硝酸铵的生产工艺与操作

硝酸铵的生产工艺与操作： 目录 第一节硝酸铵的性质 2 一、多晶现象 3 二吸湿性 3 三、结块性 3 四、爆炸危险性和起火危险性 4 第二节 硝酸铵生产的几种方法： 7 一、常压中和造粒法 7 二、加压中和一段蒸发造粒法 8 三、加压中和无蒸发沸腾造粒法 8 四、常压中和二段蒸发真空蒸发结晶生产硝酸铵 9 第三节 氨和硝酸的中和过程 10 硝酸铵的生产可以分为下列几个主要过程 10 一、中和反应原理 10 二中和过程流程 11 三中和主要设备 11 四，正常操作管理 12 第四节硝酸銨溶液的蒸发 16 一 蒸发过程原理 16 二、蒸发流程 19 三蒸发主要设备 21 一二段蒸发结构如图 75 所示。 21 第五节 硝酸銨溶液的结晶 31 二、结晶流程 33 三、主要设备维护 33 四、 正常操作管理 34 第六节 硝酸銨成品的包装、贮存及运输 38 第一节 化 学 分 析 38 第二节 自 控 简 介 48 临沂远博化工有限公司曹守印 第一节硝酸铵的性质第一节硝酸铵的性质 57 安全文件 H2O二氧化硫 SO2+ 纯硝酸铵（含 35%的氮）为白色结晶。其中的 氮以铵基及硝酸基两种形态存在。分子量为 80.04，纯硝酸铵的熔点为 169.1， 即使含微量的水，其熔点也会降低。比重介于 1.41.79 克/厘米 3之间。比热 (在 2028）0.422 卡/克、度或 87.2 千卡/克分子，熔融热 16.2 卡/克。 硝酸铵在水中的溶解度很大，并随温度的升高而急剧增加，见表 32 表 32 NH4NO3在水中的溶解度 溶解度固相温度溶解度 温度克/100 克水 重量 % 克/100 克水 重量 % 固相 -69 -13.6 -16.9 -10 20 49.9 43.7 89.5 16.7 33.3 42.3 47.24 冰 冰 菱形 菱形 50 60 70 80 344 415 499 614 77.5 80.6 83.3 86.0 单斜晶形 单斜晶形 单斜晶形 单斜晶形 0 10 20 25 30 32.3 40.0 118.5 150.3 187.7 209 232 243 283 54.94 60.05 65.24 67.63 69.9 70.88 73.9 菱形 菱形 菱形 菱形 菱形 单斜晶形 单斜晶形 84.2 90 100 130 125.2 146 169.6 694 777 1023 1900 2464 4875 87.4 88.6 91.1 95.0 96.1 97.99 100 四方晶形 四方晶形 四方晶形 四方晶形 等轴晶形 等轴晶形 熔融状态 硝酸铵溶液的沸点和比重，随浓度的增加而增大。见表 33 表 33 不同浓度下 NH3NO3的沸点和比重 NH4NO3 % 沸点比重 NH4NO3 沸点比重 35.1 51.9 71.3 81.4 87 105 110 120 130 140 1.1 1.77 1.276 1.328 1.35 90.57 93.4 95.9 97.55 98.9 150 160 180 200 220 1.357 1.39 1.398 1.401 1.403 硝酸铵还具有下列特殊性质。 一、多晶现象一、多晶现象 硝酸铵具有五种不同的结晶体，每一种晶体，都只有在一定的温度范围内才是 稳定的。 硝酸铵的五种晶形如表 34 所示 表 34 硝酸铵的晶体形态 34 晶体形态（变化形态）晶体稳定存在的温度范围 密度， g/cm3 立方晶体（） 169.6125.21.69 菱形晶体（） 假同晶体（） 正交晶体（） 四方晶体（） 125.284.2 84.232.3 32.3-16.9 -16.9 以下 1.69 1.66 1.726 1.725 将硝酸铵缓慢加热或冷却时，它可以连续地从一种晶形转化为另一种晶形，并 伴随着表 34 所示的热效应。如果突然从高温冷却至低温，即可以从一种晶形直 接转化为另一种晶形，而不经过中间的晶形。例如把处于 125.2的硝酸铵迅 速冷却至 32.3，即可以从晶形直接转化为晶形。在晶形转化的同时，晶 体的结构、密度、比容也随之发生变化，并放出热量。 二吸湿性二吸湿性 硝酸铵与其它含氨盐类不同的地方，是具有相当高的吸湿性，这是一个很大的 缺点。 吸湿性是指物质由空气中吸收水分的能力。在某一温度下，当周围大气中水蒸 汽压力超过该物质饱和溶液面上的水蒸汽压力时，该物质即吸湿。反之，则物 质将减湿，两者相等时物质即不吸湿也不减湿，而成平衡状态。由此可见，硝 酸铵饱和溶液上面的水蒸汽压力越小，吸湿性就越强。吸湿性的强弱用吸湿点 来衡量。 所谓吸湿点，就是硝酸铵饱和溶液上面的水蒸汽压力与同温度下空气 的饱和水蒸汽压力之比，用百分数表示。空气的温度越高，相对湿度越大，硝 酸铵愈易吸湿。例如 30时，吸湿点为 59.4%，而在 10时，则为 75.3%。可 见，热和潮湿对硝酸铵的储存不利。 三、结块性三、结块性 硝酸铵的结块性，就是当成品硝酸铵储存时，会失去其疏散的性质，而成为固 结的产品硬块。这使得在工业上及农业上使用硝酸铵时产生困难。 引起硝酸铵结块的主要原因为： （1）硝酸铵能以几种晶体形态存在。当从一种晶形变成另一种晶形时，晶体形 态及其密度和体积都会发生变化。这样，在一定的条件下，就会使得硝酸铵颗 粒间紧密结合，并促成结块。