Федеральное агентство по образованию
технологический институт
Кафедра «Химическая технология»
Курсовая работа
по дисциплине «Общая химическая технология»
на тему «Получение экстракционной
фосфорной кислоты»
Выполнила: студентка 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 одним из наиболее крупнотоннажных среди производств основной химической промышленности. Основная доля производимой фосфорной кислоты приходится на дигидратный метод, позволяющий получать в зависимости от качества перерабатываемого сырья кислоту с содержанием 22-32% Р2О5. Диготратный способ отличается сравнительно мягким температурно-концентрационным технологическим режимом, прост и дает выход Р2О5 в продукционную кислоту. В то же время относительно низкая концентрация получаемой кислоты требует последующей ее упарки до 40-50% Р2О5.
Дигидратный метод относится к наиболее разработанным в промышленной практике. Его совершенствование идет в основном по пути принятия новых аппаратурных решений, направленных на интенсификацию процесса, оптимизацию и стабилизацию температурного режима. Стремление получать более концентрированную ЭФК уже в технологическом цикле ее производства, т.е. без специального упаривания, выразилось в разработке и промышленной реализации полугидратного процесса [1].
Прямой полугидратный процесс в традиционном варианте характеризуется технических сложностей, связанных с повышенной температурой, выделением фтористых газов, а также более низким выходом Р2О5 в кислоту, чем в дигидратном методе. Это обстоятельство, влияющее на высокую интенсивность процесса и сравнительно низкие капитальные вложения, несколько затормозило распространение полугидратного метода. На практике полугидратным методом получают кислоту с содержанием Р2О5 от 36 до 45%.
Полугидратный процесс более чувствителен к отклонениям технологического режима, так как осуществляется в более узких, чем полугидратный процесс, интервалах температуры и концентраций Р2О5, СаО, SО3 в жидкой фазе. Поэтому очень ванным условием стабильной и эффективной работы полугидратных систем является оснащение их надежной системой контроля и автоматического регулирования, применения АСУТП.
Отходами в производстве ЭФК являются газообразные соединения фтора, а также сульфат кальция в виде дигидрата (фосфогипс) или полугидрата (фосфополугидрат). Фтор в дигидратном процессе выделяется в газовую фазу преимущественно в виде SiF4, в полугидратном процессе помимо SiF4 газовая фаза содержит НF.
Вопросы улавливания и утилизации фтора в производстве ЭФК нашли свое рациональное решение путем водной абсорбции фтористых газов и используемой получаемой таким образом фторкремниевой кислоты для производства фторсодержащих солей.
Более сложной остается проблема утилизации фосфогипса. Его выход на 1 т Р2О5 в фосфорной кислоте в дигидратном процессе колеблется от 2 до 6% в зависимости от содержания кальция в фосфатном сырье, в случае полугидратного процесса эта 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 особенно третье, связанное с получением серной кислоты, используемой вновь для разложения фосфатного сырья. Внедрение в промышленную практику комбинированных методов показало вполне очевидную тенденцию в производстве ЭФК на достижение максимального Р2О5 выхода в кислоту с одновременным получением по возможности более чистого фосфата кальция, имея ввиду его дальнейшую утилизацию.
Однако комбинированная технология часто отличается значительным увеличением продолжительности процесса или существенным усложнением технологической схемы (процессы с двойной фильтрацией) [1].
1. Литературный обзор
Технически фосфорную кислоту впервые получили более 100 лет назад разложением низкокачественных фосфоритов, содержащих значительные количества соединений трехвалентных металлов, разбавленной (5-10%-ной) серной кислоты, в которой соединения железа и особенно алюминия переходят в раствор в незначительной степени.
Раствор с концентрацией 8-10%. Р2О5 упаривали до содержания в нем ~ 40% Р2О5. При разложении фосфатной породы более концентрированной (30-40%-ной) серной кислотой выделяются игольчатые кристаллы гипса. Они удерживают значительное количество жидкой фазы и плохо орошаются. Вследствие этого потери Р2О5 велики [1].
Существенным шагом вперед в производстве фосфорной кислоты был переход к установкам непрерывного действия и разбавление 75 и 93%-ной H2SO4 не водой или слабыми промывными водами, а раствором фосфорной кислоты, т.е. проведение процесса с применением раствора разбавления. В этих условиях выделяются ромбические кристаллы гипса, которые хорошо фильтруются и отмываются. B настоящее время дигидратным способом производят фосфорную кислоту с содержанием 20-25% Р2О5 (обычно из низкосортного сырья - бедных фосфоритов) и 30-32% Р2О5 (из высококачественного сырья - апатитового концентрата и др.
