Технология минеральных солей (удо­Брений, пестицидов, промышленных со­лей, окислов и кислот)

Кристаллизация нитрата аммония

В зависимости от способа кристаллизации аммиачную селитру можно получать в виде мелкокристаллической или в виде агрегатов кристаллов, плотно связанных друг с другом в форме чешуек или гранул. В настоящее время в СССР промышленность производит для сельского хозяйства аммиачную селитру в гранулированном виде и небольшое количество чешуйчатой селитры. Мелкокристал­лическую селитру используют исключительно для технических це­лей.

Высококонцентрированный плав аммиачной селитры при незна­чительном охлаждении быстро затвердевает. При кристаллизации плава происходят превращения кристаллических модификаций со­ли, протекающие с выделением тепла 2>6. Если, например, в кри­сталлизатор поступает 92—93%-ный плав при температуре выше 126°, а температура соли на выходе из кристаллизатора меньше 32°, то количество тепла, выделяющегося при переходе соли из расплав­ленного состояния в кристаллическую модификацию IV с промежу­точными превращениями в модификации I, II и III, составляет 38,15 кал/г. Кроме того, при повышении концентрации плава в про­цессе кристаллизации также выделяется тепло в количестве, соот­ветствующем теплоте растворения NH4NO3. Общего количества тепла, выделяющегося при кристаллизации и расходующегося на испарение содержащейся в плаве воды, достаточно, чтобы из 92,6— 94%-ного плава аммиачной селитры, имеющего температуру выше 126°, получить почти сухую соль (с влажностью 0,1—0,2%). Од­нако превращения кристаллических модификаций селитры проис­ходят медленно, и поэтому кристаллизация с использованием вы­деляющегося тепла требует громоздкой и малопроизводительной аппаратуры. При таком способе кристаллизации получается мелко­кристаллическая аммиачная селитра114.

Кристаллизацию аммиачной селитры с использованием тепла плава и тепла кристаллизации для удаления содержащейся в плаве влаги осуществляют в чашечных кристаллизаторах Кестнера 115, в продуваемых холодным или горячим воздухом шнековых кристал­лизаторах е рубашками водяного охлаждения116 и во вращаю­щихся горизонтальных грануляторах барабанного типа, в которых плав разбрызгивается в противоточном потоке воздуха над слоем ретура 117,118.

В крупных промышленных установках, вырабатывающих ам­миачную селитру для нужд сельского хозяйства, в настоящее время применяют непрерывные способы кристаллизации в грануляцион­ных башнях или на охлаждающих вальцах. При кристаллизации на поверхности охлаждающих вальцов тепло кристаллизации исполь­зуется неполностью. Пленка плава закристаллизовавшейся соли разделяется на отдельные агрегаты кристаллов в виде чешуек, пло­хо поддающихся сушке. По гранулометрическому составу чешуйки очень неоднородны и потому менее удобны для рассева при внесе­нии в почву, чем гранулированная соль.

Обычно при кристаллизации аммиачной селитры на охлаждаю­щих вальцах концентрация поступающего плава составляет 97— 97,5%; температура плава 140°. При понижении концентрации пла­ва до 94,5—95,5% и медленном отводе тепла от поверхности вальца (температура отходящей воды при этом должна составлять 70— 75°) можно получать мелкокристаллическую соль. В этом случае сравнительно влажная горячая масса кристаллов, снятая ножом с поверхности вальцов, далее поступает в сушильный барабан, в котором постепенно подсушивается за счет тепла кристаллизации соли и горячего воздуха, продуваемого над солью. Получается мел­кокристаллическая соль с влажностью около 1 %.

Для получения аммиачной селитры в гранулированном виде кристаллизацию ее из плава проводят в башнях, имеющих цилин­дрическую или прямоугольную форму с конусным разгрузочным днищем. Высота их различна: от 15 до 100 л*119. Башни изготов­ляют из железобетона, из алюминия, из стали и алюминия. В СССР грануляционные башни изготовляют из бетона или из кирпича и Футеруют их кислотоупорным кирпичом на диабазовой замазке; вы­сота башен 35 м, диаметр 16 м.

Конусное днище башни выполняется из бетона или из углероди­стой стали. Для удобства чистки конуса в случае налипания соли на его внутреннюю поверхность конус изготовляют в виде отдель­ных секций, между которыми имеются отверстия.

