Производство фосфорной кислоты экстракционным методом
В технологии под фосфорной кислотой подразумевают ортофосфорную кислоту H3PO4 (P2O5·3H2O) с содержанием в ней 72,4% P2O5. Ортофосфорная кислота представляет собой бесцветные кристаллы с температурой плавления 42,4 ºС, гигроскопичные и расплывающиеся на воздухе. В переохлажденном состоянии – это густая маслянистая жидкость плотностью 1,88 г/см 3 . Смешивается с водой во всех отношениях. При нагревании подвергается дегидратации с образованием полифосфорных кислот различного состава.
Экстракционный метод производства H3PO4 основан на реакции разложения природных фосфатов серной кислотой. Процесс состоит из двух стадий: разложения фосфатов и фильтрования образовавшейся фосфорной кислоты, промывки сульфата кальция водой.
Сернокислотное разложение фосфата кальция представляет гетерогенный необратимый процесс, протекающий в системе «твердое тело – жидкость» и описываемый уравнением:
Для удобства записи и упрощения расчетов формула двойной соли фторапатита 3Ca3(PO4)2 CaF2 записывается в виде Ca5(PO4)3F. Часть образовавшейся фосфорной кислоты возвращается в процесс. Фактически фосфат разлагается смесью серной и фосфорной кислот. В зависимости от концентрации фосфорной кислоты в системе и температуры образующийся сульфат кальция может осаждаться в виде ангидрита (m=0), полугидрата (m=0,5) и дигидрата (m=2). В соответствии с этим различают три варианта экстракционного метода производства фосфорной кислоты: ангидритный, полугидратный и дигидратный.
Температурный режим зависит от варианта экстракционного процесса.
Принципиальные схемы производства экстракционной фосфорной кислоты дигидратным и полугидратным методами идентичны. Однако полугидратный метод позволяет получать более концентрированную кислоту, снизить потери сырья и обеспечить более высокие интенсивность и производительность аппаратуры. Технологическая схема производства экстракционной фосфорной кислоты одностадийным полугидратным методом приведена на рис. 19.
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 промывки во 2-ой секции фильтра. Фильтрат первой промывки Ф-2 направляется в виде оборотного раствора в сборник 2. 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, орошаемый 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 м 3 производительность его равна 340 т/сутки P2O5. Вакуум-фильтры применяют лотковые и ленточные. Лотковые (карусельные) фильтры состоят из 24 лотков (нутч-фильтров), каждый из которых при работе фильтра последовательно проходят зоны фильтрации, пульпы, обезвоживания осадка, промывки сульфата кальция и его выгрузки. Фильтрующая поверхность их составляет от 80 до 160 м 2 . Ленточные фильтры представляют бесконечную перфорированную ленту, на которую натянуто фильтрующее полотно. При движении ленты она сообщается последовательно с тремя вакуум-камерами, в которых собираются соответственно основной фильтрат (продукционная кислота), первый и второй промывные фильтраты.
Всем вариантам экстракционного метода производства H3PO4 свойственны общие недостатки:
— необходимость упаривания полученной фосфорной кислоты до концентрации, необходимой в производстве минеральных удобрений,
— сильная коррозия аппаратуры на стадии концентрирования,
— отложение кристаллов сульфата кальция и геля кремниевой кислоты на стенках аппаратуры.
Источник
Производство фосфорной кислоты экстракционным методом
В технологии под фосфорной кислотой подразумевают ортофосфорную кислоту Н3Р04 (Р205 — ЗН20) с содержанием в ней 72,4% Р2О5. ортофосфорная кислота представляет собой бесцветные кристаллы с температурой плавления 42,4°С, гигроскопичные и расплывающиеся на воздухе. В переохлажденном состоянии — это густая маслянистая жидкость плотностью 1,88 т/м 3 . Смешивается с водой во всех отношениях. При нагревании подвергается дегидратации с образованием полифосфорных кислот различного состава (Р2О5·n Н2О), где n 3 и температуру затвердевания 3 — 8°С. Высокое содержание P2O5 и способность образовывать растворимые комплексные соединения, позволяет использовать суперфосфорную кислоту для получения высококонцентрированных жидких и твердых фосфорных удобрений.
