3. Получение h3po4 термическим способами.
Термический способ (позволяет производить наиболее чистую H3PO4) включает основные стадии: сжигание (окисление) элементного фосфора в избытке воздуха, гидратацию и абсорбцию полученного P4O10, конденсацию фосфорной кислота и улавливание тумана из газовой фазы.
Существуют два способа получения P4O10: окисление паров P (в промышленности используют редко) и окисление жидкого P в виде капель или пленки. Степень окисления P в промышленных условиях определяется температурой в зоне окисления, диффузией компонентов и др. факторами. Вторую стадию получения термической H3PO4- гидратацию P4O10 - осуществляют абсорбцией кислотой (водой) либо взаимодействием паров P4O10с парами воды. Гидратация (P4O10+ 6H2O → 4 H3PO4) протекает через стадии образования полифосфорных кислот. Состав и концентрация образующихся продуктов зависят от температуры и парциального давления паров воды.
Все стадии процесса могут быть совмещены в одном аппарате, кроме улавливания тумана, которое всегда производят в отдельном аппарате. В промышленности обычно используют схемы из двух или трех основных аппаратов. Циркуляционно-испарительный способа производства термической фосфорной кислоты включает в себя испарительную систему, основанную на отводе теплоты при испарении воды или разбавлении H3PO4, они наиболее просты в аппаратурном оформлении. Однако из-за относительно большого объема отходящих газов использование таких систем целесообразно лишь в установках небольшой единичной мощности. Циркуляционно-испарительные системы позволяют совместить в одном аппарате стадии сжигания P, охлаждения газовой фазы циркулирующей кислотой и гидратации. Недостаток схемы - необходимость охлаждения больших объемов кислоты. Теплообменно-испарительные системы совмещают два способа отвода теплоты: через стенку башен сжигания и охлаждения, а также путем испарения воды из газовой фазы; существенное преимущество системы - отсутствие контуров циркуляции кислоты с насосно-холодильным оборудованием.
4.Функциональная схема производства экстракционной фосфорной кислоты.
Кислотный метод основан на вытеснении сильными кислотами фосфорной кислоты из фосфатов. Наибольшее распространение на практике нашел метод сернокислотной экстракции основные стадии производства экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК). Процесс протекает по следующему суммарному уравнению:
Ca5F(PO4)3 + 5H2SO4 = 5CaSO4(тв) + 3Н3РО4 + HF (4)
В зависимости от температуры процесса и концентрации Р2О5 в растворе сульфат кальция (фосфогипс) выделяется в виде CaSO4·2H2O (дегидратный режим), СаSO4·0,5H2O (полугидратный режим) и СаSO4 (ангидридный режим). Промышленное распространение нашли первые два режима.
Сложность состава исходного сырья, которое не может быть унифицировано, приводит к существованию ряда вариантов технологических схем его переработки. Одним из хорошо исследованных является сернокислотное разложение апатитового концентрата, получаемого обогащением хибинской апатито-нефелиновой руды и содержащего около 39% Р2О5. Его разложение – гетерогенная реакция “жидкость – твердое тело”. Выделение примесей облегчается переходом их в другую фазу. Кальциевая составляющая выпадает в осадок в виде гипса (CaSO4), вторая уходит в газовую фазу в виде фтороводорода HF. Функциональная схема производства экстракционной фосфорной кислоты (рис. 3) включает разложение измельченного сырья в реакторе (экстракторе), фильтрацию твердого осадка, упаривание фосфорной кислоты до товарной концентрации и очистку отходящих газов. Твердый отход получил название “фосфогипс”. Образующийся фтороводород взаимодействует с пустой породой сырья. Поэтому при промывке отходящих газов водой оба летучих продукта улавливаются в виде кремнефтористоводородной кислоты H2SiF4.
Рисунок. 3. Функциональная схема производства экстракционной фосфорной кислоты. 1 – реактор разложения апатита (экстрактор); 2 – вакуум фильтр; 3 – сборник фильтратов; 4 – колона выпарки фосфорной кислоты; 5 – система очистки газов.