Реферат: Получение экстракционной фосфорной кислоты - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

Получение экстракционной фосфорной кислоты

Банк рефератов / Химия

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Microsoft Word, 857 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникального реферата

Узнайте стоимость написания уникальной работы

8 Федеральное агентств о по образованию технологический институт Кафедра «Химическая технология» Курсовая работа по дисциплине «Общая химическая технология» на тему « Получение экстракционной фосфорной кислоты» Выполнила: студент ка группы Проверил: доцент 2006 Содержание Введение 1. Литературный обзор 2. Технологическая часть 2.1. Характеристика исходного сырья 2.2. Характеристика готового продукта 2.3. Модели ХТС Заключение Список использованной литературы Введение Производство экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК) является о д ним из наиболее крупнотоннажны х среди производств основной химической промышленности. Основная доля производимой фосфорной кислоты прих о дится на дигидратный метод, позволяющий получать в зависи мости от кач е ства перераб атываемого сырья кислоту с содержанием 22-32% Р 2 О 5 . Диго т ратный способ отличается ср авнительно мягким температурно-концентрационным технологическим реж имом, прост и дает выход Р 2 О 5 в продукционную кислоту. В то же время относительно низкая концентрация получаемой кислоты требует посл е дующей ее упарки до 40-50% Р 2 О 5 . Дигидратный метод относится к наиболее разработанным в промы ш ленной практике. Его совершенст вование идет в основном по пути принятия новых аппаратурных решений, нап равленных на интенсификацию процесса, оптим и зацию и стабилизацию температурного режима. Стремл ение получать более концентрированную ЭФК уже в технологическом цикле ее произво д ства, т.е. без сп ециального упаривания, выразилось в разработке и промышленной ре а лизации полугидратного про цесса [1] . Прямой полугидратный процесс в традиционном варианте характер и зуется технических сложностей, связанных с повышенной температурой, выдел е нием фтористых газов, а также более низким выходом Р 2 О 5 в кислоту, чем в дигидратном методе. Это обстоятельство , влияющее на высокую и н те нсивность процесса и сравнительно низкие капитальные вложения, нескол ько затормоз и ло распрост ранение полугидратного метода. На практике полугидратным методом полу чают кислоту с содержанием Р 2 О 5 от 36 до 45%. Полугидратный процесс более чувствителен к отклонениям технолог и ческого режима, так как осуще ствляется в более узких, чем полугидратный пр о цесс, интервалах температуры и концентраций Р 2 О 5 , СаО, S О 3 в жидкой фазе. Поэтому очень ванным условием стабильной и эффективной работы полуги д ратных систем является оснащение и х надежной системой контроля и автом а тического регулирования, применения АСУТП. Отходами в производстве ЭФК являются газообразные соединения фтора, а т акже сульфат кальция в виде дигидрата (фосфогипс) или полуги д рата (фосфополугидрат). Фтор в д и гидратном процессе выделяется в газовую фазу пр е имуществ енно в виде SiF 4 , в пол у гидратно м процессе помимо SiF 4 газовая фаза содержит Н F . Вопросы улавливания и утилизации фтора в производстве ЭФК нашли свое ра циональное решение путем водной абсорбции фтористых газов и используе мой получаемой таким образом фторкремниевой кислоты для прои з водства фторсодержащих солей. Более сложной остается проблема утилизации фосфогипса. Его выход на 1 т Р 2 О 5 в фосфорной кислоте в дигидратном процессе колеблется от 2 до 6% в зависимости от содержания кальция в фосфатном сырье, в случае по лугидра т ного процесса эт а величина для апатитового концентрата равна 3,7%. К основным направлениям использования фосфогипса относятся. - химическая мелиорация солончаковых почв; - производство вяжущих для строительства; - термическая регенерация серной кислоты и производство цемента; - конверсионное получение сульфата аммония. Из указанных направлений наиболее целесообразными являются второе и о собенно третье, связанное с получением серной кислоты, использу е мой вновь для разложения фосфат ного сырья. Внедрение в промышленную практику ко м бинированных методов показало впо лне очевидную тенденцию в производстве ЭФК на достижение максимальног о Р 2 О 5 выхода в кислоту с одновременным получением по воз можности более чистого фосфата кал ь ция, имея ввиду его дальнейшую утилизацию. Однако комбинированная технология часто отличается значительным увел ичением продолжительности процесса или существенным усложнением техн ологической схемы (процессы с двойной фильтрацией) [1]. 