Технология производства азотных удобрений

 

1.4.Производство сульфата аммония.

1.4.1.Свойства и применение сульфата аммония.

Сульфат аммония или сернокислый  аммоний (NH₄)₂SO₄ представляет собой белый кристаллический порошок.

Удельный вес кристаллического сульфата аммония 1,77г/см³, молекулярный вес 132,16.

Насыпной вес кристаллического сульфата аммония в среднем около  800 кг/м³. Кристаллы сульфата аммония соленый на вкус; они хорошо растворяются в воде, причем с повышением температуры воды растворимость сульфата аммония увеличивается, как видно из таблицы 5.

Таблица 5. Содержание (NH₄)₂SO₄ в насыщенном раствора при различных температурах.

Температура 0С	(NH4)2SO4 вес.,%	Температура 0С	(NH4)2SO4 вес.,%
-19	38,4	50	45,8
0	41,4	60	46,8
10	42,2	70	47,9
20	43	80	48,8
30	43,8	90	49,8
40	44,8	100	50,8

 

С повышением концентрации водного раствора сульфата аммония  повышается температура кипения  раствора, однако это повышение весьма незначительно. Температура кипения  водных растворов сульфата аммония  в зависимости от содержания в  них (NH₄)₂SO₄ показана в таблице 6.

Таблица 6. Зависимость Температура кипения водных растворов сульфата аммония от содержания в них (NH₄)₂SO₄.

Содержание (NH4)2SO4 в 100г воды	Температура кипения раствора, 0С	Содержание (NH4)2SO4 в 100г воды	Температура кипения раствора, 0С
15,4	101	71,8	105
30,1	102	99,1	107
44,2	103	115,3	108
58,0	104

 

Химически чистый сульфат  аммония содержит 25,76% аммиака или 21,21% азота.

При образовании из водного  раствора кристаллов сульфата  аммония  выделяется значительное количество тепла (тепло кристаллизации). При растворении  кристаллов сульфата аммония в воде происходит обратное явление – тепло  поглощается.

Растворимость сульфата аммония  в слабых растворах серной кислоты (5-10%) примерно такая же, как и воде. С повышением концентрации кислоты (от 10% и выше) растворимость сульфата аммония увеличивается, при этом часть сульфата аммония переходит  в бисульфат:

(NH₄)₂SO₄+H₂SO₄=2NH₄HSO₄

Чем больше растворено кристаллов сульфата аммония в воде, тем больше удельный вес раствора.

Удельные веса растворов  сульфата аммония различной концентрации при 20 ⁰С приведены в  таблице 7.

Таблица 7. Удельный вес водных растворов сульфата аммония.

Содержание (NH4)2SO4 в растворе,%	Удельный вес раствора г/см3	Содержание (NH4)2SO4 в растворе,%	Удельный вес раствора г/см3
10	1,0575	40	1,2294
20	1,1149	45	1,2583
30	1,1724	50	1,2890
35	1,2004

 

Под действием тепла сульфат  аммония начинает разлагаться с  выделением аммиака и образованием кислого сернокислого аммония NH₄HSO₄. Полное разложение сульфата аммония наступает при 513⁰С.

Наша промышленность выпускает: сульфат аммония трех видов: технический  очищенный, аккумуляторный и для  удобрений.

Сульфат аммония технический  очищенный применяется для производства химический реактивов, в пивоваренной промышленности. Неочищенный технический  сульфат аммония применяется  в качестве удобрения и отличается от технического очищенного сульфата тем, что в нем допускается  небольшое содержание хлоридов, мышьяка  и нерастворимых в воде примесей.

Сульфат аммония аккумуляторный (ГОСТ 894-41) содержит основного вещества столько же, сколько и технический  очищенный, но отличается от последнего значительно меньшим содержанием  всех других примесей ,в частности хлоридов.

