (10)

b) chaleur de formation de NH4NO3 solide à partir de 100 % d'acide nitrique et 100 % d'ammoniac :

HNO3 (liquide) + NH3 (gaz) = NH4NO3 (solide) (11)

c) la chaleur de dissolution du nitrate d'ammonium dans l'eau, en tenant compte de la consommation de chaleur de réaction pour l'évaporation de la solution résultante de 52,5 % (NH4NO3 H2O) à 64 % (NH4NO3 2,5H2O)

NH4NO3 +2,5H2O= NH4NO3*2,5H2O, (12)

où NH4NO3*4H2O correspond à une concentration de 52,5% de NH4NO3

La valeur de NH4NO3*4H2O est calculée à partir du rapport

8047,5/52,518=4H2O,

où 80 est le poids molaire de NH4NO3

47,5 - Concentration de HNO3, %

52,5 - Concentration de NH4NO3, %

18 - poids molaire de H2O

La valeur de NH4NO3*2,5H2O correspondant à une solution à 64% de NH4NO3 est calculée de la même manière

8036/6418=2,5H2O

D'après la réaction (10), la chaleur de dissolution q de l'acide nitrique dans l'eau est de 2594,08 J/mol. Pour déterminer l'effet thermique de la réaction (11), il est nécessaire de soustraire la somme des chaleurs de formation de NH3 (gaz) et de HNO3 (liquide) de la chaleur de formation du nitrate d'ammonium.

La chaleur de formation de ces composés à partir de substances simples à 18°C et 1 atm a les valeurs suivantes (en J/mol) :

NH3(gaz):46191.36

HNO3 (liquide) : 174472,8

NH4NO3(s):364844.8

L'effet thermique global d'un processus chimique dépend uniquement des températures de formation des substances initiales en interaction et des produits finaux. Il en résulte que l'effet thermique de la réaction (11) sera :

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

La chaleur q3 de dissolution de NH4NO3 selon la réaction (12) est égale à 15606,32 J/mol.

La dissolution du NH4NO3 dans l'eau se produit avec l'absorption de chaleur. À cet égard, la chaleur de solution est prise dans le bilan énergétique avec un signe moins. La concentration de la solution NH4NO3 se déroule en conséquence avec le dégagement de chaleur.

Ainsi, l'effet thermique de la réaction Q3

HNO3 +3,95H2O(liquide)+ NH3(gaz) =NH4NO32,5H2O(liquide)+1,45 H2O(vapeur)

sera:

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

Lors de la production de 1 tonne de nitrate d'ammonium, la chaleur de la réaction de neutralisation sera :

102633,52*1000/80=1282919 kJ,

où 80 est le poids moléculaire de NH4NO3

D'après les calculs ci-dessus, il ressort clairement que le gain de chaleur total sera : avec l'ammoniac 22699,25, avec l'acide nitrique 42600,8, dû à la chaleur de neutralisation 1282919 et un total de 1348219,05 kJ.

Consommation de chaleur. Lors de la neutralisation de l'acide nitrique avec de l'ammoniac, la chaleur est évacuée de l'appareil par la solution résultante de nitrate d'ammonium, dépensée pour évaporer l'eau de cette solution et perdue dans environnement.

La quantité de chaleur évacuée par la solution de nitrate d’ammonium est :

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

où 980 est la quantité de solution de nitrate d'ammonium, en kg

10 - pertes de NH3 et HNO3, kg

tbouillir - température d'ébullition de la solution de nitrate d'ammonium, °C

Le point d'ébullition de la solution de nitrate d'ammonium est déterminé à une pression absolue dans le neutralisant de 1,15 à 1,2 atm ; Cette pression correspond à une température de vapeur d'eau saturée de 103 °C. à pression atmosphérique, le point d'ébullition de la solution de NH4NO3 est de 115,2 °C. la dépression en température est égale à :

?t=115,2 - 100=15,2 °C

Calculer le point d'ébullition d'une solution à 64% de NH4NO3

bouillir = tsat. vapeur+?tз =103+15,21,03 = 118,7 °С,

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Méthodes industrielles de production d'acide nitrique dilué. Catalyseurs pour l'oxydation de l'ammoniac. Composition du mélange gazeux. Teneur optimale en ammoniac dans le mélange ammoniac-air. Types de systèmes d'acide nitrique. Calcul du bilan matière et thermique du réacteur.

travail de cours, ajouté le 14/03/2015

Processus technologique, normes technologiques. Propriétés physicochimiques du phosphate diammonique. Système technologique. Réception, distribution d'acide phosphorique. Les première et deuxième étapes de neutralisation de l'acide phosphorique. Granulation et séchage du produit.

travail de cours, ajouté le 18/12/2008

Caractéristiques des matières premières et des matières auxiliaires pour la production d'acide nitrique. Sélection et justification du schéma de production adopté. Description du schéma technologique. Calculs de bilans matières des procédés. Automatisation du processus technologique.

La méthode de production de nitrate d'ammonium à partir d'ammoniac gazeux de cokerie et d'acide nitrique dilué n'était plus utilisée car économiquement non rentable.

La technologie de production de nitrate d'ammonium comprend la neutralisation de l'acide nitrique avec de l'ammoniac gazeux en utilisant la chaleur de réaction (145 kJ/mol) pour évaporer la solution de nitrate. Après avoir formé une solution, généralement avec une concentration de 83 %, l'excès d'eau est évaporé jusqu'à obtenir une masse fondue dans laquelle la teneur en nitrate d'ammonium est de 95 à 99,5 %, selon la qualité du produit fini. Pour être utilisée comme engrais, la masse fondue est granulée dans des pulvérisateurs, séchée, refroidie et recouverte de composés pour éviter l'agglomération. La couleur des granules varie du blanc à l'incolore. Le nitrate d'ammonium utilisé en chimie est généralement déshydraté, car il est très hygroscopique et le pourcentage d'eau qu'il contient (ω(H 2 O)) est presque impossible à obtenir.

Dans les usines modernes produisant du nitrate d'ammonium pratiquement non agglomérant, des granulés chauds contenant 0,4 % d'humidité ou moins sont refroidis dans un appareil à lit fluidisé. Les granulés refroidis sont conditionnés dans des sacs en polyéthylène ou en papier bitumineux à cinq couches. Pour donner aux granulés une plus grande résistance, garantissant la possibilité de transport en vrac et pour maintenir la stabilité de la modification cristalline pendant une durée de conservation plus longue, des additifs tels que la magnésite, le sulfate de calcium hémihydraté, les produits de décomposition des matières premières sulfates avec de l'acide nitrique et autres sont ajoutés au nitrate d'ammonium (généralement pas plus de 0,5 % en poids).

Dans la production de nitrate d'ammonium, l'acide nitrique est utilisé à une concentration supérieure à 45 % (45-58 %), la teneur en oxydes d'azote ne doit pas dépasser 0,1 %. Dans la production de nitrate d'ammonium, les déchets de la production d'ammoniac peuvent également être utilisés, par exemple l'eau ammoniacale et les gaz de réservoir et de purge retirés des installations de stockage d'ammoniac liquide et obtenus lors de la purge des systèmes de synthèse d'ammoniac. En outre, les gaz de distillation issus de la production d’urée sont également utilisés dans la production de nitrate d’ammonium.

Avec une utilisation rationnelle de la chaleur de neutralisation libérée, des solutions concentrées et même du nitrate d'ammonium fondu peuvent être obtenues par évaporation de l'eau. Conformément à cela, il existe des schémas pour obtenir une solution de nitrate d'ammonium avec son évaporation ultérieure (procédé en plusieurs étapes) et pour obtenir une masse fondue (procédé en une seule étape ou sans évaporation).

Les schémas fondamentalement différents suivants pour la production de nitrate d'ammonium en utilisant la chaleur de neutralisation sont possibles :

Installations fonctionnant à pression atmosphérique (surpression de vapeur de jus 0,15-0,2 at) ;

Installations avec évaporateur sous vide ;

Installations fonctionnant sous pression, avec une seule utilisation de la chaleur de la vapeur du jus ;

Installations fonctionnant sous pression, utilisant la double chaleur de la vapeur de jus (produisant une matière fondue concentrée).

Dans la pratique industrielle, elles sont largement utilisées comme installations les plus efficaces fonctionnant à pression atmosphérique, utilisant la chaleur de neutralisation et partiellement des installations avec un évaporateur sous vide.

La production de nitrate d'ammonium par cette méthode comprend les principales étapes suivantes :

1. obtention d'une solution de nitrate d'ammonium en neutralisant l'acide nitrique avec de l'ammoniaque ;

2. évaporation de la solution de nitrate d'ammonium jusqu'à l'état fondu ;

3. cristallisation du sel fondu ;

4. sel de séchage et de refroidissement ;

5. emballage.

Le processus de neutralisation est effectué dans un neutraliseur, ce qui permet d'utiliser la chaleur de réaction pour l'évaporation partielle de la solution - ITN. Il est conçu pour produire une solution de nitrate d'ammonium en neutralisant 58 à 60 % d'acide nitrique avec de l'ammoniac gazeux en utilisant la chaleur de réaction pour évaporer partiellement l'eau de la solution sous pression atmosphérique selon la réaction :

NH 3 + HNO 3 = NH 4 NO 3 + Qkcal

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1. Partie technologique

1.4.1 Préparation d'une solution aqueuse de concentration en nitrate d'ammonium

Introduction

Dans la nature et dans la vie humaine, l'azote est extrêmement important ; il fait partie des composés protéiques qui constituent la base du monde végétal et animal. Une personne consomme quotidiennement 80 à 100 g de protéines, ce qui correspond à 12 à 17 g d'azote.

Pour le développement normal des plantes, de nombreux éléments chimiques sont nécessaires. Les principaux sont : le carbone, l'oxygène, l'azote, le phosphore, le magnésium, le calcium, le fer. Les deux premiers éléments d’une plante sont obtenus à partir de l’air et de l’eau, le reste est extrait du sol.

L'azote joue un rôle particulièrement important dans la nutrition minérale des plantes, même si sa teneur moyenne dans la masse végétale ne dépasse pas 1,5 %. Sans azote, aucune plante ne peut vivre ou se développer normalement.

L'azote est un composant non seulement des protéines végétales, mais aussi de la chlorophylle, à l'aide de laquelle les plantes, sous l'influence de l'énergie solaire, absorbent le carbone du dioxyde de carbone CO2 présent dans l'atmosphère.

Les composés azotés naturels se forment à la suite de processus chimiques de décomposition de résidus organiques lors de décharges de foudre, ainsi que biochimiquement à la suite de l'activité de bactéries spéciales dans le sol - Azotobacter, qui absorbent directement l'azote de l'air. La même capacité est possédée par les bactéries nodulaires qui vivent dans les racines des légumineuses (pois, luzerne, haricots, etc.).

Une quantité importante d'azote contenue dans le sol est prélevée chaque année lors de la récolte des cultures végétales, et une partie est perdue à la suite du lessivage de substances contenant de l'azote par les eaux souterraines et les eaux de pluie. Par conséquent, pour augmenter les rendements des cultures, il est nécessaire de reconstituer systématiquement les réserves d'azote du sol en appliquant des engrais azotés. Selon la nature du sol, les conditions climatiques et autres, différentes quantités d'azote sont nécessaires pour différentes cultures.

Le nitrate d'ammonium occupe une place importante dans la gamme des engrais azotés. Dont la production a augmenté de plus de 30 % au cours des dernières décennies.

Au début du XXe siècle, un scientifique exceptionnel - l'agrochimiste D.N. Pryanishnikov. a appelé le nitrate d’ammonium l’engrais du futur. En Ukraine, pour la première fois au monde, ils ont commencé à utiliser du nitrate d'ammonium en quantités énormes comme engrais pour toutes les cultures industrielles (coton, betteraves sucrières et fourragères, lin, maïs) et ces dernières années pour les cultures maraîchères. .

Le nitrate d'ammonium présente un certain nombre d'avantages par rapport aux autres engrais azotés. Il contient 34 à 34,5 % d'azote et est à cet égard juste derrière l'urée [(NH2)2CO], contenant 46 % d'azote. Le nitrate d'ammonium NH4NO3 est un engrais azoté universel, car il contient simultanément le groupe ammonium NH4 et le groupe nitrate NO3 de la forme azotée.

Il est très important que les formes d’azote nitrate d’ammonium soient utilisées par les plantes à différents moments. L'azote ammoniacal NH2 est directement impliqué dans la synthèse des protéines et est rapidement absorbé par les plantes pendant la période de croissance ; L'azote nitrique NO3 est absorbé relativement lentement et dure donc plus longtemps.

Le nitrate d'ammonium est également utilisé dans l'industrie. Il fait partie d'un grand groupe d'explosifs au nitrate d'ammonium qui sont stables dans différentes conditions en tant qu'agent oxydant, se décomposant dans certaines conditions uniquement en produits gazeux. Cet explosif est un mélange de nitrate d'ammonium avec du trinitrotoluène et d'autres substances. Le nitrate d'ammonium traité avec un film d'hydrocarbure du type Fe(RCOO)3 RCOOH est utilisé en grande quantité pour le dynamitage dans l'industrie minière, dans la construction de routes, dans l'ingénierie hydraulique et autres grands ouvrages.

De petites quantités de nitrate d'ammonium sont utilisées pour produire du protoxyde d'azote, utilisé dans la pratique médicale.

Parallèlement à l'augmentation du volume de production de nitrate d'ammonium grâce à la construction de nouvelles entreprises et à la modernisation des entreprises existantes, la tâche était d'améliorer sa qualité, c'est-à-dire obtenir un produit fini avec 100% de friabilité. Ceci peut être réalisé en recherchant davantage divers additifs qui affectent les processus de transformation des polymères, ainsi qu'en utilisant des tensioactifs accessibles et bon marché qui assurent l'hydrophobisation de la surface des granulés et la protègent de l'exposition à l'humidité atmosphérique - la création de nitrate d'ammonium à action lente.

granule de production de salpêtre

1. Partie technologique

1.1 Etude de faisabilité, choix de l'emplacement et du point de construction

Guidés par les principes de gestion rationnelle lors du choix d'un chantier de construction, nous prenons en compte la proximité de la base de matières premières, des ressources en carburant et en énergie, la proximité des consommateurs de produits manufacturés, la disponibilité des ressources en main d'œuvre, les transports et la distribution uniforme. d'entreprises dans tout le pays. Sur la base des principes de localisation d'entreprises ci-dessus, je construis l'atelier de nitrate d'ammonium granulé prévu dans la ville de Rivne. Car à partir des matières premières nécessaires à la production du nitrate d'ammonium, seul le gaz naturel utilisé pour la production d'ammoniac synthétique est fourni à la ville de Rivne.

La source d'approvisionnement en eau est le bassin de la rivière Goryn. L'énergie consommée par la production est générée par la centrale thermique de Rivne. De plus, Rivne est une grande ville avec une population de 270 000 habitants, capable de fournir des ressources en main-d'œuvre à l'atelier conçu. Il est également prévu de recruter de la main d'œuvre dans les zones adjacentes à la ville. L'atelier sera doté d'un personnel d'ingénierie composé de diplômés de l'Institut polytechnique de Lvov, de l'Institut polytechnique de Dnepropetrovsk et de l'Institut polytechnique de Kiev ; l'atelier sera doté de travailleurs des écoles professionnelles locales.

Le transport des produits finis vers les consommateurs s'effectuera par transport ferroviaire et routier.

La faisabilité de la construction de l'atelier conçu dans la ville de Rivne est également attestée par le fait que dans les territoires des régions de Rivne, Volyn et Lviv avec une agriculture bien développée, le nitrate d'ammonium granulé en tant qu'engrais minéral est le principal consommateur des produits de l'atelier conçu.

Par conséquent, la proximité de la base de matières premières, des ressources énergétiques, du marché de vente, ainsi que la disponibilité de la main-d'œuvre, indiquent la faisabilité de la construction de l'atelier projeté dans la ville de Rivne.

La proximité d'une grande gare avec un grand embranchement de voies ferrées permet de transporter à moindre coût

1.2 Sélection et justification du mode de production

Dans l'industrie, seule la méthode de production de nitrate d'ammonium à partir d'ammoniac synthétique et d'acide nitrique dilué est largement utilisée.

Dans de nombreuses productions de nitrate d'ammonium, au lieu des appareils précédemment utilisés et fonctionnant mal, des rondelles spéciales ont été introduites. En conséquence, la teneur en ammoniac ou en nitrate d'ammonium dans les vapeurs de jus a diminué de près de trois fois. Des neutraliseurs de conception obsolète avec une faible productivité (300 - 350 t/jour), des pertes accrues et une utilisation insuffisante de la chaleur de réaction ont été reconstruits. Un grand nombre d'évaporateurs horizontaux de faible puissance ont été remplacés par des évaporateurs verticaux à film tombant ou coulissant, et par des appareils avec une plus grande surface d'échange thermique, ce qui a permis de presque doubler la productivité des étages d'évaporation et de réduire la consommation d'énergie secondaire et vapeur de chauffage fraîche de 20 % en moyenne.

Il est fermement établi en Ukraine et à l'étranger que seule la construction d'unités de grande puissance, utilisant les avancées scientifiques et technologiques modernes, peut offrir des avantages économiques par rapport à la production actuelle de nitrate d'ammonium.

Une quantité importante de nitrate d'ammonium dans certaines usines est produite à partir des gaz d'échappement des systèmes d'urée contenant de l'ammoniac avec recyclage partiel des liquides, où de 1 à 1,4 tonnes d'ammoniac sont consommées par tonne d'urée produite. A partir de la même quantité d'ammoniac, il est possible de produire 4,5 à 6,4 tonnes de nitrate d'ammonium.

La méthode de production de nitrate d'ammonium à partir de gaz contenant de l'ammoniac ne diffère de la méthode de production à partir d'ammoniac gazeux qu'au stade de la neutralisation.

En petites quantités, le nitrate d'ammonium est obtenu par décomposition par échange de sels (méthodes de conversion) selon les réactions :

Ca(NO3)2 + (NH4)2CO3 = 2NH4NO3 + vCaCO3 (1.1)

Мg(NO3)2 + (NН4)2СО3 = 2NН4NO3 + vМgСО3 (1.2)

Ba(NO3)2 + (NH4)2SO4 = 2NH4NO3 + vBaSO4 (1.3)

Ces procédés de production de nitrate d'ammonium sont basés sur la précipitation d'un des sels obtenus. Tous les procédés de production de nitrate d'ammonium par décomposition par échange de sels sont complexes et impliquent une consommation de vapeur élevée et une perte d'azote lié. Ils ne sont généralement utilisés dans l'industrie que lorsqu'il est nécessaire d'utiliser des composés azotés obtenus comme sous-produits.

Malgré la relative simplicité du processus technologique de production de nitrate d'ammonium, les schémas de production à l'étranger présentent des différences significatives, différant les uns des autres à la fois par le type d'additifs et la méthode de leur préparation, ainsi que par la méthode de granulation de la masse fondue.

Méthode "Nuklo" (USA).

Une caractéristique de cette méthode de production de nitrate d'ammonium granulé est l'ajout d'environ 2 % d'un additif spécial appelé « Nuklo » à la masse fondue hautement concentrée (99,8 % de nitrate d'ammonium avant granulation dans la tour). Il s'agit d'une poudre sèche finement broyée de nitrate d'ammonium. argile à béton dont la granulométrie ne dépasse pas 0,04 mm.

