Производство фосфорных и комплексных удобрений и фосфорной кислоты

Производство фосфорных удобрений, общая характеристика. Производство фосфорной кислоты экстракционным методом. Производство двойного суперфосфата. Производство комплексных минеральных удобрений. Производство аммофоса, производство нитроаммофоски.

Рубрика Химия
Вид реферат
Язык русский
Дата добавления 23.02.2010
Размер файла 641,6 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

ПРОИЗВОДСТВО ФОСФОРНЫХ И КОМПЛЕКСНЫХ УДОБРЕНИЙ И ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ

Большинство фосфорных и комплексных минеральных удобрений представляют собой разнообразные соли ортофосфорной кислоты. Технологические процессы их производства генетически связаны с процессами производства фосфорной кислоты, оксида фосфора (V) и элементарного фосфора. Они опираются на одно и то же природное фосфатное сырье и имеют близкую технологическую и аппаратурную базы. На рис. 1.1 представлена взаимосвязь этих производств.

Рисунок 1.1 - Взаимосвязь производств фосфорных и важнейших комплексных удобрений на основе фосфора

1.1 Производство фосфорных удобрений

1.1.1 Общая характеристика

Простые фосфорные удобрения - это кальциевые соли фосфорной (ортофосфорной) кислоты различного состава. В отличии от калийных и азотных удобрений фосфорные удобрения обладают различной растворимостью, которая зависит от природы соли. По растворимости фосфорные удобрения подразделяются на: водорастворимые (группа I), растворимые в органических кислотах или усвояемые (группа II), нерастворимые или растворимые только в сильных минеральных кислотах (группа III).

По содержанию питательного элемента фосфорные удобрения делятся на концентрированные (более 30% P2O5) и неконцентрированные (менее 30% P2O5). В таблице 1.1 приведены характеристики и удельный вес в общем балансе производства основных фосфорных удобрений.

Таблица 1.1 - Ассортимент и характеристики фосфорных удобрений

Удобрение

Формула действующего вещества

Содержание усвояемого P2O5, %

Группа

Удельный вес по годам, %

1970

1985

Фосфоритная мука

3Ca(PO4)2·CaF2

19 - 30

III

30,8

8,2

Суперфосфат:

Ca(H2PO4)2·H2O

простой

19 - 21

I

45,1

1,1

двойной

42 - 50

I

15,0

11,5

Металлург. шлаки

4CaO·P2O5·SiO5

8 - 11

III

1,1

0,3

Преципитат

CaHPO4·2H2O

41 - 48

II

-

-

Из табл. 1.1 следует, что ассортимент фосфорных удобрений существенно меняется. Резко снижается производство низкоконцентрированных удобрений (фосфоритная мука, шлаки, простой суперфосфат), после некоторого роста наметилась тенденция снижения производства двойного суперфосфата. Это можно объяснить существенным увеличением объема производства комплексных (многосторонних) удобрений, содержащих фосфор.

Сырьем для производства фосфорных удобрений, фосфорной кислоты и элементарного фосфора служат природные фосфатные руды: апатиты и фосфориты. Основным фосфорсодержащим компонентом в них являются двойные соли трикальций-фосфата состава

3Ca3(PO4)2 CaX,

где Х = F, OH, Cl. В соответствии с этим различают фторапатиты (Х = F) и гидроксилапатиты (Х = OH).

Апатиты представляют собой породы вулканического происхождения, имеют крупнозернистую структуру и, помимо фтор(гидроксил)апатита, содержат нефосфатные минералы, основным из которых является нефелин состава

Na2O(K2O) Al2O3 2SiO2.

Поэтому для производства фосфорных удобрений используется продукт предварительного обогащения апатитовых руд - апатитовый концентрат, содержащий до 40% P2O5, выход которого составляет около 20% от массы апатитово-нефелиновой руды.

Фосфориты - руды осадочного происхождения, высокодисперсны и содержат фосфор в виде фторапатита и апатитоподобных минералов переменного состава. Содержание фосфора в фосфоритах колеблется от 11 до 30% P2O5.

Методы переработки фосфатного сырья существенно зависят от состава руды и могут быть механическими и химическими. Механической обработкой (измельчением) получают простейшие фосфорные удобрения - фосфоритную муку и металлургические шлаки. Задачей химической переработки природных фосфатов в фосфорные удобрения является превращение нерастворимого трикальцийфосфата (ТКФ) в такие соединения фосфора, которые легко усваиваются растениями и являются высококонцентрированными, то есть содержат возможно больше P2O5 в усвояемой форме при минимальном количестве балласта и вредных примесей.