1.1.2 Физико-химические основы процесса
Экстракционный метод производства фосфорной кислоты основан на реакции разложения природных фосфатов серной кислотой. Процесс состоит из двух стадий: разложения фосфатов и фильтрования образовавшейся фосфорной кислоты и промывки сульфата кальция водой.
Сернокислотное разложение фосфата кальция представляет гетерогенный необратимый процесс, протекающий в системе «твердое тело — жидкость» и описываемый уравнением:
Для удобства записи и упрощения расчетов формула двойной соли фторапатита 3Са3(РО4)2·СаF2 записывается в виде Ca5(PO4)3F.
Часть образовавшейся фосфорной кислоты возвращается в процесс. Фактически фосфат разлагается смесью серной и фосфорной кислот. В зависимости от концентрации фосфорной кислоты в системе и температуры образующийся сульфат кальция может осаждаться в виде ангидрита (m = 0), полу гидрата (m = 0,5) и дигидрата (m = 2). В соответствии с этим различают три варианта экстракционного метода производства фосфорной кислоты: ангидридный, полугидратный и дигидратный. В табл. 1. приведены условия разложения фторапатита для каждого из вариантов этого процесса.
Таблица 1
Условия разложения фторапатита
| Тип процесса | Температура,°С | Концентрация Р2О5 в жидкой фазе, % | Теплота реакции, кДж/моль |
| Дигидратный | 70-80 | 25-32 | 384,4 |
| Полугидратный | 95-100 | 38-48 | 371,0 |
Температурный режим зависит от варианта экстракционного процесса. В дигидратном методе гидратированный сульфат кальция осаждается в форме дигидрата при 70 — 80°С и концентрации кислоты в реакционной смеси 20 -32% Р2О5, в полугидратном методе — в форме полугидрата при 90 — 100°С и концентрации кислоты 35 — 42% Р2О5.
Высокая степень разложения фосфатов, равная 0,99 дол. ед., достигается всего за 1 — 1,5 часа. Практически процесс экстракции продолжается до 4— 8 часов. Это необходимо для образования крупных кристаллов сульфата кальция, которые легко фильтруются и промываются для извлечения фосфорной кислоты небольшим количеством воды. Образование крупных кристаллов способствует также перемешивание системы, незначительный избыток серной кислоты, снижающий степень пресыщения раствора и постоянство температуры процесса.
Принципиальные схемы производства экстракционной фосфорной кислоты дигидратным и полугидратным методами идентичны. Однако полугидратный метод позволяет получать более концентрированную кислоту (см. табл. 1.); снизить потери сырья и обеспечить более высокие интенсивность и производительность аппаратуры. Принципиальная схема производства экстракционной фосфорной кислоты одностадийным полугидратным методом приведена на рис. 1. На рис. 2 представлена технологическая схема того же процесса.
 |
Рис. 1. Принципиальная схема производства экстракционной фосфорной кислоты
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.
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 м 3 производительность его равна 340 т/сутки РгО5 при интенсивности около 25 кг/м 3 -ч.
Вакуум-фильтры применяют лотковые и ленточные. Лотковые (карусельные) фильтры состоят из 24 лотков (нутч-филътров), каждый их которых при работе фильтра последовательно проходят зоны фильтрации, пульпы, обезвоживания осадка, промывки сульфата кальция и его выгрузки. Фильтрующая поверхность их составляет от 80 до 160 м. Ленточные фильтры представляют бесконечную перфорированную ленту, на которую натянуто фильтрующее полотно. При движении ленты она сообщается последовательно с тремя вакуум-камерами, в которых собираются соответственно основной фильтрат (продукционная кислота), первый и второй промывные фильтраты.
 |
Рис.2 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.
