Материальный баланс грануляции

                                                ВВЕДЕНИЕ
      Важную роль в решении задач, стоящих перед сельским хозяйством нашей страны, по созданию надёжной продовольственной и сырьевой базы наряду с повышением энерговооружённости, совершенствования агротехнологий  и организации труда должна сыграть комплексная химизация, основанная на широком применении в первую очередь минеральных удобрений, кормовых добавок и других химических средств. 
      Современный ассортимент азотных удобрений насчитывает более 10 различных видов, из них основные крупнотоннажные – аммиачная селитра и карбамид – занимают в общем объёме производства более 71% [1].
      Важнейшим показателем качества минеральных удобрений является содержание в них действующих веществ. Основное действующее вещество в аммиачной селитре – это азот.
       Аммиачная селитра обладает относительно малой физиологической кислотностью, что позволяет широко использовать ее в разнообразных почвенно-климатических условиях.
      Гранулированная аммиачная селитра применяется в сельском хозяйстве как простое азотное удобрение или в качестве азотосодержащего компонента для приготовления тукосмесей, а также используется в промышленности для различных технических целей.
      Раствор селитры аммиачной концентрированный используется в качестве компонента при изготовлении эмульсионных взрывчатых веществ, применяемых для буровзрывных работ в горнодобывающих отраслях промышленности [2].
      Производство и применение аммиачной селитры экономически выгодно для промышленности и сельского хозяйства, потому что себестоимость единицы азота, связанного в аммиачной селитре, ниже, чем во всех других азотных удобрениях; организация производства аммиачной селитры требует наименьших капитальных затрат; для получения селитры не требуется никаких дополнительных видов сырья и материалов (кроме аммиака и азотной кислоты), а также в данном виде минерального удобрения высокое содержание азота (по сравнению с другими видами азотных удобрений)[3].
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
                                1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
                                          1.1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР 
      В самом начале развития производства аммиачной селитры в промышленности использовали неконцентрированную азотную кислоту с содержа-нием НNО3 47–55%(масс.), которая производилась в то времяю.[4]
      Нейтрализацию кислоты газообразным аммиаком осуществляли в аппаратах с использованием  тепла реакции – ИТН (нейтрализаторы). В аппаратах ИТН получали раствор селитры концентрацией 62 – 83 % NН4NО3. Затем раствор аммиачной селитры подвергался упариванию в вакуумной выпарной станции до конечной концентрации, не превышающей 98,5 – 98,7 %  NН4NО3. Железобетонные грануляционные башни, которые обеспечивали высоту полета гранул 28 – 30 м, имели производительность 120 – 225 тыс. т/год. Данные цеха состояли из отделения нейтрализации и отделения грануляции с двумя или тремя грануляционными башнями. 
      Для повышения качества готового продукта и технического уровня производств аммиачной селитры началось интенсивное перевооружение существующих цехов: 
      - совершенствуются выпарные станции;
      - внедряются доупарочные аппараты, которые обеспечивают повыше-ние конечной концентрации плава NН4NО3 до 99,5 – 99,8 % NН4NО3;  
      - устанавливаются грануляторы улучшенных конструкций;
      - внедряются аппараты охлаждения в псевдоожиженном («кипящем») слое с целью повышения качества гранулированной селитры.
      С целью обеспечения темпов развития производства гранулированной аммиачной селитры на основе накопленного промышленного опыта и результатов научно-исследовательских работ в 1967 – 1972 гг. ГИАП разработана технология и введено оборудование крупнотоннажных агрегатов
      
