Введение к работе
Актуальность проблемы.
Развитие отечественного сельскохозяйственного производства невозможно без прочной базы' индустрии минеральных удобрений, обеспечивающей регулярную компенсацию выносимых из почвы с урезаем питательных элементов.
Предъявляемые в условиях рыночной экономики требования :: промышленности заключаются в том/ чтобы технологические схемы производства носили гибкий характер, были способны без значительных инвестиционных вложений переходить на новые виды выпускаемой продукции, пользующейся покупательским спросом, в связи с резко возросшими в последние годы требованиями природоохранных органов становится актуальным наиболее рациональное использование побочных продуктов ряда химических производств.
Замена технологии углеаммонийной конверсии тетрагидрата нитрата кальция - побочного продукта в производстве нитроаммофоски на конверсию сульфатом аммония, отходом ряда химических производств, позволит сократить технологическую схему производства. поеысить производительность отделения фильтрации раствора нитрата аммония,, снизить удельные энергозатраты на выпуск единицы товарной продукции и получить чистый сульфат кальция,который в отличие от фосфогипса может быть легко переработан в.дефицитное воздушное вяжущее. . .
В связи с этим представляется весьма актуальным исследование и разработка технологии конверсии тетрагидрата нитрата кальция сульфатом аммония, в' качестве которого, предложено использовать 1NH4)2.S04 - отход производства капролактама. занимающий в 'балансе общего его промышленного производства до 70 %. Применение его в качестве удобрения весьма ограничено из-за высокой физиологической кислотности, низкого содержания аммонийного азота и составляет лишь 5 % от общего потребления азотных удобрений.
Целью работы является фнзичо - химическое обоснование и разработка технологии конверсии Ca(N03)2-4Н20 - побочного продукта производства нитроаммофоски сульфатом 'аммония - отходом производства капролактама с получением в качестве конечных продуктов раствора нитрата аммония.'пригодного для дальнейшей переработки в твердую амселитру или жидкофазное азотсодержащее удобрение (ЖАУ)
и сульфата кальция - сырья для гипсового вяжущего. В соответствии с поставленной целью были сформулированы следующие задачи:
-
Исследовать растворимость сульфата кальция'-в трехкомпо-нентной системе CaS01-NH4N03-H20 в широком температурно-концент-рационнсм интервале. Определить устойчивость и скорость фазовых переходов кристаллогидратов CaS04 в растворах нитрата аммония.
-
Определить устойчивость пересыщенных растворов сульфата кальция в изучаемой системе и исследовать кинетику роста его кристаллов.
-
Опираясь на данные по равновесию и кинетике роста кристаллов сульфата кальция в системе CaS04-NH4H03-H26. исследовать процесс конверсии Са(Н03)2-4Н20 сульфатом аммония, изучить с использованием методов физико - химического анализа состав и свойства полученных продуктов и экспериментально проверить возможность производства на их основе товарной продукции - амселитры, ЖАУ и гипсового вяжущего. '
-
Обосновать температурно - концентрационный режим процесса, разработать технологию , провести технико - экономический и агрохимический анализ полученных продуктов конверсии.
Научная новизна работы.
Получены новые данные по растворимости сульфата кальция в системе CaS04-NH4N03-H20 в широком температурно - концентрационном интервале. Определены области стабильной и метастабильной кристаллизации различных кристаллогидратов, а также последовательность их фазовых превращений.Установлены составы эвтонических растворов. В области стабильной кристаллизации CaS04-2H20 исследована скорость фазового перехода CaS04 -0,5Н2о=«> caS04-.2H20 .
В оптимальных условиях проведения процесса конверсии изучена стабильность пересыщенных растворов дигидрата сульфата кальция. С использованием изотермического метода исследована скорость роста его кристаллов. Установлено, что процесс роста удовлетворительно описывается формальным кинетическим уравнением первого порядка. При температурах 40-60 С .и концентрации нитрата аммония 45 - 65 % процесс идет в кинетической области с величиной энергии активации Е=53 - 136 кДж/моль.
Рекомендованы оптимальные условия проведения процесса конверсии Ca(N03)2-4Н20 сульфатом аммония, обеспечивающие получение суспензии с хорошими фильтрационными свойствами. Растворы нитра-
та аммония отвечают требованиям технологического регламента'.
Проведено математическое описание зависимости величины удельной поверхности выделяющихся в процессе конверсии кристаллов дигидрата сульфата кальция от осноьных технологических параметров.
Практическая значимость работы.
Доказана перспективность проведения конверсии тетрагидрата нитрата кальция - побочного продукта производства нитроаммофоски с использованием сульфата аммония - отхода производства капролак-тама с целью получения гипсового вяжущего и растворов амселитры. Предложены теоретические, экспериментально обоснованные принципиальные технологические схемы конверсии, завершающиеся :
а) получением 55 - 58 % растворов амселитры и гипсового вя
жущего; ' ' '
б) получениемна основе раствора нитрата аммония ЖАУ различ
ного состава.
Для обеих схем рекомендован технологический режим основных стадий производства. ' выявлены показатели процессов, даны качественные и количественные характеристики получаемых продуктов.
. Ожидаемый экономический эффект от внедрения предлагаемой технологии в производстве нитроамофоски в расчете на одну технологическую нитку мощностью 550' тыс.т./год составит 22 млрд.руб/год в ценах 1994 года.
Научная и практическая ценность технических решений . прзд-ложенных в диссертационной .работе, подтверждена положительным решением о выдаче патента на изобретение по заявке N94-000631/26 (000523) от 13. ю! 95 г." Дата приоритета 10.01.94 .
-Апробация работы. Основные результаты и положения' работы доложены на Всесоюзной конференции по технологии неорганических веществ (г.Львов, 1988 г.), Всесоюзной конференции " -Физико - химические проблемы материаловедения и новые технологии" (г.Белгород, 1991г.), V-й Республиканской конференции по калориметрии и термическому анализу (г. Закопане, Польша, 1991г.), научно - практичес-дих конференциях Ивановского .сельскохозяйственного института (г.Иваново, 1989, 1995 гг.), научно - технической конференции Ивановской государственной химико - технологической академии (г. Иваново, 1995 г.)
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 .научных ра-
бот, из них одно положительное решение на выдачу патента.
Объем работы. Диссертация изложена на /р 4? страницах машинописного текста, состоит из введения, 2 глав, выводов, списка использованной литературы и приложений, содержит . ./?7. рисунков и ...'?.?' таблиц. Список использованной литературы включает ./ДЗ наименований работ отечественных и зарубежных авторов. .