将硝酸铵制成大颗粒，是减弱其结块的方法之一。 （2）硝酸铵在冷却、干燥条件下，会从它的饱和溶液中析出结晶。一般在生产 中，硝酸铵是在 8090和含水分 0.21.5%时进行包装的。硝酸铵的温度及水 分愈高，溶解于此水分中的硝酸铵也就愈多。当硝酸铵缓慢冷却时 ，其溶解度 逐渐降低，并从饱和溶液中析出结晶，使硝酸铵颗粒互相结块。 （3）细粒硝酸铵受到很大压力时会由于颗粒互相挤压，引起结块。 （4）硝酸铵的吸湿性。在储存期间就是没有结块的硝酸铵，也会由于本身具有 吸湿性，逐渐吸收水分，而后在干燥或冷却时，也能结块。因为在此情况下， 从硝酸铵的饱和溶液中析出了新的结晶。 用造粒的方法可以减弱硝酸铵的结块性。在包装之前冷却（至 32.3以下）硝 酸铵，并使成品水分含量尽量减少，也是减低结块的办法。 此外，在硝酸铵中加入添加剂或制成复合肥料，也可以减弱其结块。 成品硝铵经干燥的冷空气冷却，在 15以下用塑料袋密封包装或造粒加填料都 可避免结块。 图 57 包装时硝铵温度对其结晶性的影响 1-含水分为 1.3%；2-含水分 1.1%；3-含水分 0.5%；4-含水分 0.9%。 四、爆炸危险性和起火危险性四、爆炸危险性和起火危险性 硝酸铵对于震动，冲击或摩擦是不敏感的，也没有自燃地性能。因此，使用和 生产硝酸铵时，只要遵守一定的安全规程，一般说来是比较安全的。 硝酸铵的爆炸主要是由下列原因引起的： （1）纯硝酸铵的热分解； （2）足够猛烈的引信作用； （3）有机物质存在时的热分解； （4）某些无机杂质和金属粉末的影响。 硝酸铵的热分解： 在 110时不断加热纯硝酸铵，则按下式分解： NH4NO3=HNO3+NH3-41300 卡 （1） 此热效应是属于固体盐的。熔融状硝酸铵的分解过程吸热 37.0 千卡。在 185200下分解时，生成一氧化二氮和水： NH4NO3=N2O+2H2O+30300 卡 （2） 自 230或更高的温度开始，分解的速度加快，同时有弱的闪光发生。此时按 下式分解为氮及氧： 2NH4NO3=2N2+O2+4H2O(气体)+30700 卡 （3） 熔融状态的硝酸铵按此式分解时，放热量是 35 千卡。 如果此时分解是在定容下进行的，则温度和压力可达 550和 4500/2。在快 速加热的情况下，反应亦可按下式进行： 2NH4NO3=2NO+N2+4H2O+9200 卡 （4） 熔融状态的硝酸铵放热量为 13.0 千卡。 当温度高于 400，按下列反应式分解并发生爆炸： 4NH4NO3=3N2 +2NO2 +8H2O +29500 卡 （5） 熔融态硝酸铵按此式分解时放热 33.5 千卡。在此温度下也可能发生下列的反应： 3NH4NO3 =N2O3 +2N2+ 6H2O (气体)+23300 卡（6） 熔融态硝酸铵分解时放热 27.0 千卡。当有海棉状的铂存在时，反应进行如下： 5NH4NO3=2HNO3 +4H2 +9H2O +33400 卡 (7) 熔融态硝酸铵的反应放出热量 37.5 千卡。当爆炸时，硝酸铵分解的总反应最可 能是按下式进行的： 8NH4NO3=2NO2+4NO +5N2 +16H2O (8) 总的来说，上述诸方程式在硝酸铵分解时都可能发生。 但实际上分解反应并非同时按照所有的方程式进行。由于条件的不同，可能某 一个反应是主要的，而其它几个反应是进行得较少的副反应。 燃着不含杂质的硝酸铵，会很快地停止燃烧，这是因为分解反应所需要的大量 的热比燃烧所放出的热量要多（在温度低于 260时，硝酸铵的分解总过程是 吸热的），从而使得热量的供应不足的缘故。当包装在袋内的硝酸铵燃烧时成 品会熔融并有一部分烧掉。当在足够的高温下，由有机可燃物引起的火灾因硝 酸铵的存在而加剧。 值得提出的关于硝酸铵热分解的概念，人们常常把硝酸铵开始生成气体这个概 念同开始分解这个概念混为一谈，这是不精确的，因为严格地说，硝酸铵在温 度大大低于开始生成气体的温度时，就以相当的速度进行离解，而离解过程也 就是分解过程。如在生产过程中的一、二段蒸发器中的硝酸铵溶液，在负压下 仅 90 130，当蒸发之前的硝酸铵溶液呈中性时，经加热蒸发后，硝酸铵 溶液即成酸性。在蒸发过程中，在一定的温度下延长加热时间，或在一定的加 热时间不变的情况下提高加热温度，则经蒸发加热后的硝酸铵溶液的酸度加大。 这是由于硝酸铵离解时氨的扩散速度大于硝酸蒸气的扩散速度。 硝酸铵的分解过程在反应初期，是自动催化反应。在硝酸铵分解过程中生成的 硝酸是起催化剂的作用，分解开始以后，催化作用很快便消失。关于硝酸铵分 解过程中的作用，下面还要讨论到。 引信的影响： 干燥的硝酸铵仅在爆炸力强的引信作用下才发生爆炸，含水分高于 3%的硝酸铵 即使有明显的引爆物作用，有时也很难爆炸。 一般来说，硝酸铵爆炸所需的引暴力比现今一般爆炸物所需的引爆力要大。 文献中记载的硝酸铵爆炸，大多是由于其中含有爆炸物（如：三硝基甲苯等） 或是促进硝酸铵分解爆炸的物质（有机物和无机物杂质及金属等）。 有机物质的影响： 在一定的压力和温度范围内，硝酸铵含有有机杂质时，它的爆炸和起火危险性 会增加。 如硝酸铵浸渍过的有机物，在常温下，遇到二氧化氮气体时，便很容易达到自 燃。在生产过程中，常有条帚、油毡、棉纱、破布等，因接触硝酸铵溶液而自 燃。