Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
47. Химико-технологические процессы
Химико-технологический процесс (ХТП) можно рассматривать как разновидность производственного процесса, включающего ста дию химического превращения веществ. Любой ХТП можно пред ставить состоящим из трех основных стадий: подготовки сырья, химического превращения и выделения целевого продукта и характеризуются различными физическими и физико-химическими явлениями при подготовке исходных реагентов к хими ческим превращениям (стадия 1) или выделении целевого продукта из смеси веществ после химического Если А — исходный продукт, a R и -S соответственно целевой
о
и побочный продукты, образующиеся по простейшей схеме Л<^ о,
то принципиальную блок-схему такого химико-технологического процесса можно представить следующим образом (рис. 1.1). Первая и третья стадии ХТП не включают химических превра
превращения (стадия 3). Вторая стадия ХТП непременно является химическим превраще нием, в ходе которого происходит глубокое изменение структуры, состава и свойств веществ, участвующих в нем.
46. Технико-экономические показатели химико-технологических процессов.
Чаще всего основой классификации химико-технологических про цессов является способ организации процесса, кратность обработки сырья, вид используемого сырья, тип основной химической реакции.
Так, по способу организации ХТП могут быть периодическими, непрерывными и комбинированными. В периодических процессах сырье вводится в реактор определенными порциями и так же дискретно из реактора извлекается целевой продукт после завер шения цикла (рис. 1.2, а). В непрерывных процессах сырье пода ется в реактор постоянным потоком. За время пребывания в реакторе оно превращается в целевой продукт, который непрерывно выводится из реактора (рис. 1.2,6). Комбинированные процессы могут характеризоваться непрерывным поступлением сырья и периодиче-
ским отводом продукта (рис. 1.2, г), периодическим поступлением сырья и непрерывным отводом продукта (рис. 1.2, в), периодиче ским поступлением одного из исходных видов сырья и непрерыв ным — другого (рис. 1.2, д) и т. д.
По кратности обработки сырья различают процессы с разомк нутой (открытой), замкнутой (закрытой) и комбинированной схе мами. В процессах с открытой схемой сырье за один цикл пребы вания в реакторе превращается в целевой продукт (рис. 1.3, а). В процессах с закрытой схемой требуется многократное пребывание сырья в реакторе до того, как оно полностью превратится в конеч ный продукт (рис. 1.3,6). В комбинированных процессах основное
Рис. 1 3 Схемы открытых (а), закрытых (б) и комбинированных (в) ХТП, отличающихся по кратности обработки сырья
сырье может превращаться в целевой продукт за один цикл, а вспомогательные материалы использоваться многократно (рис. 1.3, в).
По виду используемого сырья ХТП могут быть разделены на процессы по переработке растительного, животного и минераль ного сырья.
Основу ХТП составляют различные химические реакции: про стые и сложные, обратимые и необратимые, гомогенные и гетероген ные, экзотермические и эндотермические.
Протекание простых реакций может быть описано с помощью одного уравнения, для описания сложной реакции требуются как минимум два уравнения.
К обратимым относятся реакции, протекающие в противопо ложных направлениях со сравнимыми скоростями. Если же ско рость реакции в одном направлении пренебрежимо мала по сравне нию со скоростью ее протекания в обратном направлении, реакцию считают необратимой.
Гомогенными считаются реакции между веществами, находящи мися в одной фазе, гетерогенными — между веществами в раз личных фазах.
По условиям протекания реакции делят на высокотемператур ные, протекающие при температуре выше 500 °С; электрохимиче ские, происходящие под действием электрического тока; фотохими-ские, вызываемые действием света; радиационно-химические, про исходящие под действием ионизирующих излучений; каталитиче ские, протекающие с участием катализатора.
49. Области применения серной кислоты и технико-экономические показатели ее производства.
Производство серной кислоты — одной из самых сильных и де шевых кислот — имеет важное народнохозяйственное значение, обу словленное ее широким применением в различных отраслях про мышленности.
Безводная серная кислота (моногидрат)—тяжелая маслянистая жидкость (плотность при 20 °С 1830 кг/м3, температура кипения 296,2 °С при атмосферном давлении; температура кристаллизации 10,45 °С). Она смешивается с водой в любых соотношениях со значительным выделением теплоты (образуются гидраты). В серной кислоте растворяется оксид серы. Такой рцствор, состав которого характеризуется содержанием свободного 5Оз(ЮО%-я H2SO4), называется олеумом.