         
      АС– 67 мощностью 1360 т/год. В 1972 – 1975 гг. разработан агрегат АС-72 той же мощности. 
      Строительство, разработка данных агрегатов по новым технологическим схемам, где применялись оборудования большой производительности решало множество задач: 
         -снижение затрат и сроков строительства;
      - снижение себестоимости продукции;
      - повышение производительности труда; 
      - улучшение защиты окружающей среды. 
      Технологические схемы данных агрегатов предусматривали переработ-ку азотной кислоты более высокой концентрации – 58 – 60 % НNО3, которую производили новые агрегаты УКЛ-7,3.
      Основные стадии  производства гранулированной селитры в агрегате АС – 67:
       - нейтрализация 58– 60%-ной азотной кислоты газообразным аммиаком в  аппаратах ИТН;
      - донейтрализация газообразным аммиаком раствора селитры из аппаратов ИТН, а также получение сульфатной добавки из введенной в донейтрализатор серной кислоты;
      - упарка  растворов аммиачной селитры до высококонцентрированного  плава;
      - гранулирование плава;
      - охлаждение гранул селитры;
      - обработка гранул ПАВ (диспергатор НФ);
      - очистка охлаждающего воздуха и сокового пара перед выбросом в 
  атмосферу;
      - упаковка и хранение готового продукта.[5]
      Описание принципиальной схемы агрегата АС – 67 с внесенными в нее изменениями, необходимость которых выявлялась в процессе эксплуатации. представлено ниже (рис.1.1.1.).
      Подогретая соковым паром азотная кислота в теплообменнике поз. 2 до 70 – 80°С, и газообразный аммиак, нагретый паровым конденсатом в теплообменнике поз. 1 до 70 – 100°С, дозируются в заданном соотношении в реакционную часть аппарата ИТН поз. 3.Процесс нейтрализации ведут при температуре 155 – 160°С, под давлением, близким к атмосферному.
      В сепараторе происходит отделение сокового пара от кипящего раствора селитры. Соковый пар поступает в верхнюю часть аппарата, в промывную зону на очистку от аммиака, брызг селитры и паров НNO3.
      В донейтрализаторе поз. 4 и контрольном донейтрализаторе поз. 5 происходит нейтрализация свободной НNO3 в растворе селитры. Кроме того, из серной кислоты, дозируемой в донейтрализатор поз. 4, образуется сульфатная добавка.
      Раствор из донейтрализатора поз. 5 концентрацией 88 – 92 % NН4NО3, содержащий 0,1 – 0,5 г/л свободного NН3, упаривают под атмосферным давлением в комбинированном выпарном аппарате поз. 9. В межтрубное пространство теплообменной части выпарного аппарата поз. 9 подается пар давлением 1,3 – 1,4 МПа. В его трубном пространстве происходит упарка раствора до концентрации 99,0 – 99,5 % NН4NО3. В нижней тарельчатой массообменной части аппарата на провальных тарелках со змеевиками, которые обогреваются паром, за счет продувки раствора воздухом при 175 – 190 °С происходит дальнейшее концентрирование плава до 99,7 – 99,8 % NН4NО3. Продувочный воздух воздуходувкой поз. 22 подают в подогреватель поз. 10, где его непосредственно нагревают паром давлением 1,2 –1,4 МПа, а далее направляют в выпарной аппарат поз. 9.
      Стабильность концентрации плава на выходе из выпарного аппарата обеспечивается поддержанием температуры плава на выходе из аппарата в пределах 175 –185°С за счет автоматического регулирования подачи пара в аппарат. При нарушении температурного режима, который может повлечь за собой интенсивное разложение плава, автоматически прекращается подача раствора и пара в выпарной аппарат и включается подача парового конденсата
                             
для снижения температуры и подавления разложения.
      Воздух из аппарата загрязнен брызгами и аэрозолью раствора селитры, а также аммиаком и соковым паром. Содержание NН4NО3 в паровоздушной смеси, выходящей из аппарата, достигает 6 – 10 г/м3,а аммиака 3 – 5 г/м3.Поэтому паровоздушную смесь подают на очистку в промывной скруббер поз. 8.
      Позже (1981 – 1984 гг.) были  разработаны технические решения интенсификации агрегатов АС – 67 до более высокой мощности: 1575 т/сут. Для этой цели поставлен выпарной аппарат поз. 7, который работает под атмосферным давлением, и донейтрализатор поз. 6. Выпарная установка предназначена для упарки промывных растворов из промывного скруббера  и с промывных тарелок аппаратов ИТН поз 3.
      Упаренный раствор до концентрации 80 – 85 %NН4NО3из выпарного аппарата поз. 7 сбрасывают в хранилище нестандартных растворов 25, оттуда насосом поз. 24 направляют в реакционную часть аппарата ИТН поз. 3. Соковый пар из выпарного аппарата поступает в скруббер поз. 8.
      Процесс гранулирования и охлаждения гранул происходит в грануляционной башне поз.16, днищем которой является аппарат охлаждения гранул в псевдоожиженном (кипящем) слое поз. 17.[3]
      Особенность агрегата АС – 67: весь воздух, который поступает в башню, проходит через «кипящий слой» гранул селитры. Для поддержания гранул в псевдоожиженном состоянии требуется определенная скорость воздуха по сечению аппарата. Независимо от нагрузки агрегата и температуры подаваемого воздуха его объемный расход остается постоянным (не менее 500 тыс. м3/ч).
      Грануляционная башня в данной схеме агрегата АС-67 работает под из-быточным давлением, равным сопротивлению промывного скруббер (около  1 кПа), установленного на верхней отметке грануляционной башни агрегата. Воздух нагнетается под решетку аппарата охлаждения гранул поз. 17 вентиляторами поз.20,21 производительностью 500 тыс. м3/ч и 200 тыс. м3/ч.
      
