Ammiakli selitra ishlab chiqarishning fizik-kimyoviy asoslari

ASOSIY QISM.

Ammoniy nitrat (NH₄)₂N0₃ ni ammiakli selitra deb ham yuritiladi. Ma’lumki, ammoniy nitrat — ammiak va nitrat kislotasining o‘zaro ta’sirlashuv jarayonida hosil bo‘ladi. Shuning uchun avvalo nitrat kislota hosil bo‘lish jarayoni bilan tanishishimiz zarur. Azotning vodorod bilan ta’siri natijasida ammiak sintez qilinadi:

N₂+2H₂=2NH₃

Ammiak sintezi issiqlik effekti, harorat va bosimga bog‘liq, bo‘ladi.

Odatda past bosimli (10-15 MPa), o‘rta bosimli (25-30 MPa) va yuqori bosimli (60-100 MPa) jarayonlar ma’lum. Harorat esa 400-500°C oralig‘ida bo‘ladi. Bu jarayon katalizatorsiz juda sust kechadi. Amaliy ishlab chiqarishda o‘rta bosimli jarayon temir katalizator (promotorlari: A1₂O₃, K₂O va CaO) lar ishtirokida olib boriladi. Kontakt jihozidan chiqayotgan gaz tarkibida 14-20% ammiak bo‘ladi. U sovutilishi natijasida ammiak kondensatsiyalanadi, azot-vodorodli aralashma siklga qaytariladi. Hozirgi vaqtda quvvati 150 dan 1500 t/kunli sintez kolonnalari ishlatilmoqda.

Nitrat kislotasi esa ammiakning oksidlanishi natijasida hosil bo‘ladi. Bu jarayon azotning oksidlanish darajasi o‘zgarishi bilan sodir bo‘ladi:

Sanoat korxonalarida suyultirilgan nitrat kislota olinadi. Bunda quyidagi jarayonlar sodir bo‘ladi:
Sanoat korxonalarida suyultirilgan nitrat kislota olinadi. Bunda quyidagi jarayonlar sodir bo‘ladi:

1. Ammiakning azot oksidigacha kontaktli oksidlanishi:

4NH₃ + 5O₂ = 4NO + 6H₂O + 907,3 kj
2. Azot oksidining dioksidgacha oksidlanishi:
2NO+O₂=2NO₂+124kj
3. Azot dioksidning suv bilan absorbsiyasi:
3NO₂ + H₂O = 2HNO₃ + NO + 136,0 kj
Bu jarayonda platina va uning temir, marganets, kobalt va o‘z guruxidagi metallar oksidlari bilan kotishmalari ishlatiladi.
Agar katalizator ishlatilmasa (xarorat 900°C dan yuqorida), ammiak erkin xolatdagi azotgacha oksidlanadi xolos:
4 NH₃ + 3O₂ = 2N₂ + 6H₂O + 1269,1 kj
Ammiakni katalitik oksidlash natijasida azot oksidining hosil bo‘lish unumini 98% gacha etkazish mumkin.
Jarayonni ishlab chiqarish korxonalarida atmosfera bosimida 700-800°C xaroratda, yuqori bosim esa 800-900°C xaroratda olib boriladi. Xavo — ammiak aralashmasida 1,25 mol O₂ ga 1 mol NH₃ berilishi kerak. Reaksiya tezligini va azot oksidining miqdorini oshirish uchun amalda O₂;NH₃ miqdoriy nisbati 1,7-2,0 oralig‘ida olinadi.
Odatda suyultirilgan nitrat kislotasi (47-50% li) olish quyidagi turlicha sistemalarda olib borilishi mumkin: 1) atmosfera bosimida;

2) yuqori bosimda; 3) kombinatsiyalashgan, ya’ni ammiakni oksidlash jarayoni (3-4)*10 Pa bosimda, NO ni oksidlash va NO₂ ni suv bilan absorbillash jarayonlari esa (8-12)* 10 Pa bosimda va odatdagi xaroratda olib boriladi. Bosimni 1 MPa ga ko‘tarish orqali 60-62% li nitrat kislotasi olish mumkin.