Серная кислота используется для производства удобрений — суперфосфата, аммофоса, сульфата аммония и др. Значителен ее расход при очистке нефтепродуктов, а также в цветной метал лургии, при травлении металлов. Особо чистая серная кислота используется в производстве красителей, лаков, красок, лекар ственных веществ, некоторых пластических масс, химических волокон, многих ядохимикатов, взрывчатых веществ, эфиров, спиртов и т. п.
Производится серная кислота двумя способами: контактным и нитрозным (башенным). Контактным способом получают около 90 % от общего объема производства кислоты, так как при этом обеспечивается высокая концентрация и чистота продукта.
В качестве сырья для производства серной кислоты приме няются элементарная сера и серный колчедан; кроме того, широко используются серосодержащие промышленные отходы.
Серный колчедан характеризуется содержанием серы 35...50 %. В залежах серного колчедана часто присутствуют сульфидные руды, которые используются в производстве цветных металлов (Си, Zn, Pb и др.).
Сульфидные руды подвергаются обжигу, в процессе которого образуются сернистые газы, используемые для производства сер ной кислоты. В настоящее время сырьем для ее производства служат сероводородные газы, образующиеся при переработке нефти, коксовании углей, а также получаемые при очистке природного газа.
Наиболее просто производство серной кислоты из серы, выде ляемой из самородных руд или из побочных продуктов ряда про изводств (газовой серы). Однако стоимость кислоты, получаемой из серы, выше, чем из колчедана. Кроме того, сера необходима
для производства резины, спичек, сероуглерода, ядохимикатов, ле карственных препаратов и т. д.
На современном этапе обеспечение промышленности серосо-держащим сырьем предусматривается за счет разработки природ ной и получения попутной серы. В цветной и черной металлургии, газовой и нефтехимической промышленности серу получают из газо конденсатов. Поэтому увеличивается выпуск флотационного колче дана на предприятиях цветной металлургии.
Разрабатывается технология переработки новых видов сырья: сульфатизирующий обжиг коллективного сульфидного концентрата Соколовско-Сарбайского комплекса и обжиг некондиционного кол чедана.
Процесс получения серной кислоты контактным способом зна чительно упрощается, если в качестве сырья для получения SO применять серу, почти не содержащую мышьяка, или сероводород, получаемый при очистке горючих газов и нефтепродуктов. При использовании в качестве сырья выплавленной серы процесс про изводства серной кислоты включает три стадии: сжигание серы в форсуночных печах; окисление диоксида серы в триоксид в кон тактных аппаратах; абсорбцию триоксида серы.
Промышленность выпускает техническую, аккумуляторную и ре активную серную кислоту. Эти виды кислоты отличаются по назна чению и содержанию основного компонента и примесей.
Перспективными в отношении улучшения технико-экономических показателей производства серной кислоты являются системы сухой очистки газа. Классический контактный способ ее производства включает ряд противоположных процессов: горячий обжиговый газ охлаждается в очистном отделении, затем вновь нагревается в контактном; в промывных башнях газ увлажняется, в сушиль ных — тщательно осушается. В СССР на основе научных исследо ваний создан новый процесс производства серной кислоты — сухая очистка (СО). Основная особенность процесса СО состоит в том, что после очистки от пыли горячий обжиговый газ без охлаждения, промывки и сушки направляется непосредственно в контактный аппарат. Это обеспечивается таким режимом работы обжиговых печей со взвешенным (кипящим) слоем колчедана, при котором значительная часть соединений мышьяка адсорбируется огарком. Таким образом, вместо четырех этапов классического процесса СО включает только три, за счет чего капиталовложения снижаются на 15...25 %, себестоимость серной кислоты — на 10...15%.
Намечено увеличение мощностей действующих и строящихся предприятий по производству серной кислоты контактным спосо бом при небольших дополнительных затратах. Это будет достиг нуто за счет повышения концентрации ЗО2 в перерабатываемых газах, а также внедрения короткой схемы при переходе с обжига колчедана на сжигание серы. В целях совершенствования аппара турного оформления процесса разработан контактный аппарат с параллельными слоями катализатора (металлоемкость его стала ниже на 25 %). Применение кожухотрубных холодильников с анод ной защитой позволит продлить срок их службы до 10 лет.