                                       Рис. 1.1.1. Технологическая схема агрегата АС – 67:
        
        1 – подогреватель аммиака; 2 – подогреватель азотной кислоты; 3 – аппараты ИТН; 4 – 6 – донейтрализаторы; 7 – выпарной аппарат; 8 – промывной скруббер; 9 – комбинированный выпарной аппарат; 10, 19 – подогреватели воздуха; 11 – фильтр плава; 12 – гидрозатвор-нейтрализатор; 13, 25 – емкости для раствора селитры; 14, 24 – насосы центробежные; 
15 – гранулятор; 16 – грануляционная башня; 17 – аппарат КС; 18, 20, 21 вентиляторы; 22 – нагнетатель воздуха; 23 – конвейер; 26 – аппарат для обработки гранул ПАВ
      
      Плав в башне разбрызгивается шестью статическими леечными грануляторами поз.15,  которые установлены в потолке башни. Плав из выпарного аппарата поз.9 через гидрозатвор поз.12, в котором он донейтрализуется газообразным аммиаком, и кассетные фильтры поз.11 направляется в распределительный коллектор грануляторов поз.15.
      Поток гранул от грануляторов направлен на рабочую решетку аппарата охлаждения в «кипящем слое» диаметром   10,6 м, что позволяет получать продукт укрупненного гранулометрического состава в башне с высотой свободного полета гранул 30 м.
      Температура воздуха, поступающего в башню после аппарата КС, равна 40 – 50 °С. Гранулы, которые образуются при кристаллизации плава в полете, охлаждаются до 110 – 120°С. Дальнейшее  охлаждение гранул происходит в аппарате КС поз. 17. Охлажденный продукт из аппарата КС транспортерами подают в упаковочное отделение готового продукта, где производится непосредственно обработка гранул диспергатором НФ и упаковка готового продукта в мешки, далее  - на склад или потребителям.
      Основным отличием агрегата АС – 72 от агрегата АС – 67 является компоновка основного технологического оборудования нейтрализации и упаривания растворов, которое размещено на открытой металлической этажерке. В верхней части грануляционной башни размещены промывной скруббер, вентиляторы и грануляторы. Вместо железобетонной, футерованной кислотоупорным кирпичом башни используется облегченная металлическая башня с несущими металлоконструкциями заводского изготовления. Такая компоновка оборудования стала возможной в результате применения специальных насосов для перекачивания плава на высоту примерно 70 м. Как показала практика эксплуатации, насосы надежны в работе, а система автоматического контроля и регулирования обеспечивает безопасность их эксплуатации.
      Принятые решения удешевили и сократили сроки строительства агрегата, упростили эксплуатацию и ремонт оборудования.
      
      В дальнейшем с целью повышения качества аммиачной селитры в агрегате АС – 72 было предусмотрено применение сульфатно-фосфатной добавки, улучшена конструкция грануляторов, для охлаждения гранулиро-ванной селитры установлен выносной трехсекционный аппарат КС. Обработ-ку гранул диспергатором НФ проводят в аппарате улучшенной конструкции. Такие мероприятия обеспечили выпуск продукта, пригодного для бестарного хранения в специальных складах, для перевозки железнодорожным и автомобиль-ным транспортом навалом. 
      Очистку паровоздушной смеси из выпарного аппарата, сокового пара из аппаратов ИТН и воздуха из грануляционной башни проводят в скруббере, который имеет шесть секций с индивидуальным орошением ситчатых тарелок с отбойниками и вентилятором на каждую секцию. Вентилятор просасывает паровоздушную смесь через промывные тарелки секции, таким образом, обеспечивает работу башни под атмосферным давлением и позволяет регулировать число работающих секций скруббера, а значит, и объем воздуха, который поступает в башню для охлаждения гранул аммиачной селитры, в зависимости от температуры атмосферного воздуха.[5]
      Далее представлено описание принципиальной схемы производства аммиачной селитры в агрегате АС – 72 (рис. 1.1.2.). 
      Азотная кислота (58 – 60%-ную) подогревается в аппарате поз. 2 до 80 – 90°С соковым паром из аппарата ИТН поз. 3. Газообразный аммиак в подогревателе поз. 1 нагревают паровым конденсатом до 120 – 160°С. Азотная кислота и газообразный аммиак в автоматически регулируемом соотношении поступают в реакционные части двух аппаратов ИТН поз. 3, работающих параллельно.
      Раствор из аппаратов ИТН поз. 3 последовательно проходит донейтрализатор поз. 4 и контрольный донейтрализатор поз. 5. В донейтрализатор поз. 4 дозируют серную и фосфорную кислоты. Дозировку кислот плунжерными насосами регулируют в зависимости от нагрузки агрегата.
                                     Рис. 1.1.2.  Технологическая схема агрегата АС – 72:
        
