Аммофос

Введение

Аммофос - это концентрированное, безнитратное, водорастворимое, гранулированное, азотно-фосфорное удобрение.

Является универсальным удобрением для всех сельско-хозяйственных культур на любых почвах при различных способах внесения, лучше усваивается растениями, чем суперфосфат.

Аммофос является самым распространенным сложным удобрением. Это объясняется его высокой  агрохимической эффективностью и хорошей совместимостью с другими удобрениями, что позволяет на основе аммофоса получать смешанные удобрения с любым заданным соотношением питательных веществ. Кроме того, для производства аммофоса можно использовать бедные фосфоритные руды (24—26% Р₂О₅). В Советском Союзе аммофос получали из фосфорной кислоты на основе апатитового концентрата (марка А) и на основе фосфоритов (марка Б). Технические требования на аммофос гранулированный, согласно ГОСТ 18918—79, приведены в табл. 1.

Аммофос можно вносить в качестве основного удобрения в грядки при посеве под все культуры и в подкормку - под пропашные, технические культуры и овощи. Недостаток этого удобрения в том, что азота в нем содержится значительно меньше, чем фосфора, тогда как в практике чаще всего их вносят в одинаковых дозах. Поэтому для получения нормального соотношения N и P₂O₅  к аммофосу необходимо добавлять определенное количество одностороннего азотного удобрения – NH₄N0₃ или CO(NH₂)₂ .

В зависимости  от вида сырья, из которого производят Н3РО4 (апатит, фосфориты), содержание питательных  веществ в аммофосе составляет: 10-12% азота, 42-52% усвояемого Р2О5, в т.ч. 34-48% водорастворимого. Влажность готового продукта не более 1%, количество в нем гранул размерами 1-4 мм - не менее 90% 

Аммофос является  физиологически кислым удобрением, поскольку входящие в его состав ионы NH₄⁺ нитрифицируются в почве и подкисляют ее. Он эффективен на любых почвах, но особенно на черноземных и каштановых. Применяют аммофос для основного внесения под технические культуры. Как водорастворимое удобрение аммофос пригоден для подкормки овощных, плодовых и зерновых культур. Однако для непосредственного внесения используется только часть аммофоса, основная его масса идет на приготовление уравновешенных смешанных удобрений. 

 
                 

 

 

Требования  к качеству аммофоса

Таблица 1

 

Показатели	Марка А высший сорт	1-ый сорт	Марка  Б высший  сорт	1-ый сорт
Содержание, масс. %, не менее Р2О5 усв.	52	50±1	44	42±1
Р2О5 вод.	48	46	36	34
N	12±1	12±1	11±1	10±1
вода, не более	1,0	1,0	1,0	1,0
Гранулометрический  состав, % гранулы размером менее 1   мм, не более	3	5	3	5
гранулы  размером от 1 до 4 мм, не менее	95	90	95	90
гранулы размером более 6 мм	Отсутствие
Статическая прочность гранул, Мпа	3	3	3	3
Рассыпчатость, %,  не менее	100	100	100	100

 

Целью данной  работы является изучение производства аммофоса и решение  поставленных задач, таких как: выбор  технологической схемы производства, характеристическое описание сырья  и продуктов, описание используемых химических реакторов, описание основных стадий процесса, очистка продуктов  производства, перспективы совершенствования  получения продукта производства.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Характеристика сырья

Сырье - один из основных элементов  технологического процесса, который  определяет в значительной степени  экономичность процесса, технику  производства и качество продукта.

Сырьем называют природные материалы, используемые в производстве промышленных продуктов. Вследствие роста промышленного  производства и увеличения ассортимента химической продукции возникает  необходимость в новых видах  сырья. Развитие техники добычи, подготовки, обогащения сырья позволяет использовать новые виды сырья, полезные ископаемые, содержащие малые количества полезных компонентов. Таким образом, сырьевая база химической промышленности непрерывно расширяется. Исходным материалом многих производств является сырье, уже  подвергшееся промышленной переработке, которое называют полупродуктом (полуфабрикатом или основным материалом). Сырье  в значительной степени определяет качество и себестоимость продукта.

1.1. Основное сырье

Ортофосфорная кислота - неорганическая кислота с химической формулой H₃PO₄, которая при стандартных условиях представляет собой бесцветные гигроскопичные кристаллы.