Méthode "Nitro - courant".

Ce procédé a été développé par la société anglaise Faison. La principale différence entre cette méthode et les autres est que les gouttes de nitrate d'ammonium fondu sont simultanément refroidies, granulées et saupoudrées, d'abord dans un nuage de poussière d'un additif de saupoudrage, puis dans une couche fluidisée du même additif.

La méthode de la société « I-C-I » (Angleterre).

Cette méthode de production de nitrate d'ammonium se distingue par le fait qu'une solution de nitrate de magnésium est utilisée comme additif qui améliore les propriétés physiques et chimiques du produit fini, ce qui permet d'obtenir un produit de haute qualité à partir de nitrate d'ammonium fondu contenant jusqu'à 0,7% d'eau.

La méthode sans évaporation pour la production de nitrate d'ammonium a été adoptée en 1951 aux États-Unis par le brevet Stengel, qui a ensuite été mise en œuvre dans l'industrie. L'essence de la méthode est que l'acide nitrique chauffé à 59 % est neutralisé par de l'ammoniac gazeux chauffé dans un petit volume sous une pression de 0,34 MPa.

Outre les programmes décrits ci-dessus, il existe de nombreux autres programmes de production de nitrate d'ammonium à l'étranger, mais ils diffèrent peu les uns des autres.

Il convient de noter que, contrairement aux ateliers en activité et en construction en Ukraine et dans les pays voisins, dans toutes les installations étrangères, le produit après la tour de granulation passe par l'étape de tamisage et de dépoussiérage, ce qui contribue à améliorer la qualité du produit commercial, mais de manière significative complique le schéma technologique. Dans les installations domestiques, l'absence d'opération de tamisage du produit est compensée par une conception plus avancée de granulateurs qui produisent un produit avec une teneur minimale en fraction inférieure à 1 mm. Les tambours rotatifs volumineux pour le refroidissement des granulés, largement utilisés à l'étranger, ne sont pas utilisés en Ukraine et sont remplacés par des dispositifs de refroidissement en lit fluidisé.

La production de nitrate d'ammonium granulé en atelier se caractérise par : l'obtention d'un produit de haute qualité, un taux d'utilisation élevé de la chaleur de neutralisation, le recours à l'évaporation en une seule étape avec un « film glissant », une utilisation maximale des déchets en les retournant à le processus, un haut niveau de mécanisation, de stockage et de chargement des produits. C'est assez haut niveau production.

1.3 Caractéristiques des matières premières et du produit fini

Pour produire du nitrate d'ammonium, on utilise de l'ammoniac à 100 % et de l'acide nitrique dilué HNO3 avec une concentration de 55 à 56 %.

L'ammoniac NH3 est un gaz incolore à l'odeur âcre et spécifique.

Substance réactive qui subit des réactions d'addition, de substitution et d'oxydation.

Dissolvons bien dans l'eau.

La densité de l'air à une température de 0°C et une pression de 0,1 MPa est de 0,597.

La concentration maximale admissible dans l'air de la zone de travail des locaux industriels est de 20 mg/m3, dans l'air des zones peuplées de 0,2 mg/m3.

Lorsqu'il est mélangé à l'air, l'ammoniac forme des mélanges explosifs. La limite inférieure d'explosivité du mélange ammoniac-air est de 15 % (fraction volumique), la limite supérieure est de 28 % (fraction volumique).

L'ammoniac irrite les voies respiratoires supérieures, les muqueuses du nez et des yeux et provoque des brûlures au contact de la peau humaine.

Classe de danger IV.

Produit conformément à GOST 6621 - 70.

L'acide nitrique HNO3 est un liquide à l'odeur âcre.

Densité de l'air à une température de 0°C et une pression de 0,1 MPa-1,45 g/dm3.

Point d'ébullition 75°C.

Se mélange à l'eau à tous égards, libérant de la chaleur.

L'acide nitrique entrant en contact avec la peau ou les muqueuses provoque des brûlures. Les tissus animaux et végétaux sont détruits sous l'influence de l'acide nitrique. Les vapeurs d'acide nitrique, semblables aux oxydes d'azote, provoquent une irritation des voies respiratoires, essoufflement, œdème pulmonaire.

La concentration maximale admissible de vapeurs d'acide nitrique dans l'air des locaux industriels en termes de NO2 est de 2 mg/m3.

La concentration massique de vapeurs d'acide nitrique dans l'air des zones peuplées ne dépasse pas 0,4 mg/m3.

Classe de danger II.

Produit selon OST 113 - 03 - 270 - 76.

Le nitrate d'ammonium NH4NO3 est une substance cristalline blanche produite sous forme granulaire avec une teneur en azote allant jusqu'à 35 %

Produit conformément à GOST 2 - 85 et répond aux exigences suivantes (voir tableau 1.1)

Tableau 1.1 - Caractéristiques du nitrate d'ammonium produit selon GOST 2 - 85

Nom de l'indicateur	Norme pour la marque



Fraction massique totale de nitrate et d’azote ammoniacal en termes de :
sur NН4NO3 en matière sèche, %, pas moins
pour l'azote dans la matière sèche, %, pas moins
Fraction massique d'eau, %, pas plus
pH d'une solution aqueuse à 10 %, pas moins
Fraction massique de substances insolubles dans une solution d'acide nitrique à 10 %, %, pas plus
Classement
Fraction massique de la taille des granulés :
de 1 à 3 mm, %, pas moins
de 1 à 4 mm, %, pas moins
Y compris:
granulés de 2 à 4 mm, %, pas moins
granulés de taille inférieure à 1 mm, %, pas plus
granulés de plus de 5 mm, %
Résistance statique des granulés
N/pellet (kg/pellet), pas moins
Friabilité, %, pas moins

Le nitrate d'ammonium est une substance explosive et inflammable. Les granules de nitrate d'ammonium résistent aux frottements, aux impacts et aux chocs ; lorsqu'ils sont exposés à des détonateurs ou dans un espace confiné, le nitrate d'ammonium explose. L'explosivité du nitrate d'ammonium augmente en présence d'acides, de substances organiques, d'huiles, de sciure de bois et de charbon de bois. Les impuretés métalliques les plus dangereuses contenues dans le nitrate d'ammonium sont le cadmium et le cuivre.

Les explosions de nitrate d’ammonium peuvent être causées par :

a) exposition à des détonateurs de puissance suffisante ;

b) l'influence d'impuretés inorganiques et organiques, notamment de cuivre fin, de cadmium, de zinc, de charbon de bois en poudre, d'huile ;

c) décomposition thermique dans un espace confiné.

La poussière de nitrate d'ammonium mélangée à des substances organiques augmente l'explosivité du sel. Un tissu imbibé de salpêtre et chauffé à 100°C peut provoquer un incendie. Lorsqu'il prend feu, le salpêtre s'éteint avec de l'eau. Étant donné que lorsque le nitrate d'ammonium s'enflamme, des oxydes d'azote se forment, il est nécessaire d'utiliser des masques à gaz lors de l'extinction.

NН4NO3 = N2О = 2Н2О = 3600 kJ (1,4)

NH4NO3 = 0,5N2 + NON = 2H2O = 28,7 kJ (1,5)

La présence d'acidité libre dans la solution augmente la capacité de décomposition chimique et thermique.

Une propriété négative du nitrate d'ammonium est sa capacité à s'agglutiner - à perdre sa fluidité pendant le stockage.

Facteurs contribuant à la prise en masse :

b) hétérogénéité et faible résistance mécanique des granulés. Lorsqu'ils sont stockés en piles de 2,5 mètres de hauteur, sous la pression des sacs supérieurs, les granulés les moins durables sont détruits avec formation de particules de poussière ;

c) changement dans les modifications cristallines ;

d) l'hygroscopique favorise la prise en masse. Le moyen le plus efficace d’éviter l’agglomération est de l’emballer dans des contenants hermétiques (sacs en plastique).

La concentration maximale admissible de nitrate d'ammonium sous forme de poussière dans les locaux industriels ne dépasse pas 10 mg/m3.

Protection respiratoire - solution.

Le nitrate d'ammonium est utilisé en agriculture comme engrais azoté, ainsi que dans l'industrie à diverses fins techniques.

Le nitrate d'ammonium granulé est utilisé comme matière première en grande quantité dans les entreprises de l'industrie militaire produisant des explosifs et leurs produits semi-finis.

1.4 Base physico-chimique du processus technologique

Le processus de production de nitrate d'ammonium granulé comprend les étapes suivantes :

obtenir une solution aqueuse de nitrate d'ammonium avec une concentration d'au moins 80 % en neutralisant l'acide nitrique avec de l'ammoniac gazeux ;

évaporation d'une solution de nitrate d'ammonium à 80 % jusqu'à l'état fondu ;

évaporation de solutions faibles de nitrate d'ammonium provenant des unités de dissolution et des systèmes de récupération ;

granulation du sel fondu;

refroidissement des granulés dans un « lit fluidisé » avec de l'air ;

traitement de granulés avec des acides gras;

transport, emballage et stockage.

1.4.1 Préparation d'une solution aqueuse de nitrate d'ammonium avec une concentration d'au moins 80 % en neutralisant l'acide nitrique avec du gaz ammoniac

La solution de nitrate d'ammonium est préparée dans des neutralisants qui permettent d'utiliser la chaleur de réaction pour évaporer partiellement la solution. Il s'appelait l'appareil ITN (utilisation de chaleur de neutralisation).

La réaction de neutralisation se déroule plus rapidement et s'accompagne du dégagement d'une grande quantité de chaleur.

NН3 = НNO3 = NН4NO3 = 107,7 kJ/mol (1,6)

L'effet thermique de la réaction dépend de la concentration et de la température de l'acide nitrique et de l'ammoniac gazeux.

Figure 1.1 - Chaleur de neutralisation de l'acide nitrique par l'ammoniac gazeux (à 0,1 MPa et 20°)

Le processus de neutralisation dans l'appareil ITN est effectué sous une pression de 0,02 MPa, la température est maintenue à 140°C maximum. Ces conditions garantissent la production d'une solution suffisamment concentrée avec un entraînement minimal d'ammoniac, d'acide nitrique et de nitrate d'ammonium. avec de la vapeur de jus, qui se forme à la suite de l'évaporation de l'eau de la solution. La neutralisation est effectuée dans un environnement faiblement acide, car la perte d'ammoniac, d'acide nitrique et de nitrate avec la vapeur de jus est moindre que dans un environnement légèrement alcalin.

En raison de la différence de densité des solutions dans les parties d'évaporation et de neutralisation de l'appareil ITN, une circulation constante de la solution se produit. Une solution plus dense provenant de l'ouverture de la chambre de neutralisation s'écoule en continu dans la partie neutralisation. La présence d'une circulation de la solution contribue à un meilleur mélange des réactifs dans la partie neutralisation, augmentant la productivité de l'appareil et éliminant la surchauffe de la solution dans la zone de neutralisation. Lorsque la température dans la partie réactionnelle atteint 145°C, un blocage se déclenche, arrêtant l'alimentation en ammoniac et en acide nitrique ainsi que l'alimentation en condensat acide.

1.4.2 Évaporation d'une solution de nitrate d'ammonium à 80 % jusqu'à l'état fondu

L'évaporation de 80 à 86 % de la solution de nitrate d'ammonium est réalisée dans des évaporateurs grâce à la chaleur de condensation de la vapeur saturée à une pression de 1,2 MPa et une température de 190°C. la vapeur est fournie à la partie supérieure de l'espace inter-tubes de l'évaporateur. L'évaporateur fonctionne sous un vide de 5,0-6,4-104 Pa sur le principe du « glissement » du film de solution le long des parois des tuyaux verticaux.

Au sommet de l'appareil se trouve un séparateur qui sert à séparer le nitrate d'ammonium fondu de la vapeur de jus.

Pour obtenir du nitrate d'ammonium de haute qualité, le nitrate d'ammonium fondu doit avoir une concentration d'au moins 99,4 % et une température de 175 à 785 °C.

1.4.3 Évaporation des solutions faibles de nitrate d'ammonium provenant des unités de dissolution et des systèmes de récupération

L'évaporation des solutions faibles et des solutions résultant du démarrage et de l'arrêt de l'atelier s'effectue via un système séparé.

Les solutions faibles obtenues dans les unités de dissolution et de collecte sont introduites via une vanne de régulation vers la partie inférieure de l'appareil, qui n'évapore que les solutions faibles. L'évaporation des solutions faibles de nitrate d'ammonium est réalisée dans un évaporateur « de type film », qui fonctionne sur le principe du « glissement » du film à l'intérieur de tuyaux verticaux. L'émulsion vapeur-liquide qui se forme dans le tube de l'évaporateur pénètre dans le séparateur-laveur, où se produit la séparation de la vapeur de jus et de la solution de nitrate d'ammonium. La vapeur de jus passe à travers les plaques tamis du lave-évaporateur, où les projections de nitrate d'ammonium sont captées puis envoyées vers un condenseur de surface.

Le liquide de refroidissement est de la vapeur bouillante secondaire provenant du détendeur de vapeur avec une pression de (0,02 - 0,03) MPa et une température de 109 - 112°C, fournie à la partie inter-tubes supérieure de l'évaporateur. Le vide dans l'évaporateur est maintenu entre 200 et 300 mmHg. Art. À partir de la plaque inférieure, une solution faible avec une concentration d'environ 60 % et une température de 105 à 112 °C est évacuée dans une collection - un neutralisant.

1.4.4 Granulation du sel fondu

Pour obtenir du nitrate d'ammonium sous forme granulaire, sa cristallisation à partir d'une masse fondue d'une concentration d'au moins 99,4 % est réalisée dans des tours qui sont une structure en béton armé, de forme cylindrique et d'un diamètre de 10,5 mètres. La masse fondue avec une température de 175 à 180 ° C et une concentration d'au moins 99,4 % de nitrate d'ammonium entre dans un granulateur dynamique tournant à une vitesse de 200 à 220 tr/min, comportant des trous d'un diamètre de 1,2 à 1,3 mm. La matière fondue projetée à travers les trous, lors d'une chute d'une hauteur de 40 mètres, se transforme en particules en forme de boule.

L'air servant à refroidir les granulés se déplace à contre-courant du bas vers le haut. Pour créer un tirage d'air, quatre ventilateurs axiaux d'une capacité de 100 000 Nm3/heure chacun sont installés. Dans la tour de granulation, les granulés sont légèrement séchés. Leur humidité est inférieure de 0,15 à 0,2 % à celle de la fonte entrante.

Cela s'explique par le fait que même à 100 % d'humidité relative de l'air entrant dans la tour, la pression de vapeur d'eau au-dessus des granulés chauds est supérieure à la pression partielle d'humidité de l'air.

1.4.5 Refroidissement des granulés en « lit fluidisé » avec de l'air

Les granules de nitrate d'ammonium provenant des cônes de la tour à granulés sont fournis pour être refroidis vers un appareil à « lit fluidisé ». Le refroidissement des granulés d'une température de 100 à 110°C à une température de 50°C s'effectue dans un appareil situé directement sous la tour à granulés. Un tuyau de transfert est installé sur la grille perforée pour réguler la hauteur du « lit fluidisé » et un rejet uniforme du nitrate. De l'air jusqu'à 150 000 nm3/heure est fourni sous la grille perforée, qui refroidit le nitrate d'ammonium et le sèche partiellement. La teneur en humidité des granulés de nitrate d'ammonium est réduite de 0,05 à 0,1 % par rapport aux granulés provenant de cônes.

1.4.6 Traitement des granulés aux acides gras

Le traitement des granulés avec des acides gras est effectué afin d'éviter l'agglomération du nitrate d'ammonium lors d'un stockage à long terme ou d'un transport en vrac.

Le processus de traitement consiste à pulvériser finement des acides gras avec des buses sur la surface des granulés à un taux de 0,01 à 0,03 %. La conception des buses assure la création d'une section ellipsoïdale du spray de solution. La conception de la fixation des buses permet de les déplacer et de les fixer dans différentes positions. Le traitement des granulés avec des acides gras est effectué aux endroits où les granulés sont transférés des bandes de transport aux bandes de transport.

1.4.7 Transport, emballage et stockage

Le nitrate d'ammonium granulé du lit fluidisé est amené via des convoyeurs au transfert n°1, traité avec des acides gras et transporté via les convoyeurs des deuxième et troisième ascenseurs vers des bunkers suspendus, d'où il entre dans une balance automatique qui pèse des portions de 50 kg puis à l'unité de conditionnement. À l'aide d'une machine de conditionnement, le nitrate d'ammonium est emballé dans des sacs à valve en polyéthylène et déversé sur des convoyeurs qui envoient les produits emballés vers des machines de chargement pour les charger dans des wagons et des véhicules. Le stockage des produits finis dans les entrepôts est assuré en l'absence de wagons ou de véhicules.

Le nitrate d'ammonium stocké en piles doit être protégé de l'humidité et des divers changements de température. La hauteur des piles ne doit pas dépasser 2,5 mètres, car sous la pression des sacs supérieurs, la destruction des granulés les moins durables dans les sacs inférieurs peut se produire avec formation de particules de poussière. La vitesse à laquelle le nitrate d'ammonium absorbe l'humidité de l'air augmente fortement avec l'augmentation de la température. Ainsi, à 40°C, le taux d’absorption d’humidité est 2,6 fois plus élevé qu’à 23°C.

Il est interdit de stocker dans les entrepôts avec le nitrate d'ammonium : huile, sciure de bois, charbon de bois, impuretés métalliques de poudres de cadmium et de cuivre, zinc, composés de chrome, aluminium, plomb, nickel, antimoine, bismuth.

Les sacs vides sont stockés séparément du nitrate d'ammonium emballé stocké conformément aux exigences. la sécurité incendie et les précautions de sécurité.

1.5 Protection des bassins d'eau et d'air. Déchets de production et leur élimination

Dans des conditions de développement rapide de la production d'engrais minéraux, une chimisation généralisée économie nationale, les problèmes de protection de l’environnement contre la pollution et de protection de la santé des travailleurs deviennent de plus en plus urgents.

L'usine chimique de Rivne, à l'instar d'autres grandes usines chimiques, a veillé à ce que les eaux usées chimiquement sales ne soient pas rejetées dans la rivière, comme auparavant, mais soient traitées dans des installations spéciales dans l'atelier de traitement biochimique et renvoyées au système d'approvisionnement en eau de recyclage pour usage ultérieur.

Un certain nombre d'installations ciblées et locales ont été mises en service pour le traitement des eaux usées, l'incinération de fond et l'élimination des déchets solides. Le volume total des investissements en capital à ces fins dépasse 25 milliards de hryvnia.

L'atelier de bionettoyage est inscrit dans le livre de gloire du Comité d'État du Conseil des ministres de l'Ukraine pour la conservation de la nature pour son succès. Les installations de traitement de l'entreprise sont implantées sur une superficie de 40 hectares. Dans les étangs remplis d'eau purifiée, carpes, carpes argentées et tendres poissons d'aquarium. Ils sont un indicateur de la qualité du traitement et la meilleure preuve de l’innocuité des eaux usées.

Les tests en laboratoire montrent que l'eau des bassins tampons n'est pas pire que celle prélevée dans la rivière. A l'aide de pompes, il est à nouveau approvisionné aux besoins de production. L'atelier de nettoyage biochimique a été augmenté pour atteindre une capacité de nettoyage chimique pouvant atteindre 90 000 mètres cubes par jour.