        1, 2, 7, 24 – подогреватели; 3 – аппараты ИТН; 4, 5 – донейтрализаторы; 6 – выпарной аппарат; 8 – нагнетатель; 9 – гидрозатвор-донейтрализатор; 10 – фильтр плава; 11, 14 – баки; 12 – насос погружной; 13 – насос центробежный; 15 – напорный бак; 16 – гранулятор акустический; 17 – гранулятор монодисперсный; 18 – промывной скруббер;  19, 23 – вентиляторы; 20 – грануляционная башня;  22 – нагнетатель воздуха; 21, 25 – конвейеры; 22  – аппарат КС; 26 – элеватор; 27 – аппарат для обработки гранул
      
      После нейтрализации избыточной НNО3 в растворе аммиачной селитры из аппаратов ИТН и введенных серной и фосфорной кислот в донейтрализаторе поз. 4, раствор проходит контрольный донейтрализатор поз. 5 (куда аммиак автоматически подается только в случае проскока кислоты из донейтрализатора поз. 4) и поступает в выпарной аппарат поз. 6. В отличие от агрегата АС – 67 верхняя часть выпарного аппарата поз. 6 снабжена двумя ситчатыми промывными тарелками, на которые подают паровой конденсат, отмывающий паровоздушную смесь из выпарного аппарата от аммиачной селитры. 
      Плав селитры из выпарного аппарата поз. 6, пройдя затем гидрозатвор-донейтрализатор поз. 9 и фильтр поз. 10, поступает в бак поз. 11, откуда его погружным насосом поз. 12 по трубопроводу с антидетонационной насадкой подают в напорный бак поз. 15, а затем к грануляторам поз. 16 или поз. 17.
      Предусмотрено гранулирование двумя типами грануляторов: виброакустическими поз. 16 и монодисперсными поз. 17. Более надежными и удобными в работе являются виброакустические грануляторы, которые и эксплуатируются на крупнотоннажных агрегатах.
      Плав гранулируют в прямоугольной металлической башне поз. 20 с размерами в плане 8х11м. Высота полета гранул 55 м обеспечивает кристаллизацию и остывание гранул диаметром 2 – 3 мм до 90 – 120 °С при встречном потоке воздуха, который подается в количестве - летом до 500 тыс. м3/ч, а зимой (при низких температурах) до 300 –  400 тыс. м3/ч.  В ниж-ней части башни расположены приемные конуса. Гранулы с приёмных конусов ссыпаются на ленточный конвейер поз. 21, далее подаются в аппарат охлаждения в «кипящем слое» (КС) поз. 22.
      Охлажденный продукт направляют на склад или на обработку ПАВ (также диспергатором НФ), а затем на отгрузку навалом или на упаковку в мешки. Обработку диспергатором НФ ведут в полом аппарате поз. 27 с форсункой расположенной центрально, опрыскивающей кольцевой вертикальный поток гранул,  или во вращающемся барабане.                                                                             
      В 1984г. с целью дальнейшего снижения уровня загрязнения атмосферы и отказа от дефицитных и дорогостоящих добавок (фосфорная кислота и диспергатор НФ) разработан проект модернизированного агрегата АС – 72 М с магнезиальной добавкой (рис. 1.1.3).
      Основные отличия модернизированного агрегата заключаются в следующем:
         