Химическая переработка природных фосфатов может быть осуществлена тремя методами: химическим разложением, восстановлением углеродом и термической обработкой. Наиболее распространенный метод переработки фосфатного сырья - его разложение серной, фосфорной или азотной кислотами, используемое в промышленных масштабах для производства фосфорных удобрений, фосфорной кислоты, фосфора и комплексных удобрений на основе соединений фосфора (рис.1.2).

Рисунок 1.2 - Схема кислотной переработки фосфатного сырья

В результате кислотной обработки нейтральный ТКФ последовательно превращается в гидрофосфат и дигидрофосфат кальция, что сопроводжается переходом соли из III группы растворимости во II и в I и повышением содержания в ней P2O5 (табл. 1.2)

Таблица 1.2 - Свойства фосфатов кальция

Свойства

Дигидрофосфат кальция Ca(H2PO4)2

Гидрофосфат кальция CaHPO4

Трикальцийфосфат Ca3(PO4)2

Группа растворимости

I

II

III

pH растворители

pH?7

pH<7

pH<<7

Содержание P2O5, %

10,7

52,2

45,8

Ниже из простых фосфорных удобрений рассматривается производство двойного суперфосфата, который сохранил свое значение, несмотря на интенсивное внедрение в сельское хозяйство комплексных минеральных удобрений.

Двойной суперфосфат получают фосфорнокислотным разложением природных фосфатов. Так как для производства фосфорной кислоты используется то же фосфорное сырье, то производство двойного суперфосфата складывается из двух последовательных стадий:

производства фосфорной кислоты (стадия I), используемой как реагент во II стадии;

фосфорнокислотного разложения фосфатов с получением двойного суперфосфата (стадия II), что представлено на рис. 1.3.

Фосфорную кислоту производили ранее исключительно кислотным разложением фосфатов, поэтому производство двойного суперфосфата можно рассматривать как процесс двойного воздействия кислот на фосфат, откуда и получил свое название «двойной».

Рисунок 1.3 - Общая схема получения двойного суперфосфата

1.1.2 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 42,4єС, гигроскопичные и расплывающиеся на воздухе. В переохлажденном состоянии - это густая маслянистая жидкость плотностью 1,88 т/м3. Смешивается с водой во всех отношениях. При нагревании подвергается дегидратации с образованием полифосфорных кислот различного состава (P2O5 · nH2O), где n< 3; пирофосфорной H4P2O7(P2O5·2H2O), триполифосфорной H5P3O10(3P2O5·5H2O) и т.д. Техническая полифосфорная кислота, содержащая 70 - 80% P2O5 и известная под названием суперфосфатной кислоты, имеет плотность 1,8 - 2,0 т/м3 и температуру затвердевания 3 - 8єС. Высокое содержание P2O5 и способность образовывать растворимые комплексные соединения позволяет использовать суперфосфорную кислоту для получения высококонцентрированных жидких и твердых фосфорных удобрений.

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

Ca5(PO4)3F + 5H2SO4 + nH3PO4 + 5mH2O = (n + 3)H3PO4 + 5CaSO4 mH2O + HF.

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.

В табл. 1.3 приведены условия разложения фторапатита для каждого из вариантов этого процесса.

Температурный режим зависит от варианта экстракционного процесса. В дигидратном методе гидратированный сульфат кальция осаждается в форме дигидрата при 70 - 80єС и концентрации кислоты в реакционной смеси 20 - 32єС P2O5, в полугидратном методе - в форме полугидрата при 90 -100єС и концентрации кислоты 35 - 42%. На рисунке 1.4 показана зависимость формы кристаллизации сульфата кальция от температуры и

Рисунок 1.4 - Влияние температуры и концентрации кислоты на форму кристаллизации сульфата кальция

концентрации фосфорной кислоты (P2O5). В области ниже кривой 2 сульфат кальция кристаллизируется в виде дигидрата, выше кривой 1 - в виде ангидрита, в области между кривыми 1 и 2 - в виде полугидрата.

