Анализ развития технологии получения аммиачной селитры

1.3. ХАРАКТЕРИСТИКА  ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА АММИАЧНОЙ  СЕЛИТРЫ

 

Основной метод

В промышленном производстве используется безводный аммиак и концентрированная азотная кислота:

 

 

Реакция протекает бурно  с выделением большого количества тепла. Проведение такого процесса в кустарных  условиях крайне опасно (хотя в условиях большого разбавления водой нитрат аммония может быть легко получен). После образования раствора, обычно с концентрацией 83 %, лишняя вода выпаривается до состояния расплава, в котором содержание нитрата аммония составляет 95—99,5 % в зависимости от сорта готового продукта. Для использования в качестве удобрения расплав гранулируется в распылительных аппаратах, сушится, охлаждается и покрывается составами для предотвращения слёживания. Цвет гранул варьируется от белого до бесцветного. Нитрат аммония для применения в химии обычно обезвоживается, так как он очень гигроскопичен и процентное количество воды в нём получить практически невозможно.

Метод Габера

 

 при давлении, высокой температуре  и катализаторе

 

По способу Габера из азота и водорода синтезируется  аммиак, часть которого окисляется до азотной кислоты и реагирует с аммиаком, в результате чего образуется нитрат аммония:

Нитрофосфатный метод

Этот способ также  известен как способ Одда, названный  так в честь норвежского города, в котором был разработан этот процесс. Он применяется непосредственно  для получения азотных и азотно-фосфорных удобрений из широко доступного природного сырья. При этом протекают следующие процессы:

1. Природный фосфат  кальция (апатит) растворяют в  азотной кислоте: 

 

 

2. Полученную смесь  охлаждают до 0 °C, при этом нитрат  кальция кристаллизуется в виде тетрагидрата — Ca(NO3)2·4H2O, и его отделяют от фосфорной кислоты.

На полученный нитрат кальция и неудалённую фосфорную  кислоту действуют аммиаком, и  в итоге получают нитрат аммония:

 

 

Для получения практически  неслеживающейся аммиачной селитры применяют ряд технологических приемов. Эффективным средством уменьшения скорости поглощения влаги гигроскопичными солями является их гранулирование. Суммарная поверхность однородных гранул меньше поверхности такого же количества мелкокристаллической соли, поэтому гранулированные удобрения медленнее поглощают влагу из воздуха. Иногда аммиачную селитру сплавляют с менее гигроскопичными солями, например с сульфатом аммония.

Технологический процесс  производства нитрата аммония состоит  из следующих основных стадий: нейтрализации азотной кислоты газообразным аммиаком, выпаривание нитрата аммония, кристаллизации и гранулирования плава, охлаждения, классификации и опудривания готового продукта       (рис. 1.).

Рисунок 1. - Принципиальная схема производства нитрата аммония

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. ДИНАМИКА ТРУДОЗАТРАТ  ПРИ РАЗВИТИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО  ПРОЦЕССА

Исходя из имеющихся  данных, что Тж (t) = 200/(9t + 210) и

Тп (t) = 0,03 t + 0,7, проведя математические вычисления во временном интервале от 1 до 10 лет получим:                              Таблица 2.

Динамика трудозатрат  за 10 лет

t	Тж	Тп	Тс	dТж	dТп	модуль dТп	dТж/dТп
1	0,913242	0,73	1,643242	0,036049	-0,03	0,03	1,201634
2	0,877193	0,76	1,637193	0,033311	-0,03	0,03	1,110371
3	0,843882	0,79	1,633882	0,030874	-0,03	0,03	1,029124
4	0,813008	0,82	1,633008	0,028694	-0,03	0,03	0,95648
5	0,784314	0,85	1,634314	0,026738	-0,03	0,03	0,891266
6	0,757576	0,88	1,637576	0,024975	-0,03	0,03	0,832501
7	0,732601	0,91	1,642601	0,023381	-0,03	0,03	0,779362
8	0,70922	0,94	1,64922	0,021935	-0,03	0,03	0,731154
9	0,687285	0,97	1,657285	0,020619	-0,03	0,03	0,687285
10	0,666667	1	1,666667	-	-	-	-

 

 

 

 

 

 

 

На основании полученных значений построим график:

Рисунок 2.

Таким образом, так как  при развитии данного технологического процесса с течением времени затраты  живого труда уменьшаются, а прошлого – возрастают, реализуется ограниченный вид развития, а именно рационалистический. Так как наблюдается экономия живого труда за счет роста прошлого, то процесс развития имеет трудосберегающий характер. При этом экономический предел (ЭП) расположен в точке, соответствующей 3,3 года (3<ЭП >4). Чтобы определить ЭП более точно, необходимо провести ряд расчетов, исследовав функцию совокупных трудозатрат на экстремум. Для этого приравняем производную от функции совокупных трудозатрат к нулю.

Тс'(t) = -1800/(9t+210)² + 0,03 = 0

0,03 = 1800/(9t+210)²

примем (9t+210) за х, тогда

0,03х²= 1800

х = 245

9t+210 = 245

t = (245 – 210)/9 = 3,89

Тп (ЭП) = 0,03*3,89+0,7 =0,817

Таким образом, экономический  предел равен 3,89 года. До этого момента  времени целесообразно рационалистическое развитие, при котором будет происходить  снижение Тс.

