Отчет по практике в ОАО «Азот»

 

 

Содержание

Введение…………………………………………………………………………...3

1. Основные физико-химические характеристики нитрата калия……………..4

2. Способы производства нитрата калия………………………………………...5

2.1.Производство нитрата калия конверсионным способом…………………...6

2.2.Прямые способы производства  калиевой селитры………………………..10

2.3.Получение нитрата калия  нейтрализацией щелочей азотной  кислотой…14

2.4.Получение нитрата калия  абсорбцией калиевыми щелочами

нитрозных газов………………………………………………………………….15

3.Краткое описание основного  оборудования…………………………………15

4.Рынок нитрата калия…………………………………………………………..16

Заключение……………………………………………………………………….18

Список используемой литературы……………………………………………...19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

       Важность производство калиевой селитры имеет огромное значение в наше время, так как техническая калиевая селитра (ГОСТ 19790—74) содержит 99,9—99,7% KNQ3 и её применяют во многих отраслях промышленности и в сельском хозяйстве. Продукт высшего сорта используют в производстве электровакуумного и оптического стекла, для обесцвечивания и осветления хрустальных и технических стекол. Калиевая селитра входит в состав дымных порохов и пиротехнических композиции, используется для производства эмалей, закалки металлов и т. д.

      Калиевая селитра является ценным безбалластным удобрением, содержащим калий и азот. Наибольший эффект достигается при внесении ее под культуры, отрицательно относящиеся к хлору: сахарная свекла, виноградники, табак, садовые и ягодные культуры, цитрусовые и др. Вследствие высокой стоимости и дефицитности калиевая селитра пока в сельском хозяйстве имеет ограниченное применение, в основном для гидропоники.  Перспективно использование нитрата калия в наиболее современных ирригационных системах; здесь объёмы применения растут на 8-10% в год, так как нитрат калия обладает наилучшей растворимостью из всех соединений калия, что важно для повышения работоспособности таких систем.

 

 

 

 

 

 

1. Основные физико-химические  характеристики нитрата калия

Физико-химические свойства	Обозначение	Единица измерения	Значения
Молекулярная масса	М	-	101,103
Температура плавления	Тпл	К	610
Теплота плавления	Qпл	кД ж/моль	11,89
Энтальпия образования при 298 К	ΔНобр	кД ж/моль	-493
Теплоемкость при 298 К	Ср °	Дж/(моль*К)	93.3
Энтропия при 298 К		Дж/(моль*К)	133.2
Плотность при 298 К	р	т/м3	2.11

         Нитрат калия – неорганическое бинарное соединение, представленное формулой KNO3, известное также под названиями азотнокислый калий, калийная селитра, калиевая селитра. Соединение KNO3 представляет собой бесцветный кристаллический порошок, нелетучий, не имеющий запаха, обладающий гигроскопическими свойствами. Вещество хорошо растворимо в воде. Не токсично для животных. В природе вещество KNO3 встречается в виде минерала нитрокалита, крупнейшие залежи которого обнаружены в Ост-Индии и Чили. Основные физико-химические константы нитрата калия приведены в таблице1.

Таблица 1. «Физико-химические свойства нитрата калия»

 

 

         Термическое разложение нитрата калия начинается при 533-561°С и происходит с образованием нитрита калия, кислорода и оксида азота. С увеличением температуры от 660 до 700 и 800°С резко увеличивается степень диссоциации нитрата калия, и в расплаве появляется не только нитрит, но и оксид калия К2О.

В расплавах KN03-NaN03 отмечена диссоциация NO3 до NO2 и О2 при температурах ниже 300°С, однако даже при 500-600°С разложение нитратного расплава незначительно.

Чистая калиевая селитра не растворяется в этиловом спирте. диэтиловом эфире, растворяется в глицерине, этиленгликоле. Растворимость (С) KNO3 в воде значительно повышается с ростом температуры (t). эта зависимость показана в таблице 2.

Таблица 2. Зависимость растворимости нитрата калия в воде с ростом

Обозначение	Единица измерения	Значения температуры и растворимости нитрата
t	°С	-2.84	20	40	60	80	100	180
C(KNО3),	% (масс.)	10.87	24.0	39.0	52.0	62.8	71.1	87,0

температуры

 

2. Способы производства  нитрата калия

       В наше время наиболее распространенным способом промышленного производства нитрата калия является конверсионный, основанный на обменном разложении нитрата натрия и хлорида калия. Этот способ используется на заводах по производству нитрата калия.

