Производство ортофосфорной кислоты экстракционным способом, производительностью 70 т/сут

Аппараты для разложения и кристаллизации сульфата кальция
Разложение фосфата и кристаллизация сульфата кальция обычно происходят в одном аппарате - экстракторах. Общий объем определяется необходимым временем нахождения в них реакционной массы (пульпы), а также производительностью системы.
Экстракторы - вертикальные цистерны цилиндрической или прямоугольной формы большой емкости, оснащенные пропеллерными или турбинными смесителями, вращающимися с частотой 400-600 об / мин. Они оснащены выхлопными трубами для газов и паров.
Прочные металлические и неметаллические материалы защищают экстракторы, смесители и трубы от коррозии горячими кислотами и другими примесями, а также от эрозии, т.е. смешанный помол целлюлозы. Таким образом, поверхность стальных цилиндрических реакторов покрывается плоским свинцом или полиизобутиленом.
Крышка баков съемная, что облегчает их установку. Защитите их резиновым покрытием или подкладкой из кислотостойкого материала.
Газовые трубы изготавливаются из черных металлов и прорезинены. Концы трубок барботирования охлаждающего воздуха изготовлены из специальной стали. Трубы и насосы для перекачки мочевины и фосфорной кислоты, лопатки мешалки изготовлены из стали ЭИ - 943, а для разбавленных кислот - из стали ЭИ - 448 и Х18Н10Т. Части трубы, недоступные для очистки, изготовлены из полиэтилена, а также из армированной резины.
Аккумуляторные (многореакторные) экстракторы, один или несколько смесителей.
Системы извлечения аккумуляторов состоят из четырех последовательно соединенных реакторов с общим объемом месторождения 320 - 340 кубометров.
Цилиндрические реакторы диаметром 6950 и высотой 4000 мм изготовлены из стали с резиновым слоем 5 мм и футерованы в половине кирпича кислотостойким силикатом алюминия из углеродного материала. Каждый реактор разделен на два отсека кирпичной перегородкой с отверстиями в нижней части для движения пульпы. Вытяжки соединены между собой сливными желобами. В каждом отсеке есть два двухъярусных миксера с 12 лопастями, каждая со скоростью вращения 1500 об / мин.
Экстракторы для разложения фосфатного сырья
Фосфат разлагается в экстракторе с рабочим объемом 730 кубометров, пульпа фильтруется на роторном вакуум-фильтре площадью 80 квадратных метров. Время пребывания пульпы в экстракторе 7-7,5 часов. Апатитовый концентрат с автоматическим взвешиванием поступает в первый отсек экстрактора. Серная кислота с концентрацией 92,5%, разбавленная до 55-57% и охлажденная в графитовых холодильниках до 50-70 °С, через распределительную коробку подается в первые три камеры экстрактора. Сюда же отправляется раствор разбавителя, содержащий 22-24% P₂O₅ и плотностью 1,24-1,26 г/см³. Его получают путем смешивания части основного фильтрата со вторым фильтратом.
Подача в первые три части потоков охлажденной серной кислоты, раствор разбавителя и в первую часть циркулирующей пульпы рассеивает тепло и поддерживает оптимальные температуры реакционной массы в экстракторе. Циркулирующая суспензия охлаждается в вакуумном испарителе до вакуума 76-84 кПа и возвращается на экстракцию через десятую распределительную секцию экстрактора со скоростью 1900-2000 т / ч.
Вакуумный испаритель представляет собой прорезиненное цилиндрическое стальное устройство диаметром 4,5 и высотой 0,6 м с коническим днищем. В него пульпа подается двумя вертикальными погружными насосами, установленными в девятой секции мешка-экстрактора. Насосы изготовлены из нержавеющей стали, имеют высоту 3,5 м и диаметр 1,0 м.
На выходе из испарителя охлажденная суспензия по барометрической трубе поступает в десятую распределительную часть экстрактора. Отсюда часть шлама перекачивается погружным насосом в вакуумный фильтр. Количество ила, поступающего в фильтр, контролируется автоматическим индукционным расходомером, установленным на трубе для ила и соединенным с уровнем ила в экстракторе. Избыточная пульпа из распределительного отделения поступает в восьмую часть экстрактора.
Одновременно с водой в паровую фазу вакуумного испарителя выделяются соединения фтора, которые промываются в промывной башне. Мойка имеет высоту 12,5 метра и диаметр 3,9 метра. Кислота распыляется форсунками, установленными наверху башни в четыре ряда, по семь форсунок в каждом ряду. Затем водяной пар конденсируется в поверхностном конденсаторе. Затем паровоздушная смесь удаляется в атмосферу с помощью вакуумного насоса. Наконец, фторсодержащие газообразные соединения из оборудования всей системы - из сборников фильтрата, экстрактора, распределительных коробок и после вакуумных насосов собираются в абсорберах трубки Вентури.
Пульпу фильтруют и фосфорную кислоту вымывают из осадка в вакууме 66-800 кПа. Ротационный вакуум-фильтр с площадью фильтрации 80 квадратных метров имеет высоту 4,75 м и диаметр 15,64 м [10, 11].
