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.

Работа № 80112


Наименование:


диплом получении очищенной фосфорной кислоты экстракционным методом с использованием трибутилфосфата (ТБФ), разбавленного органическими растворителями.

Информация:

Тип работы: диплом. Предмет: Химия. Добавлен: 17.7.2014. Сдан: 2014. Страниц: 57. Уникальность по antiplagiat.ru: 22.

Описание (план):


оглавление
ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………… ….....4
ГЛАВА 1. литературный обзор………………………….………. ….....7
1.1. Фосфорная кислота и ее свойства…………………………….…...7
1.2. Закономерности процесса жидкостной экстракции……….…....11
1.3. Экстракционные способы получения и очистки
фосфорной кислоты………………………………………….……19
Глава 2. материалы и Методы исследования………….….25
2.1. Состав и свойства азотнокислотной вытяжки……………….…..25
2.2. Характеристика экстрагентов для извлечения
фосфорной кислоты……………………………………………......27
2.3. Методы анализа азотнокислотной вытяжки………………….….29
2.3.1. Определение относительной плотности АКВ
с помощью ареометра………………………………….….29
2.3.2. Определение общего содержания фосфатов………….....30
2.3.3. Определение содержания оксида кальция
в азотнокислотном растворе………………………………32
2.3.4. Определение содержания оксида магния
в азотнокислотной вытяжке……………………………....33
2.3.5. Определение свободной азотной и фосфорной
кислот в азотнокислотной вытяжке………………………34
2.3.6. Определение оксида железа (III) в растворе……………..35
2.3.7. Определение содержания оксида алюминия
в азотнокислотной вытяжке…………………………….....37
2.4. Методика процесса экстракции фосфорной кислоты
из азотнокислотной вытяжки……………………………………..38
2.5. Методика процесса реэкстракции фосфорной кислоты
из экстрагента……………………………………………………...41
Глава 3. Экспериментальные результаты и их обсуждение………………………………………………………………….43
3.1. Определение состава азотнокислотной вытяжки………………..43
3.2. Экстракция фосфорной кислоты с использованием однокомпонентных экстрагентов…………………………………44
3.3. Экстракция фосфорной кислоты с использованием смеси трибутилфосфата с ацетоном и керосином……………….……...45
3.4. Реэкстракция фосфорной кислоты с использованием однокомпонентного экстрагента………………………………….48
3.5. Реэкстракция фосфорной кислоты после экстракции смесью трибутилфосфата с ацетоном и керосином……………….……...49
Заключение………………………………………………………………….52
список использованных источников…………………………....53