 

 

2.1.Производство нитрата калия конверсионным способом

Конверсионные способы основаны на реакции обмена между нитратами натрия, кальция или аммония и хлоридом, сульфатом или карбонатом калия.

      Наибольшее промышленное распространение получил. ставший традиционным, конверсионный способ производства KNO3. основанный на обменном разложении NaNO3 и KCI:

NaN03+KCl=NaCl+KN03 Равновесное содержание солей, участвующих в этой реакции, сильно зависит от температуры процесса.

        На действующих производствах процесс конверсии ведут периодически, когда по мере выпаривания воды в реактор неоднократно добавляют растворы, подвергаемые упариванию, a NaCl отделяют в друкфильтре. и непрерывно. Принципиальная технологическая схема непрерывного производства калиевой селитры приведена на рисунке 1.

Рис.1. «Схема производства  калиевой селитры конверсионным способом».

1 - растворитель; 2, 20 - фильтропрессы; 3 - подогреватель; 4 - выпарной аппарат; 5 - греющая камера; 6,14 - фонари; 7 - сепаратор; 8, 15, 23 - конденсаторы; 9, 11, 12, 19, 27 - сборники; 10, 17, 26 - центрифуги; 13 - кристаллизатор 1-ой ступени; 16, 25 - отстойники; 18 - растворитель кристаллов («распарник»); 21 - переливные сосуды; 22 - кристаллизатор 2-ой ступени; 24 - растворитель; 28 – сушилка.

     В растворителе 1 при 80-90°С готовят эквимолекулярный раствор КС1 и NaNО3 концентрацией 50-55%. Раствор подают на рамный фильтропресс 2 и после отделения нерастворимых примесей смешивают с маточным раствором первой стадии кристаллизации для достижения необходимого соотношения К/NOз(-0,75). подогревают до 90-100°С в подогревателе 3 и направляют на выпарной аппарат 4, где при 125-145°С раствор упаривается и из него кристаллизуется хлорид натрия.

        Осветленный маточный раствор из застойной зоны выпарного аппарата насосом подают в трубки выносной греющей камеры 5, где нагревают паром 0,6 МПа до 130-150°С и подают в сопло струйного насоса. Кинетическая энергия струн в центральной трубе преобразуется в статический напор, обеспечивающий циркуляцию суспензии по замкнутому контуру внутри выпарного аппарата.

Упаренный раствор плотностью 1,68-1,73 т/м3 выводят из выпарного аппарата в сборник 9. откуда подают на центрифугу 10. Кристаллы NaCl отделяют от маточника, промывают конденсатом до содержания не более 1-2% KNO3. Маточный раствор, содержащий 7,5-8,5% (масс.) NaCl, плотностью 1.60-1.65 т/м3 смешивают с маточным раствором II ступени кристаллизации.

В кристаллизаторе раствор охлаждается до 48-55°С за счет самоиспарения воды под разряжением 10-13 кПа, при этом кристаллизуется KNO3. Суспензию сгущают в отстойнике 16 и на центрифуге 17 отделяют кристаллы KNO3 от маточника и промывают их. Осветленный раствор из отстойника и маточный раствор после центрифуги срабатываются, смешиваясь с исходным раствором.

Первичные кристаллы KNO3 с содержанием 1,4-1,7% NaCl растворяют в распарнике 18, куда подают конденсат сокового пара и острый пар давлением 0.4 МПа. 60-65%-ный раствор KNO3 при 90-100°С через рамный фильтрпресс 20 подают в кристаллизатор II ступени 22. где за счет самоиспарения под разрежением 12 кПа он охлаждается до 48-52°С и перенасыщается по KNO3. Необходимый вакуум в кристаллизаторах I и II ступеней поддерживают последовательно установленными паровым эжектором и вакуум-насосом.

Осветленный раствор из отстойных зон кристаллизатора через переливные сосуды 21 поступает в растворитель со змеевиковым теплообменником 24, где растворяются излишние зародыши и мелкие кристаллы.