了解这一点是很重要的。生产过程中，经常碰到硝酸铵成品水分超过指标， 包装后，湿硝酸铵又从牛皮纸内渗析出，而引起着火，很容易造成火灾，严重 时产生爆炸。 硝酸铵的粉末中混有有机物质时，使硝酸铵的爆炸危险性增大。 一般认为，包 装好的水分较高的硝酸铵，比干的硝酸铵安全。使用含水分大于 1.0%的湿硝酸 铵，比使用含水分 0.1%或更低的干燥硝酸铵更安全。但在实际情况下也常见湿 度较大的硝酸铵着火，这里做如下解释，有待进一步研究。 （1）由于稀湿造成包装纸等有机物受到浸渍而自燃。 （2）由于水解热稳定降低产生亚硝酸铵类不稳定物比干燥时易燃烧爆炸。 （3）温度高加速分解放热。 （4）产生游离酸放出原子氧使助燃和自燃加剧。 （5）混入有机杂质。 （6）混入金属物质。 （7）流入易于引燃引爆的物质。 （8）有 NO2产生和存在。因而单纯认为硝酸铵含水分大就安全也不符合事实。 而且从改善化肥的物理性质，亦即从降低结块性和提高松散性来看，硝酸铵的 水分愈小愈有利。 从参考文献中报道的许多事例证明在中和蒸发及结晶过程中，近管水分含量很 高，也还是发生过多次的爆炸事故。近几年来，我国有些小型硝酸铵工厂发生 的爆炸事故，大多数都是硝酸铵含量较少、水分较大的系统中产生的。这些事 故很可能与亚硝铵的存在和 N2O4等不稳定物质的产生有关，需进一步研究。 无机杂质和金属的影响： 熔融的硝酸铵不与铝、铁、水银和锡起反应；但与铋、镉、铜、鎂、铅、镍和 锌相互作用，其中尤以镉和铜最活泼。这些金属促使生成亚硝酸铵，而亚硝酸 铵是不稳定的能增加爆炸性能的物质。因此，在生产和贮存时要防止这些金属 落入硝酸铵中。此外，必须避免用锌制的容器来贮藏硝酸铵，要避免与镀锌的 铁皮制成的仓库墙壁相接触，尤其是在长期贮藏硝酸铵时，铬酸盐。高锰酸盐、 硫化物、氯化物亦同样能促使硝酸铵分解。 硝酸铵与强酸（硫酸、盐酸、硝酸、）结合，发生氧化放热反应，从而促使硝 酸铵温度升高至燃点引起着火，严重时产生爆炸的危险。特别应当强调的是硝 酸对硝酸铵作用。前面谈到，在硝酸铵分解过程中生成的硝酸是对分解过程起 催化作用的。在硝酸铵中添加硝酸时，硝酸铵的分解速度急剧增大。研究证明： 在硝酸铵中加入 5%的硝酸时，硝酸铵于 200时的分解速度加大了 99 倍。并且:硝 酸铵于 175230时的分解速度与加入硝酸铵中的硝酸（或硝酸铵离解所生成 的硝酸）的浓度成比例。 在生产实践中，因成品硝酸铵呈酸性而发生着火事故，也证实了上述试验的正 确性。 硝酸铵与二氧化氮进行反应，生成的气态产物中有氮气。这在 1906 年就已证实。 其反应过程可能按下列方程式进行： NH4NO3+2NO2=N2+2HNO3+H2O+55500 卡 最早的试验资料指出：硝酸铵用二氧化氮或一氧化氮和二氧化氮的混合物处理 后，硝酸铵熔融，最后则变成硝酸。用碱清除过量的氮氧化物，反应的气态产 物就是氮气。 另外的试验指出：将硝酸铵溶液溶于 98%硝酸中，将二氧化氮通过溶液，结果 也析出氮气，当硝酸铵很多的时候，如果在其中通入氮氧化物，由于硝酸铵分 解是放热反应，所以分解反应会猛烈地发展，这是很危险的。二氧化氮是许多 氧化反应的催化剂。掌握这一点是很重要的，生产过程中，必须严格控制送往 中和器硝酸中的氮氧化物含量，以防氧化氮与氨发生更危险的反应。大家都知 道，二氧化氮（或四氧化二氮）能同氨起极为强烈的反应，并且，当反应浓度 相当高的时候，这个反应有爆炸性的特点。有人研究了在 100200于气相中 进行的这个反应，反应的基本产物是硝酸铵、水和氮气，此外，还发现存在极 少量的一氧化二氮、一氧化氮及亚硝酸铵。认为有上述物质是由于二氧化氮和 氨同水作用的结果。 由于硝酸铵在一定的条件下能够爆炸和起火，因此，在生产、运输、贮藏中要 采取严格的预防措施。当发生火灾时，为了熄灭硝酸铵的火，用水最合理和有 效。因为水不仅降低温度，而且还容易使硝酸铵溶解。 上面讨论了关于容易使硝酸铵产生热分解危险性的物质，主要是硝酸、氧化氮 气和水，这些物质在不同条件，对硝酸铵的热分解起催化作用。为了保证生产、 运输、使用过程中的安全起见，在硝酸铵中加一些物质，可降低其热分解和爆 炸的危险性，这些添加物质叫稳定剂，一般常用的有尿素（加入量为硝酸铵重 量的 0.051.0%)碳酸钙或碳酸鎂（5%左右）或乌洛托品等，都可降低其热分解 危险性和爆炸危险性。 硝酸铵的不良物理性质吸湿性和结块性给工业上，特别是农业上应用时， 造成很大的困难。为了制造不结块的硝酸铵，除采用造粒工艺以外，还往硝酸 铵中加入一些填料，这些填料必须是不能促使硝酸铵的爆炸危险性增加，而且 使吸湿性和结块性改善，一般这方面使用的有机和无机添加剂种类很多。 第二节第二节 硝酸铵生产的几种方法：硝酸铵生产的几种方法： 硝酸铵的制造硝酸铵的制造 几乎全部是采用氨和稀硝酸中和的方法。然后将制得溶液进行加工成为成品硝 酸铵。以中和反应的压力来分，可分为常压法和加压法两种。加压法一般在 14kg/cm2。 硝酸铵溶液的蒸浓，据原料稀硝酸铵浓度的高低及气氨和稀硝酸预热程度不同， 可分为无蒸发法及一段蒸发法，二段蒸发法（或三段蒸发法）多种。 硝酸铵的结晶方法分为造粒法和结晶法两种。 硝酸铵生产方法主要受原料硝酸浓度的限制。在各种流程中，很难评定哪种最 优越，只能根据具体情况，全面考虑，选用一种较为适当的流程。 