1. Литературный обзор Те хнически фосфорную кисл оту впервые получили более 1 0 0 лет н азад разл ожением низкокачественных фосфоритов, содержащих значительные к о личества соединений трех валентных металлов, разбавленной (5 - 10%-ной) серной кислоты, в которой соединения железа и особенно алюминия перех о дят в р аствор в незначительной степени . Раствор с концентрацией 8 - 10%. Р 2 О 5 упаривали до содержания в нем ~ 40% Р 2 О 5 . При разложении фосфатной породы более концентрированной (30 - 40%-ной) серной кислотой выделяются игольчатые кристаллы гипс а. Они удерживают значительное количество жидкой фазы и плохо орошаются . Вследствие этого потери Р 2 О 5 велики [1] . Существенным шагом вперед в производстве фосфор ной кислоты был переход к установкам непрерывного действия и разбавлен ие 75 и 93%-ной H 2 SO 4 не в одой или слабыми промывными водами, а раствором фосфорной кислоты, т. е . пров едение процесса с применением раствора разбавления. В этих условиях выд еляются ромбические кристаллы гипса, к ото рые хорошо фильтруются и отмываются. B настоящее время дигидратны м способом производят фосфорную кислоту с содержанием 20 - 25% Р 2 О 5 (обычно из н изк о сортного сырья - бедных фосфоритов) и 30 - 32% Р 2 О 5 (из вы сококачественн о го сыр ья - апатитового концентрат а и др. Практическое значение имеют температуры выше 60°С . При более низких температурах гидратация полугидрата идет медленно. Пр и 65 - 70°С в растворах, содержащ их до 32 - 33% P 2 О 5 , полугидрат быстро превра щается в гипс. Если, например, при 80°С в растворах, содержащих 10 - 25% Р 2 О 5 , п р е вращение полугидрат а в гипс происходит в течение 1- 5 ч, то при концентр а ции 32% Р 2 О 5 в течение значительно более длительного времени в твердой фазе находится полугидрат, а затем появля ется даже ангидрит. Поэтому п о лучение такой кислоты дигидратным способом возможно при те мпературе несколько ниже 80°С . Кроме того, при содержании в кислоте более 32 - 33% Р 2 О 5 уменьшаютс я размеры выделяющихся кристаллов гипса. Это затрудняет фильтрование к ислоты и отмывку осадка . Крупные изометр ичные и однородные кристаллы дигидрата образую т ся при незначительном (20 - 40%) пересыщении раствора. При колеб ании те м пературы выделяются неоднородные по размерам кристаллы. Образованию более крупных кристаллов способствует поддержание в растворе небольшого избытка сульфат-ионов (плюсовый режи м). При наличии в растворе избытка ионов кальция выделяются очень тонкие игловидные кристаллы. Содержащиеся в высококачественном фосфатном сы рье (Кольском апатитовом концентрате, флоридских, алжирских, марокканск их и аналоги ч ных други х фосфоритах) незначительные ко личества примесей практич е ски не влияют на качество фосфорной кислоты. Однако при использовании бедных фосфоритов, соде ржащих менее 30% Р 2 О 5 и значительные количества соед инений железа и алюминия, ма г ния, щелочных металлов и других, растворимого кремнезема, не растворим о го остатка и органических веществ, существенно изменяется состав образующейся фо сфорной кислоты и ее свойства, а также фильтрующие свойства п о лучаемой суспензии (пульпы). Поэт ому при одном и том же практически а п паратурном оформлении технологические режимы осуществ ления процесса, его интенсивность и надежность, а также качество получае мой кислоты (концентрация Р 2 О 5 , содержание примесей и т.д.) существенно отличаются для разных видов сырья . В отечественной промышленности освоено произво дство фосфорной кислоты из фосфоритов Каратау и разработана технологи я применительно к чилисайским фосфоритам. Ведутся лабораторные и опытн ые исследования экстракции фосфорной кислоты из фосфоритов вятского м есторождения и др. Фосфориты Каратау, в том числе и флотационный их к онцентрат с о держат значительное ко личество нерастворимого остат ка и соединений магния. При полном переходе последних в кислоту в виде су льфата магния концентрация сульфатов в жидкой фазе пульпы будет больше, чем это необходимо для выделения кристаллов сульфата кальция оптималь ных разм е ров и формы. Ре гулирование концентрации сульфат-ионов возможно путем распределения подачи серной ки слоты по разны м точкам системы. В 1969г. был введен в эксплуата цию первый крупный завод по экстракции фосфорной кислоты из фосфоритов Каратау. Первоначально техн о логический режим был установле н в расчете на переработку флотационного концентрата или богатой фосфоритной муки. Из флотационного концентрата Каратау, содержаще го 28% Р 2 О 5 и ~2% MgO (с остатком на сите в 100 м к не более 10 - 12%), получается кислота с о става, в %: Р 2 О 5 – 23 - 25; SO 3 - 3,8 - 4; Fe 2 O 3 - 1,4 - 1,5; MgO - 1,5 - 1,9; F - 1,6 - 1,8 . В последующем для пол учени я экстракционной кислоты в промы ш ленных условиях перешли на бога тую фосфоритную муку состава, в %: Р 2 О 5 - 28,0; СаО - 43,4; СО 2 - 5,3; MgO - 2,45; Na 2 O - 0,4; К 2 О - 0,55; Н 2 О - 0,18 и F - 2,9. Образующаяся фосфорная кислота со держит в среднем, в %: Р 2 О 5 - 22,4; SO 3 – 3,0 ; СаО - 0,5; MgO - 2; R 2 O 3 - 0,9 и F - 2,1. Этот технологический проц есс положен в основу разработанной НИ У ИФом системы экстракции фосфорной кислоты из богато й фосфоритной м у ки Кар атау (28% Р 2 О 5 ), мощностью 136 тыс.