Для определения, в какой  степени снижаются затраты живого труда по мере роста затрат прошлого труда, т.е. для определения типа отдачи от дополнительных затрат прошлого труда, сравним величину прироста прошлого труда и соответствующего уменьшения труда живого. Построим график функции Тж = f(Тп). И определим тип отдачи от дополнительных затрат прошлого труда проведя ряд расчетов.

Тп(t) = 0,03t + 0,7

T = (Тп – 0,7)/0,03

подставим Тж (Тп) = 200/9(Тп – 0,7)/0,03 + 210 = 1/9Тп

найдем Т'ж (Тп)

Т'ж (Тп) = (-1)/9Тп²

|(-1)/9Тп²| = 1/9Тп²

 

Рисунок 3.

Полученные данные свидетельствуют о том, что имеет место убывающий тип отдачи от дополнительных затрат прошлого труда (наблюдается снижение с течением времени).

Вывод: развитие данного технологического процесса является ограниченным вариантом динамики трудозатрат с трудосберегающим характером и убывающим типом отдачи от дополнительных затрат прошлого труда.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. УРОВЕНЬ ТЕХНОЛОГИИ  ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

 

Исходя из имеющихся  данных, что Тж (t) = 200/(9t + 210) и

Тп (t) = 0,03 t + 0,7, проведя математические вычисления во временном интервале t = 3 года получим:                                                             Таблица 3.

Уровень технологического процесса в 3-й год

t	Тж	Тп	L	B	У*	У
3	0,843882	0,79	1,185	0,93615	1,265823	1,5

 

 

Так как относительный  уровень технологии (У* = 1,266) больше производительности живого труда (L = 1,185), то для данного временного интервала (t = 3 года) рационалистическое развитие технологического процесса целесообразно, что подтверждается выводами, сделанными в главе 2 (экономический предел при t = 4).

Оценим состояние технологии: так как У = 1,5, что менее 4,1, технологии производства аммиачной селитры  находятся на очень низком уровне. Для изменения данной ситуации необходима замена технологии производства.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. СТРУКТУРА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ АММИАЧЕОЙ СЕЛИТРЫ

Технологический процесс производства аммиачной селитры (нитрата аммония) включает в себя следующие стадии:

- нейтрализацию азотной  кислоты аммиаком;

- упаривание раствора  нитрата аммония;

- кристаллизацию нитрата аммония;

- гранулирование и  охлаждение плава;

- рассев гранул на товарные  фракции.

 

 

 

 

                                                                                          - предметные связи

                                                                                         - временные связи            

Рисунок 4. Пооперационная структура технологического процесса производства аммиачной селитры

 

 

 

 

 

 

                       - предметные связи

                       - временные связи            

 

Рисунок 5. Структура технологического перехода «физико-химического процесса нейтрализации»

 

Поскольку при производстве аммиачной селитры имеет место чередование рабочих и вспомогательных действий, то технологический процесс является дискретным.

 

 

 

 

 

5. АНАЛИЗ ПЕРСПЕКТИВНЫХ  НАПРАВЛЕНИЙ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО  ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ АММИАЧЕОЙ СЕЛИТРЫ

В настоящее время  в связи с освоением производства 18 – 60% азотной кислоты основная масса нитрата аммония производится на установках АС-67, АС-72, АС-72М, мощностью 1360 и 1171 т/сутки с упариванием в одну ступень (рис.6.) , а также на установках безупарочного метода (рис.7.).

 

Рисунок 6. - Технологическая схема производства АС-72М:

 

1 – подогреватель  аммиака; 2 – подогреватель кислоты; 3 – аппарат ИТН; 4 – донейтрализатор; 1 – выпарной аппарат; 6 – гидрозатвор-донейтрализатор; 7 – сборник плава; 8 – напорный  бак; 9 – виброакустический гранулятор; 10 – грануляционная башня; 11 – транспортер; 12 – охладитель гранул «КС»; 13 – подогреватель воздуха; 14 – промывной скруббер

 

Газообразный аммиак из подогревателя 1, обогреваемого конденсатом  сокового пара, нагретый до 120 - 160єС, и  азотная кислота из подогревателя 2, обогреваемого соковым паром, при температуре 80 - 90єС поступают в аппарат ИТН (с использованием теплоты нейтрализации) 3. Для уменьшения потерь аммиака вместе с паром реакцию ведут в избытке кислоты. Раствор нитрата аммония из аппарата ИТН нейтрализуют в донейтрализаторе 4 аммиаком, куда одновременно добавляется кондиционирующая добавка нитрата магния и поступает на упаривание в выпарной аппарат 1. Из него образовавшийся плав нитрата аммония через гидрозатвор-донейтрализатор 6 и сборник плава 7 направляется в напорный бак 8 и из него с помощью виброакустических грануляторов 9 поступает в грануляционную башню 10. В нижнюю часть башни засасывается атмосферный воздух, и подается воздух из аппарата для охлаждения гранул «КС» 12. Образовавшиеся гранулы нитрата аммония из нижней части башни поступают на транспортер 11 и в аппарат кипящего слоя 12 для охлаждения гранул, в который через подогреватель 13 подается сухой воздух. Из аппарата 12 готовый продукт направляется на упаковку.

Воздух из верхней  части башни 10 поступает в скрубберы 14, орошаемые 20% раствором нитрата аммония, где отмывается от пыли нитрата аммония и выбрасывается в атмосферу. В этих же скрубберах очищаются от непрореагировавшего аммиака и азотной кислоты газы, выходящие из выпарного аппарата и нейтрализатора. Аппарат ИТН, грануляционная башня и комбинированный выпарной аппарат – основные аппараты в технологической схеме АС-72М.