一、常压中和造粒法一、常压中和造粒法 在常压中和造粒法生产硝酸铵的流程中，可根据原料稀硝酸的浓度和稀硝酸、 气氨的预热程度，决定采用蒸发器的段数。如以 4447%的硝酸中和氨，需采用 二至三段蒸发法，蒸浓硝酸铵溶液，才能造粒。如果采用 50%以上的硝酸，加 之对原料进行适当预热，中和器出口溶液浓度可达 8595%则可采用一段蒸发法， 即能进行造粒。造粒塔一般用钢筋水泥筑，一般有效高度在 3040 米之间。 （一）常压中和三段蒸发造粒法 此流程为我国某些大厂采用，特点是：原料稀硝酸浓度为 4245%（稀硝酸不 预热）；气氨纯度99%，预热至 4060.中和在常压下进行，中和出口溶液 浓度 64%以上，温度 115125.一段蒸发器在 40140MM 汞柱下，以 0.2kg/cm2中和蒸发蒸汽加热，一段蒸发后，溶液浓度可达 7885%二段蒸发器 在常压下蒸发，以 48kg/cm2蒸汽加热，二段蒸发后，溶液浓度可达 9092%。三段蒸发器在 140240mm 汞柱下，以 8kg/cm2蒸汽加热，蒸发后溶 液浓度达 98.2%以上。经离心式喷洒造粒器 在造粒塔内喷洒造粒。然后，经皮 带输送机在运输过程进行冷却，最后称量、包装。 一、三段真空蒸发器一般采用电动水泵，并设有大气冷凝器及附属装置。 （二）常压中和一段蒸发造粒法 此流程特点： 1、中和系统：气氨温度预热至 80以上，稀硝酸浓度 53%以上，中和操作温度 135140，利用中和热进行部分蒸发，中和出口溶液浓度可达 8595%。 气氨管道装有压力自动调节装置，中和采用 PH 酸度计，自动调节进酸量。 2、蒸发系统：8595%的中和溶液经泵送至装在造粒塔上的液膜蒸发器中，蒸 发至 99.5%。蒸发采用真空泵为两级蒸汽喷射泵，所用蒸汽均为 1.1MPa，以自 动调节阀控制。蒸发后的气液混合物经分离后，送至离心造粒器造粒。分离后 的蒸发蒸汽抽入表面冷凝器借冷却水间接冷凝，冷凝后的气体由一级蒸汽喷射 泵抽入中间冷凝器进一步冷凝，最后未冷凝气体经二段蒸汽喷射泵抽出放空。 两个冷凝器的冷凝液流至液封槽，排入下水道。 3 造粒及沸腾冷却：熔融物经贮槽流至由电机带动的离心造粒器，在离心力作 用下，喷下的液滴与由塔下部风口进入的空气进行逆流接触，冷却结晶，形成 直径为 13 毫米的粒状成品，造粒塔内冷却空气借自然抽吸，物料由 175降 至 90落在塔下皮带上，经滚筒冷却（或加入捕粉剂），最后进行自动磅称量 和包装。 二、加压中和一段蒸发造粒法二、加压中和一段蒸发造粒法 此种流程特点： 1、中和流程：6kg/cm2气氨由液氨蒸发器送入中和器下部。5060%，的硝酸经 中和蒸发蒸汽预热后，由泵送入中和器下部。气氨与硝酸在中和器内快速进行 反应，并保证中和器内溶液产生强烈循环。中和操作压力 3.54/2，反应 温度 200，中和蒸发蒸汽由中和器顶部排出，作为热源进入蒸发器。中和器 出口溶液浓度为 8085%。经在中和器，调整酸碱度后流入溶液槽。 2 溶液浓缩过程：中和过程制备之硝酸铵溶液直接抽至蒸发器，蒸发器在真空 下操作，采用水喷射泵，热源使用中和蒸发蒸汽。蒸发后溶液浓度可达 95%。 蒸发前后溶液进行交换，以防浓溶液结晶堵塞。 此流程，当原料硝酸浓度为 50%时，产生的蒸汽除自给，当用 54-57%的硝酸时， 生产一吨硝酸铵所产生的蒸汽除自给外尚多余 11.6 吨。蒸浓的硝酸铵溶液与 添家剂混合后进入带搅拌之结晶机，经初步浓缩，结晶后进入槽型成粒器，其 中设有特殊的二个逆向转动的刮刀，以保证物料与由筛分装置中返回之细粉强 烈混合，最后成粒时一部分水分被蒸发，物料程浆状。于是物料由下部进入回 转筒中，通过空气进行干燥，颗粒最后结晶成型变硬。物料经回转筒出口送至 过筛装置，以分离 24.5 毫米之间物料作为成品。大于 4.5 毫米和小于 2 毫米 的颗粒于破碎机中研细并返回成粒器，作为返料使用。一般返回量为成品的 23 倍较宜。 过筛合格产品进入第二个回转筒中加捕粉剂。捕粉剂由计量加料装置连续加入。 最初降温至高于大气温度 1015，此回转筒用新鲜空气冷却。 三、加压中和无蒸发沸腾造粒法三、加压中和无蒸发沸腾造粒法 当原料硝酸浓度达 58%以上时，采用高效加压中和反应器，使反应后的溶液浓 度达到相当高的程度，从而可以完全不要蒸发系统，采用流态化床造粒法，以 代替高大的造粒塔使流程大为简化。 此流程特点： 1、中和过程 足够压力的气氨和硝酸在各自的热交换器内充分预热后，连续加入特殊的中和 反应器。气氨和硝酸反应放出的热量加上原料预热后带入的热量，足够可以蒸 发掉随稀硝酸带进的全部水分。采用加压反应，防止了硝酸的蒸发，尤其是在 加热硝酸时，也减少了气相中固定氮的损失。由于气氨预热，中和过程湍动增 加，同时将气氨加热 到最大的可能温度 200，不仅提高了熔融物的浓度，而 且制造了反应介质的强烈混合条件，也改善了操作体系，降低了生产损耗。 中和反应器形成的气氨液乳浊液的分离，首先是在 33.5/2下，在离新分 离器中进行，然后，在真空度 600汞柱的条件下，在真空蒸发器中进行。加 压下分离出的蒸发蒸汽占总量的 9095%。此气体参数较高，可以合理的用于 其它方面以回收热量。在真空蒸发下，水分从熔融物中自身蒸发，以降低熔融 物的温度，又可使浓度提高到 99.5%。 