Сульфат аммония является одним из самых распространенных видов азотных удобрений. При  внесении его в почву он дает хорошие  результаты в течение нескольких лет, но затем, по мере использования  растениями азота, в почве накапливается  свободная серная кислота, которая  подкисляет почву и ослабляет  действие  удобрения. Поэтом после  пяти-восьмилетнего внесения сульфата аммония в почву необходимо вместе с удобрением также вносить и некоторое количество извести, которая нейтрализует накапливающуюся в почве серную кислоту.

В зависимости от количества примесей сульфат аммония, выпускаемый  для удобрений, бывает первого и  второго сорта. Готовый  продукт  должен содержать (%):

	1 сорт	2 сорт
Влаги, не более	0,1	1,5
Азота в пересчете на сухое  вещество, не менее	21,0	20,8
Кислотности, не более	0,2	0,3
Роданистых соединений	Следы, определяемые качественной пробой

 

1.4.2. Способы получения сульфата аммония.

Существуют много видов  получения сульфата аммония из различного сырья, однако в азотной промышленность его производят только из аммиака и серной кислоты. Производство осуществляется по двум основным способам – «мокрому» и «сухому». Химизм процесса  в обоих способах одинаков, основное различие заключается в приемах осуществления реакции между аммиаком и кислотой.

Процесс поглощения аммиака  серной кислотой может быть выражен  двумя реакциями. При прохождении  газообразного аммиака через  слой серной кислоты сначала образуется хорошо растворимый в кислоте  кислый сернокислый аммоний (биосульфат аммония):

NH₃+H₂SO₄=HN₄HSO₄

По мере накопления в растворе биосульфата аммония он переходит в плохо растворяющийся в серной кислоте сульфат аммония, который выпадает из раствора в виде белых кристаллов:

NH₃+NH₄HSO₄=(NH₄)₂SO₄

Реакция поглощения аммиака  серной кислотой протекает с выделением тепла. При образовании сульфата аммония в результате поглощения аммиака 65-70%-ной серной кислотой выделяется 325 кал тепла на 1 кг сульфата аммония.

В заводских условиях реакция  взаимодействия аммиака с серной кислотой по «мокрому» способу осуществляется в аппаратах, называемых сатураторами, в которых газообразный аммиак барботирует через слой серной кислоты. Растворы серной кислоты в сатураторе, насыщенные сульфатом и биосульфатом аммония, называют щелоками.

При сухом способе распыленная  на мелкие каплисерная кислота реагирует с газообразным аммиаком в полой камере, в результате чего образуются сухие кристаллы сульфата аммония, которые осаждаются на дно камеры в виде тонкого порошка.

Получение сульфата аммония  по «мокрому» способу.

Производство сульфата аммония  по «мокрому» способу складывется из двух основных стадий:

1.Нейтрализация серной  кислоты аммиаком.

2.Отделение кристаллов  сульфата аммония от маточного  раствора.

 

 

 

1.4.3. Технологическая схема производства сульфата аммония

Газообразный аммиак (рис.52) по трубопроводу поступает в нижнюю часть сатуратора 1; 75-78%-ная серная кислота в сатуратор поступает  из напорного резервуара 2 через  мерник 3.

Часть  кислоты из этого  мерника поступает на орошение ловушки  аммиака 11.

В результате реакции между  серной кислотой и аммиаком образуется сульфат аммония, который опускается в конусную часть сатуратора и  образует там насыщенный раствор.

Насыщенный раствор сульфата аммония из нижней, конусообразной, части сатуратора непрерывно нагнетается  эжектором 4в отстойник 5. Маточные щелока из отстойника по трубопроводу стекают  обратно в сатуратор, а густой раствор по лотку 6 поступает в  центрифугу 7, где кристаллы соли отделяются от остатков маточного раствора. Маточный раствор по трубопроводу 8 снова возвращается в сатуратор, а соль из центрифуги по лотку 9 выгружается  на транспортер 10, который подает ее на склад. Для  уменьшения потерь аммиака  над сатуратором устанавливается  ловушка 11, орошаемая серной кислотой. Пары воды, пройдя ловушку 11,попадают в  выхлопную трубу 12, из которой выбрасываются  в атмосферу. Сжатый воздух в эжектор  поступает по трубопроводу 13 от компрессора 14.

