На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти образцы готовых работ или получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Результат поиска


Наименование:


курсовая работа Производство суперфосфата

Информация:

Тип работы: курсовая работа. Добавлен: 13.08.2012. Сдан: 2011. Страниц: 16. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


Министерство  образования Российской Федерации

ГОУ ВПО  «Уральский государственный технический университет – УПИ им. первого Президента России Б.Н. Ельцина»
Кафедра технологии неорганических веществ 
 
 
 

Курсовая  работа
по общей  химической технологии
на тему:

Производство  суперфосфата

 
 
 
 
 
 
Руководитель                                                                          к.т.н. Низов В.А.
Студентка  гр. Х-36082                                                                    Шипунова Е.В. 
 
 
 
 

Екатеринбург
2009
 

     
 

    Введение 

   Простой суперфосфат является наиболее дешевым  и распространенным фосфорным удобрением. Он (особенно нейтрализованный) может  быть эффективно использован под  любые растения и на любых почвах. Однако он имеет существенный недостаток — низкое содержание основного компонента (19—21% усвояемого Р2О5) и высокую долю балласта — сульфата кальция. Его производят, как правило, в районах потребления удобрений, так как экономичнее доставлять концентрированное фосфатное сырье к суперфосфатным заводам, чем перевозить на дальние расстояния низко концентрированный простой суперфосфат.
   Значительными достоинствами обладает суперфосфат  в гранулированном виде; преимуществом гранул является тот факт, что они не слеживаются при хранении, а также возможность локального внесения гранул в почву и более длительные сроки их хранения. Большая часть суперфосфата применяется в виде смешанных удобрений. Для приготовления смесей используется аммонизированный суперфосфат.
   Также суперфосфат в небольших количествах употребляется в дрожжевой и сахарной промышленности, в качестве огнезащитного покрытия древесины и др.
   Суперфосфат впервые стали вырабатывать в Великобритании в 1842 (до этого в 1-й половине 19 в. в качестве фосфорных удобрений использовали в основном костную муку), в России - с 1868. Разработка фосфоритов для производства удобрений была начата в 1855 во Франции. В России первая попытка их непосредственного использования в земледелии принадлежит А. Н. Энгельгардту, проводившему с 1866 опыты с фосфоритной мукой (измельченным фосфоритом) в своём имении Батищево Смоленской губернии. [1]
   В настоящее время на предприятиях России выпускается простой и двойной суперфосфат, аммофос, диаммофос, полифосфаты аммония (жидкие комплексные удобрения), фосфатная мука и кормовые фосфаты, нитрофоска, нитроаммофоска и нитроаммофос.
   Основные  запасы фосфатного сырья (апатито-нефелиновые руды) в России сосредоточены на Кольском полуострове. Запасы этого  месторождения оцениваются  в 551 млн. т со средним содержанием P2O5 17%. После флотации получают  апатитовый концентрат с содержанием P2O5 39,5%, который является пригодным   для экстракционного метода его переработки в фосфорную кислоту. Апатитовый концентрат вырабатывается на производственном объединении «Апатит» и Ковдорском горно-обогатительном комбинате. Максимальный уровень добычи составил 21 млн. т апатитового концентрата. Однако в настоящее время он существенно снизился.
   Объемы  производства простого суперфосфата в  России составляют приблизительно 370 тыс. т в год в пересчете на Р2О5.
   Цель  данной работы – познакомиться с  существующими методами получения  простого суперфосфата, рассмотреть  более подробно наиболее выгодный из перечисленных методов, составить  материальный и тепловой баланс одной  из стадий производства и рассчитать теоретические и практические расходные  коэффициенты. 
 
 