т Р 2 О 5 в год . Она состоит из двух (спаренных) экстракторов с рабочим об ъемом каждого 850 м 3 и из трех кар у сельных вакуум-фильтров с полез ной фильтрующей поверхностью 80 м 2 к а ждый. На производство фосфорной кислоты требуется (на 1 т Р 2 О 5 ) фосфатн о го сырья Каратау (100% Р 2 О 5 ) - 1,12 - 1,195 т, серной кислоты (моногидрата) - 3,3 - 3,6 т, электроэнергии – 270 - 290 к Bt ч , воды – 200 - 250 м 3 и фильтровал ь ного полотна - 0,15 - 0,18 м 2 . Расходные коэффициенты на получение из этой кислоты 1 т аммофоса (43% Р 2 О 5 и 11% N ) со ставляют 0,447 т ( 100% Н 3 РО 4 ), 0,144 т NH 3 (100%), 8500 м 3 природного газа. Переработка бедны х забалансовых руд Каратау прямой сернокисло т ной экстракцией, по-видимому, возможна путем дал ьнейшего снижения ко н центрации Р 2 О 5 в жидкой фазе пульпы по мере уменьше ния Р 2 О 5 и увелич е ния содержания примесей в руде. Повышение при эт ом температуры проце с са до 100 - 10 5° C приводит к значительному удалению фтористых соединени й в виде SiF 4 , что способствует улучшению кристаллизации и фильтрова ния фосфогипса. Выход Р 2 О 5 в кислоту достиг -99% . Так, разложением руды К а ратау состава, в %: P 2 O 5 - 18,9; MgO - 3,1; СаО - 32,8; А1 2 О 3 - 2,1; Fe 2 O 3 - 1,85;. SiO 2 - 25,2 и F - 2,0 - в лабо раторных и опытных условиях при 100-105°С, получена кислота, содержащая 16 - 18% Р 2 О 5 , 3 - 5% SO 3 и 0,5 - 0,6% F . Производительность фильтр ования фосфогипса составила 500 - 700 кг/(м 2 ч) в расчете на сухой отмытый . Но полученная в этих условиях кислота почти полностью нейтрализ о вана и может быть использована д ля производства тол ь ко низ кокачестве н ных удобре ний. Несмотря на существенные усовершенствования, пр оизводство фо с форной кислоты из рядовых фосфоритов Каратау - трудный процесс, осло ж няемый интенсивной инкрустацией трубопроводов подачи пул ьпы на кар у сельный вак уум-фильтр, рабочих органов фильтра - головки, фильтровальных сеток, рессиверов, барометрических труб и комм у никаций перво го и второго фильтратов, а также хранилищ фосфорной кислоты. Это приводи т к необходимости остановки системы для чистки (производимой в основном вручную) на 12 ч и более через каждые 7 - 10 суток работы, и относительно кратковременному сроку межре монтной эксплуатации оборудования [2] . Отложения, образующиеся в барометрической трубе и головках филь т ра, сос тоят в основном (50 - 65%) из кремн ефторидов калия (преимуществе н но) и натрия, а также соединений железа в виде FePO 4 2 H 2 O и FeH 3 ( PO 4 ) 2 2,5 H 2 O (3 - 11,5% Fe 2 O 3 ), маг ния, кальция (в виде сульфата) и др. Чил исайские фосфориты отличаются, помимо низког о содержания Р 2 О 5 , большим количеством карбонато в полуторных окислов и нераствор и мого осадка. В одиннадцатой пятилетке, кроме основного сырь я (хибинский апатит и фосфориты Каратау, содержащие около 24% Р 2 О 5 ), намечается о с воение чилисайского флотационного концентрата, содержаще го 22 - 24% Р 2 О 5 . Фосфорная кислота, полученная из чилисайского фл отационного ко н центра та, характеризуется пониженной концентрацией Р 2 О 5 (20 - 22%); кроме того, для экстракци и необходима повышенная норма серной кислоты (103 - 105% от стехиометрической, считая на СаО в сырье). С уве личением нормы серной кислоты от 100 до 105-106% (от стехиометрии) степень извлеч ения Р 2 О 5 увеличивается н а 2 - 3% (от 96 до 98,5%). Это объясняется тем, что обр а зующиеся при разложении фосфат ы железа в присутствии серной кислоты (2,5 - 3,5% SO 3 ) остаются в жидкой Фазе длительное в ремя в пересыщенном состоянии. В этих Условиях в кислоту переводит 80 - 85% Fe 2 O 3 , сод ержащейся в сырье. При недостаточном содержании SO 3 (до 2%) Увеличивается к о личество фосфатов железа в фос фо гип с, что приводит к уменьшению степ е ни извлечения Р 2 О 5 в раствор. Оптимальными усло виями процесса являются (помимо указанной в ыше концентрации и нормы серной кислоты температура пульпы в экстракт о ре 80 - 82°С, продолжительность обработки пульпы 6 ч, массо вое отношение Ж: Т в пульпе 2: 1, расход воды для промывки фосфогипса 1000кг на 1 т сух о го осадка при температуре ее 80 - 8 0 °С. При этом коэффициент разложения концентрата сост авляет 95 - 97%, коэффициенты отм ывки Р 2 О 5 из фосфогипса - 98 и выхода Р 2 О 5 в кислоту – 94 - 95%. Получаемая кисл ота плотностью 1300 кг/м 3 сод ержит в %: Р 2 О 5 – 21 - 22; SO 3 - 2,5 - 3,5; СаО - 0,4; MgO - 0,7; Fe 2 O 3 - 0,9; A l 2 O 3 - 1,2 и F - 1,2. В обще м цикле переработки природных фосфатов в удобрения или техни ческие соли производство экстракционной фосфорной кислоты являе т ся промежуточным техноло гическим процессом. Недостаток его - образов а н ие кислоты невысокой концентрации и необходимость ее упаривания, а такж е трудности, возникающие при переработке бедных видов сырья. В настоящее время