Термиялық фосфор қышқылы

     Ортофосфаттар  три және динатрийфосфаттар суды жұмсарту үшін жылу қазандықтарында қолданылады, формацевтика, фото-графия, өндірістерінде қолданылады.

 

2.1.2 Термиялық фосфор  қышқылы

 

        Молекулалық  массасы (халықаралық  атомдық масса бойынша) – 97.998

Сусыз ортофосфор қышқылы түссіз кристалл түрінде болады, қайнау температурасы 42,4⁰С. Кристалдары ауада оңай буланады, тығыз сұйықтыққа айналады, салқындатқанда қайта қалпына келеді. Сумен тез әрі кез-келген жағдайда әрекеттесе береді. Қышқылдың 87% ерітіндісі  түссіз немесе ашық сары түсті сұйықтық .

       Фосфор қышқылының  ерітінділерінің қайнау температурасы,  тығыздығы, жылу тұрақтылығы,  электр өтімділігі, тұтқырлығы оның  концентрациясына тәуелді болады.

Ортофосфор қышқылының 87% ерітіндісінің  қайнау температурасы 159,4⁰С.

Жылу тұрақтылығының үлесі 20-22⁰С та -   0,4397 кал/г·град.

Электр өтімділігінің үлесі 25⁰С  -  0,05 ом^-1  см^-1

Фосфор қышқылы үш негізді қышқыл, бірінші диссоциациялану дәрежесінде - күшті, екінші диссоциациялану дәрежесінде - орташа, ал үшіншісінде - әлсіз.

       Фосфор қышқылы үш қатарлы фосфор тұздарын түзеді:

бірінші орынбасу, екінші орынбасу және үшінші орынбасу.

Барлық бірінші орынбасулар суда жақсы ериді, ал екінші орынбасулар мен үшінші орынбасулардың кей түрлері ғана, яғни, натрии және аммонии фосфаттары. Үш қатарлы тұздардан басқа фосфор қышқылы әр түрлі күрделі эфирлер де түзе алады.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Техникалық  ортофосфор қышқылы келесі талаптарға сәйкес келуі  керек

 

1	Сыртқы түрі	Түссіз немесе ашық-сары түсті сұйықтық, ақ фоннан қарағанда     15-20 мм қабатында
2	Ортофосфор қышқылының (Н3РО4) массалық үлесі, %, көп емес	86-88
3	Ортофосфор қышқылының тығыздығы 200С  г/см3	1, 71-1,72
4	Хлоридтердің массалық үлесі,%, көп емес	0,0002
5	Сульфаттардың массалық үлесі, %, көп емес	0,002
6	Нитраттардың массалық үлесі, %, көп емес	0,0005
7	Темірдің массалық үлесі, %, көп емес	0,002
8	Күкіртті сутек тобының(Рb) ауыр металлдарының массалық үлесі, %, көп емес	0,005
9	Мышьяктың массалық үлесі , %, көп емес	0,006
10	Қалпына келтіретін заттардың Н3РО3–ке санағандағы  массалық үлесі, %, көп емес	0,05

 

Қолданылу  облысы (аясы).

     

          87% термиялық фосфор қышқылы реактивті фосфор қышқылының өндірісінде қолданылады. Ол тұз өндірісінде көптеп қолданылады, ауыл шаруашылығында (тыңайтқыш, жемдіктің үстемелері),  өнеркәсіпте және т.б. Фосфор қышқылының кең қолданысының  бірінші орын туковая өнеркәсібі болып табылады. Екінші орынды техникалық тұздар өндірісі алады. Термиялық ортофосфор қышқылы жемдік және азықтық фосфатта және  азықтық ортофосфор қышқылының өндірісінде  де қолданылады. Термиялық фосфор қышқылы кең көлемде натрий фосфотының өндірісінде, суды жұмсартқыш ретінде,тазартқыш құралдарды жасуда (натрии үшфосфаты) т.б көптеп қолданылады.

 

 

 

 

 

2.1.3 Фосфорлы шлам

 

В процессе производства желтого фосфора образуются продукты различной степени чистоты. Основным продуктом является технический желтый фосфор, который должен соответствовать ГОСТу 8986-59 и содержать основного вещества не менее 99,7%. На предприятиях по производству фосфора данный продукт называют «сырцом». Возможно образование фосфора, загрязненного примесями от 1 до 70% и более[8-9]. Продукт, загрязненный примесями, получил название «фосфорный шлам». Фосфорный шлам условно подразделяется на «богатый» и «бедный» по содержанию в нем фосфора. «Богатым» считается шлам с содержанием фосфора более 30%. Примерная классификация шлама по содержанию фосфора приведена в таблице 2

