Нитрат аммония

 

Нитрат аммония (аммонийная (аммиачная) селитра) — химическое соединение NH₄NO₃, соль  азотной кислоты. Впервые получена Глаубером в 1659 году.

Физические  свойства.

Кристаллическое вещество белого цвета. Температура плавления 169,6 °C, при нагреве выше этой температуры начинается постепенное разложение вещества, а при температуре 210 °C происходит полное разложение. Температура кипения при повышенном давлении — 235 °C. Молекулярная масса 80,04 а. е. м.  Скорость детонации 2570 м/с.

Растворимость.

Растворимость в воде:

Температура, °C	Растворимость, г/100мл
0	119
10	150
25	212
50	346
80	599
100	1024

При растворении происходит сильное поглощение тепла (аналогично нитрату калия), что значительно замедляет растворение. Поэтому для приготовления насыщенных растворов нитрата аммония применяется нагревание, при этом твёрдое вещество засыпается небольшими порциями.

Также соль растворима в аммиаке, пиридине, метаноле, этаноле.

Состав

Содержание элементов  в нитрате аммония в массовых процентах:

• O — 60 %,
• N — 35 %,
• H — 5 %.

Методы получения.

Основной метод.

В промышленном производстве используется безводный аммиак и концентрированная азотная кислота:

Реакция протекает бурно с выделением большого количества тепла. Проведение такого процесса в кустарных условиях крайне опасно (хотя в условиях большого разбавления водой нитрат аммония может быть легко получен). После образования раствора, обычно с концентрацией 83 %, лишняя вода выпаривается до состояния расплава, в котором содержание нитрата аммония составляет 95—99,5 % в зависимости от сорта готового продукта. Для использования в качестве удобрения расплав гранулируется в распылительных аппаратах, сушится, охлаждается и покрывается составами для предотвращения слёживания. Цвет гранул варьируется от белого до бесцветного. Нитрат аммония для применения в химии обычно обезвоживается, так как он очень гигроскопичен и процентное количество

 

воды в нём ( ) получить практически невозможно.

Метод Габера

По способу Габера из азота и водорода синтезируется аммиак, часть которого окисляется до азотной кислоты и реагирует с аммиаком, в результате чего образуется нитрат аммония:

•  при давлении, высокой температуре и катализаторе
• .

Нитрофосфатный метод

Этот способ также  известен как способ Одда, названный  так в честь норвежского города, в котором был разработан этот процесс. Он применяется непосредственно  для получения азотных и азотно-фосфорных  удобрений из широко доступного природного сырья. При этом протекают следующие процессы:

1. Природный фосфат кальция (апатит) растворяют в азотной кислоте:
2. Полученную смесь охлаждают до 0 °C, при этом нитрат кальция кристаллизуется в виде тетрагидрата — Ca(NO₃)₂·4H₂O, и его отделяют от фосфорной кислоты.
3. На полученный нитрат кальция и не удалённую фосфорную кислоту действуют аммиаком, и в итоге получают нитрат аммония:

Химические  свойства

Реакции разложения

Термическое разложение нитрата аммония может происходить  по-разному, в зависимости от температуры:

1. Температура ниже 270 °C:
• .
2. Температура выше 270 °C, или детонация:
• .

Удобрения

Бо́льшая часть нитрата  аммония используется либо непосредственно  как хорошее азотное удобрение, либо как полупродукт для получения прочих удобрений. Для предотвращения создания взрывчатых веществ на основе нитрата аммония в удобрения, доступные в широкой продаже, добавляют компоненты, снижающие взрывоопасность и детонационные свойства чистого нитрата аммония, такие как мел (карбонат кальция).

В Австралии, Китае, Афганистане, Ирландии и некоторых других странах  свободная продажа нитрата аммония  даже в виде удобрений запрещена или ограничена. Послетеррористического акта в Оклахома-Сити ограничения на продажу и хранение нитрата аммония были введены в некоторых штатах США.

