7.6. Примеры решений практических заданий и ответы к практическим работам раздела 7

7.6.1. Пример практической работы. Растворимость в системе nh4h2po4 - (nh4)2hpo4 - (c2h5)2nh2Cl - h2o при 40ºC и 45°с

По данным сведенным в табл. 7. 26-31 постройте изобарно-изотер­мичес­кую диаграмму растворимости системы NH₄H₂PO₄ - (NH₄)₂HPO₄ - (C₂H₅)₂NH₂Cl - H₂O при 40ºC и 45°С, выполните следующие практические работы и ответьте на вопросы:

1. Используя данные табл. 7. 21-23, постройте диаграммы растворимости оконтуривающих систем. Определите тип систем, составьте предполагаемый состав трояконасыщенного раствора и вычислите оптимальные составы ИСК для его определения прогностическим методом.

К ка­ко­му типу относится эти изотермы растворимости. Для каких технологических процессов могут быть использованы результаты исследования тройных оконтуривающих систем?

Таблица 7. 26

Растворимость в системе NH₄H₂PO₄ - (C₂H₅)₂NH₂Cl - H₂O при 40 и 45°С

№ п/п	nD40	Состав насыщенного раствора, % мас.			Твердая фаза
		NH4H2PO4	(C2H5)2NH2Cl	H2O
Температура 40°С
1	1.4437	-	71.72	28.28	(C2H5)2NH2Cl
2	1.4444	3.09	70.16	26.75	NH4H2PO4+Et2NH2Cl
3	1.4365	3.68	62.50	33.82	NH4H2PO4
4	1.4160	7.32	45.27	47.41	- " -
5	1.3923	18.55	21.08	60.37	- " -
6	1.3831	35.73	-	64.27	- " -
Температура 45°С
1	1.4434	-	72.07	27.93	(C2H5)2NH2Cl
2	1.4450	3.44	71.30	25.26	NH4H2PO4+Et2NH2Cl
3	1.4435	4.50	69.12	26.38	NH4H2PO4
4	1.4275	7.73	50.05	42.22	- " -
5	1.3950	18.81	22.86	58.33	- " -
6	1.3861	38.87	-	61.13	- " -

2. Постройте основные проекции диаграммы растворимости четверной системы при обеих температурах.

К ка­ко­му типу относится эта изотерма растворимости?

3. Используя данные табл. 7. 26-31, определите соотношение исходных солевых компонентов в донных фазах, образующихся из оптимальных ИСК, вычисленных в задании 1, для определения состава тройного эвтонического раствора. При получении неудовлетворительных результатов измените состав предполагаемого тройного эвтонического раствора и повторите вычисления.

4. Какие методы целесообразно использовать для определения составов трояконасыщенного раствора и равновесных твердых фаз его насыщающих. Приведите оптимальные составы ИСК для решения каждой задачи, постройте принципиальные зависимости показателя преломления жидкой фазы от состава исследуемых сечений, определите координаты углов нонвариантных областей изогидрических разрезов.

Какие ошибки определения составов равновесных твердых фаз трояконасыщенных растворов наблюдаются при округлении координат вершин нонвариантных областей изогидрических разрезов до 0.01, 0.05 и 0.1 %?

Таблица 7. 27

Растворимость в системе (NH₄)₂HPO₄ - (C₂H₅)₂NH₂Cl - H₂O при 40 и 45°С

№ п/п	nD40	Состав насыщенного раствора, % мас.			Твердая фаза
		(NH4)2HPO4	(C2H5)2NH2Cl	H2O
Температура 40°С
1	1.4437	-	71.72	28.28	(C2H5)2NH2Cl
2	1.4443	0.61	71.01	28.38	(NH4)2HPO4+Et2NH2Cl
3	1.4308	1.26	60.26	38.48	(NH4)2HPO4
4	1.4085	4.28	40.35	55.37	- " -
5	1.3990	16.07	19.91	64.02	- " -
6	1.4030	26.22			- " -
7	1.4201	41.96	-	58.04	- " -
Температура 45°С
1	1.4434	-	72.07	27.93	(C2H5)2NH2Cl
2	1.4445	0.60	72.33	27.07	(NH4)2HPO4+Et2NH2Cl
3	1.4308	0.96	62.54	36.50	(NH4)2HPO4
4	1.4178	2.54	48.57	48.89	- " -
5	1.4092	4.47	40.52	55.01	- " -
6	1.4012	14.41	23.83	61.76	- " -
7	1.4062	23.21	13.76	63.03	- " -
8	1.4222	42.06	-	57.94	- " -