L'usine améliore constamment sa surveillance de la teneur en substances nocives dans les eaux usées, le sol, dans l'air des locaux de production, sur le territoire de l'entreprise et aux alentours des agglomérations et de la ville. Depuis plus de 10 ans, le contrôle sanitaire est actif, réalisant les travaux d'un laboratoire sanitaire industriel. Jour et nuit, ils surveillent de près l'état sanitaire et hygiénique de l'environnement extérieur et de production, ainsi que les conditions de travail.

Les déchets issus de la production de nitrate d'ammonium granulaire sont : des condensats de vapeur à raison de 0,5 m3 par tonne de produit, qui sont rejetés dans le réseau général de l'usine ; condensat de vapeur de jus à raison de 0,7 m3 par tonne de produit. Le condensat de vapeur de jus contient :

ammoniac NH3 - pas plus de 0,29 g/dm3 ;

acide nitrique НNO3 - pas plus de 1,1 g/dm3 ;

nitrate d'ammonium NН4NO3 - pas plus de 2,17 g/dm3.

Le condensat de vapeur de jus est envoyé à l'atelier d'acide nitrique pour irriguer les colonnes du service de purification.

Émissions des ventilateurs axiaux dans l’atmosphère :

concentration massique de nitrate d'ammonium NН4NO3 - pas plus de 110 m2/m3

le volume total des gaz d'échappement ne dépasse pas 800 m3/heure.

Émissions de la canalisation générale de l'atelier :

concentration massique d'ammoniac NН3 - pas plus de 150 m2/m3

concentration massique de nitrate d'ammonium NН4NO3 - pas plus de 120 m2/m3

Mesures visant à assurer une protection fiable des ressources en eau et du bassin atmosphérique. En cas d'urgence et d'arrêt pour réparation, pour éviter la contamination du cycle de l'eau par l'ammoniac, l'acide nitrique et le nitrate d'ammonium, ainsi que pour empêcher les substances nocives de pénétrer dans le sol, la solution est évacuée de la section d'absorption et d'évaporation vers trois réservoirs de drainage d'un volume de V = 3 m3 chacun, De plus, les fuites des joints des pompes de circulation des services d'absorption et d'évaporation sont collectées dans les mêmes conteneurs. A partir de ces récipients, la solution est pompée vers une collection de solutions faibles, pos. 13 d'où il entre ensuite dans le département d'évaporation des solutions faibles.

Pour empêcher les substances nocives de pénétrer dans le sol lorsque des lacunes apparaissent sur les équipements et les communications, un plateau en matériau résistant aux acides est équipé.

Au niveau de la tour de granulation, le nettoyage est effectué en lavant l'air contaminé avec une solution faible de nitrate d'ammonium et en filtrant davantage le flux vapeur-air. Dans le département de conditionnement du nitrate d'ammonium, il y a une installation de purification de l'air des poussières de nitrate d'ammonium après les machines de conditionnement semi-automatiques et les convoyeurs. Le nettoyage est effectué dans un cyclone de type TsN - 15.

1.6 Description de l'organigramme de production avec des éléments de conception de nouveaux équipements, technologies et matériels

L'acide nitrique et l'ammoniac sont introduits dans la chambre de neutralisation de l'appareil ITN à contre-courant. L'acide nitrique avec une concentration d'au moins 55 % provenant de l'atelier d'acide nitrique entre par deux canalisations d'un diamètre de 150 et 200 mm dans un réservoir sous pression (pos. 1) qui a un trop-plein, à travers lequel l'excès d'acide est renvoyé du réservoir sous pression. au stockage de l'acide nitrique. Depuis le réservoir (rep. 1), l'acide nitrique est envoyé à travers le collecteur vers l'appareil ITN (rep. 5). L'appareil ITN est un appareil cylindrique vertical d'un diamètre de 2612 mm et d'une hauteur de 6785 mm dans lequel est placé un verre d'un diamètre de 1100 mm et d'une hauteur de 5400 mm (chambre de neutralisation). Dans la partie inférieure de la chambre de neutralisation se trouvent huit trous rectangulaires (fenêtres) mesurant 360x170 mm, reliant la chambre de neutralisation à la partie évaporation de l'appareil ITN (l'espace annulaire entre les parois de l'appareil et la paroi de la chambre de neutralisation) . La quantité d'acide nitrique entrant dans l'appareil ITN (position 5) est automatiquement régulée par le système pH-mètre en fonction de la quantité d'ammoniac gazeux entrant dans l'appareil ITN (position 5) avec correction de l'acidité.

L'ammoniac gazeux NH3 avec une pression ne dépassant pas 0,5 MPa provenant du réseau de l'usine via la vanne de régulation après étranglement à 0,15 - 0,25 MPa pénètre dans le séparateur de l'évaporateur de gouttelettes d'ammoniac liquide pos. 2, où il est également séparé de l'huile afin d'éviter qu'elle ne pénètre dans l'appareil ITN (point 5). Ensuite, l'ammoniac gazeux est chauffé à une température d'au moins 70 °C dans un réchauffeur d'ammoniac (élément 4), où le condensat de vapeur provenant du détendeur de vapeur (élément 33) est utilisé comme liquide de refroidissement. L'ammoniac gazeux chauffé provenant de (élément 3) via la vanne de régulation via des canalisations pénètre dans l'appareil de pompe à chaleur (élément 5). L'ammoniac gazeux NH3 est introduit dans l'appareil ITN (rep. 5) par trois canalisations, deux après la vanne de régulation entrent en flux parallèles dans la chambre de neutralisation de l'appareil ITN, où ils sont combinés en un seul et se terminent par un barboteur. Grâce à la troisième canalisation, l'ammoniac est fourni via un barboteur dans le joint d'eau en une quantité allant jusqu'à 100 nm3/heure pour maintenir un environnement neutre à la sortie de l'appareil à pompe à chaleur. À la suite de la réaction de neutralisation, une solution de nitrate d'ammonium et de la vapeur de jus se forment.

NH3 + HNO3 = NH4NO3 + 107,7 kJ/mol (1,6)

La solution est versée par la partie supérieure de la chambre de neutralisation dans la partie d'évaporation de l'appareil, où elle s'évapore à une concentration de 80 à 86 %, en raison de la chaleur de la réaction de neutralisation et de la vapeur se mélangeant au jus. la vapeur obtenue dans la partie d'évaporation est évacuée de l'appareil à une température de 140 ° C dans la laveuse (élément . 12), conçue pour laver la vapeur de jus des éclaboussures de solutions de nitrate d'ammonium et d'ammoniaque. La laveuse (article 12) est un appareil vertical cylindrique, à l'intérieur duquel se trouvent trois plaques tamiseuses au-dessus desquelles sont installées des protections anti-éclaboussures. Les serpentins sont installés sur deux plaques verticales à travers lesquelles passe l'eau de lavage refroidie. La vapeur de jus passe à travers les plaques tamisées et bouillonne à travers la couche de solution formée sur les plaques suite au refroidissement. Une solution faible de nitrate d'ammonium s'écoule des plaques vers la partie inférieure, d'où elle est évacuée dans le réservoir des solutions faibles (rep. 13).

La vapeur de jus lavé non condensée entre dans l'espace annulaire par le condenseur de surface (pos. 15). L'eau industrielle est fournie à l'espace tubulaire du condenseur (élément 15), qui élimine la chaleur de condensation.

Le condensat (pos. 15) s'écoule par gravité dans le collecteur de condensats acides (pos. 16) et les gaz inertes sont évacués dans l'atmosphère à travers une bougie.

La solution de nitrate d'ammonium provenant de la partie évaporation à travers le joint hydraulique entre dans le séparateur - détendeur (rep. 6) pour en libérer la vapeur de jus et est évacuée dans la collecte - neutralisant (rep. 7) pour neutraliser l'excès d'acidité (4 g/l). La collecte du pré-neutraliseur (rep. 7) est alimentée en gaz ammoniac. Des collections - pré-neutralisants (pos. 7) et pos. 8) solution de nitrate d'ammonium avec une concentration de 80 à 88 % (milieu alcalin pas plus de 0,2 g/l) et une température ne dépassant pas 140°C avec pompes pos. 9 est fourni au service de granulation dans le réservoir sous pression (rep. 11).

Deux collecteurs supplémentaires sont installés comme réservoir tampon - un pré-neutraliseur (pos. 8) pour assurer le fonctionnement rythmé de l'atelier et des pompes (pos. 9), et une pompe est également installée (pos. 10). La pompe (pos. 10) est connectée de manière à pouvoir fournir la solution de la collection de pré-neutraliseur (pos. 7) à la collection de pré-neutraliseur (pos. 8) et vice versa.

Le condensat de vapeur de jus provenant des collecteurs de condensats acides (pos. 16) est pompé dans un collecteur (pos. 18) d'où il est pompé par des pompes (pos. 19) vers l'atelier d'acide nitrique pour l'irrigation.

La vapeur entre dans l'atelier avec une pression de 2 MPa et une température de 300°C, passe à travers un diaphragme et une vanne de régulation, est réduite à 1,2 MPa et l'humidificateur à vapeur (rep. 32) entre dans la partie inférieure de l'appareil, à l'intérieur de dans lequel il y a deux plaques de tamis, et dans la partie supérieure, un dispositif de protection est installé - une buse ondulée. Ici, la vapeur est humidifiée et entre dans l'évaporateur (élément 20) à une température de 190°C et une pression de 1,2 MPa. Le condensat de vapeur de (pos. 32) sous la forme d'une émulsion vapeur-liquide avec une pression de 1,2 MPa et une température de 190°C pénètre dans le détendeur de vapeur (pos. 3) par une vanne de régulation, où en réduisant la pression à 0,12 - De la vapeur bouillante secondaire de 0,13 MPa est formée avec une température de 109 à 113 ° C, qui est utilisée pour chauffer l'évaporateur de solutions de nitrate faibles (élément 22). Le condensat de vapeur provenant de la partie inférieure du détendeur de vapeur (rep. 33) s'écoule par gravité pour chauffer le réchauffeur d'ammoniac (rep. 4) dans l'espace annulaire, d'où, après transfert de chaleur à une température de 50°C, il entre dans le collecteur de condensat de vapeur. (pos. 34), d'où par des pompes ( pos. 35) est alimenté au réseau de l'usine via la vanne de régulation.

Le réservoir sous pression (pos. 11) est équipé d'un tuyau de trop-plein (pos. 7). Les conduites de pression et de trop-plein sont posées avec des purgeurs de vapeur et isolées. Depuis le réservoir sous pression (rep. 11), la solution de nitrate d'ammonium pénètre dans la partie tubulaire inférieure de l'évaporateur (rep. 20), où la solution s'évapore grâce à la chaleur de condensation de la vapeur saturée avec une pression de 1,2 MPa et une température de 190°C fourni à la partie supérieure de l'espace inter-tubes. L'évaporateur (élément 20) fonctionne sous un vide de 450 à 500 mm Hg. Art. selon le principe du « glissement » du film de solution le long des parois des canalisations verticales. Dans la partie supérieure de l'évaporateur se trouve un séparateur qui sert à séparer le nitrate d'ammonium fondu de la vapeur de jus. La matière fondue de (pos. 20) est évacuée dans un joint hydraulique - un neutralisant (pos. 24), où de l'ammoniac gazeux est fourni pour neutraliser l'excès d'acidité. Si la sélection s'arrête, le trop-plein est dirigé vers (position 7). La vapeur de jus provenant de l'évaporateur (élément 20) entre dans la laveuse sous forme de condensat de vapeur de jus formé à partir des éclaboussures de nitrate d'ammonium. Des plaques filtrantes sont situées à l'intérieur de la laveuse. Sur les deux plaques supérieures se trouvent des serpentins avec de l'eau de refroidissement sur lesquels la vapeur se condense. À la suite du lavage, une solution faible de nitrate d'ammonium se forme, qui est dirigée à travers le joint hydraulique (pos. 27) dans le réservoir sous pression (pos. 28) du service de neutralisation. La vapeur de jus après le laveur (pos. 26) est envoyée pour condensation au condenseur de surface (pos. 29) dans l'espace inter-tubes, et l'eau de refroidissement est envoyée vers l'espace tubulaire. Le condensat résultant est dirigé par gravité vers le collecteur de solution acide (rep. 30). Les gaz inertes sont aspirés par des pompes à vide (rep. 37).

Le nitrate d'ammonium fondu de la solution hydraulique - pré-neutraliseur (pos. 24) avec une concentration de 99,5% NH4NO3 et une température de 170 - 180 ° C avec un excès d'ammoniac de pas plus de 0,2 g/l est alimenté par des pompes. (pos. 25) au réservoir sous pression (pos. 38) d'où il s'écoule par gravité dans les granulateurs dynamiques (pos. 39) à travers lesquels, étant pulvérisé sur la tour de granulation (pos. 40), il est formulé en particules rondes pendant la chute. La tour de granulation (item 40) est une structure cylindrique en béton armé d'un diamètre de 10,5 m et d'une hauteur de la partie creuse de 40,5 mètres. L'air est fourni depuis le bas de la tour de granulation par des ventilateurs (pos. 45) et aspiré par des ventilateurs axiaux (pos. 44). La majeure partie de l'air est aspirée par les fenêtres et les interstices des cônes des tours en granit. En tombant dans le fût, les granulés de nitrate d'ammonium sont refroidis à 100 - 110°C et depuis les cônes de la tour granulaire sont acheminés pour refroidissement vers un appareil à « lit fluidisé » (article 41) qui est situé directement sous la tour granulaire. . Aux endroits où le drain est lavé, des cloisons mobiles sont installées à proximité de la grille perforée, permettant de régler la hauteur du « lit fluidisé » sur le drain.

Lors du nettoyage de la tour et de l'appareil « KS » des dépôts de nitrate d'ammonium et de poussière, la masse collectée est déversée dans le solvant (article 46), où de la vapeur est fournie à une pression de 1,2 MPa et une température de 190°C pour la dissolution. La solution résultante de nitrate d'ammonium est versée de (pos. 46) dans une collection (pos. 47) et pompée (pos. 48) dans une collection de solutions faibles (pos. 13). La même collection reçoit également une solution faible de nitrate d'ammonium après le laveur (rep. 12).

Les solutions faibles de NH4NO3 collectées dans (pos. 13) par les pompes (pos. 14) sont envoyées au réservoir sous pression (pos. 28) d'où elles sont acheminées par gravité à travers la vanne de régulation vers la partie inférieure de l'évaporateur de solutions faibles ( pos.22).

L'évaporateur fonctionne sur le principe du « glissement » du film à l'intérieur de tuyaux verticaux. La vapeur de jus passe à travers les plaques tamis du lave-évaporateur, où les projections de nitrate d'ammonium sont évaporées et envoyées au condenseur superficiel (pos. 23), où elles se condensent et s'écoulent par gravité vers (pos. 30). Et les gaz inertes, ayant traversé le piège (pos. 36), sont aspirés par une pompe à vide (pos. 37). Le vide est maintenu à 200 - 300 mm. art. pilier Depuis la plaque inférieure de l'évaporateur (pos. 22), une solution de nitrate d'ammonium avec une concentration d'environ 60 % et une température de 105 - 112°C est évacuée dans la collection (pos. 8). Le liquide de refroidissement est de la vapeur d'évaporation secondaire provenant du détendeur (rep. 33) avec une température de 109 - 113°C et une pression de 0,12 - 0,13 MPa. La vapeur est amenée à la partie supérieure inter-tubes de l'évaporateur, les condensats sont évacués dans le collecteur de condensats de vapeur (rep. 42).

Le nitrate d'ammonium granulé provenant de la tour de granulation (élément 40) est acheminé par des convoyeurs (élément 49) jusqu'à l'unité de transfert, où les granulés sont traités avec des acides gras. Les acides gras sont pompés des réservoirs ferroviaires par des pompes (pos. 58) vers un réservoir de collecte (pos. 59). Qui est équipé d'un serpentin d'une surface de chauffe de 6,4 m2. Le mélange est effectué par des pompes (article 60) et avec les mêmes pompes, les acides gras sont fournis aux buses de l'unité de dosage, à travers lesquelles ils sont pulvérisés avec de l'air comprimé à une pression allant jusqu'à 0,5 MPa et à une température non inférieure à 200°C. La conception des buses assure la création d'une section ellipsoïdale du spray de solution. Le nitrate d'ammonium granulé traité est déversé sur les convoyeurs (pos. 50) du deuxième ascenseur à partir duquel le nitrate d'ammonium est déchargé dans les soutes (pos. 54) en cas de chargement en vrac. Depuis les convoyeurs (pos. 50), le nitrate d'ammonium est acheminé vers les convoyeurs (pos. 51) d'où il est déchargé dans des bacs suspendus (pos. 52). Après les bacs suspendus, le nitrate d'ammonium entre dans la balance automatique (pos. 53), pesant des portions de 50 kilogrammes chacune, puis dans l'unité de conditionnement. À l'aide d'une machine de conditionnement, le nitrate d'ammonium est emballé dans des sacs en polyéthylène à valve et déversé dans des convoyeurs réversibles (article 55), d'où il est acheminé vers les convoyeurs de l'entrepôt (article 56) et de ceux-ci vers les machines de chargement (article 57). A partir des machines de chargement (pos. 57), le nitrate d'ammonium est chargé dans des wagons ou des véhicules. Le stockage des produits finis dans les entrepôts est assuré en l'absence de transport ferroviaire et automobile.

Le produit fini - le nitrate d'ammonium granulé doit répondre aux exigences de la norme nationale GOST 2 - 85.

Le projet prévoit la collecte des déversements de nitrate d'ammonium provenant des machines de conditionnement. Un convoyeur supplémentaire (pos. 62) et un ascenseur (pos. 63) sont installés. Le nitrate d'ammonium déversé lors du conditionnement en sacs à travers le mucus est déversé dans les égouts sur le convoyeur (pos. 62), d'où il est dirigé vers l'ascenseur (pos. 63). Depuis l'élévateur, le nitrate d'ammonium entre dans les bunkers suspendus (poste 52) où il est mélangé au flux principal de nitrate d'ammonium produit.

1.7 Calculs de production de matériaux

Les calculs de matériaux pour la production sont basés sur 1 tonne de produit fini - nitrate d'ammonium granulé.

Le matériau augmente la neutralisation

Donnée initiale:

La perte d'ammoniac et d'acide nitrique par tonne de nitrate d'ammonium est déterminée sur la base de l'équation de la réaction de neutralisation.

Le procédé est réalisé dans un appareil ITN à circulation naturelle de solution de nitrate d'ammonium.

Obtenir une tonne de sel par réaction

NH3 + HNO3 = NH4NO3 + 107,7 kJ/mol

100 % de НNO3 est consommé

100 % de NН3 est consommé

où : 17, 63, 80 poids moléculaires de l'ammoniac, de l'acide nitrique et du nitrate d'ammonium.

La consommation pratique de NH3 et HNO3 sera légèrement supérieure à la consommation théorique, car pendant le processus de neutralisation, des pertes de réactifs avec la vapeur du jus sont inévitables, à cause de fuites dans les communications, dues à une plus grande décomposition des composants réactifs. La consommation pratique de réactifs, compte tenu des pertes de production, sera de :

787,5 1,01 = 795,4 kg

55% de HNO3 consommé sera :

Les pertes acides seront :

795,4 - 787,5 = 7,9 kg

Consommation 100% NH3

212,4 1,01 = 214,6 kg

Les pertes en ammoniac seront :

214,6 - 212,5 = 2,1 kg

1446,2 kg de HNO3 à 55 % contiennent de l'eau :

1446,2 - 795,4 = 650,8 kg

La quantité totale d'ammoniac et de réactifs acides entrant dans le neutralisant sera :

1446,2 + 214,6 = 1660,8 ?

