Технология производства аммиачной селитры

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 
Казанский национальный исследовательский 
технологический университет 

И. Ю. Сахаров, Ю. Н. Сахаров 

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА 
АММИАЧНОЙ СЕЛИТРЫ 

Учебное пособие 

Казань 
Издательство КНИТУ 
2021 

УДК 661.525(075) 
ББК 35.20я7 

С22

Печатается по решению редакционно-издательского совета  
Казанского национального исследовательского технологического университета 

Рецензенты: 
д-р техн. наук, проф. С. Э. Тарасевич 
канд. хим. наук Ю. В. Филиппов 

С22 

Сахаров И. Ю. 
Технология производства аммиачной селитры : учебное пособие / 
И. Ю. Сахаров, Ю. Н. Сахаров; Минобрнауки России, Казан. нац. исслед. 
технол. ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ, 2021. – 88 с. 

ISBN 978-5-7882-3087-0

Рассмотрены типовая технология производства аммиачной селитры, существующие 
подходы к исследованию химико-технологических процессов и разработке 
эффективных технологий и оборудования химических заводов. 
Предназначено для бакалавров и магистров направления подготовки 
15.03.02, 15.04.02 «Технологические машины и оборудование», специалистов 
направления подготовки 18.05.01 «Химическая технология энергонасыщенных 
материалов и изделий» в рамках дисциплин специализации при выполнении НИР 
и ВКР, а также рекомендуется аспирантам специальностей 2.6.7 «Технология неорганических 
веществ» и 2.6.12 «Химическая технология топлива и высокоэнергетических 
веществ». 
Подготовлено на кафедре оборудования химических заводов. 

ISBN 978-5-7882-3087-0
© Сахаров И. Ю., Сахаров Ю. Н., 2021
© Казанский национальный исследовательский 

технологический университет, 2021

УДК 661.525(075) 
ББК 35.20я7

С О Д Е Р Ж А Н И Е

СПИСОК УСЛОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ ................................................................. 5 

ПРЕДИСЛОВИЕ ........................................................................................................... 6 

ВВЕДЕНИЕ ..................................................................................................................... 7 

1. ХАРАКТЕРИСТИКА СЫРЬЯ И ПРОДУКЦИИ ............................................... 8 

1.1. Физико-химические свойства азотной кислоты ............................. 8 
1.2. Технические требования к азотной кислоте ................................. 13 
1.3. Физико-химические свойства аммиака ........................................... 14 
1.4. Технические требования к аммиаку ................................................. 16 
1.5. Физико-химические свойства аммиачной селитры .................... 16 
1.6. Технические требования к аммиачной селитре .......................... 29 

2. ПОЛУЧЕНИЕ АММИАЧНОЙ СЕЛИТРЫ ...................................................... 33 

2.1. Способы получения аммиачной селитры ........................................ 33 
2.2. Промышленный способ получения аммиачной селитры ......... 35 
2.3. Физико-химические основы промышленного способа 
производства АС ................................................................................................. 35 
2.4. Типовые технологические системы производства 
аммиачной селитры .......................................................................................... 38 
2.5. Основные стадии производства АС ................................................... 42 
2.6. Тенденции развития технологии и основного 
реакционного оборудования производства АС .................................... 50 
2.7. Материальный баланс производства АС ......................................... 57 
2.8. Отходы производства аммиачной селитры .................................... 59 

3. МЕТОДИКИ АНАЛИЗА И ИССЛЕДОВАНИЯ ............................................. 61 

3.1. Определение суммарной массовой доли азота 
в аммонийной и нитратной формах аммонийной 
селитры (метод Деварда) ................................................................................ 61 
3.2. Весовой метод измерения массовой доли воды ......................... 65 
3.3. Определение содержания аммонийного азота 
формальдегидным методом .......................................................................... 67 
3.4. Определение содержания нитратного азота ................................. 69 