При температуре выше 213 °C она превращается в пирофосфорную кислоту H₄P₂O₇. Очень хорошо растворима в воде. Обычно ортофосфорной (или просто фосфорной) кислотой называют 85 % водный раствор (бесцветная сиропообразная жидкость без запаха). Растворима также в этаноле и других растворителях.

Фосфорная кислота смешивается  с водой в любых соотношениях. Разбавленные водные растворы имеют  кисловатый вкус. Из высококонцентрированных  растворов кристаллизуется в  виде гемигидрата (полугидрата) H₃PO₄·0,5H₂O - бесцветные кристаллы моноклинной сингонии.

Фосфорная кислота при нормальных условиях малоактивна и реагирует  лишь с карбонатами, гидроксидами и  некоторыми металлами. При этом образуются одно-, двух- и трехзамещенные фосфаты. При нагревании выше 80 ⁰C реагирует даже с неактивными оксидами, кремнеземом и силикатами. При повышенных температурах фосфорная кислота - слабый окислитель для металлов. Фосфорная кислота при нагревании теряет воду с образованием последовательно пиро- и метафосфорных кислот.

В промышленности фосфорную кислоту  получают термическим и экстракционным способами:

Термический способ (позволяет производить  наиболее чистую фосфорную кислоту) включает основные стадии: сжигание (окисление) элементного фосфора в избытке  воздуха, гидратацию и абсорбцию  полученного P₄O₁₀ конденсацию фосфорной кислоты и улавливание тумана из газовой фазы. Существуют два способа получения P₄O₁₀: окисление паров P (в промышленности используют редко) и окисление жидкого P в виде капель или пленки. Степень окисления P в промышленных условиях определяется т-рой в зоне окисления, диффузией компонентов и др. факторами. Вторую стадию получения термического фосфорной кислоты - гидратацию P₄O₁₀ - осуществляют абсорбцией кислотой (водой) либо взаимодействие паров P₄O₁₀ с парами воды. Гидратация (P₄O₁₀ + 6H₂O=4H₃PO₄) протекает через стадии образования полифосфорных кислот. Состав и концентрация образующихся продуктов зависят от температуры и парциального давления паров воды.

Все стадии процесса могут быть совмещены  в одном аппарате, кроме улавливания  тумана, которое всегда производят в отдельном аппарате. В промышленности обычно используют схемы из двух или  трех основных аппаратов. В зависимости  от принципа охлаждения газов существуют три способа производства термической  фосфорной кислоты: испарительный, циркуляционно-испарительный, теплообменно-испарительный. Испарительные системы, основанные на отводе теплоты при испарении воды или разбавленной фосфорной кислоты, наиболее просты в аппаратурном оформлении. Циркуляционно-испарительные системы позволяют совместить в одном аппарате стадии сжигания P, охлаждения газовой фазы циркулирующей кислотой и гидратации P₄O₁₀.

Теплообменно - испарительные системы совмещают два способа отвода теплоты: через стенку башен сжигания и охлаждения, а также путем испарения воды из газовой фазы; существенное преимущество системы - отсутствие контуров циркуляции кислоты с насосно-холодильным оборудованием.

Основная область использования  фосфорной кислоты - производство фосфорных  и сложных концентрированных  удобрений, а также получение  кормовых фосфатов, синтетических моющих и водоумягчающих средств.

Аммиак. (NH₃) - нитрид водорода, при нормальных условиях - бесцветный газ с резким характерным запахом (запах нашатырного спирта), почти вдвое легче воздуха, ПДК р.з. 20 мг/м³ -- IV класс опасности (малоопасные вещества). Растворимость NH3 в воде чрезвычайно велика - около 1200 объёмов (при 0 °C) или 700 объёмов (при 20 °C) в объёме воды.

Сравнение физических свойств жидкого  аммиака с водой показывает, что  аммиак имеет более низкие температуры  кипения (t_кип = 33,35 °C) и плавления (t_пл = 77,70 °C), а также более низкую плотность, вязкость (вязкость жидкого аммиака в 7 раз меньше вязкости воды), проводимость и диэлектрическую проницаемость. Это в некоторой степени объясняется тем, что прочность этих связей в жидком аммиаке существенно ниже, чем у воды, а также тем, что в молекуле аммиака имеется лишь одна пара неподеленных электронов, в отличие от двух пар в молекуле воды, что не дает возможность образовывать разветвлённую сеть водородных связей между несколькими молекулами. Аммиак легко переходит в бесцветную жидкость с плотностью 681,4 кг/мг, сильно преломляющую свет. Подобно воде, жидкий аммиак сильно ассоциирован, главным образом за счёт образования водородных связей. Жидкий аммиак практически не проводит электрический ток. Жидкий аммиак - хороший растворитель для очень большого числа органических, а также для многих неорганических соединений. Твёрдый аммиак - бесцветные кубические кристаллы.