2、流态化法硝酸铵的造粒 以流化床进行硝酸铵熔融物结晶和干燥并制成粒状硝酸铵。这一装置与造粒塔 相比，设备容积强度提高 1825 倍，产品粒子坚硬，温度低，大大减少了产品 的结块性。但其动力消耗较大。 将 95% 的硝酸铵溶液经喷嘴在流化床上部或床侧进行喷射，从床下鼓入一定压 力的适量空气，这样在床内喷成雾状的硝酸铵液滴就立即干燥结晶成固态，从 而形成固体流态化。随着时间增加，颗粒成长为 23，温度下降，从床底适 当位置取出产品。送入床内的空气，从设备上部出来，经粉尘回收装置后排出。 3、盘式法硝酸铵造粒 将熔融物硝酸铵经喷嘴射在可以调节转速的倾斜的圆盘内，雾状的液滴即结晶 成粒，由于盘的旋转，粒子也呈运动状态。物料停留适当时间后，粒子逐渐长 大，然后连续排出 24作为成品。必要时可以通风加强结晶和降温过程。 粒子的大小与盘的转速有关，转速增大粒子变小；盘倾斜角度减小，粒子在盘 内停留时间延长，粒子增大。可根据产品要求进行适当调节。 四、常压中和二段蒸发真空蒸发结晶生产硝酸铵四、常压中和二段蒸发真空蒸发结晶生产硝酸铵 这种生产硝酸铵的方法为我国小型硝酸铵厂通用的方法，（河北银光用此法）。 生产流程见图。 由合成氨岗位送来之气氨，经氨过滤蒸发器管内被管外废汽预热（防止带液氨 和分离油污），经调节计量，加入中和器内筒下部，鼓泡上升。由硝酸工段送 来之硝酸贮存在硝酸贮槽内，由硝酸泵送到高位槽。经调节流量进入中和器内 筒上部喷淋而下，与下部鼓泡上升的氨气逆流接触进行中和反应生成硝酸铵稀 溶液，由内筒上部反出到外筒，下行从底部进入三套管液封，先往上行，再下 行，最后上行至中和器上部进入器外小分离器。分离后的气体去分离器，硝酸 铵溶液由小分离器下部进入再中和器，再补加部分气氨使硝酸铵溶液呈微酸性。 在真空作用下，硝酸铵溶液进入一段蒸发器管内上行，被管外的中和蒸汽加热， 蒸发部分水分，去一段分离器进行分离，硝铵溶液经一段下料管下行，由下部 进入二段蒸发器管内上行，被管外加热蒸汽加热，进一步蒸发所含水分，经二 段分离器进行分离，硝酸铵溶液由二段下料管下行经液封筒进入溶液槽。在液 封筒补加适量气氨，使溶液呈微碱性。在真空作用下，硝铵溶液由溶液槽抽入 结晶机，在搅拌与抽真空作用下，溶液所含水分绝大部分被吸出，成为晶体状 的 硝酸铵成品，由结晶机锅门放出，经皮带机送到包装、称量由小皮带机运送 经縫包机縫口后，用小车搬运到成品库房出售。 中和器上部出来之中和蒸发蒸汽（中和反应产生的二次蒸汽），经气液分离器 分离其中夹带的硝铵液滴，气体由分离器顶部导出，沿切线方向进入捕集器， 捕集的硝铵液滴有捕集器下部出来进入再中和器，捕集器上部出来之蒸汽供一 段蒸发器加热，废气去分离器分离。 二段蒸发器加热蒸汽用硝酸废热锅炉副产蒸汽，二段加热出来之废汽经溶液槽 保温后再经氨过滤蒸发器到澡堂、中化、办公楼、采暖或送软水池。 一、二段分离器分离的废汽及结晶机所蒸发出的水蒸汽，经水喷射器与水混合 后进入水池。 由酸吸收塔冷却回水（余压 6/2）加入蒸发和结晶水喷射器，供抽真空使用， 同时起冷却作用。水与冷凝液和不凝气体混合后到水池，部分循环使用部分排 掉。 此流程特点： 1、中和气氨用废汽预热，酸贮槽加回收装置，不仅回收合成贮槽气中的气氨， 其回收效果比其它回收方法氨损失少，而且得到了温度较高的硝酸铵稀溶液， 大大有利于中和反应的过程。 2、蒸发加热蒸汽一段用中和蒸发蒸汽，二段用硝酸废热锅炉副产蒸汽自给有余， 这样即减轻了氨生产供汽的负担，又使本系统操作稳定。 3 二段下料管到溶液槽采用液封筒直观下料，可直接观察溶液浓度，酸碱性和 和下料情况，随时发现问题；及时进行调节，保障正常生产，同时便于取样分 析。 4、溶液槽液封筒到再中和器加有回流管，可使开车时或生产不正常时的硝酸铵 稀溶液，返回再中和器，再进行蒸发，这不仅是本岗位操作方便，而且为结晶 岗位的正常操作和保证产品的合格率提供了条件，并且省去了硝铵溶液泵。 5、结晶为间歇操作，故障易于排除，对上下岗位影响不大，而且便于维修。结 晶真空管上加有缓冲罐可加快进料，提高结晶能力两倍。 6、蒸发一、二段分离器后为单管的同样真空度，蒸发结晶采用水喷射器，代替 机械真空泵及大气冷却器。这样就大大的减少了设备、简化了流程、方便了操 作，便利了维修，提高了效率、降低了消耗、减少了事故、保证了生产。而且 一般小厂蒸汽供给比较紧张，因此，采用水喷射泵也比用蒸汽喷射器容易办到。 第三节第三节 氨和硝酸的中和过程氨和硝酸的中和过程 硝酸铵的生产可以分为下列几个主要过程硝酸铵的生产可以分为下列几个主要过程 1、气氨和稀硝酸进行中和反应，制取硝酸铵稀溶液。 2、硝酸铵稀溶液的蒸发。 3、硝酸铵熔融液的结晶。 4、成品的输送和包装。 一、中和反应原理一、中和反应原理 中和过程为放热反应，当用浓度为 100%的纯硝酸与氨作用时，反应放出的热量 为 35.46 千卡/克分子。反应式如下：NH3+HNO3=NH4NO3+354600 卡（1） 中和反应中放出的热量，取决于所用硝酸的浓度以及硝酸和气氨的温度：浓度 和温度愈高，放出的热量就愈多。 用 100%的气氨中和浓度为 50%的硝酸时，气氨和硝酸的温度均为 18.。放出 的热量为 25 千卡/克分子。