3.5. Определение массовой доли нитратов кальция и магния 
в пересчете на СаО и МgО в аммиачной селитре ................................ 71 
3.6. Методика получения АС в лабораторных условиях ................... 73 
3.7. Определение скорости испарения воды из растворов 
аммиачной селитры .......................................................................................... 77 
3.8. Правила оформления и представления отчета ............................ 79 
3.9. Техника безопасности выполнения аналитических 
и экспериментальных исследовательских работ ................................. 80 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ........................................................................................................... 82 

ЛИТЕРАТУРА ............................................................................................................. 83 

ПРИЛОЖЕНИЕ. Контрольные вопросы и задания .................................... 86 

С П И С О К  У С Л О В Н Ы Х  С О К Р А Щ Е Н И Й

АС – аммиачная селитра 
АК – азотная кислота  
ГАС – гладкая аммиачная селитра 
ХТС – химико-технологические системы 
КП – курсовой проект  
НИР – научно-исследовательская работа 
ВКР – выпускная квалификационная работа  
ИТН – аппарат использования тепла нейтрализации 
ГОСТ – государственный стандарт  
СанПин – санитарные нормы и правила  
ГН – гигиенические нормативы 
СП – санитарные правила 
ТУ – технические условия 
ОБУВ – ориентировочно безопасные уровни воздействия 
ПДК – предельно-допустимая концентрация  
ПАВ – поверхностно активное вещество 

П Р Е Д И С Л О В И Е

Преподавание дисциплин «Производство неорганических веществ», «
Технология химических производств» направлено на формирование 
у студентов знаний о сырьевой базе химических производств, 
об основах традиционных технологий, на формирование умения разрабатывать 
новое эффективное оборудование химических заводов. 
Данное пособие включает и дополняет лекционный материал и 
лабораторно-практические занятия читаемых дисциплин в части технологии 
производства аммиачной селитры. В пособии рассмотрены способы 
получения и процессы производства аммиачной селитры, известные 
и перспективные промышленные технологические и технические 
решения. Приведены характеристики сырья и технического продукта. 
Подробно рассмотрена стадия нейтрализации азотной кислоты 
аммиаком, которая в производстве аммиачной селитры является ключевой, 
механизм и способы проведения которой определяют основные 
показатели производства АС.  
Отмечены существующие проблемы, современный уровень и 
тенденции развития важнейшей химической технологии, направленной 
на получение продукта многоцелевого назначения. 
Приведены лабораторные работы, относящиеся к технологии 
производства АС, в том числе методики анализа физико-химических 
свойств аммиачной селитры и методика исследования процесса получения 
АС. 
Представленный в учебном пособии материал направлен на формирование 
у студентов навыков применения теоретических и практических 
знаний в профессиональной деятельности, поможет им определять 
дальнейшие пути интенсификации и совершенствования процессов 
и оборудования, направленные на повышение их конкурентоспособности, 
снижение энергоемкости и повышение экологической чистоты 
технологий химических производств. 

В В Е Д Е Н И Е

Аммиачная селитра NН4NО3 – высококонцентрированное универсальное 
азотное удобрение содержащее одновременно аммиачную 
и нитратную формы азота. Среди азотных удобрений, применяемых 
в сельском хозяйстве, на долю аммиачной селитры приходится приблизительно 
50 %. Аммиачная селитра техническая содержит 34–34,5 % 
азота. По содержанию азота АС превосходит только карбамид 
СО(NН2)2, который содержит 46 % азота. Высокое содержание азота, 
относительно невысокая стоимость единицы азота в аммиачной селитре 
и простой промышленный способ получения создают предпосылки 
для дальнейшего развития промышленного производства аммиачной 
селитры. 
Среди основных задач при изучении дисциплины следует определить: 
изучение механизма основных реакций технологий химических 
производств, их общие кинетические закономерности; анализ основных 
типов и конструкцию оборудования; развитие умения анализировать 
физико-химические свойства веществ, проводить экспериментальные 
исследования технологических процессов, применять экспериментальные 
данные для обоснования оптимальных технологических параметров, 
составления технологической схемы производства и выполнения 
ее аппаратурного оформления. 

1 .  Х А Р А К Т Е Р И С Т И К А  С Ы Р Ь Я  И  П Р О Д У К Ц И И

1.1. Физико-химические свойства азотной кислоты 

Химическая формула – HNO3, молекулярная масса – 63,02. 
Азотная кислота гигроскопична. Под влиянием света постепенно 
разлагается, окрашивается в бурый цвет выделяющимися оксидами 
азота. Растворима в воде с выделением тепла. В разбавленных растворах 
происходит полная диссоциация АК на ионы Н+ и NO–. 
Азотная кислота сильный окислитель, используется в производстве 
серной кислоты по нитрозному способу. Вызывает воспламенение 
горючих материалов. Растворяет практически все металлы, исключая 
золото, платину, палладий, иридий, родий, и титан. Повышение температуры 
увеличивает растворимость металлов в азотной кислоте. 
Нейтрализация азотной кислоты щелочами, в том числе аммиаком приводит 
к образованию солей, которые хорошо кристаллизуются. Сильно 
дымит на воздухе, выделяя оксиды азота и пары азотной кислоты, которые 
образуют с влагой воздуха туман, неограниченно растворяется 
в воде. Азотная кислота применяется в производстве азотных удобрений, 
органических красителей. 
Физико-химические и теплофизические свойства азотной 
кислоты. 
Плотность HNO3 при 20 °С и давлении 34,0; 10,2 и 0,1 МПа составляет 
соответственно 1547,0; 1526,4 и 1512,6 кг/м3. 
Поверхностное натяжение HNO3 при нормальных условиях составляет 
4,356 Н/м. Вязкость – 1,105 кПа∙с. 
Чистая безводная азотная кислота при атмосферном давлении кипит 
при температуре 82,6 °С [2]. Температуры кипения 99,7%-й HNO3, 
при различном давлении: 

р, кПа
6,266
7,999
14,665 27,064 38,663 66,661 89,992 101,325

t, °С
22,0
26,0
36,4
50,0
57,0
72,6
82,4
86,9

Изобарная удельная теплоемкость при нормальных условиях 
жидкой HNO3 составляет 110,87 кДж/моль∙град. Для паров HNO3 составляет – 
53,38 Дж/моль∙град. 
В интервале температур 230–300 °С мольную теплоемкость паров 
HNO3 определяют по уравнению 

Ср пар. = 12,05 + 16,94∙ 10−2 Т − 10,08 ∙ 10−5 Т2.  
(1.1) 

Теплоемкость жидкой HNO3 определяют по уравнению 

Ср жидк. = 107,35 + 5,975 ∙ 10−2 Т − 1,712 ∙ 10−5 Т2, 
(1.2) 

где Т – температура, К; Ср – мольная теплоемкость HNO3, 
Дж/моль ∙ град. 
Давление насыщенного пара безводной чистой азотной кислоты 
при 0, 10, 20, и 30 °С соответственно составляет 1,93; 3,57; 60,32 и 
10,18 кПа. 
Теплота плавления безводной азотной кислоты при атмосферном 
давлении и температуре 20 °С составляет 10,48 кДж/моль, теплота разбавления 
31,60 кДж/моль, теплота испарения 39,47 кДж/моль. 
Стандартные термодинамические константы для различных агрегатных 
состояний безводной азотной кислоты представлены в табл. 1.1. 