накопились многочисленные и вс есторонние дан ные о свойст вах модифицированных фосфорнокислых растворов и повед е нии в них крис таллогидратов сульфат а кальция , а также сведения о селе к тивном растворении составных ч астей фосфатного сырья. Они послужили осн о ванием различных предложенных способов экстракц ии фосфорной к и слоты и з апатитового концентрата и фосфоритов Каратау в сочетании с последу ю щим ее использованием , или с пред варительным обезмагниванием бед ных доломитизированных фосфоритов для кислотной пер еработки. В настоящее время существует два способа получения фосфорной к и слоты: п олугидратный и дигидратный способ ы. П олу г идратным методом получают кислоту, содержащую 35 - 48% Р 2 О 5 . Э то позволяет увеличить мощность действующих цехов в 1,3 - 1,5 раза и н е сколько уменьшить количество отхода - сульфатного остатка. В значительной мере успехи, достигнутые в области изучения и осво е ния по лугидр атног о метода, основ аны на технических усоверш енствова ниях и достижениях производства экстракционной фосфорной кислоты дигидра т ным методом. Оба процесса протекают с выделением твердых фаз - дигидрата и полугидрата су льфата кальция в метастабильном состоянии, но резко отлича ю щихся по своей растворимости, ус тойчивости, размерам и форме кристаллов. Успешное осуществление процесса полугидратным методом возможно при выделении достаточно стабильных кристаллов полуг идрата, обеспеч и вающи х максимально полное отделение фосфорной кислот ы от осадка и не гидрати рующихся в процессе промы вки водой н а фильтре и при д альнейшей транспортировке и хранении. Температурные условия процесса зависят от конце нтрации получаемой кислоты и в области метастабильното существования полугидрата в системе CaSO 4 Н 3 РО 4 Н 2 О заключены в относительно небольших пределах. При ко н центра ции кислоты от 35 до 50% Р 2 О 5 верхний диапазон температур измен я ется от 10 д о 90 С. Ниж ний диапазон, начиная с 70 °С, не представляет пра к тического интереса, ос обенно при содержании в кислоте более 37 - 40% Р 2 О 5 вследствие малой скорости реак ци и и затруднений, связанны х с отделением осадка от кис лоты большой вязкости. При малой рас творимости и медленном растворении п олугидрата последний долго дегидра тируется и при 115 - 125 С в концентрирова нной фо с форной кислоте. Присутствие в р астворе 0,5 - 0,6% фтористых и кремне фт о ри с ты х соединений приводит к резкому уменьшению ра змеров кристалл ов и замедл е нию фильтрования в 2 раза . Увеличение содержания фтористых соединений до 1% замед ляет фильтрование в 5 раз. Поя вление кристаллов полуги д рата игольчатой формы вызвано торможением роста граней призмы при быст ром росте вершинных граней вследствие избирательной адсорбции примеси на гранях растущего криста лла. Но совместное присутствие в растворе прим е сей соединений алюминия и ионов фтора вызывает (при содержании до 2% А1 2 О 3 и 0,4 - 0,5% F ) образова ние, более изометричных кристаллов с лучш и ми фильтрующимися свойствами , чем в отсутствие примесей. Полное пр е вращение полугидрата в г и п с в растворах, содержащих 10 - 18% Р 2 О 5 , з аве р шается в течение 1 ч . При содержании в кислоте 25% P 2 O 5 фаз овый пер е ход заканчив ается в течение 1,5 - 2 ч [3] . Скорость гидратации полугидрата в значительной с те п ени зависит и от условий его получения. Чем выше концентрация фосфорной кис лоты, в кот о рой происхо дило выделение полугидрата, тем медленнее происходит его оводнение в ра збавленных растворах. В Р оссии освоено и нала жено в промышленных масштабах произво д ство полуги дратным методом фосфорной кислоты концентрации 45 - 48 и 35 - 38% Р 2 О 5 . Кислоту концентрации 45 - 48% Р 2 О 5 в неб ольших масштабах пр о и зводят по способу, разработанному в НТИ им. Ленсовета совместно с Ви н ницким химическим комбинатом и ЛенНИ ИГипрохимом . В основе способа получения 35 - 38%-ной кисло т ы на типовых промышленных уста новках л е жат разработки, проведенные в НИУИФе, Лен НИИГипрохиме, Воскресе н ском ПО «Минудобрение», на Красноуральском меде плавильном комбинате и др. По способу, пр едложенному в ВИУИФе , апатито вый концентрат разл а гают смесью 92 - 93%-н ой H 2 SO 4 и оборотной концентрированн ой фосфорной кислоты при 94 - 95 °С с получением кислоты, содержащей 43 - 48% Р 2 О 5 и 0,7 - 1,3% SO 3 . Процесс протекает при интенсивном выделении фторсодержащих газообраз ных соединений (более 50% от о бщего содержания в сырье) и ст е пени разложения апатита, равной 97,5%). В настоящее вре мя фосфорную кислоту концентрации 35 - 37% Р 2 О 5 из апатитового концентрата пол угидратным методом по способу НИУИФа и Воскресен ского ПО «Мин удобрения» получают на ряде предпри ятий. Для предварительного смешения серной и фосфорной кислот применяю т высок о с коростной смеситель конструкции Вос кресенского ПО «Минудобрения» и НИИХиммаша. Он представляет собой аппа рат типа «труба в трубе», выпо л ненный из нержавеющей стали. Во внутреннюю трубу сверху под ают ра з бавленную охла жденную серную кислоту с температурой не более 60°С, к о торая распределяется форсункой , помещенной на конце трубы. В наружную трубу тангенциально подводят обо ротную фосфорную кислоту. Кислоты смешиваются на выходе из т рубы над поверхностью пульпы; в экстр акторе. Процесс ведут преимущественно с применением цил индрических, р е акторо в. Прямоугольные железобетонные экстракторы с рабочим объемом 740 м 3 с годовой производи тельностью 140 тыс.