Практическое значение имеют температуры выше 60°С. При более низких температурах гидратация полугидрата идет медленно. При 65-70°С в растворах, содержащих до 32-33% P2О5, полугидрат быстро превращается в гипс.
Если, например, при 80°С в растворах, содержащих 10-25% Р2О5, превращение полугидрата в гипс происходит в течение 1-5 ч, то при концентрации 32% Р2О5 в течение значительно более длительного времени в твердой фазе находится полугидрат, а затем появляется даже ангидрит. Поэтому получение такой кислоты дигидратным способом возможно при температуре несколько ниже 80°С. Кроме того, при содержании в кислоте более 32-33% Р2О5 уменьшаются размеры выделяющихся кристаллов гипса. Это затрудняет фильтрование кислоты и отмывку осадка.
Крупные изометричные и однородные кристаллы дигидрата образуются при незначительном (20-40%) пересыщении раствора. При колебании температуры выделяются неоднородные по размерам кристаллы. Образованию более крупных кристаллов способствует поддержание в растворе небольшого избытка сульфат-ионов (плюсовый режим). При наличии в растворе избытка ионов кальция выделяются очень тонкие игловидные кристаллы.
Содержащиеся в высококачественном фосфатном сырье (Кольском апатитовом концентрате, флоридских, алжирских, марокканских и аналогичных других фосфоритах) незначительные количества примесей практически не влияют на качество фосфорной кислоты.
Однако при использовании бедных фосфоритов, содержащих менее 30% Р2О5 и значительные количества соединений железа и алюминия, магния, щелочных металлов и других, растворимого кремнезема, нерастворимого остатка и органических веществ, существенно изменяется состав образующейся фосфорной кислоты и ее свойства, а также фильтрующие свойства получаемой суспензии (пульпы). Поэтому при одном и том же практически аппаратурном оформлении технологические режимы осуществления процесса, его интенсивность и надежность, а также качество получаемой кислоты (концентрация Р2О5, содержание примесей и т.д.) существенно отличаются для разных видов сырья.
В отечественной промышленности освоено производство фосфорной кислоты из фосфоритов Каратау и разработана технология применительно к чилисайским фосфоритам. Ведутся лабораторные и опытные исследования экстракции фосфорной кислоты из фосфоритов вятского месторождения и др.
Фосфориты Каратау, в том числе и флотационный их концентрат содержат значительное количество нерастворимого остатка и соединений магния. При полном переходе последних в кислоту в виде сульфата магния концентрация сульфатов в жидкой фазе пульпы будет больше, чем это необходимо для выделения кристаллов сульфата кальция оптимальных размеров и формы. Регулирование концентрации сульфат-ионов возможно путем распределения подачи серной кислоты по разным точкам системы.
В 1969г. был введен в эксплуатацию первый крупный завод по экстракции фосфорной кислоты из фосфоритов Каратау. Первоначально технологический режим был установлен в расчете на переработку флотационного концентрата или богатой фосфоритной муки.
Из флотационного концентрата Каратау, содержащего 28% Р2О5 и ~2% MgO (с остатком на сите в 100 мк не более 10-12%), получается кислота состава, в %: Р2О5 – 23-25; SO3 - 3,8-4; Fe2O3 - 1,4-1,5; MgO - 1,5-1,9; F- 1,6-1,8.
В последующем для получения экстракционной кислоты в промышленных условиях перешли на богатую фосфоритную муку состава, в %: Р2О5 - 28,0; СаО - 43,4; СО2 - 5,3; MgO - 2,45; Na2O- 0,4; К2О - 0,55; Н2О - 0,18 и F- 2,9. Образующаяся фосфорная кислота содержит в среднем, в %: Р2О5 - 22,4; SO3 – 3,0; СаО - 0,5; MgO-2; R2O3 - 0,9 и F- 2,1.
Этот технологический процесс положен в основу разработанной НИУИФом системы экстракции фосфорной кислоты из богатой фосфоритной муки Каратау (28% Р2О5), мощностью 136 тыс.т Р2О5 в год. Она состоит из двух (спаренных) экстракторов с рабочим объемом каждого 850 м3 и из трех карусельных вакуум-фильтров с полезной фильтрующей поверхностью 80 м2 каждый.