Таблица 1.1 
Стандартные термодинамические константы  
безводной азотной кислоты 

Агрегатное 
состояние

Н°298, 

кДж/моль

G°298, 

кДж/моль

S°298 Дж/моль 

град

Газ
−135,15
−73,495
265,19

Жидкость
−173,12
−79,675
155,70

Кристаллы
−176,68
–
–

Коэффициент теплопроводности при 17 °С безводной азотной 
кислоты составляет 0,244 Вт/м∙ град. Ниже показано влияние температуры 
на коэффициент теплопроводности 95–99%-й HNO3, и на удельную 
электропроводность безводной кислоты: 

Температура, °С
−34,4 −17,8 10,0
37,8
65,6
93,3
121,0 149,0

Коэффициент 
теплопроводности, 
Вт/м∙ град

0,826 0,861 0,895 0,930 0,988 1,035 1,081 1,128

Температура, °С 
0 
10 
15 
25 
30 

Электропроводность, См/м 
3,558 
3,653 
3,678 
3,735 
3,690 

Зависимость удельной электропроводности безводной HNО3 от 
температуры объясняется ее самоионизацией с образованием ионов 
нитрата и нитрония по реакции 

2 HNО3 = NО2+ + NО3− + Н2О. 
(1.3) 

Степень самоионизации при 0 °С достигает приблизительно 5 %. 
В жидкой фазе термическое разложение безводной азотной кислоты 
протекает по реакции (1.4) и тем глубже, чем выше температура. 
При разложении азотной кислоты выделяются оксиды азота, вода и кислород: 


4HNO3 = 4NO2 + 2H2O + O2.
(1.4) 

Энергия активации разложения HNО3 равна 134–155 кДж/моль. 
Равновесная степень жидкофазного разложения азотной кислоты 
в жидкой фазе при различной температуре в замкнутом объеме приведена 
ниже: 

Температура, °С
86
100
130
160
190
220
250
256

Степень разложения, 
%
9,53 11,77 18,19 28,96 49,34 72,07 93,03 100,0

Нагревание безводной азотной кислоты приводит к ее более интенсивному 
разложению по реакции 

2 HNО3 = N2О3 + Н2О + О2. 
(1.5) 

При температуре около 256 °С (см. данные с. 10) HNО3 полностью 
разлагается. Азотную кислоту концентрацией выше 99,55 % HNО3 
при 160 °С невозможно получить путем простой дистилляции. Повышенную 
устойчивость азотной кислоте придает присутствие в кислоте 
небольшого количества воды. 
Теплота разбавления азотной кислоты различной концентрации 
(0–100 % HNО3) представлена на рис. 1.1. 

Рис. 1.1. Зависимость теплоты разбавления азотной кислоты водой 
от массового содержания HNО3 в растворе после разбавления 

Теплоту растворения HNO3 в воде определяют по формуле 

(1.6) 

где Q – теплота растворения HNО3 в воде, кал/моль; m – число молей 
HNО3 подлежащих растворению в воде, г/моль; n – число молей Н2О, 
приходящих на 1 г/моль HNО3, г/моль. 

9,974 n
Q
m
,
n
1,737
×
=
×
+

Температура кипения и замерзания азотной кислоты зависит от 
массовой доли азотной кислоты и характеризуется следующими данными [
2, 3] (табл. 1.1). 

Таблица 1.1 
Температура кипения и замерзания азотной кислоты 

Массовая 
доля, %

Температура ки-

пения, ℃

Массовая 
доля, %

Температура  
замерзания, ℃

20
103,6
13,9
−20

30
108,1
22,9
−10

40
112,6
27,8
−30

50
116,3
31,5
−40

60
120,1
32,7
−42,28

68,4
121,9
34,1
−40

70
121,6
40
−30

80
115,4
49,2
−20

90
102,0
53,8
−18,5

100
86,0
58,5
−20

69,7
−40

70,5
−42

72,5
−40

77,75
−38

82,4
−40

88,8
−60

89,95
−66,3

91,9
−60

94,8
−50

100,0
−41,2

Зависимость температуры замерзания (кристаллизации) азотной 
кислоты от ее концентрации имеет сложный характер, отраженный на 
диаграмме кристаллизации системы HNO3 – H2O (рис. 1.2). 
Промышленностью выпускается концентрированная (98 %) азотная 
кислота и разбавленная (46–57 %) азотная кислота.  
Разбавленную азотную кислоту перевозят в цистернах из кислотоупорной 
стали. Концентрированную азотную кислоту – в алюминиевых 
цистернах.