Взрывчатые вещества

Наиболее широко в  промышленности и горном деле применяются  смеси аммиачной селитры с  различными видами углеводородных горючих  материалов, других взрывчатых веществ, а также многокомпонентные смеси:

• составы типа аммиачная селитра/дизельное топливо (АСДТ)
• жидкая смесь аммиачная селитра/гидразин (Астролит)
• водонаполненные промышленные взрывчатые вещества (Акванал, Акванит и др.)
• смеси с другими взрывчатыми веществами (Аммонит, Детонит и др.)
• Смесь с алюминиевой пудрой (аммонал)

 

Производство нитрата аммония нейтрализацией 45 - 50 % - ной азотной кислоты аммиаком является громоздким, связанным с многоступенчатой упаркой полученных растворов до плава. При безу-парочном способе используется концентрированная азотная кислота. Стадия упарки раствора может быть исключена и в отсутствие специального производства концентрированной кислоты - при замене водной абсорбции окислов азота поглощением их солевыми растворами, например, водным раствором нитрата аммония.                                                                                                                  

Производство нитрата аммония основано на реакции нейтрализации азотной кислоты газообразным аммиаком с последующим упариванием полученного раствора нитрата аммония. 

Мощность производства нитрата аммония принята 450 тыс. т в год в трех агрегатах, а карбамида - 180 тыс. m в год в двух агрегатах. 

При производстве нитрата аммония и мочевины широко используют комбинированный метод кристаллизации и сушки. Горячий концентрированный раствор нитрата аммония распыляют в башне, в которую снизу подают атмосферный воздух. Нитрат аммония кристаллизуют в виде агломератов или гранул, к которым добавляют необходимое количество кизельгура для уменьшения слеживаемости. 

При производстве нитрата аммония безупарочным методом большое значение имеет обеспечение малых потерь связанного азота в процессе нейтрализации 60 - 65 % - ной азотной кислоты. 

Технологическая схема производства нитрата аммония может быть представлена в следующем виде. 

Первые установки по производству нитрата аммония в Березняках ( 1932), Горловке и Бобриках ( 1933), были громоздки и имели низкую производительность. 

Принципиальными отличиями технологической схемы производства нитрата аммония безупарочным методом являются: использование более концентрированной азотной кислоты; проведение процесса нейтрализации при повышенном ( 0 4 МПа) давлении; быстрый контакт нагретых компонентов. 

Материалы для аппаратуры в производстве нитрата аммония применяются различные в зависимости от условий того технологического процесса, для которого данный аппарат предназначается. 

Азотная кислота применяется  в производстве нитратов аммония, калия, натрия и кальция. Все эти азотные удобрения выпускаются химической промышленностью в большом количестве. Кроме того, азотная кислота используется при получении фосфорных и азотно-фосфорных удобрений. 

В азотной кислоте, применяемой  для производства нитрата аммония, допускается содержание растворенных окислов азота не более 0 3 % и следы железа, хлоридов, сульфатов.

 

 

рис. 1. Аппарат ИТН:

1- корпус реакционной части аппарата; 2- реакционный стакан; 3- барботер аммиака; 4- барботер азотной кислоты; 5- завихритель; 6- корпус сепаратора; 7- колпачковая тарелка; 8- сетчатый отбойник брызг.