Технология производ ства серной кислоты нитрозным способом обновляется за счет совершенствования башенных систем. Расчеты показывают, что по сравнению с контактным способом переработки газов, полученных при обжиге колчедана в воздухе, при нитрозном способе и уста новке аналогичной мощности (180 тыс. т в год) капитальные затраты снижаются на 43,6 %, себестоимость переработки сернистых га зов — на 45,5, приведенные затраты — на 44,7 и трудоемкость — на 20,2 %.
Крупные потребители серной кислоты должны производить ее на своих предприятиях вне зависимости от ведомственной принад лежности, это позволит в 3 раза сократить загрузку железнодо рожного транспорта и потребность в цистернах.
Увеличится использование в производстве минеральных удоб рений отработанных серных кислот после их очистки и регенерации.
48 Производство серной кислоты контактным способом
Производство серной кислоты контактным способом включает четыре стадии: получение диоксида серы; очистку газа от приме сей, получение триоксида серы; абсорбцию триоксида серы.
Первая стадия связана с получением диоксида из колчедана, который обжигают в печах, где протекает необратимая реакция
Обжиговый газ после пылеочистки в электрофильтрах имеет температуру около 350 °С и содержит остатки пыли, а также газо образные примеси соединений мышьяка (As2O3), селена (SeO2) и других элементов, способные разрушать катализатор и снижать его активность. Примеси селена целе сообразно извлекать из газа и как не обходимый промышленности материал. Для очистки газа предусматрива ется система промывных башен, электрофильтров и сушильных башен. Третья стадия производства серной кислоты является основной. Сухой очи щенный газ поступает на контактное окисление SO2 до 8Оз, которое проис ходит по обратимой экзотермической реакции, протекающей с уменьшением объема газа:
Скорость процесса окисления SO2 при отсутствии катализатора даже при высоких температурах мала.
На сернокислотных заводах нашей страны в качестве катализа тора используют главным образом ванадиевые контактные массы с содержанием V2Os примерно 7 %, а также включающие оксиды щелочных металлов и высокопористые алюмосиликаты в качестве носителя.
Контактное отделение включает трубчатый теплооб менник 6 и контактный аппарат 7. Сухой и холодный очищенный газ подается турбокомпрессором 5 в межтрубное пространство теплообменника 6 для предварительного нагрева. Подогретый газ, проходя между трубками теплообменников, расположенных в кон тактном аппарате между полками с контактной массой, нагревается до 450 °С и поступает на верхний слой катализатора, где 70...75 % первоначального SO2 окисляется до 5Оз. За счет выделяющейся
в результате реакции теплоты температура газа повышается до 590...600 °С. Затем газ направляется во внутренний теплообменник, где охлаждается до 450...490 °С. Охлажденная смесь 8О2-|-5Оз подается через второй слой катализатора, на котором продолжается дальнейшее окисление ЗО2 в ЗОз. Обычно газ проходит через 3...5 решетчатых полок с контактной массой и расположенными между ними теплообменниками, в результате чего 97...98 % ЗО2 превращается в ЗОз. Окисленный газ, имеющий при выходе из контактного аппарата температуру 400...430 °С, поступает в тепло обменник 6, где охлаждается до 200 °С, а затем в холодильник 8, где его температура снижается до 60...80 °С. Автотермичность про цесса окисления SO2 в SO3 позволяет эффективно использовать теплоту, выделяющуюся в ходе реакции.
В четвертой стадии процесса производства серной кислоты охлажденный окисленный газ направляется в абсорбционное (по глотительное) отделение цеха. Абсорбцию триоксида водой осу ществлять нецелесообразно, так как реакция SOs + FbO-^HaSO^Q будет протекать в газовой фазе (за счет выделяющейся теплоты вода превращается в пар) с образованием мельчайших капелек кислоты (тумана), который очень трудно улавливается. Поэтому ЗОз поглощается концентрированной серной кислотой в две стадии.
50. Производство аммиака и азотной кислоты
В соответствии с принципом Ле-Шателье при повышении давле ния и уменьшении температуры равновесие этой реакции смещается в сторону образования аммиака. Для обеспечения оптимальной скорости процесса необходимы ка тализатор, повышенное давление, температура 400...500 °С и опреде ленная объемная скорость всту пающих в реакцию компонентов. В промышленности используется железнь/й катализатор с добавками оксидов А12О3, К2О, СаО и SiO2.