   1.Характеристика химического продукта.
   Суперфосфат – наиболее распространенное фосфорное  удобрение. Его называют также простым  суперфосфатом (в отличие от более  концентрированного двойного суперфосфата). По внешнему виду простой суперфосфат представляет собой порошкообразный или зернистый продукт светло- или темно-серого цвета. Его главными составными частями являются монокальцийфосфат Са(Н2РО4)22О и безводный сульфат кальция СаSО4. Он состоит из нескольких твердых фаз и пропитывающих их жидкой фазы. В твердых фазах находятся фосфаты кальция, магния, железа, алюминия, СаSО4 с примесью СаSО4*0.5Н2О, остатки неразложенных минералов, входящих в состав исходного фосфата, кремнегель и другие. Содержание твердых фаз составляет 65-72%, в том числе 50-55% СаSО4.
   Жидкая  фаза состоит из водного раствора фосфорной кислоты, насыщенного  монокальцийфосфатом и содержащего  ионы Мg+2, Fе+3, Аl+3, F и др. Качество суперфосфата оценивают по содержанию в нем усвояемой Р2О5, т.е. суммы водорастворимой Р2О5 (содержащейся в виде свободной фосфорной кислоты,монокальций и мономагнийфосфатов) и цитратнорастворимой Р2О5 (в форме дикальций и димагнийфосфатов, фосфатов железа и алюминия). [2]
   Простой суперфосфат содержит от 14 до 21% усвояемой  Р2О5. Его выпускают в виде следующих продуктов:
   1) порошкообразный не нейтрализованный (содержит до 5,5% свободной Р205);
   2) порошкообразный нейтрализованный (свободная кислотность частично нейтрализована карбонатами или фосфатами кальция);
   3) гранулированный с размером зерен от 1 до 4 мм (гранулированный продукт обычно нейтрализован);
   4) аммонизированный (свободная кислотность нейтрализована аммиаком).
   Нейтрализованный  и высушенный суперфосфат (порошкообразный и гранулированный) рекомендуется хранить в герметической таре. Уменьшение влажности суперфосфата и содержания в нем свободной Р2О5 повышает прочность гранул.
   Слеживаемость суперфосфата вызывается процессом кристаллизации Са(Н2Р04)2·Н20 из жидкой фазы. Охлажденный и вызревший на складе суперфосфат, у которого процесс кристаллизации монокальцийфосфата закончился, а также гранулированный и нейтрализованный суперфосфат почти не слеживается.
   Рассеваемость или сыпучесть суперфосфата определяет способность его высеваться сеялками. Нейтрализация свободной кислотности  и сушка суперфосфата резко улучшают его рассеваемость.
   Объемный  или насыпной вес свободно насыпанного негранулированного суперфосфата из апатитового концентрата составляет 1,0—1,1 т/м3, при хранении в кучах высотой до 10м объемный вес увеличивается до 1,25 т/м3. Насыпной вес гранулированного суперфосфата в неуплотненном слое равен 0,85—0,87, а в уплотненном (глубина 7,3 м) 0,95—0,98 т/ м3.
   Удельная  теплоемкость для высушенного до постоянного веса при 105—110° порошкообразного не нейтрализованного суперфосфата равна 0,224, и для продукта с влажностью 15,1% — 0,345 кал/(г·град). Теплоемкость гранулированного суперфосфата из апатитового концентрата составляет 0,231—0,246 кал/(г·град) в зависимости от влажности. [3]
   2.Методы получения
   Производство  простого суперфосфата заключается  в:
   1) смешении фосфата — апатитового концентрата или фосфоритной муки с серной кислотой,
   2) отверждении (схватывании) реакционной массы, называемом также созреванием суперфосфата
   3) доразложении непрореагировавшего фосфата при вылеживании и дообработке суперфосфата на складе (дозревание).
   Способы производства суперфосфата можно разделить  на периодические, полунепрерывные  и непрерывные.
    В ранее широко применявшихся периодических способах смешение фосфатной муки с серной кислотой и дальнейшее разложение фосфата (созревание в камерах) производили в периодически действующих аппаратах. Для разложения фосфата и созревания суперфосфата использовали камеры-вагоны Бескова и др.
    В полунепрерывных способах применяют непрерывное смешение фосфата с серной кислотой при периодическом созревании суперфосфата в вагонах Бескова или в камерах типа Свенска. Полунепрерывный метод отличается от периодического лишь способом смешения реагентов. Фосфат и серная кислота дозируются с помощью питателей непрерывного действия. Так же непрерывно производится смешение фосфата с серной кислотой. Пульпа непрерывно поступает в камеру, после заполнения которой питание прекращается. В дальнейшем процесс протекает так же, как и в периодическом способе.
    В непрерывных способах основные стадии производства осуществляются в аппаратах непрерывного действия. Эти способы наиболее совершенны, поэтому они вытесняют периодические и полунепрерывные установки. Производство суперфосфата непрерывным методом отличается не только непрерывной дозировкой и смешением реагентов, но также и вызреванием суперфосфата в непрерывно действующей камере. В Европе нашли применение непрерывные способы Максвелл и Норденгрена.
   По  способу Норденгрена, смешение реагентов производят в две ступени: сначала фосфат разлагают избытком серной кислоты, во второй ступени дополнительно вводят фосфат, разлагаемый фосфорной кислотой, образовавшейся в смесителе первой ступени. Созревание идет в прямоугольной камере, задняя и боковые стенки которой неподвижны, а полом камеры служит транспортер из стальных плит.
   В США распространены непрерывные  способы Бродфилда и Саккетта. По первому из них смешение осуществляют в корытообразном горизонтальном смесителе. Суперфосфат созревает на движущемся вместе с боковыми стенками стальном транспортере. По способу Саккетта разложение происходит в цилиндрической гуммированной башне во взвешенном состоянии. Серная кислота образует распыленную конусообразную струю, которая попадает в циклонно-турбулентное облако фосфатной муки. При этом достигается быстрое и хорошее смешение обоих реагентов. Полученную смесь дополнительно перемешивают в горизонтальном смесителе и направляют в камеру-транспортер.
   Кроме улучшения физико-химических условий  разложения фосфата, непрерывный метод  является более экономичным: он требует  меньшей затраты рабочей силы и меньших капиталовложений, облегчает  возможность автоматизации приготовления  серной кислоты нужной концентрации и дозировки реагентов. Значительно  улучшаются условия труда. Достигается  хорошее перемешивание компонентов. Учитывая перечисленные преимущества, мы будем в дальнейшем рассматривать производство суперфосфата непрерывным способом. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   3.Основной  метод получения 