Dans l'appareil ITN, l'eau s'évapore en raison de la chaleur de neutralisation et la concentration de la solution de nitrate d'ammonium résultante atteint 80 %, donc la solution de nitrate d'ammonium sortira du neutraliseur :

Cette solution contient de l'eau :

1250 - 1000 = 250 kg

En même temps, l'eau s'évapore pendant le processus de neutralisation

650,8 - 250 = 400,8 ? 401 kg

Tableau 1.2 - Bilan matière de neutralisation

Calcul matériel de séparation des résidus

Donnée initiale:

Pression de vapeur - 1,2 MPa

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Le nitrate d'ammonium est très soluble dans l'eau et a une hygroscopique élevée (la capacité d'absorber l'humidité de l'air), ce qui explique pourquoi les granulés d'engrais se dispersent, perdent leur forme cristalline et une agglomération d'engrais se produit - le matériau en vrac se transforme en une masse monolithique solide. .

Diagramme schématique production de nitrate d'ammonium

Pour obtenir du nitrate d'ammonium pratiquement non agglomérant, plusieurs méthodes technologiques sont utilisées. Un remède efficace réduire le taux d'absorption de l'humidité par les sels hygroscopiques est leur granulation. La surface totale des granulés homogènes est inférieure à la surface de la même quantité de sel cristallin fin, c'est pourquoi les engrais granulaires absorbent l'humidité de

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NH 3 + HNO 3 = NH 4 NO 3; ΔН = -144,9 kJ

La réaction chimique se produit à grande vitesse ; dans un réacteur industriel, elle est limitée par la dissolution du gaz dans le liquide. Pour réduire l’inhibition de la diffusion grande importance a un mélange de réactifs.

Le processus technologique de production de nitrate d'ammonium comprend, outre l'étape de neutralisation de l'acide nitrique avec de l'ammoniac, également les étapes d'évaporation de la solution de nitrate, de granulation de la masse fondue, de refroidissement des granulés, de traitement des granulés avec des tensioactifs. , conditionnement, stockage et chargement des nitrates, épuration des émissions de gaz et des eaux usées. En figue. La figure 8.8 montre un schéma d'une unité moderne à grande échelle pour la production de nitrate d'ammonium AS-72 d'une capacité de 1 360 tonnes/jour. L'acide nitrique initial à 58-60 % est chauffé dans un appareil de chauffage à 70-80°C avec la vapeur de jus provenant de l'appareil ITN 3 et fourni pour la neutralisation. Avant l'appareil 3, les acides phosphorique et sulfurique sont ajoutés à l'acide nitrique en quantités telles que le produit fini contient 0,3 à 0,5 % de P 2 O 5 et 0,05 à 0,2 % de sulfate d'ammonium. L'unité contient deux appareils ITN fonctionnant en parallèle. En plus de l'acide nitrique, ils sont alimentés en gaz ammoniac, préchauffé dans le réchauffeur 2 avec condensat de vapeur à 120-130°C. Les quantités d'acide nitrique et d'ammoniac fournies sont régulées de manière à ce qu'à la sortie de l'appareil de pompage, la solution présente un léger excès d'acide (2-5 g/l), garantissant une absorption complète de l'ammoniac.

Dans la partie inférieure de l'appareil, une réaction de neutralisation se produit à une température de 155-170°C ; cela produit une solution concentrée contenant 91 à 92 % de NH 4 NO 3 . Dans la partie supérieure de l'appareil, la vapeur d'eau (appelée vapeur de jus) est éliminée des éclaboussures de nitrate d'ammonium et des vapeurs d'acide nitrique. Une partie de la chaleur dégagée par la vapeur du jus est utilisée pour chauffer l’acide nitrique. La vapeur du jus est ensuite envoyée pour purification et rejetée dans l’atmosphère.

Fig. 8.8. Schéma de l'unité de nitrate d'ammonium AS-72 :

1 – réchauffeur d'acide ; 2 – réchauffeur d'ammoniac ; 3 – Dispositifs ITN ; 4 – pré-neutraliseur ; 5 – évaporateur ; 6 – réservoir sous pression ; 7.8 – granulateurs ; 9h23 – supporters ; 10 – épurateur de lavage ; 11 – tambour ; 12,14 – convoyeurs ; 13 – ascenseur ; 15 – appareil à lit fluidisé ; 16 – tour de granulation ; 17 – collecte ; 18, 20 – pompes ; 19 – réservoir de natation ; 21 – filtre à eau; 22 – aérotherme.

La solution acide de nitrate d'ammonium est envoyée vers le neutraliseur 4 ; là où l'ammoniac est fourni, il est nécessaire de réagir avec l'acide nitrique restant. Ensuite, la solution est introduite dans l'évaporateur 5. La masse fondue résultante, contenant 99,7 à 99,8 % de nitrate, passe à travers un filtre 21 à 175°C et est introduite par une pompe centrifuge submersible 20 dans un réservoir sous pression 6, puis dans un récipient rectangulaire. tour de granulation métallique 16.

Dans la partie supérieure de la tour se trouvent les granulateurs 7 et 8, dans la partie inférieure desquels est amené de l'air, refroidissant les gouttes de nitrate tombant d'en haut. Lorsque des gouttes de nitrate tombent d'une hauteur de 50 à 55 m et que l'air circule autour d'elles, des granulés d'engrais se forment. La température des granulés à la sortie de la tour est de 90-110°C ; les granulés chauds sont refroidis dans un appareil à lit fluidisé 15. Il s'agit d'un appareil rectangulaire à trois sections et équipé d'une grille percée de trous. Des ventilateurs fournissent de l'air sous la grille ; dans ce cas, une couche fluidisée de granulés de nitrate est créée, arrivant via un convoyeur depuis la tour de granulation. Après refroidissement, l'air entre dans la tour de granulation. Les granules de nitrate d'ammonium sont introduits par le convoyeur 14 dans un tambour rotatif pour un traitement avec des tensioactifs. Ensuite, l'engrais fini est envoyé au conditionnement par le convoyeur 12.

L'air sortant de la tour de granulation est contaminé par des particules de nitrate d'ammonium, et la vapeur de jus provenant du neutraliseur et le mélange vapeur-air de l'évaporateur contiennent de l'ammoniac et de l'acide nitrique n'ayant pas réagi, ainsi que des particules de nitrate d'ammonium entraînées.

Pour nettoyer ces flux, dans la partie supérieure de la tour de granulation se trouvent six laveurs fonctionnant en parallèle, du type à plaques 10, irrigués avec une solution à 20-30% de nitrate d'ammonium, qui sont alimentés par la pompe 18 de la collecte 17. Une partie de cette solution est évacuée vers le neutraliseur ITN pour laver le jus à la vapeur, puis mélangée à une solution de nitrate et, par conséquent, utilisée pour la fabrication de produits. L'air purifié est aspiré hors de la tour de granulation par le ventilateur 9 et rejeté dans l'atmosphère.

INTRODUCTION

L’industrie de l’azote est l’une des industries à la croissance la plus rapide.

L'acide nitrique est l'un des produits de départ pour la production de la plupart des substances contenant de l'azote et l'un des acides les plus importants.

En termes d'échelle de production, l'acide nitrique se classe au deuxième rang parmi les différents acides après l'acide sulfurique. L'ampleur de la production s'explique par le fait que l'acide nitrique et ses sels ont acquis une importance très importante dans l'économie nationale.

La consommation d'acide nitrique ne se limite pas à la production d'engrais. Il est largement utilisé dans la production de tous types d'explosifs, d'un certain nombre de sels techniques, dans l'industrie de synthèse organique, dans la production d'acide sulfurique, dans la technologie des fusées et dans de nombreux autres secteurs de l'économie nationale.

La production industrielle d'acide nitrique repose sur l'oxydation catalytique de l'ammoniac avec l'oxygène de l'air, suivie de l'absorption des oxydes d'azote résultants par l'eau.

L'objectif de ce projet de cours est d'envisager la première étape de la production d'acide nitrique - l'oxydation par contact de l'ammoniac, ainsi que le calcul des bilans matière et thermique du réacteur.

Dans les schémas technologiques de production d'acide nitrique, le processus d'oxydation catalytique de l'ammoniac est important, car il détermine trois indicateurs principaux - la consommation d'ammoniac, les investissements et les pertes de métaux platine, ainsi que les capacités énergétiques du schéma. À cet égard, l'amélioration du processus d'oxydation catalytique de l'ammoniac revêt une grande importance pour la production d'acide nitrique et d'engrais minéraux en général.

1. CARACTÉRISTIQUES DE L'ACIDE NITRIQUE

1.1 Variétés d'acide nitrique

Dans l'industrie, 2 types d'acide nitrique sont utilisés : dilué (faible) contenant 30 à 60 % de HNO3 et concentré, contenant 97 à 99 % de HNO3, ainsi qu'une quantité relativement faible d'acide nitrique réactif et très pur. La qualité de l'acide nitrique produit doit répondre aux normes établies.

En termes d'indicateurs physicochimiques, l'acide nitrique concentré doit répondre aux normes précisées dans le tableau 1.

Tableau 1 - Exigences de qualité pour l'acide nitrique concentré (GOST 701-89)

La qualité de l'acide nitrique produit doit répondre aux normes établies indiquées dans les tableaux 2 et 3.

Tableau 2 - Exigences relatives à la qualité de l'acide nitrique non concentré (OST 6-03-270-76)

Tableau 3 - Exigences relatives à la qualité de l'acide nitrique (GOST 4461-67)

Teneur en %, pas plus que la qualité analytique chimiquement pure Acide nitrique pur 61-68 54-6061-68 54-6061-68 54-60 Oxydes d'azote (NO2) 0.10.10.1 Résidu après calcination 0.0010.0030, 005Sulfates (SO42)- 0.00020.00050.002Phosphates (PO43-)0.000020.00020.002Chlorures (Cl-)0.000050.00010.0005Fer (Fe)0.000020.00010.0003Calcium (Ca)0.0005 0.0010.002 ic (As) 0,0000020,0000030,00001 Métaux lourds (Pb) 0,000020,00050,0005

1.2 Application d'acide nitrique

L'acide nitrique est utilisé dans divers domaines d'activité :

1)lors de la galvanisation et du chromage des pièces ;

)pour la production d'engrais minéraux;

)pour la production d'explosifs (industrie militaire);

)dans la production de médicaments (produits pharmaceutiques);

)obtenir du nitrate d'argent pour la photographie ;

)pour la gravure et la gravure de formes métalliques ;

)comme matière première pour la production d'acide nitrique concentré ;

)en hydrométallurgie;

)en bijouterie - le principal moyen de déterminer l'or dans un alliage d'or ;

)pour la production de composés nitrés aromatiques - précurseurs de colorants, préparations pharmacologiques et autres composés utilisés en synthèse organique fine ;

)pour obtenir de la nitrocellulose.

1.3 Propriétés de l'acide nitrique

3.1 Propriétés physiques de l'acide nitrique

L'acide nitrique est l'un des acides monobasiques forts avec une odeur suffocante, est sensible à la lumière et, sous une lumière vive, se décompose en l'un des oxydes d'azote (également appelé gaz brun - NO2) et en eau. Il est donc conseillé de le conserver dans des récipients sombres. À l'état concentré, il ne dissout pas l'aluminium et le fer, il peut donc être stocké dans des récipients métalliques appropriés. L'acide nitrique est un électrolyte puissant (comme de nombreux acides) et un agent oxydant très puissant. Il est souvent utilisé dans des réactions avec des substances organiques.

L'azote dans l'acide nitrique est tétravalent, état d'oxydation +5. L'acide nitrique est un liquide incolore qui dégage des fumées dans l'air, point de fusion -41,59 , bouillant +82,6 avec décomposition partielle. La solubilité de l'acide nitrique dans l'eau n'est pas limitée. Les solutions aqueuses de HNO3 avec une fraction massique de 0,95 à 0,98 sont appelées « acide nitrique fumant », avec une fraction massique de 0,6 à 0,7 - acide nitrique concentré. Forme un mélange azéotropique avec l'eau (fraction massique 68,4 %, d20 = 1,41 g/cm, Tbp = 120,7)

Lorsqu'il est cristallisé à partir de solutions aqueuses, l'acide nitrique forme des hydrates cristallins :

) monohydraté HNO3·H2O, Tm = -37,62 ;

2) trihydrate HNO3.3H2O, Tm = -18,47.

L'acide nitrique, comme l'ozone, peut se former dans l'atmosphère lors des éclairs. L'azote, qui représente 78 % de la composition de l'air atmosphérique, réagit avec l'oxygène atmosphérique pour former de l'oxyde nitrique NO. Avec une oxydation plus poussée dans l'air, cet oxyde se transforme en dioxyde d'azote (gaz brun NO2), qui réagit avec l'humidité atmosphérique (nuages et brouillard), formant de l'acide nitrique.

Mais une si petite quantité est totalement inoffensive pour l’écologie de la terre et des organismes vivants. Un volume d’acide nitrique et trois volumes d’acide chlorhydrique forment un composé appelé « eau régale ». Il est capable de dissoudre les métaux (platine et or) insolubles dans les acides ordinaires. Lorsque du papier, de la paille ou du coton sont ajoutés à ce mélange, une oxydation vigoureuse et même une combustion se produiront.

1.3.2 Propriétés chimiques de l'acide nitrique

L'acide nitrique présente des propriétés chimiques différentes selon la concentration et la substance avec laquelle il réagit.

Si l'acide nitrique est concentré :

1) n'interagit pas avec les métaux - fer (Fe), chrome (Cr), aluminium (Al), or (Au), platine (Pt), iridium (Ir), sodium (Na) en raison de la formation d'un film protecteur à leur surface, ce qui ne permet pas au métal de s'oxyder davantage. Avec tous les autres métaux<#"justify">HNO3 conc + Cu = Cu(NO3)2 + 2NO2 + H2O(1)

2) avec des non-métaux<#"justify">HNO3 conc. + P = H3PO4 + 5NO2 + H2O(2)

Si l'acide nitrique est dilué :

1) lors de l'interaction avec les métaux alcalino-terreux, ainsi qu'avec le zinc (Zn), le fer (Fe), il est oxydé en ammoniac (NH3) ou en nitrate d'ammonium (NH4NO3). Par exemple, lors d'une réaction avec le magnésium (Mg) :

HNO3 dilué + 4Zn = 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O(3)

HNO3 dilué + 4Mg = 4Mg(NO3)2 + N2O + 3H2O(4)

Réagit avec d'autres métaux pour former de l'oxyde d'azote (NO), par exemple, dissout l'argent (Ag) :

HNO3 dilué + Ag = AgNO3 + NO + H2O(5)

2) réagit de la même manière avec les non-métaux, par exemple avec le soufre<#"justify">HNO3 dilué + S = H2SO4 + 2NO(6)

Oxydation du soufre jusqu'à la formation d'acide sulfurique et la libération de gaz - oxyde d'azote ;

3) réaction chimique avec des oxydes métalliques, par exemple l'oxyde de calcium :

HNO3 + CaO = Ca(NO3)2 + H2O(7)

Du sel (nitrate de calcium) et de l'eau se forment ;

) réaction chimique avec des hydroxydes (ou des bases), par exemple avec de la chaux éteinte :

HNO3 + Ca(OH)2 = Ca(NO3)2 + H2O(8)

Du sel (nitrate de calcium) et de l'eau se forment - une réaction de neutralisation ;

) réaction chimique avec des sels, par exemple avec de la craie :

HNO3 + CaCO3 = Ca(NO3)2 + H2O + CO2(9)

Il se forme un sel (nitrate de calcium) et un autre acide (dans ce cas, de l'acide carbonique, qui se décompose en eau et dioxyde de carbone).

6) en fonction du métal dissous, la décomposition du sel en température se produit comme suit :

a) tout métal (désigné par Me) en magnésium (Mg) :

MeNO2 + O2(10)

b) tout métal du magnésium (Mg) au cuivre (Cu) :

3 = MeO + NO2 + O2(11)

c) tout métal après le cuivre (Cu) :

3 = Moi + NO2 + O2(12)

2. MÉTHODES D'OBTENTION DE L'ACIDE NITRIQUE

ammoniaque de catalyseur d'acide nitrique

Les méthodes industrielles de production d'acide nitrique dilué comprennent les étapes suivantes :

) obtenir de l'oxyde nitrique (II) ;

2) son oxydation en oxyde d'azote (IV) ;

3) absorption du NO2 par l'eau ;

4) purification des gaz d'échappement (contenant principalement de l'azote moléculaire) des oxydes d'azote.

L'acide nitrique concentré est obtenu de deux manières :

1) la première méthode est la rectification de mélanges ternaires contenant de l'acide nitrique, de l'eau et des substances déshydratantes (généralement de l'acide sulfurique ou du nitrate de magnésium). On obtient ainsi des vapeurs d'acide nitrique à 100 % (qui se condensent) et des solutions aqueuses de l'agent déshydratant, ces dernières sont évaporées et renvoyées à la production ;

2) la deuxième méthode est basée sur la réaction :

N2O4(s) + 2H2O(l) + O2(g) = 4HNO3(l) + 78,8 kJ(13)

À une pression de 5 MPa et en utilisant de l'O2 pur, 97 à 98 % d'acide se forme, contenant jusqu'à 30 % en poids d'oxydes d'azote. Le produit cible est obtenu par distillation de cette solution. L'acide nitrique d'une pureté particulière est obtenu par rectification de 97 à 98,5 % d'acide nitrique dans un équipement en verre de silicate ou de quartz. La teneur en impuretés d'un tel acide est inférieure à 110,6 % en poids.

3. BASE DE MATIÈRES PREMIÈRES DANS LA PRODUCTION D'ACIDE NITRIQUE NON CONCENTRÉ

Les principales matières premières pour la production d'acide nitrique non concentré sont actuellement l'ammoniac, l'air et l'eau. Les matières auxiliaires et les ressources énergétiques sont des catalyseurs pour l'oxydation de l'ammoniac et l'épuration des gaz d'échappement, du gaz naturel, de la vapeur et de l'électricité.

1. Ammoniac. Dans des conditions normales, il s'agit d'un gaz incolore avec une odeur âcre, hautement soluble dans l'eau et d'autres solvants, et forme des hémi- et monohydrates. Un tournant dans le développement de la production d'ammoniac synthétique a été l'utilisation de la méthode désormais dominante dans l'industrie pour produire de l'hydrogène en convertissant le méthane contenu dans le gaz naturel, les gaz de pétrole associés et les produits pétroliers raffinés. La teneur en impuretés de l'ammoniac liquide est réglementée par GOST 6221-82. Les impuretés les plus courantes sont : l'eau, les huiles lubrifiantes, la poussière de catalyseur, le tartre, le carbonate d'ammonium, les gaz dissous (hydrogène, azote, méthane). Si GOST n'est pas respecté, les impuretés contenues dans l'ammoniac peuvent pénétrer dans le mélange ammoniac-air et réduire le rendement en oxyde d'azote (II), et l'hydrogène et le méthane peuvent modifier les limites explosives du mélange ammoniac-air.