           На рис. 1 показан схематичный разрез аппарата ИТН-72. Он изготовлен из сталей 03Х18Н11, 12ХН10Т и состоит из двух цилиндрических частей – нижней реакционной и верхней сепарационной. Общая высота аппарата – 10м. Внутри корпуса 1 реакционной части находится реакционный стакан 2, внизу которого имеются отверстия. В низ реакционной зоны через титановые барботеры 3 и 4 поступают аммиак и азотная кислота. Скорость аммиака в отверствиях барботера 30-50 м/с. Скорость истечения азотной кислоты из 2160 отверствий диаметром 1,5 мм – 2-3 м/с. За счет теплоты реакции из образующегося раствора NH₄NO₃ испаряется часть воды. Вследствие этого возникает подъемная сила, и парожидкостная эмульсия выбрасывается из верха реакционного стакана через погруженный в раствор завихритель 5, способствующий разделению парожидкостной смеси. По цилиндрической щели между реакционным стаканом и корпусом аппарата раствор движется вниз, продолжая упариваться в процессе циркуляции за счет теплоты, передаваемой через стенку стакана, и возвращается в него через нижнее отверстия. Кратковременность пребывания реагентов в реакционной зоне обеспечивает незначителтные потери азота за счет термического разложения азотной кислоты и нитрата аммония.

    Верхняя часть аппарата служит сепаратором 6, в котором соковый пар,

поднимаясь со скоростью 0,6 м/с, промывается на четырех барботажных  колпачковых тарелках 7. На двух нижних тарелках пар отмывается от аммиака 20-25%-м раствором NH₄NO₃, подкисленным ахзотной кислотой, а на двух верхних – конденсатом сокового пара улавливаются пары HNO₃ и брызги раствора NH₄NO₃. Для окончательного освобождения от брызг служит отбойник 8. Промывные растворы возвращаются в аппарат ИТН.

 

 

На рис. 2 представлена технологическая схема агрегата АС-72М. Газообразный аммиак, пройдя подогреватель 1, где нагревается до                     120-160^оС, и 58-60%-я азотная кислота из подогревателя 2 с температурой 80-90С поступают в два параллельно работающих аппарат ИТН 3. В них поддерживается давление близкое к атмосферному. Для уменьшения потерь связанного азота с соковым паром реакцию ведут в слабокислой среде, так как при избытке азотной кислоты давление аммиака при его избытке в растворе. Концентрация HNO₃ в уходящем из аппарата растворе регулируется автоматически. Температура этого раствора 150-170С, а содержание в нем NH₄NO₃ 89-92%.

Раствор нитрата аммония, вытекающий из аппаратов ИТН, нейтрализуется аммиаком в двух донейтрализаторах - основном 4 и контрольном 5. Сюда же вводят кондиционирующую добавку – 30-40%-й раствор Mg(NO₃)₂ , приготовленный растворением каустического магнезита (MgO) в азотной кислоте. С концентрацией 0,1-0,5 г/л избыточного аммиака раствор NH₄NO₃  поступает на доупаривание в комбинированный выпарной аппарат 6. Отсюда плав через гидрозатвор-донейтрализатор 9 и фильтр 10 направляется в приемный бак 11, а из него с помощью погружного насоса 12 по трубопроводу с антидетонационной насадкой перекачивается в напорноый бак 15, находящийся над грануляционной башней 17.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

рис. 2. Технологическая схема агрегата АС-72М:

 

 

 

1- подогреватель аммиака; 2- подогреватель  азотной кислоты; 3- аппарат ИТН; 4,5- донейтрализаторы; 6- комбинированный  выпарной аппарат; 7- промыватель  паровоздушной смеси; 8,18- скрубберы; 9- гидрозатвор-донейтрализатор; 10- фильтр плава; 11- бак для плава; 12- погружной насос; 13- центробежный насос; 14-бак для раствора нитрата аммония; 15- напорный бак; 16- акустический гранулятор; 17- грануляционная башня; 19,22- вентиляторы; 20- ленточный транспортер; 21- холодильник с кипящим слоем гранул; 23,24- подогреватели воздуха; 25- нагнетатель воздуха.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Министерство Образования  и Науки Республики Казахстан

Актюбинский Региональный Университет им. К.Жубанова

 

 

Технический факультет

 

Кафедра химии и химических технологий

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

 

 

 

На тему: Производство нитрата аммония

 

 

 

 

 

 

                                                                Выполнила: Алмаганбетова А.Т.