Основным агрегатом установки для производства аммиака слу жит колонна синтеза
Трубчатая колонна в системе среднего давления представляет собой цилиндр 4 из хромованадиевой стали с толщиной стенок до 200 мм, диаметром 1...1.4 м и высотой около 20 м. Сверху и снизу она закрывается стальными крышками.
При синтезе аммиака под средним давлением (рис. 3.2) азотно-водородная смесь (N2:H2=1:3) подается в колонну /, где на катализаторе происходит синтез аммиака; из колонны выходит азотно-водородно-аммиачная газовая смесь (содержание аммиа-
аммиак выделяется при охлаждении азотно-водородной смеси до более низких температур. Эта смесь с остатками аммиака из сепа ратора 3 направляется в циркуляционный компрессор 4 и далее в фильтр 6 для отделения компрессорного масла. На входе в фильтр к оборотным газам добавляется свежая азотно-водородная смесь, сжатая до рабочего давления с помощью многоступенчатого ком прессора 5. Из фильтра газовая смесь подается в систему вторич ной конденсации аммиака, состоящую из конденсационной колонны 7 и испарителя жидкого аммиака 8. В конденсационной колонне газ предварительно охлаждается в расположенном в верхней части колонны теплообменнике и затем направляется в испаритель 8, где за счет испарения поступающего жидкого аммиака достигается охлаждение газа до —5 °С и конденсация аммиака из газа до остаточного содержания в нем около 2,5 % ЫНз. Сконденсировав шийся аммиак выделяется в нижней части конденсационной колон ны 7, являющейся сепаратором. После отделения аммиака азотно-водородная смесь охлаждает в верхней части колонны 7 поступаю щий в нее газ, а затем вновь направляется в колонну синтеза /.
Производство азотной кислоты:
Азотная кислота — одна из важнейших минеральных кислот. Безводная НМОз — тяжелая бесцветная жидкость плотностью 1520 кг/м3 (при 15 °С), дымящаяся на воздухе и замерзающая при —41 °С. Азотная кислота смешивается с водой и образует гидраты НМОз'Н2О и НМОз-2Н2О. Температура ее кипения зависит от концентрации раствора: безводная HNO3 кипит при 86 °С; мак симальную температуру кипения (121,9 °С) имеет 68,4 %-й раствор НМОз, представляющий азеотропную смесь, у которой составы жидкости и пара адинаковы. Такая смесь кипит без изменения концентрации кислоты.
Под действием света и при нагревании азотная кислота частич но разлагается с выделением оксида азота (IV), который, раство ряясь в кислоте, окрашивает ее в желтый или бурый цвет.
Современное производство азотной кислоты основано на про цессах окисления аммиака и последующей переработке оксидов азота.
В основе процесса получения разбавленной азотной кислоты из аммиака лежат следующие реакции: контактное окисление ам миака кислородом воздуха до оксида азота (II) (4МН3 + 5О2 = = 4NO-|-6H2O + Q); окисление оксида азота (II) до оксида азота (IV) (2NO + O2^±2NO2 + Q); абсорбция оксида азота (IV) водой (ЗМО2 + Н2О^±2НМОз-т-МО-|-р) Выделяющийся оксид азота (II) образует оксид азота (IV) и вновь абсорбируется.
Реакция окисления аммиака экзотермическая и может протекать с образованием различных продуктов его окисления (МО, N20, N2). Процесс возможен только при высоких температурах. При отсутствии катализатора окисление идет в основном с образованием N2. Для производства азотной кислоты процесс необходимо на правлять таким образом, чтобы основным продуктом окисления аммиака являлся оксид азота (II). Для этого применяют катали заторы, избирательно ускоряющие реакции окисления аммиака. Таковыми являются платина и ее сплавы с металлами платиновой группы. Платиновые катализаторы применяются в виде сеток из тонкой проволоки диаметром 0,06...0,09 мм, имеющих 1024 ячейки на 1 см . Добавление к платине палладия и родия позволяет увеличить прочность катализаторных сеток и снизить расход платины.
От продолжительности контактирования аммиачно-воздушной смеси с катализатором зависит выход оксида азота (II); опти мальная его продолжительность составляет 0,0001...0,0002 с. При большей скорости газового потока аммиак не успевает окислиться.
Процесс окисления аммиака в значительной степени зависит от начальной температуры реакции. При применении платиново-родиевого катализатора на установках атмосферного давления тем пературу газа поддерживают в пределах 700...800 °С, при повышен ном давлении — 800...900 °С.