Air. Pour les calculs techniques, on suppose que l'air sec contient [%, (vol.)] : N2 = 78,1, O2 = 21,0, Ar2 = 0,9, H2O = 0,1-2,8. Il peut également y avoir des traces de SO2, NH3, CO2 dans l'air. Dans le domaine des sites industriels, l'air est pollué par des poussières d'origines diverses, ainsi que par divers composants d'émissions de gaz fugitifs (SO2, SO3, H2S, C2H2, Cl2, etc.). La quantité de poussière dans l’air est de 0,5 à 1,0 mg/m3.

3. Eau. Il est utilisé dans la production d'acide nitrique pour le reflux d'une colonne d'absorption, pour la génération de vapeur lors de la récupération de chaleur dans les chaudières de récupération de chaleur, pour le refroidissement des appareils de réaction. Pour absorber les oxydes d'azote, on utilise le plus souvent du condensat de vapeur et de l'eau chimiquement purifiée. Dans certains systèmes, il est permis d'utiliser du condensat de vapeur de jus de nitrate d'ammonium. Dans tous les cas, l'eau utilisée pour irriguer les colonnes ne doit pas contenir d'ammoniac libre ni de matières en suspension, la teneur en ions chlorure ne doit pas dépasser 2 mg/l, l'huile ne doit pas dépasser 1 mg/l, NH4NO3 - pas plus de 0,5 g/l. L'eau purifiée chimiquement pour les chaudières à chaleur résiduelle doit être conforme aux exigences de GOST 20995-75. Eau de traitement, conçu pour l'évacuation de la chaleur dans les échangeurs de chaleur et le refroidissement des équipements ( eau recyclée), doit répondre aux exigences suivantes : dureté carbonatée pas plus de 3,6 meq/kg, teneur en matières en suspension pas plus de 50 mg/kg, valeur pH 6,5-8,5.

4. Oxygène. Il est principalement utilisé dans la production d’acide nitrique concentré par synthèse directe. Dans certains cas, il est utilisé pour enrichir le mélange ammoniac-air lors de la production d'acide nitrique non concentré.

4. OXYDATION DE CONTACT DE L'AMMONIAC

4.1 Bases physico-chimiques du procédé

Méthodes modernes La production d'acide nitrique repose sur l'oxydation par contact de l'ammoniac. Lors de l'oxydation de l'ammoniac sur différents catalyseurs et selon les conditions, les réactions suivantes se produisent :

NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O + 907,3kJ(14)

4NH3 + 4O2 = 2N2O + 6H2O + 1104,9 kJ(15)

4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O + 1269,1kJ(16)

En plus des réactions (14-16), d'autres sont également possibles, se produisant dans les couches proches de la surface du catalyseur. Par exemple, décomposition du NO, interaction de N2O, NO2 et NH3 :

PAS de N2+O2 (17)

2NH3 + 3N2O = 4N2+3H2O(18)

NH3 + 6NO2 = 7N2 + 12H2O(19)

Naturellement, la réaction (14) sera « utile ». Les calculs thermodynamiques montrent que les réactions (14-16) se poursuivent pratiquement jusqu'à leur terme.

Les constantes d'équilibre pour les réactions inverses (14-16) à 900°C ont les valeurs suivantes

(20)

(21)

(22)

K1 = , (23)

où k1 - NON + H2O ; k2 - NH3 + O2.

À 900 la conversion catalytique de l'ammoniac en produits finaux atteint 100 %, c'est-à-dire le processus est pratiquement irréversible.

Cependant, les équations (14 à 16) ne reflètent pas le mécanisme réel du processus, puisque dans ce cas, neuf molécules devraient entrer en collision simultanément dans la réaction (14) ; dans la réaction (16) - sept molécules. C'est presque incroyable.

Plusieurs mécanismes ont été proposés pour l'oxydation de l'ammoniac sur les catalyseurs. Les différences d'idées sur les mécanismes sont les suivantes :

1) formation de NO et N2 via un composé intermédiaire sur le catalyseur ;

2) la formation de NO se produit sur le catalyseur, et la formation de N2 sur le catalyseur et dans le volume de gaz.

Sur la base de ce qui a été dit (sur la constante d'équilibre et les mécanismes d'oxydation), on peut affirmer que le catalyseur sélectionné doit avoir une activité élevée (vitesse de réaction élevée et temps de contact court : à mesure qu'il augmente, la probabilité de formation de N2 augmente) et une sélectivité élevée. par rapport à la réaction (14).

Parmi plusieurs mécanismes proposés par nos scientifiques et par des scientifiques étrangers, le plus répandu est le mécanisme proposé par L.K. Androssov, G.K. Boreskov, D.A. Epstein.

Le mécanisme peut être présenté étape par étape comme suit :

Étape 1 - oxydation de la surface du platine. Un complexe catalyseur-peroxyde d’oxygène se forme (Figure 1).

Figure 1 - Structure du complexe catalyseur-peroxyde d'oxygène

étape - diffusion et adsorption de l'ammoniac sur la surface du platine recouverte d'oxygène. Un complexe catalyseur-oxygène-ammoniac se forme (Figure 2).

Figure 2 - Structure du complexe catalyseur-oxygène-ammoniac

étape - redistribution des connexions électroniques, rupture des anciennes connexions et renforcement des nouvelles connexions.

étape - désorption des produits et diffusion dans le flux gazeux (les composés stables de NO et H2O sont éliminés de la surface).

Les centres libérés adsorbent à nouveau l'oxygène, car le taux de diffusion de l'oxygène est supérieur à celui de l'ammoniac, etc. Selon les scientifiques, l'oxygène inclus dans le réseau catalytique (contact sans platine) ne participe pas à la réaction d'oxydation de l'ammoniac (prouvé par la méthode de l’atome étiqueté).

La conversion de l'ammoniac en azote, selon I.I. Berger et G.K. Boreskov, peut apparaître en volume à la suite de réactions de l'ammoniac avec l'oxygène et l'oxyde nitrique.

Il existe des régions cinétiques, de transition et de diffusion du processus. La région cinétique est caractéristique des basses températures : elle est limitée par la température d'inflammation du catalyseur, à laquelle on observe un échauffement spontané rapide de sa surface, c'est-à-dire jusqu'à la température d'inflammation, la vitesse est limitée par la vitesse de la réaction chimique au contact. À T > Tzazh, la diffusion contrôle déjà le processus : la réaction chimique est rapide. Le processus se déplace dans la région de diffusion. C'est cette zone (600-1000 ) est typique d'un processus autothermique stationnaire dans des conditions industrielles. Cela entraîne inévitablement une augmentation de la vitesse volumétrique du gaz et une diminution du temps de contact.

L'oxydation de l'ammoniac sur les catalyseurs actifs commence plus tôt : sur le palladium (Pd) à 100 , sur platine (Pt) à 145 , sur fer (Fe) à 230 , sur les oxydes métalliques, la température à laquelle la réaction commence fluctue dans de larges limites. En même temps, il atteint une vitesse et un degré de conversion suffisants à T > 600.

4.2 Catalyseurs d'oxydation de l'ammoniac

Presque toutes les usines d'acide nitrique utilisent le platine ou ses alliages comme catalyseur pour l'oxydation de l'ammoniac.

Le platine est un catalyseur coûteux, mais il conserve longtemps une activité élevée, présente une stabilité et une résistance mécanique suffisantes et se régénère facilement. Enfin, avec la forme maillée moderne du catalyseur, l'utilisation du platine permet d'utiliser le type de dispositifs de contact le plus simple. Il s'enflamme facilement et sa consommation par unité de production est insignifiante.

Dans la production d'acide nitrique, les supports ne sont pas utilisés pour le platine et ses alliages, car en présence de supports, l'activité du catalyseur diminue relativement rapidement et rend sa régénération difficile. Dans les usines modernes, le platine est utilisé pour les catalyseurs sous forme de grilles. La forme du maillage crée une grande surface de catalyseur dans l'appareil de contact avec une consommation de platine relativement faible. Généralement, on utilise des mailles dans lesquelles le diamètre du fil est de 0,045 à 0,09 mm avec des dimensions côté cellule de 0,22 mm. La surface du treillis non occupée par le fil représente environ 50 à 60 % de sa superficie totale. Lors de l'utilisation de fils d'un diamètre différent, le nombre de tissages est modifié de manière à ce que la zone libre non occupée par le fil reste dans les limites spécifiées.

Appareils à contact fonctionnant sous pression atmosphérique. installer de 2 à 4 grilles, principalement 3, et dans des appareils fonctionnant sous pression jusqu'à 8 atm - de 13 à 16 grilles. Lors de l'installation d'une maille, certaines molécules d'ammoniac n'entrent pas en contact avec le catalyseur, ce qui réduit le rendement en oxyde d'azote. Dans les meilleures conditions, sur une maille le degré de contact peut atteindre 86 à 90 %, sur deux mailles 95 à 97 % et sur trois mailles 98 %. Lorsque vous travaillez sous pression atmosphérique, n'utilisez pas plus de 4 mailles, car avec un grand nombre de mailles, bien que la productivité de l'appareil de contact augmente, la résistance au flux de gaz augmente considérablement. Les grilles doivent être bien ajustées les unes aux autres, car sinon, un certain nombre de réactions homogènes se produisent dans l'espace libre entre les grilles, réduisant ainsi le rendement en oxyde d'azote.

Pendant le fonctionnement, les mailles en platine se desserrent considérablement. Leurs fils lisses et brillants deviennent spongieux et mats, leurs mailles élastiques se fragilisent. La formation d'une surface spongieuse et lâche augmente l'épaisseur des fils. Tout cela crée une surface de réseau très développée, qui augmente l'activité catalytique du platine. Seul un empoisonnement du catalyseur par des impuretés apportées par les gaz peut ultérieurement provoquer une diminution de son activité.

Le relâchement de la surface du treillis en platine au fil du temps entraîne une destruction sévère du treillis, ce qui entraîne d'importantes pertes de platine.

Le platine destiné à la fabrication du catalyseur ne doit pas contenir de fer, ce qui déjà à 0,2% réduit considérablement le rendement en oxyde d'azote.

Le platine pur est rapidement détruit à haute température et ses plus petites particules sont emportées par le flux gazeux. Les autres métaux du groupe du platine sous leur forme pure ne sont pas utilisés comme catalyseurs. Le palladium se dégrade rapidement. L'iridium et le rhodium sont peu actifs. L'osmium s'oxyde facilement.

Des alliages de platine ont été étudiés et utilisés, qui sont plus solides et non moins actifs que le platine pur. En pratique, on utilise des alliages de platine avec de l'iridium ou du rhodium et parfois du palladium. A haute température, les grilles en alliage de platine avec 1% d'iridium sont plus actives que celles en platine. Une activité nettement supérieure et, en particulier, une résistance mécanique sont caractéristiques des alliages de platine et de rhodium.

Le meilleur rendement en oxyde d'azote est obtenu en travaillant sur des alliages de platine contenant 10 % de rhodium. Cependant, étant donné le coût plus élevé du rhodium par rapport au platine, sa teneur dans les alliages est généralement réduite à 7 à 5 %.

Lorsque l'ammoniac est oxydé sous pression sur des grilles platine-rhodium, on obtient un rendement en oxyde d'azote nettement plus élevé que sur des grilles en platine pur.

Les catalyseurs au platine sont sensibles à certaines impuretés contenues dans le gaz d'alimentation. Ainsi, la présence de 0,00002 % de phosphine (PH3) dans le gaz réduit le taux de conversion à 80 %. Les poisons moins puissants sont le sulfure d'hydrogène, les vapeurs d'acétylène, les huiles lubrifiantes, les oxydes de fer et d'autres substances. Les grilles sont régénérées en les traitant avec une solution d'acide chlorhydrique à 10-15% à 60-70°C pendant 2 heures. Ensuite, les grilles sont soigneusement lavées à l'eau distillée, séchées et calcinées dans une flamme d'hydrogène. Pendant le fonctionnement, la structure physique du maillage change et la résistance mécanique de l'alliage diminue, ce qui augmente les pertes de métal et raccourcit la durée de vie du catalyseur.

4.3 Composition du mélange gazeux. Teneur optimale en ammoniac dans le mélange ammoniac-air

L'air est principalement utilisé pour oxyder l'ammoniac. La consommation d'oxygène pour l'oxydation de l'ammoniac selon la réaction (24) avec formation de NO peut être calculée comme suit :

NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O(24)

D'après la réaction (24), pour 1 mole de NH3 il y a 1,25 mole d'O2 = , alors la teneur en NH3 peut s'exprimer comme suit :

Où - quantité de NH3 mélangée à l'air ; 100 - quantité totale du mélange (%).

Cependant, cela reste théorique. Pour des raisons pratiques, un certain excès d'oxygène est utilisé, la concentration en ammoniac sera alors inférieure à 14,4 % (vol.).

La concentration optimale d'ammoniac dans le mélange ammoniac-air est sa teneur la plus élevée, à laquelle un rendement élevé en NO est encore possible au rapport O2:NH3.< 2.

Une forte diminution du degré de conversion est observée avec une diminution du rapport O2:NH3< 1,7 и содержании NH3 в смеси равном 11,5 % (об.). Если увеличивать соотношение O2:NH3, например, >2, alors le taux de conversion augmente considérablement.

Le point important est donc :

1) d'une part, une augmentation de la teneur en NH3 dans le mélange ammoniac-air, c'est-à-dire une diminution du rapport O2:NH3, entraîne une diminution du degré de conversion de l'ammoniac ;

2) d'autre part, avec une augmentation de la teneur en NH3 dans le mélange ammoniac-air, la température du système augmente, car plus de chaleur est libérée par les réactions (14-16), et le degré de conversion augmente, tout comme comme le montre le tableau 4.

Tableau 4 - Dépendance du degré de conversion de l'ammoniac sur sa teneur dans le mélange ammoniac-air (P = 0,65 MPa)

Il ressort du tableau 4 qu'augmenter la température de 740 à 830°C avec un rapport O2:NH3 de 1,6-2 a un effet bénéfique sur le procédé. Au rapport O2:NH3< 1,35 лимитирующая стадия процесса - диффузия кислорода.

Un excès d'O2 est nécessaire pour garantir que la surface du platine soit toujours recouverte d'oxygène afin de réaliser le processus d'oxydation selon le mécanisme évoqué précédemment et pour éviter la formation de N2 et N2O (en l'absence d'oxygène). Il doit être supérieur à 30 %, soit un rapport O2:NH3 > 1,62.

La composition du gaz dépendra également de l'apparition de la deuxième étape de production d'acide nitrique (oxydation du NO).

2NO + 1,5O2 + H2O = 2HNO3(25)

Cela nécessite également un excès d’oxygène :

1) pour les systèmes fonctionnant sous pression - 2,5 % ;

2) pour les systèmes fonctionnant à pression atmosphérique - 5 %.

La réaction totale qui détermine le besoin en oxygène pour produire de l’acide nitrique s’écrit comme suit :

NH3 + 2O2 = HNO3 + H2O(26)

Il existe une autre circonstance pour laquelle il n'est pas souhaitable d'augmenter la concentration d'ammoniac au-dessus de 9,5 % (vol.). Dans ce cas, il y a une diminution de la concentration d'oxydes d'azote dans les tours d'absorption en raison de l'introduction d'oxygène supplémentaire (c'est-à-dire que le NO est dilué). Ainsi, 9,5 % (vol.) est la teneur optimale en ammoniac pour toutes les étapes de production d’acide nitrique dilué.

Vous pouvez utiliser de l'oxygène au lieu de l'air pour l'oxydation. Ensuite, conformément à la réaction totale (26), il est nécessaire d'augmenter la concentration en ammoniac à 33,3 % (vol.). Cependant, des précautions de sécurité entrent ici en vigueur, puisqu'un mélange avec une telle concentration d'ammoniac devient explosif (tableau 5).

Tableau 5 - Limites inférieures (LIE) et supérieures (LSE) d'explosivité du mélange ammoniac-oxygène-azote

À mesure que l'humidité du gaz augmente, les limites d'explosivité se rétrécissent, c'est-à-dire qu'il est possible d'utiliser la conversion vapeur-oxygène de l'ammoniac.

Les mélanges d'ammoniac et d'oxygène s'enflamment de manière explosive (Tf = 700-800 ). Dans ces limites de température, l'auto-inflammation se produit à n'importe quelle teneur en ammoniac dans le mélange ammoniac-oxygène.

Les mélanges ammoniac-air pratiquement utilisés (concentration en ammoniac 9,5-11,5 % (vol.)) ne sont pas explosifs (tableau 5). Il existe des dépendances entre les limites d'explosivité d'un mélange ammoniac-air et la teneur en ammoniac et en oxygène à différentes pressions.

Cependant, il convient de noter que la vitesse de propagation de l'explosion est faible et pour un mélange ammoniac-air est de 0,3 à 0,5 m/s. Autrement dit, pour éliminer la possibilité de propagation d’une explosion, il est nécessaire de créer une vitesse de gaz supérieure à cette valeur (0,5 m/s). Ceci est précisément réalisé grâce à l'utilisation de catalyseurs actifs au platine dans le processus, où le temps de contact est de 10 à 4 secondes et, par conséquent, la vitesse linéaire est supérieure à 1,5 m/s.

4.4 Oxydation de l'ammoniac sous pression

Le but de l’augmentation de la pression est :

1) la nécessité d'augmenter la vitesse du processus ;

2) compacité des installations.

Il a été prouvé thermodynamiquement que même à haute pression, le rendement en NO est proche de 100 %. La productivité du convertisseur augmente avec l'augmentation de la pression et du nombre de grilles de catalyseur en platine. À mesure que la pression augmente, la température du processus augmente également au-dessus de 900°C. . Cependant, avec l'augmentation de la pression, pour atteindre un degré élevé de conversion du NH3, il est nécessaire d'augmenter le temps de séjour du gaz dans le convertisseur.

ce qui entraîne à son tour une augmentation du nombre de grilles.

Le principal inconvénient est la perte accrue de catalyseur au platine (Pt) à haute température. Ces inconvénients (perte de platine, diminution du taux de conversion) peuvent être éliminés en recourant à un schéma de production combiné, c'est-à-dire en réalisant l'oxydation du NH3 à pression atmosphérique ou proche de la pression atmosphérique, et l'oxydation et l'absorption du NO à pression élevée. Cette approche est souvent mise en œuvre dans les projets technologiques de nombreux pays. Dans le même temps, la consommation d’énergie pour la compression des gaz augmente le coût de l’acide nitrique.

4.5 Conditions optimales pour l'oxydation de l'ammoniac

Température. La réaction de l'ammoniac sur le platine commence à 145 , mais se déroule avec un faible rendement en NO et la formation d'azote majoritairement élémentaire. Une augmentation de la température entraîne une augmentation du rendement en monoxyde d'azote et une augmentation de la vitesse de réaction. Dans la gamme de 700 à 1 000 AUCUN rendement ne peut être augmenté à 95-98%. Temps de contact lorsque la température augmente de 650 à 900 est réduit d'environ cinq fois (de 5 10-4 à 1,1 10-4 secondes). Le régime de température requis du processus peut être maintenu grâce à la chaleur des réactions d'oxydation. Pour un mélange sec ammoniac-air contenant 10% de NH3, à un taux de conversion de 96%, l'augmentation théorique de la température des gaz est d'environ 705 ou environ 70 pour chaque pourcentage d'ammoniac dans le mélange d'origine. En utilisant un mélange ammoniac-air contenant 9,5% d'ammoniac, grâce à l'effet thermique de la réaction, il est possible d'atteindre une température d'environ 600°C. , pour augmenter encore la température de conversion, un préchauffage de l'air ou du mélange ammoniac-air est nécessaire. Il convient de garder à l'esprit que le mélange ammoniac-air ne peut être chauffé qu'à une température ne dépassant pas 150-200°C. à une température du gaz de chauffage ne dépassant pas 400 . Sinon, une dissociation de l'ammoniac ou son oxydation homogène avec formation d'azote élémentaire est possible.