т Р 2 О 5 представляют бол ь шие за тру днения в эксплуатации. Экстрактор разделен внутри перегородками на вос емь рабочих секций и две дополнительных, изнутри покрыт антикорроз и онной защитой. Крышка экс трактора защищена листом из нержавеющей ст а ли. В зоне газовой фазы все секции сообщаются между с обой. Над перег о родкам и между нечетными и четными секциями устанавливается специал ь ное устройство в виде вала с л опастью, при вращении которого снимаются отложения геля кремниевой кис лоты, образующегося в результате интенсивного выделения фторсодержащи х газов в узлах между крышкой эк с трактора и перегородками. С первой по четвертую и в восьмой секциях уст а новлены турбинные мешалки с инт енсивной циркуляцией, в пятой, шестой и седьмой секциях - винтовые мешалки. Выделяющиеся в экстракторе фторсодержащие газы и водяные пары протягиваются вентилятором из четвертой секции экстрак тора в абсорбцио н ную с истему. Образующуюся пульту из девятой секции отводят по гружными нас о сами в ва куум-испарительную установку. Охлажденная на 3 - 5°С пульпа из испарителя по барометрическому труб опроводу перетекает в распредел и тельную десятую секцию экстрактора. Основное количество -ох лажденной пульпы из десятой секции поступает в первую секцию экстракто ра, а остал ь ное - на фильтр. Водяные пары и фторсодержащие газы, выделяющиеся при кипении пульпы в ва куум-испарителе, проходят л овуш ку-брызгоуловитель, ороша е мый водой при помощи форсунки, га зоход (для предотвращения зарастания осадком), абсорбционную башню, цикл он-сепаратор, п оверхностные конденсаторы, а затем вакуум-насосом несконденсировавшиес я пары и газы в ы брасыва ются через выхлопную трубу в атмосферу. Фильтрование пульпы с четырехкратной промывкой осадка - п роизв о дится на карусельном вакуум-фил ьтре с поверхностью 80 м 2 . Осадок пром ы вают в одо й с температурой не менее 80 °С в количестве ~ 700кг на 1000 кг апатита. Промытый и подсушенный-воздухом фосфополугидра т выгружают в бункер, откуда вывозят самосвалами в отвал . Получаемая фосфорная кислота содержит 36,5 - 37% Р 2 О 5 . В ЛТИ им. Ленсовета (к афедра технологии неорганических веществ), начиная с 50-х гг., были выполнены мног очисленные и многосторонние исследования, в результате которых были по лучены новые данные и расшир е ны, имеющиеся сведения о скорости растворения фосфатов в ки слотах, ра с творимости, пересыщении и кристаллизации твердых фаз в образующихся системах и др. П олученные данные послужили основанием для выбора опт и мальных режимов и технологичес ких условий производства фосфорной к и слоты,, содержащей 45 - 48% P 2 O 5 , полуг идратным способом . Отличительная черта этого способа (ЛТИ им. Ленсов ета, Винницкого химического комбината и ЛеиНИИГипрохима), используемог о уже в течение более 10 лет, - п рактически полное разложение апатита в избытке фосфорной кислоты при о дновременном удал ении из реакционной массы крем нефтор и стых соединений и обработке полученн ой монокаль ц ий фосфатной пульпы серной кислотой. Пр оцесс осуществляется в каскаде из 4 - 5 экстракторов с фильтрованием пульпы на ленточных вакуум-ф ильтрах. Апатитовый концентрат разлагают в 3,5 - 4-кратном избытке фосфорной кислоты в расчете на образование Са( Н 2 РО 4 ) 2 при 90 - 95°С в течен ие 1,2 - 1,7 ч. Разложение апатита избытком концент рированной фосфорной кислоты пр о текает с достаточной скоростью уже при 60 - 70°С. С повышением температ у ры до 90 - 95 °С увеличивается концентрация СаО в жидкой фазе пул ьпы от 2,5 -2,7 до 4,3% и отношение Ж:Т в пульпе, а также уменьшается вязкость раствора и пульпы. Соотношение ме жду фосфорной кислотой, поступающей с первым фильтратом и циркулирующе й п ульпой, зависит от отношения Ж: Т в пульте. При Ж:Т = 3:1 с пульпой вводится в ~2,5 раза больше кислоты , чем с первым фильтратом. В фосфорной кислоте, применяемой для разложения а патита, должно находиться не более 0,4% свободной H 2 SO 4 . В п рисутствии больших кол и честв свободной серной кислоты уменьшается степень разлож ения апатита и в ыделяющийся при этой стадии суль фат кальция плохо фильтруется. В производстве в Ро ссии и за рубежом по прежнему доминирующее положение занимает дигидрат ный процесс. В 70-80-е годы основным направлен и ем совершенствования этого процесса является укрупне ние единичных мощн о стей от 55 до 300 тыс.