Промышленный способ получения  аммиака основан на прямом взаимодействии водорода и азота: N₂(г) + 3H₂(г) = 2NH₃(г) +91,84 кДж

Это так называемый процесс Габера (немецкий физик, разработал физико-химические основы метода). Реакция происходит с выделением тепла и понижением объёма. Следовательно, исходя из принципа Ле-Шателье, реакцию следует проводить при возможно низких температурах и при высоких давлениях - тогда равновесие будет смещено вправо. Однако скорость реакции при низких температурах ничтожно мала, а при высоких увеличивается скорость обратной реакции. Проведение реакции при очень высоких давлениях требует создания специального, выдерживающего высокое давление оборудования, а значит и больших капиталовложений. Кроме того, равновесие реакции даже при 700 °C устанавливается слишком медленно для практического её использования. Применение катализатора (пористое железо с примесями Al₂O₃ и K₂O) позволило ускорить достижение равновесного состояния. Интересно, что при поиске катализатора на эту роль пробовали более 20 тысяч различных веществ. Учитывая все вышеприведённые факторы, процесс получения аммиака проводят при следующих условиях: температура 500 °C, давление 350 атмосфер, катализатор. Выход аммиака при таких условиях составляет около 30 %. В промышленных условиях использован принцип циркуляции - аммиак удаляют охлаждением, а непрореагировавшие азот и водород возвращают в колонну синтеза. Это оказывается более экономичным, чем достижение более высокого выхода реакции за счёт повышения давления.

1.2. Вспомогательное сырье

Вода -  Химическая промышленность использует воду в огромных количествах и для самых разнообразных целей. Это объясняется комплексом ценных свойств воды, ее доступностью и удобствами применения. На заводах воду используют в основном для охлаждения жидкостей и газов. Сравнительно меньше ее расходуют на чисто технологические нужды, например, для приготовления пушонки. Воду используют также для питания паровых котлов, производящих пар для отгонки газов в отделении дистилляции, для паровых машин, если они имеются на заводе, и отопления помещений. Расход воды на 1 т соды в летнее время достигает 150 м3.

Качество воды характеризуется  содержанием растворенных в ней  солей и газов. Особое внимание уделяется  так называемым солям жесткости, т.е. солям кальция и магния, которые всегда содержатся в природных наземных и подземных источниках воды.

Различают временную и постоянную жесткость воды. Первая обусловливается растворенными в воде бикарбонатами Са(НСО₃)₂ и Mg(HC0₃)₂, которые при нагревании воды до температуры кипения разлагаются с выделением в осадок карбонатных солей, например:

Са(НСО₃) _{2 →} СаСОз + СO₂ + Н₂O

Соли постоянной жесткости - СаС1₂, CaS0₄ и др. - при нагревании из воды не удаляются. Они выделяются в осадок при испарении воды, образуя на стенках аппаратов трудно удаляемую плотную накипь. Жесткую воду можно использовать только в тех случаях, когда условия ее применения не вызывают выделения твердых осадков, например в холодильниках, где охлаждающая вода не нагревается до температуры, способствующей устранению временной жесткости. В котельных установках, где вода не только нагревается, но и испаряется, недопустима не только временная, но и постоянная жесткость. Поэтому воду для них предварительно очищают от солей кальция и магния химическим способом на специальных установках. На заводах, расходующих большие количества воды, используют "оборотную воду", получаемую охлаждением уже использованной нагретой воды в специальных установках - градирнях, брызгальных бассейнах и т.п.

Метан - простейший углеводород, бесцветный газ (в нормальных условиях) без запаха, химическая формула - CH₄. Мало растворим в воде, легче воздуха. При использовании в быту, промышленности в метан обычно добавляют одоранты (обычно меркаптаны) со специфическим «запахом газа». Метан нетоксичен и неопасен для здоровья человека. Однако имеются данные, что метан относится к токсическим веществам, действующим на центральную нервную систему. Накапливаясь в закрытом помещении, метан взрывоопасен. Обогащение одорантами делается для того, чтобы человек вовремя заметил утечку газа. На промышленных производствах эту роль выполняют датчики и во многих случаях метан для лабораторий и промышленных производств остается без запаха.