Спосіб одержання аміачної селітри

Реферат: Спосіб одержання аміачної селітри включає нейтралізацію азотної кислоти аміаком. Азотну кислоту й газоподібний аміак подають в кільцеві барботери, які розташовані в реакційній склянці один над одним і забезпечують зустрічну подачу реагентів у диспергованому стані. Через отвори в реакційній склянці неї надходить циркуляційний розчин аміачної селітри. На вхід кільцевого барботера, в який надходить газоподібний аміак, подають сокову пару з верхньої частини апарата нейтралізації. UA 72253 U (12) UA 72253 U UA 72253 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до хімічної промисловості і може бути використана на підприємствах, що випускають азотні добрива, зокрема аміачну селітру, та стосується організації її безвідхідного виробництва та оптимізації технологічного процесу. Відомо спосіб одержання аміачної селітри, який включає нейтралізацію 40-60 % азотної кислоти аміаком при температурі 180-190 °С в об'ємних співвідношеннях 1:2-1:20 до рН-6,0:6,5, упарювання утвореного розчину аміачної селітри під вакуумом від концентрації 24-44 % до 6065 %. (1. А. с. СРСР № 490750, МКВ С01С 1/18. Опубл. 05.11.75). Недоліком способу є одержання готового продукту низької концентрації, що потребує додаткової витрати теплової енергії на доупарювання розчину аміачної селітри, а також втрати азотної кислоти й аміачної селітри, які виносяться соковою парою. Відомо спосіб одержання аміачної селітри під тиском, суть якого полягає в тому, що в способі одержання аміачної селітри під тиском шляхом взаємодії азотної кислоти та аміаку з попереднім підігрівом початкових продуктів, нейтралізація азотної кислоти аміаком проходить з утворенням розчину селітри і сокової пари з його наступною сепарацією, при цьому одержану сокову пару подають в лінію хвостового газу виробництва азотної кислоти, яка надходить після абсорбційної колони на турбіну. (2. Патент Российской Федерации № 2086506 Класс(ы) патента С01С1/18, С01В21/48. Опубл. 10.08.1997.). Недоліками способу є наступні: 1) виробництво аміачної селітри здійснюється під тиском; 2) для впровадження цього способу необхідно об'єднати виробництво азотної кислоти та аміачної селітри; 3) втрати азотної кислоти та аміачної селітри зі соковою парою. Найбільш близьким за технічною суттю та результатом, що досягається, є спосіб одержання аміачної селітри шляхом нейтралізації слабкої азотної кислоти газоподібним аміаком з використанням тепла нейтралізації для упарювання аміачної селітри та виділення сокової пари, яка конденсувалася. Конденсат направлявся на переробку з метою одержання водяної пари (Деклараційний патент України № 82527, С01С1/18, С05С1/00, 25.04.2008 «Спосіб одержання нітрату амонію»). Недоліками відомого способу є втрати цільової азотної кислоти й аміачної селітри, що виносяться зі соковою парою, підвищена собівартість аміачної селітри, а також втрати теплової енергії. У зоні сепарації апарата нейтралізації сокова пара відокремлюється від киплячого розчину аміачної селітри і надходить у верхню частину апарата, у промивну зону на очищення від аміаку розчину аміачної селітри і парів азотної кислоти, що призводить до збільшення матеріальних затрат на промивання. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення способу одержання аміачної селітри шляхом нейтралізації азотної кислоти аміаком при температурі 150-160 °С і тиску сокової пари не вище 20 кПа, причому азотна кислота й газоподібний аміак або аміаковмісні гази подаються в барботери, які розташовані в реакційній склянці один над одним і забезпечують зустрічну подачу реагентів у диспергованому стані; реакційна склянка внизу має отвори, через котрі в неї поступає циркуляційний розчин аміачної селітри з метою забезпечення повноти реакції нейтралізації. Поставлена задача вирішується тим, що в способі одержання аміачної селітри нейтралізацію азотної кислоти аміаком проводять при температурі 150-160 °С під тиском не вище 20 кПа, який створюється соковою парою, а частина останньої з верхньої частини апарата нейтралізації висмоктується паровим ежектором з температурою пари 130-140 °С і подається на вхід кільцевого барботера разом з газоподібним аміаком, що призводить до збільшення кратності циркуляції розчину аміачної селітри при зміні масової концентрації азотної кислоти і температури підігріву початкових реагентів (аміак підігрівається до температури не більше 80 °С, азотна кислота подається в апарати нейтралізації з температурою не більше 40 °С), а відповідно до підвищення повноти реакції. Суть заявленого способу полягає у зменшенні зони реологічного переходу азотної кислоти й аміаку в розчин аміачної селітри, що призводить до збільшення продуктивності апарата нейтралізації, економної витрати аміаку та азотної кислоти, підвищення