Лекция 2 Ресурсо- и энергосберегающие технологии в производстве экстракционной фосфорной кислоты.

H₃PO₄ – сильная кислота.

2 Метода:

• термический метод

• экстракционный метод

Термический метод основан на термическом сжигании фосфора в среде кислорода.

1 стадия. P + O₂ → P₂O₅ (2.1)

реакция сжигания, сильно экзотермическая

2 стадия. P₂O₅ + 3H₂O → 2H₃PO₄ (2.2)

Продукционная ортофосфорная кислота имеет концентрацию 85 – 86% масс. по P₂O₅ , практически без примесей.

Экстракционный метод основан на сернокислотном разложении апатитового концентрата.

Са₅F(PO₄)₃ + 5H₂SO₄ + 10H₂O → 3H₃PO₄ + 5CaSO₄∙2H₂O + HF (1.1)

Продукционная ЭФК с концентрацией 40% масс. по P₂O₅ (наличие примесей).

В зависимости от чистоты продукта различается область применения.

Область применения ортофосфорной кислоты:

Чистая ортофосфорная кислота используется при фосфотировании Ме поверхностей (предварительная стадия перед окраской Ме поверхности), т. к. фосфорная кислота с добавками Zn или Mn образует на поверхности Ме защитную пленку.

В последнее время ортофосфорная кислота используется в парфюмерном пр-ве.

Область применения эфк:

• про – во фосфорных и сложных концентрированных удобрений, а также

• получение фосфатов (кормовых),

• моющих и водоумягчающих средств.

• используется при крашении текстильных тканей,

• в реакциях органического синтеза (как катализатор).

Некоторые характеристики водных растворов h3po4

Характеристики растворов очень важны для аппаратурного оформления. Есть ограничения на концентрацию, вязкость (затраты на перемешивание, транспортирование). Температура кипения важна для концентрирования и подсчета энергозатрат, температура затвердевания – для хранения и транспортировки, теплоёмкость – для расчета теплообменников.

Таблица 2.1. Характеристики водных р-ров H₃PO₄ .

Давление атмосферное.

Конц. P2O5, % масс.	t затверд., °С	t кип., °С	Cp, кДж/(кг∙К)	ή (25°С), Па·с
5	0,8	100,10	4,0737	0,0010
40	-21,9	103,9	3,0271	0,0035
60	-76,9	114,9	2,4995	0,0092

Как видно из табл. 2.1 с ростом концентрации изменяется t кип, t затверд, С_р, ή.

Это объясняется строением водных растворов H₃PO₄ .

Согласно основным законам, установленная связь между C, t , P объясняется повышением (понижением) темп - ры фаз. превр. (кип., замерз.) за счет внутреннего строения ра - ра и сил взаимодействия между растворенным веществом и раст - лем.

∆T = T_{кип. р-ра} - T_{кип. чист. р-ля} – температурная депрессия.

Рис. 2.1. Зависимость температурной депрессии от концентрации.

∆T_депр

С точки зрения технико-экономических показателей, большое преимущество имеет экстракционный способ (по сравнению с термическим).

Всегда необходимо проводить технико-экономический анализ.

1. Выбираем базу – то, с чем сравниваем. Сравнение проводят по минимуму приведенных затрат:

З_прив = Сб + Е_н∙К_уд (2.3)

Сб - себестоимость продукции, руб/т.

Себестоимость продукции – это сумма затрат на производство продукта

Е_н – нормативный коэффициент

К_уд – уд. капитальные затраты, руб/т.

Е_н = 1/Т_ок (2.4)

Т_ок – срок окупаемости. В СССР в химической промышленности Т_ок – 5 лет, а сейчас это слишком много. Сейчас Т_ок – 5 … 8 мес.

Сб = ∑Зi /П_R (2.5)

2. Капитальные удельные затраты – это стоимость проекта, оборудования, пусконаладочных работ и т.д., отнесенное к производительности.

К_уд = стоим. оборуд./ П_R (2.6)

∑Зi – текущие затраты (на сырьё, транспорт, на зарплату рабочим, энергозатраты на освещение и перемешивание, аммортизационные отчисления).

∑Зi = З_сырье + З_матер. + З_энерг. + З_з.п. + З_ремонт

П_RЭФК > П_{Rортофосф. к-ты} (2.7)

При прочих равных условиях: Сб_ЭФК < Сб_{ортофосф. к-ты}

Ц_ЭФК < Ц_{ортф. к-ты}

Условие (2.7) обусловлено народнохозяйственным спросом на рынке.