Абсорбция фтор газов

     При включении системы резервуар  22 заполняется водой и приводится в действие насос 32. Абсорбер 19 орошается раствором, подаваемым через ввод 17 насосом 32 по линии 15 из резервуара 22. При этом происходит промывка паров, поступающих из испарителя 13 через ввод 26. Водорастворимые компоненты паров поглощаются циркулирующим раствором.

     В случае переработки газов производства фосфорной кислоты мокрым способом происходит реакция взаимодействия тетрафторида кремния с водой в соответствии с уравнением:

     2SiF₄ +2H₂O ↔2H₂SiF₆ +SiO₂

     Фтористый водород взаимодействует с диоксидом  кремния с образованием кремнефтористоводородной кислоты:

     6HF+ SiO₂ ↔ H₂SiF₆ + H₂O

     Жидкость  из абсорбера 19 проходит по трубе 23 в резервуар 22, откуда снова подается для орошения абсорбера насосом 32. По мере достижения концентрации кремнефто-ристоводородной кислоты ~30 %, раствор из 22 по линии 30 отводится в резервуар для хранения получаемого раствора кремнефтористоводородной кислоты 31.

     Температура в аппарате для выделения фтористых  соединений соответствует равновесной  температуре пара при данном используемом давлении. Абсорбер 19 работает при давлении 13,5—98,5 КПа, температура пара при этих условиях составляет 20—95° С.

     В верхней части абсорбера находится  сливное отверстие 18 для удаления по линии 20 в резервуар 21 любых жидкостей, конденсирующихся перед подачей в абсорбер. В нижней части находится выходное отверстие 25 для удаления по линии 27 паров, остающихся после прохождения через абсорбер. В нижней части также находится отверстие 24 для вывода жидкости по линии 23 в резервуар для циркулирующей жидкости 22. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Характеристика  исходного сырья и готового продукта 

Сырье для  получения фосфорной кислоты

    Для производства экстракционной фосфорной  кислоты используют природные фосфатные  руды: апатитовые и фосфоритные. Наиболее распространены в природе фторапатит 3Са(РО₄)₂∙СаF₂ или Ca₁₀(PO₄)₆F₂ и гидроксилапатит 3Са(РО₄)₂∙Са(ОН)₂ или Ca₁₀(PO₄)₆(ОН)₂. Апатитовые руды кроме фторапатита содержат также и другие минералы: нефелин (Na,K)₂O·Al₂O₃·2SiO₂·nSiO₂, эгирин NaFeSi₂O₆, сфен CaTiSiO₅, титаномагнетит FeTiO₃·nFe₃O₄, полевой шпат (Na,K)AlSi₃O₈ и некоторые другие.           В промышленности используются как собственно апатитовые (апатит-нефелиновые, апатит-доломитовые и другие), так и комплексные апатитсодержащие (апатит-магнетитовые, апатит-редкоземельные) руды. 

    Технические требования, предъявляемые промышленностью  к фосфатному сырью, обуславливаются  технической возможностью и экономической  целесообразностью химической (кислотной, электротермической, гидротермической) или механической (измельчение) переработки  его в фосфорную кислоту и  фосфоросодержащие удобрения. Наибольшее значение имеет содержание в фосфатном  сырье Р₂О₅. Важную роль играет также содержание полуторных оксидов железа и алюминия, оксида магния, карбонатов, диоксида кремния. Кроме химического состава имеет значение гранулометрический состав сырья.

