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.