Реферати українською » Промышленность, производство » Виробництво, технологічні властивості та застосування фосфорної кислоти


Реферат Виробництво, технологічні властивості та застосування фосфорної кислоти

Страница 1 из 2 | Следующая страница

Міністерство освіти і науки Російської Федерації

 

Федеральне агентство за освітою


державний технічний університет

кафедра хімічної технології

>КУРСОВАЯ РОБОТА

 

з дисципліни «Загальна хімічна технологія»

на задану тему: «Виробництво, технологічні властивості й застосування їх фосфорної кислоти».

2007 р.


Запровадження

 

>Фосфорная кислота має значення як із найважливіших компонентів живлення рослин.Фосфор використовується рослинами для побудови своїх самих життєво важливих частин - насіння ріпаку та плодів.

Похідніортофосфорной кислоти конче потрібні як рослинам, а й тваринам. Кістки, зуби, панцири, пазурі, голки, шипи в багатьох живих організмів складаються, переважно, зортофосфата кальцію. З іншого боку,ортофосфорная кислота, створюючи різні з'єднання з органічними речовинами, активну участь у процесах обміну речовин живого організму з довкіллям. Внаслідок цього похідні фосфору зберігають у кістках, мозку, крові, в м'язових та сполучних тканинах організмів людини і тварин. Як багатоортофосфорной кислоти у складі нервових (мозкових) клітин, що дозволило А.Є.Ферсману, відомомугеохимику, назвати фосфор «елементом думки».

Одержання фосфорної кислоти останнім часом перетворюється на важливий ланцюг усієї галузі, пов'язаної з виробництвом добриві. Відомо, щоортофосфорная кислота (Р2Про5 · ДТ2Про) при нагріванні піддається дегідратації, перевтілююся впирофосфорную кислоту Р2Про5 ·2Н2Про. Подальшадегидратация можуть призвести до утвореннятриполифосфорнойЗР2Про5 ·5НО та іншихполифосфорних дометафосфорной кислоти НРО3 і його полімерів (Р2>О5 · М2Про)П. У виробництві цю суміш називаютьсуперфосфорной кислотою. Вона має до 80% Р2Про5, що перетворює їх у цінна сировина щоб одержати висококонцентрованих фосфорних і складних добрив.

Для цього щорічно видобувається в усьому світіфосфорсодержащей руди близько 100 млн. т.Фосфорние добрива як сприяють поліпшенню врожайності різних сільськогосподарських культур, а й надають рослинам зимостійкість і опірність іншим несприятливим кліматичних умов, створюють умови до швидшого дозрівання врожаю районах з коротким вегетативним періодом. Вони також сприятливо діють на грунт, сприяючи її структурування, розвитку ґрунтових бактерій, зміни розчинності інших які у грунті речовин та придушенню деяких які виникають шкідливих органічних речовин.

Чималоортофосфорной кислоти споживає харчова промисловість. Річ у тім, що у смакразбавленнаяортофосфорная кислота дуже приємна й невеличкі її добавки в мармелади, лимонадів і сиропи помітно покращують їх смакові якості. Цікаві й інші застосуванняортофосфорной кислоти у промисловості. Наприклад, зазначалося, що просочування деревини самої кислотою і його солями роблять деревонегорючим. І на цій основі зараз виробляютьогнезащитние фарби,негорючиефосфодревесние плити, азбестовий фосфатне пінопласт та інші будівельні матеріали.

У 2005 р. світова продукція фосфорної кислоти досягло 34.6 млн. тР2О5, збільшившись на 3,6% проти рівнем 2004 р. Світова торгівля фосфорної кислотою 2005 р. зросла на 3% - до 5,0 млн. тР2О5.

У період із 2006 по 2010 рр. світові потужності з виробництва фосфорної кислоти зростуть, згідно з прогнозом, на 5,4 млн. т і досягнуть значення 48.5 млн. тР2О5 до 2010 р. Основні проекти з їх збільшення відбуватимуться в Алжирі, Китаї, Єгипті, Марокко, Росії, Саудівської Аравії та Тунісі.