безпечного ведення технологічного процесу й зменшення впливу зміни концентрації азотної кислоти на процес нейтралізації, а також розширення зони реологічного переходу температурного поля теплоти реакції, що зменшує кількість слабкого розчину аміачної селітри, який подається для зменшення температури в апаратах нейтралізації, підвищує рівномірність розподілення температурного поля та густини розчину аміачної селітри за висотою реакційної склянки апарата нейтралізації. Нейтралізація азотної кислоти аміаком протікає з виділенням теплової енергії, яка нагріває реакційний розчин до температури 150-160 °С з одночасним випаровуванням води з азотної кислоти, створюючи сокову пару. Перевищення температури вище 160 °С є неприпустимим, тому для ведення оптимального технологічного процесу передбачена система керування, яка 1 UA 72253 U 5 10 15 20 25 30 збільшує витрату слабкого розчину аміачної селітри, який подається зі сховища, для зменшення температури розчину аміачної селітри. Дослідження роботи апарата нейтралізації азотної кислоти аміаком показали, що в реакційній зоні температура нагріву розподіляється нерівномірно. Найбільше значення температури (до 175 °С) спостерігається на деякій відстані L0 від кільцевого барботера, як показано на кресленні, крива 1. На виході зі склянки висотою LC температура розчину аміачної селітри може досягати 163 °С при зменшенні вмісту води в азотній кислоті. При цьому вміст азотної кислоти в розчині аміачної 3 селітри збільшується до 10-20 % від значення, яке не повинно перевищувати 5 г/дм . При введенні в кільцеві барботери сокової пари з температурою до 140 °С разом з газоподібним аміаком за рахунок тепла пари та тепла реакції нейтралізації початкова швидкість реакції зростає, що сприяє збільшенню кратності циркуляції розчину аміачної селітри, підвищенню швидкості випаровування води з азотної кислоти та збільшенню кількості пари в реакційній зоні, а за рахунок великої теплоємності сокової пари відбувається поглинання тепла хімічної реакції, що призводить до зменшення максимальної температури в зоні реакції, яка спостерігається на деякій відстані L1, від кільцевого барботера (кресл., крива 2), приблизно на 7-10 °С, за рахунок чого температура розчину аміачної селітри на виході зі склянки зменшується приблизно на 3 °С і не виходить за граничні межі 160 °С. Причому встановлено, що температура розчину аміачної селітри на виході зі склянки не перевищує 160 °С при зміні концентрації азотної кислоти від 42 до 65 %, що призводить до зменшення витрати слабкого розчину аміачної селітри, який витрачається на охолодження розчину аміачної селітри при перевищенні його температури вище 160 °С. Окрім того виявлено, що за рахунок повторного проходження сокової пари крізь реакційну зону, концентрація азотної кислоти в соковій парі та у розчині аміачної селітри зменшується приблизно на 10-20 % від значень за найближчим аналогом. Таким чином, запропонований спосіб одержання аміачної селітри дозволяє вести процес в достатньо безпечному режимі за рахунок того, що критична температура розчину аміачної селітри не перевищує 160 °С навіть при зменшенні вмісту води в слабкій азотній кислоті до 35 %, зменшити витрату слабкого розчину аміачної селітри приблизно вдвічі на охолодження розчину аміачної селітри, зменшити концентрацію азотної кислоти в соковій парі та в розчині аміачної селітри в середньому на 15 %, що призводить до підвищення ефективності процесу і концентрації розчину аміачної селітри. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 45 Спосіб одержання аміачної селітри, що включає нейтралізацію азотної кислоти аміаком при температурі 150-160°C і тиску сокової пари не вище 20 кПа, причому азотна кислота й газоподібний аміак подаються в кільцеві барботери, які розташовані в реакційній склянці один над одним і забезпечують зустрічну подачу реагентів у диспергованому стані, реакційна склянка внизу має отвори, через котрі в неї надходить циркуляційний розчин аміачної селітри, циркуляцію, яка підвищує повноту реакції нейтралізації та забезпечується підйомною силою, котра створюється в реакційній зоні за рахунок пароутворення, який відрізняється тим, що для підвищення ступеня циркуляції розчину аміачної селітри, розширення діапазону зміни концентрації азотної кислоти, зменшення витрати слабкого розчину аміачної селітри на охолодження, зменшення азотної кислоти в соковій парі та розчині аміачної селітри, а також підвищення безпеки нейтралізації та підвищення ефективності процесу, на вхід кільцевого барботера, в який надходить газоподібний аміак, подають сокову пару з температурою 130140°C з верхньої частини апарата нейтралізації у співвідношенні 1:5. 2 UA 72253 U Комп’ютерна верстка M. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3