La limite supérieure d'augmentation de la température d'oxydation par contact de l'ammoniac est déterminée par les pertes du catalyseur au platine. Si jusqu'à 920 les pertes de platine sont dans une certaine mesure compensées par une augmentation de l'activité du catalyseur, puis au-dessus de cette température l'augmentation des pertes de catalyseur dépasse largement l'augmentation de la vitesse de réaction.

Selon les données d'usine, la température optimale pour la conversion de l'ammoniac sous pression atmosphérique est d'environ 800 ; sur les installations fonctionnant sous une pression de 9 atm, elle est égale à 870-900.

Pression. L'utilisation d'une pression accrue lors de la production d'acide nitrique dilué est principalement associée au désir d'augmenter le taux d'oxydation de l'oxyde d'azote et la conversion du dioxyde d'azote résultant en acide nitrique.

Les calculs thermodynamiques montrent que même à pression élevée, le rendement d'équilibre en NO est proche de 100 %. Cependant, un degré de contact élevé n'est atteint dans ce cas qu'avec un grand nombre de réseaux catalytiques et une température plus élevée.

Récemment, dans des conditions industrielles sur des catalyseurs multicouches avec une purification approfondie des gaz et une température de 900 réussi à augmenter le degré de conversion de l'ammoniac à 96 %. Lors du choix de la pression optimale, il convient de garder à l'esprit qu'une augmentation de la pression entraîne une augmentation des pertes de platine. Ceci s'explique par une augmentation de la température de catalyse, l'utilisation de mailles multicouches et une destruction mécanique accrue sous l'influence de la vitesse élevée des gaz.

3. Teneur en ammoniac dans le mélange. L'air est généralement utilisé pour oxyder l'ammoniac, de sorte que la teneur en ammoniac dans le mélange est déterminée par la teneur en oxygène de l'air. Avec un rapport stoechiométrique O2:NH3 = 1,25 (la teneur en ammoniac dans le mélange avec l'air est de 14,4 %), le rendement en oxyde d'azote n'est pas significatif. Pour augmenter le rendement en NO, un excès d'oxygène est nécessaire, la teneur en ammoniac dans le mélange doit donc être inférieure à 14,4 %. Dans la pratique en usine, la teneur en ammoniac dans le mélange est maintenue dans la plage de 9,5 à 11,5 %, ce qui correspond au rapport O2:NH3 = 21,7.

La réaction totale (26), qui détermine le besoin en oxygène lors de la transformation de l'ammoniac en acide nitrique, donne le rapport O2:NH3 = 2, ce qui correspond à une teneur en ammoniac dans le mélange initial de 9,5 %. Cela suggère qu'une augmentation de la concentration d'ammoniac dans le mélange au-dessus de 9,5 % n'entraînera finalement pas une augmentation de la concentration de NO, puisque dans ce cas, de l'air supplémentaire devra être introduit dans le système d'adsorption. Si un mélange ammoniac-oxygène est utilisé comme réactifs initiaux, alors, conformément à l'équation de la réaction totale, il serait possible d'augmenter la concentration d'ammoniac à 33,3 %. Cependant, l'utilisation de concentrations élevées d'ammoniac est compliquée par le fait que de tels mélanges sont explosifs.

Impact des impuretés. Les alliages de platine sont sensibles aux impuretés contenues dans le mélange ammoniac-air. En présence de 0,0002 % de phosphure d'hydrogène dans le mélange gazeux, le taux de conversion de l'ammoniac est réduit à 80 %. Les poisons de contact moins puissants sont le sulfure d'hydrogène, l'acétylène, le chlore, les vapeurs d'huile lubrifiante, les poussières contenant des oxydes de fer, l'oxyde de calcium, le sable, etc.

La purification préliminaire des gaz augmente la durée de fonctionnement du catalyseur. Cependant, au fil du temps, le catalyseur s’empoisonne progressivement et la production de NO diminue. Pour éliminer les poisons et les contaminants, les grilles sont périodiquement régénérées en les traitant avec une solution à 10-15 % d'acide chlorhydrique.

5. Temps de contact. Le temps de contact optimal est déterminé par le taux d'oxydation de l'ammoniac. Le plus souvent, le taux d'oxydation est défini comme la quantité d'ammoniac oxydée (kg) par unité de surface (m2) par jour (intensité du catalyseur). La durée de contact du gaz avec le catalyseur, ou temps de contact, est déterminée par l'équation :

où t est le temps de séjour du gaz dans la zone catalytique, sec ; Vsv est le volume libre du catalyseur, m3 ; W - vitesse volumétrique dans des conditions de contact m3 sec-1.

Le degré maximum de conversion de l'ammoniac en oxyde d'azote est atteint à un moment bien précis de contact du gaz avec le catalyseur. Le temps de contact optimal ne doit pas être considéré comme celui auquel le rendement maximal en NO est atteint, mais plutôt inférieur, car il est économiquement avantageux de travailler avec une productivité plus élevée, même au prix d'une réduction du rendement en produit. Dans des conditions pratiques, le temps de contact de l'ammoniac avec le catalyseur varie de 1 10-4 à 2 10-4 s.

Mélanger l'ammoniac avec de l'air. L'homogénéité complète du mélange ammoniac-air entrant dans la zone de contact est l'une des principales conditions pour obtenir un rendement élevé en oxyde d'azote. Un bon mélange des gaz est d'une grande importance non seulement pour garantir un degré élevé de contact, mais également pour protéger contre le risque d'explosion. La conception et le volume du mélangeur doivent garantir pleinement un bon mélange du gaz et empêcher l'ammoniac de s'échapper en jets séparés sur le catalyseur.

5. APPAREILS DE CONTACT

Le plus complexe et ayant subi des améliorations significatives est la conception de l'appareil de contact lui-même.

Figure 3 - Appareil de contact Ostwald : 1 - collecteur de mélange ammoniac-air ; 2 - spirale en platine ; 3 - fenêtre de visualisation ; 4 - collecteur de gaz nitreux

Le premier appareil de contact industriel fut l'appareil d'Ostwald (Figure 3), constitué de deux tuyaux concentriques : un extérieur en fonte d'un diamètre de 100 mm, émaillé à l'intérieur, et un intérieur en nickel d'un diamètre de 65 mm. Le mélange ammoniac-air pénétrait dans l'appareil par le bas par le tuyau extérieur et tombait sur le catalyseur situé dans la partie supérieure du tuyau intérieur. Les gaz nitreux étaient dirigés vers le bas dans le collecteur via un tuyau interne, dégageant de la chaleur au mélange entrant.

Le catalyseur était constitué de bandes de feuille de platine de 0,01 mm d'épaisseur et 20 mm de largeur, enroulées ensemble en spirale. L'un des rubans est lisse, le second est ondulé avec des courbures de 1 mm. Le degré de conversion de l'ammoniac atteignait 90-95 %, le mélange avec l'air contenait 8 % de NH3 (vol.), la productivité de l'appareil était de 100 kg d'acide nitrique par jour.

Cette forme de catalyseur ne permettait pas d'augmenter la productivité de l'appareil en augmentant sa taille. Dans l'appareil d'Ostwald, l'alimentation uniforme du mélange gazeux n'était pas assurée, car avant d'entrer dans le catalyseur, le flux de gaz changeait de direction de 180° et n'y pénétrait qu'ensuite. De plus, la conception de l'appareil ne permettait pas d'éliminer rapidement les oxydes d'azote (II) de la zone à haute température.

Dans les conceptions ultérieures de l'appareil de contact, un catalyseur sous la forme d'un maillage de filaments d'un diamètre de 0,06 mm a été utilisé.

Figure 4 - Appareil de contact Andreev : 1 - grilles en platine ; 2 - fenêtre de visualisation

La première production d'acide nitrique en Russie a été équipée de dispositifs de contact Andreev, qui produisaient 386 kg d'acide nitrique par jour et étaient considérés comme les plus avancés au monde. L'appareil cylindrique d'un diamètre de 300 mm et d'une hauteur de 450 mm était en fonte. Le mélange de gaz provenait du bas (Figure 4). La grille du catalyseur en platine était située en travers de l'appareil, au milieu de celui-ci.

L'utilisation de fonte pour la fabrication de cet appareil présentait un certain nombre d'inconvénients : apparition de réactions indésirables, contamination du platine par du tartre. Le degré de conversion n'y dépassait pas 87%.

Figure 5 - Appareil de contact Fischer : 1 - buse ; 2 - maille platine; 3 - isolation

L'appareil Fischer était en aluminium, son diamètre était de 1 000 mm et sa hauteur de 2 000 mm (Figure 5). Le fond de l'appareil était rempli d'anneaux de Raschig en porcelaine et la partie supérieure était recouverte de briques réfractaires. La conception de l'appareil ne garantissait pas une alimentation uniforme du mélange ammoniac-air au catalyseur ; le rendement en oxydes était de 89 à 92 % à une température de contact de 700 à 720°C. La productivité en ammoniac de l'appareil est de 600 à 700 kg/jour. Les particules de brique réfractaire tombant sur le catalyseur réduisaient son activité.

Figure 6 - Appareil Bamag : 1 - buse ; 2 - maille platine; 3 - fenêtre de visualisation

L'appareil proposé par la société Bamag (Figure 6) était constitué de deux troncs de cône reliés par de larges bases, entre lesquels étaient placées des mailles de catalyseur. Le diamètre de l'appareil dans la partie large était de 1,1 m ou 2,0 m.

Le mélange ammoniac-air était introduit dans l'appareil par le bas. Au début, l'appareil était en aluminium, puis sa partie supérieure chaude était en acier inoxydable. Pour mieux mélanger le mélange, des anneaux de Raschig ont été coulés dans la partie inférieure de l'appareil.

Le principal inconvénient de ces dispositifs était la direction du mélange gazeux vers le catalyseur par le bas, ce qui entraînait une vibration du treillis et une perte accrue de platine.

Des études sur la conception de l'appareil de contact ont montré que la direction du mélange gazeux de haut en bas stabilise le fonctionnement des grilles de catalyseur, réduit les pertes de catalyseur au platine coûteux et rare, contribue à augmenter le degré de conversion de 1,0 à 1,5 % et permet l'utilisation d'un catalyseur à deux étages, dans lequel le deuxième étage est un catalyseur sans oxyde de platine.

Lors de l'introduction du mélange gazeux dans l'appareil par le haut, dans sa partie inférieure, il est possible de placer une couche de matériau isolant, ainsi que les serpentins de la chaudière à vapeur et du surchauffeur, sans risque de contamination du catalyseur par des poussières réfractaires. et du tartre de fer. Cela réduit les pertes de chaleur de réaction dans l’environnement.

Une étude de la répartition de la température sur la surface du catalyseur a montré que les bords du catalyseur adjacents aux parois ont une température plus basse et que le degré de contact diminue en conséquence, réduisant ainsi le rendement global en oxyde d'azote (II). À cet égard, la géométrie de la partie d'alimentation de l'appareil de contact est d'une grande importance ; elle doit être un cône à divergence douce avec un angle au sommet ne dépassant pas 30°.

Figure 7 - Appareil Parsons : 1 - maille cylindrique en platine ; 2 fonds en quartz ; 3 - fenêtre de visualisation ; 4 - isolation

Aux États-Unis, un appareil Parsons a été créé avec une disposition verticale d'un treillis catalytique enroulé sous la forme d'un cylindre à quatre couches d'une hauteur de 33 cm et d'un diamètre de 29 cm (Figure 7). Le cylindre de platine était placé dans une enveloppe métallique recouverte de briques réfractaires, ce qui assurait un bon échange thermique avec le catalyseur chaud. La productivité d'un tel appareil atteignait 1 tonne d'ammoniac par jour, le taux de conversion était de 95 à 96 %.

L'avantage de ce dispositif est la grande surface du catalyseur par rapport au volume du dispositif. Son inconvénient est l'apport inégal du mélange ammoniac-air au catalyseur. Une plus grande quantité de mélange passe par le bas du catalyseur à mailles que par le haut.

Un certain nombre de dispositifs de formes diverses ont été testés : sous forme de deux hémisphères, d'un cône et d'un hémisphère avec le flux de gaz dirigé de bas en haut. Ces dispositifs ne présentaient pas d'avantages particuliers même lorsque le procédé était réalisé jusqu'à 0,51 MPa ; le taux de conversion ne dépassait pas 90 % ;

Figure 8 - Dispositif DuPont : 1 - maille de platine ; 2 - grille; 3 - veste d'eau

Lors de la réalisation du procédé à pression élevée, un appareil DuPont s'est généralisé (Figure 8), constitué de cônes : celui du haut est en nickel et celui du bas est en acier résistant à la chaleur. Le boîtier inférieur était équipé d'une chemise d'eau pour le refroidissement. Le catalyseur posé sur la grille est réalisé sous la forme d'un paquet de mailles rectangulaires.

Aujourd'hui, partout dans le monde, ils conçoivent et construisent des unités de production d'acide nitrique dilué avec une grande capacité unitaire - jusqu'à 400 à 600 tonnes/an. Les dispositifs de contact avec des couches plates de treillis ou une couche de matériau granulaire situées en travers du flux de gaz pour de telles unités doivent avoir un grand diamètre allant jusqu'à 5 à 7 m. Cependant, avec une augmentation du diamètre du dispositif, l'uniformité de la distribution est compromise. du mélange ammoniac-air sur la section transversale de l'appareil se détériore et la consommation de métal par unité de productivité augmente, les difficultés d'étanchéité des raccords à bride augmentent. Les appareils de grand diamètre (plus de 4 m) ne peuvent pas être transportés par train ; leur fabrication sur le site de l'usine est associée à de sérieuses difficultés.

À cet égard, le plus prometteur est un convertisseur avec un flux radial du mélange gazeux à travers un catalyseur réalisé sous la forme d'un cylindre ou d'un cône. Avec cette disposition du catalyseur, il est possible, sans modifier le diamètre de l'appareil, d'augmenter sa hauteur et, par conséquent, sa productivité.

Les conceptions d'appareils à agencement cylindrique de catalyseur sont connues depuis longtemps (appareils Parsons), mais avec une augmentation de leur productivité de 4,5 kg/h à 14,3 t/h d'ammoniac, des problèmes sont apparus dans la répartition des flux de mélange gazeux. , échange thermique, fixation du catalyseur, etc.

Figure 9 - Appareil Parsons amélioré : 1 - corps ; 2 - couvertures ; 3 - collecteur de réfrigérant ; 4 - dispositif de support ; 5 - raccord d'évacuation des gaz nitreux ; 6 - grilles de catalyseurs ; 7 - canaux pour liquide de refroidissement ; 8 - canaux pour les gaz

L'un des nouveaux appareils est l'appareil Parsons amélioré (Figure 9). Il se compose d'un boîtier avec des couvercles, des raccords pour l'entrée du mélange ammoniac-air et la sortie des gaz nitreux. Le catalyseur est un treillis en platine, placé verticalement sur une surface cylindrique et fixé sous les couvercles. Les grilles sont tendues sur un dispositif de support en céramique, qui comporte des canaux horizontaux pour fournir un mélange ammoniac-air aux grilles de contact et des canaux verticaux pour fournir du liquide de refroidissement. L'inconvénient d'un tel dispositif de support est que le gaz fourni au catalyseur est distribué sous forme de jets séparés, de sorte que la zone du catalyseur ne fonctionne pas pleinement.

Figure 10 - Dispositif de contact à course de gaz radiale : 1 - boîtier ; 2 - couverture; 3 - système d'éléments de support ; 4 - catalyseur; 5 - grille; 6 - fond plein

Il est proposé un dispositif à flux gazeux radial (figure 10), constitué d'un boîtier 1 et d'un couvercle avec un raccord pour l'introduction d'un mélange ammoniac-air. Au bas du boîtier se trouve un raccord pour l'introduction des gaz nitreux. Les grilles de catalyseur en forme de cylindre et de cône sont disposées verticalement. Cependant, ce dispositif ne permet pas non plus d'assurer une alimentation uniforme en gaz du catalyseur.

Figure 11 - Dispositif de contact avec catalyseur granulaire : 1 corps cylindrique ; 2 - couvrir avec un trou central ; 3, 4 - grilles de distribution perforées cylindriques coaxiales ; 5 - fond annulaire ; 6 - raccord de sortie

L'invention concerne un appareil doté d'un flux de gaz radial et d'un catalyseur granulaire. Des métaux platine déposés sur un support ou des comprimés de catalyseurs autres que du platine sont utilisés comme catalyseurs (Figure 11).

L'appareil de la figure 11 est constitué d'un corps cylindrique 1, dans la partie supérieure duquel un mélange ammoniac-air est introduit, et des gaz nitreux sont évacués dans la partie inférieure. A l'intérieur se trouvent deux grilles de distribution perforées cylindriques coaxiales 3 et 4, entre lesquelles est placée une couche de catalyseur granulaire 7. Le cylindre extérieur est fermé en haut par un couvercle 2 avec un trou central, et en bas par un fond annulaire borgne. 5. Le cylindre intérieur est fermé en haut par un couvercle et en bas est relié au raccord de sortie 6.

Le mélange ammoniac-air à l'entrée de l'appareil est divisé en deux flux. La partie principale passe dans l'espace annulaire entre les parois du boîtier et le cylindre de distribution externe et s'écoule radialement sur le catalyseur. La deuxième partie, plus petite, traverse le trou du couvercle et pénètre dans le catalyseur le long de l'axe. Une répartition uniforme du mélange gazeux dans le catalyseur n'est pas assurée.

L'inconvénient de ces conceptions est la surchauffe du mélange ammoniac-air de plus de 200 près du fond solide en raison d'une diminution de la vitesse du gaz jusqu'à zéro. La surchauffe du gaz provoque une surchauffe des grilles du catalyseur et une usure accrue.

Figure 12 - Appareil avec catalyseur en forme de cône : 1 - enveloppe pour chauffer le gaz ; 2 - catalyseur; 3 - dispositif de tuyau de support ; 4 - veste d'eau

L'appareil (Figure 12) contient un catalyseur sous la forme de plusieurs couches de treillis en platine, soudées à partir de pièces triangulaires en un cône avec un angle au sommet d'environ 60°. L'ensemble maillé repose sur une structure composée de 6 à 12 tuyaux le long de la génératrice du cône, à travers lesquels passe le liquide de refroidissement. Cette forme de catalyseur a une surface spécifique plus grande (par rapport au volume de l'appareil) par rapport à un catalyseur plat situé en travers du flux de gaz. Cependant, comparée à un catalyseur cylindrique, sa surface spécifique est plus petite.