- для кондиционирования применена магнезиальная добавка, что исключило потребление серной и фосфорной кислот, а также необходимость обработки гранул ПАВ;
      - установлен скруббер-нейтрализатор поз. 9 для улавливания непрореагировавшего аммиака в донейтрализаторах поз. 5 и 6;
      - установлен скруббер поз. 10 с фильтрующей насадкой для промывки паровоздушной смеси из выпарного аппарата;
      - промывной скруббер поз. 20 грануляционной башни оснащен элементами для фильтрующей очистки выхлопных газов;
      - в схеме КИПиА усовершенствованы блокировки, обеспечивающие защиту процесса от повышений температуры в аппаратах ИТН, выпарном аппарате, баках и насосах для перекачивания плава селитры с помощью дублирования приборов измерения температур и измерения рН растворов и плава.
      В остальном основное оборудование соответствует оборудованию агрегатов АС – 72 с небольшими изменениями, повышающими надёжность его эксплуатации. 
      По компоновке оборудования и строительным конструкциям приняты решения:
      - этажерка отделения нейтрализации и упаривания растворов селитры выполнена из сборного железобетона; с целью защиты от сквозного продувания ветром и заноса снегом она по периметру закрыта навесными щитами;
      - приборы автоматического контроля и регулирования, запорная арматура отделения нейтрализации и упаривания растворов размещены в закрытом отапливаемом помещении;
      -  грануляционная башня выполнена в облегченных металлоконструк-циях на высокопрочных болтовых соединениях;
      - аппарат охлаждения размещен в отапливаемом помещении.
      Принятые решения в технологической и строительной частях улучшили условия эксплуатации и повысили надежность работы агрегата.[5].
      
      
      
      
        Рис. 1.1.3 Технологическая схема агрегата АС – 72 М:
        
        1 – подогреватель кислоты; 2 – подогреватель аммиака; 3 – отделитель-испаритель аммиака; 4 – аппарат ИТН; 5, 6 – донейтрализаторы; 7 –выпарной аппарат; 8, 25 – подогреватель воздуха;  9, 20 – промывные скрубберы; 10 – скруббер-промыватель паровоздушной смеси; 11 – гидрозатвор-донейтрализатор; 12 – фильтр плава; 13, 16 – баки; 14 – насос погружной; 15 - насос центробежный; 17 – напорный бак; 18 – гранулятор; 19 – грануляционная башня; 21, 24, 26 – вентиляторы; 22 – конвейер; 23 – аппарат для охлаждения гранул
      
      
      
      
      
      
      
              1.2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
      
     В чистом виде аммиачная селитра (нитрат аммония- NH4NO3) представляет собой белое кристаллическое вещество, содержащее 35% азота, находящееся в соли в двух формах – аммиачной и нитратной. Технический продукт содержит не менее 34,0 % азота. Температура плавления чистой безводной кристаллической соли - 169,6°С; температура кипения  -235°С. Твердый нитрат аммония в интервале температур от минус 50 °С до 169,6 °С существует в пяти кристаллических модификациях, термодинамически устойчивых при атмосферном давлении. Каждая модификация существует лишь в определенной области температур, и переход (полиморфный) из одной модификации в дру-гую сопровождается изменениями кристаллической  структуры, выделением (или поглощением) тепла, а также скачкообразным  изменением удельного объема, теплоемкости, энтропии. Полиморфные переходы являются обратимыми – энантиотропными. (табл. 1.2.1.) [2]
    Таблица 1.2.1.
    Кристаллические модификации нитрата аммония
№ п/п
Модификации, вид симметрии
Интервал температур, оС
Параметры кристаллической решетки, нм
Объем элементарной ячейки, нм3



a
b
c

1
I, кубическая
169,6 - 125,8
0,440
0,440
0,440
0,085
2
II, тетрагональная
125,8 - 84,2
0,575
0,575
0,495
0,164
3
III, ромбическая моноклинная
84,2 - 32,2
0,706
0,766
0,580
0,314
4
IV, ромбическая бипирамидальная
32,2 - (-16,9)
0,575
0,545
0,496
0,155
5
V, тетрагональная
(-16,9) - (-50)
0,803
0,803
0,983
0,634

        В табл. 1.2.2. представлены параметры модификационных превращений нитрата аммония. Наглядно видно, что переход II ? IV, являющийся метастабильным, становится стабильным при давлении 81,7 МПа (по данным Бриджмена). Полиморфный переход II ? IV при 50,5 °С был экспериментально обнаружен в ряде исследований, проведенных на хорошо высушенных образцах.
    Таблица 1.2.3.
    Параметры модификационных превращений нитрата аммония
№ п/п
Превращение
Температура, оС
Теплота превращения
Изменение удельного объема, м3/т. (см3/г.)