    Производство  экстракционной фосфорной кислоты  в условиях ОАО «Аммофос» ведется  из апатитов Хибинского месторождения. Содержание  минералов в хибинском  апатите должно удовлетворять требованиям  ТУ 113-12-93-82. Состав хибинского апатита  приведен в Табл.1.                                  Таблица 1

Химический  состав хибинского апатита

Содержание, %
Р2О5	СаО	Fe2O3	Al2O3	MgO	CO2	SO3	F	SiO2	K2O+Na2O	Нераствор. остаток
39,4	52,0	3,0	3,0	0,2	-	-	3,0	1,0	0,8	до  1

 
 

    Серная  кислота, используемая в производстве экстракционной фосфорной кислоты, производится контактным способом в  условиях серно-кислотного производства ОАО «Аммофос». По физико–химическим  показателям серная кислота техническая  улучшенная должна соответствовать  нормам: ГОСТ 2184-77 с изменениями:

1. массовая доля  моногидрата (Н₂SO₄) не менее 92,5-94,0%

2. массовая доля  окислов азота (N₂O₃) не более 0,00005%

3. массовая доля  железа (Fe) не более 0,006%                                                                   

4. массовая доля  остатка после прокаливания не  более 0,02%

5. прозрачность  – прозрачная без разбавления

    Серная  кислота разбавленная (75%-ная), получаемая в процессе разбавления оборотной  фосфорной кислотой, нормируется  по СТП 113-00203648–129–93 :

1.массовая  доля моногидрата не менее  75,0%

2.массовая  доля хлористых соединений, в  пересчете на натрий хлористый,  не более 0,1%

3.массовая  доля остатка после прокаливания, %, не более 1,00

4.массовая  доля железа не более 0,1 %

5.внешний  вид: жидкость от сероватого  до светло-желтого цвета.

    К вспомогательным материалам относятся  фильтровальная ткань (лавсан из шерсти ОП-76-10-91-03). Фильтровальная ткань должна соответствовать нормам ТУ 17-14-240-84. В соответствии с этими нормами ширина ткани не менее 2100 мм, усадка не более 14 %.  
 

Кислота фосфорная экстракционная

    Фосфорной кислотой принято называть ортофосфорную  кислоту. Химическая формула - Н₃РО₄, молекулярная молярная масса 98г/моль. Экстракционная упаренная фосфорная кислота массовой долей 52-54 %, в пересчете на Р₂О₅. Представляет собой маслянистую жидкость с сильно выраженными кислотными свойствами зеленовато-коричневого цвета, негорючая, не образует при нагревании взрывоопасных смесей, хорошо растворима в воде в любых пропорциях.

          Неупаренная фосфорная  кислота полугидратного экстракционного  процесса должна соответствовать следующим  нормам:

• Массовая доля Н₃РО₄ в жидкой фазе в пересчете на Р₂О₅ - 36,0¸37,0 %
• Массовая доля сульфатной серы в пересчете на SO₃ - не более 2,5 %
• Массовая доля фтора - 1,5¸2,0 %
• Массовая доля твердых веществ - не более 1,5 %
• Плотность раствора фосфорной кислоты - не менее 1400 кг/м³                 

 

      Продукционная упаренная экстракционная полугидратная  фосфорная кислота должна соответствовать  требованиям СТП 113-00203648-098-2000 для внутризаводского потребления и ТУ 6-08-342-76 с изменениями №1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 при отгрузке на сторону, а именно:

• Массовая доля Н₃РО₄ в жидкой фазе в пересчете на Р₂О₅ ³ 52,0 %
• Массовая доля сульфатной серы в пересчете на SO₃ - не более 34,5 %
• Массовая доля твердых веществ - не более 4,5 %
• Плотность раствора фосфорной кислоты - 1670¸1700 кг/м³

 

Кремнефтористоводородная  кислота

         Попутным продуктом реакции сернокислотного  разложения апатитового концентрата  являются фторгазы, которые абсорбируются  по ходу технологического процесса  получения ЭФК водой с образованием  растворов кремнефтористоводородной  кислоты (КФВК).

        Химическая формула КФВК - H₂SiF₆. Молярная масса - 144 г/моль. В чистом виде кремнефтористоводородная кислота выделяется из концентрированных растворов в виде бесцветных кристаллов H₂SiF₆, плавящихся при температуре       19 °С.  Растворы кремнефтористоводородной кислоты, образующиеся в ходе получения экстракционной фосфорной кислоты дигидратным способом, представляют собой прозрачный или мутноватый раствор:  взрывопожаробезопасен, имеет резкий запах, обладает сильно выраженным кислотным свойством. Растворы кремнефтористоводородной кислоты и ее соли сильно ядовиты. В парах H₂SiF₆ диссоциирует на HF и SiF₄, причем в газовой фазе, находящейся в равновесии с жидкой, отношение массовой доли НF : SiF4 не соответствует стехиометрическому соотношению в H₂SiF₆. При температуре кипения растворов H₂SiF₆ с массовой долей более 13,3 % в парах преобладает SiF₄, а при меньшей концентрации - HF. Температура замерзания раствора H₂SiF₆ при концентрации 10,0 % составляет –5 °С, 15,0 % - -12 °С, 20,0 % - -19 °С.

        Производимая кремнефтористоводородная  кислота должна соответствовать ТУ 131-08-555-84 для отгрузки внешним потребителям и для переработки внутри предприятия.

        Получаемая в цехе кремнефтористоводородная кислота используется для производства фторсолей: кремнефтористого калия, фтористого алюминия и для отгрузки внешним потребителям.

   При отсутствии переработки цехами-потребителями H₂SiF₆ передается на станцию нейтрализации.                      
 
 

Физико-химические основы процесса абсорбции

       Абсорбцией называют процесс поглощения газа жидким растворителем, в котором газ растворим в той или иной степени. Обратный процесс – выделение растворенного газа из раствора – носит название десорбции.

В абсорбционных  процессах участвуют две фазы – жидкая и газовая и происходит переход вещества из газовой фазы в жидкую (при абсорбции) или, наоборот, из жидкой фазы в газовую (при десорбции). Таким образом, абсорбционные процессы являются одним из видов процессов  массопередачи.

     На  практике абсорбции подвергают большей  частью не отдельные газы, а газовые  смеси, составные части которых  могут поглощаться данным поглотителем в заметных количествах. Эти составные  части называют абсорбируемыми компонентами а, не поглощаемые составные части  – инертным газам. Жидкая фаза состоит из поглотителя и абсорбированного компонента. Во многих случаях поглотитель представляет собой активного компонента, вступающего в химическую реакцию с абсорбируемым компонентом. Протекание абсорбционных процессов характеризуется их статикой и кинетикой. Статика абсорбции, т.е. равновесие между жидкой и газовой фазами, определяет состояние, которое устанавливается при весьма продолжительном соприкосновении фаз. Кинетика  абсорбции, т.е. скорость процесса массообмена, определяется движущей силой процесса (т.е. степенью отклонения системы от равновесного состояния), свойствами поглотителя, компонента и инертного газа, а также способом соприкосновения фаз.

     Сочетание абсорбции с десорбцией позволяет  многократно использовать поглотитель  и выделять абсорбируемый компонент  в чистом виде. 

 Кинетика  процесса разложения фосфатов  фосфорной кислотой.

     Скорость  разложения фосфата фосфорной кислотой с образованием гомогенного раствора монокальцийфосфата в избытке кислоты  определяется законами диффузии. Она  пропорциональна концентрации ионов  водорода, размеру реагирующей поверхности, интенсивности перемешивания и  т. д. По мере нейтрализации свободной  кислоты и накопления в растворе ионов кальция вплоть до образования  насыщенного раствора скорость процесса уменьшается. Однако скорость разложения фосфата достаточно велика при использовании  кислоты относительно небольшой  концентрации. При разложении крупнозернистого отобранного апатитового концентрата  фосфорной кислотой концентрации 20% Р₂О₅ при Ж :Т = 2:1 при 80°C фосфат полностью переходит в раствор примерно за 3 ч. Температурный коэффициент скорости и растворения апатита до достижения насыщения в относительно разбавленных растворах фосфорной кислоты находится в пределах 1,3–1,5, а в растворах, содержащих 51,5–53,5% Р₂О₅ – 1,68–1,73.