Таблица 2 – Содержание примесей в шламе

Продукт	Содержание н.о., %	Состояние продукта при 333-3530К
Фосфор особо  чистый	0,001	Прозрачная желтая жидкость
Технический товарный фосфор По ГОСТ 8986-59: 1 сорт 2 сорт	0,1 0,3	Жидкость, при  отстаивании выделяет некоторое  количество шлама (до 1-3%)
Фосфор-сырец	0,3-1,0	Жидкость с  частицами и агрегатами шлама. При отстаивании выделяет до 19% шлама, содержащего до 90-94% Р4
«Богатый» шлам (монолитный)	1,0-30,0	Жидкость (фосфор) с примесью значительного количества шлама вязкой структуры
«Бедный» шлам (монолитный)	30,0	Вязкая неоднородная масса, содержащая включения свободного фосфора и воды
Бедный шлам (пескообразный, «гранулированный»)	50,0	Мелкие (несплавляющиеся) округлые или бесформенные частицы (гранулы), взвешенные в большом количестве водной фазы

 

Шлам обладает меньшей плотностью, чем чистый фосфор, которая составляет 1200 кг/м³. При его разогреве до температуры 333-353⁰К происходит разделение фаз. Так как чистый фосфор имеет плотность 1720 кг/м³ , он остается в нижней части, а шлам - более легкий собирается выше. Шлам обладает низкой плотностью из-за наличия включений воды. При производстве желтого фосфора могут образовываться шарообразные, бесформенные гранулы размером менее 20 мкм, похожие на песок, который принято называть «гранулированный». Такой шлам обычно образуется в сточных водах или при разогреве шлама. Содержание водной фазы в таких шламах достигает 50%.

1. Фосфорный  шлам получается из фосфора  и мелких фракций пыли, остающейся  в газах после прохождения  через электрофильтры. Тонкодисперсный  кремнезем возгоняется в печи  при побочных процессах, частично, вероятно, проходя через стадию SiO₂. Образование шлама за счет адсорбции фосфора на частицах пыли начинается еще в газовом тракте до конденсаторов, там, где температура газов понижается до точки росы. При содержании пара фосфора в газовой смеси – 6,5 объёмных % точка росы равняется 443⁰ К[11]. Витающие в газовом потоке частицы пыли и являются, видимо, первичными центрами конденсации. Подтверждением этого является наличие отложений шлама в относительно холодных частях газоходов до конденсаторов и наличие элементарного фосфора в пыли, осаждаемой в электрофильтрах.

2. Шлам образуется  в результате гидролиза фторида  кремния, всегда содержащегося  в небольших количествах в  печных газах. Затем тонкодисперсный  поверхностно-активный кремнезем  адсорбирует фосфор. При образовании шлама одновременно с фосфором происходит, вероятно, и адсорбция кремнезёмом части воды. Количество шлама, получающегося по тому или другому механизму, зависит от содержания тонкой дисперсной пыли в печных газах и степени возгонки соединений фтора из фосфорита в процессе плавки в электропечи. Установлено, что вероятность образования шлама по первому пути составляет 90-95%, по второму (через SiF₄) – 5-10%.

Агрегаты (мицеллы) шлама имеют сетчатые структуры, в которые включены переменные количества свободного фосфора и воды. Цепная и частично сетчатая структуры загрязнений характерны для фосфора-сырца и, получающихся при его отстаивании, шламов.

В производстве фосфора получается некоторое количество и гранулированных шламов, состоящих из округлых или другой формы образований, взвешенных в водной фазе и обычно извлекаемых из сточных вод. Гранулированные шламы содержат повышенное количество нерастворимого остатка (50%) и не сплавляются. Местом их образования являются аппараты стадии конденсации, где одновременно происходят процессы конденсации фосфора из паро-газовой фазы и улавливание пыли, оставшейся после прохождения газов через электрофильтры

 

2.1.4.Күйдіргіш натр

 

Натрий гидроксиді немесе каустикалық сода (NаОН)-ақ түсті  ылғалданған зат. Суда өте жақсы ериді, ол жасанды жібек, сабын, органикалық бояу, қағаз, текстиль және т.б. өндірістерінде көптеп қолданылады. өнім түрінде қатты және сұйық түрінде шығарылады. Қатты түріндегі натрий гидроксиді 2 маркалы: А және Б сәйкесін-ше химиялық және диафрагмалық түрінде шығарылса, сұйық күйінде 5 маркалы: А сынаптық, Б диафрагмалық сапаландырыл-ған, В диафрагмалық, Г және Д химиялық. Каустикалық соданы өндірісте 3 түрлі әдіспен алады. Олар: әкті, ферритті, электрохи-миялық.

