Установка отримання нітрофосок

 

                      Міністерство освіти і науки,молоді і спорту України

Дніпродзержинський державний  технічний університет

Кафедра хімічної технології неорганічних речовин

 

 

 

 

 

Курсовий проект

з дисципліни «Устаткування галузі і основи проектування» на тему:

«Установка отримання  нітрофосок»

 

 

 

 

                                                                              Виконала: студентка групи ТНР-09-1д 

                                                                                        Біда Олександра Олександрівна 

                                                                              Керівник роботи:

                                                                                        Олійник Микола Андрійович

                                                                                                                                            

 

 

 

                                                 м. Дніпродзержинськ,

                                                                  2013

                                                

 

                                                         Реферат

 

В даному курсовому проекті  розглядається установка отримання нітрофосок потужністю 3 т/год. В залежності від реагенту,який використовується для зв’язування CaO виділяють чотири способи.

В курсовому проекті присутні 3 основних розділи:

1. Загальна частина.

В даному розділі описується хімія  і механізм процесу виробництва нітрофоски, вплив умов на вихід та якість продукту: сировини, тривалості, температури, тиску та ін. Також використовуються рівняння реакцій та формули, які описують процес. Приводиться схематичне зображення основного апарату технологічної схеми наведеної у курсовому проекті.

2. Спеціальна частина.

Ця частина курсової роботи ділиться на матеріальний,тепловий баланс та механічні розрахунки. Для укладання балансу використовуються практичні дані, а також результати теоретичних розрахунків. Механічні розрахунки характеризують апарат на міцність і стійкість.

3.Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

     1

ТНР.ПК01.13.Рф.ПЗ

Розроб.

Біда О.О.

Перевір.

Олійник М.А.

Реценз.

 

Н. Контр.

 

 Затверд.

 

Реферат

Літ.

Аркушів

         1

ТНР-09

 Заходи щодо охорони праці і навколишнього середовища.

Кількість сторінок: ; рисунків: 2; таблиць: 2; бібліографічних посилань: 8.

Графічна частина містить 2 креслення: апарат U-подібний реактор-амонізатор,схема виробництва нітрофоски сульфатним методом.

апатит, нітрофоска, аміак, азотна кислота, сульфатна кислота, калій хлорид, реактор-амонізатор.

 

 

 

 

 

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

     1

ТНР.ПК01.13.Зм.ПЗ

Розроб.

Біда О.О.

Перевір.

Олійник М.А.

Реценз.

 

Н. Контр.

 

 Затверд.

 

      Зміст

Літ.

Аркушів

         2

ТНР-09

                                                       Зміст

Зміст………………………………………………………………………………..4

Вступ………………………………….6

1 Загальна частина…………………..

   1.1.Сировина для виробництва нітрофоски.

         1.1.1.Азотна кислота.

          1.1.2.Сульфатна кислота

         1.1.3.Аміак

          1.1.4.Хлорид калію.

   1.2.Властивості нітрофоски.

   1.3.Фізико-хімічні основи процесу.  

 1.3.1. Хімізм процесу.                                        

 1.3.2.Вплив норми і концентрації азотної кислоти.

 1.3.3.Температура процесу.

 1.3.4.Роздкладання домішок при переробці природних фосфатів.

 1.3.5.Утворення оксидів азоту при обробці фосфатної сировини азотною кислотою.

  1.4.Виробництво нітрофоски.

          1.4.1.Методи виробництва нітрофоски.

 1.4.2.Апаратурно-технологічне оформлення процесу виробництва нітрофоски.

2 Спеціальна частина

   2.1.Матеріальний баланс.

   2.2.Тепловий баланс.

   2.3.Механічний розрахунок.

3 Заходи щодо охорони праці  і навколишнього середовища

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

  2

ТНР.ПК01.13.Зм.ПЗ

 

 

    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                1 Загальна частина

            1.1.Сировина для виробництва нітрофоски.

                           1.1.1.Азотна кислота.

      Нітратна кислота є одним з найважливіших продуктів хімічної промисловості. Вона виробляється у дуже великих кількостях, використовується для виробництва азотних добрив, у кольоровій металургії для розділення металів, а також хімічній промисловості для виробництва пластмас, вибухових речовин, целулоїду і фотокіноплівки, штучного волокна, органічних барвників, лікувальних речовин тощо.

      Нітратна кислота є безбарвною димучою рідиною з їдким запахом, легко розкладається, забарвлюючись у жовтий колір. Густина 1,53 г/см³. Кипить при 86°С, замерзає при — 41°С. На повітрі HNO₃ «димить» внаслідок притягання її парами вологого повітря і утворення дрібненьких крапельок туману.