由于中和得到的是硝酸铵溶液，因此，当可以利用 的中和热愈多，从硝酸铵溶液中蒸发出去的水分也愈多，则得到的硝酸铵溶液 的浓度也越高。在利用中和热的条件下，如热损失按 3%计，可以得出图 66 所 示的硝酸铵溶液的浓度与所用硝酸浓度的关系。 由图 66 可看出，当充分利用中和热时，甚至有可能用较浓的硝酸和气氨反应， 直接制得硝酸铵的溶液，而不需要进行蒸发。但实际上，当硝酸浓度大于 58% 时，由于中和反应放出的热量增加，使中和器内的温度能迅速升高至 140160.此温度远远高于恒沸硝酸的最高沸点 120.6，所 以致使硝酸气 化或分解，增加氮的损失，对生产不利。所以，在硝酸铵生产中常压下通常使 用的硝酸浓度为 40-55%，硝酸温度也不易过高，否则，对设备会加剧腐蚀。 最初，在硝酸铵生产中为了安全起见，中和反应热是不加利用的，只是设法通 过冷却的方法将其热量移走。现在使用的中和设备都是利用反应热的。即在中 和器内利用中和反应热的。即在中和器内利用中和反应热加热硝酸铵溶液，使 其蒸发掉一部分水分，以便制得浓度较高的硝酸铵溶液。利用反应热的中和过 程，又可分为常压法和加压法两种。加压对中和反应是有利的，加压法一般在 25 绝对压力下进行中和反应。加压后还可降低硝酸蒸汽分压，提高硝酸的沸 点。加压法热利用率高，所制得的硝酸铵溶液的浓度也高。如在 4/2压力 下进行中和反应，所得溶液浓度较常压下高 34%。但加压法相应的要增加设备 及增加电能消耗。加压法一般适用于硝酸浓度在 58%以上的中和过程。 常压法一般在 1.11.2 绝对大气压下进行中和反应。目前 ，我国绝大部分硝酸 铵厂都采用常压法。 在常压下，利用反应热的气氨中和稀硝酸的过程，实际上，是分两步进行的： (1）气氨首先溶解于稀硝酸所带入的水分中，生成氨水： NH3+H2O+NH4OH+ 热量 （2） (2)氨水再与硝酸进行中和反应： NH4OH+HNO3+NH4NO3+H2O+热量（3） 反应式（3）的化学反应是瞬时完成的，而反应式（2）的化学反应速度则受扩 散和化学反应两个过程的控制。因此，在设计中和反应器时应充分考虑气液接 触表面要大，气液相对线速度要适当，使中和反应在液相中完成。实践证明， 汽相反应是很不完全的，会导致大量的氮损失，应尽量避免。 二二中和过程流程中和过程流程 第二节的“四“中已详细地叙述了整个流程，这里只就中和过程简单介绍。 图 67 为硝酸铵中和系统流程，现简述如下： 用离心酸泵将硝酸贮槽内的硝酸送至酸高位槽，然后，硝酸依靠其一定 的位能， 经调节阀流入中和器内筒，经酸喷头向下喷出。酸高位槽有溢流管，酸保持回 流，其目的是为了使酸高位槽保持一定的液位，产生恒定的压力。 由氨库送来的气氨压力 1.52/2，首先通过氨分离预热蒸发器，经二段蒸 发器排出的汽水混合物预热，使气氨温度达 6080， 蒸发气氨中夹带的液氨，并分离其中的油污，杂质，然后，经调节阀，通过计 量进入中和器内筒，经氨喷头向上喷出。气氨与稀硝酸在内筒进行中和反应， 生成硝酸铵溶液。 气氨经氨喷头喷出后，先溶解在硝酸铵溶液中，然后，继续上行与硝酸喷头喷 出的过量硝酸进行反应。反应过程在液相中进行，这样，可避免气液两相接触 不完全或产生局部反应激烈温度升高的现象。在中和器内筒（反应室）反应后 的溶液，上行经节液环，旋流缢入外筒与内筒间的环状空间（即蒸发室），在 此，利用中和反应放出的热量，进行部分蒸发，蒸发后的溶液由于比重增大， 由于压力差的作用，大部分溶液反回内筒循环，一部分经三套管式的液封筒， 由导液管流入小分离器，分离出的气体放空，硝铵溶液流入再中和器， 中和反应产生的二次蒸汽（中和蒸发蒸汽）作为热源，进入一段蒸发器。 三三中和主要设备中和主要设备 1中和器 （1）构造及作用 中和器系由两个不同直径的圆筒组成。材料为不锈钢。内筒直径 800 毫米，高 约 5000 毫米，上部粗大部分，直径 1000 毫米。内筒与外筒之间的环状空间称 为“蒸发室“。硝酸和气氨进入中和器内筒后，在液相中进行中和反应，生成硝 酸铵溶液，并放出热量。溶液上行经内筒上部节液环旋流溢出，进入蒸发室。 在此，利用中和热，进行部分蒸发之后，溶液温度略有下降，比重增大，产 生对流，使大部分溶液又从内筒底部再进入内筒。这样，造成中和室和蒸发室 之间溶液进行强烈的循环，延长了气氨和硝酸的接触时间有效的改善了气氨和 硝酸的中和反应过程。降低了反应区的温度，减少了因硝酸分解而造成的固定 氮损失。生产实践证明：硝酸与硝酸铵溶液的混合物和氨水与硝酸铵溶液的混 合物的中和过程大大优越于纯硝酸与气氨的中和过程，明显的标志是固定氮损 失小，设备生产能力大。 中和器上部粗大部分是蒸发空间。 中和器顶部有一漏斗形的气氨分离器装置，其作用系利用蒸发蒸汽的流速改变， 分离其中夹带的硝酸铵液滴。 中和器三套管液封的作用是：使内筒旋流出的溶液，不使全部流出中和器，使 中和器内保持一定高度的液面，便于氨酸在液相中进行反应。同时，也防止蒸 发蒸汽从溶液导出管带出。 小分离器的作用：使中和器出来的溶液，由于在此由 1.2 大气压减压为 1 大气 压产生的蒸汽由小分离器顶部放空管放空以减少再中和器蒸汽量，和使流出溶 液量均匀。 （2）技术性能 (1)能力达 30 50 吨/日（100%稀酸铵）。 (2 )工作压力，小于 0.2 公斤/厘米 2，即 150 毫米汞柱 (3)工作温度，小于 120 (4)介质;：稀硝酸 44%,气氨纯度 99.8%,硝酸銨溶液蒸发蒸汽。 (5)设备安装前或投产后,定期进行注水试漏。 2 氨预热器 氨预器为普通列管式热交换器(如图 69)。来的气氨先进入下部空间分离液氨和 油水杂质,然后自下而上通过管内,被二段蒸发器排出的冷凝水加热。同时,提高 进入中和器的气氨温度之后,气氨由上部导出,进入气氨总管。冷凝水加热气氨 后,送至藻塘或软水池等,进一步回收其热量。 3、捕集器 捕集器属离心式分离器(见图 70)。其作用是分离中和蒸发蒸汽中夹带的硝酸銨 液滴,减少损失。中和二次蒸汽沿捕集器切线方向进入器内,产生旋转运动。由 于离心作用，硝酸铵液滴比重较蒸汽大，即被甩到器壁上,然后,沿器壁下流至 底部管道,流入再中和器。蒸汽由上部引出,进入一段蒸发器。 4.再中和器 再中和器直径 1200 毫米,高 2000 毫米,容积 1.6 米 3,材料为碳钢搪瓷衬里。内 有气氨盘管,其作用是通过调节再中和器加氨量,控制再中和器溶液为微酸性。 再中器能存放一定数量的溶液,中和发生短时故障,蒸发可以继续操作。 5.硝酸贮槽 硝酸贮槽,直径 3 米,高 3 米,容积 20 米 3,二台计 40 米3。为不锈钢,上部有， 氧化氮放空管，并在此回收合成氨系统送来的贮灌气中的氨。 6.酸高位槽 材料为不锈钢，直径 1 米，高 1 米，容积 0.785 米 3，上部有酸溢流管，酸液面 保持一定，使酸能靠其位能自动的均匀的流入中和器内筒。顶部有氧化氮排放 管。 7.硝酸泵 系 F 型耐酸离心泵，结构及性能同硝酸系统所用泵。 四，正常操作管理四，正常操作管理 （一） 正常开车： 正常开车包括短期停车后的开车和长期停车后的开车。 正常开车是和原始开车相对而言的。 正常开车的一般步骤如下： 1、首先做好开车前的准备工作。包括：准备蒸汽、氨气、酸、水，电的供应； 检查有关仪表是否准确，好用；管线是否畅通；检查有关阀门是否处于应开， 应关位置；准备好分析用的酸，碱液，指示剂及分析用具等。 2、按开泵步骤开启酸泵，将硝酸送至高位槽，使酸保持溢流。通过酸溢流管上 的视镜即可看清溢流情况。 3，接受新鲜蒸汽。接受蒸汽时，要将蒸汽管道内的冷凝水排放完，以免产生水 锤作用，震坏管道。 4，联系送气氨，保持气氨压力 1.5-2.0 公斤/厘米 2开气氨总阀使气氨通过氨 预热器送至中和器氨调节阀前。 5、按开泵步骤开启水泵，保持水压 5-6 公斤/厘米.2。 6、开捕集器蒸汽出口阀。 7、当中和器内存有溶液时，打开进入中和器的酸阀和氨阀，开阀不可过猛，要 徐徐加量，尽量避免中和器震动过大。待中和蒸汽冷凝液流出后，可进行分析。 尽快的将冷凝液控制并保持在微酸性(1-2 克硝酸/升冷凝液)范围内。如中和器 经检修后，开车前无溶液时，可先加 2 立方米成品硝酸，并慢慢通氨，当中和 蒸汽冷凝液变为碱性时，应立即将酸，氨同时加入，转入正常操作。应当强调 指出的是小型厂开车时，当中和器内没有溶液时，一般不应加水，因加水后硝 銨溶液浓度低，使蒸发系统操作困难，甚至造成经济上的浪费。为了防至中和 器震动，只要严格控制加氨量，是可以避免的。 8，再中和溶液上涨后，控制再中和器溶液为微酸性 0-0、5 克硝酸/升溶液。 9、再中和开车时，蒸发即应做好开车准备工作，包括系统吹除， 一、二段蒸发器通少量蒸汽预热，检查各有关阀门开、关位置，开蒸发水喷射 泵，抽真空等，待再中和器溶液上涨至 0、7 米 3时，蒸发即可开车。 10、当蒸发二段分离器下料后，中和应严格控制溶液槽溶液为中性或为碱性供 结晶抽料。 （ 二）正常停车 正常停车的一般步骤如下： 1、中和应逐渐减量，当中和溶液酸减性正常时，然后关闭进入中和器的酸阀和 氨阀。 2、再中和器的溶液控制为微酸性后，关闭再中和器加氨阀。 3、为避免再中和器的溶液结晶，蒸发应在抽空再中和器的溶液后，方可停车。 中和停车后，一段蒸发器可倒用新鲜蒸汽，此时，应关闭捕集器蒸汽出口阀， 否则，蒸汽可倒回捕集器和中和器及再中和器，影响一段蒸发效率。 4、溶液槽的溶液应始终控制为中性或微碱性，直至溶液抽完为至。 5.短期停车，可不停酸泵，水泵。 6.如中和器内筒需检修时，可将中器内的溶液由底部(打开排放阀門)压入再中 器。尽量由蒸发系统处理完硝銨溶液。最后往中和器加水冲洗，使中和器有毒 气体含量达到允许浓度为至。 （三）正常操作 中和过程是硝酸銨生产的一个重要过程。其中和反应进行的好坏，将直接影响 硝酸銨成品的质量和原材料的消耗定额。因此，每个中和操作人员都应刻苦钻 研技术，提高操作水平。在操作中，要加强责任心，做到精心操作，稳定操作， 严格控制各项工艺指标，努力降低中和蒸发蒸汽中的固定氮（NH3、HNO3、NH4NO3 或 NO2）损失，实现生产上的优质、高产、低耗和安全。 下面主要讨论一下中和的操作要点及注意事项 .实践证明，气氨和硝酸的中和过程，在碱性条件下进行，其蒸发蒸汽带走的 硝酸铵损失量一般大于在酸性条件下的损失量。可以设想，在碱性并有相当高 的温度下溶液中的氨极易挥发，并夹带硝铵溶液雾沫增加了硝铵损失。因此， 为了减少蒸发蒸汽中带走的固定氮损失，中和过程还是在微酸性条件下进行较 为有利。