Figure 13 - Appareil de contact pour l'oxydation de l'ammoniac sous haute pression : 1 - boîtier ; 2 - cône interne ; 3 - appareillage de commutation ; 4 - allumeur ; 5 - grilles de catalyseurs ; 6 - surchauffeur à vapeur ; 7 - forfaits chaudières à vapeur ; 8 - économiseur

La figure 13 montre un appareil à contact pour l'oxydation de l'ammoniac sous une pression de 0,71 MPa. L'appareil est constitué de deux cônes insérés l'un dans l'autre. Le mélange ammoniac-air pénètre par le bas dans l'espace entre les cônes intérieur et extérieur, monte et de là retombe le long du cône intérieur. En route vers le catalyseur au platine, réalisé sous forme de grilles, le mélange est bien mélangé dans un dispositif de répartition constitué d'anneaux de Raschig.

Pour mesurer les températures du mélange gazeux entrant et le processus de conversion, l'appareil est équipé de thermocouples : quatre avant le catalyseur et quatre après celui-ci. Pour l'échantillonnage des gaz, il existe des tubes d'échantillonnage de vapeur : quatre avant le catalyseur et quatre après celui-ci. Le catalyseur est allumé avec un mélange nitrique-hydrogène fourni à l'aide d'un brûleur rotatif (allumeur).

Figure 14 - Dispositif de contact du Grand Parouass : 1 - corps ; 2 grilles; 3 - catalyseur au platine ; 4 - treillis blindé; 5 - couche d'anneaux; 6 plaques perforées ; 7 - surchauffeur à vapeur ; 8 - chaudière à chaleur résiduelle

Parmi les appareils fonctionnant à une pression moyenne de 0,40-0,50 MPa, l'appareil du Grand Parouasse, en acier inoxydable, présente un intérêt (Figure 14). Il se compose d'un boîtier, fermé sur le dessus par un couvercle elliptique, avec un raccord d'entrée pour l'introduction du mélange gazeux. Sous le couvercle se trouve un cône perforé, puis une cloison réfléchissante. Une grille de distribution est placée au-dessus des grilles en platine, sur laquelle repose une couche de six grilles qui agissent comme un amortisseur des pulsations de vitesse d'écoulement. L'inconvénient de l'appareil est la présence de zones stagnantes dans la région des températures élevées du catalyseur, où l'ammoniac entrant peut se décomposer.

6. SÉLECTION ET DESCRIPTION DU SCHÉMA TECHNOLOGIQUE DE PRODUCTION D'ACIDE NITRIQUE NON CONCENTRÉ

Selon les conditions du processus de production, on distingue les types suivants de systèmes d'acide nitrique :

2) systèmes fonctionnant à pression élevée (4-8 atm) ;

3) systèmes combinés dans lesquels l'oxydation de l'ammoniac est effectuée à une pression inférieure et l'absorption de l'oxyde est effectuée à une pression plus élevée.

Regardons ces schémas technologiques.

1) systèmes fonctionnant à pression atmosphérique ;

Figure 15 - Schéma d'installation de production d'acide nitrique dilué à pression atmosphérique : 1 - épurateur d'eau ; 2 - filtre en tissu ; 3 - ventilateur ammoniac-air ; 4 - filtre en carton ; 5 - convertisseur ; 6 - chaudière de récupération de vapeur ; 7 - réfrigérateur à grande vitesse ; 8 - réfrigérateur-condenseur ; 9 - ventilateur pour gaz nitreux ; 10 - tours d'absorption ; 11 - tour d'oxydation ; 12 - tour d'absorption des oxydes d'azote par les alcalis ; 13 - refroidisseur d'acide ; 14, 15 - pompes

Ces systèmes (Figure 15) ne sont actuellement plus utilisés en raison de l'encombrement des équipements (un grand nombre de tours d'absorption acides et alcalines), de la faible productivité, ainsi que de l'accumulation d'une certaine quantité de chlore, qui en milieu acide et alcalin. Les systèmes d'absorption alcalins ont un fort effet corrosif sur les équipements, qui doivent constamment être remplacés, ce qui entraîne des coûts économiques importants.

2) systèmes combinés ;

Figure 16 - Production d'acide nitrique par méthode combinée : 1 - réfrigérateur à grande vitesse ; 2 - réfrigérateur ; 3 - moteur turbocompressé ; 4 - boîte de vitesses ; 5 - turbocompresseur de gaz nitreux ; 6 - turbine pour l'irrigation des gaz d'échappement ; 7 - agent oxydant ; 8 - échangeur de chaleur ; 9 - réfrigérateur-condenseur ; 10 - colonne d'absorption; 11 - vanne acide ; 12 - collecteur de condensats ; 13, 14 - collections d'acide nitrique

Les principaux avantages de ce système sont :

1. Ces systèmes (Figure 16) fonctionnent sans consommation d'énergie externe, puisque la chaleur d'oxydation de l'ammoniac et de l'oxydation de l'oxyde d'azote est suffisante pour générer de l'énergie pour comprimer l'air et les gaz nitreux aux pressions requises ;

2. Compacité de l'équipement.

3. La productivité de ces unités est de 1 360 tonnes/jour.

Inconvénients du schéma :

Le principal inconvénient de ce schéma est que lors de l'oxydation de l'ammoniac sous une pression de 9 atm, le degré de conversion est inférieur de 2 à 3 % à celui à pression atmosphérique et la perte de catalyseur au platine est 2 à 3 fois supérieure. Ainsi, il est plus avantageux d'effectuer ce procédé sous pression atmosphérique. Mais pour les ateliers modernes et puissants produisant de l'acide nitrique, il faudra dans ce cas un grand nombre d'appareils de grande taille et, par conséquent, une augmentation du coût des travaux de construction et d'installation. Ces considérations obligent à recourir à une augmentation de la pression lors du processus de conversion de l'ammoniac. A cet égard, une pression de l'ordre de 2,5 atm est acceptable, puisque le volume de l'équipement est réduit de 2,5 fois par rapport au volume des systèmes fonctionnant à pression atmosphérique, avec des pertes modérées d'ammoniac et de catalyseur.

3) systèmes fonctionnant sous haute pression.

Avantages du système (Figure 17) :

1. L'unité est compacte, tous les appareils sont transportables. Le cycle énergétique de l'unité est autonome et, lorsque la production chimique est arrêtée, elle reste en fonctionnement jusqu'à ce qu'elle soit déconnectée du panneau de commande. Cela vous permet de mettre rapidement l'unité en service en cas d'arrêts accidentels du processus chimique. Le contrôle de l'unité en mode fonctionnement est automatisé.

2. Prix actuel et l'intensité énergétique de l'acide nitrique produit sur les unités à pression unique de 0,716 MPa reste la plus faible par rapport à l'unité AK-72 et à l'unité fonctionnant selon un schéma combiné.

3. Au lieu d'une chaudière à chaleur résiduaire, un échangeur de chaleur à haute température est installé derrière l'appareil de contact pour chauffer les gaz d'échappement devant la turbine à 1120 K. De plus, en raison d'une augmentation de la puissance de la turbine à gaz, le la production d'électricité a augmenté de 274 par rapport à l'unité AK-72.

4. Dans le circuit, une chambre de combustion constamment allumée est installée parallèlement aux dispositifs technologiques, ce qui permet de rendre le fonctionnement de l'unité de machine indépendant de la ligne technologique, ainsi que d'assurer une transition en douceur du fonctionnement de la machine en mode veille au fonctionnement de la machine lorsque le processus technologique est activé.

Inconvénients du schéma :

1. Le processus se déroule dans l'unité à des températures élevées, ce qui impose de très lourdes charges au catalyseur au palladium et celui-ci tombe en panne. Selon les données de la littérature, les pertes irréversibles spécifiques par tonne d'acide nitrique sont de 40 à 45 mg pour le procédé à pression atmosphérique, de 100 mg à 0,3 à 1,6 MPa et de 130 à 180 mg à 0,7 à 0,9 MPa. Autrement dit, les pertes de platine augmentent dans les installations fonctionnant sous pression en raison de températures de catalyse plus élevées par rapport à la température dans les installations fonctionnant à pression atmosphérique.

2. Un degré très élevé de purification de l'air est requis avant d'entrer dans l'unité de turbine à gaz, car les performances en air du compresseur peuvent diminuer jusqu'à 10 % et l'efficacité jusqu'à 6 %.

Ce projet de cours examine en détail le schéma de production d'acide nitrique sous pression avec un compresseur entraîné par une turbine à gaz (Figure 17).

La capacité de production d'acide nitrique selon le schéma fonctionnant sous une pression de 0,716 MPa est déterminée par le nombre d'unités. La capacité d'une unité est de 120 000 tonnes/an (100 % HNO3). Le nombre d'unités dans le circuit est déterminé par les besoins en acide nitrique dans les ateliers de transformation.

Chaque unité réalise : la préparation du mélange ammoniac-air (épuration et compression de l'air, évaporation de l'ammoniac liquide, épuration de l'ammoniac gazeux et du mélange ammoniac-air) ; conversion de l'ammoniac ; récupération de chaleur issue de la formation d'oxydes d'azote ; refroidissement des gaz nitreux; obtenir de l'acide nitrique ; chauffage des gaz d'échappement; les nettoyer des oxydes d'azote et récupérer l'énergie du gaz dans une turbine à gaz et une chaudière à chaleur résiduelle.

En outre, le projet comprend des unités de préparation de l'eau d'alimentation pour alimenter les chaudières à chaleur résiduelle, de refroidissement des condensats ou de l'eau déminéralisée pour l'irrigation des colonnes d'absorption, de réduction de la vapeur aux paramètres requis, de stockage de l'acide nitrique produit et de sa distribution aux consommateurs.

Figure 17 - Schéma de production d'acide nitrique sous pression avec un compresseur entraîné par une turbine à gaz : 1 - filtre à air ; 2 - turbocompresseur du premier étage ; 3 - réfrigérateur intermédiaire ; 4 - turbocompresseur du deuxième étage ; 5 - turbine à gaz ; 6 - boîte de vitesses ; 7 - moteur-générateur ; 8 - aérotherme ; 9 - mélangeur ammoniac-air ; 10 - aérotherme ; 11 - filtre porolitique ; 12 - convertisseur ; 13 - chaudière à chaleur résiduelle ; 14 - récipient pour l'oxydation des gaz nitreux ; 15 - réfrigérateur - condenseur ; 16 - colonne d'absorption ; 17 - convertisseur ; 18 - chaudière à chaleur résiduelle

L'air atmosphérique est aspiré à travers le filtre 1 par le turbocompresseur du premier étage 2 et comprimé à 0,2-0,35 MPa. En raison de la compression, l'air chauffe jusqu'à 175 . Après refroidissement à 30-45 dans le réfrigérateur 3, l'air pénètre dans le turbocompresseur du deuxième étage 4, où il est comprimé jusqu'à une pression finale de 0,73 MPa et chauffé à 125-135 . Chauffage supplémentaire de l'air à 270 se produit dans le réchauffeur 8 en raison de la chaleur des gaz nitreux chauds quittant le convertisseur. L'air chaud entre alors dans le mélangeur 9.

L'ammoniac sous une pression de 1,0-1,2 MPa est chauffé à 150 dans le réchauffeur 10 avec de la vapeur d'eau et entre dans le mélangeur 9, où elle est mélangée à de l'air. Le mélange ammoniac-air résultant contenant 10 à 12 % de NH3 est filtré dans un filtre porolyte 11 et entre dans le convertisseur 12, où il fonctionne sur un catalyseur platine-rhodium à une température de 890-900 °C. l'ammoniac est oxydé en oxyde nitrique. La chaleur des gaz sortant du convertisseur est utilisée dans la chaudière de chaleur résiduelle 13 pour produire de la vapeur, tandis que les gaz sont refroidis à 260 °C.

Ensuite, les gaz traversent un filtre pour capter le platine, situé dans la partie supérieure du récipient vide 14. Dans le récipient 14, le NO est oxydé en NO2 (degré d'oxydation 80 %), ce qui fait que le mélange gazeux est chauffé à 300-310 et entre dans le réchauffeur d'air 8, où il est refroidi à 175 . L'utilisation ultérieure de la chaleur des gaz nitreux devient non rentable, ils sont donc refroidis avec de l'eau au réfrigérateur 16 à 50-55. . Simultanément au refroidissement du gaz dans le réfrigérateur 16, il se produit une condensation de vapeur d'eau et la formation d'acide nitrique résultant de l'interaction de l'eau avec le dioxyde d'azote. La concentration de l'acide obtenu ne dépasse pas 52 % НNO3, le rendement est d'environ 50 % de la productivité totale de l'installation.

Du réfrigérateur 15, les gaz nitreux entrent dans la colonne d'absorption 16 avec des plaques tamisées, où le NO2 est absorbé par l'eau pour former de l'acide nitrique (concentration jusqu'à 55 %). Des serpentins (éléments réfrigérants) sont placés sur les plateaux de la colonne d'absorption 16, à travers lesquels circule de l'eau pour évacuer la chaleur générée lors de la formation de l'acide nitrique.

Pour purifier les gaz d'échappement des oxydes d'azote, ils sont chauffés à 370-420°C, une petite quantité de gaz naturel y est ajoutée et envoyée au convertisseur (réacteur) 17. Ici, en présence d'un catalyseur au palladium, les réactions suivantes se produire:

CH4 + O2 2СО + 4Н2 + Q (27)

2NO2 + 4H2 = N2 + 4H2O + Q(28)

2NO + 2H2 = N2 + 2H2O + Q(29)

Étant donné que ces réactions se produisent avec dégagement de chaleur, la température des gaz s'élève à 700-730 . Ces gaz pénètrent dans la turbine 5 sous une pression de 0,5 à 0,6 MPa, qui entraîne les turbocompresseurs 2 et 4, qui compriment l'air. Après cela, les gaz à une température d'environ 400 entrent dans la chaudière de chaleur résiduelle 19, dans laquelle de la vapeur basse pression est produite.

Les turbocompresseurs des premier et deuxième étages 2 et 4, ainsi que la turbine à gaz 5 forment une seule unité. La turbine du premier étage 2 et la turbine à gaz 5 sont situées sur un arbre commun et sont reliées par une boîte de vitesses 6 à la turbine du deuxième étage 4 et à un moteur électrique 7. Une telle unité permet d'utiliser l'essentiel de l'énergie dépensée pour compression de l'air, et ainsi réduire considérablement la consommation électrique.

7. CALCUL DES BILANS MATÉRIAUX ET THERMIQUES DU RÉACTEUR

7.1 Calcul du bilan matière du réacteur

1) Calculez le volume d'air requis :

2) Volumes alimentés en air, nm3 :

a) vapeur d'eau

b) air sec

3) Calculons les volumes d'oxygène, d'azote et d'argon fournis avec l'air en fonction de leur pourcentage dans l'air

) Trouver les volumes formés par la réaction (14), nm³ /h :

a) oxydes d'azote

b) vapeur d'eau

5) Déterminer les volumes formés par la réaction (15), nm³ /h :

b) vapeur d'eau

c) oxygène consommé lors de cette réaction

6) Calculer les volumes dans le gaz après oxydation de l'ammoniac, nm³ /h :

a) l'oxygène

c) l'argon

d) vapeur d'eau

7) Le bilan matière réel peut être calculé si les volumes de flux à l'entrée de l'appareil de contact et à la sortie de celui-ci sont convertis en masses, alors que le bilan matière doit être maintenu.

Remplissons le tableau du bilan matière (tableau 6).

Tableau 6

RevenuConsommationComposantQuantitéComposantQuantitékg/hm ³ /hkg/hm ³ /hNH34477,6795900NO7348,6615487O215608,57110926O25367,8573757,5N250729,69140583,755N250987,81640790,255Ar929,116520,305Ar9285 2 0H2O1827.022273.625H2O8938.62711123.625Total73572.07760203.68Total73570.96161678.38

Écart de solde

7.2 Calcul du bilan thermique du réacteur

Trouvons la température tx à laquelle il faut chauffer le mélange ammoniac-air pour assurer le processus autothermique d'oxydation de l'ammoniac.

1) Calculer le volume total du mélange ammoniac-air

) Déterminer la concentration des composants du mélange ammoniac-air, % (vol.) :

a) ammoniac

b) air sec

c) vapeur d'eau

3) Calculer la capacité calorifique moyenne du mélange ammoniac-air

Сср = 0,01 · (35,8 · Pam + 28,7 · Psv + 32,6 · ПН2О)(59)

Сср = 0,01 · (35,8 · 9,8 + 28,7 · 86,4 + 32,6 · 3,8) = 29,544 kJ/(kmol K),

où 35,8 ; 28,7 et 32,6 sont les capacités calorifiques de l'ammoniac, de l'air sec et de la vapeur d'eau, en kJ/(kmol K).

) Déterminer la chaleur introduite par le mélange ammoniac-air

) On calcule les chaleurs dégagées lors de la réaction (14) et (16)

ou 17 030 kW, où 905 800 et 126 660 sont les calories dégagées lors de la formation d'oxyde nitrique et d'azote par les réactions (14) et (16).

) Trouver le volume total de gaz nitreux entrant dans la chaudière de récupération de chaleur

7) Déterminer la concentration des composants du gaz nitreux, % (vol.) :

a) oxydes d'azote

b) l'oxygène

c) l'argon

d) vapeur d'eau

8) Calculer la capacité calorifique moyenne du gaz nitreux :

Ssr = 0,01(31,68 PNO + 32,3 PO2 + 20,78 Vapeur 30,8 PN2 + 37,4 Pvod 3(68)

Сср=0,01(31,68 · 8,9+32,3 · 6,1+20,78 · 0,84+30,8 · 66,1+37,4 · 18,0) = 32,17 kJ/(kmol K)

où 31,68 ; 32,3 ; 20,78 ; 30,8 et 37,4 sont les capacités thermiques des composants du gaz nitreux à une température de 900, kJ/(kmol K).

9) Pour chauffer l'eau à la vapeur à partir de 198 jusqu'à 250 Dans le surchauffeur il faut évacuer la chaleur :

1880 kW, où 800 10 ³ et 1082·10 ³ J/kg - enthalpie spécifique de la vapeur surchauffée à des températures de 198 et 250 et des pressions de 1,5 MPa et 3,98 MPa.

10) La température des gaz nitreux à la sortie de l'appareil de contact est déterminée à partir de l'équation du bilan thermique de cette section :

6768 · 106 = 64631 · 1,66 · 10³(900 - t2)

11) On calcule la chaleur emportée par les gaz nitreux. Considérons le cas où le dispositif de contact et la chaudière à chaleur résiduaire sont montés comme un seul appareil :

12) Déterminer les pertes de chaleur dans l’environnement

En assimilant l'afflux de chaleur au débit, nous établissons une équation de bilan thermique et la résolvons par rapport à tx :

Remplissons le tableau du bilan thermique (tableau 7).

Tableau 7

Entrée, kWConsommation, kW Chaleur apportée par le mélange ammoniac-air 6369,2 Chaleur pour chauffer la vapeur d'eau dans le surchauffeur 1880 Chaleur emportée par les gaz nitreux 20584,3 Chaleur dégagée lors de la réaction (14) et (16) 17030,6 Pertes dans l'environnement 935,9 Total 23399 8Total23400,2

Écart de solde :

8. SÉCURITÉ AU TRAVAIL ET ÉCOLOGIE INDUSTRIELLE

Pour assurer un mode de fonctionnement sûr dans la production d'acide nitrique non concentré sous haute pression, il est nécessaire de suivre strictement les réglementations technologiques, les instructions sur la protection du travail sur les lieux de travail, les instructions sur la protection du travail et la sécurité industrielle du département et les instructions sur certains types de travaux.

Le personnel de maintenance est autorisé à travailler avec les vêtements de travail et les chaussures de sécurité requis par les normes et doit avoir avec lui un équipement de protection individuelle de travail. L'équipement de protection (masque à gaz individuel) doit être vérifié à chaque quart de travail avant de commencer le travail.