Нітратна кислота нестійка і  вже під впливом сонячного  світла поступово розкладається:

4HNO₃ = 4NO₂ + O₂ + 2H₂O

При нагріванні розклад її значно прискорюється. Утворюваний діоксид азоту розчиняється в HNO₃ і надає їй жовтуватого кольору. У водних розчинах нітратна кислота значно стійкіша. З водою HNO₃ змішується в будь-яких співвідношеннях.

Нітратна кислота належить до сильних  кислот, у водних розчинах вона практично  повністю дисоціює.

 У продаж нітратна кислота звичайно поступає у вигляді 68%-ного розчину з густиною 1,4 г/см³. [1. Вікіпедія – вільна енциклопедія]

 

 

 

 

 

                                1.1.2.Сульфатна кислота

     Сульфатна кислота (дигідрогенсульфат, застаріла назва — купоросне масло) — сполука сірки з формулою H2SO4.Безбарвна масляниста, дуже в'язка і гігроскопічна рідина. Сірчана кислота одна з найсильніших неорганічних кислот і є дуже їдкою та небезпечною. Ця кислота утворює два ряди солей: сульфати і гідроген сульфати, в яких у порівнянні з сульфатною кислотою замінюються один або два аніони гідрогену на катіони металів. Сірчана кислота є однією з найважливіших технічних речовин у світі і лідирує за кількостю виробництва. Вона в основному використовується для виробництва добрив і інших неорганічних кислот. В основному використовуються водні розчини цієї кислоти. [1]

Хімічно чиста сульфатна кислота  являє собою важку безбарвну  маслянисту рідину. Продається звичайно її 96,5 % - ний водний розчин густиною 1,84 г/см3 або так званий «олеум», тобто  розчин SO3 в H2SO4. У воді H2SO4 розчиняється дуже добре (змішується з водою в  необмежених кількостях). При цьому  виділяється тепло, і розчин дуже сильно нагрівається (навіть до кипіння води). Тому при додаванні води до концентрованої сульфатної кислоти остання розбризкується внаслідок швидкого перетворення води в пару. Через це при розведенні концентрованої H2SO4 треба кислоту вливати у воду (а не навпаки!) тонким струменем при старанному розмішуванні розчину скляною паличкою.

Сірчана кислота є дуже важливим товаром хімічної промисловості  і є індикатором її промислової потужності. Світове виробництво в 2004 році склало близько 180 млн тонн, при наступному географічному розподілі: Азія 35%, Північна Америка 24%, Африка 11%, Західна Європа 10%, Східна Європа і Росія 10%, Австралія і Океанія 7%, Південна Америка 7%. Головним споживачем її є виробництво мінеральних добрив. Більша частина виробленої кислоти (~ 60%) витрачається на виробництво добрив, суперфосфату фосфату амонію,сульфатів, сульфату амонію. Близько 20% використовується в хімічній промисловості для виробництва миючих засобів, синтетичних смол, барвників, фармацевтичних препаратів, інсектицидів, антифризу, а також для різних технічних процесів. Близько 6% використовують для виробництва пігментів, фарб, емалей, типографських фарб. Використовується також як осушувач газів. У хімічній промисловості цю кислоту застосовують при виробництві барвників, штучного волокна, залізного купоросу FeSO4•7H2O, мідного купоросу CuSO4 • 5H2O і інших продуктів. [2. Ф.А.Деркач "Хімія" Л. 1968]

                         1.1.3.Аміак

Аміак — безбарвний газ з характерним  різким запахом і їдким смаком. Він майже у два рази легший від повітря. При −33,35°С і звичайному тиску аміак скраплюється в безбарвну  рідину, а при −77,75 °C замерзає, перетворюючись у безбарвну кристалічну масу. Його зберігають і транспортують  у рідкому стані в стальних балонах під тиском 6—7 атм.

У воді аміак розчиняється дуже добре: при 0°С і звичайному тиску в 1 об'ємі  води розчиняється близько 1200 об'ємів NH3, а при 20°С — 700 об'ємів. Концентрований розчин містить 25% NH3 і має густину 0,91 г/см3. Розчин аміаку у воді називають аміачною водою або нашатирним спиртом. Звичайний медичний нашатирний спирт містить до 10%: NH3, амічна вода від 10% і більше. При нагріванні розчину аміак легко випаровується. [1]

      Аміак належить до найважливіших продуктів хімічної промисловості, щорічне його світове виробництво досягає 150 млн. тонн. В основному використовується для виробництва азотних добрив (нітрат і сульфат амонію, сечовина), вибухових речовин і полімерів, азотної кислоти, соди (по аміачному методу) та інших продуктів хімічної промисловості. Рідкий аміак використовують як розчинника.