例如:当溶液中氨含量从 0.1 克/升增加到 0.5 克/升时，每生产一吨硝 酸铵时随蒸发蒸汽损失的氨从 2 公斤增加到 10 公斤。 中和过程在微酸性条件下进行时，即使是溶液中硝酸含量从 0、2 克/升增加到。 1、0/升，每生产一吨硝酸銨时，被蒸发蒸汽所带走的硝酸銨的损失，只从 0、4 公斤增加到 1、0 公斤（或氮的损失从 0、1 公斤增加到 0、25 公斤）。. 过分地增加溶液中游离酸的含量，虽然在中和废汽中的酸和硝銨都不会因而显 著增加，但在再中和和蒸发后的溶液里要加入较多的氨才能调整到接近中性和 微酸性；因为这些设备中吸收氨的条件较差，反而会造成更多的氨损失，甚至 未被吸收的氨冲出溶液之外，恶化了室内环境。 正常情况下，要求控制中和蒸发蒸汽冷凝液为微酸性，即每升蒸汽冷凝液中含 硝酸 0-1.0 克。 要求蒸发蒸汽冷凝液（经捕集器分离后）中含硝酸铵不得大于 1.0 克/升。 应该指出，降低中和蒸发蒸汽中的固定氮损失，是中和操作的一项重要任务。 而生产实际证明：在通常情况下，只要保持中和过程能稳定在微酸性条件下进 行，随蒸发蒸汽带走的固定氮损失，就可能降到最低水平。 2.应经常分析蒸发蒸汽冷凝液的酸碱度，根据其大小及变化，调节进入中和器 的氨量，控制其冷凝液酸碱度符合工艺指标，在操作中，可以固定进入中和器 的酸量，只调节氨量，这种方法酸碱度好保持，但氨气压力波动大，对全厂用 氨平衡不利并影响合成操作。另一种方发是按合成供给氨气条件和合成氨平衡 情况，固定氨量用酸来调节，这样要保持好酸碱度需要多下功夫，有许多工厂 也是这样操作的，这是更合理的调节方法。 3.硝酸銨生产中，要求气氨总管压力为 1.5-2 公斤/厘米 2。进入中和器的氨压 力不小于 0.8 公斤/厘米 2。 由于合成送来的气氨压力是不稳定的。就是说，在进入中和器的酸量一定的情 况下，进入中和器的氨量并不是一定的。其氨量随气氨总管压力的增高而增大， 随气氨总管压力的降低而减小。因此，在操作中应随时注意进入中和器的氨流 量的变化。一般小硝酸銨厂都使用单管流量计，做到及时调节，不使酸、氨反 应比例失调，造成蒸发蒸汽中固定氮损失增大。若使用氨气稳压调节器，会使 操作条件大为改善。 4中和操作人员还应经常分析再中和溶液的酸碱度。正常情况下，要求经常分 析并控制再中和溶液为 0-0.5 克硝酸/升溶液。再中和的控制，过去的规定为微 碱性，近几年一些大厂实践证明经过蒸发其氨必然被挥发变成中性和微酸性， 这样一来增加氨损失，二来加速蒸发器和大气冷凝器设备结垢。所以现在普遍 都保持中性或微酸性。在使用水射真空器和水硬度较大的厂更能防止其结垢， 延长清洗水射器的间隔期。如再中和溶液酸度过大，结晶可能出酸性成品，或 者在溶液槽内加氨过多增大氨损失。 再中和溶液的酸碱度与中和溶液的酸碱度以及再中和器的加氨量有关。中和溶 液酸性大，再中和器加氨量小，则再中和溶液酸度就大；要控制再中和溶液为 微酸性，首先控制好中和溶液。只要能保持中和蒸发蒸汽冷凝液为微酸性（0-0.1 克硝酸/升溶液），再中和器适当通氨，再中和溶液就不难保持为微酸性(0-0.5 克硝酸/升溶液)。 5.溶液槽里的溶液应严格控制为中性和微碱性，不允许变为酸性，以保证硝酸 銨成品为中性。 溶液槽溶液的酸碱度与再中和溶液的酸碱度和一段蒸发温度、时间以及溶液槽 的加氨量有关。再中和溶液酸度大，蒸发温度高，时间长，溶液槽加氨量小， 则溶液槽溶液酸度大，反之，则小，必须首先控制好中和和再中和溶液的酸碱 度及蒸发温度等，在溶液槽适当通氨。才能保证溶液槽溶液为中性和微碱性。 如发现氨总管压力突然降低，为了防止中和溶液酸度过大应酌情减小进入中和 器的酸量，并适当开大再中和器的加氨量。同时，注意分析溶液槽溶液的酸碱 度，当溶液槽溶液为酸性时，结晶应暂停进料。并应开大溶液槽加氨量，直至 溶液槽变为中性或微碱性后，结晶方可进料。 （四）事故处理 1.中和蒸发蒸汽中硝酸銨损失增大 造成中和蒸发蒸汽中硝酸銨损失大的原因主要有： (1)操作中责任心不强，或操作不熟练，使中和反应不稳定，酸碱度控制不好， 从而产生气相中加带硝酸銨液沫，不易被回收，而大量损失掉。 (2)操作中，调节氨量不稳，开关过猛，使中和器内液面波动大。 (3)设备故障，中和器内酸、氨喷头松动脱落或喷头距变形和喷孔因腐蚀增大， 捕集器溶液回流管堵塞等。 (4)，中和负荷过大，产生的蒸发蒸汽量增多，气相分离困难。 (5）氨纯度和酸浓度的变化。 处理方发： (1)操作中，应加强责任心，刻苦钻研技术，提高操作水平，精心操作，稳定操 作，严格控制工艺指标。 (2)开关阀门不可过猛，尤其开车时更要注意。 （3）如确系设备故障，应立即停车修理。 （4）加量过大，适当减小负荷。 （5）检验氨纯度，和酸浓度如发现变化时，应采取针对措施。 2.中和器震动 中和器震动是设备内反应不正常的主要表现，中和器剧烈震动可能导致内件损 坏。引起中和器震动的主要原因有： （1）气氨严重带液，液氨进入中和器后气化，产生大量气氨，中和剧烈反应， 致使中和器内压力突然增高，引起中和器剧烈震动。 （2）气氨压力波动频繁或气氨纯度过低，中和反应不稳。 （3）中和器内件损坏，酸，氨喷头松动脱落，管件坚固不好。 （4）酸氨成分变化，含有 N204等特殊物质。 处理方法： 酌情减量和停车。 连系合成，稳定