где з - коэффициент температурной депрессии при любом давлении; при 103 °С он равен 1,03.

Определяем количество тепла, отводимого покидающим нейтрализатор раствором NH4NO3

Q'=1575*2,55*118,7=476728,88 кДж

Количество тепла, расходуемого на испарение воды из раствора:

Q”=1119,25*640=716320 кДж,

где 1119,25 - количество образующегося сокового пара, кг

640 - энтальпия сухого пара при абсолютном давлении 1,2 атм, кДж/кг.

Таким образом, общий расход тепла в процессе нейтрализации составит:

Q' + Q”=476728,88+716320=1193048,88 кДж

Если вычесть из прихода тепла его расход, получим величину потерь тепла в окружающую среду:

1348219,05 -1193048,88=155170,17 кДж

Эта величина составляет около 3% общего расхода тепла, что соответствует практике работы аппарата.

Таблица 4 - Энергетический баланс процесса нейтрализации

Из энергетического баланса видно, что приход и расход тепла совпадают.

5. Термодинамический расчет

Термодинамический расчет веду исходя из уравнений (13) - (19), используя таблицу 5 [7].

Расчетные формулы:

1. ДH298=УvДH298 (продуктов) - УvДH298(исх. веществ) (13)

2. ДHТ = ДH298 + ДСРdT; (14)

3. ДSТ = ДS298 + (ДСР/T) dT; (15)

4. ДGТ = ДHT - T*. ДSТ ; (16)

5. СР = a + bT + c/T2; ДСР = Дa + ДbT + Дc/T2 (17)

6. Дa = Уva(продуктов) - Уva(исходных веществ); (18)

7. К = е - ДG/RT. (19)

Процесс нейтрализации протекает по следующей реакции (при 110°С):

NH3+HNO3=NH4NO3 (20)

Таблица 5 - Справочные данные для расчета

Расчет теплоемкости для веществ в реакторе:

СР (NH3)=29,80+25,48*10-3*383+(-1,67)*105/3832= -779,47 Дж/моль*К

СР (HNO3) = 109,87 Дж/моль*К

СР (NH4NO3)= 139,33 Дж/моль*К

ДСР=(139,33-109,87-29,80)+(-25,48)*10-3*383+1,67*105/3832=-8,96 Дж/моль*К

Расчет энтальпий веществ в реакторе:

ДH298 = -365,43-(-173,00)-( -45,94) = -146,49 кДж/моль

ДH383=-146,49 103+8,96 (383-298) = -145,73 кДж/моль

Расчет энтропии веществ:

ДS298 р-ции =151,04-192,66-156,16 = -197,78 Дж/моль

ДS383 =-197,78 +8,96/383 = -197,76 Дж/моль

Расчет энергии Гиббса:

ДG298=-183,93-(-16,48)-( -79,90) = -87,55 кДж/моль

ДG383= 145,73 *103-383*(-197,76) = 69,99 кДж/моль

Константа равновесия: К= 0,98

Исходя из полученных данных можно сделать вывод, что реакция является экзотермической, т.к. , , следовательно, реакция идет самопроизвольно. ДS<0, значит, можно говорить о том, что система стационарна. Константа равновесия равна 0,98 следовательно, реакция смещена в прямом направлении (в сторону образования продуктов) и значит, реакция является необратимой.

6. Утилизация и обезвреживание отходов в производстве аммиачной селитры

Отходами производства аммиачной селитры являются:

· конденсат свежего греющего пара;

· конденсаты соковых паров стадий получения растворов аммиачной селитры и упаривания;

· шлам, образующийся при получении некоторых неорганических добавок, вносимых для уменьшения слеживаемости готового продукта.

Кроме того, в атмосферу выбрасываются огромные количества загрязненного воздуха после грануляционных башен и охладителей, а также после доупарочных аппаратов.

При производстве аммиачной селитры в крупных масштабах вопросы утилизации и обезвреживания отходов приобрели первостепенное значение.

Разработаны и частично внедрены два способа очистки конденсатов соковых паров.

Был разработан способ очистки от селитры отработанного воздуха на агрегате мощностью 1400 т/сутки. В отработанном воздухе, выбрасываемом из грануляционных башен в атмосферу, аммиачная селитра содержится в виде мелкодисперсных частиц, которые известными механическими устройствами (циклонами, рукавными фильтрами и т. п.) невозможно уловить. Такие частицы образуются в башнях вследствие сублимации аммиачной селитры в процессе разбрызгивания плава, при дроблении струй плава на капли и особенно за счет истирания пустотелых гранул в кипящем слое.

Унос с воздухом этих частиц из грануляционных башен должен значительно увеличиться ввиду повышения нагрузки, увеличения скорости воздуха во всем объеме башни и перехода на двухступенчатое охлаждение в кипящем слое.