Світові поставки фосфорної кислоти оцінюються 35,4 млн. тонн на 2006 р. і досягнуть 40,7 млн. т Р2Про5 в 2010 (середній щорічне зростання - 3,7%). Беручи участь у розрахунок використання фосфорної кислоти для добрив та інших цілях, середня світова потребу у ньому зростатиме на 3,3% та до 2010 р. досягне 38,7 млн. тР2О5. До 2010 р. перевищення пропозиції фосфорної кислоти над попитом подвоїться і досягне 2,0 мл т Р2Про5 через входження у лад нових потужностей.

За оцінкою Сільськогосподарського Комітету IFA світова потреба у фосфорних добривах (Р2Про5) 2005 р. календарному році становитиме 37,7 млн. т Р2Про5, що у 3% перевищує рівень 2006 р. До 2010 р. світова потреба у фосфорних добривах повинна досягти 41,5 млн. т Р2Про5 (щорічний приріст після 2007 р. - 2,5%).

Різні солі фосфорної кислоти широко застосовують у багатьох галузях промисловості, у будівництві, різних галузях техніки, в комунальному господарство і побуті, захисту від радіації, дляумягчения води, боротьби із котельною накипом і виготовлення різних мийних засобів.

>Фосфорная кислота,конденсированние кислоти ідегидротированние фосфати служать каталізаторами у процесахдегидратирования,алкилирования і полімеризації вуглеводнів.

Усе це дозволяє зробити висновок, що фосфорна кислота є необхідною сировиною у хімічної промисловості, а й у харчової.


1. СинтезХТС

1.1 Обгрунтування створення ефективноїХТС

1.1.1 Виробництво фосфорної кислотиекстракционним методом

У технології під фосфорної кислотою розуміютьортофосфорную кислоту М3>Р04205-ДТ20) із вмістом у ній 72,4% Р2Про5.ортофосфорная кислота є безколірні кристали з температурою плавлення42,4°С,гигроскопичние іраспливающиеся надворі. Упереохлажденном стані — це густа масляниста рідина щільністю 1,88т/м3.Смешивается із жовтою водою як не глянь. При нагріванні піддається дегідратації із заснуваннямполифосфорних кислот різного складу (Р2>О5·n М2Про), деn<3;пирофосфорной М4Р2Про72Про5·>2Н2Про),триполифосфорной М5Р3Про10(>ЗР2Про5·>5Н20) тощо. Технічнаполифосфорная кислота, що містить 70 - 80% Р2Про5 і відомий під назвоюсуперфосфорной кислоти, має щільність 1,8 - 2,0т/м3 і температуру затвердіння 3 -8°С. Високий вмістP2>O5 і можливість утворювати розчинні комплексні сполуки, дозволяє вживатисуперфосфорную кислоту щоб одержати висококонцентрованих рідких i твердих фосфорних добрив.

 

1.1.2 Фізико-хімічні основи процесу

>Экстракционний метод виробництва фосфорної кислоти грунтується на реакції розкладання природних фосфатів сірчаної кислотою. Процес і двох стадій: розкладання фосфатів і фільтрування що виникла фосфорної кислоти і промивання сульфату кальцію водою.

>Сернокислотное розкладання фосфату кальцію представляє гетерогенний незворотної ситуації,протекающий у системі «тверде тіло - рідина» і описуваний рівнянням:

>Ca5(>PO4)3F +5H2>SO4 +nH3>PO4 +5mH2>O = (n +3)Н3РВ4 +5CaSO4 ·mH2>O +HF

Для зручності запису і спрощення розрахунків формула подвійний соліфторапатита3Са3(РВ4)2·>СаF2 записується якCa5(>PO4)3F.