1.5.Жидкие азотные удобрения. 

 Наряду с твердыми  азотными удобрениями в сельском  хозяйстве применяются также  и жидкие их формы: безводный  (жидкий) аммиак, водный аммиак (аммиачная  вода), аммиакаты. Производство их  значительно дешевле, чем твердых  солей. Например, себестоимость безводного  аммиака на одну единицу азота  составляет лишь 40% от себестоимости  азота аммиачной селитры. Основной  формой жидких азотных удобрений  остается безводный аммиак. В  наибольших масштабах его применяют  в США.

       Безводный аммиак (NH₃) - самое концентрированное безбаластное удобрение с содержанием азота 82,3%. Получается сжижением газообразного аммиака под давлением. При хранении в открытых сосудах быстро испаряется. Поэтому его хранят и перевозят в специальных толстостенных стальных цистернах, рассчитанных на давление 25-30 атм. При хранении аммиака в герметических сосудах под давлением он разделяется на две фазы: жидкую и газообразную. Вследствие большой упругости паров емкости для хранения и транспортировки жидкого аммиака заполняются не полностью. Жидкий аммиак корродирует медь, цинк и их сплавы, но практически нейтрален по отношению к железу, чугуну, стали.

     Аммиачная вода (водный аммиак) — раствор аммиака в воде. Первый сорт этого удобрения содержит 20,5% азота (25%-й аммиак), второй -16,4% азота (20%-й аммиак). Аммиачная вода имеет невысокое давление, не разрушает черные металлы. Поэтому для работы с ней используют резервуары из обычной углеродистой стали. При температуре 15° плотность водного аммиака первого сорта составляет 0,910, второго - 0,927. 25%-й водный аммиак замерзает при температуре -56°, 20%-й - при -33°. Азот в аммиачной воде содержится в форме аммиака (NH₃) и аммония (NH₄OH). Причем свободного аммиака содержится значительно больше, чем аммония, что обусловливает возможные потери азота за счет улетучивания. Работать с аммиачной водой проще, чем с безводным аммиаком, но она малотранспортабельна в связи с низким содержанием азота, поэтому аммиачную воду экономичнее применять в хозяйствах, расположенных вблизи предприятий, производящих это удобрение.

     Внесенный в почву аммиак быстро адсорбируется ею, а также поглощается почвенной влагой, превращаясь в гидроокись аммония. Аммиак в  почве  подвергается нитрификации.  Интенсивность поглощения аммиака почвой зависит от ее механического состава, содержания гумуса, влажности, глубины заделки удобрений и т.д. На тяжелых высокогумусированных и хорошо обработанных почвах аммиак поглощается лучше, чем на легких бедных гумусом. В связи с этим из почв легкого механического состава и сухих аммиак улетучивается быстрее.

     Все жидкие азотные удобрения нельзя вносить поверхностно и мелко заделывать, особенно в сухую песчаную почву, во избежание потерь от улетучивания. Вносятся эти удобрения специальными машинами и заделываются на тяжелых почвах на глубину не менее 10—12 см, а на легких — 14-18 см. Во всех случаях безводный аммиак заделывается на глубину не менее 14-15 см, а водный - 10-12 см. Если почва крупнокомковатая, то глубина заделки этих удобрений увеличивается в 1,2-1,5 раза. Вносят их в основном приеме под зяблевую вспашку, весной - под предпосевную культивацию и в подкормку пропашных культур в тех же дозах (по азоту), как и твердые азотные удобрения. В связи с тем, что жидкие азотные удобрения вносятся локально, расстановку подкормочных сошников необходимо проводить для культур сплошного сева на 20-25 см, а на лугах и пастбищах - 30-35 см, при подкормке пропашных культур - в зависимости от ширины междурядий. Технология применения жидких азотных удобрений по сравнению с твердыми требует более высокой профессиональной подготовки специалистов, мастерства и ответственности механизаторов. Хозяйства должны быть полностью обеспечены современной материально-технической базой для их хранения, транспортировки и внесения.