Повышение давления обусловливает значительное ускорение реакции на второй и третьей стадиях процесса производства азотной кислоты. При увеличении давления в 10 раз скорость реакции окисления оксида азота (II) возрастает в 1000 раз.
Абсорбция оксида азота (IV) водой является конечной стадией производства азотной кислоты. Она ускоряется при понижении температуры и повышении давления. Практически процесс пере работки нитрозных газов в азотную кислоту проводят при 20... 30 °С. По мере протекания реакции концентрация получаемой азотной кислоты возрастает и реакция замедляется.
Различают установки производства разбавленной азотной кис лоты атмосферного давления, повышенного давления и комбиниро ванные.
В комбинированных установках окисление аммиака осуществля ется под атмосферным давлением, а процессы окисления оксида азота (II) и поглощения NO2 водой — под повышенным давле нием (0,3...0,9 МПа).
Для его очистки от механических и химических примесей применяется про-мыватель (скруббер) / и фильтры 2. Подача воздуха, аммиака (иногда и добавочного кислорода) осуществляется при помощи аммиачно-воздушного вентилятора 3 с таким расчетом, чтобы со держание NHa в газовой смеси составляло 10...12 %.
Вытекающая из нижней части колонны 50 %-я азотная кислота поступает в отбелочную колонну 12, где удаляются растворенные
в ней оксиды азота с помощью турбокомпрессора 8. Осветленная азотная кислота из отбелочной колонны направляется в храни лище, а затем потребителям.
Выходящие из абсорбционной колонны газы проходят подогре ватель 10 и затем расширяются в рекуперационной турбине, распо ложенной на одной оси с турбокомпрессором 8. Остаточные газы поступают в общий коллектор и выбрасываются в атмосферу.
Для некоторых производств необходима 96...98 %-я азотная кислота. Ее можно получить концентрированием разбавленной кис лоты и методом прямого синтеза.
Метод концентрирования состоит в том, что разбавленную азот ную кислоту упаривают в присутствии концентрированной серной кислоты — водоотнимающего вещества (прямым упариванием по лучают азотную кислоту, имеющую концентрацию 68,4 %). Кон центрированная серная кислота связывает воду в разбавленной азотной кислоте с образованием гидратов серной кислоты, кипящих при более высокой температуре, чем 100 %-я НМОз. При нагревании смеси азотной и серной кислот при определенной температуре в пар переходит только азотная кислота.
Перегонку разбавленной азотной кислоты с концентрированной (92...94 %) H2SO4 осуществляют в тарельчатых барботажных колоннах или в колоннах с насадкой из колец. Они изготовляются из кислотоупорного чугуна (ферросилида) с содержанием Si 14... 18 % и устойчивого при повышенных температурах к смеси сер ной и азотной кислот. В установках смесь кислот нагревается острым паром (180...200 °С). Пары азотной кислоты конденсиру ются, образуя 97 %-ю HNO3.
Разбавленная 70 %-я H2SO4 поступает на упаривание. Расход концентрированной серной кислоты составляет 3...4 т на 1 т кон центрированной азотной кислоты. Концентрирование разбавленной серной кислоты связано с большим расходом топлива, безвозврат ными потерями некоторой части серной кислоты и сильной корро зией аппаратуры. Поэтому в настоящее время уделяется большое внимание методу прямого синтеза.
По методу прямого синтеза получение азотной кислоты осуще ствляется из жидкого оксида азота (IV) (2NO2^N2O4) по реакции 2N2O4 + 2H2O-|-O2^t4HNO3H-Q в специальных автоклавах при температуре около 75 °С и под давлением 5 МПа.
Жидкий оксид азота (IV) получают конденсацией NO2 из нит-розных газов путем охлаждения под давлением.
веществ (в производстве красителей, фармацевтических препара тов, взрывчатых веществ, кинопленки, пороха, целлулоида и др.).
Слабая 45...60 %-я НЫОз хранится на складах в резервуарах из нержавеющей стали. Небольшие партии разбавленной азотной кислоты перевозят в стеклянных бутылях, которые упаковывают в корзины или деревянную обрешетку со стружкой или соломой, пропитанными огнестойкими веществами; большие партии перево зят в железнодорожных цистернах из нержавеющей стали.
Концентрированную кислоту хранят в резервуарах и перевозят в железнодорожных цистернах из алюминия.