Частину утвореної фосфорної кислоти повертається у процес. Фактично фосфат розкладається сумішшю сірчаної і фосфорної кислот. Залежно від концентрації фосфорної кислоти у системі і температури утворений сульфат кальцію може осідати якангидрита (>m = 0), підлозі гідрату (>m = 0,5) ідигидрата (>m = 2). Відповідно до цим розрізняють три варіантаекстракционного методу виробництва фосфорної кислоти:ангидридний,полугидратний ідигидратний. У табл. 1. наведено умови розкладанняфторапатита кожного з варіантів цього процесу.

Таблиця 1

Умови розкладанняфторапатита

Тип процесу
>Температура,°С

Концентрація Р2Про5 в рідкої фазі, %

Теплота реакції,кДж/моль
>Дигидратний
70-80 25-32 384,4
>Полугидратний 95-100 38-48 371,0

Температурний режим залежить від варіантаекстракционного процесу. Удигидратном методі гідратований сульфат кальцію осаджується у виглядідигидрата при 70 - 80°С і концентрації кислоти в реакційної суміші 20 -32% Р2Про5, вполугидратном методі - у виглядіполугидрата при 90 -100°С і концентрації кислоти 35 - 42% Р2Про5.

Високий рівень розкладання фосфатів, рівна 0,99 дол. од., досягається за 1 - 1,5 години. Практично процес екстракції триває до запланованих 4— 8 годин. Це необхідне освіти великих кристалів сульфату кальцію, які легко фільтруються і промиваються для вилучення фосфорної кислоти невеликою кількістю води. Освіта великих кристалів сприяє також перемішування системи, незначний надлишок сірчаної кислоти, що знижує ступінь пересичення розчину і сталість температури процесу.

Принципові схеми виробництваекстракционной фосфорної кислотидигидратним іполугидратним методами ідентичні. Протеполугидратний метод дає змогу отримувати більш концентровану кислоту (див. табл. 1.); знизити втрати сировини й забезпечити вищі інтенсивність і продуктивність апаратури. Принципова схема виробництваекстракционной фосфорної кислотиодностадийнимполугидратним методом приведено на рис. 1. На рис. 2 представлена технологічна схема тієї самої процесу.


>Рис. 1. Принципова схема виробництваекстракционной фосфорної кислоти

Суміш сірчаної кислоти і обігового розчину фосфорної кислоти зі збірки 2 і фосфат з бункера 1 подають умногосекционний екстрактор 3. Принаймні руху пульпи векстракторе утворюється фосфорна кислота і завершується процес кристалізації сульфату кальцію. З Росії секції екстрактора пульпу надходить натрехсекционнийвакуум-фильтр 4. Основний фільтрат Ф-1 з першого секції фільтра відводиться якпродукционная фосфорна кислота, причому частину їх додається до обіговому розчину,направляемому до збірника кислоти 2.Осадок кальцію на фільтрі промивається противотоком гарячою водою, у своїйпромивной розчинФ-3 використовується перша промиванні на другий секції фільтра.Фильтрат першої промиванняФ-2 направляють у вигляді обігового розчину до збірника 2.

Новоутворена фосфорна кислота (Ф-1) підігрівається вподогревателе 5 парою й вступає у концентратором 6, деупаривается до заданої концентрації з допомогою прямого контакту зтопочними газами і летить складу.Виделяющиеся з концентратора гази проходятьпромивнойскруббер 7, у якому уловлюються сполуки фтору і викидаються у повітря. Гази, котрі виділяються з екстрактора і містять фтористий водень ітетрафторсилан, надходять на абсорбцію в абсорбер,орошаемой водою чи розведеноюкремнефтористоводородной кислотою. Основні апарати у виробництвіекстракционной кислоти - екстрактор івакуум-фильтр.Экстрактор - це залізобетонний апарат прямокутного перерізу, розділений на 10 секцій змешалками, у якому пульпу послідовно перетікає з однієї секції до іншої. У другому варіанті екстрактор становлять двасблокированних сталевих циліндра із багатьмамешалками. При робочому обсязі екстрактора 730 м3 продуктивність його дорівнює 340 т/добуРгО5 при інтенсивності близько 25кг/м3-год.