   3.1. Характеристика основного и вспомогательного сырья
   В качестве основного сырья для  производства суперфосфата используют апатитовый концентрат или фосфоритную  муку.
   В России апатитовый концентрат производят два предприятия – принадлежащее холдингу «ФОСАГРО» ОАО «АПАТИТ», и компании «ЕВРОХИМ» - ОАО «Ковдорский ГОК». Оба комбината расположены в Мурманской области. При этом ОАО «Апатит», существенно превосходя в объеме выпуска, является по сути монополистом.
   Апатит  – безводный фосфат кальция, составляет 95% от всех известных минералов фосфора. Господствующей разновидностью апатита  в большинстве горных пород являются фторапатит и фторгидроксилапатит.
   Минеральные образования комплексные: кроме  апатита (30-70%) и нефелина (30-50%) включают сфен (1-2%), титаномагнетит, эгирин. Руды хорошо обогащаются флотацией: из руд, содержащих 15-18% Р2О5, получают апатитовый концентрат с 39,4% Р2О5. Основная часть апатита применяется в промышленности фосфорных удобрений и фосфорных солей, небольшая часть – в черной и цветной металлургии, в производстве керамики и стекла.
   Химический  состав стандартного апатитового концентрата:
   Наименование Химическая формула Содержание, %
   Оксид фосфора P2O5 не менее 39.00 %
   Вода H2O 0.50 - 1.50
   Оксид железа FeO 0.03 - 0.10
   Оксид железа Fe2O3 0.30 - 0.60
   Оксид алюминия Al2O3 0.50 - 0.90
   Оксид кремния SiO2 2.00 - 2.60
   Оксид кальция CaO 50.00 - 51.00
   Оксид стронция SrO 2.60 - 3.50
   Оксид марганца MnO 0.02 - 0.05
   Оксид магния MgO 0.10 - 0.40
   Оксид натрия Na2O  0.20 - 0.60
   Оксид калия K2O  0.10 - 0.40
   Фтор F2 2.90 - 3.20
    
   Получение фосфоритной муки измельчением природных фосфатов – самый простой способ их переработки. Это порошок серого или бурого цвета, содержащий 19-22% P2O5. Фосфоритная мука является дешевым, но малоэффективным удобрением, так как содержит фосфор в форме, трудно извлекаемой растениями. Все же на кислых почвах тонкоизмельченные фосфориты применяют в качестве медленнодействующих удобрений; фосфоритную муку используют также для получения суперфосфата и как нейтрализующую добавку к нему. 
 
 

   Химический  состав %
   Р2О5, не менее 20+/-0,5
   СаО 34,8
   MgO 1,4
   Fe2O3 до 5
   Al2O3 2,4
   F 2,3
   CO2 4
   K2O+Na2O 2
   SiO2 16
   SO2 3,8
   Физические  свойства: 
   Крупность (остаток на сетке 0, 18 мм), %, не более 10
   Влажность, %, не более 1,5                                    [2] 

   Серная  кислота находит широкое применение при производстве минеральных удобрений, в металлургической, нефтеперерабатывающей, текстильной и пищевой промышленности и во многих других отраслях. Сырьем для получения серной кислоты служат серный колчедан (пирит) и сера. Серная кислота также вырабатывается из сернистого газа, улавливаемого при плавке сульфидных руд, переработке сернистой нефти, сероочистке коксового и природного газа. Сернокислотные заводы размещаются в основном в районах потребления серной кислоты. Основное сырье для ее производства (серный колчедан) приходится перевозить на дальние расстояния. Это объясняется тем, что серная кислота является малотранспортабельным грузом. Представляет собой бесцветную маслянистую жидкость без запаха. Является очень сильной двухосновной кислотой. 