т. Р 2 О 5 в год с одновременной модернизацией и разработкой более совершенного технологического оборудования. К ним о тносится: п о вышение наде жности узла дозирования фосфатного сырья за счет использования стабил изаторов истечения, предварительное смешение фо с фатного сырья с пульпой в скоростн ых пленочных смесителях; создание р е жимов с двухзонным сульфатным режимом и интенсивной внеш ней и вну т ренней циркуля цией пульпы; улучшение конструкции перемешивающих ус т ройств; усовершенствование метод ов охлаждения пульпы за счет использ о вания вакуум-испарителя и аппаратов воздушного охлажден ия пенного типа; разработка аппаратуры с безопасной циркуляцией жидкос ти для очистки фторсодержащих газов; моде р низация конструкции карусельных вакуум-фильтров. Однако, не смотря на развитие техники производства ЭФК не удалось сущест венно интенсифицировать дигидратный процесс – концентрация пр о дукционной кислоты не превыша ет 28 % Р 2 О 5 , а удельный расход фосфоги п са находится на уровне 700-800 кг/(м 2 ч), аналитический (теоретический) в ы ход Р 2 О 5 составляет 96%. Поэтому в мировой практике начали внедрятся в пром ышленность п о лугидратны е, полугидратно-гидратные и дигидратно-полугидратные способы п о лучения ЭФК. Комбинированные м етоды предпочтительнее дигидратного вследствие значительного увелич ения выхода Р 2 О 5 в кислоту, повышения концентрации ЭФК до 33-35% Р 2 О 5 и получения сульфата кальция, приго д ного для дальнейшей пере работки. Сложность стаби лизации полугидрата и зави симость ее как от пост о янных, так и переменных (случайных) параметров обусловливает затрудн е ния в регулировании пр омышленного процесса производства кислоты в п о лугидратном режиме, особенно на установках большой мощности. Это вызвало интерес к двуста дийным способам получения фосфорной кис лоты, п о зволяющим повы сить на 2,0 - 2,5% (абс.) степень извл ечения Р 2 О 5 , получить концентрированную кисло ту (до 55%) и использовать сульфат кальция без дополнительной очистки для п роизводства строительных материалов. На первой стадии процесс ведут с выделением в твердую фа з у пол у г идрата или диг идрата, а во в торой стадии пере кристаллизовывают полуги д рат в дигидрат или дигидр ат в полуги д рат. При полугидратн о-дигидратном способе на первой стадии выделяе т ся относительно устой чивый полугидрат, не оводняющий с я в процессе экстракции. Во второй стадии полугидрат, не отделе нный или после отдел е н ия от жидкой фазы , перекристаллйзовы в ают в дигидрат с выделением крупных, хорошо образованных и б ыстро фильтрующихся кристаллов. Преимущества указанного способа - максимальная (до 98,5%) степень извлечени я из сырья фосфорной кислоты в раствор при минимальном расх о де серной кислоты и получение ги пса высокого качества, содержащего не больше 0,3% общей Р 2 О 5 . По этому с посо бу работают некоторые заводы в Японии и в других с транах с максимальной суточной мощностью 200 т (60 - 65 тыс.т в 1 год) Р 2 О 5 (кислота содержит 30 - 32% P 2 O 5 ). Для выделения негид ратиру ющегося при экстракции по лугидрата пр о цесс проводят при повышенных те мпературах (90 - 95°С). Фтор-ионы, в отличие от всегда присутствующих в ки слоте кремне ф торид-ио нов, способствуют оводнению полугидрата. В то же время гидрат а ция полугидрата протекает быст рее, если он получен из фосфорита, соде р жащего небольшие количества фтористых соединений (~0,3%) и о к ислов трехвалентных металлов (~0,8%); фтор в этом случае, вероятно, связан в н е силикатный комплекс ный ион. В присутствии серной кислоты концентраци я фтор-ионов увеличивается за счет распада кремнефторид-ионов, и при и з бытке полуторных окис лов гидратация ускоряется тем в большей степени, чем больше содержание с ерной кислоты в растворе. Она ускоряется также при добавлении к фосфату или в пульпу активного кремнезема при одновр е ме нном добавлении ионов калия или на трия . Перекристаллизация полугидрата ускоряется в пр исутствии минерал ь ных кислот - серной, азотной, сол яной и их натриевых солей, сульфатов л и тия, аммония, хлорида железа и других. При этом в кислых ср едах процесс протекает активнее, чем в нейтральны х и щелочных, а технический фос ф о полугидрат, получаемый в произв одстве фосфорной кислоты, оводняется значительно медленнее, чем искусс твенно приготовленный «чистый» пол у гидрат. Гидратация тонкодисперсного полугидрата проис ходит интенсивнее, чем крупнокристаллического, п ри сопоставимых со держаниях в осадке фо с форной кислоты [4] . Скорость гидратации полугидрата зависит и от мно гих других факт о ров - соде ржащий в осадке воднонера c твори мой Р 2 О 5 , з ахваченной Р 2 О 5 в присутствии в растворе привнесен ных из апатитового концентрата соедин е ний стронция и церия. При содержании последних в раств оре в количестве 3,8 - 7,0% SrO и ли 1,8 - 2,8% Се 2 О 3 гидратация замедляется в ~20 раз по сра в нени ю с чи стыми растворами, но