«Производство фосфорной кислоты термическим методом»

1. Получение термической фосфорной кислоты двухступенчатым методом

Двухступенчатый метод более распространен, чем одноступенчатый, так как получается более чистая фосфорная кислота. Кроме того, этот метод дает при необходимости возможность выпускать в качестве продукта также желтый фосфор и эффективно использовать окись углерода, являющуюся побочным продуктом. Затраты на оборудование ниже, чем при одноступенчатом способе, как и расход электроэнергии, воды и воздуха.
При производстве термической фосфорной кислоты двухступенчатым методом фосфор сначала конденсируется, а затем сжигается. Для избегания образования низших окислов фосфора сжигание производится в двукратном избытке воздуха.
P₄ + 5O₂ = P₄O₁₀
При этом выделяется большое количество тепла, которое практически не может быть использовано из-за коррозионного действия фосфорного ангидрида. Требуется охлаждение газов в камере горения, предупреждающее быстрый износ аппаратуры и обеспечивающее полное поглощение фосфорного ангидрида.
Вследствие высокой температуры газа при взаимодействие фосфорного ангидрида с водой первоначально получается метафосфорная кислота, которая при гидратации превращается в туманообразную ортофосфорную кислоту:
P₄O₁₀ + 2H₂O = 4HPO₃
HPO₃ + H₂O = H₃PO₄
Сжигание фосфора и гидратация фосфорного ангидрида в отдельных аппаратах дает возможность постепенного охлаждения фосфорных газов и уменьшения образования туманообразной фосфорной кислоты, что упрощает отделение фосфорной кислоты из газовой фазы и позволяет уменьшить объем электрофильтра или вовсе их исключить [2].

2. Описание технологической схемы производства термической фосфорной кислоты двухступенчатым способом (приложение 1)

Фосфор сжигают в камере (башне) сжигания, орошаемой оборотной фосфорной кислотой. Фосфор распыляется поступающим в форсунки воздухом под давлением до 6 атм и сгорает, образуя факелы, обращенные вниз. Количество первичного (сжатого) воздуха составляет от общего количества, необходимого для окисления фосфора. Остальное количество воздуха (вторичного) подается по патрубку в центре крышки башни. Вторичный воздух, благодаря особой конструкции патрубка, поступает внутрь башни спиралеобразно. Этим обеспечивается лучший контакт воздуха с разбрызгиваемым фосфором и в некоторой мере заглушается шум работающих форсунок.
У верхнего края башни имеется «воротник» - кольцевой желоб, куда подается охлажденная фосфорная кислота (при 40-60 ) и часть воды, необходимой для образования фосфорной кислоты из сжигаемого фосфора. Разбавленная водой в верхнем кольцевом желобе холодная фосфорная кислота переливается через его внутренний край и стекает в виде пленки, которая предохраняет внутреннюю поверхность башни от воздействия высоких температур. Равномерному омыванию кислотой стенок башни способствует немного конусообразная форма башни. Кислота, стекающая по стенкам, поглощает некоторое количество фосфорного ангидрида и упаривается за счет тепла, выделяющегося при сжигании фосфора. Остальное количество фосфорного ангидрида поглощается в нижней части башни, куда также подается дополнительная часть воды. Количество воды, подаваемой в башню, регулируется так, чтобы вытекающая из башни кислота имела концентрацию 75-85% H₃PO_4.
Благодаря охлаждению газов циркулирующей фосфорной кислотой температура их на выходе из башни составляет 145-160 . Газы поступают в башню гидратации, где улавливается остальная часть фосфорного ангидрида с образованием фосфорной кислоты. Башня гидратации орошается разбавленной оборотной фосфорной кислотой. Непрореагировавшие газы из башни гидратации с температурой 50-60 поступают в электрические фильтры для окончательной их очистки перед выбросом в атмосферу.
Из башни сжигания отводится продукционная кислота. Она стекает по желобам в стальной футерованный кислотоупорным кирпичом сборник. Оттуда кислота подается насосом из нержавеющей стали в оросительный холодильник также из нержавеющей стали, где она охлаждается водой до 30-40 . Часть кислоты направляется на склад готовой продукции, а основная ее масса в качестве циркулирующей кислоты поступает на орошение башни.
Кислота из электрофильтра стекает в сборник чистой кислоты и насосами подается на склад готовой продукции.
Кислота из башни гидратации охлаждается и идет на орошение камеры сжигания и самой башни гидратации [2].