>Вакуум-фильтри застосовуютьлотковие і стрічкові.Лотковие (карусельні) фільтри складаються з 24 лотків (>нутч-филътров), кожний їхній яких за роботі фільтра послідовно проходять зони фільтрації, пульпи, зневоднення осаду, промивання сульфату кальцію та її вивантаження.Фильтрующая поверхню яких становить від 80 до 160 м.Ленточние фільтри представляють нескінченну перфоровану стрічку, яку вимушено фільтруюче полотно. При русі стрічки вона повідомляється послідовно із трьомавакуум-камерами, у яких збираються відповідно основний фільтрат (>продукционная кислота), перший і другий промивні фільтрати.




Рис.2 Технологічна схема виробництваекстракционной фосфорної кислотиполугидратним методом: 1 - бункер фосфату, 2 - збірник сірчаної кислоти, 3 - екстрактор, 4 -вакуум-фильтр, 5 - підігрівник фосфорної кислоти, 6 - концентратором, 7 -промивнойскруббер, 8 -збірникпромивной рідини.

Дійові установки із виробництва фосфорної кислотиполугидратним методом мають продуктивність до 350 тис. т дизпалива на рік і характеризуються параметрами:

— температура процесу 80 -100°С,

— ставлення рідкої фази до твердої 2,5:1,

— вихідна концентрація сірчаної кислоти 0,75 мас. часткою,

— ступінь екстракції 0,98 дол. од.,

— концентраціяпродукционной фосфорної кислоти 0,45 дол. од. по Р2Про5

Усім варіантівекстракционного методу виробництва фосфорної кислоти властиві загальні недоліки:

— необхідністьупаривания отриманої фосфорної кислоти до концентрації, необхідної у виробництві мінеральних добрив,

— сильна корозія апаратури на стадії концентрування,

— відкладення кристалів сульфату кальцію і гелю кремнієвої кислоти на стінках апаратури.


1.2. Виробництво фосфорної кислотиелектротермическим методом

 

1.2.1 Фізико-хімічні основи процесу

>Электротермический метод виробництва фосфорної кислоти грунтується на відновленні фосфатів до елементарного фосфору, його наступному окислюванні до оксиду фосфору (V) і гідратації оксиду до фосфорної кислоти:

>Ca5(>PO4)3F Рn Р2Про5 М3РВ4.

1. Одержання фосфору. Відновлення фосфору з природних фосфатів є складниймногостадийний гетерогенний процес,протекающий через стадії:

— нагрівання компонентів шихти,

— вступ у розплав фосфату кальцію і оксиду кремнію,

— дисоціаціятрикалъцийфосфата,

— дифузія продуктів дисоціації до частинок вуглецю,

— взаємодіятрикальцийфосфата з вуглецем й освіту фосфору, оксиду вуглецю (II) і оксиду кальцію,

— видалення оксиду кальцію із зони реакції як силікатів кальцію.

За відсутності флюсів реакція відновлення протікає при1400°С протягом 20 хвилин. Для зниження температури процесу усунення рівноваги реакції вправо до системи вводять оксид кремнію, оксид алюмінію чиалюмосиликати, котрі пов'язують утворений оксид кальцію як легкоудаляемого шлаку:

>2Ca5(>PO4)3F +15С +6SiO2ЗР2 +15СО +3(3CaO·2SiO2) +CaF2 +DН

>DН = 1730кДж.

У присутності флюсів реакція відновлення протікає з досить високої швидкістю при 1100 - 1300 °С. Відбувається в дифузійної області й пришвидшується чинниками, посилюючими дифузію у твердій фазі й у розплаві: підвищеннямдисперсности компонентів шихти, освітоюлегкоплавкихполиевтектических систем тощо. На підвищення рухливості розплаву і полегшення вивантаження шлаків відновлення ведуть практично при1500°С.

