В. В. Курилкин основы химической технологии и лесопереработки конспект

Вид материала

Конспект

Содержание Производство фосфорной кислоты электротермическим методом Производство двойного суперфосфата Камерный метод Камерно-поточный метод Поточный (бескамерный) метод

Подобный материал:

• Рабочая программа по дисциплине Ф. 13 «Системный анализ процессов химической технологии», 148.25kb.
• Основные вопросы рабочей программы по химической технологии, 282.59kb.
• Конспект лекций по курсу «Введение в специальность» направление, 941.35kb.
• М. В. Ломоносова Кафедра экономики и организации производства И. А. Назарова Основы, 599.04kb.
• Рабочая программа дисциплины компьютерные моделирующие системы в химической технологии, 239.63kb.
• Аннотации программ дисциплин Аннотация дисциплины, 62.94kb.
• Рабочая программа дисциплины инновационное развитие химической технологии модуль, 388.84kb.
• Московская государственная академия тонкой химической технологии им. М. В. Ломоносова, 319.7kb.
• Рабочая программа дисциплины системный анализ процессов химической технологии направление, 349.07kb.
• Физико-химические основы разделения биазеотропных смесей 05. 17. 04 Технология органических, 285.92kb.

Производство фосфорной кислоты электротермическим методом

Электротермический метод производства фосфорной кислоты основан на восстановлении фосфатов до элементарного фосфора, его последующем окислении до оксида фосфора (V) и гидратации оксида до фосфорной кислоты.

Восстановление фосфора из природных фосфатов представляет собой сложный многостадийный гетерогенный процесс, протекающий через стадии:

• нагревание компонентов шихты,
  
• поступление в расплав фосфата кальция и оксида кремния,
  
• диссоциация трикальцийфосфата,
  
• диффузия продуктов диссоциации к поверхности частиц углерода,
  
• взаимодействие трикальцийфосфата с углеродом и образование фосфора, оксида углерода (II) и оксида кальция,
  
• удаление оксида кальция из зоны реакции в виде силикатов кальция.
  

В отсутствии флюсов реакция восстановления протекает при 1400⁰С в течение 20 минут. Для снижения температуры процесса и смещения равновесия реакции вправо в систему вводят оксид кремния, оксид алюминия или алюмосиликаты, связывающие образующийся оксид кальция в виде легко удаляемого шлака:

2Ca₅(PO₄)₃F + 15C + 6SiO₂  3P₂ + 15CO + 3(3CaO SiO₂) + CaF₂ + 1730 кДж.

В присутствии флюсов реакция восстановления протекает с достаточно высокой скоростью при 1100 – 1300⁰С. Протекает в диффузионной области и ускоряется факторами, усиливающими диффузию в твердой фазе и в расплаве: повышением дисперсности компонентов шихты. Образованием легкоплавких полиэвтектических систем и т. п. Для повышения подвижгости расплава и облегчения выгрузки шлаков процесс восстановления ведут на практике при 1500⁰С.

Сжигание фосфора – гетерогенный экзотермический процесс, протекает через димер диоксида фосфора (V). Степень окисления фосфора зависит от температуры в зоне горения и отскорости диффузии кислорода к поверхности жидкого фосфора. Чтобы обеспечить полноту сгорания и исключить возможность образования низших оксидов фосфора, процесс ведут при температуре 1000 – 1400⁰С и двукратном избытке воздуха.

Гидратация оксида фосфора(V) протекает через ряд стадий. На первой стадии процесса, вследствие высокой температуры в системе, взаимодействие паров оксида фосфора с водой дает метафосфорную кислоту:

P₄O₁₀ + 2H₂O = 4HPO₃ + Q

При понижении температуры метафосфорная кислота через полифосфорные кислоты превращается в фосфорную (ортофосфорную) кислоту:

HPO₃ + H₂O = H₃PO₄ + Q

Процесс гидратации димера оксида фосфора (V) является экзотермическим и сопровождается выделением значительного количества тепла, что учитывается при организации этой стадии технологического процесса.