Ammiakli selitra ishlab chiqarish texnologiyasini bayon etishdan avval bu modda xaqida batafsil ma’lumotga ega bo‘lish zarur.
Ammiakli selitra (NH₄NO₃) asosan o‘simliklar uchun mineral ozuqa sifatida ishlatiladi. U atmosfera bosimida va —50°C dan 169,6⁰C gacha xarorat oralig‘ida besh xil kristallik shaklida bo‘ladi. NH₄NO₃— N₂O izotermik diagrammasida (2.1-rasm) ammoniy nitratning I-1U turli kristall shakli uchun xarorat oraliqlari ko‘rsatilgan. U 169,6°C da suyuqlanadi va U-shakli esa-16,9°C;
dan quyi xaroratdagina to‘g‘ri bo‘ladi. Kristall shakllarining o‘zgarish chegarasi hamda xarorati ammiakli selitraning namligi va tarkibidagi qo‘shimchalar miqdoriga bog‘liq bo‘ladi. Ammoniy nitrat suvda yaxshi eriydi. Uning 100°C xaroratdagi eruvchanlik koeffitsienti 1000 kg H₂O da 10000 kg dan ortiqroq NH₄NO₃ ga tengdir. Ammoniy nitratning suvli eritmasini kristallanish xaroratidan yuqoriroqda bug‘latilsa, tamoman suvsiz suyulgan tuzga aylanadi. U o‘ta gigroskopik modda xisoblanadi 30°C xaroratda to‘yingan eritmasi (70,2% li) ning yuzasidagi bo‘g‘ bosimi -2,46 KPa (yoki 18,5 mm.sim.ust.) atrofida, gigroskoiik nuqtasi esa 60% atrofida bo‘ladi. Bunda xavoning nisbiy namligi 60% dan yuqori bo‘lganda u namlanib qoladi. Ammoniy nitrat gigroskopikligi va uni xavodan nam tortish tezligi unga eruvchan noorganik tuzlar qo‘shilganda ortib boradi. Masalan, 1,2% magniy nitrat qo‘shilsa, ammoniy nitratning gigroskopik nuqtasi 8-12% gacha pasayadi, nam tortish tezligi esa oshadi.

Suvda yaxshi eruvchanligi, eruvchanlik koeffitsenti yuqoriligi, gigroskopikligi va polimorf o‘zgaruvchanligi sababli ammoniy nitrat kristallari o‘zaro yopishib, qattiqlashib qoladi. Sepiluvchanligi yo‘qolib, uni ishlatish qiyinlashadi.

Ammoniy nitratning yopishqoqligini kamaytirish uchun:

1. Mahsulot tarkibida juda oz miqdorda (0,2%) suv qolguncha bug‘latiladi, donadorlanadi va sovutiladi. Bunda 32, 3⁰C dan quyi haroratda turg‘un, (stabil) bo‘lgan uning 1U-shakli hosil bo‘ladi.

   
   

2. Mahsulot kristallanguncha turli qo‘shimchalar qo‘shiladi. Bunday qo‘shimchalar sifatida magnezit yoki dolomitni nitrat kislotada parchalash yo‘li bilan olingan magniy nitrat, kalsiy va magniy nitratlari, fosforit yoki apatitni nitrat kislotada parchalash orqali hosil qilingan mahsulotlar, diammoniyfosfat, ammoniy sulfatlardan foydalaniladi. Bunda magniy nitrat Mg(NO₃)₂ 5H₂O kristallogidratini hosil qilib, ammoniy nitratning II-shaklini III-ga o‘tishini sekinlashtiradi va II-shaklini IV-ga metastabil o‘tishini va donalar mustaxkamligini ta’minlaydi. Qotmagan mahsulotga erimaydigan moddalarni qo‘shish esa donalarning mayda kristall struktura xolida qotishiga, zichligi oshishi va mustaxkam bo‘lishiga yordam beradi.

   
   

3. Mahsulot donalariga sirtaktiv moddalar bilan ishlov berilib, gidrofob qatlam hosil kilinadi. Buning uchun naftalin-formaldegid (NF) ning 40% li eritmasi ishlatiladi. Mahsulot polietilen yoki qog‘oz qoplarga solinib, og‘zi mahkam tiqiladi.

   
   

1. rasm. NN₄NO₃ ning suvda eruvchanligi.

   
   

Kristallar shakli: I — kubsimon; II — tetragonal; III — rombik-monoklenik; IV — bilromidal rombik; V — tetragonal.