Смесь азотной кислоты с 7,5 %-й H2SO4, называемую меланжем, перевозят в цистернах из углеродистой стали. Перевозка концентри рованной азотной кислоты в стеклянных бутылях с деревянной обрешеткой запрещена, поскольку возможно возгорание древесины.
Оксиды азота и азотная кислота токсичны. Предельно допусти мая концентрация оксидов азота в воздухе производственных поме щений в перерасчете на N2Os составляет 0,005 мг/л. При попадании на кожу азотная кислота дает ожоги.
Работающий с азотной кислотой должен иметь спецодежду из шерстяного сукна, противогаз марки В с коробкой желтого цвета, а также резиновые перчатки и защитные очки.
51. Производство азотных минеральных удобрений
В нашей стране наибольшее распространение имеют следующие азотные удобрения: аммиачная селитра, карбамид (мочевина), сульфат аммония, жидкий аммиак, аммиачная вода. Получают их синтетическим путем на основе аммиака и азотной кислоты.
Аммиачная селитра, или нитрат аммония, NI^NCb (со держание азота до 35 %) обладает весьма ценными агрохимиче скими свойствами. Это удобрение содержит аммиачный NH/ и нит ратный NOr азот, что позволяет успешно использовать аммиач ную селитру на любых почвах и для любых сельскохозяйственных растений. Как и все азотные удобрения, аммиачная селитра обла дает хорошей растворимостью в воде. Это ее качество, с одной стороны, является положительным, а с другой — отрицательным, так как удобрение вымывается из почвы дождевыми водами. Поэтому аммиачную селитру приходится вносить в несколько при емов, что требует дополнительных затрат. Однако эти затраты окупаются за счет увеличения урожайности сельскохозяйственных культур.
Получают аммиачную селитру путем нейтрализации разбавлен ной азотной кислоты аммиаком: HNOs-f-МНз = N^NOs + Q- Тех нологический процесс ее производства включает стадии: нейтра лизации азотной кислоты газообразным аммиаком; упаривания раствора нитрата аммония до плава с содержанием NH4NOs 98... 99 %; гранулирования плава.
Обычно аммиачную селитру производят на заводах, вырабаты вающих синтетический аммиак и азотную кислоту, по следующей схеме.
Азотная кислота и газообразный аммиак непрерывно подаются в нижнюю часть цилиндра 2, в котором происходит нейтрализа ция кислоты, сопровождающаяся выделением теплоты. Нагретый раствор поднимается вверх и переливается через края цилиндров в пространство 3 между ними, составляющее испарительную часть аппарата. Здесь удаляется значительная часть воды из раствора, в результате чего температура в нейтрализаторе снижается. Выде ляющийся водяной пар выводят из аппарата и используют в каче стве теплоносителя при дальнейшем упаривании раствора. Из нейт рализатора раствор поступает в донейтрализатор 4, куда подается дополнительно аммиак для полной нейтрализации раствора. Затем раствор направляют в вакуум-выпарной аппарат 5. Его концентра ция доводится до 97...98 %. Образующийся плав поступает в гра нуляционную башню 6 на гранулирование. Башня представляет собой железобетонный цилиндр (высота 35...40 м, диаметр 12... 16 м), в нижней части которого имеются щели для поступления
воздуха. Для создания восходящего воздушного потока устанавли вается вентилятор, а для разбрызгивания плава селитры — фор сунка. Капли селитры, падая вниз, застывают в потоке холодного воздуха и образуют гранулы, которые поступают на дополнитель ное охлаждение и затем рассеиваются на фракции. Частицы менее 1 мм и более 3 мм присоединяются к раствору, идущему на выпаривание. Готовый продукт (частицы размером 1...3 мм) упа ковывается в водонепроницаемые мешки (многослойные бумажные, пропитанные битумом, или полиэтиленовые).
Содержание азота в карбамиде (мочевине) составляет 46 %. Карбамид применяется как концентрированное удобрение, а так же в качестве минеральной подкормки для животных; кроме того, его используют для производства пластмасс (аминопластов), клеев, лаков, фармацевтических препаратов. Карбамид невзрыво опасен, менее гигроскопичен и обладает меньшей слеживаемостью, чем аммиачная селитра. Производство его продолжает увеличи ваться.