   Для нейтрализации готового продукта (суперфосфата) используют известняк - осадочную горную породу, состоящую преимущественно из кальцита СаСО3.
   Наиболее  частыми примесями в известняках  являются доломит, кварц, глинистые  минералы, окислы и гидроокислы железа и марганца, а также пирит, марказит, фосфаты, гипс и органические вещества. Известняки нередко содержат остатки  известковых скелетов ископаемых организмов.
   Химический  состав чистых известняков приближается к теоретическому составу кальцита (56% CaО и 44% СО2). Доломитизированные известняки - известняки, содержащие MgO от 4 до 17%. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   3.2.Физико-химические  характеристики основных стадий процесса
   Сущность  производства суперфосфата состоит  в том, что нерастворимая в  воде нейтральная кальциевая соль ортофосфорной кислоты Са3(РО4)2, содержащаяся в природных фосфатах в виде фторапатита Са3(РО4)2 *СаF2, при взаимодействии с серной кислотой превращается в растворимые кислые соли, преимущественно в монокальцийфосфат Са32РО4)2, при этом часть ионов Са+2 связывается с образованием малорастворимого сульфата кальция. Присутствующие в природных фосфатах минеральные примеси также реагируют с серной кислотой.
   Разложение  фторапатита серной кислотой протекает  в две стадии: вначале до образования фосфорной кислоты по уравнению
   7Са5F(РО4)3 + 35Н24 +17.5 Н2О =
   21Н3РО4 +35 СаSО4 * 0.5Н2О+ 7НF (1),
   а затем, только после полного израсходования серной кислоты, образовавшаяся фосфорная кислота взаимодействует с фторапатитом по уравнению
   3Са5F(РО4)3 +21Н3РО4 +15Н2О = 15Са (Н2РО4)22О + 3НF (2)
   При стехиометрическом соотношении  компонентов в первой стадии процесса серной кислотой разлагается 70% апатита, во второй стадии фосфорной кислотой – остальные 30% апатита.
   Норма серной кислоты зависит от состава  фосфатного сырья. При переработке апатитового концентрата стехиометрическая норма серной кислоты определяется соотношением 7Н24 :3Р2О5, равным 686 :462 =1.61 вес ч Н24 на 1 вес.ч. Р2О5. При содержании в апатитовом концентрате 39.4% Р2О5 стехиометрическая норма кислоты составляет 39.4: 1.61 = 63.4 вес.ч. на 100 вес.ч. сырья. С целью ускорения разложения практическую норму серной кислоты принимают более высокой 62-72 вес.ч.
   Количество  серной кислоты уменьшено по сравнению  с необходимым для связывания всего содержащегося в природном фосфате кальция с таким расчетом, чтобы в результате получить смесь монокальйцийфосфата и сульфата кальция согласно суммарному уравнению:
   2Са5F(РО4)3 + 7Н24 +3Н2О = 3Са(Н2РО4)22О +7СаSО4 + 2НF (3)
   При введении избытка серной кислоты, а  также при неполном разложении фторапатита во второй стадии процесса в суперфосфате остается свободная фосфорная кислота. Одновременно с разложением апатита образуются кристаллы сульфата кальция, а затем монокальцийфосфат. Температура и концентрация вводимой в процесс серной кислоты сильно отражаются на структуре и физических свойствах продукта.
   Скорость  разложения фосфата зависят от активности кислоты и от степени ее пересыщения продуктами реакции. На рис. 1 показан общий вид зависимости степени разложения фосфата за определенное время (изохрона) от концентрации исходной серной кислоты. С увеличением концентрации разбавленных растворов и уменьшением концентрации крепких растворов активность их повышается, и скорость, а, следовательно, и степень разложения фосфата увеличиваются. Однако, начиная с некоторых концентраций кислоты, возрастает пересыщение системы сульфатом кальция, что вызывает уменьшение скорости и степени разложения. Поэтому полная зависимость степени разложения от концентрации кислоты изображается кривой, которая имеет два максимума и между ними один минимум. Положение максимумов зависит от вида сырья, отношения массы твердой фазы к массе жидкой Т:Ж, температуры, времени и др. 

   
   Концентрация  серной кислоты 

   Рис. 1. Общий вид зависимости степени разложения фосфата от концентрации исходной серной кислоты. 