      В холодильній техніці використовується як холодильного агента (R717)

      В медицині 10% розчин аміаку, частіше званий нашатирним спиртом, застосовується при непритомних станах (для порушення дихання), для стимуляції блювоти, а також зовнішньо - невралгії, міозити, укуси комах, обробка рук хірурга. При неправильному застосуванні може викликати опіки стравоходу та шлунка (у разі прийому нерозведеного розчину), рефлекторну зупинку дихання (при вдиханні у високій концентрації). [3. Гордон А., Форд Р. Супутник хіміка. М.:Мир, 1976. - 544 с..]

                               1.1.4.Хлорид калію.

      Хлор́ид кáлію — KCl, калієва сіль соляної кислоти. Біла кристалічна речовина. Температура плавлення 776 °C, температура кипіння 1407 °C. Відноситься до структурного типу NaCl. В природі зустрічається у вигляді мінералу сильвіна.

Широко застосовується в сільському господарстві як калійне добриво. Крім того, служить сировиною для одержання  гідроксиду калію та інших сполук калію. Іноді застосовується як добавка  до кухонної солі (так звана «сіль  з пониженим вмістом натрію»).

      Хлорид калію є найбільш поширеним калійним добривом. Згідно ГОСТ 4568-95 1-й сорт містить не менше 60% К2О, 2-й сорт - не менш 58% К2О і води не більше 0,5%.

      Застосовується для виробництва гідроксиду калію методом електролізу. На кристалах хлориду калію можливе формування голограм.

У ряді штатів США використовується як ін'єкції при страті. [1]

                            1.2.Властивості нітрофоски.

     Нітрофоска являє собою складне добриво,яке містить три основні поживні елементи (N,P і K),кількісне співвідношення яких може бути різне. Випускається декілька сортів нітрофоски,які розраховані на використання під певні сільськогосподарські культури,в залежності від співвідношення поживних речовин в добриві.

     Співвідношення поживних речовин (N : P2O5 : K2O) в різних сортах нітрофоски можуть бути наступними: 1:1:1; 1:1,5:1; 1:1,5:1,5; 1:2:1,5. Фосфор міститься в нітрофосці у цитратнорозчинній формі – у вигляді дикальційфосфату CaHPO4 і у водорозчинній формі у вигляді фосфату амонію NH4H2PO4. Азот міститься і в нітратній формі – у виді нітрату калію KNO3, і в аміачній формі – у вигляді фосфату амонію NH4H2PO4 і хлористого амонію NH4Cl, і в аміачно-нітратній формі – у вигляді нітрату амонію NH4NO3. Третій поживний елемент – калій входить у склад нітрофоски у виді хлористого калію KCl і нітрату калію KNO3.[4. Гончаров А.І.,Середа І.П. Хімічна технологія,ч.2. – Київ:Вища школа,1980-280с.]

     По зовнішньому вигляду нітрофоска представляє собою агрегати кристалів у формі гранул білого кольору. Вона володіє низькою гігроскопічністю і незначно злежується. Суха нітрофоска (при вологості до 2%) розсіюється задовільно,при підвищеної вологості (5%) – погано. Реакція добрива нейтральна.

     Насипна вага нітрофоски 0,95-1,02 т/.

     Основні переваги  нітрофоски по зрівнянню з  іншими видами простих і складних  добрив:

1.високий вміст поживних речовин  – азоту,фосфору і калію;

         2.висока агрономічна ефективність;

3.можливість змінювати співвідношення  поживних речовин і,відповідно,використовувати  добриво на різних ґрунтах  і під різні культури;

4.однорідне і тонке розміщення  поживних компонентів в масі  добрива;

5.гарні фізичні властивості,які  дозволяють вносити добриво в  ґрунт механізованим шляхом  без  попереднього дроблення і іншої  додаткової обробки.  [5. В.А.Кльовке, М.М.Поляков, Л.З.Арсенієва Технологія азотних добрив,1963,392с]  

                       1.3.Фізико-хімічні основи процесу.  

                        1.3.1. Хімізм процесу.   

Розкладання фосфатів азотною кислотою являється складним процесом,який протікає по наступній основній реакції:

Ca5(PO4)3F + 10HNO3 = 3H3PO4 + 5Ca(NO3)2 + HF.

Домішки – карбонати кальцію  і магнію,полуторні оксиди (заліза,алюмінію,рідкоземельних металів) і фторид кальцію,які містяться у фосфатах,також взаємодіють із азотною кислотою з утворенням нітратів:

(Mg,Ca)CO3 + 2HNO3 = (Mg,Ca)(NO3) + CO2 + H2O,

R2O3 + 6HNO3 = 2R(NO3)3 + 3H2O,

CaF2 + 2HNO3 = Ca(NO3)2 + HF.

Полуторні оксиди заліза і алюмінію взаємодіють і з фосфорною  кислотою:

Fe2O3 + 2H3PO4 = 2FePO4 + 3H2O,

Al2O3 + 2H3PO4 = 2AlPO4 + 3H2O.