Таблица 7. 28

Растворимость в системе NH₄H₂PO₄ - (NH₄)₂HPO₄ - H₂O при 40 и 45°C

№ п/п	nD40	Состав насыщенного раствора, % мас.			Твердая фаза
		NH4H2PO4	(NH4)2HPO4	H2O
Температура 40°С
1	1.4201	-	41.96	58.04	(NH4)2HPO4
2	1.4251	11.54	40.11	48.35	- " -
3	1.4349	23.84	35.12	41.04	- " -
4	1.4367	29.47	34.64	35.89	- " -
5	1.4400	29.63	34.53	35.84	(NH4)2HPO4+NH4H2PO4
6	1.4405	29.45	34.21	36.34	NH4H2PO4
7	1.4329	30.36	30.05	39.59	- " -
8	1.4021	33.32	11.55	55.13	- " -
9	1.3831	35.73	-	64.27	- " -
Температура 45°С
1	1.4222	-	42.06	57.94	(NH4)2HPO4
2	1.4250	9.94	41.58	48.48	- " -
3	1.4341	19.34	37.75	42.91	- " -
4	1.4365	25.23	36.02	38.75	- " -
5	1.4403	30.41	34.66	34.93	(NH4)2HPO4+NH4H2PO4
6	1.4344	32.12	29.20	38.68	NH4H2PO4
7	1.4205	34.27	21.05	44.68	- " -
8	1.4005	36.16	8.83	55.01	- " -
9	1.3861	38.87	-	61.13	- " -

5. Какие методы целесообразно использовать для определения положения предельной монотектической ноды и изучения всех линий моновариантных равновесий. Приведите составы ИСК для каждого метода и постройте принципиальные зависимости показателя преломления жидкой фазы от состава исследуемых сечений.

Таблица 7. 29

Растворимость в системе NH₄H₂PO₄-(NH₄)₂HPO₄-(C₂H₅)₂NH₂Cl-H₂O при 40ºC

№ п/п	nD40	Жидкая фаза (верхняя/нижняя), % мас.				Твердая фаза
		NH4H2PO4	(NH4)2HPO4	Et2NH2Cl	H2O
1	1.4400	29.63	34.53	-	35.84	(NH4)2HPO4+NH4H2PO4
2	1.4444	3.09	-	70.16	26.75	NH4H2PO4+(C2H5)2NH2Cl
3	1.4440	-	0.61	71.01	28.38	(NH4)2HPO4+(C2H5)2NH2Cl
4	1.4442	2.96	0.58	70.13	26.33	NH4H2PO4+(NH4)2HPO4+ +(C2H5)2NH2Cl
5	1.4452	3.05	0.62	69.87	26.46	(NH4)2HPO4+NH4H2PO4
6	1.4355	3.58	0.65	61.04	34.73	- " -
7	1.4213	6.06	2.47	48.46	43.01	- " -
8	1.4168	10.73	6.49	35.96	46.82	- " -
9	1.4188	13.05	9.54	29.97	47.44	- " -
10	1.4200	15.97	12.72	25.39	45.92	- " -
11	1.4202/ 1.4257	17.26/ 20.91	14.40/ 18.84	22.93/ 17.37	45.41/ 42.88	- " -
12	1.4263	21.86	20.45	14.57	43.12	- " -
13	1.4330	26.61	27.34	7.34	38.71	- " -