   Условия кристаллизации твердых фаз оказывают  влияние на скорость процесса разложения природных фосфатов. По мере кристаллизации сульфата кальция реакционная масса затвердевает в результате образования микрокристаллов СаSО4, удерживающих большое количество жидкости. Затвердевание происходит очень быстро до полного израсходования серной кислоты, когда еще не образуется монокальцийфосфат во второй стадии разложения.
   Полугидрат  сульфата кальция, выпадающий вначале  в качестве метастабильной фазы, далее превращается в стабильный ангидрит:
   2СаSО4 * 0.5Н2О>2СаSО4 + 2Н2О (4)
   Основным  фактором, определяющим скорость взаимодействия апатита с серной кислотой, является скорость диффузии иона кальция на поверхности зерна апатита. Скорость диффузии, а, следовательно, и скорость разложения апатита, будет тем больше, чем выше концентрация ионов кальция в пограничном слое. Так как концентрация ионов кальция в пограничном слое зависит от растворимости кристаллогидратов сульфата кальция, то скорость разложения фосфатов будет возрастать в условиях, способствующих увеличению растворимости сульфата кальция.
   Кристаллизация  сульфата кальция может тормозить  процесс разложения апатита серной кислотой. Мелкие кристаллы отлагаются на поверхности зерен апатита и препятствуют проникновению серной кислоты. Чем крупнее кристаллы сульфата кальция, тем более рыхлый проницаемый слой образуется на зернах апатита.
   Мелкие  кристаллы выпадают в тех случаях, когда кристаллизация идет с большой скоростью и появляется много центров кристаллизации. Чем выше степень пересыщения раствора, тем больше скорость кристаллизации. При максимальной растворимости сульфата кальция степень пересыщения раствора, а значит и скорость кристаллизации, минимальна. Это приводит к осаждению относительно крупных кристаллов, образующих более рыхлый слой.
   Экспериментально  найдено, что скорость сернокислотного  разложения апатита достигает максимума в области концентраций серной кислоты 5-10% Н24. Скорость взаимодействия природных фосфатов с серной кислотой увеличивается с повышением температуры. При 900С фосфориты разлагаются серной кислотой практически полностью менее чем за 10 мин. Кристаллический апатитовый концентрат разлагается медленнее, но скорость процесса также увеличивается с повышением температуры.
   Разложение  апатита серной кислотой связано  с образованием фосфорной кислоты в первой стадии процесса. Присутствие фосфорной кислоты положительно отражается на кинетике процесса, так как она разбавляет серную кислоту, приближая ее концентрацию к оптимальной. Особенно большой эффект получается при непрерывном введении реагентов в смеситель, в котором поддерживается постоянный объем реакционной смеси, содержащей в жидкой фазе фосфорную кислоту.
   В производстве простого суперфосфата непрерывное  смешение фосфатного сырья с серной кислотой позволяет разлагать природный фосфат примерно 30% серной кислотой при концентрации исходной серной кислоты до 70% Н24. Таким образом, при совместном разложении апатита серной и фосфорной кислотами скорость процесса приближается к оптимальной. Отрицательное влияние на кинетику процесса образующихся кристаллических пленок сульфата кальция сказывается тем в меньшей степени, чем ниже фактическая концентрация серной кислоты в реакционной смеси.
   Природные фосфаты содержат минеральные примеси, реагирующие с кислотами. На разложение примесей дополнительно расходуется серная кислота, также ухудшается качество получаемого удобрения. Минерал нефелин, содержащийся в качестве примесей в апатитовом концентрате, легко разлагается серной кислотой. Так как разложение нефелина протекает одновременно с разложением фторапатита этот процесс может быть представлен следующими суммарными уравнениями:
   4Са5F(РО4)3 + 20Н24 + 3NаАlSiО4 = 3NаН2РО4+20СаSО4+4НF+3Аl(Н2РО4)3+3Н2SiО3+3Н2О (5)
   В результате разложения нефелина образуется гель кремневой кислоты, в раствор переходят фосфаты натрия, калия и алюминия. Гель SiО2 способствует затвердеванию суперфосфата. Глины и другие алюмосиликаты, присутствующие в фосфоритных рудах, разлагаются серной кислотой аналогично разложению нефелина.
   Минералы, содержащие окислы железа, в присутствии  фторапатита взаимодействуют с серной кислотой следующим образом:
   2Са5F(РО4)3 + 10Н24 +Fе2О3 =
   10СаSО4 + 2НF+2Fе(Н2РО4)3 +3Н2О (6)
   В результате в растворе образуется кислая однозамещенная фосфорнокислая соль железа.
   В производстве суперфосфата при смешении фосфатного сырья с серной кислоты сначала образуется суспензия, которая по мере протекания химических реакций и кристаллизации из раствора образующихся соединений постепенно загустевает и твердеет в сплошную массу. Полученный при ее измельчении суперфосфат представляет собой порошок или зерна серого цвета. Он состоит из нескольких твердых фаз и пропитывающей их жидкой фазы. В твердых фазах находятся фосфаты кальция (в основном монокальцийфосфат), магния, железа и алюминия, СаSО4, остатки неразложившихся минералов. Жидкая фаза состоит из водного раствора фосфорной кислоты, насыщенного монокальцийфосфатом и содержащего ионы магния, железа, алюминия, фтора и др. Степень разложения фосфатов серной кислотой зависит от их измельчения. В соответствии со стандартом в апатитовом концентрате, используемом в производстве суперфосфата, содержание частиц размером 160 мкм и более не должно превышать 11.5%.
   О полноте разложения фосфатного сырья  судят по коэффициенту разложения – отношению количества усвояемого Р2О5 к общему количеству Р2О5 в суперфосфате. Коэффициент разложения тем больше, чем больше норма серной кислоты. При норме 68 –72 коэффициент разложения в камерном суперфосфате из апатитового концентрата равен 83 – 88%, и суперфосфат содержит значительное количество свободной фосфорной кислоты (11-12%). Коэффициент разложения в суперфосфате после складского дозревания достигает 93-95%, причем содержание свободной Р2О5 снижается до 5%.
   При стехиометрической норме серной кислоты расчетный коэффициент разложения апатита в момент окончания I стадии реакции составляет 70%. При любой норме серной кислоты этот показатель рассчитывается по формуле
   к1 = 70 п/п0 = 70 п/63,4 = 1,104 п (7)
   где п — фактическая норма серной кислоты в вес. ч. на 100 вес. ч.
   Апатита; п0— стехиометрическая норма.
   Данные  табл. 1 показывают, что в камере частично протекает также и II стадия реакции. Чем выше норма серной кислоты, тем меньше расхождение между расчетными и практическими показателями для камерного суперфосфата. Практически камерный суперфосфат содержит меньше свободной Р2О5 вследствие частичного протекания в камере II стадии реакции, при которой потребляется фосфорная кислота. 

