Производство, технологические свойства и применение фосфорной кислоты (стр. 3 из 3)

Расход циркулирующей фосфорной кислоты на охлаждение процессов сгорания и гидратации составляет: в башне сгорания 500 - 750 м³/час, в башне гидратации 150м³/час.

Основными аппаратами в производстве термической фосфорной кислоты являются башня сгорания (сжигания) и башня гидратации.

Башня сгорания полая, имеет коническую форму, диаметр около 4 м и высота около 14 м. Крышка башни охлаждается водой и имеет форсунку для распыления фосфора. Башня гидратации выполнена в виде цилиндра высотой 15 м и диаметром 3 м и содержит насадку из колец Рашига и три яруса форсунок для распыления кислоты.

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

— возможность получения кислоты высокой концентрации, включая полифосфорные кислоты концентрацией до 115% Р₂О₅;

— высокая чистота продукта;

— возможность использования фосфатного сырья с низкой концентрацией фосфора без предварительного обогащения.

Представляет интерес, пока еще теоретический, проблема получения оксида фосфора (V) непосредственно из фосфатов термической диссоциацией трикалийфосфата:

Са₃(РО₄)₂® ЗСаО + Р₂О₅ + DН

по аналогии с промышленным процессом диссоциации карбоната кальция:

СаСОз ® СаО + СО₂+DН, где DН = 178 кДж.

Однако практическая реализация этого метода ограничена чрезвычайно высоким для практического использования значением теплового эффекта и связано с необходимостью обеспечения высоких температур и большой затратой энергии.

1.3. Изображение графических моделей ХТС

Химическая схема ХТС

Ca₅(PO₄)₃F + 5H₂SO₄ + nH₃PO₄ + 5mH₂O =

= (n + 3)Н₃РО₄ + 5CaSO₄ · mH₂O + HF.

Смесь серной кислоты и оборотного раствора фосфорной кислоты из сборника 2 и фосфат из бункера 1 подают в многосекционный экстрактор 3. По мере движения пульпы в экстракторе образуется фосфорная кислота и завершается процесс кристаллизации сульфата кальция. Из последней секции экстрактора пульпа поступает на трехсекционный вакуум-фильтр 4. Основной фильтрат Ф-1 из первой секции фильтра отводится как продукционная фосфорная кислота, причем часть ее добавляется к оборотному раствору, направляемому в сборник кислоты 2. Осадок кальция на фильтре промывается противотоком горячей водой, при этом промывной раствор Ф-3 используется для первой промывке во второй секции фильтра. Фильтрат первой промывки Ф-2 направляется в виде оборотного раствора в сборник 2.

Технологическая схема ХТС

Рис.5. Технологическая схема производства экстракционной фосфорной кислоты полугидратным методом: 1 - бункер фосфата, 2 - сборник серной кислоты, 3 - экстрактор, 4 - вакуум-фильтр, 5 - подогреватель фосфорной кислоты, 6 - концентратор, 7 - промывной скруббер, 8 -сборник промывной жидкости

Образовавшаяся фосфорная кислота (Ф-1) подогревается в подогревателе 5 паром и поступает в концентратор 6, где упаривается до заданной концентрации за счет прямого контакта с топочными газами и направляется на склад. Выделяющиеся из концентратора газы проходят промывной скруббер 7, в котором улавливаются соединения фтора и выбрасываются в атмосферу. Газы, выделяющиеся из экстрактора и содержащие фтористый водород и тетрафторсилан, поступают на абсорбцию в абсорбер, орошаемой водой или разбавленной кремнефтористоводородной кислотой. Основные аппараты в производстве экстракционной кислоты - экстрактор и вакуум-фильтр. Экстрактор - это железобетонный аппарат прямоугольного сечения, разделенный на 10 секций с мешалками, в котором пульпа последовательно перетекает из одной секции в другую. В другом варианте экстрактор составляют два сблокированных стальных цилиндра со многими мешалками. При рабочем объеме экстрактора 730 м³ производительность его равна 340 т/сутки РгО₅ при интенсивности около 25 кг/м³-ч.

Операторная схема ХТС

Структурная схема ХТС

1 - экстрактор, 2 – вакуум-фильтр, 3 – подогреватель фосфорной кислоты, 5 – концентратор

Функциональная схема ХТС

Заключение

В данной курсовой работе рассмотрены методы получения экстракционной фосфорной кислоты. Наиболее перспективным является полугидратный способ получения фосфорной кислоты, так как дает возможность получения концентрированной фосфорной кислоты (35-37% Р₂О₅) и увеличение эффективности стадии фильтрации пульпы в 1,5-2 раза по сравнению с дигидратным способом.

В работе представлена характеристика исходного сырья и готовой продукции. Построены химическая, функциональная, структурная, операторная модели ХТС по получению фосфорной кислоты.

Задание

Определить, какое количество апатитового концентрата необходимо для получения 1 тонны 96% фосфорной кислоты, если известно, что апатитовый концентрат содержит 38% пустой породы, а степень его превращения составляет 86%.

Решение:

Для решения данной задачи необходимо сложить следующие реакции:

2Ca₅(PO₄)₃F + 15C + 6SiO₂ → 3P₂ + 15CO + 3(3CaO·2SiO₂) + CaF₂

P₄ + 5O₂ → P₄O₁₀

P₄H₁₀ + 2H₂O → 4HPO₃

4HPO₃ + 4H₂O → 4H₃PO₄

витогеполучим: 2Ca₅(PO₄)₃F + 15C + 6SiO₂ + P₄ + 5O₂ + 6H₂O → 3P₂ + 15CO + 3(3CaO·2SiO₂) + CaF₂ + 4H₃PO₄

1. Рассчитаем количество H₃PO₄:

1 т – 100%

х - 96%

х =

т

2. Рассчитаем количество апатитового концентрата.

М(4H₃PO₄) = 392

М (2Ca₅(PO₄)₃F) = 1008

х - 1008

0,96 т – 392

х =

= 2,468 т

3. С учетом степени превращения получим:

х =

= 2,869 т

4. Рассчитаем количество апатитового концентрата, с учетом пустой породы: 2,869 т – 62%

х - 100%

х =

= 4,627 т

Список используемой литературы

1. Абалонин Б. Е. Основы химических производств: учеб. / Б. Е. Абалонин, И. М. Кузнецова, X. Э. Харламниди. - М.: Химия. - 2001. - 472 с.

2. Балабеков О. С. Очистка газов в химической промышленности. Процессы иаппараты / О. С. Балабеков, Л. Ш. Балтабаев. - М.: Химия. - 1991. - 256 с.

3. Кафаров В. В. Принципы создания безотходных химических производств / В. В. Кафаров. - М.: Химия. - 1982. - 288 с.

4. Кнунянц И. Л. Химическая энциклопедия / И. Л. Кнунянц т. 5. - М.: Советская энциклопедия. – 1988. – 671с.

5. Соколов Р. С. Химическая технология: учеб. пособие для вузов / Р.С. Соколов т. 1. -М.: Владос-пресс. -2000. -516 с.