Введение

В настоящее время фосфорная кислота является одним из крупнотоннажных продуктов химической промышленности. Она применяется в производстве удобрений, изготовлении технических и пищевых солей, потребляемых различными отраслями промышленности - пищевой, сахарной, керамической, стекольной, текстильной и др. Наибольшее применение приобрела фосфорная кислота в производстве фосфатов натрия, которые широко используются для водоумягчения, получения синтетических моющих средств. В пищевой промышленности она употребляется при изготовлении напитков, при очистке сахарных сиропов в производстве сахара-рафинада. Фосфорная кислота является составной частью препаратов, используемых для защиты металлов от коррозии и многое другое [1,2].
Фосфорную кислоту из природных фосфатов получают двумя основными способами: термическим и экстракционным. При термическом способе производства возможно получение кислоты любой концентрации (вплоть до 100 %), а также высокой степени чистоты при переработке любых фосфатов, в том числе и низкокачественных, без их предварительного обогащения [3]. Экстракционный (или кислотный) способ основан на разложении сильными кислотами (серной, азотной, реже соляной) природных фосфатов и последующем отделении жидкой фазы от сульфатного осадка. Полученная таким образом кислота называется экстракционной (ЭФК) [4]. Количество примесей в такой кислоте может достигать 15 % масс. [3, 4].
Исторически сложилось так, что экстракционную фосфорную кислоту применяли в основном в производстве удобрений, кормовых и технических фосфатов. Фосфорную кислоту пищевой и реактивной квалификации (с дальнейшим использованием их для производства пищевых и реактивных фосфатов) получали путем очистки термической фосфорной кислоты.
Известно [1, 2, 3], что 95 % затрат в производстве термической фосфорной кислоты приходится на сырье - элементарный фосфор, и, поскольку тот является энергоемким продуктом, расходы на его получение зависят от уровня цен на электроэнергию. На производство ТФК расходуется в 13 раз больше электроэнергии и в 3-4 раза больше тепла, чем на получение ЭФК [5]. Введение рыночной экономики и пересмотр ценообразования повлекли за собой значительное удорожание продукции фосфорной подотрасли.
В настоящее время экономически более целесообразным представляется получение фосфорной кислоты пищевой квалификации путем очистки экстракционной фосфорной кислоты. Подавляющее количество технических и пищевых фосфатов в Западной Европе и США уже производится на основе очищенной ЭФК. А производство ТФК в Канаде и США (основных производителях ТФК в странах дальнего зарубежья) непрерывно сокращается. Эта же тенденция неизбежна для России и стран постсоветского пространства [6-9].
Увеличение потребности в чистых фосфорных кислотах, растущая стоимость фосфорной кислоты, необходимость переработки низкокачественного фосфатного сырья обуславливают интенсивное развитие исследований и опытно-промышленных разработок, связанных с глубокой очисткой ЭФК.
Большой научный и практический интерес представляет получение очищенной фосфорной кислоты из азотнокислотной вытяжки (АКВ), образующейся в результате азотнокислотного разложения природных фосфатов. В качестве экстрагентов используются органические растворители, не смешивающиеся с водой. Более высокой селективностью к фосфорной кислоте обладает трибутилфосфат (С4Н9)3РО4, который используется как в чистом виде, так и в виде его растворов в различных органических разбавителях. Высокая стоимость трибутилфосфата (около 215 руб. за кг) делает технологический процесс малоэкономичным. Поэтому целесообразно осуществлять поиск новых экстрагентов или разбавлять ТБФ более дешевыми растворителями.
Цель данной работы заключается в получении очищенной фосфорной кислоты экстракционным методом с использованием трибутилфосфата (ТБФ), разбавленного органическими растворителями: ацетоном и керосином.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Определить состав АКВ.
2. Провести экстракцию фосфорной кислоты из АКВ с использованием ТБФ, разбавленного ацетоном и керосином при разных соотношениях компонентов.
3. Провести реэкстракцию фосфорной кислоты из полученного экстракта водой при разных соотношениях компонентов.
Работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованных источников. В первой главе приводятся сведения о строении, свойствах и способах получения фосфорной кислоты, о жидкостной экстракции, дается описание основных характеристик процесса, рассматривается экстракция как промышленный способ получения и очистки фосфорной кислоты. Во второй главе описаны методы анализа исходного сырья, продуктов экстракции и реэкстракции; дается характеристика используемых в работе исходного сырья, экстрагента и разбавителей. В третьей главе представлены экспериментальные данные по анализу азотнокислотной вытяжки и очищенной фосфорной кислоты, по экстракции и реэкстракции Н3РО4 и обсуждение полученных результатов.


ГЛАВА 1. литературный обзор
1.1. Фосфорная кислота и ее свойства
Строение и свойства фосфорной кислоты. Фосфорные кислоты - кислородные кислоты фосфора, образованные на основе фосфорного ангидрида Р2О5. В анионе ортофосфорной кислоты H3PO4 каждый атом фосфора окружен четырьмя атомами кислорода, расположенными в вершинах тетраэдра (рис. 1.1). Ортофосфорная кислота построена из изолированных тетраэдров РО4.
Строение молекулы ортофосфорной кислоты

Рис. 1.1.