   Таблица 1.
                           [3]
   В производстве простого суперфосфата температуру  процесса разложения фосфатов поддерживают в пределах 110-1200С за счет теплового эффекта реакции и подогрева серной кислоты. Температуру подогрева серной кислоты выбирают в зависимости от ее концентрации: чем выше концентрация серной кислоты, тем ниже может быть ее температура, поскольку тепловой эффект реакции возрастает с увеличением концентрации серной кислоты.
   Начальную температуру 64% серной кислоты поддерживают в пределах 65-750С, а 68.5% –50-600С.
   В производстве суперфосфата большое  значение имеет концентрация серной кислоты. При концентрации более 63% Н24 жидкая фаза пересыщается сульфатом кальция, который выпадает в этих условиях в виде мелких иглообразны кристаллов, покрывающих всю поверхность фосфата и замедляющих его разложение. При концентрации кислоты менее 63% Н24 раствор пересыщается в меньшей степени, вследствие чего выпадают более крупные кристаллы сульфата кальция (10-15 мкм). Чем ниже концентрация серной кислоты, тем крупнее образующиеся кристаллы и выше скорость разложения фосфатов.
   Отношение количества полученного суперфосфата к количеству затраченного на его производство фосфата называют выходом суперфосфата. Выход свежеприготовленного суперфосфата из апатита составляет 1.94 –2.01, из фосфоритов – 1.5-1.9. При хранении на складе выход несколько понижается вследствие испарения части воды. При длительном хранении суперфосфата, полученного из фосфоритов, возникают условия, благоприятные для кристаллизации соединений типа RРО4*2Н2О или 2RРО43РО4*nН2О, растворимость которых снижается с уменьшением концентрации свободной Р2О5 в жидкой фазе. Средние фосфаты полуторных окислов практически нерастворимы в воде и потому относительно плохо усваиваются растениями. При хранении суперфосфата, содержащего много окислов железа, часть Р2О5 переходит из водорастворимой в цитратнорастворимую форму, т.е. происходит ретроградация водорастоворимой Р2О5. Этот процесс протекает особенно заметно, если отношение 100·Fе2О3: Р2О5 в сырье превышает 7.5–8. В суперфосфате из апатитового концентрата(100·Fе2О3: Р2О5 = 2-4) ретроградация Р2О5 обычно не происходит. При содержании полуторных окислов выше указанных пределов фосфориты без вторичного обогащения не могут быть эффективно использованы для производства суперфосфата.
   Карбонаты кальция и магния, всегда присутствующие в фосфатных рудах осадочного происхождения, разлагаются серной кислотой с выделением диоксида углерода:
   СаСО3 + Н24 = СаSО4 +СО2 + Н2О (8)
   Выделение газообразной двуокиси углерода при  разложении карбонатов, содержащихся в фосфоритах, несколько улучшает физические свойства суперфосфата, делая его пористым (рассыпчатым) после выгрузки из камеры. Такой же эффект производит и выделение паров воды.
   Разложение  природных фосфатов со значительным содержанием соединений магния происходит с образованием в жидкой фазе мономагнийфосфата. С увеличением степени нейтрализации фосфорной кислоты магнием процесс разложения фосфата сильно замедляется. Кроме того, в присутствии мономагнийфосфата увеличивается гигроскопичность суперфосфата. Поэтому в производстве суперфосфата недопустимо применение фосфатного сырья, в котором отношение МgО: Р2О5 превышает 6-7%. Более загрязненное магнием сырье подвергают обогащению.
   При взаимодействии фторапатита с серной кислотой в вышеприведенных реакциях фтор связывается в виде фтористого водорода НF. В действительности же выделяется четырехфтористый кремний SiF4. Четырехфтористый кремний в зависимости от условий процесса либо выделяется в газообразном состоянии, либо реагирует с водой, образуя кремнефтористоводородную Н2SiF6 и кремневую Н2SiО3 кислоты.
   Суперфосфат с высокой свободной кислотностью при 200С в тех случаях, когда относительная влажность воздуха составляет 70–100%, поглощает атмосферную влагу. Поглощенная влага растворяет некоторое количество монокальцийфосфата, вызывая его разложение на дикальцийфосфат и фосфорную кислоту. Выделение же дополнительного количества свободной фосфорной кислоты еще больше увеличивает гигроскопичность суперфосфата. Такой суперфосфат обладает плохими физическими свойствами - слеживается, зависает в бункерах механических сеялок, вызывает коррозию механизмов и тары. Поэтому свободную кислотность вызревшего суперфосфата нейтрализуют, обрабатывая его добавками, легко разлагаемыми фосфорной кислотой. Обычно нейтрализацию совмещают с гранулированием. В качестве добавок используют фосфоритную муку, мел, известняк и др.
   Нейтрализация свободной фосфорной кислоты  известняком протекает по уравнению:
   3РО4 + CaCO3 = Ca(Н2РО4)2 + CO2 + H2O (9)
   Одним из способов улучшения качества суперфосфата является его аммонизация – нейтрализация свободной кислотности аммиаком. Аммонизированный суперфосфат представляет собой сухой негигроскопичный, неслеживающийся порошок. Содержащийся в нем азот – полезный питательный элемент. Отношение Р2О5:N в таком удобрении очень велико, а в азотно-фосфорных удобрениях содержание Р2О5 должно быть в пределах 1-4 кг на 1 кг азота. Поэтому аммонизированный суперфосфат обычно смешивают с азотными удобрениями. Аммонизацию суперфосфата осуществляют во вращающемся барабане – аммонизаторе, вводя в него непрерывно суперфосфат и газообразный аммиак прямотоком.
   При аммонизации суперфосфата протекает  реакция нейтрализации фосфорной кислоты. При неглубокой нейтрализации образуется моноаммонийфосфат
   Н3РО4 (ж) +NН3 (г) =NН4Н2РО4 (тв) +147 кДж   (10)
   Вследствие  выделения тепла нейтрализации  температура продукта повышается до 800С, благодаря чему суперфосфат подсушивается до влажности 2.5%. При стехиометрическом расходе аммиака содержание водорастворимой формы Р2О5 в суперфосфате не снижается. При более глубокой аммонизации образуется диаммонийфосфат:
   Н3РО4 (ж) +2NН3(г) =(NН4)2НРО4 (тв) +215кДж   (11)
   Затраты на сырье в производстве суперфосфата составляют 89-95%, энергетические расходы лишь 0.2 –1% от заводской себестоимости продукта. 
 