Следует отметить, что чем выше скорость воздуха в грануляционной башне, тем более крупные частицы селитры могут быть унесены воздушным потоком. Например, при скорости воздуха 3 м/с из башни уносятся все частицы селитры размером менее 515 мк; при скорости же 1 м/с -- лишь частицы менее 190 мк. В первом случае, при прочих равных условиях, общий унос частиц из грануляционной башни мощностью 500 т/сутки составит 350 т в год, а во втором случае (скорость 1 м/с) будет унесено примерно 25 т/год. Другими словами, повышение скорости воздуха в башне в три раза вызывает увеличение уноса селитры в 14 раз.

Количество конденсатов и содержание в них примесей NH3 и NН4NO3 зависит от концентрации применяемой азотной кислоты, производительности нейтрализаторов и выпарных аппаратов, стабильности их работы, а также от брызгоуноса. В среднем на 1 т готового продукта в процессе нейтрализации выделяется 350-- 500 кг соковых паров, а при выпаривании растворов селитры -- около 300 кг.

Содержание NH3 в смеси обоих конденсатов достигает 1 г/л, а NН4NO3-- до 3 г/л.

Из-за недостатка на многих азотных предприятиях чистого парового конденсата для питания абсорбционной системы азотнокислотных цехов приходится частично или 'полностью применять конденсаты соковых паров производств аммиачной селитры.

В результате этого в узле абсорбции кислотных цехов протекают следующие побочные реакции:

NO + NO2 + 2NH4ОН = 2N2 + 5Н2O (21)

NH4ОН + НNO3 = NН4NO3 + Н2O (22)

4NН3 + 4NO + О2 + 2Н20 = 4NH4NO3 (23)

NH4NO3+ NO= NO2 +NH4NO2 (24)

NH4NO2 =N2+2H2O (25)

Из приведенных реакций видно, что при использовании конденсатов соковых паров образуются нитрит и нитрат аммония и теряется некоторое количество связанного азота. Особенно важно то, что часть нитрита и нитрата аммония, образующегося в газовой фазе колонн (башен), не разрушается и не отмывается кислотой, а уносится отходящими газами в виде аэрозолей. Последние же обладают способностью частично осаждаться из газового потока в машинах центробежного действия (газодувках, вентиляторах и рекуперационных турбинах).

Для предотвращения возможного попадания нитрит-нитратных солей в машины приходится принимать дополнительные меры (например, нейтрализовать аммиак конденсатов соковых паров азотной кислотой, питать верхние тарелки колонн чистым паровым конденсатом, а несколько ниже -- на 36--38-ю тарелки -- подавать конденсат соковых паров; применять промывку или пропарку машин от осадков солей и др.) Эти меры весьма важны, так как в практике известны случаи, когда такие отложения -- осадки самопроизвольно взрывались с большой силой.

Очистка конденсатов ионитами

Ионитами называются твердые материалы, практически нерастворимые в воде и во многих других растворителях, способные к обмену своих ионов на ионы, находящиеся в растворе.

Являясь химически активными частицами, ионы вступают в различные реакции с атомами, молекулами и между собой.

Большинство ионитов -- природные или искусственные соединения (их также называют иоиообменниками). В промышленности применяются главным образом искусственные иониты -- ионообменные смолы, отличающиеся высокой поглотительной способностью, механической прочностью и химической устойчивостью.

По типу химических групп в своем составе иониты подразделяются на катиониты -- материалы, способные обменивать катионы, которыми они «заряжаются» при регенерации, на анионы, содержащиеся в растворе; аниониты -- материалы, способные обменивать анионы, которыми они «заряжаются» при регенерации, на катионы, содержащиеся в растворе.

Ионный обмен происходит в эквивалентных отношениях и в большинстве случаев является обратимым. Количество катионов или анионов, поглощенных ионитом из пропущенного через него раствора до установления равновесия, характеризует обменную способность ионита в статических условиях.

Обменная способность ионита зависит от многих факторов: химического состава, чистоты растворов, скорости их пропускания, рН среды, полноты регенерации и т. д.

В последние годы созданы иониты, которые способны поглощать даже 5--8 мг-экв иона на 1 г сухого ионита.

Извлечение ионов из растворов осуществляют, пропуская последние через фильтры с зернами ионитов, имеющих размеры 2-- 0,3 мм и влажность 45--50%. Для очистки конденсатов соковых паров ионитные фильтры часто соединяют последовательно: два с катионитом и два с анионитом.