Әкті әдіс-негізінде мына реакция арқылы алынады:

Na₂CO₃ + Ca(OH)₂ = 2NaOH + CaCO₃↓

Бұл кезде пайда болған натрий гидроксиді тұнбадан бөлініп алып, буландырылады. Бұл үрдіс қайтымды тепе-теңдік шарттары кальций гидрототығы мен карбонатының ерігіштіктің арақатына-сымен анықталады. Каустификациялау дәрежесі берілген ерітінді-дегі соданы шоғырлануы азайған сайын және температурасы тө-мендеген сайын көтеріле береді. Алайда іс-жүзінде үрдісті реагенттердің әрекеттесу жылдамдығын арттыру үшін және кальций карбонатының ірі кристалды тұнбасын алу үшін 800-1100^оС арасында жүреді. Әдетте натрий карбонатын натрий гидроксидіне айналуы 90-95%-ға жетеді және құрамында 100-120г/дм³ натрий гидроксиді бар сілтілік ерітінді алады.

Натрий гидроксиді немесе каустикалық соданы ферритті әдіс арқылы алуға болады:

Na₂CO₃ + Fe₂O₃ = Na₂O∙Fe₂O₃ + CO↑

Na₂O∙Fe₂O₃ + 2H₂O = 2NaOH + Fe₂O₃∙H₂O

Бұл әдіс арқылы да натрий гидроксидін  тұнбадан (Fe₂O₃∙H₂O) бөліп алып, буландырып, кептіріп және балқытып, өнім ретінде алады. ТМД елдерінде, сонымен қатар Қазақстанда каустикалық соданы ферриттік әдіспен алу кеңінен қолданылады. Оған себеп өндірістік қалдықтың болмауы, өнім шоғырының жоғарылығы, нат-рий гидроксиді ерітіндісін буландыруға қажетті бу шығымының төменділігі.

Натрий гидроксидін  немесе каустикалық соданы өндірудің 3-ші жолы - электрохимиялық әдіс. Электрохимиялық әдіс негізінде ас тұзы ерітінділерін электролиздеу арқылы жүргізеді. Бұл әдіс өте көп шығынды, яғни энергиялық шығынды көп жұмсауына байланысты әдіс көп қолданылмайды.

Сода ерітіндісін каустификациялау – каустикалық соданы алудың әктік тәсілін негізгі операциясы. Сода ерітіндісін әкпен немесе әк сутімен өндеу кезінде алмасу реакциясы жүреді де натрий гидрокарбонатының ерітіндісі пайда болады:

                   Na₂CO₃ + Ca(OH)₂ Û 2NaOH + CaCO₃                    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Бастапқы шикізатқа, материалдар  және жартылай өнімдерге мінездеме.

 

 

№ р/с	шикізаттың, материалдың, жартылай өнімнің  атауы	ГОСТ,ТУ, регламент немесе шикізатты  дайындаудың  методикасы	Көрсеткіштер, тексерілуге міндеттілер	Регламенттелген  мүмкін  ауытқулар  көрсеткіштер
1	Сары фосфор техникалық маркасы  «А»	ГОСТ 8986-82	1. Сары фосфордың массалық үлесі,  көп емес 2. Сыртқы түрі 3.тұнбаның массалық үлесі, бензол  мен күкірткөміртегіде ерімейді  % көп емес 4.шламның массалық үлесі	99,9     Парафинді-бейнелі массасы ашық сарыдан жасыл сарыға дейін          0,1    0,1      болмаған
2	Күйдіргіш натрий техникалық  маркасы  РХ –екінші сорт	ГОСТ 2263-79	1. Сыртқы түрі 2.Күйдіргіш натрийдің массалық  үлесі, % көп емес	Түссіз немесе боялған сұйықтық   43
3	Дистилденген су	ГОСТ 6709-72	ГОСТ 6709-72 бойынша	ГОСТ 6709-72 талаптарына сәйкес

 

3.Өндірістің сипаттамасы

 

87% техникалық фосфор  қышқылының өндірісі.

          

     Өндірістің  әдісі кәдімгі сары фосфордың  ауадағы оттегімен фосфор бес оксидін түзгенге дейінгі химиялық тотығуында, ал физикалық үдерістері жылу және масса алмасу, ал келесі фосфор ангидридінің абсорбциясы оның фосфор қышқылындағы ерітіндісі.

        Термиялық фосфор қышқылының  өндірісі келесі технологиялық  процесстерден тұрады; 

- балқытылған фосфорды  күйдіру;

- фосфорды күйдіргенде  пайда болған газдарды кептіру;

- фосфор оксидтерін  гидратациялау және абсорбциялау;

- фосфор қышқылының  буының конденсациясы;