Таблица 1.3 - Условия разложения фторапатита

Тип процесса

Температура єС

Концентрация P2O5 в жидкой фазе, %

Теплота реакции, кДж/моль

Дигидратный

70 - 80

25 - 32

384,4

Полугидратный

95 - 100

38 - 48

371,0

Выделяющийся при кислотном разложении фторапатита фтористый водород частично поступает в атмосферу, а частично вступает в реакцию с кремниевой кислотой, образующейся при разложении примесей, содержащихся в фосфатном сырье:

H2SiO3 + 1HF = H2SiF1 + 3H2O.

Образовавшаяся кремнефтористоводородная кислота частично разлагается, и в газовую фазу выделяется тетрафторсилан

2H2SiF1 + H2SiO3 = 3SiF4 + 3H2O.

Одновременно протекает реакция взаимодействия тетрафторсилана с фтористым водородом с образованием кремнефтористоводородной кислоты

SiF4+ 1HF = H2SiF1.

Выделение фтористых соединений в газовую фазу возрастает с повышением температуры.

Скорость кислотного разложения фторапатита возрастает с повышением температуры, степени измельчения сырья и интенсивности перемешивания реагентов.

Существенное влияние на скорость процесса кислотного разложения фосфатов оказывает концентрация серной кислоты. От нее зависит не только скорость химической реакции, но и структура кристаллического сульфата кальция, осаждающегося на поверхности частиц фосфата и скорость диффузии кислоты к твердой фазе.

Рисунок 1.5 - Зависимость степени разложения фосфата от концентрации кислоты

При низкой концентрации кислоты образуются крупные кристаллы, не препятствующие диффузии. При высокой концентрации кислоты в результате пресыщения жидкой фазы сульфатом кальция выпадают мелкие кристаллы, препятствующие диффузии кислоты и замедляющие скорость процесса. Поэтому зависимость скорости и степени разложения от начальной концентрации серной кислоты имеет сложный характер (рис.1.5).

Скорость и степень разложения фосфата кислотной низкой концентрации (максимум 1) достаточно высоки. Однако большое количество воды, вводимой с кислотой, затрудняет кристаллизацию продукта. Максимум 2, также отвечающий высокой скорости разложения, достигается при концентрации кислоты в реакционной системе 5 - 10%, что соответствует концентрации исходной кислоты около 10% при соотношении жидкой и твердой фаз 3:1, которое обеспечивает необходимую подвижность пульпы.

Высокая степень разложения фосфатов, равная 0,99 дол.ед., достигается всего за 1 - 1,5 часа. Практически процесс экстракции продолжается 4 - 8 часов. Это необходимо для образования крупных кристаллов сульфата кальция, которые легко фильтруются и промываются для извлечения фосфорной кислоты небольшим количеством воды. Образованию крупных кристаллов способствует также перемешивание системы, незначительный избыток серной кислоты, снижающий степень пресыщения раствора и постоянство температуры процесса.

Принципиальная и технологическая схемы производства. Принципиальные схемы производства экстракционной фосфорной кислоты дигидратным и полугидратным методами идентичны. Однако полугидратный метод позволяет получать более концентрированную кислоту (см. табл.1.3), снизить потери сырья и обеспечить более высокие интенсивность и производительность аппаратуры. Принципиальная схема производства экстракционной фосфорной кислоты одностадийным полугидратным методом приведена на рис. 1.1. На рис.1.7 представлена технологическая схема того же процесса.

Рисунок 1.1 - 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 сульфита кальция на фильтре промывается противотоком горячей водой, при этом промывной раствор Ф-3 используется для первой промывки 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 1, 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.

Рисунок 1.7 - Технологическая схема производства экстракционной фосфорной кислоты полугидратным методом:

1 - бункер фосфата; 2 - сборник серной кислоты; 3 - экстрактор; 4- вакуум-фильтр; 5 - подогреватель фосфорной кислоты; 1 - концентратор; 7 - промывной скруббер; 8 - сборник промывной жидкости

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 составляет два сблокированных стальных экстрактора 730 м3, производительность его равна 340 т/сутки P2O5 при интенсивности около 25 кг/м3·ч.

1.1.3 Производство двойного суперфосфата

Двойным суперфосфатом называется концентрированное безбалластное простое фосфорное удобрение, получаемое разложением природных фосфатов фосфорной кислотой. Он представляет твердый гигроскопичный продукт серого цвета и выпускается в гранулированном виде. В отличие от простого суперфосфата не содержит балласта - сульфата кальция и поэтому, обладая той же агрохимической активностью, имеет большую концентрацию фосфорсодержащего компонента. Двойной суперфосфат содержит 45 - 51% общего P2O5, в том числе 42 - 49% в усвояемой форме в виде водорастворимых соединений (H3PO4)2; Ca(H2PO4)2; Mg(H2PO4)2; и цитратно-растворимых соединений (CaHPO4;Mg HPO4; фосфаты железа).