Суспензию KNO3 сгущают в отстойнике 25, кристаллы KNO3 отделяют от маточника и промывают паровым конденсатом на центрифуге 26. Маточник с содержанием 46-48% KNO3 и 1,8-2.4% NaCl подают на рециркуляцию и I ступень кристаллизации.

       Сушку и охлаждение калиевой селитры ведут в сушилках с кипящим слоем 28. Влажную соль шнеком подают в сушильную камеру, в нижнюю часть которой вентилятором подают подогретый до 160-180°С воздух.

Воздух подогревают паром давлением 1.3 МПа. Сухая соль пересыпается в камеру охлаждения, где ее охлаждают воздухом до 40°С. и после упаковки направляют на склад. Основным недостатком данного способа получения KN03 является необходимость применения дефицитного сырья (Na2CO3) и образование отхода NaCI, который из-за примесей KN03 имеет ограниченное применение.

В таблице 3 приведены расходные коэффициенты на 1 т калиевой селитры.

 

 

Таблица 3. Расходные коэффициенты на 1 т калиевой селитры

Коэффициент	Единица измерения	Значение
Нитрат натрия (100% NaNO3)	т	0,87-0,89
Хлорид калия (95% КС1)	т	0,80-0,81
Электроэнергия	кВт*ч	160-190
Пар	ГДж	12-16
Вода	м3	290
Воздух технологический	м3	160

 

     Существуют и другие конверсионные методы получения нитрата калия. Так, во Франции разработан и осуществлен процесс, основанный на реакции нитрата аммония и хлорида калия:

NH4N03+KC1=KN03+NH4C1

      Существенным недостатком данного способа является необходимость после выделения нитрата калия при низких температурах выпаривать чрезвычайно агрессивные растворы хлорида аммония. Поэтому все оборудование, находящееся в контакте с NH4C1, изготовляется из углеродомолибденовой стали.

        Разработанный в Швейцарии способ получения калиевой селитры заключается в обменном разложении хлорида калия с нитратом кальция

2KCl+Ca(N03)2=2KN03+CaCl2.

      Способ отличается многостадийностью: после выделения при температуре (10)-(-20)°С нитрата калия маточный раствор выпаривают, а выделяющуюся при охлаждении до 20°С двойную соль KNО3*CaCl2*2H2O возвращают на первую стадию. Из этой соли при охлаждении раствора до 10°С может быть выделен СаСl*6H2О. Выход нитрата калия в данном способе не превышает 76%, при утилизации маточного раствора после отделения хлорида кальция выход KNO3 может быть повышен до 92%.

     Предложено проводить конверсию в среде изопропилового cпиpma, а также полиспиртов и кетонов, в которых KNO3 практически нерастворим, а СаСl2 сравнительно хорошо растворим.

Разработан конверсионный способ получения нитрата калия на основе нитрата кальция и сульфата калия:

K2S04+Ca(N03)2−> 2KN03+CaS04.

       В данном способе гипс отфильтровывают при 60 С° а из фильтрата при охлаждении до 20°С кристаллизуется нитрат калия. Во избежание потерь калия в виде двойной соли CaSO4,К2SO4*2Н2О при кристаллизации гипса в раствор вводят избыток нитрата кальция и тщательно контролируют этот избыток. Примеси сульфатов и хлоридов магния и натрия, содержащиеся в сырье, выводят при упаривании маточного раствора. Получаемый таким образом продукт содержит до 99.9% KNO3.

        Также существуют другие способы получения калиевой селитры, но они практически не используются в промышленном производстве.

2.2.Прямые способы производства калиевой селитры

           Прямые способы получения калиевой селитры основаны на взаимодействии хлорида калия с азотной кислотой, жидкими или газообразными оксидами азота:

Этот способ, не нашедший пока широкого распространения в промышленности вследствие трудностей, связанных главным образом со значительной коррозией аппаратуры, представляет, однако, интерес, так как не требует затраты дефицитных щелочей и большого расхода пара 236-243.

Взаимодействие хлорида калия с азотной кислотой или окислами азота идет по следующим схемам:

KC1 +HNO3 = KNO3 + HCl 3HC1 + HNO3 = NOC1 + Cl2 + 2H20

2КС1 + 3N02 + Н20 = 2KN03 + 2НС1 + NO HCl + 2N02 = HN03 + NOC1