кДж/кг
ккал/кг

1
Плав  ?  I
169,6
73,21
17,50
0,0542
2
I  ?  II
125,8
55,41
13,26
0,0138
3
II  ?  III
84,2
16,87
4,03
0,0080
4
III  ?  IV
32,2
21,24
5,08
0,0215
5
IV  ?  V
-16,9
5,92
1,41
0,0170
6
II  ?  IV
50,5
23,26
5,56
0,0135

            Аммиачная селитра хорошо растворима в воде, этиловом и метиловом спиртах, пиридине, ацетоне, жидком аммиаке.
      Аммиачная селитра растворяется в воде с поглощением тепла. Растворимость аммиачной селитры в воде возрастает с повышением температуры. При растворении аммиачной селитры в равном по объему количестве воды температура раствора снижается примерно на 25 °С.
      Аммиачная селитра отличается большой гигроскопичностью. Гигрос-копичность характеризует способность веществ поглощать влагу из воздуха. Селитра на открытом воздухе быстро становится влажной, затем расплывается, теряя кристаллическую форму.
      Степень поглощения влаги солью зависит от влажности воздуха и давления паров над насыщенным раствором данной соли при данной тем-пературе. Между воздухом и аммиачной селитрой происходит почти пос-тоянный влагообмен, на который решающее влияние оказывает относительная влажность воздуха.
      Аммиачная селитра, как и другие гигроскопические вещества, погло-щает влагу из воздуха, когда давление водяных паров в нем больше давления паров над раствором соли при данной температуре. Если давление водяных паров в воздухе ниже давления их над насыщенным раствором селитры при данной температуре, то она будет высыхать.
      
      Гигроскопность  селитры характеризуется так называемой  гигроско-пической точкой, т.е. относительной влажностью воздуха, при которой соль не теряет воду и не поглощает ее из воздуха (равновесная относительная влажность).
      Гигроскопические точки аммиачной селитры представлены в табл. 3.2.4.
    Таблица 3.2.4.
    Гигроскопические точки аммиачной селитры
Гигроскопическая точка, %
75,3
69,8
66,9
62,7
59,4
52,5
48,4
Температура, оС
10
15
20
25
30
40
50
    
       Скорость поглощения селитрой влаги из воздуха с повышением его температуры резко увеличивается.
    Гигроскопичность селитры – это одна из причин ее слёживаемости.
    Отрицательным свойством аммиачной селитры является ее способность слеживаться, т.е. терять сыпучесть (рассыпчатость) при хранении, а в известных условиях даже превращаться в монолитную массу, с трудом поддающуюся измельчению.[2]
    Слеживаемость аммиачной селитры вызывается многими причинами, основными из которых являются:
       - неоднородность и механическая непрочность частиц;
    - изменение кристаллических модификаций, протекающих в гранулах на стадиях охлаждения и хранения их;
    - гигроскопичность.
     С целью улучшения физических свойств аммиачной селитры в современной технологии производят:
      - снижение содержания влаги в готовом продукте, достигаемое упариванием полученных растворов селитры до массовой концентрации не менее 99,7 %;
      - введение магнезиальной добавки (Mg(NO3)2). 
       Применение данной кондиционированной добавки значительно улучшает физико-химические свойства аммиачной селитры: время хранения в полипропиленовых мешках ( порядка 3 - 9 месяцев), а также при перевозке насыпью железнодорожным транспортом сыпучесть готового продукта сохраняется. Вдобавок введение нитрата магния повышает сопротивляемость частиц селитры к разрушению в точках модификационного перехода.
     Наряду с кондиционированием поверхности гранул готового продукта возможно также и модифицирование свойств аммиачной селитры путем введения добавок в ее состав. Фосфатно-сульфатная добавка [0,3% P2О5 + 0,1% (NH4)2SO4] увеличивает прочность гранул селитры до 112-154 циклов, а с добавкой смеси борной кислоты, диаммонийфосфата и сульфата аммония гранулы селитры не разрушаются даже после 600 циклов, в то время как гранулированная аммиачная селитра без добавок способна выдерживать до начала разрушений всего 4-5 циклов нагрев-охлаждение в интервале температур 20-60°С .[6] 
      - улучшение гранулометрического состава. 
     Достигается равномерным разбрызгиванием плава с помощью личных акустических грануляторов по заданному сечению грануляционной башни в виде примерно одинаковых по объему и форме капель. Также достигается   отсевом некондиционного продукта в классификаторах(стадия классифика-ции);
     - охлаждение полученных гранул в аппарате «кипящего слоя»;
     - упаковка гранул селитры в плотную, хорошо герметизированную тару (предохранение продукта от воздействия атмосферной влаги).[2]
     Применяя на практике данные методы можно в достаточной степени улучшить физико-химические свойства готового продукта – аммиачной селитры.  
       Обязательным условием улучшения качества аммиачной селитры является обеспечение высокой степени упаривания ее растворов в выпарных аппаратах последней ступени с достижением остаточного содержания влаги в готовом продукте не более 0,3 % (определяют методом сушки).
     Для получения высококонцентрированных растворов стремятся применять азотную кислоту более высокой концентрации, а также подогревать реагенты. Передача тепла от более теплого тела к более холодному происходит непосредственно при их соприкосновении или через промежуточное тело. Примером первого случая – это например  охлаждение горячей воды в градирнях, нагревание и частичное упаривание растворов селитры в аппаратах ИТН, охлаждение частиц селитры воздухом в грануляционных башнях. Примером второго случая является упаривание растворов при прохождении их через трубчатку кипятильников выпарных аппаратов, в то время как пар проходит в межтрубном пространстве. При получении водяного пара тепло затрачивается на подогрев воды до точки кипения, для превращения воды в пар при той же температуре, на небольшой перегрев этого пара, чтобы последний не конденсировался до поступления потребителю.[7]
      В производстве аммиачной селитры для обогрева выпарных аппаратов применяется насыщенный водяной пар и соковый или вторичный пар.
     Перегретый пар не применяется для упаривания растворов аммиачной селитры, так как он имеет относительно высокую температуру, при которой может происходить термическое разложение продукта. 
      При температуре (110 – 165)°С происходит постепенная эндотерми-ческая диссоциация селитры на аммиак и азотную кислоту по уравнению:
    NH4NO3 ? NH3 + HNO3 + 174,4 кДж                                                           (1)
     Скорость диссоциации нитрата аммония при атмосферном давлении невелика и увеличивается с повышением температуры. 
     В интервале температур (200 – 270) °С протекает слабая экзотермическая 
     
