Лекция 4.

II. Поверхностная реакция.

W_г^II= k_г*(С_Са,е²⁺ - С_Са,s²⁺) (4.1)

k_г = [м/с] – константа скорости для гетерогенного процесса.

По уравнению Аррениуса:

k_г = k₀* (4.2)

Пути управления W_г^II:

Из уравнения (4.2) следует, что надо увеличивать температуру.

Y = A*

E₂<E₁

Окончательно выбор технологического процесса:

• Из анализа химического равновесия:

• Размер частиц;

• Кратность перемешивания;

• Добавлять избыток серной кислоты на входе в реакционную смесь (больше стехиометрического значения), тогда концентрация ионов Са²⁺ падает – движущая сила процесса растет;

• Из кинетики:

• При увеличении температуры константна скорости повышается, разность концентраций снижается

T↑ k_г↑ ∆C↓

Анализ влияния температуры на растворимость ионов Са²⁺

равновесная

С_Са²⁺_,e

C_Ca²⁺_,v (рабочая)

Лимитирующей стадией процесса образования ФГ является поверхностная реакция. Температуру поддерживают на уровне 55-60°С не из соображений кинетики, а из-за морфологически образующегося кристалла (габитус – кристаллическая форма). При температуре 55-60°С образуется дендритная (игольчатая) форма кристалла (l>>d). А при температуре более 65°С образуется кристалл сферической формы (l≈d).

Из практики эксплуатации установок по производству фосфорной кислоты установлено, что наиболее «узким» местом, лимитирующим общую производительность установки, является процесс фильтрования. Следовательно, большие требования предъявляются при прочих равных условиях к форме кристаллов ФГ, образующего осадок на фильтрующем материале. Осадок должен обладать хорошими фильтрующими свойствами (максимальная суммарная порозность осадка). Этому будет удовлетворять структура дигидрата сульфата кальция – дендритная структура. Поэтому в основу классификации способов получения фосфорной кислоты положен вышеназванный признак. Тогда по способам получения фосфорной кислоты различают:

• Дигидратный ФГ;

• Полугидратный ФГ CaSO₄*0,5H₂O;

• Ангидридный (безводный) ФГ CaSO₄.

CaSO₄ – основной компонент для вяжущих систем, используется в строительстве, медицине.

Дополнительные технологические приемы в производстве ЭФК.

Интенсифицирующие факторы делятся на:

• Экстенсивные (f);

• Интенсивные (T).

Основное уравнение массопередачи: , (4.3)

где f – поверхность массопередачи.

Для увеличения поверхности массопередачи в реакционную зону добавляют затравочные кристаллы ФГ с характеристикой f_уд – отношение поверхности кристаллов к объему реакционной смеси, м²/м³. Для снижения вязкости реакционной смеси в реактор подают раствор разбавления.

Рис.4.1. Принципиальная схема получения ЭФК дигидратным методом.

Отечественные схемы производительностью 110тыс. P₂O₅/год реализованы на ОАО «Воскресенские минудобрения», ОАО «Череповецкий комбинат», зарубежные фирмы – «ДюПон де Немур» (Бельгия).

Сухой в виде порошка (классифицированный) апатитовый коцентрат из бункера 1 поступает на весовой дозатор 2 (класс 1А), далее – в экстрактор 4 (двухбаночный). Из емкости 3 в экстрактор поступает раствор 52% серной кислоты (тепло нейтрализации утилизируется на стадии выпаривания до концентрирования ЭФК).

Пульпа (РС) из экстрактора насосом 5 подается на карусельный вакуум-фильтр 7. Продукционную кислоты (основной фильтрат) собирают в емкости 8, промежуточный фильтрат – промывные растворы – в емкости 9.

ФГ с карусельного фильтра поступает на переработку. Раствор разбавления формируется из части продукционной кислоты и промывного раствора.

Из экстрактора 4 циркуляционная пульпа (ЦП) поступает в вакуум-испаритель 6, где происходит удаление паров фтора и воды (SiF₄, HF), при этом происходит охлаждение ЦП, которая возвращается обратно в экстрактор.

Этот цикл организован для:

• Поддержания постоянной температуры в экстракторе;

• Поддержания в объеме РС необходимого количества затравочных кристаллов ФГ.