 
 
 
 
 
 
 

   3.2.Описание  технологической схемы процесса
   Функциональная  схема получения простого суперфосфата представлена на рисунке 2. Основные процессы проходят на первых трех стадиях: смешения сырья, образования и затвердевания суперфосфатной пульпы, дозревания суперфосфата на складе.
   Для обеспечения высокой скорости гетерогенного  процесса сернокислотного разложения фосфатов используют ряд технологических приемов:
   1) Серную кислоту для разложения фосфатов берут в небольшом избытке (в 1,07—1,14 раза больше стехиометрического количества).
   2) Используют 68,5—69,5%-ную серную кислоту: такая концентрация является оптимальной для кристаллизации сульфата кальция и дальнейшего разложения фосфатов.
   3) Температуру в суперфосфатной камере поддерживают на уровне 115—120 °С, что обеспечивает достаточную скорость разложения и в то же время позволяет получить продукт (суперфосфат), обладающий хорошими физическими свойствами.
   
   Рис. 2. Функциональная схема производства простого суперфосфата 

   Для получения товарного продукта более  высокого качества суперфосфат после дозревания подвергают нейтрализации твердыми добавками (известняком, фосфоритной мукой и т. п.) и гранулируют.
   
   Рис. 3 Технологическая схема получения простого суперфосфата непрерывным способом
   
   На  рис.3 изображена технологическая схема получения простого суперфосфата непрерывным способом с использованием кольцевой вращающейся камеры. Серную кислоту, подогретую до 55—65°С, из напорного бака 4 направляют в кислотный смеситель 2, где разбавляют водой до образования 68-68,5%-ной H2SO4. Через щелевой расходомер 3 серную кислоту непрерывно подают в смеситель 25, где в течение нескольких минут смешивают с апатитовым концентратом, поступающим из бункера через весовой дозатор 26. Образующаяся при смешении густая сметанообразная пульпа, при температуре 110—115 °С непрерывно поступает в суперфосфатную камеру 24 Здесь продолжается начавшаяся в смесителе реакция разложения фосфата серной кислотой. После затвердевания суперфосфатную массу вырезают ножами фрезера 22. Срезанный суперфосфат через центральную (разгрузочную) трубу 23 удаляют из камеры и ленточным транспортером 21 подают на склад. С транспортера суперфосфат попадает на разбрасыватель 20, разбивающий комки суперфосфата. При этом часть влаги испаряется и суперфосфат охлаждается. Отходящие из камеры фторсодержащие газы поступают на очистку в абсорбционные камеры, орошаемые водой или разбавленной кремнефтористоводородной кислотой. При циркуляции в камерах получается 8—10%-ный раствор H2SiF6, который отводят на переработку. Суперфосфат выдерживают в течение 5—20 суток на складах, где он хранится в кучах высотой 6—10 м. В течение этого времени с помощью грейферного крана 19 суперфосфат 2—3 раза перелопачивают для охлаждения.
   Вызревший суперфосфат смешивают с сухим  известняком (к 1 кг суперфосфата добавляют 100 г молотого известняка) для нейтрализации, отсеивают от крупных частиц на грохоте 8 и измельчают в валковой дробилке 9. Затем в барабанном грануляторе 17 порошкообразный суперфосфат смешивают с ретуром (ретуром называют часть готового продукта, не удовлетворяющего техническим требованиям на него – например, состоящего из гранул большего или меньшего размера, чем требуемый, – и возвращаемую в процесс), увлажняют и при вращении барабана окатывают в гранулы округлой формы.
   Влажные гранулы сушат в барабанной сушилке 16 топочными газами. Высушенный продукт классифицируют на виброгрохоте 12. Фракция гранул размером 1—4 мм является товарным продуктом. Его охлаждают воздухом в аппарате 14 с псевдосжиженным слоем твердой фазы и подают на затаривание. Мелкую фракцию вновь направляют на грануляцию, а крупную измельчают в дробилке 15 и возвращают элеватором на грохот. [2] 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   3.4. Характеристика используемых химических реакторов 

   Скорость  реакции разложения фосфатов серной кислотой с повышением температуры от 50 до 90—100° и выше сильно возрастает. Необходимый температурный режим разложения фосфатов устанавливается за счет тепла реакции и теплосодержания
   Оптимальная температура серной кислоты для  разложения апатитового концентрата  при непрерывном смешении реагентов 55-700С в зависимости от концентрации кислоты.
       