Фильтр -- цилиндрический аппарат со сферическим днищем и крышкой; он выполняется из двухслойной стали или углеродистой стали, покрытой изнутри несколькими слоями антикоррозионного материала, например, полиизобутиленом. Размеры фильтров: диаметр 2000--2500 мм, высота 2000--4800 мм.

В фильтрах располагаются распределительные устройства в виде труб с колпачками или прорезями. Последние служат для равномерной подачи конденсатов и растворов в фильтр, для взрыхления ионитов при регенерации и предотвращения их уноса потоками жидкости.

При очистке конденсатов от NH3 и NН4NО3 с помощью КУ-2 (рабочая емкость по иону аммония 1100 мг-экв/л) и анионита марки АН-2Ф или АН-31 (рабочая емкость 700--800 мг-экв/л) протекающие процессы обмена ионами можно изобразить следующим образом:

Катионирование (Кат.) Н + NН4NО3 -(Кат.) NН4 + НNO3

(Кат.) Н + NН4ОН - (Кат.) NН4 + Н2O

(Кат.) NН4+ НNO3 - [регенерация] (Кат.) Н + NН4NО3

Анионирование (Аи.) ОН + НNO3- (Ан.) NO3 + Н2O

(Ан.) NО3 + NН4ОН - [регенерация] (Ан.) ОН + NН4NО3

Вначале конденсаты соковых паров очищаются на фильтрах с катионитом, а затем .на фильтрах с анионитом. После этого фильтры обоих типов подвергают регенерации, которая состоит из следующих операций: в течение 15 мин иониты взрыхляют потоком промывной воды, подаваемой в фильтр снизу вверх, опускают промывные воды для предотвращения разбавления регенератора, подают в фильтр регенерационные растворы в течение примерно 1 ч, спускают их и далее отмывают катионит чистым конденсатом.

Процесс фильтрования продолжают до истощения емкости катионита, что определяется проскоком иона аммония (1 мг/л), и истощения емкости анионита (до 2 мг/л аниона NН3).

Для восстановления обменной способности Н-катионитового фильтра применяют 15--20%-ный раствор азотной кислоты, а фильтра с анионитом -- 10%-ный раствор аммиачной воды.

Растворы, получаемые при регенерации ионитов, перерабатывают в производстве аммиачной селитры по общепринятой схеме.

Эти растворы содержат примерно 30--65 г/л селитры и 40--80 г/л азотной кислоты.

При использовании конденсатов соковых паров в азотнокислотном производстве их направляют туда сразу после катионирования (минуя анионитные фильтры).

Заключение

В своей курсовой работе я изучила производство аммиачной селитры методом нейтрализации. Я провела анализ физико-химических свойств аммиачной селитры и определила наиболее эффективные методы производства данного продукта.

Также я произвела расчет материального и энергетического балансов процесса нейтрализации аммиачной селитры. Производство методом нейтрализации, на мой взгляд, является самым эффективным и экономически выгодным. Основным достоинством метода является то, что выход продукта близок к теоретическому.

Я определила основные методы утилизации и обезвреживания отходов, с помощью которых производство становится еще более выгодным и экологически более чистым.

Список использованных источников

1 Производство аммиачной селитры/М.А. Миннович - М.: «Химия», 1974, 240с.

2 Справочник химика-Кн.2.-М.:Химия, 1987, 464 с.

3 Технология аммиачной селитры/Под ред. В.М. Олевского -М.: Химия, 1978,311с.

4 Общая химическая технология/Под ред. И.П. Мухленова-М.: Высш. Школа, 1984, 288 с.

5 Общая химическая технология. Примеры материальных и тепловых балансов. Учебное пособие. Л., СЗПИ, 1969г, 256 с.

6 Расчеты химико-технологических процессов. Под ред. И. П. Мухленова. Л., «Химия», 1976 - 299 с.

7 Краткий справочник физико-химических величин. Изд., 8-е, перераб./Под ред. А. А. Равделя и А. М. Пономаревой - Л.: «Химия», 1983. 232с.

8. Автоматизация производственных процессов в химической промышленности / Голубятников В.А., Шувалов В.В. - М.: «Химия», 1985, 352 с.

Приложение А

Справка о патентно-технических исследованиях дипломной (курсовой) работы

Название дипломной (курсовой) работы:_Производство аммиачной селитры

Предмет поиска Производство аммиачной селитры

Автор дипломной (курсовой) работы (Ф.И.О.) _Сильченко Виктория Александровна

Поиск осуществлен по патентному фонду Тверского государственного технического университета и открытой базе данных Интернет

Поиск осуществил______Сильченко Виктория Александровна

Полноту и достоверность приведенных сведений удостоверяю

Государственный патентный эксперт ТГТУ________________________________________Е.И.Ханькевич

Размещено на Allbest.ru