Введение к работе
Актуальность проблемы. Процесс термического разложения аммиачной се-итры давно и всесторонне изучается. Впервые исследования превращения амми-шой селитры (NH4NO3) под воздействием температуры были проведены Бертло в 876 году. Однако большинство исследований посвящены определению механизма ермического разложения NH4NO3 и их целью является обеспечение взрывобезо-асных условий процессов синтеза, гранулирования, транспортировки и хранения ммиачной селитры, а также некоторые специальные вопросы. В свою очередь остаточно хорошо изучены различные способы получения закиси азота N20 раз-ожением плава аммичной селитры, каталитический,плазмохимический и др. Сре-и основных технологических процессов производства медицинской закиси азота МЗА) самое широкое распространение получил именно способ термического раз-ожения плава NH4NO3.
В последние годы потребность в МЗА значительно возросла. Основной об-астыо применения МЗА является использование ее в качестве наркотического нсстезнрующего средства в медицине. Область промышленного применения МЗА электронная промышленность.
На территории СНГ существует всего два предприятия-производителя МЗА -)АО «Череповецкий «АЗОТ», г. Череповец (Россия) и Горловское ОАО «Концерн лирол», г. Горловка (Украина). Основной метод промышленного производства ЛЗА - термическое разложение аммиачной селитры, который можно охарактери-овать, как энерго- и ресурсоемкий процесс. Исходя из целей применения, дейст-іуют крайне строгие требования, предъявляемые к качеству МЗА, что обуславли-;ает многостадийную и энергоемкую очистку сырого газового продукта. До сих юр все исследования, направленные на усовершенствование этого процесса носи-и чисто эмпирический характер, и практически не поводилось анализа процесса іетодом математического моделирования.
Поскольку процесс разложения NH4NO3 для производства МЗА осуществля-тся в слое расплава при высокой температуре - 270С, из-за несовершенства апаратурного оформления возникают местные перегревы плава. При этом целевая
реакция получения закиси азота сопровождается рядом побочных реакций с обр зованием NO, NCb, N2 и (. В то же время при недостаточном прогреве поверхні сти плава и большом свободном объеме над плавом (он необходим в целях обссп чения взрывобезопасности процесса) с поверхности плава происходит возгс NH4NO3 с диссоциацией на NH и HNO3. Поэтому основными требованиями к о ганизации процесса являются обеспечение изотермичности и уменьшение времсі пребывания газообразных продуктов в высокотемпературной зоне реакционно объема.
Работа выполнялась в соответствии с Государственной научно-техничеш программой «Турбулентный реактор».
Цель работы. Создание малоотходной и энергосберегающей технолоп МЗА способом термического разложения аммиачной селитры в диспергировашк потоке:
- развить метод моделирования разложения конденсированного вещества на ир
мере процесса термического разложения аммиачной селитры; обосновать вс можность предсказания процесса разложения плава NH4NO3 с целью получен МЗА;
обосновать и предложить способ получения N2O разложением NH4NO3, обесг чивающий контролируемое производство N2O заданной чистоты;
разработать рекомендации по усовершенствованию анализа газовой смеси, < держащей продукты разложения NH4NO3;
- разработать рекомендации по совершенствованию аппаратурного оформлеї
реактора-разлагателя.
Научная новизна. Получены ранее отсутствовавшие данные по макрокине ке термического разложения промышленного плава NH4NO3 в капле. Исследов; кинетика термического разложения промышленного плава аммиачной селитрі слое и в отдельной капле. Получено математическое описание процесса многок понентной неизотермической диффузии при термическом разложении кондеї рованного вещества с образованием газообразных продуктов. Методом матем;
еского моделирования исследована кинетика разложения в диспергированном по-
оке.
Практическая ценность работы. Разработана методика хроматографического
нализа газовой смеси, содержащей N20, NO, N2, О2, СО и СО2. Определены усло-
ия повышения степени превращения аммиачной селитры и выхода закиси азота.
Іредложена конструкция реактора для разложения плава аммиачной селитры в
диспергированном потоке. Автор защищает: кинетику разложения промышленного плава NH4NO3 в капле; математическую модель процесса многокомпонентной неизотермической диффузии при экзотермической реакции разложения конденсированного вещества; математическую модель процесса разложения плава NH4NO3 в капельном режиме;
положение о том, что при термическом разложении плава NH4NO3 в капле отток газообразных продуктов реакции осуществляется в основном конвективным стефановским потоком;
механизм ряда особенностей, возникающих при термическом разложении капли плава NH4NO3, в котором ключевую роль играет стефановский поток;
разработку технологии и оптимального режима термического разложения плава NH4NO3 с целью получения МЗА.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на Международной конференции молодых ученых по химии и химической технологии :<МКХТ-97» ( Москва, 1997 г.), на Международной конференции по химическим реакторам «Химреактор-14» (Новосибирск, 1998 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 работ, список которых іриведен в конце автореферата.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выво-гав, списка использованной литературы. Работа изложена на 125 страницах маши-юписного текста, включая 8 таблиц и 25 рисунков, список использованной лите-атурыиз115 наименований.