2. Спалювання фосфору - гетерогеннийекзотермический процес, протікає по рівнянню:

Р4 >жидк. +5О2 газ = Р4Про10 >тв -DН

>DН =753кДж

Ступінь окислення фосфору залежить від температури у зоні горіння і зажадав від швидкості дифузії кисню до рідкого фосфору. Щоб якось забезпечити повноту згоряння виключити можливість освіти нижчих оксидів фосфору, процес ведуть за нормальної температури 1000 -1400°С і дворазовому надлишку повітря.

3.Гидратация оксиду фосфору (V) протікає через ряд стадії. У першій стадії процесу, внаслідок високої температури у системі, взаємодія парів оксиду фосфору із жовтою водою даєметафосфорную кислоту.

Р4М10 +2Н2Про =4НРО3 -DН.

При зниженні температуриметафосфорная кислота черезполифосфорние кислоти перетворюється на фосфорну (>ортофосфорную) кислоту:

>НРОз + М2Про = М3РВ4 -DН.

Процес гідратаціїдимера оксиду фосфору (V) єекзотермическим і супроводжується виділенням значної кількості тепла, що береться до організації стадії технологічного процесу.

Технологічний процес виробництва фосфорної кислотиелектротермическим методом може будуватися за двома варіантами:

—по одноступінчастої схемою, без попередньої конденсації парів фосфору, з безпосереднім спалюванням виходить із стадії відновленняфосфорсодержащего газу;

—по двоступінчастої схемою, з попереднім конденсацією парів фосфору і наступного переробкою їх у фосфорну кислоту (рис. 5.):

>Рис. З. Технологічні схеми виробництва фосфорної кислоти термічним методом: — двоступенева, одноступінчата

При окислюванні фосфору і гідратації оксиду фосфору (V) виділяється дуже багато тепла, яке підтримання оптимальної теплового режиму процесу має виділяється із системи.

Найпоширенішіциркуляционно-испарительние схеми, у яких охолодження газів відбувається поза рахунок теплообміну з циркулюючої фосфорної кислотою і цього випаровування з її води. Така технологічна схема установки продуктивністю 60 тис. т дизпалива на рік 100% -іншої кислоти чи 2,5т/час посжигаемому фосфору, приведено на рис. 6.

У трифазну електропічРКЗ-72 Ф (>руднотермическая, кругла, закрита, потужністю 72 MB. А, фосфорна) зсамоспекающимисяанодами 1 постачається з бункера 2 шихта, що складається з фосфату, оксиду кремнію (кварциту) і коксу.Виходящий з печі газ, у якому 6—10% фосфору, проходить черезгазоотсекатель 3 велектрофильтр 4, де потім із нього витягається пил. Очищений газ направляють у конденсатори -промиватели - гарячий 5 і холодний 6,охлаждаемиеразбризгиваемой у яких водою, яка циркулює по замкненому контуру.Сконденсировавшийся рідкий фосфор збирається у збірниках 7 і побачили 8-го, звідки вступає у відстійник 9.

Ступінь конденсації фосфору з газу сягає 0,995.Виходящий з конденсаторів газ, у якому до 85% про. оксиду вуглецю використовують у яких як паливо або ж спалюється.

Страница 1 из 2 | Следующая страница

Схожі реферати:

  • Реферат на тему: Прокатне і ковальсько-пресового виробництво
    >СОДЕРЖАНИЕ: >ВВЕДЕНИЕ…………………………….………………………………………….3 1. Основні поняття про технологічними
  • Реферат на тему: Прокатне виробництво
    Федеральне агентство за освітою Державне освітнє установа вищого професійної освіти «>СИБИРСКИЙ
  • Реферат на тему: Прокладочні тканини
    >Прокладочние матеріали >Термоклеевие >прокладочние матеріали повинні задовольняти наступним
  • Реферат на тему: Пролітні і консольні крани
    >Пролетние і консольні крани >Козловие крани >Козловий кран є кранове споруда із горизонтальним
  • Реферат на тему: Промислові роботи
    1.1 сучасний стан >робототехніки >Машинобудування - >провідна >галузь Сучасної >техніки й народного

Навігація