Физические свойства. Фосфорная кислота (ортофосфорная кислота) H3PO4, молярная масса равна 97,995; бесцветные гигроскопичные кристаллы < encyklopedia/2202.html> моноклинной сингонии (а = 0,5762 нм, b = 0,4831 нм, с = 1,1569 нм, ? = 95,31°, пространств, гр. Р21/с); расплывается на воздухе < encyklopedia/800.html>; Тпл = 42,50°С; плотность равна 1,88 г/см3; теплота образования составляет
-1283 кДж/моль < bse/1692.html>; наиболее стабильное соединение в ряду кислородсодержащих кислот фосфора < encyklopedia/2/4854.html>. В расплавленном состоянии склонна к переохлаждению; при 15 °C образует густую маслянистую жидкость < encyklopedia/1545.html>, при
-121°C образует стеклообразную массу [8]. Смешивается с водой < encyklopedia/786.html> в любых соотношениях. Разбавленные водные растворы имеют кисловатый вкус. Из высококонцентрированных растворов кристаллизуется в виде гемигидрата (полугидрата) H3PO4 · 0,5H2O - бесцветные кристаллы < encyklopedia/2202.html> моноклинной сингонии (а = 0,7922 нм, b = 1,2987 нм, с = 0,7470 нм, ? = 109,9°; пространств, гр. Р21/a). Молекула < encyklopedia/2650.html> безводной H3PO4 и ее кристаллогидрата < encyklopedia/2198.html> содержит тетраэдрическую группу PO4. В безводной фосфорной кислоте < bse/1276.html> образуются водородные связи < bse/519.html> типа P - О - H ... O = P (рис. 1.2) (расстояние между атомами < encyklopedia/401.html> кислорода 0,253 нм), которые удерживают структуры PO4 в виде слоев, параллельных одной из плоскостей кристалла < encyklopedia/2202.html>. Водородные связи < bse/519.html> сохраняются и в концентрированных (70-80 %) растворах фосфорной кислоты < bse/1276.html>, что отчасти обусловливает ее сиропообразную природу. В разбавленных до 40-50 % растворах отмечена более устойчивая водородная связь < bse/519.html> фосфат-анионов с молекулами < encyklopedia/2650.html> воды < encyklopedia/786.html>, а не с другими фосфат-анионами. В растворах фосфорной кислоты < bse/1276.html> имеет место обмен атомами < encyklopedia/401.html> кислорода < encyklopedia/1990.html> между группами PO4 и водой < encyklopedia/786.html>.

Водородные связи в молекулярных структурах фосфорной кислоты

Рис. 1.2.

H3PO4 - сильная кислота, K1 = 7,1·10-3 (рКа = 2,12), K2 = 6,2·10-8 (рКа = 7,20), K3 = 5,0·10-13 (рКа = 12,32); значения K1 и K2 зависят от температуры. Диссоциация < encyklopedia/1398.html> по первой ступени экзотермична, по второй и третьей - эндотермична. На фазовой диаграмме < encyklopedia/1245.html> системы H3PO4 - H2O максимум кривой кристаллизации < encyklopedia/2192.html> наблюдается при температуре 302,4 К и содержании H3PO4 = 91,6% (твердая фаза - гемигидрат) [11].
Электролитическая диссоциация. Ортофосфорная кислота имеет только один легко отщепляющийся атом водорода и диссоциирует согласно схеме:
H3PO4 ? H+ + H2PO4-?2H+ + HPO42-? 3H+ + PO43-
В водной среде протоны всегда соединяются с молекулами воды, образуя ионы гидроксония, поэтому правильнее схему диссоциации представлять как:

Получение. Фосфорную кислоту открыл Р. Бойль с помощью индикаторов. Сжигая фосфор и растворяя образовавшийся белый продукт в воде, он получил неизвестную химикам кислоту. По исходному веществу он назвал её фосфорной. Технически фосфорную кислоту впервые получили более 100 лет назад разложением низкокачественных фосфоритов, содержащих значительные количества соединений трехвалентных металлов, разбавленной (5-10 %) серной кислотой, в которой соединений железа и особенно алюминия переходят в раствор в незначительной степени.
Раствор с концентрацией 8-10 % Р2О5 упаривали до содержания в нем примерно 40 % Р2О5. При разложении фосфатной породы более концентрированной (30-40 %) серной кислотой выделяются игольчатые кристаллы гипса. Они удерживают значительное количество жидкой фазы и плохо промываются. Вследствие этого потери Р2О5 велики [8].
Существенным шагом вперед в производстве фосфорной кислоты был переход к установкам непрерывного действия и разбавления 75 и 93 %-ной серной кислоты не водой или слабыми промывочными водами, а раствором фосфорной кислоты, т.е. проведение процесса с применением раствора разбавления. В этих условиях выделяются ромбические кристаллы, которые хорошо фильтруются и отмываются.
Фосфорную кислоту < bse/1276.html> в лабораторных условиях легко получить окислением < encyklopedia/2/3013.html> фосфора < encyklopedia/2/4854.html> 32%-ным раствором азотной кислоты:
3P + 5HNO3 + 2H2O ? 3H3PO4 + 5NO
В промышленности фосфорную кислоту < bse/1276.html> получают термическим и экстракционным способами.
Экстракционный способ получения фосфорной кислоты является более экономичным. Он основан на разложении природных фосфатов различными кислотами, в основном - серной, а также, хотя и в гораздо меньшей степени, азотной и соляной. Суть этого метода - экстрагирование P2O5 в виде H3PO4. Для этого фосфаты обрабатывают H2SO4, а полученную пульпу фильтруют от осадка сульфата кальция, получая, таким образом чистую фосфорную кислоту.
Термический способ, при котором получается наиболее чистая фосфорная кислота, включает в себя стадии сжигания элементного фосфора, гидратацию P4О10 и абсорбцию его водой или кислотой, конденсацию фосфорной кислоты и улавливание из газовой фазы тумана. В зависимости от того, какой принцип охлаждения газов применяется, термический способ получения фосфорной кислоты бывает трех видов: испарительный, теплообменно-испарительный или циркуляционно-испарительный. На отечественных предприятиях обычно используют технологию с циркуляционно-испарительным способом охлаждения [31,44].
1.2. Закономерности процесса жидкостной экстракции
Экстракция жидкостная (позднелатинский extractio - извлечение, от extraho - вытягиваю, извлекаю) - перевод одного или нескольких компонентов раствора из одной жидкой фазы в контактирующую и не смешивающуюся с ней другую жидкую фазу, содержащую избирательный растворитель (экстрагент); один из массообменных процессов химической технологии. Используется для извлечения, разделения и концентрирования < chemical_encyclopedia_article_1767.html> растворенных веществ.
Экстрагенты обеспечивают переход целевых компонентов из исчерпываемой (тяжелой) фазы, которая чаще всего представляет собой водный раствор, в извлекающую (легкую) фазу (обычно органическую жидкость). Две контактирующие жидкие фазы и распределяемый между ними целевой компонент образуют экстракционную систему. Извлекающая фаза включает только экстрагент (или смесь экстрагентов) либо является раствором одного или нескольких экстрагентов в разбавителе, служащем для улучшения физических (вязкость, плотность) и экстракционных свойств экстрагентов. В качестве разбавителей используют, как правило, жидкости (керосин, бензол < chemical_encyclopedia_article_422.html>, хлороформ < chemical_encyclopedia_article_6485.html> и др.) либо их смеси, которые в исчерпываемой фазе практически нерастворимы и инертны по отношению к извлекаемым компонентам раствора. Иногда к разбавителям добавляют модификаторы, повышающие растворимость экстрагируемых компонентов в извлекающей фазе или облегчающие расслаивание: спирты < chemical_encyclopedia_article_6333.html>, кетоны, трибутилфосфат < chemical_encyclopedia_article_3841.html> и т.д.
К основным стадиям жидкостной экстракции относятся:
1) приведение в контакт и диспергирование < chemical_encyclopedia_article_1147.html> фаз;
2) разделение или расслаивание фаз на экстракт (извлекающая фаза) и рафинат (исчерпываемая фаза);
3) выделение целевых компонентов из экстракта и регенерация экстрагента, для чего наряду с дистилляцией < chemical_encyclopedia_article_1159.html> наиболее часто применяют реэкстракцию (процесс, обратный жидкостной экстракции), обрабатывая экстракт водными растворами веществ, обеспечивающих полный перевод целевых компонентов в раствор или осадок и их концентрирование;
4) промывка экстракта для уменьшения содержания и удаления механически захваченного исходного раствора.
В любом экстракционном процессе после достижения требуемых показателей извлечения фазы должны быть разделены. Эмульсии < chemical_encyclopedia_article_4533.html>, образующиеся при перемешивании < chemical_encyclopedia_article_2733.html>, обычно термодинамически неустойчивы, что обусловлено наличием избыточной свободной энергии вследствие большой межфазной поверхности. Последняя уменьшается из-за коалесценции < chemical_encyclopedia_article_1685.html> (слияния) капель дисперсной фазы. Коалесценция энергетически выгодна (особенно в бинарных системах) и происходит до тех пор, пока не образуются два слоя жидкости < chemical_encyclopedia_article_1268.html>.
Разделение эмульсий < encyklopedia/2/5369.html> осуществляется, как правило, в две стадии. Сначала довольно быстро осаждаются (всплывают) и коалесцируют крупные капли. Значительно более мелкие капли остаются в виде «тумана», ко........