Таблица 7. 30

Растворимость в системе NH₄H₂PO₄-(NH₄)₂HPO₄-(C₂H₅)₂NH₂Cl-H₂O при 45ºC

№ п/п	nD45	Жидкая фаза (верхняя/нижняя), % мас.				Твердая фаза
		NH4H2PO4	(NH4)2HPO4	Et2NH2Cl	H2O
1	1.4403	30.41	34.66	-	34.93	(NH4)2HPO4+NH4H2PO4
2	1.4450	3.44	-	71.30	25.26	NH4H2PO4+(C2H5)2NH2Cl
3	1.4445	-	0.60	72.33	27.07	(NH4)2HPO4+(C2H5)2NH2Cl
4	1.4451	2.91	0.73	70.95	25.41	NH4H2PO4+(NH4)2HPO4+ +(C2H5)2NH2Cl
5	1.4209/ 1.4335	11.63/ 26.48	6.78/ 26.41	36.72/ 9.65	44.87/ 37.46	(NH4)2HPO4+NH4H2PO4
6	1.4191/ 1.4341	13.18/ 26.42	8.45/ 25.20	32.74/ 10.03	45.63/ 38.35	NH4H2PO4
7	1.4193/ 1.4340	13.24/ 26.91	8.59/ 25.25	32.07/ 9.90	46.10/ 37.94	- " -
8	1.4190/ 1.4338	13.31/ 26.61	8.63/ 24.99	31.92/ 10.19	46.14/ 38.21	- " -
9	1.4220	20.21	15.28	20.36	44.15	- " -
10	1.4193/ 1.4335	13.33/ 27.54	8.46/ 24.66	32.08/ 10.24	46.13/ 37.56	(NH4)2HPO4
11	1.4193/ 1.4341	13.47/ 26.89	8.56/ 24.59	31.88/ 10.04	49.09/ 38.48	- " -
12	1.4262	7.07	1.68	52.23	39.02	(NH4)2HPO4+NH4H2PO4
13	1.4320	4.49	0.95	58.83	35.73	- " -
14	1.4392	3.53	0.53	66.24	29.70	- " -
15	1.4416	3.30	0.48	67.75	28.47	- " -

6. Используя данные табл. 7. 28, предложите способ определения критической температуры возникновения монотектического равновесия в системе.

Таблица 7. 31

Состав предельного монотектического равновесия и линия моновариантного равновесия в системе NH₄H₂PO₄ - (NH₄)₂HPO₄ - (C₂H₅)₂NH₂Cl - H₂O при 45, 43, 41, 40 и 39ºС

t, ºC	nD	Жидкая фаза (верхняя/нижняя), % мас.				Твердая фаза
		NH4H2PO4	(NH4)2HPO4	(C2H5)2NH2Cl	H2O
45	1.4209/ 1.4335	11.63/26.48	6.78/26.41	36.72/9.65	44.87/37.46	NH4H2PO4+ (NH4)2HPO4
43	1.4189/ 1.4320	13.71/25.31	9.72/24.61	29.93/11.32	46.64/38.76	- " -
41	1.4198/ 1.4297	15.27/24.10	11.80/23.14	26.75/13.12	46.18/39.64	- " -
40	1.4202/ 1.4257	17.26/20.91	14.40/18.84	22.93/17.37	45.41/42.88	- " -
39	1.4199	16.24	13.02	25.07	45.67	- " -
39	1.4200	17.06	13.97	23.46	45.51	- " -
39	1.4215	19.79	17.84	18.43	43.94	- " -

7. Используя данные о растворимости в тройной оконтуривающей системе (NH₄)₂НPO₄ - (C₂H₅)₂NH₂Cl – H₂O, вычислите потери фосфора и аммония при синтезе гидрофосфата аммония из хлорида аммония, фосфорной кислоты и диэтиламина при 40 и 45 °С.

8. Используя данные о растворимости в тройной оконтуривающей системе NH₄Н₂PO₄ - (C₂H₅)₂NH₂Cl – H₂O, вычислите потери фосфора и аммония при синтезе дигидрофосфата аммония из хлорида аммония, фосфорной кислоты и диэтиламина при 40 и 45 °С.

9. Сведите в одну таблицу коэффициенты использования фосфора и ионов аммония. Определите оптимальные концентрационные условия синтеза индивидуальных фосфатов аммония и их удобрительных смесей (аммофоса и диаммофоса).

10. Вычислите составы ИСК для получения фосфатов аммония и их удобрительных смесей с максимальным выходом в кристаллическом виде из из хлорида аммония, фосфорной кислоты и диэтиламина при 40 и 45 °С.

Как влияет температура окончания процесса на выход фосфатов аммония в твердую фазу? Что, с точки зрения минимизации потерь, лучше получать: индивидуальные соли или их удобрительные смеси.