Физико-химические основы процесса. Разложение природных фосфатов фосфорной кислотой представляет гетерогенный необратимый процесс, протекающий по уравнению

Ca5(PO4)3F+7H3PO4+ 5H2O = 5Ca(H2PO4) · H2O + HF-132 кДж.

В этом процессе фосфорная кислота является не только реагентом кислотного разложения, но и носителем фосфора, что обеспечивает получение продукта с высоким содержанием усвояемого Р2О5.

Процесс взаимодействия фосфорной кислоты с трикальцийфосфатом протекает в две стадии. На первой стадии компоненты реагируют в подвижной суспензии, жидкая фаза которой содержит фосфорную кислоту, монокальцийфосфат и другие растворимые продукты реакции. Эта стадия, идущая сначала с высокой скоростью, замедляется по мере нейтрализации кислоты и заканчивается при насыщении жидкой фазы фосфатами кальция. Продолжительность этой стадии зависит от организации технологического процесса и типа аппаратуры и колеблется от секунд до нескольких часов.

На второй стадии происходит кристаллизация монокальцийфосфата (дигидрофосфата кальция), приводящая к изменению состава жидкой и твердой фаз реакционной смеси. Выделение кристаллов, отлагающихся на частицах фосфата, затрудняет доступ к ним ионов H+, процесс разложения фосфата резко замедляется и, когда жидкая фаза насыщается дигидрофосфатом и моногидрофосфатом кальция, процесс прекращается.

Скорость растворения фосфатов в растворах фосфорной кислоты, не насыщенных продуктами реакции, лимитируется скоростью диффузии ионов кальция Ca2+ от частиц фосфата в жидкую фазу. Поэтому высокая степень разложения фосфата на первой стадии может быть достигнута лишь при определенной концентрации фосфорной кислоты, равной 30 -40% Р2О5. На второй стадии, которая является определяющей для процесса разложения фосфата в целом, наибольшая скорость разложения достигается в растворах, содержащих около 45% Р2О5. С учетом этих требований выбирается технологический режим производства суперфосфата.

Так, например, в бескамерном методе сырье обрабатывается при 50 - 100єС фосфорной кислотой концентрацией 28 - 40% Р2О5, что отвечает оптимальным условиям первой стадии. Так как при этой концентрации кислоты вторая стадия процесса практически не идет, то процесс завершают при сушке реакционной массы, когда вследствие испарения воды повышается ее активность.

Технологическая схема производства. В производстве двойного суперфосфата используются три метода, различающиеся аппаратурным оформлением, концентрацией использованной фосфорной кислоты и температурным режимом процесса.

Камерный метод с использованием суперфосфатных камер непрерывного действия и выдерживанием продукта для созревания на складе. Для разложения фосфатов используют термическую или экстракционную кислоту концентрацией 50 - 58% P2O5 при избытке 110% от стехиометрического количества. Степень разложения фосфата 0,75 - 0,80 д.ед.

Камерно-поточный метод с использованием аналогичных камер, но без операции складского созревания. Для разложения фосфатов используется экстракционная кислота концентрацией 47 - 49%, взятая в стехиометрическом отношении. Степень разложения не выше 0,7 дол.ед.

Поточный (бескамерный) метод с использованием неупаренной кислоты концентрацией 30% P2O5 при степени разложения фосфата до 0,55 дол.ед. В отличие от предыдущих методов здесь разложение сырья осуществляют в две ступени. Первую стадию процесса проводят в реакторах до степени разложения 0,5 дол. ед. Дальнейшее разложение протекает при высокой температуре в сушилках различного типа: распылительных (РС), барабанных грануляторах-сушилках (БГС), распылительных сушилках-грануляторах кипящего слоя (РКСГ). Наиболее распространены схемы с использованием аппаратов БГС, конструкция которых непрерывно совершенствуется. На рисунке 1.8 представлена технологическая схема производства двойного суперфосфата поточным методом с аппаратом БГС производительностью 180 тыс. тонн в год.

Рисунок 1.8 - Технологическая схема производства двойного суперфосфата поточным методом:

1 - бункер фосфата; 2 - сборник фосфорной кислоты; 3 - реактор I ступени; 4 - реактор II ступени; 5 - аппарат БГС; 1 - топка; 7,8 - грохоты; 9 - дробилка; 10 - барабан-аммонизатор; 11 - холодильник «КС»; 12, 13 - циклон

Измельченный фосфат из бункера 1 и фосфорная кислота из сборника 2 подают в реактор I ступени 3. Из него реакционная пульпа перетекает в реактор II ступени 4. В оба реактора подают острый пар, обеспечивающий температуру реакционной массы 90 - 100єС. Из реактора II ступени пульпа поступает в аппарат БГС 5, где происходят завершающая стадия разложения фосфорита, сушка и грануляция пульпы. В аппарат БГС подается также ретур - тонко измельченный двойной суперфосфат после отделения товарного продукта. Отношение масс ретура и готового суперфосфата равно 3:1. Пульпа, поступающая в аппарат БГС, разбрызгивается форсунками и наслаивается на частицы ретура, образуя гранулы, которые высушиваются при 700єС топочными газами, поступающими в аппарат из топки 1. Сухой продукт направляется на грохоты 7 и 8, где его разделяют на три фракции. Крупную фракцию после измельчения в дробилке 9 смешивают с мелкой фракцией, прошедшей через грохот 8, и пылью из циклонов 12 и 13 и в виде ретура возвращают в аппарат БГС. Товарную фракцию суперфосфата, прошедшую через грохот 7, с размерами гранул 1 - 4 мм направляют в барабан-аммонизатор 10, где остаточная фосфорная кислота нейтрализуется аммиаком. Из аммонизатора она попадает в холодильник кипящего слоя 11 и затем на склад. Выделяющиеся из аппарата БГС фторсодержащие газы очищаются от пыли в циклоне 12 и направляются на абсорбцию водой, после чего выбрасываются в атмосферу.

Основным аппаратом в поточной схеме является барабанная гранулятор-сушилка, представляющая барабан диаметром 4,5 м и длинной до 35 м, установленный под углом 3є и вращающийся с частотой 4 об/м. Барабан содержит внутри лопастную насадку переменной конфигурации, с помощью которой при вращении барабана создается завеса частиц суперфосфата, ссыпающегося с полок. Теплоноситель (топочные газы) и поток суспензии суперфосфата подаются по оси аппарата, что уменьшает нагрев его стенок и позволяет применять топочные газы, нагретые до 950єС. Производительность аппарата БГС составляет 40 т/час.

Расходные коэффициенты на 1 т усвояемого Р2O5 составляют:

фосфорит 0,28 - 0,29 т;

экстракционная фосфорная кислота 0,80 - 0,83 т.

Себестоимость продукта в поточном и камерном методах практически одинакова. При этом себестоимость Р2O5 в них на 20% выше, чем в производстве простого суперфосфата. Однако, это компенсируется экономией при транспортировке, хранении и внесении в почву более концентрированного удобрения, каким является двойной суперфосфат.

1.2 Производство комплексных минеральных удобрений

1.2.1 Общая характеристика

Из комплексных минеральных удобрений наиболее распространены сложные. К ним относятся одинарные соли, содержащие несколько питательных элементов, например KNO3 или (NH4)2HPO4, или композиции из солей, включающие два (N + K, N + P, P + K) или три (N + P + K) питательных элемента.

В сельском хозяйстве используется свыше 10 марок уравновешенных комплексных удобрений, среди которых наибольшее значение имеют удобрения формул (N : Р2O5 : К) в соотношениях 1:1:1, 1:1:0,5, 1:1, 5:1, 1:4:0, 0:1:1. Все комплексные минеральные удобрения являются высококонцентрированными, и применение их более эффективно, чем применение простых удобрений. Этим обусловлено интенсивное расширение производства и потребления сложных комплексных удобрений.

Ведущее место среди комплексных минеральных удобрений занимает аммофос, являющийся универсальным удобрением, которое используют как для внесения в почву, так и для изготовления минеральных удобрений смешанного типа.

Все сложные минеральные удобрения по методу их производства могут быть разделены на три группы:

удобрения, получаемые переработкой фосфорной кислоты (аммофос, диаммофос);

удобрения, получаемые переработкой смеси фосфорной и азотной кислот (нитроаммофос, нитроаммофоска);

удобрения, получаемые разложением природных фосфатов азотной кислоты (нитрофос, нитроаммофоска).

Таким образом, некоторые удобрения, например нитроаммофоска, могут быть получены различными методами. Ниже рассматривается производство наиболее распространенных удобрений - аммофоса и нитроаммофоски.

1.2.2 Производство аммофоса

Физико-химические основы процесса. Аммофос представляет двойное (N + P) сложное комплексное удобрение, содержащее в качестве основного вещества моноаммонийфосфат NH4H2PO4 и примесь (до 10%) диаммонийфосфата (NH2)2HPO4, образующегося в процессе получения. Моно- и диаммонийфосфаты представляют собой твердые кристаллические вещества, малогигроскопичные, растворимые в воде. Из фосфатов аммония моноаммонийфосфат термически наиболее устойчив и при нагревании до 100 - 110єС практически не разлагается. Диаммонийфосфат и особенно триаммонийфосфат при нагревании диссоциируют с выделением аммиака, например:

(NH4)2HPO4 = NH4H2PO4 + NH3

В табл. 1.4 приведены свойства фосфатов аммония.

Таблица 1.4 - Свойства фосфатов аммония

Фосфат

Растворимость при 20єС мас. долей

Давление паров аммиака при 100єС, Па

Состав, %

NH3

P2O5

NH4H2PO4

0,403

0

14,8

11,1

(NH4)2HPO4

0,710

117

25,7

53,7

(NH4)3HPO4

0,177

85100

32,3

47,7

В основе производства аммофоса лежит гетерогенный экзотермический процесс нейтрализации фосфорной кислоты газообразным аммиаком:

H3PO4ж + NH3u = NH4H2PO4 - 147,0 кДж. (1)

Процесс ведут при избытке аммиака, потому в системе, наряду с реакцией образования моноаммонийфосфата, частично протекает реакция образования диаммонийфосфата:

H3PO4 + 2NH = (NH4)2HPO4 - 75,4 кДж, (2)

в результате чего в составе готового продукта содержится до 10% диаммонийфосфата.

Режим процесса нейтрализации выбирают так, чтобы обеспечить получение достаточно подвижной и способной к перекачиванию по трубопроводам аммофосной пульпы. Вязкость пульпы зависит от концентрации используемой фосфорной кислоты и конструкций аппаратуры.

На основе разбавленной экстракционной кислоты:

с сушкой пульпы в распылительной сушилке;

с упариванием пульпы в вакуум-выпарных аппаратах и сушкой в аппарате БГС;

с сушкой пульпы и грануляцией ее в распылительной сушилке-грануляторе кипящего слоя РКСГ.

На основе концентрированной фосфорной кислоты:

с грануляцией и сушкой продукта в аммонизаторе-грануляторе АГ;

с самоиспарением пульпы под давлением и сушкой в барабанном грануляторе-сушилке-холодильнике БГСХ.

Рисунок 1.9 - Технологическая схема производства аммофоса

1 - аппарат САИ;, 2 - сборник пульпы; 3 - аппарат РКСГ; 4,5 - топки; 1 - холодильник кипящего слоя; 7 - установка для охлаждения воздуха; 8 - грохот; 9 - дробилка; 10 - циклон; 11 - абсорбер

Технологическая схема производства аммофоса с использованием аппарата РКСГ (рис. 1.9) позволяет соединить в одном аппарате операции упаривания пульпы, грануляции и сушки продукта, что обеспечивает высокую интенсивность всех стадий процесса при малых затратах тепла и электроэнергии.

Экстракционная фосфорная кислота концентрацией 25 -28% и газообразный аммиак поступают в аппарат САИ (скоростной аммонизатор-испаритель) 1 при мольном отношении

NH3 : H3PO4 = 1:1.

За счет теплоты нейтрализации температура пульпы поднимается до 110єС и часть воды испаряется. Затем атмосферная пульпа через промежуточный сборник 2, обогреваемый паром, подается в верхнюю часть аппарата РКСГ 3, где распыляется топочными газами, нагретыми до 700єС, поступающими из топки 4. Пульпа упаривается, и ее частицы опускаются в нижнюю часть аппарата, в которой топочными газами, поступающими из топки 5, создается кипящий слой. Здесь порошкообразный продукт гранулируется и высушивается. Высушенные гранулы поступают в холодильник кипящего слоя 1, в который подается воздух из холодильной установки 7, охлаждаемой жидким аммиаком. Охлажденные гранулы аммофоса сортируются на грохоте 8. Товарная продукция нужной дисперсности поступает на склад, а крупная фракция измельчается на дробилке 9 и возвращается в холодильник 1. Газы из аппарата РКСГ проходят через циклон 10, где отделяется пыль аммофоса, возвращаемая в аппарат, и поступают на абсорбцию аммиака и фтористого водорода в абсорбер 11, орошаемый водой.

Основные аппараты в этой технологической схеме - аммонизатор-испаритель САИ и аппарат РКСГ.

Схема действия аппарата САИ представлена на рис. 1.10.

Высокая скорость подачи аммиака обеспечивает хороший контакт его с кислотой и высокую скорость реакции нейтрализации (1 - 2 минуты). Аппарат РКСГ выполнен в виде двух полых цилиндров, соединенных конической рубашкой и имеет высоту 10 м и диаметр 12 м. В верхней части аппарата расположен распылитель

Рисунок 1.10 - Схема аппарата САИ: 1 - сопло для подачи аммиака; 2 - реакционная зона аппарата; 3 - теплообменник

пульпы, внутренняя труба которого охлаждается водой. В нижней части аппарата находится газораспределительная решетка, проходя через которую топочные газы создают режим кипящего слоя. Отработанные газы собираются в кольцевом пространстве рубашки, что сводит к минимуму унос мелких частиц продукта.

1.2.3 Производство нитроаммофоски

Физико-химические основы процесса. Нитроаммофоска представляет тройное (N + P + K) сложное комплексное удобрение и содержит в своей основе моноаммонийфосфат, нитрат аммония, нитрат калия и хлорид аммония. Присутствие двух последних солей снижает гигроскопичность продукта и улучшает его физические свойства. В зависимости от соотношения питательных веществ нитроаммофоску выпускают двух марок: марки А формулы 1:1:1 и марки Б формулы 1:1, 5:1,5.

Нитроаммофоска может быть получена двумя методами: азотнокислотным разложением фосфатов и нейтрализацией смеси фосфорной и азотной кислот аммиаком. В обоих случаях для введения в состав продукта калийного компонента в реакционную смесь в процессе производства добавляют хлорид калия. Наиболее распространенный метод производства нитроаммофоски - нейтрализация.

В основе процесса получения нитроаммофоски по этому методу лежат реакции:

1 Нейтрализации фосфорной и азотной кислот аммиаком с образованием соответственно моноаммонийфосфата и нитрата аммония

H3PO4 + NH3 = NH4H2PO4,

HNO3 + NH3 = NH4NO3.

2 Обменная реакция вводимого в систему и растворяющегося в плаве хлорида калия с нитратом аммония:

NH4NO3 + KCl = KNO3 + NH4Cl.

Технологическая схема производства. Наиболее распространенной технологической схемой производства нитроаммофоски является схема с аппаратом АГ (аммонизатор-гранулятор), представленная на рис. 1.11.

Фосфорная кислота концентрацией 47 - 52% P2O5, поступает в нейтрализатор 1, где нейтрализуется аммиаком при 110 - 120єС. Азотная кислота нейтрализуется аммиаком в аппарате ИТН 2 при 110 - 135єС, и образовавшийся раствор нитрата аммония поступает в выпарной аппарат 3, где упаривается до концентрации 0,95 мас.дол. и направляется в сборник 4. Аммонийная пульпа из нейтрализатора 1, плав нитрата аммония из сборника 4, вводимый хлорид кальция, газообразный аммиак и ретур после грохота 9 подаются в аммонизатор-гранулятор 5. Количество ретура составляет до 10 т на 1 т готового продукта. В аппарате АГ завершается процесс нейтрализации и происходит гранулирование и подсушка гранул за счет теплоты химической реакции. Из аппарата АГ гранулы нитроаммофоски поступают в барабанную сушилку 1, обогреваемую топочными газами из топки 7, и затем на грохоты 8 и 9, на которых разделяются на три фракции. Крупная фракция после измельчения в дробилке 10 смешивается с мелкой фракцией, прошедшей грохот 9, и в виде ретура возвращается в аппарат АГ. Товарная фракция нитроаммофоски, прошедшая грохот 8 с размерами гранул 1 - 4 мм, направляется в холодильник кипящего слоя 11 и затем на склад. Выходящие из аппарата АГ газы поступают на абсорбцию в скруббер, орошаемый водой.