полност ью завершается в тече ние не более 6 -7 ч . Большая ско рость превращения полугидрата в дигидрат наблюдается при 50 - 60°С и содержании в растворе 5 - 8% H 2 SO 4 вследствие, по-видимому, максимальной скорости ра створения и растворимости кристаллогидратов в этих условиях. При д и гидратно-полугидратн ом способ е п ерекристаллизацию дигидр а та в п олуг идрат рассматривают в качестве одного из путей перевода дейс т вующих систем с дигидратного на полугидратный режим. В статических у с ловиях (добавлением в экстрактор с ди гидр атной пульпой упаренной фо с форной кислоты при одновр еме нном повышении температуры до 9 5 - 98°С) при с о держании в кислоте 38 - 42% Р 2 О 5 , 2% SO 3 и 98°С дигидрат полностью переходит в п олугидрат за 1,5 - 4 ч. При непрерывном ведении процесса с п о дачей сырья и отводом полугидратной пульпы на фильтрование время пер е кристаллиза ции сокращается в ~1,5 - 2 раза. Процесс может б ыть проведен следующим образом. Пр иродный фо с фат разлагают смесью серной и фосфорной кислот при 50 - 70 °С с получением кислоты конце н трацией до 39% Р 2 О 5 . Из полученн ой пульпы отделяют (без про мывки гипса) декантацией продукционную кислоту (33-38% Р 2 О 5 ). О т стоявш уюся гипсовую суспензию смешивают в д егидраторе с концентрир о ванной серной кислотой или смесью ее с фосфорной кислото й. В жидкой ф а зе суспенз ии содержится 20 - 30% Р 2 О 5 и 10 - 20% H 2 SO 4 . При этом температура повышается до 75 - 85°С, что способствует быстрой перекристалл и зации дигидрата в полугидрат, пр отекающей со скоростью, значительно пр е вышающей скорость обратного перехода. В этих условия х промыт ый пол у гидрат содержит всего ~0, 2% общей Р 2 О 5 и в том числе 0,01% водорастворимой, а также 0,1% F . В 1985-190 гг. в НИУИФ прово дились поисковые и полупромышле н ные (в опытном цехе Воск ресенского филиала НИУИФ) испытания диги д ратно-полугидратного процесса получения ЭФК из Кольск ого апатитового концентрата и фосфоритов Каратау. Они показали возможн ость выпуска ЭФК концентрацией до 33% Р 2 О 5 с одновременным увеличением выхода Р 2 О 5 до 97-98% и получения полугидрата су льфата кальция в виде квалиф и цированного вяжущего. Однако внедрение процесса в промышлен ность то р мозится отсутст вием средств для капитальной реконструкции технологич е ской системы. Таким образом, наиболее перспективным для нашей промышленности являет ся одностадийный полугидратный процесс, основные преимущества которог о заключаются в возможности получения концентрированной фо с форной кислоты (35-37% Р 2 О 5 против 26-30% Р 2 О 5 в дигидратном процессе) и увелич ение эффективности стадии фильтрации пульпы в 1,5-2 раза по сравнению с диг идратным способом. Применение в качестве исходного фо с фатного сырья Кольского апатитово го концентрата и полугидратной техн о логии представляется наиболее благоприятной также потом у, что входящие в состав апатита минералы, содержащие редкоземельные эле менты и стро н ций, существ енно замедляют процесс перекристаллизации полугидрата сульфата кальц ия в д и гидрат. 2.1. Характеристика исходного сырья Сырьем для получения фосфорной кислоты являются о ртофосфаты – соли ортофосфорной кислоты. Содержащийся в ортофосфатах ион РО 4 3- имеет струк туру тетраэдра, расстояние Р-О составляет 1,54-1,60 Е. Известны однозамещенные (напр и мер, КН 3 РО 4 , Са(Н 3 РО 4 ) 2 и др.), двузаме щенные (например, ( NH 4 ) 2 НРО 4 , NH 4 N аНРО 4 и т.д.) и трехзамещенные (например, Са 3 (РО 4 ) 2 , NH 4 MgPO 4 и т.д .) ортофосфаты. При прокаливании кислых ортофосфатов в зависимости от ус ловий нагревания образуются кольцевые мета- или цепные полифосфаты. Одн озамещениые ортофосфаты растворимы в воде, из двузамещенных и трехзаме щенных раств о римы толь ко соли щелочных металлов и аммония. В водных растворах ортофосфаты щело чных металлов гидролизуются. Бол ь шинство ортофосфатов, кроме ортофосфатов Bi , Sn , Ti , Zr , Hf , Th , растворимы в сил ь ных кислотах. Растворимые в воде ортофосфаты получают добавле нием необходимых количеств Н 3 РО 4 к р аство рам гидроокисей или карбона тов, нерастворимые ортофосфаты получают с помощью реакции обмена . Ортофосфаты Ca , NH 4 + используются в произ водст ве фосфорных удобрений, эмалей, матовых стекол, в фа рмацевтической п ром ышленности , в про и з водст ве огнестойких м а териалов . 2.2. Характеристика готового про дукта Ортофосфорная кислота (Н 3 РО 4 ) – бесцветные кристаллы, пл отность 1,87, температура плавления 42,35 С , теплота образовани я Н 0 298 = -309,4 ккал/мол ь . Безводная Н 3 РО 4 склонна к переохлаждению. При нормаль ной темп е ратуре инертна и ниже 350 С н е восстанавливается углеродом и водородом. При повышенных температур ax реагирует с большинством ме таллов и их окислов, действуя даже на кварц, золото и т.