Ammoniy nitrat 110°C haroratdan yuqorida parchalana boshlaydi:

NH₄NO₃ = NH_3(g)+HNO₃(g) - 174,4 kj

Bu reaksiya sekin sodir bo‘ladi. Masalan, 165⁰C haroratda bir sutka davomida massa jixatdan 6% miqdori parchalanadi. Namlik ortishi bilan parchalanish tezligi ham ortadi. Harorat 200-270°C da parchalanish tezligi yanada ortadi:

NH4NO₃ = N₂O_(g) + 2H₂O_(g) + 36,8 kj

Harorat 400-500°C gacha tez ko‘tarilsa, parchalanish reaksiyasi portlash bilan sodir bo‘ladi:
NN4NO₃ = N₂ + 2H₂O + 0,5O₂ + 118 kj

Amalda 300⁰C, harorat portlashga sabab bo‘ladi. NN4NO₃ ning mineral kislotalar va yengil oksidlanuvchi (moylovchi va boshqa organik moddalar kabi) qo‘shimchalar ishtirokida portlashi tezlashadi. Toza xolatda esa zarbaga chidamli, lekin yopiq muxitda qizdirish natijasida portlashi mumkin. Portlash xususiyatini kamaytirish maqsadida unga karbamid (0,05-0,1%), kalsiy karbonat, magniy karbonat va boshqa qo‘shimchalar qo‘shilishi mumkin.

Ammoniy nitratdan portlovchi moddalar ishlab chiqarish xom ashyosi sifatida ham foydalaniladi. Bunda yog’och kukuni va organik materiallar, ammonallar (alyuminiy kukunli aralashmalari) va boshqalar qo‘shiladi.

Bunday aralashmalar detonator ishtirokida portlatiladi. Davlat standarti buyicha donadorlangan ammiakli selitraning yuqori sifatli A va B kategoriyali (oliy nav) va 1- kategoriyali (1-nav) turlari mavjud. Qishloq xo‘jaligida va sanoatda qo‘llaniladigan ammiakli selitra tarkibida NN₄NO₃ ning miqdori 98% dan kam emas. B markali ammiakli selitraning oliy navida 34,4% N, 1-navida esa 34,0% N bo‘ladi. Suv (namlik) esa sulfat va sulfat-fosfat qo‘shimchali ammiakli selitrada 0,2% dan ko‘p emas (B markali 1-navda esa 0,3% dan ko‘p emas).

Suv tutuvchi qo‘shimcha 0,3% bo‘lsa, bu miqdor 0,6% ga yetishi mumkin. Yuqori sifat kategoriyali A va B markali ammiakli selitra tarkibidagi qo‘shimchalar miqdori: kalsiy va magniy nitrat CaO (Mg0) hisobida 0,2-0,5%, fosfatlar (RAP) P₂O₅ hisobida 0,5-1,2%, ammoniy sulfat 0,3-0,7%, ammoniy sulfati va fosfatlari 0,4-0,6% bo‘ladi. B markali 1-navda esa qo‘shimchalar miqdori meyorlanmaydi. Ammiakli selitra 10% li suvli eritmasining pH muxiti barcha navlarda: sulfat-fosfat qo‘shimchasi bo‘lsa 4,0 va boshqa qo‘shimchasi bo‘lsa 5,0 ga teng bo‘ladi.

Ammiakli selitraning donadorlik tarkibi: A markada 1-3 mm li donachalar 93% dan kam emas; B markada 1-4 mm li donachalar 95% dan kam emas (shuningdek barcha yuqori navlarda 2-3 mm li donachalar 50% dan kam emas). Barcha navlarda 1 mm dan kichik donachalar 4% dan ortiq emas.

Ammoniy nitrat donachalarining statik mustaxkamligi: A marka uchun 5 N, B marka uchun 7 N va 1-nav uchun 5 N bo‘ladi. Sepiluvchanligi har ikkala marka uchun ham 100% bo‘ladi. Buning uchun 5 qop ammiakli selitra 1 m balandlikdan yerga tashlanadi, teshiklari 5 mm bo‘lgan elakdan 1 minutda to‘la o‘tishi kerak.

Ammiakli selitra yong‘inga xavfli bo‘lib, isitgichlardan xoli bo‘lgan xonalarda saqlanadi. Boshqa moddalar bilan birgalikda saqlanmaydi va bir joydan boshqa joyga tashilmaydi.