В качестве исходных продуктов для производства карбамида используют синтетический аммиак и двуоксид углерода, являю-
щийся отходом при производстве водорода из природного газа. Синтез карбида протекает по реакции
Процесс идет при давлении 18...20 МПа и температуре 180... 200 °С с использованием чистых реагентов — газообразного 100 %-го двуоксида углерода и жидкого аммиака, взятого с избыт ком от теоретически необходимого расхода. При этих условиях выход карбамида по СО2 составляет 60...70 %; содержание карба мида в плаве, получающемся в результате синтеза, составляет 35 %. Экономическая эффективность производства и себестоимость карбамида зависят от использования непревращенных реагентов — аммиака и ССЬ. В специальных цехах из них получают аммиачную селитру (аммиак поглощается азотной кислотой); кроме того, эти газы можно разделить и использовать опять в производстве карба мида (метод рециркуляции). Наиболее эффективными являются агрегаты с полной рециркуляцией непрореагировавших веществ.
Технологический процесс производства карбамида включает: синтез карбамида, разложение побочных продуктов и отделение непрореагировавших газов, упаривание раствора карбамида до плава, гранулирование плава.
Гранулированный карбамид, используемый в сельском хозяй стве, упаковывается в многослойные бумажные или полиэтиленовые мешки.
В сульфате аммония (NH4)2SO4 содержание азота достигает 20...21 %. Получают сульфат аммония как побочный продукт коксохимических заводов и производств капролактама. Коксовый газ (содержание аммиака 1...1,5%) пропускают через раствор серной кислоты в сатураторах или барботажных колоннах. При этом происходит следующая реакция: 2NH3-f H2SO4= (NH4)2SO4 + + Q. Полученный раствор сульфата аммония подвергается частич ному или полному упариванию, в результате получают жидкое или сухое удобрение.
Сульфат аммония упаковывают в бумажные или джутовые мешки и перевозят любыми транспортными средствами. Его не рекомендуется вносить в кислые подзолистые почвы, так как суль фатный остаток SO4 постепенно накапливается и вызывает неже лательное их подкисление.
К жидким азотным удобрениям относятся жидкий аммиак и аммиачная вода.
Жидкий аммиак — самое концентрированное азотное удоб рение (до 82 % азота). Вследствие высокого давления паров его хранят и транспортируют в герметичной таре. Жидкие азотные удобрения необходимо вносить в почву на глубину не менее 10... 12 см во избежание потерь аммиака.
Аммиачная вода — водный раствор аммиака (20% азота). Давление паров аммиачной воды сравнительно невелико, поэтому ее перевозят в обычных цистернах.
36
Растения усваивают азот аммиака так же, как и азот обычных твердых удобрений. Все операции по внесению жидких удобрений требуют высокого уровня механизации. С завода жидкие удобрения доставляются в железнодорожных цистернах в пункты назначения, где перегружаются в хранилища; к месту потребления их достав ляют в автоцистернах, из которых жидкость перекачивается под давлением в резервуары машин, предназначенных для внесения удобрений в почву.
Производство жидких удобрений имеет ряд преимуществ: отпа дает необходимость их гранулирования, сушки, упаковки в тару, погрузки в ящики туковых сеялок и др.
В себестоимости аммиачной селитры затраты распределяются примерно так: затраты на сырье и основные материалы составляют 85 %, на вспомогательные материалы — 5, на энергию — 5, зарпла ту— 0,3, прочие расходы — 4,7%. Таким образом, наибольшая доля приходится на стоимость сырья и основных материалов. Сте пень использования азота (с учетом потерь аммиака и азотной кислоты на всех стадиях производства) составляет 98,5...98,8 %. Уменьшение производственных потерь аммиака и азотной кислоты за счет соблюдения необходимых параметров технологического про цесса обусловливает снижение себестоимости продукции.
В структуре себестоимости карбамида наибольшую долю состав ляют затраты на материалы (65 %) и энергию (15,6 %). Себестои мость 1 т азота в карбамиде несколько выше, чем в аммиачной селитре. В последние годы за счет усовершенствования техноло гических процессов производства их различие уменьшилось. Более высокие затраты на производство карбамида окупаются при его применении за счет более высокой концентрации азота и умень шения расходов по его транспортировке и хранению.
Жидкие азотные удобрения получают по так называемой «короткой» схеме, поэтому капитальные и эксплуатационные затра ты на 15...25 % (на 1 т азота) ниже, чем в производстве аммиачной селитры. Производство жидких азотных удобрений целесообразно и с точки зрения возможности получения камплексных удобрений.