15. Основы производства термической фосфорной кислоты.

Производство термической фосфорной кислоты возможно двумя методами: одно- и двухступенчатым.

1. При одноступенчатом или непрерывном методе печные газы, содержащие элементарный фосфор и окись углерода, поступают в камеры сгорания, где фосфор окисляется до фосфорного ангидрида кислородом воздуха, газы охлаждаются, гидратируются и пропускаются через электрофильтры для улавливания фосфорной кислоты.

2. По двухступенчатому методу фосфор сначала конденсируется, а затем сжигается и Р2О5 гидратируется до фосфорной кислоты.

Наиболее широко распространен двухступенчатый способ, т.к. в нем получается более чистая фосфорная кислота. Кроме того, в этом случае возможно при необходимости выпускать в качестве продукта также желтый фосфор и эффективно использовать окись углерода, являющуюся побочным продуктом. Затраты на оборудование ниже, чем при одноступенчатом способе, т.к. в последнем улавливание фосфорной кислоты из образующихся больших объемов газа требует громоздкой аппаратуры. Расход электроэнергии, воды и воздуха при одноступенчатом методе также значительно больше.

Первоначальной стадией процесса получения фосфорной кислоты является окисление фосфора:

Р4 + 5О2 = Р4О10

По одноступенчатому способу окисляется не только фосфор, но и окись углерода:

Р4 + 10СО+ 10О2 = Р4О10 + 10СО2

При этом выделяется большое количество тепла, которое практически не может быть использовано из-за коррозионного действия фосфорного ангидрида, содержащегося в продуктах горения. Требуется охлаждение газов в камере горения, предупреждающее быстрый износ аппаратуры и обеспечивающее полное поглощение фосфорного ангидрида. Вследствие высокой температуры газа (800—1000°) при взаимодействии фосфорного ангидрида с водой первоначально образуется метафосфорная кислота НРО3 (в парообразном состоянии):

Р4О10+2Н2О = 4НРО3

Последняя при гидратации превращается в туманообразную ортофосфорную кислоту (через ряд промежуточных соединений):

НРО3 + Н2О = Н3РО4

Во избежание образования низших окислов фосфора, переходящих при гидратации в фосфористую и фосфорноватистую кислоты, сжигание фосфора производится в двухкратном избытке воздуха. С целью использования окиси углерода, содержащейся в газах возгонки, исследована возможность избирательного окисления фосфора. Установлено, что при поддержании в окислительной камере 450—540°С и подаче 120—130% воздуха от теоретического количества, необходимого для окисления фосфора, можно окислить практически весь фосфор до Р2О5, а окись углерода окисляется только на 5—7%.

По двухступенчатому способу производства газы возгонки очищаются от пыли, затем фосфор конденсируется в виде жидкости (температура выше точки плавления — около 60°), а окись углерода может быть использована в качестве топлива. Фосфор сжигается в камере сгорания, фосфорный ангидрид охлаждается водой и гидратируется в башнях. Фосфорная кислота, полученная двухступенчатым способом, содержит 85—86% Н3РО4. Этим же методом получают некоторые количества суперфосфорной кислоты, содержащей 105—115% Н3РО4 (76—82% Р2О5). Для этого фосфорный ангидрид, образующийся при сжигании элементарного фосфора, поглощают ограниченным количеством воды. По другому способу в обычную термическую фосфорную кислоту вводят твердый фосфорный ангидрид до получения кислоты требуемой концентрации.