   В оптимальных условиях температура пульпы, выходящей из смесителя, находится в пределах 110—115°. В камерах температура суперфосфата достигает 115—120°. Понижение температуры пульпы при указанных температурах серной кислоты свидетельствует о недостаточном разложении фосфата.
   Работа  мешалок в смесителях должна обеспечивать однородность пульпы и возможно большую скорость потока жидкой фазы по отношению к поверхности частиц фосфата. Перемешивание ускоряет диффузионный обмен ионов в пограничном слое и объеме раствора и повышает скорость реакции разложения фосфата.
   Турбулентный  режим перемешивания снижает  также степень пересыщения раствора в пограничном слое, что способствует образованию более крупных кристаллов сульфата кальция и, следовательно, более проницаемых пленок на зернах фосфата. Это в свою очередь ускоряет разложение. При неблагоприятном концентрационном и температурном режимах с помощью только интенсификации смешения невозможно значительно ускорить процесс разложения фосфата.
   Таким образом, для разложения апатитового концентрата логично использовать конструкцию непрерывного действия, состоящую из двух частей: реактора смешения (снабженного устройством, обеспечивающим интенсивное перемешивание реакционной среды) – смесителя, в котором происходит смешивание исходных реагентов, и реактора вытеснения – суперфосфатной камеры, в котором протекает сама реакция. Оба реактора являются политермическими (обеспечивающими умеренный теплообмен между реакционным пространством и окружающей средой), гетерогенными (предназначенными для проведения процессов в двух и более фазах). [4]
   На  отечественных заводах получили распространение вертикальные трех- или четырехкамерные смесители  непрерывного действия. Продолжительность  перемешивания пульпы в смесителе 5 – 7 мин. Мешалки в первых двух-трех камерах вращаются с окружной скоростью 6,5 – 7 м/сек и в последней  камере – около 5 м/сек, при этом обеспечивая  интенсивное и хорошее смешение реагентов. Из смесителя пульпа перетекает в суперфосфатную камеру.
   Цилиндрическая  камера непрерывного действия, применяемая  на суперфосфатных заводах, представляет собой железобетонный цилиндр, имеющий  стальной кожух и футировку из диабазовых плиток. Цилиндр вращается  на 16 роликах вокруг неподвижной  чугунной трубы, проходящей через сальниковое  уплотнение в днище цилиндра.
   Вращение  осуществляется с помощью электромотора  через редуктор. В течение 1,5-2,5 ч камера делает один оборот (направление вращения показано на плане рис. 227 стрелкой). Железобетонная крышка камеры неподвижна. К последней подвешена вертикальная чугунная перегородка, отделяющая зону загрузки от зоны выгрузки. Для вырезки готового суперфосфата служит фрезер, вращающийся со скоростью 8—10 об/мин в направлении, противоположном вращению камеры. Суперфосфатная пульпа из смесителя непрерывно поступает в камеру в точке 9. Пульпа затвердевает и подходит к фрезеру готовой для выгрузки. За один оборот фрезер срезает слой суперфосфата толщиной 5—25 мм. Срезанный ножами фрезера суперфосфат попадает на транспортер. Для уменьшения трения расширяющейся при созревании (вследствие выделения газов) суперфосфатной массы о неподвижную стенку центральной трубы у наружной стенки этой трубы в зоне загрузки расположен эксцентрик, создающий свободный объем.
   Плотность суперфосфатной массы, равная в начале схватывания 1,5 т/м3, уменьшается ко времени выгрузки до 1,1 т/м3. При переработке фосфоритов, содержащих карбонаты и выделяющих при разложении двуокись углерода, давление на стенки камеры меньше, так как суперфосфатная масса более пориста и расширяется в объеме за счет сокращений пор; плотность массы в камере в этом случае составляет 0,8—0,9 т/м3. Выделяющиеся при реакции газы удаляются через отверстие в крышке камеры в вентиляционную трубу, по которой отсасываются в абсорбционную установку.
   Производительность  стандартной камеры, имеющей при скорости ее вращения один оборот за 2,5 часа, составляет 30 т суперфосфата в 1 ч, а при скорости вращения один оборот за 1,5 часа — 50 т суперфосфата в 1 ч. Съем камеры достигает 500—650 кг/ч. [3]
и т.д.................


Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть полный текст работы бесплатно


Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.