Действующие установки по производству фосфорной кислоты полугидратным методом имеют производительность до 350 тыс. тонн в год и характеризуются параметрами:
— температура процесса 80 — 100°С,
— отношение жидкой фазы к твердой 2,5:1,
— исходная концентрация серной кислоты 0,75 масс. долей,
— степень экстракции 0,98 дол. ед.,
— концентрация продукционной фосфорной кислоты 0,45 дол. ед. по Р2О5
Всем вариантам экстракционного метода производства фосфорной кислоты свойственны общие недостатки:
— необходимость упаривания полученной фосфорной кислоты до концентрации, необходимой в производстве минеральных удобрений,
— сильная коррозия аппаратуры на стадии концентрирования,
— отложение кристаллов сульфата кальция и геля кремниевой кислоты на стенках аппаратуры.
Источник
Производство фосфорной кислоты экстракционным методом
В технологии под фосфорной кислотой подразумевают ортофосфорную кислоту H3PO4 (P2O5·3H2O) с содержанием в ней 72,4% P2O5. Ортофосфорная кислота представляет собой бесцветные кристаллы с температурой плавления 42,4 ºС, гигроскопичные и расплывающиеся на воздухе. В переохлажденном состоянии – это густая маслянистая жидкость плотностью 1,88 г/см 3 . Смешивается с водой во всех отношениях. При нагревании подвергается дегидратации с образованием полифосфорных кислот различного состава.
Экстракционный метод производства H3PO4 основан на реакции разложения природных фосфатов серной кислотой. Процесс состоит из двух стадий: разложения фосфатов и фильтрования образовавшейся фосфорной кислоты, промывки сульфата кальция водой.
Сернокислотное разложение фосфата кальция представляет гетерогенный необратимый процесс, протекающий в системе «твердое тело – жидкость» и описываемый уравнением:
Для удобства записи и упрощения расчетов формула двойной соли фторапатита 3Ca3(PO4)2 CaF2 записывается в виде Ca5(PO4)3F. Часть образовавшейся фосфорной кислоты возвращается в процесс. Фактически фосфат разлагается смесью серной и фосфорной кислот. В зависимости от концентрации фосфорной кислоты в системе и температуры образующийся сульфат кальция может осаждаться в виде ангидрита (m=0), полугидрата (m=0,5) и дигидрата (m=2). В соответствии с этим различают три варианта экстракционного метода производства фосфорной кислоты: ангидритный, полугидратный и дигидратный.
Температурный режим зависит от варианта экстракционного процесса.
Принципиальные схемы производства экстракционной фосфорной кислоты дигидратным и полугидратным методами идентичны. Однако полугидратный метод позволяет получать более концентрированную кислоту, снизить потери сырья и обеспечить более высокие интенсивность и производительность аппаратуры. Технологическая схема производства экстракционной фосфорной кислоты одностадийным полугидратным методом приведена на рис. 19.
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 промывки во 2-ой секции фильтра. Фильтрат первой промывки Ф-2 направляется в виде оборотного раствора в сборник 2. 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, орошаемый 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 м 3 производительность его равна 340 т/сутки P2O5. Вакуум-фильтры применяют лотковые и ленточные. Лотковые (карусельные) фильтры состоят из 24 лотков (нутч-фильтров), каждый из которых при работе фильтра последовательно проходят зоны фильтрации, пульпы, обезвоживания осадка, промывки сульфата кальция и его выгрузки. Фильтрующая поверхность их составляет от 80 до 160 м 2 . Ленточные фильтры представляют бесконечную перфорированную ленту, на которую натянуто фильтрующее полотно. При движении ленты она сообщается последовательно с тремя вакуум-камерами, в которых собираются соответственно основной фильтрат (продукционная кислота), первый и второй промывные фильтраты.
Всем вариантам экстракционного метода производства H3PO4 свойственны общие недостатки:
— необходимость упаривания полученной фосфорной кислоты до концентрации, необходимой в производстве минеральных удобрений,
— сильная коррозия аппаратуры на стадии концентрирования,
— отложение кристаллов сульфата кальция и геля кремниевой кислоты на стенках аппаратуры.
Источник