По сравнению с экстракционным методом производства фосфорной кислоты, электротермический метод имеет следующие преимущества:

• возможность получения кислоты высокой концентрации, включая полифосфорные кислоты концентрацией до 115% P₂O₅;
  
• высокая чистота продукта;
  
• возможность использования фосфатного сырья с низкой концентрацией фосфора.
  

Вследствие высокой чистоты электротермическую фосфорную кислоту используют в производстве моющих средств, кормовых веществ и технических фосфатов.

Производство двойного суперфосфата

Двойным суперфосфатом называется концентрированное безбалластное простое фосфорное удобрение, получаемое разложением природных фосфатов фосфорной кислотой. Он представляет твердый гигроскопичный продукт серого цвета и выпускается в гранулированном виде. В отличие от простого суперфосфата не содержит балласта – сульфата кальция и, поэтому, обладая той же агрохимической активностью, имеет большую концентрацию фосфорсодержащего компонента.

Разложение природных фосфатов фосфорной кислотой представляет гетерогенный необратимый процесс, протекающий по уравнению:

Ca₅(PO₄)₃F + 7H₃PO₄ +5H₂O = 5Ca(H₂PO₄)₂ H₂O + HF + 132 кДж

В этом процессе фосфорная кислота является не только реагентом кислотного разложения, но и носителем фосфора, что обеспечивает получение продукта с высоким содержанием усвояемого P₂O₅.

Процесс взаимодействия фосфорной кислоты с трикальцийфосфатом протекает в две стадии. На первой стадии компоненты реагируют в подвижной суспензии, жидкая фаза которой содержит фосфорную кислоту, монокальцийфосфат и другие растворимые продукты реакции. Эта стадия, идущая сначала с высокой скоростью, замедляется по мере нейтрализации кислоты и заканчивается при насыщении жидкой фазы фосфатами кальция. Продолжительность этой стадии зависит от организации технологического процесса и типа аппаратуры и колеблется от секунд до нескольких часов.

На второй стадии происходит кристаллизация монокальцийфосфата (дигидрофосфата кальция), приводящая к изменению состава жидкой и твердой фаз реакционной смеси. Выделение кристаллов, отлагающихся на частицах фосфата, затрудняет доступ к ним ионов Н⁺, процесс разложения фосфата резко замедляется и, когда жидкая фаза насыщается дигидрофосфатом и моногидрофосфатом кальция, процесс прекращается.

В производстве двойного суперфосфата используются три метода, различающиеся аппаратурным оформлением, концентрацией используемой фосфорной кислоты и температурным режимом процесса.

1. Камерный метод с использованием суперфосфатных камер непрерывного действия и выдерживанием продукта для созревания на складе. Для разложения фосфатов используют термическую или экстракционную кислоту концентрацией 50 – 58% P₂O₅ при избытке 110% от стехиометрического количества. Степень разложения фосфата 0,75 – 0,80 д.ед.
   
2. Камерно-поточный метод с использованием аналогичных камер, но без операции складского созревания. Для разложения фосфатов используется экстракционная кислота концентрацией 47 – 49%, взятая в стехиометрическом отношении. Степень разложения не выше 0,7 дол. ед.
   
3. Поточный (бескамерный) метод с использованием неупаренной кислоты концентрацией 30% P₂O₅ при степени разложения фосфата 0,55 дол. ед. В отличие от предыдущих методов, здесь разложение сырья осуществляют в две ступени. Первую стадию процесса проводят в реакторах до степени разложения 0,5 дол. ед. Дальнейшее разложение протекает при высокой температуре в сушилках различного типа: распылительных (РС), барабанных грануляторах-сушилках (БГС), распылительных сушилках-грануляторах кипящего слоя (РКСГ). Наиболее распространены схемы с использованием аппаратов БГС, конструкция которых непрерывно совершенствуется.
   

Себестоимость продукта в поточном и камерном методах практически одинакова. При этом себестоимость P₂O₅ в них на 20% выше, чем в производстве простого суперфосфата. Однако, это компенсируется экономией при транспортировке, хранении и внесении в почву более концентрированного удобрения, каким является двойной суперфосфат.