Список использованных источников
1. Steen J. Phosphorus availability in 21st century. Management of a nonrenewable resource. // Phosphorus and Potassium. 1998. № 217. - p.25-31.
2. Davister A., Martin G. From wet crude phosphoric acid to high purity products.//Chemical Age of India. 1981. v.32.№ 12 -p. 1069- 1075.
3. Левин Б.В., Гриневич А.А., Мошкова В.Г. и др. Разработка технологии получения очищенной фосфорной кислоты пищевого качества из хибинской ЭФК.// М.:Труды НИУИФ К 85-летию. 2004. стр.105-119.
4. Бушуев Н.Н. Физико химические основы влияния примесей фосфатного сырья в технологии фосфорсодержащих минеральных удобрений и чистых веществ.// Диссертаций докт. технических наук - М.: 2000. - 338с.
5. Вестник химической промышленности. // М.: ОАО «НИИТЭХИМ» 19982003, вып. 1.7. Патент РФ № 2075436.
6. Бушуев Н.Н. Технология глубокой очистки ЭФК одно из приоритетных направлений малотоннажной химии. // М.:Труды НИУИФ К 85-летию. 2004. -стр.96-105.
7. Набиев М.Н., Гафуров К. и др. Способ очистки ЭФК от фтористых соединений.// Хим.пром. -1983. №6. с.348-351.
8. Ахметов Н.С. Неорганическая химия, 2 изд., М., 1975.
9. Бабко А.К., Пилипенко А. Т.,ПятницкийИ. В., Рябушко О. П. / Физико-химические методы анализа. М : «Высшая школа», 1968.
10. Букколини Н.В. Кислотные методы переработки фосфатного сырья. M., 1988.
11. Бродский А.А. Технология фосфорных и комплексных удобрений. М., 1987.
12. Бронштейн Б. И, Железняк А. С. Физико-химические основы жидкостной экстракции. - М.: Химия, 1986. - 268с.
13. Бушинский Г.И. Апатит, фосфорит, вивианит. М., 1952.
14. Везер Ван Дж. Фосфор и его соединения, пер. с англ., т. 1, М., 1962.
15. Васильев В.П. Аналитическая химия. В 2 кн. Кн. 2. Физико-химические методы анализа: учеб.для студ. вузов, обучающихся по химико-технол. спец. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Дрофа, 2002. - 384 с.
16. Золотов Ю.А., Алимарин И.П., Бодня В.А. Экстракция внутрикомплексных соединений. - ЖАХ, 1964.
17. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - 2002. - 784 с.
18. Кочетков, С.П., Смирнов, Н.Н., Ильин, А.П. Концентрирование и очистка экстракционной фосфорной кислоты: монография / ГОУВПО Иван. Гос. Хим-технол. Ун-т. - Иваново. 2007. 304с.
19. Краткая химическая энциклопедия. Ред. кол. И. Л. Кнунянц и др. - М.: «Советская энциклопедия», 1961. -Т. 5.- Т-Я. - 1184 стб. с ил.
20. Крамаренко В.Ф. Токсикологическая химия/ К. Высшая школа.1989г. 447
21. Ляликов Ю.С. Физико-химические методы анализа. Изд. 5-е, перераб. и доп. М.: Химия, 1973. - 536 с.
22. Марголис Ф.Г., Унанянц Т.П. Производство комплексных удобрений. М.: Химия, 1968. - 367 с.
23. Мельников Е.Я., Салтанова В.П., Наумова А.М., Блинова Ж.С. Технология неорганических веществ и минеральных удобрений: Учебник для техникумов. - М.: Химия, 1983. - 432 с.
24. Миронов В. Е., Беспалов А. В., Бесков С. В. Концентрирование фосфорной кислоты. // Реферативный журнал. 19. Химия. - № 13. - 2008. - с. 14.
25. Набиев М.Н. Азотнокислотная переработка фосфатов. В 2-х томах. - Ташкент: Фан, 1976. - 367 с.
26. Основы жидкостной экстракции / Ягодин Г.А., Каган С.З., Тарасов В.В. и др. - М.: Химия, 1981. - 400 с.
27. Петерс Д., Хайес Дж., Хифтье Г. Химическое разделение и измерение. Теория и практика аналитической химии. В 2-х книгах. - Пер. с англ./П.К. Агасяна. - М.: Химия, 1978. - 816 с.
28. Позин М.Е. Технология минеральных солей. 2-е изд. переб. и доп. - Л. Химия, 1961. - 1002 с.
29. Позин М.Е., Зинюк Р.Ю. Физико-химические основы неорганической технологии: учебное пособие для вузов. - Л.: Химия, 1985. - 384 с.
30. Практические работы по физической химии: Учебное пособие для вузов / К.П. Мищенко, А.А. Равделя, А.М. Пономаревой - 4-е изд., перераб. - Л.: Химия, 1982. - 400 с.
31. Руководство по анализу в производстве фосфора, фосфорной кислоты и удобрений. Под редакцией канд. Хим. Наук И. Б. Мойжес. Л. «Химия», 1973. 260с.
32. Соколовский А.А., Яшке Е.В. Технология минеральных удобрений и кислот: учебник для техникумов. - М.: Химия, 1971. - 456 с.
33. Тарасов В.В., Ягодин Г.А. Кинетика экстракции (Итоги науки и техники. Сер. «Неорганическая химия», т.4), М.: ВИНИТИ, 1974. - 118 с.
34. Торосян В.Ф.Аналитическая химия и физико-химические методы анализа. Практическое руководство: учебно-методическое пособие /В.Ф. Торосян - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2010. - 195 с.
35. Трейбал Р., Жидкостная экстракция, пер. с англ., М., 1966
36. Фомин В.В. Кинетика экстракции, - М.: Атомиздат, 1978. - 120 с.
37. Фомин В. В., Химия экстракционных процессов, М., 1960
38. Химия процессов экстракции /Сб.статей/ Отв. ред. Зотов Ю.А., Спиваков Б. Я. - М.: Наука, 1972.
39. Цитович И.К. Курс аналитической химии: учебник для с.-х. вузов. - 6-е изд., испр. и доп. - М.: Высш. шк. 1994. - 495 с.
40. Ягодин Г.А., Каган С.З. Тарасов В. В. И др.; Под ред Ягодина Г.А. - М.: Химия. 1981 - 400 с.
41. Яхонтова E.JI., Петропавловский И.А. Кислотные методы переработки фосфатного сырья. //М.: Химия. 1988. 288 с.
42. Экстракция неорганических веществ / А.В.Николаева. - Новосибирск: Наука, 1970. - 340 с.



Перейти к полному тексту работы


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


Смотреть похожие работы

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