д. С водой Н 3 РО 4 смешив а ется во всех отношениях. Ки пение растворов Н 3 РО 4 сопровождается разлож е нием и образованием азеотропной смеси, содержащей 91,1-92,1%Р 2 О 5 (чи с тая Н 3 РО 4 содержит 72,4% Р 2 О 5 ). Для Н 3 Р О 4 окислительные и восстано в и тел ьные свойст ва не харак терны. При обычно й температур е в водных р а с тво ра х Н 3 РО 4 взаимодействует лишь с щелочам и . При повышенных температур ax и пони женных давлениях Н 3 РО 4 реагирует со спирта ми с обр а зованием э фиров. Однако чаще всего эфиры Н 3 РО 4 получают взаимо действ и ем спиртов ROH с РОС1 3 или РС1 5 . Фосфорная к ислот а - важный пол упродукт для про и з водст ва удобр е ний, технич еских . реактивов, напр имер , фосфатов аммония, натрия, кальци я и т. д. Н 3 РО 4 применяют в синтезе ряда органич ески х продуктов, в п ро и з во д стве активированного угля, для создания на металлах за щитных покр ы тий. Очищен ная, или так наз ываемая пищевая Н 3 РО 4 , применяется в произ водст ве безалкогольных напитков, фар мацевтич еских препаратов, для приготовления кормовых ко н центратов и т.д. 2. 3 Модел и ХТС 2. 3 .1 Хими ческая модель Разложение фосфата при избытке ионов кальция в рас творе происходит с образованием фосфополугидрата и монокальцийфосфат а (МКФ): Са 5 ( РО 4 ) 3 F + 5H 2 SO 4 + 2,5H 2 O 3H 3 PO 4 + 5CaSO 4 0,5H 2 O + HF Са 5 ( РО 4 ) 3 F + 7H 3 PO 4 5Ca(H 2 PO 4 ) 2 + HF Далее, при снижении содержания ионов кальция в фосф орной пульпе, идет взаимодействие МКФ с черной кислотой с перекристалли зацией кру п нокристаллич еских форм полугидрата сульфата кальция: 5Ca(H 2 PO 4 ) 2 + H 2 SO 4 + 0,5H 2 O CaSO 4 0,5H 2 O + 3H 3 PO 4 2. 3 .2 Функц иональная модель 2. 3 .3 Структурная модель 2. 3 .4 Операторная мо дель 2. 3 .5 Технологическая схема 1 – ленточный конвейер; 2 – бункер; 3 – элеватор; 4 – весовой дозатор; 5 – экстракторы с мешалками; 6,7 – напорные баки; 8 – щелевой расходомер; 9 – карусельный вакуум-фильтр В полугидратном процессе фосфатное сырье, фосфорн ая кислота и ретурная пульпа попадают в первый из двух каскадно располож енных реакт о ров 5 первой м онокальцийфосфатной стадии процесса. В двух реакторах этой стадии при т емпературе 90-95 С в течение 1,2-1,7 ч фосфат разлагается 3,5-4,0 кратным (в расчете на обр азование Са(Н 3 РО 4 ) 2 ) избытком фосфорной к и слоты. По истечении указанного времени на выходе из второго р еактора коэффициент разлож е ния фосфата достигает 98-99%. В последующих трех реакторах 5 происходит экстракц ия фосфорной кислоты при взаимодействии вводимой в третий реактор серн ой кислоты и находящегося в пульпе монокальцийфосфата в присутствии вт орого фильтрата, пост у па ющего с фильтра. Процесс идет очень быстро при температуре 95-100 С и при отсутствии в жидкой фазе свободной серной кислоты. Пр и менение определенных способов подачи реагентов, спос обствующих мин и мизации возникающих в объеме реакционной пульпы градиентов температ у ры и концентраций, обеспечивает также минимальные значен ия величин пресыщения жидкой фазы по сульфату каль ция. Такие меры позволяют в ы делять полугидрат в виде изометричных, близких к сферической форме кр и сталлов, сросши хся в агрегата диаметром до 100 мкм. Пульпа, содержащая в жидкой фазе 45-50% Р 2 О 5 , делится на два потока: один (2/3 пульпы) возвращают в экстрактор, а второй (1/3 пульпы) н а правл яют на разделение на карусельном вакуум-фильтре 9. Продукционную кислоту частично возвращают в процесс, осадок фосфополугидрата пром ы вают водой противотоком. Заключение В данной курсовой работе рассмотрены методы получ ения экстракц и онной фосфорной кислоты. Наиболее перспективным является полугидр а т ный способ получения фо сфорной кислоты , так как дает возможность получени я ко н центрированной фосф орной кислоты (35-37% Р 2 О 5 ) и увеличение эффективности стадии фильтрации пульпы в 1,5-2 раза по сравнению с д и гидратным способом. В работе представлена характеристика исходного с ырья и готовой продукции. Построены химическая, фун кциональная, структурная, операторная, технологическая модели ХТС по по лучению фосфорной кисл о т ы. Список использованной литературы 1. Кислотные методы переработки фосфатного сырья / Е.Л. Яхонтова, И.А. Петропавловский, В.Ф. Кармышов, И.А. Спиридонова. – М.: Химия, 1988. – 288 с. 2. Шуб Б.И. Персп ективы развития полугидратного процесса получ е ния экстракционной фосфорной кисл оты / Б.И. Шуб, Э. В. Хлебодарова // Х и мическая промышленность. – 1999. - №11. – С.41-43. 3. Большая сов етская энциклопедия / под ред. А.Н. П рохорова. – М.: Советская энциклопедия, 1976. – Т.23. 4. Копылев В.Н. Технология экстракци онной фосфорной кислоты / В.Н. Копыл ев. – М.: Химия, 1981. – 224 с.
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
Вам одиноко? Кажется, что вы никому уже больше не нужны?
А попробуйте задержать выплату автокредита.
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, реферат по химии "Получение экстракционной фосфорной кислоты", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru