Цех производства экстракционной фосфорной кислоты с подробной разработкой отделения фильтрования

Введение…………………………………………………………….….……....7
1 Технологическая часть……………………………………...……….…. …9
1.1 Обоснование выбора метода производства……………………………....9
1.2 Физико-химические основы производства……………………………...13
1.3 Характеристика сырья и готового продукта……………………….…....16
1.4 Описание технологической схемы производства…………………….....21
2 Расчетная часть………………………………………………………….….32
2.1 Материальный баланс производства…………………………………....32
2.1.1 Материальный баланс отделения экстракции..……………………27
2.1.2 Материальный отделения фильтрования…………………………..38
2.2 Тепловой баланс отделения экстракции……………………………..….43
3 Выбор, расчет основного и описание вспомогательного оборудования 46
3.1 Расчет площади поверхности фильтрования……………………………46
3.2 Характеристики основного и вспомогательного оборудования ………48
Заключение……………………………………………………………………50
Список используемых источников..…………………………………………51
Приложения…………………………………………………………………...52

Весь текст будет доступен после покупки

Фосфорная кислота имеет большое значение как один из важнейших компонентов питания растений. Фосфор используется растениями для построения своих самых жизненно важных частей - семян и плодов.
Производные ортофосфорной кислоты очень нужны не только растениям, но и животным. Кости, зубы, панцири, когти, иглы, шипы у большинства живых организмов состоят, в основном, из ортофосфата кальция. Кроме того, ортофосфорная кислота, образуя различные соединения с органическими веществами, активно участвуют в процессах обмена веществ живого организма с окружающей средой. В результате этого производные фосфора содержатся в костях, мозге, крови, в мышечных и соединительных тканях организмов человека и животных. Особенно много ортофосфорной кислоты в составе нервных (мозговых) клеток, что позволило А.Е. Ферсману, известному геохимику, назвать фосфор «элементом мысли».
Получение фосфорной кислоты в последнее время превращается в важное звено всей отрасли, связанной с производством удобрении. Известно, что ортофосфорная кислота (Р2О5·ЗН2О) при нагревании подвергается дегидратации, превращаюсь в пирофосфорную кислоту Р2О5 · 2Н2О. Дальнейшая дегидратация может привести к образованию триполифосфорной ЗР2О5 · 5Н2О и других полифосфорных вплоть до метафосфорной кислоты НРО3 и ее полимеров (Р2О5·Н2О)n. В производстве эту смесь называют суперфосфорной кислотой. Она содержит до 80% Р2О5, что превращает ее в ценное сырье для получения высококонцентрированных фосфорных и сложных удобрений.

Весь текст будет доступен после покупки

В настоящее время в промышленности применяются следующие процессы ЭФК [1]:
1. Дигидратный.
2. Полугидратный одностадийный.
3. Полугидратно-дигидратный (с одной и двумя фильтрациями).
4. Дигидратно-полугидратный (с одной и двумя фильтрациями).
Дигидратный способ производства
Разложение фосфата и кристаллизация сульфата кальция осуществляются в экстракторах различных конструкций. По этому признаку объединяется несколько разновидностей технологических схем, но их показатели по интенсивности реакционного объема и степени извлечения P2O5 из фосфата незначительно различаются.
Подача реагентов - серной кислоты и фосфата - в экстрактор может осуществляться различными способами. Фосфат подают непосредственно в экстрактор в сухом виде или предварительно замачивают с оборотной пульпой, раствором разбавления или с водой. Предпочтительнее применять "мокрое" питание с использованием пульпы, так как в этом случае достигается наиболее быстрое распределение зерен фосфата по всему объему реактора. Серная кислота перед подачей в экстрактор может разбавляться водой или смешиваться с раствором разбавления (циркулирующей пульпой), что уменьшает местные пересыщения в объеме экстрактора и позволяет получить более однородные кристаллы сульфата кальция. В современных схемах существует тенденция использовать концентрированную Н2SO4 (93...95 %-ную), что дает возможность увеличить количество воды на промывку осадка.
Охлаждение пульпы осуществляется в вакуум-испарителях. Парогазовая смесь после вакуум-испарителя подвергается очистке в абсорберах. Из нее также конденсируется водяной пар. Применяется и воздушное охлаждение путем обдува воздухом поверхности пульпы в экстракторе. Расход воздуха составляет 2000...2500 м3 на 1 т фосфата. Применение массообменного аппарата позволяет сократить расход до 900...1200 м 3 на тонну.
В процессе разложения фосфата в экстракторе выделяются фтористые газы, СО2 (если фосфат содержит карбонаты), пары воды и др. Эта смесь удаляется из экстрактора вентилятором, очищается в абсорбционной системе и выбрасывается в атмосферу.
Фильтрование пульпы производится на карусельных, план-фильтрах или ленточных фильтрах. Применяется, как правило, 4-фильтратная схема с 3-кратной противоточной промывкой. Водяные пары, отделяемые вместе с воздухом в сепараторах, конденсируются, а воздух выбрасывается в атмосферу.
Осадок - дигидрат сульфата кальция - с влажностью 38...42 % вывозится в отвал или направляется на переработку.
Полугидратный способ производства
Полугидратный одностадийный процесс позволяет получать ЭФК с массовой долей P2O5 36...45 % . При его промышленной реализации возникает ряд трудностей (повышенная коррозия оборудования, инкрустация коммуникаций и т.д.), которые в значительной степени удалось устранить в последние годы и процесс стал внедряться в промышленность, как в СССР, так и за рубежом. Его аппаратурное оформление в принципе мало отличается от дигидратного 6+процесса.
Экстрактор защищается от коррозии с учетом повышенной температуры (95...100 °С) и концентрации Р2О5 (36...45 %). Возможно применение воздушного охлаждения пульпы. При использовании массообменного аппарата количество воздуха на охлаждение может быть уменьшено до 700...900 м3 на 1 т фосфата. Без массообменного аппарата, когда воздух проходит над зеркалом пульпы, его расход возрастает до 1500...2000 м3 на 1 т фосфата.
Для фильтрации пульпы применяются ленточные вакуум-фильтры, так как они позволяют более тщательно проводить регенерацию ткани, имеют меньше коммуникаций, подверженных инкрустации, проще в обслуживании, могут иметь большую удельную нагрузку.
Полугидратному способу присущи недостатки, характерные для высокотемпературных процессов, - повышенные коррозионная активность фосфорнокислых растворов, степень забивки транспортных линий и фильтровального полотна гипсом и газоходов системы абсорбции кремнегелем, трудность организации надежной работы системы удаления полугидрата сульфата кальция в отвал, относительно невысокий выход P2O5.
Комбинированный способ производства
Комбинированные способы (гемигидратно-полугидратный и гемигидратно - дигидратный) получения ЭФК наиболее распространены за рубежом, так как более технологичны и экономичны. Они обеспечивают повышение степени использования исходного фосфатного сырья, повышение концентрации целевого продукта, более чистого CaS04 с большими возможностями его дальнейшей переработки. Комбинированные процессы усложнены двойным фильтрованием и нетехнологичны из-за продолжительной стадии перекристаллизации в гемигидратном-дигидратном способе.
В комбинированных процессах предусмотрено регулирование условий гидратации с получением крупнокристаллического гипса с незначительным содержанием Р2О5. Комбинированный процесс получения ЭФК предусматривает следующие стадии:
1) осаждение гемигидрата смешением исходного фосфорита с оборотной фосфорной и серной кислотами при температуре 90-93°С;
2) охлаждение суспензии до 50-65°С;
3) гидратация гемигидрата с введением затравочных кристаллов гипса, серной кислоты и активного диоксида кремния для связывания фторид- ионов. замедляющих в сочетании с ионами алюминия обводнение. Продолжительность процесса гидратации составляет 5-16 часов.
Описанный способ позволяет получать фосфорную кислоту, содержащую не более 32% Р2О5.
В отличие от дигидратного способа в комбинированных процессах предусмотрено регулирование условий гидратации с получением крупнокристаллического (200-500х 40-80 мкм) гипса с незначительным содержанием Р2О5. Комбинированный процесс предусматривает осаждение полугидрата, смешением исходного фосфорита с оборотной фосфорной и серной кислотами при 90-95° С, охлаждение суспензии до 50-65° С и гидратацию полугидрата с введением затравочных кристаллов гипса, серной кислоты и активного диоксида кремния для связывания фторид-ионов, замедляющих в сочетании с ионами алюминия обводнение. Продолжительность процесса гидратации - 5-16 ч.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Технология фосфорных и комплексных удобрений / Под ред. С.Д.Эвенчика и А.А. Бродского. – М.: Химия, 1987. - 464 с.
2. Мельников Е.Я., Салтанова В.П., Наумова А.М., Блинова Ж.С. Технология неорганических веществ и минеральных удобрений: Учебник для техникумов. – М.: Химия, 19873. – 432 с.
3. Химический энциклопедический словарь. Гл. ред. И.Л.Кнунянц. – М.: Сов. Энциклопедия, 1983. – 792 с.
4. Васильев Б. Т., Отвагина М.И. Технология серной кислоты. – М.: Химия, 1985. – 384 с
5. Свойства неорганических соединений. Справочник/Ефимов А.И. и др. – Л.:, Химия, 1983. – 392 с.
6. Расчеты по технологии неорганических веществ/Под ред. Проф. М.Е.Позина. – л.:Химия.1977. – 496 с.

Весь текст будет доступен после покупки