当前课程知识点:化学工艺学 > 第二章 化学肥料 > 2.3 硝酸铵生产工艺 > 2.3 硝酸铵生产工艺
各位同学好
上一个知识点
我们重点介绍了
化学肥料中的氮肥
氮肥里面尿素是我们氮含量最高的
这样一种氮肥的主要产品
那么
本知识点我们重点介绍
氮肥中的另外一种产品
它的名字叫做硝酸铵
硝酸铵
它是我们氮肥里面
氮含量
仅次于我们尿素的一种氮肥产品
它的含量为35%的氮含量
那么
硝酸铵这种物质
极易溶于水
它的饱和蒸气压
可以由右图所示
固态的硝酸铵
有五种不同的晶型
随着缓慢冷却的这样的一个过程
晶型会从Ⅰ到Ⅴ连续变化
若
从125℃迅速冷却到32.2℃的时候
则可以从晶型Ⅱ直接转化成晶型Ⅳ
温度低于32.2℃的时候
菱形晶型和正方形晶型是最稳定的
在这里面
我们对于无机盐产品
在进行冷却结晶的时候
其不同的温度对应的不同晶型
这个地方希望大家能够掌握
同时另外一种情况
一些无机盐里面
不同的温度
可能这种无机盐的水合物
结合的水的数量也会有所变化
所以说
如果我们要得到某一种晶型的无机盐
那么
其结晶的温度一定要控制在
这种晶型能够生成的温度区间之内
来进行冷却结晶
否则的话
那么
我们则得不到这样的晶型的产品
那么硝铵的用途主要有哪些
它除了我们是重要的氮肥之外
还有其他的作用
在氮肥里面
它特别适用于温度低的旱田
还是制造我们复合肥料的主要原料
除了肥料之外
它还可以是炸药的主要原料
还是麻醉剂 笑气的原料
我们看一看硝铵的化学性质
硝铵这种产品在受潮和晶型转变的时候
它会有结块的现象
所谓结块
就是本来是单颗粒的这样一个产品
由于晶体架桥的作用
或是溶解又结晶的作用
整个晶体变成一个板块的
这样一个现象
那么在工业中
对于这种结块现象
通常我们可以采用加防结块剂的方式
或者说
把我们整个产品的包装袋
严格密封的这种方式来进行防止
那么
这种结块现象
对整个生产和应用是非常不便的
硝铵在常温下是稳定的
受热的时候容易发生分解
在110℃度的时候
按第一个式子来进行分解
但这个分解的速度比较缓慢
它可以分解成硝酸和氨气
当温度大于150℃的时候
分解就会逐渐的更加明显
如果把分解温度升高至200~270℃时候
分解的反应就会发生变化
就不再是硝酸和氨作用的产物
它可以直接分解成水和我们的笑气
如果我们继续
迅速把它加入到300℃的时候
它会发生剧烈的分解
并有微弱火花
它所分解得到产物
直接可以分解成
氮气 氧气和水
大家从这个反应方程式中可以得到
这个反应过程中
是一个气体分子数
急速增加的一个反应
如果再把温度升高
高于400℃的时候
反应极其迅猛
并可以发生爆炸
另外
在有H+ Cl- 铬 钴 铜
对这种上述的分解是有催化作用
我们看看硝酸铵的生产方法
大部分的硝酸铵生产方法
主要是由中和法来进行生产的
它是由氨和硝酸中和反应
作为我们的生产方法
它是一个强放热反应
在这个放热过程的放热量
是与硝酸的浓度和反应温度是相关的
热效应与浓度的关系式
由图所示
大家可以看到
随着硝酸浓度的增加
其反应到放热量急速增加
工业中我们经常使用
45%或65%的硝酸来进行反应
这也是我们硝酸那个知识点所讲的
我们可以用常压方法和加压方法
所得到不同浓度的硝酸和产品
充分利用中和反应热
是我们制取高浓度硝酸铵溶液
生产过程中的关键
如何把反应热
用于我们硝酸铵溶液的自己的水的蒸发
是我们非常关注的
在合理安排的时候
基本上可以不通过补充热的方式
来蒸发我们硝酸所带来的水分
我们甚至可以利用反应热
提高蒸发浓缩的热量
在操作压力为0.15MPa以下的时候
我们把它称之为常压中和过程
如果在 0.15MPa以上的时候
我们把它称之为加压中和
这两种中和方式的不同
会对我们整个
产生的蒸汽和热利用效果
是有所区别的
常压中过程温度较低
对设备的腐蚀性比较小
但是
由于它所利用的热量比较少
所以我们的能耗就会变高
加压中和具有的优点是
可以采用浓硝酸
并利用中和过程所产生的热量
生产我们的蒸汽
所以它的热利用率比较高
所得的硝铵的浓度也会比较高
氨与硝酸的气相反应并不完全
应尽量在液相中进行反应
所以
气氨应先进入我们中和器的循环溶液中
那么
在整个中和反应过程中
氨的损失是我们非常关注的
一个重要的工业指标点
氨的损失由哪些因素会造成
首先
当反应温度过高的时候
那么
硝酸铵里面的氨的损失就会变高