     реакция разложения селитры на оксид азота (I) и воду:
     NH4NO3 ? N2О + 2H2O  ? 36,8 кДж                                                               (2)
     Заметное влияние на скорость терморазложения аммиачной селитры оказывает двуокись азота, которая образуется при термическом разложении азотной кислоты, являющейся продуктом диссоциации аммиачной селитры.
     При взаимодействии оксида азота (II) с аммиачной селитрой образуется азотная кислота, азот и вода:
     NH4NO3 + 2 NО2 ? 2HNO3 + N2 + H2O ? 232 кДж                                       (3)
     Тепловой эффект этой реакции в 6,3 раза выше, чем при разложении селитры на оксид азота (I) и воду.
     Таким образом, в закисленной аммиачной селитре даже при обычных температурах производственного процесса, вследствие значительной экзотермической реакции взаимодействия селитры с оксидом азота (II), происходит самопроизвольное терморазложение, которое при большой массе соли может привести к ее бурному разложению [8].
     Перегретый пар имеет низкий коэффициент теплоотдачи. Упаривание растворов аммиачной селитры производится только за счет передачи тепла от его источника (в нашем случае водяного пара) через стенки металлических трубок выпарных аппаратов. Чем больше и чище поверхность стенки теплопередачи, тем больше передается тепла от источника к упариваемой жидкости. 
     На количество тепла, передаваемого через стенку, сильно влияет скорость, с которой тепло передается от его источника к стенке и от стенки к нагреваемому телу. Чем больше эта скорость теплопередачи, тем больше передается тепла нагреваемому телу за единицу времени.
     При одной и той же температуре давления паров над растворителем                         
больше, чем давление паров над раствором. Пар, образующийся над кипящим  раствором — вторичный пар, имеет температуру, весьма близкую к температуре насыщенного пара растворителя при заданном давлении.
     Аммиачная селитра пожароопасна, и представляет собой окислитель, способный гореть и поддерживать горение. При нагревании ее в замкнутом объеме, когда продукты терморазложения не могут свободно удаляться, аммипротекает по уравнению:
     
     NH4NO3 = N2 + 0,5O2 + 2H2O + 118 кДж/моль                                             (4)
     По энергии взрыва аммиачная селитра примерно в 3 раза слабее большинства взрывчатых веществ (ВВ).
     Аммиачная селитра относится к числу хорошо кристаллизующихся солей благодаря тому, что растворимость ее при снижении температуры значительно уменьшается. Поэтому плав аммиачной селитры уже при небольшом охлаждении быстро затвердевает. С ростом концентрации теплота кристаллизации растворов аммиачной селитры уменьшается: 
     Гранулированная селитра, используемая в качестве удобрения, может детонировать, но при обычных температурах требует для инициирования больших зарядов мощных ВВ.
     В нормальных условиях аммиачная селитра обладает малой чувствительностью к ударам и трению, толчкам и искрам, и практически безопасна в обращении, однако удар, трение, сдвиг, непосредственно воздействующий на твердое вещество, могут способствовать возникновению высоких температур, вызывать измельчение гранул и разложение соли .[5]















1.3. Описание технологической схемы
         На рис. 1.3.1. приведена схема производства аммиачной селитры в агрегате  АС-72М.