Рисунок 1.11 - Технологическая схема производства аммофоски:

1 - нейтрализатор фосфорной кислоты; 2 - аппарат ИТН, 3 - выпарной аппарат; 4 - сборник плава; 5 - аппарат АГ; 1 - барабанная сушилка; 7 - топка; 8, 9 - грохоты; 10 - дробилка; 11 - холодильник кипящего слоя.

Основной аппарат технологической схемы - аммонизатор-гранулятор - представляет полый вращающийся барабан диаметром 4 м и длиной 1 - 8 м, снабженный устройством для загрузки ретура и хлорида калия и трубопроводами для подачи аммофосной пульпы, плава нитрата аммония и газообразного аммиака.

В табл. 1.5 представлены расходные коэффициенты по сырью и энергии на 1 т питательных веществ (P2O5 + N) в продукте в производстве аммофоса и нитроаммофоски.

Таблица 1.5 - Расходные коэффициенты

Статья

Удобрение

Аммофос

Нитроаммофоска

Фосфорная кислота, т P2O5

0,852

0,341

Аммиак, т N

0,233

0,205

Азотная кислота, т N

-

0,135

Хлорид калия, т К2О

-

0,331

Электроэнергия, кВт · ч

890

421

Пар, т

0,21

0,59

Топливо (условное), м3

10

57

Вода, м3

11,5

30


Подобные документы

  • Состав и свойства основных азотных удобрений. Калийные удобрения, их характеристика. Верховой, низинный и переходный торф. Значение производства минеральных удобрений в экономике страны. Технологический процесс производства. Охрана окружающей среды.

    курсовая работа [143,2 K], добавлен 16.12.2015

  • Физико-химические основы получения, свойства и сферы применение фосфорной кислоты. Специфика производства фосфорной кислоты экстракционным методом. Очистка сточных вод производства данного продукта. Схема переработки карбонатного щелока из нефелина.

    реферат [1,5 M], добавлен 09.01.2013

  • Общие вопросы химической технологии. Равновесие в химико-технологическом процессе. Каталитические процессы и контактные аппараты. Синтез аммиака и производство азотной кислоты. Производство минеральных удобрений. Химическая переработка топлива.

    учебное пособие [51,6 K], добавлен 19.07.2009

  • Общие сведения о фосфорной кислоте. Схема производства фосфора. Получение экстракционной фосфорной кислоты. Экстракторы для разложения фосфатного сырья. Сернокислотное разложение фосфатного сырья. Аппараты для разложения и кристаллизации сульфата кальция.

    курсовая работа [648,0 K], добавлен 24.12.2009

  • Процесс первичной обработки сильвинита и получение калийных удобрений: характеристика сырья, методы обогащения руды. Производство хлористого калия на Старобинском месторождении ПО "Беларуськалий". Расчет размеров барабанной сушилки в программе Mathcad.

    курсовая работа [78,0 K], добавлен 21.03.2012

  • Технология производства азотных удобрений – нитрата аммония и карбамида. Физико-химические основы процесса синтеза. Объединение производства карбамида, аммиака, нитрата аммония. Внедрение упрощенных экономичных технологических схем со стриппинг-процессом.

    реферат [1,8 M], добавлен 21.02.2010

  • Общая схема сернокислотного производства. Сырьевая база для производства серной кислоты. Основные стадии процесса катализа. Производство серной кислоты из серы, из железного колчедана и из сероводорода. Технико-экономические показатели производства.

    курсовая работа [7,1 M], добавлен 24.10.2011

  • Термический и экстракционный способ получения ортофосфорной кислоты, их сравнительная характеристика, определение преимущества и недостатков, используемое сырье и материалы. Физико-химические условия процесса. Аппаратура сернокислотной экстракции.

    курсовая работа [118,5 K], добавлен 08.08.2011

  • В настоящее время в промышленных масштабах азотная кислота производится исключительно из аммиака. Физико-химические основы синтеза азотной кислоты из аммиака. Общая схема азотнокислотного производства. Производство разбавленной азотной кислоты.

    контрольная работа [465,6 K], добавлен 30.03.2008

  • Ознакомление с историческими фактами открытия и получения фосфорной кислоты. Рассмотрение основных физических и химических свойств фосфорной кислоты. Получение экстракционной фосфорной кислоты в лабораторных условиях, ее значение и примеры применения.

    реферат [638,7 K], добавлен 27.08.2014

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.