Плав аммиачной селитры распределяется по сечению башни с помощью вращающегося разбрызгивателя — конической корзины с отверстиями 120. Однако брызги распределяются по сечению башни неравномерно, что является существенным недостатком такого типа гранулятора 121. Падающие капли плава охлаждаются встречным потоком холодного воздуха и кристаллизуются в виде гранул. В нижней части конуса башни размещается аппарат для доохла - ждения гранул в кипящем слое 122, 12Э. Затем гранулы через ниж­нее отверстие диаметром 1,2 м поступают на транспортер, подаю­щий аммиачную селитру на упаковку.

Воздух входит в башню через отверстия, расположенные по ок­ружности внизу цилиндрической части башни. Часть воздуха по­дается вентиляторами в доохладитель с кипящим слоем. Для со­здания гяги воздуха в специальных вытяжных трубах помещены вентиляторы (по два вентилятора на каждую башню) производи­тельностью до 100 000 н. и3/ч. Режим грануляции: концентрация пла­ва 98,3—98,5% NH4NO3, температура плава перед грануляцией не ниже 160°, число оборотов гранулятора 450 об/мин (при размере отверстий на верхнем поясе гранулятора не больше 1,9 мм). По­дача воздуха для охлаждения гранул 8000—10000 мъ/ч на 1 т NH4NO3124.

На выходе из башни воздух имеет 35—45°. Температура гранул, выгружаемых из башни, колеблется от 85—90 до 60° и зависит от температуры воздуха на входе в башню, его количества и, в мень­шей мере, от нагрузки, с которой работает грануляционная башня. Например, при количестве воздуха 100 000 м3/ч с температурой на входе в башню 14—15° изменение нагрузки на башню с 20 до 10 т/ч плава снижает температуру гранул на выходе из башни с 76 до 72°; при снижении же температуры воздуха на входе в башню до 4 и 2° температура гранул на выходе из башни при той же на­грузке уменьшается соответственно до 63—59°. Понижение темпе­ратуры гранул, выходящих из башни, например до 50—60°, яв­ляется очень желательным 125, так как при упаковке в мешки грану­лированной селитры с температурой выше 65° в последующем значительно снижается рассыпчатость гранул. Соль, загруженная в мешки с температурой ниже 55°, сохраняет рассыпчатость.

В грануляционной башне гранулы слегка подсушиваются. Их влажность на 0,1—0,15% меньше влажности поступающего в баш­ню плава. Это объясняется тем, что даже при 100%-ной относитель­ной влажности поступающего в башню воздуха, давление водяного пара над горячими гранулами больше парциального давления вла­ги в воздухе.

Гранулирование аммиачной селитры возможно и безбашенным способом, например пропусканием горячей кристаллической селит­ры через экструзионную машину с механическим срезыванием в ней гранул 126.

Предложено также грануляцию осуществлять в грануляторе та­рельчатого типа. Тарельчатый гранулятор имеет следующие раз­меры: диаметр тарелки 4,5 м, высота борта тарелки 30 см, угол наклона тарелки 45°, скорость вращения тарелки 14 об/мин. Во вращающуюся тарелку на слой соли поступают 44—75% раствор NH4N03 в аммиаке и 55—95%-пая азотная кислота. При этом про­исходит образование дополнительного количества NH4NO3 и испа­рение влаги. Одновременно происходит и классификация гранул. Необходимое количество тепла для испарения влаги регулируется подогревом самой тарелки и исходных реагентов 191.

Испытывалась грануляция NH4N03 в инертной жидкости 128.

Широко распространен процесс кристаллизации - и охлаждения гранул в кипящем слое 122-129~133. Предлагается также разбрызги­вать в реакторе с кипящим слоем гранул горячий раствор NH4NO3 концентрацией 50—95%; снизу поступает горячий воздух134.

Важной задачей является разработка мощных агрегатов произ­водства нитрата аммония, например, с производительностью 1400— 1500 т/сутки. Расчеты показывают, что удельные капитальные вло­жения при сооружении таких агрегатов примерно на 25% ниже, чем при средней мощности действующих в настоящее время. В связи с этим необходима разработка новых более производительных гра - нуляторов. Опыт показывает, что при замене существующих цен­тробежных грануляторов статическими и использовании в нижней части башни «кипящего слоя» можно значительно увеличить произ­водительность существующих грануляционных башен и улучшить гранулометрический состав готового продукта.