Рис.1.3.1. Технологическая схема производства аммиачной селитры АС-72М:
1 – подогреватель кислоты; 2 – подогреватель аммиака; 3 – аппараты ИТН; 4- донейтрализатор; 5 –выпарной аппарат; 6 – напорный бак; 7,8 – гранулятор; 9,23 – вентиляторы; 10 – промывной скруббер; 11 – барабан; 12,14 – трнспортеры, 13 – элеватор; 15 – аппарат кипящего слоя; 16 –грануляционная башня; 17 – сборник; 18,20 - насосы; 19 – бак для плава; 21 – фильтр для плава; 22 – подогреватель воздуха.
     Исходные вещества перед реактором нейтрализации ИТН подогрева-ются: азотная кислота в подогревателе 1 соковым паром до 80 – 90 ?С и газообразный аммиак в подогревателе 2 соковым паром до 120 – 160 ?С. Затем аммиак и азотная кислота поступают в аппараты ИТН 3, где протекают параллельно реакции нейтрализации с выделением большого количества тепла. За счёт этого образуется концентрированный раствор нитрата аммония и соковый пар. Реакцию ведут в избытке кислоты для уменьшения потерь
     
     
аммиака. Раствор из аппарата ИТН проходит донейтрализатор 4, где происходит нейтрализация избыточной азотной кислоты аммиаком. В донейтрализатор 4 добавляется также кондиционирующая добавка нитрата магния. Далее раствор поступает на упаривание в выпарной аппарат 5. Из него образовавшийся плав нитрата аммония через гидрозатвор-донейтрализатор  и фильтр 21 направляется в бак 19, откуда его погружным насосом 20 по трубопроводу с антидетонационной насадкой подают в напорный бак 6, а затем через виброакустическиегрануляторы7 в грануляционную башню 16.
      Безопасность узла перекачивания плава обеспечивается системой автоматического поддержания температуры плава до 190°С при его упаривании в выпарном аппарате, контролем и регулированием среды плава после донейтрализатора (в пределах 0,1-0,5 г/л NH3), контролем темпера-туры плава в баке, корпусе насоса и напорном трубопроводе.
      При отклонении регламентных параметров процесса перекачивание плава автоматически прекращается, а плав в баке и выпарном аппарате 5 при повышении температуры разбавляют конденсатом.
      Плав гранулируют в прямоугольной металлической башне 16. В нижнюю часть башни засасывается атмосферный воздух, а также воздух из аппарата для охлаждения гранул «КС» 15.
     Высота полета гранул 55 м обеспечивает кристаллизацию и остывание гранул диаметром 2-3 мм до 90-120°С при встречном потоке воздуха летом до 500 тыс. м3/ч и зимой до 300-400 тыс. м3/ч. В нижней части башни расположены приемные конуса, с которых гранулы ленточным конвейером 14 направляют в аппарат охлаждения «КС» 15.
     Аппарат охлаждения КСразделен на три секции с автономной подачей воздуха под каждую секцию решетки кипящего слоя. В головной его части имеется встроенный грохот, на котором отсеиваются комки селитры, образовавшиеся вследствие нарушения режима работы грануляторов. Комки направляют на растворение.
     Воздух из верхней части башни 16 поступает в скрубберы 10, орошаемые 20%-м раствором нитрата аммония, где отмывается от пыли нитрата аммония, остужается вентилятором  и выбрасывается в атмосферу.
Также в скруббере 10 очищаются от непрореагировавших аммиака и азотной кислоты газы, выходящие из выпарного аппарата 5 и нейтрализатора 4.[5]
      









    















2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ

2.1.1.МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС ВЫПАРНОГО АППАРАТА
	
                                         Схема материальных потоков:











Заданная производительность аппарата 450000 т/год или:
450000/330 = 1363,64 т/сут.,
где 330 - число рабочих дней в году, или:
13363,64 ? 1000/24 = 56818,20 кг/ч.

Исходные данные:
1.Производительность аппарата (по сухому продукту):,            57696,91 кг/ч
в том числе:
NН4NО3:                                    .......................