第二点
是硝酸浓度过高的时候
蒸出的水分比较多
这时候
水蒸气会形成一个气液夹带作用
也会夹带走比较多的氨
造成氨的损失
第三个是
当氨的纯度比较低的时候
排放惰性气体会造成氨的损失
第四个方面
是碱性条件与酸性条件相比较而言
碱性条件它的氨的损失量更大
所以在实际生产过程中
我们通常控制硝酸略微的过量
游离硝酸的控制在0~0.1g/l的
这样一个含量
第五方面是
中和器的设计
会造成气液接触不良
或有局部氨累积
都会加剧氨的损失
所以
我们在中和器设备设计过程中
一定要注意设备的内件气液分布
以及防止局部累积的现象发生
那么
前端通过中和过程中
我们的硝铵溶液
所得的浓度会是比较稀的
为了得到我们的硝酸铵的产品
我们需要对稀溶液进行蒸发浓缩过程
蒸发过程一般采用两段蒸发的方式
第一段
我们可以采用立式液膜蒸发器
物料停留时间是比较短的
在这样短的时间内
我们的硝铵不易分解
采用真空度在66.7~73.3kPa的条件下
进行降膜蒸发
经过一段蒸发之后
我们硝铵的溶液浓度提高了
其粘度也会增大
所以在第二段蒸发过程中
我们采用的卧式蒸发器
操作真空度进一步提升
达到80kPa左右
除了我们的大部分采用的中和法
生产硝酸铵之外
我们还可以通过转化法来生产硝酸铵
通常是指利用复合肥料
生产中的副产品
硝酸钙与二氧化碳 氨反应
或者是碳酸铵反应所形成的硝酸铵
这里面要特别指出
我们复合肥中
有一个工艺叫做硝酸磷肥
在硝酸磷肥生产过程中
是用硝酸来分解磷矿
那么溶液中就会产生大量的硝酸钙
我们可以通过冷却结晶的方式
将硝酸钙分离出来
那么
也就是可以作为我们
转化法的硝酸的硝酸根的这个来源
下面两个方程式
分别是硝酸钙与二氧化碳和氨气
转化成硝酸铵的反应
和硝酸钙和碳酸铵进行转化
生成硝酸铵的反应
在反应之后进行过滤
再进行蒸发等操作时
可以得到最终我们的硝酸铵的产品
硝酸钙溶液中
大家要注意
它常含有硝酸镁
因此在碳酸铵这个条件下
要使我们的碳酸铵
尽量的过量
过量大多会生成我们的二元盐
是我们碳酸镁和碳酸铵的二元盐沉淀
同时会造成我们氨的损失
在转化过程中
我们的温度一般控制在45~55℃
反应时间在30分钟内完成
那么
在转化工艺过程中
我们也通常分成两段进行转化
第一段
主要按原料中的硝酸钙完全反应
加入我们的碳酸铵和硝酸钙
使我们的硝酸钙能够尽量的反应完全
在第二阶段
我们加入碳酸铵
对第一阶段的反应过程进行调控
达到最优的条件
碳酸铵的总量
使反应后
悬浮液中过剩的碳酸铵
保持为8~12g/l为宜
那么接下来大家可以看到
这是我们硝酸铵生产的一个
常压中和的典型流程
我们可以直接利用
合成氨氨冷器蒸发的
0.15~0.25MPa气氨中和
采用硝酸浓度为45%到49%的浓度
并预热到60℃进行中和
中和的时候
出口硝铵的浓度约为62%到65%
中和反应区的温度约为120℃
可以利用所形成的中和反应热
使我们硝酸铵的溶液
浓缩到82%到85%之间
好
硝酸铵的生产的工艺
我们就介绍到这里
请大家下来好好复习
谢谢
-1.1 合成氨概述及基本工艺流程
-1.2 原料气的制取
-1.3 原料气的净化、脱硫
-1.4 一氧化碳变换
-1.5 二氧化碳脱除
-1.6 甲烷化
--1.6 甲烷化
-1.7合成氨工艺及设备
-第一章作业
-2.1尿素生产工艺条件分析
-2.2 尿素工艺流程及设备
-2.3 硝酸铵生产工艺
-2.4 磷肥和磷酸
-2.5 氯化钾的生产
-2.6 硫酸钾的生产
-2.7 复合肥的生产
-第二章作业
-3.0 概述
--3.0 概述
-3.1 二氧化硫炉气制取
-3.2 炉气的净化与干燥
-3.3 二氧化硫催化氧化
-3.4 三氧化硫吸收
-3.5 三废治理与综合利用
-3.6稀硝酸生产过程
-第三章作业
-4.1 聚乙烯
--4.1 聚乙烯
-第四章作业
-5.1天然气脱硫回收
-5.2天然气转化合成甲醇
-5.3天然气氯化加工
-5.4天然气制二硫化碳
-第五章作业
-6.1 原油的预处理
-6.2 原油精馏
--6.2 原油精馏
-6.3 延迟焦化
--6.3 延迟焦化
-6.4 催化裂化
--6.4 催化裂化
-6.5加氢裂化
--6.5加氢裂化
-6.6加氢精制
--6.6加氢精制
-第六章作业
-7.1固定床气化法
-7.2沸腾床气化法
-7.3气流床气化法
-第七章作业