Les personnes qui entretiennent les mécanismes doivent connaître les règles du Gosgortekhnadzor relatives à l'équipement à entretenir. Personnes entretenant l'équipement d'inspection des chaudières - règles d'inspection des chaudières.

Évitez de perturber le régime technologique normal à toutes les étapes du processus.

Les travaux doivent être effectués uniquement sur des équipements en bon état de marche, équipés de tous les dispositifs de sécurité, dispositifs d'instrumentation et de contrôle, alarmes et verrouillages nécessaires et fonctionnant correctement.

Lors de la remise pour réparation d'équipements et de communications dans lesquels une accumulation d'ammoniac est possible, purger l'équipement et les communications à l'azote jusqu'à ce qu'il n'y ait plus de substances inflammables dans l'azote de purge.

Avant de remplir les appareils et les communications avec de l'ammoniac après leur réparation, purger à l'azote jusqu'à ce que la teneur en oxygène dans l'azote de purge ne dépasse pas 3,0 % (vol.).

Ne permettez pas les réparations des communications, des raccords ou des équipements sous pression. Les réparations doivent être effectuées après avoir relâché la pression et déconnecté la zone réparée avec des bouchons. Les équipements et les communications à réparer doivent être purgés ou lavés.

Pour éviter les coups de bélier, alimentez lentement les canalisations de vapeur froide en vapeur, en assurant leur chauffage suffisant avec évacuation des condensats sur toute la longueur de la canalisation. La libération de vapeur sèche du drain indique un chauffage suffisant du pipeline.

Ne laissez pas l'équipement électrique être allumé si la mise à la terre est défectueuse.

Ne pas autoriser les réparations sur des équipements électriques sans couper la tension des moteurs électriques.

La réparation et le réglage des instruments de contrôle et de mesure et des équipements électriques ne doivent être effectués que par les services du service des instruments en chef et des électriciens.

L'utilisation d'un feu ouvert dans les zones de production et de stockage est interdite : il est permis de fumer dans les zones désignées à cet effet.

Toutes les pièces rotatives de l'équipement (moitiés d'accouplement), les turbines de ventilateur rotatives et les arbres de moteur électrique doivent avoir fixation fiable et clôturé et peint en rouge.

Les raccords à bride des conduites d'acide doivent être protégés par des capots de protection.

Le serrage des boulons des raccords à bride des canalisations, ainsi que les travaux sur des équipements sous pression, ne sont pas autorisés.

Les appareils fonctionnant sous pression doivent répondre aux exigences énoncées dans les spécifications techniques et les règles pour la conception et l'exploitation sûre des navires et des communications fonctionnant sous pression.

Les travaux dans des récipients fermés doivent être effectués avec un permis de travail pour travaux dangereux liés aux gaz.

La ventilation doit être en bon état et constamment en fonctionnement.

L'entretien des mécanismes de levage et des appareils sous pression est effectué uniquement par des personnes spécialement formées et titulaires d'un certificat spécial.

Les accès aux armoires de secours, aux détecteurs d'incendie, aux téléphones et aux équipements d'incendie ne doivent pas être encombrés de corps étrangers ; ils doivent être maintenus propres et en bon état ;

Les ouvertures ouvertes dans les plafonds, les plates-formes et les ponts de transition doivent être dotées de clôtures d'une hauteur de 1 m. Au bas de la clôture, il doit y avoir une bande latérale ou de protection de 15 cm de hauteur.

Tous les systèmes d’instrumentation, d’automatisation et de verrouillage doivent être en bon état.

Pour éviter le dépôt de sels de nitrite-nitrate sur surfaces internes les dispositifs et canalisations, les pales de rotor, les parois des compresseurs de gaz nitreux et autres pièces et dispositifs, ne permettent pas un allumage prolongé des dispositifs de contact (plus de 20 minutes), une diminution de la température des grilles de catalyseur, leur rupture, entraînant des fuites d'ammoniac , arrêt de l'irrigation de surface, ce qui entraîne des dépôts de nitrites -sels de nitrate.

Essuyez rapidement, nettoyez l'équipement des déversements de produits technologiques et ajoutez de l'huile dans les carters de pompe.

Les lieux de travail de réparation et autres travaux et les passages vers ceux-ci à une hauteur de 1,3 m ou plus doivent être clôturés.

S'il est impossible ou peu pratique d'installer des clôtures pour travailler à une hauteur de 1,3 m et plus, ainsi que pour travailler depuis une échelle à coulisse à une hauteur de plus de 1,3 m, il est nécessaire d'utiliser des ceintures de sécurité, et il doit y avoir travailleurs auxiliaires sur le chantier prêts à aider le travailleur en hauteur. L'endroit où est fixée la carabine est déterminé par le chef de chantier.

Les ceintures de sécurité sont testées avant leur mise en service, ainsi que pendant leur fonctionnement tous les 6 mois. La ceinture de sécurité doit être étiquetée avec le numéro d'enregistrement et la date du prochain test.

Lors de travaux avec de l'acide nitrique (prélèvement, inspection des communications, démarrage de la production de pompes à acide, etc.), il est nécessaire d'utiliser une protection individuelle respiratoire et oculaire (masque à gaz filtrant avec une boîte de marque « M », lunettes de sécurité avec un demi-masque en caoutchouc ou un écran de protection en plexiglas, ou un casque-masque à gaz), des gants en caoutchouc résistant aux acides, des vêtements spéciaux résistants aux acides.

Si des dysfonctionnements dans le fonctionnement de l'équipement, des défauts des supports, des murs, etc. sont détectés. informer immédiatement le chef de service et le mécanicien d'atelier. Si nécessaire, arrêtez l'équipement et préparez-le pour la réparation.

Chaque fois que l'unité est arrêtée pour réparation, ouvrir la trappe inférieure du comburant et, s'il y a des sels d'ammonium sur le réseau de distribution, le long des parois et du fond, vaporiser à la vapeur vive et évacuer les condensats.

Travaillez avec de la vapeur et des condensats de vapeur avec des vêtements spéciaux, des chaussures de sécurité et des gants.

Pour prévenir les intoxications et maladies professionnelles dans le département, les exigences sanitaires et hygiéniques suivantes doivent être respectées :

a) la température de l'air doit être :

23- période de transition et hivernale ;

18-27 - période estivale.

b) humidité relative de l'air :

en été - pas plus de 75 % ;

en hiver - pas plus de 65 %.

c) bruit - pas plus de 65 dBA dans les cabines insonorisées, dans d'autres endroits pas plus de 80 dBA ;

d) vibrations - pas plus de 75 dB dans les cabines insonorisées, dans les salles des machines et de contact pas plus de 92 dB ;

e) éclairage des lieux de travail :

cabines insonorisées - au moins 200 lux ;

sur les sites des colonnes d'absorption - au moins 50 lux ;

dans les salles des machines et des contacts - au moins 75 lux.

f) concentration maximale admissible de substances nocives dans l'air de la zone de travail des locaux :

ammoniac - pas plus de 20 mg/m3 ;

oxydes d'azote - pas plus de 5 mg/m3.

En plus des masques à gaz individuels, le département dispose d'un stock d'urgence de masques à gaz filtrants et isolants.

Les masques à gaz d'urgence sont stockés dans des armoires d'urgence.

CONCLUSION

Pendant travail de cours Un réacteur d'oxydation catalytique de l'ammoniac a été conçu pour produire des oxydes d'azote lors de la production d'acide nitrique non concentré.

Les fondements physiques et chimiques du procédé ont été pris en compte. Les caractéristiques des matières premières et du produit fini sont données.

Le volume d'air requis pour l'oxydation a été calculé à 5900 m ³ /h d'ammoniac, elle s'élevait à 54304 m ³ /h. Les volumes d'oxygène, d'azote et d'argon apportés avec l'air ont été calculés en fonction de leur pourcentage dans l'air. Les volumes d'oxygène, d'azote, d'argon et de vapeur d'eau présents dans le gaz après l'oxydation de l'ammoniac ont également été calculés.

Le bilan thermique a été calculé, à la suite duquel tous les flux de chaleur ont été calculés. La température à laquelle il est nécessaire de chauffer le mélange ammoniac-air pour assurer le processus autothermique d'oxydation de l'ammoniac a été calculée : 288 ; . La température du gaz nitreux après le calcul du surchauffeur était de 836,7 ; . La perte de chaleur dans l'environnement a été déterminée.

Une revue de la littérature a été réalisée sur le schéma le plus efficace pour la production d'acide nitrique non concentré. Un système fonctionnant sous haute pression a été choisi, car cette unité est compacte, tous les appareils sont transportables et le cycle énergétique de l'unité est autonome. Dans le schéma considéré, l'électricité n'est pas dépensée pour répondre aux besoins technologiques. L'électricité est consommée en petites quantités uniquement pour faire fonctionner les pompes nécessaires au pompage de l'acide et à l'alimentation en eau des chaudières. Les travaux selon ce schéma se déroulent sans émissions de gaz nocifs dans l'atmosphère.

LISTE BIBLIOGRAPHIQUE

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Introduction

2. Méthodes de production

3. Les principales étapes de la production de nitrate d'ammonium à partir d'ammoniac et d'acide nitrique

3.1 Préparation des solutions de nitrate d'ammonium

3.1.1 Principes de base du processus de neutralisation

3. 1 5 Équipement principal

4. Calculs matériaux et énergie

5. Calcul thermodynamique

6. Recyclage et neutralisation des déchets dans la production de nitrate d'ammonium

Conclusion

Liste des sources utilisées

Annexe A

Introduction

Dans la nature et dans la vie humaine, l'azote est extrêmement important. Il fait partie des composés protéiques (16-18 %), qui constituent la base du monde végétal et animal. Une personne consomme quotidiennement 80 à 100 g de protéines, ce qui correspond à 12 à 17 g d'azote.

L'azote joue un rôle particulièrement important dans la nutrition minérale des plantes, même si sa teneur moyenne dans la masse végétale ne dépasse pas 1,5 %. Sans azote, aucune plante ne peut vivre ou se développer normalement.

L'azote est un composant non seulement des protéines végétales, mais aussi de la chlorophylle, à l'aide de laquelle les plantes, sous l'influence de l'énergie solaire, absorbent le carbone du dioxyde de carbone CO2 présent dans l'atmosphère.

On sait que presque tous les engrais ont une acidité ou une alcalinité physiologique. En fonction de cela, il peut avoir un effet acidifiant ou alcalinisant sur le sol, ce qui est pris en compte lors de son utilisation pour certaines cultures agricoles.

Les engrais, dont les cations alcalins sont extraits plus rapidement par les plantes du sol, provoquent une acidification ; Les plantes qui consomment les anions acides des engrais contribuent plus rapidement à l’alcalinisation du sol.

Les engrais azotés contenant le cation ammonium NH4 (nitrate d'ammonium, sulfate d'ammonium) et le groupe amide NH2 (urée) acidifient le sol. L'effet acidifiant du nitrate d'ammonium est plus faible que celui du sulfate d'ammonium.

Selon la nature du sol, les conditions climatiques et autres, différentes quantités d'azote sont nécessaires pour différentes cultures.

En assortiment engrais azotés Le nitrate d'ammonium (nitrate d'ammonium, ou nitrate d'ammonium) occupe une place importante dont la production mondiale s'élève à des millions de tonnes par an.

Actuellement, environ 50 % des engrais azotés utilisés dans l’agriculture de notre pays sont du nitrate d’ammonium.

Tableau 1 - Teneur en azote des composés

Le nitrate d’ammonium est un engrais azoté universel, car il contient simultanément des formes d’azote ammonium et nitrate. Il est efficace dans toutes les zones, pour presque toutes les cultures.

Ces propriétés du nitrate d'ammonium ont un effet très positif sur l'augmentation du rendement de presque toutes les cultures agricoles.

La teneur élevée en azote du nitrate d'ammonium, la méthode de production relativement simple et le coût relativement faible par unité d'azote créent de bonnes conditions préalables au développement ultérieur de cette production.

Le nitrate d'ammonium fait partie d'un grand groupe d'explosifs stables. Des explosifs à base de nitrate d'ammonium et de nitrate d'ammonium, purs ou traités avec certains additifs, sont utilisés pour les opérations de dynamitage.

Une petite quantité de salpêtre est utilisée pour produire du protoxyde d’azote, utilisé en médecine.

1. Physique Propriétés chimiques nitrate d'ammonium

Sous sa forme pure, le nitrate d'ammonium est une substance cristalline blanche contenant 35 % d'azote, 60 % d'oxygène et 5 % d'hydrogène. Le produit technique est blanc avec une teinte jaunâtre et contient au moins 34,2 % d'azote.

Le nitrate d'ammonium est un puissant agent oxydant pour un certain nombre de composés inorganiques et organiques. Il réagit violemment avec les matières fondues de certaines substances, jusqu'au point d'explosion (par exemple, avec le nitrite de sodium NaNO2).

Si de l'ammoniac gazeux passe sur du nitrate d'ammonium solide, un liquide très mobile se forme rapidement - ammoniac 2NH4NO3*2NH3 ou NH4NO3*3NH3.

Le nitrate d'ammonium est hautement soluble dans l'eau, les alcools éthylique et méthylique, la pyridine, l'acétone et l'ammoniac liquide. Avec l'augmentation de la température, la solubilité du nitrate d'ammonium augmente considérablement.

Lorsque le nitrate d’ammonium est dissous dans l’eau, une grande quantité de chaleur est absorbée. Par exemple, lorsqu’une mole de NH4NO3 cristallin est dissoute dans 220 à 400 moles d’eau et à une température de 10 à 15 °C, 6,4 kcal de chaleur sont absorbées.

Le nitrate d'ammonium a la capacité de se sublimer. Lorsque le nitrate d'ammonium est stocké dans des conditions de température et d'humidité de l'air élevées, son volume double approximativement, ce qui entraîne généralement la rupture du récipient.

Au microscope, les pores et les fissures sont clairement visibles à la surface des granules de nitrate d'ammonium. La porosité accrue des granulés de nitrate a un effet très négatif sur les propriétés physiques du produit fini.

L'échange d'humidité se produit entre l'air et le sel hygroscopique. L'humidité relative de l'air a une influence décisive sur ce processus.

Les sels pouvant réduire l'hygroscopique du nitrate d'ammonium doivent être ajoutés en grande quantité (par exemple, sulfate de potassium, chlorure de potassium, phosphate diammonique), ce qui réduit fortement la teneur en azote du produit.

À mesure que la température ambiante augmente, les granulés de salpêtre perdent presque complètement leur résistance et un tel produit s'agglutine fortement.

Avec un chauffage prolongé, le nitrate d'ammonium se décompose progressivement en ammoniac et acide nitrique :

NH4NO3=NH3+HNO3 - 174598,32 J (1)

Ce processus, qui se produit par absorption de chaleur, commence à des températures supérieures à 110°C.

Avec un chauffage supplémentaire, le nitrate d'ammonium se décompose pour former du protoxyde d'azote et de l'eau :

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

La décomposition thermique du nitrate d'ammonium se déroule selon les étapes successives suivantes :

· hydrolyse (ou dissociation) des molécules NH4NO3 ;

· décomposition thermique de l'acide nitrique formé lors de l'hydrolyse ;

· interaction du dioxyde d'azote et de l'ammoniac formée au cours des deux premières étapes.

Lorsque le nitrate d'ammonium est intensément chauffé à 220-240 °C, sa décomposition peut s'accompagner d'apparitions d'une masse fondue.

Chauffer du nitrate d'ammonium dans un volume fermé ou dans un volume avec un dégagement limité de gaz formés lors de la décomposition thermique du nitrate est très dangereux.

Dans ces cas, la décomposition du nitrate d'ammonium peut procéder par de nombreuses réactions, notamment à travers les suivantes :

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)

NH4NO3=N2+2H20 (6)

Le nitrate d'ammonium ne réagit pas avec le fer, l'étain et l'aluminium, même à l'état fondu.

Avec l'augmentation de l'humidité et de la taille des particules de nitrate d'ammonium, sa sensibilité à l'explosion diminue considérablement. En présence d'environ 3 % d'humidité, le salpêtre devient insensible à l'explosion même lorsqu'il est exposé à un détonateur puissant.

La décomposition thermique du nitrate d'ammonium augmente avec l'augmentation de la pression jusqu'à une certaine limite. Il a été établi qu'à une pression d'environ 6 kgf/cm2 et à la température correspondante, tout le nitrate fondu se décompose.

Considérant que, dans certaines conditions, le nitrate d'ammonium peut être un produit explosif, lors de sa production, de son stockage et de son transport, le régime technologique et les règles de sécurité établis doivent être strictement respectés.

Le nitrate d'ammonium est un produit ininflammable. Seul le protoxyde d’azote, formé lors de la décomposition thermique du sel, entretient la combustion.

2 . Méthodes de production

acide de neutralisation du nitrate d'ammonium

Dans l'industrie, seule la méthode de production de nitrate d'ammonium à partir d'ammoniac synthétique (ou de gaz contenant de l'ammoniac) et d'acide nitrique dilué est largement utilisée.

4NH3 + 4NO2 + 02 + 2H20 = 4NH4NO3 (7)

Cependant, cette méthode a dû être abandonnée, car avec le nitrate d'ammonium, du nitrite d'ammonium s'est formé - un produit instable et explosif.

Un certain nombre d'améliorations ont été apportées à la production de nitrate d'ammonium à partir d'ammoniac et d'acide nitrique, ce qui a permis de réduire les coûts d'investissement pour la construction de nouvelles usines et de réduire le coût du produit fini.

Il est fermement établi en Russie et à l'étranger que seule la construction d'unités de grande puissance, utilisant les avancées scientifiques et technologiques modernes, peut offrir des avantages économiques significatifs par rapport à la production actuelle de nitrate d'ammonium.

La méthode de production de nitrate d'ammonium à partir de gaz contenant de l'ammoniac ne diffère de la méthode de production à partir d'ammoniac gazeux qu'au stade de la neutralisation.

En petites quantités, le nitrate d'ammonium est obtenu par décomposition échangeuse de sels (méthodes de conversion).

La méthode moderne de production de nitrate d'ammonium à partir d'ammoniac gazeux (ou de gaz contenant de l'ammoniac) et d'acide nitrique est constamment améliorée.

3 . Les principales étapes de la production de nitrate d'ammonium à partir d'ammoniac et d'acide nitrique

Le processus de production de nitrate d'ammonium comprend les principales étapes suivantes :

1. Préparation de solutions de nitrate d'ammonium en neutralisant l'acide nitrique avec de l'ammoniac gazeux ou des gaz contenant de l'ammoniac.

2. Évaporation des solutions de nitrate d'ammonium jusqu'à l'état fondu.

3. Cristallisation à partir de sel fondu sous forme de particules rondes (granulés), de flocons (plaques) et de petits cristaux.

4. Sel de refroidissement ou de séchage.

5. Emballage du produit fini.

Pour obtenir du nitrate d'ammonium peu agglomérant et résistant à l'eau, outre les étapes indiquées, une étape de préparation d'additifs appropriés est également nécessaire.

3.1P Préparation de solutions de nitrate d'ammonium

Si de l'ammoniac gazeux passe sur du nitrate d'ammonium solide, un liquide très mobile se forme rapidement - ammoniac 2NH4NO32NH3 ou NH4NO33NH3.