В дополнение к традиционному способу получения ЭФК [7], согласно которому фосфоритная руда, серная кислота, циркулирующая фосфорная кислота, промывная вода смешивается в экстракторе при постоянном перемешивании с образованием фосфатной пульпы (метод-аналог). Пульпа, состоящая в основном из фосфорной кислоты и фосфогипса в соотношении Ж:T = (3-2,5:), поступает на разделение и промывку, которая осуществляется фильтрацией на роторном или ленточном вакуум-фильтре с 2-3 ступенями отмывки осадка - фосфогипса ( аналоговое устройство). В результате около 1/3 ЭФК от его общего количества в пульпе удаляется во время производства, а остаток смешивается с промывной водой обратно в экстрактор для рециркуляции. К недостаткам способа и устройства для отделения пульпы следует, в частности, ненадежность стадии фильтрации, особенно при использовании фосфоритов в качестве фосфатного сырья. Сложность фильтрации связана как с образованием мелких кристаллов фосфогипса в экстракторе, так и с высокой вязкостью производственных растворов ЭФК. В результате из-за плохой фильтрации пульпы производственный ЭФК может содержать от 1,5 до 3% взвешенных частиц, что снижает качество продуктов переработки экстракции фосфорной кислоты (аммофос, суперфосфат и др.). Кроме того, из-за плохой очистки содержащийся на свалках фосфогипс содержит до 2 - 2,5% P₂O₅, что приводит к большим потерям основного вещества и загрязнению окружающей среды. Из-за быстрого засорения фильтрующих элементов фосфогипсом (особенно его мелкими фракциями) время непрерывной работы, например роторных вакуум-фильтров, в среднем не превышает 5-6 дней, после чего требуется трудоемкая профилактика с заменой фильтрующего вещества.
Существует еще один способ получения ЭФК, позволяющий улучшить фильтруемость осадка фосфогипса путем введения затравочных кристаллов фосфогипса в реакционную смесь (в экстракторе) [12]. В этом случае достигается увеличение кристаллов фосфогипса. Способ позволяет улучшить фильтруемость фосфогипсового осадка за счет уменьшения количества мелких фракций, увеличить коэффициент разложения фосфогипса и уменьшить потери P₂O₅ с помощью фильтрованного фосфогипса (метод-прототип).
Известно устройство для отделения и отмывки от остального жидкого компонента [10], содержащее корпус, верхнюю и нижнюю отстойные камеры, оборудованные штуцерами для входа и выхода фаз взаимодействия. Внутри корпуса находятся контактные уплотнительные элементы (массообменные элементы), представляющие собой пластины с перфорацией типа КРИМЗ ГИАП и др. Эти устройства относятся к классу вибраций при наличии источника вибрационного воздействия на уплотнительные элементы (в этом случае сами уплотнительные элементы являются подвижными и вибрирующими) или к классу пульсаций, когда к столбу жидкости в устройстве применяются пульсирующие воздействия (при этом уплотнительные элементы остаются неподвижными. а жидкость совершает возвратно-колебательное движение).
В устройствах с вибро-пульсирующим действием для промывки поток промывочной жидкости (воды) происходит из нижней в верхнюю отстойную камеру.
К преимуществам таких устройств относятся высокая эффективность промывки осадком, возможность управлять скоростью восходящего потока промывочной жидкости и, таким образом, контролировать количество и размер взвешенных частиц, осуществляемых во время выгрузки (гидроклассификация).
К недостаткам способа, выбранного в качестве прототипа, можно отнести то, что не устраняются сложности эксплуатации, связанные с работой процесса фильтрации и стоимостью ремонта вакуумных фильтров, так как необходимо отфильтровать весь объем пульпы, полученной в экстракторе, и отделять фосфогипс от высоковязких (особенно при использовании фосфоритов) продукционных растворов ЭФК. Фосфогипс промывается на фильтровальной поверхности вакуумного фильтра через слой отфильтрованного осадка, что предопределяет низкую эффективность промывки и потерю P₂O₅ фосфогипсом. Кроме того, в описанном способе невозможно классифицировать затравочные кристаллы фосфогипсида по их размеру и количественному дозированию в реакционную зону экстрактора.
К недостаткам устройства для промывки осадка, которое было выбрано в качестве прототипа, следует отнести необходимость разбавления промывной водой для слива верхнего отстойника. Поэтому известные конструкции пульсирующих колонн непригодны для использования, когда необходимо не только хорошо промыть фазу, но и поддерживать концентрацию основного вещества в сточных водах.
В процессе получения экстракционной фосфорной кислоты суспензия фосфорной кислоты подвергается первичному осаждению с удалением фосфорной кислоты, соответствующей количеству, образованному в результате реакции, т.е. на стадии первичного осаждения удаляется только производственная кислота.
Концентрированная суспензия фосфорной кислоты, полученная при первичном отстаивании, смешивается с промывочной водой и подвергается вторичному отстаиванию с одновременной противоточной промывкой фосфогипса свежей промывкой водой с образованием водной суспензии фосфата. Водную суспензию фосфогипса фильтруют с получением промывочной воды.
Рециркулирующая фосфорная кислота, полученная при вторичном осаждении, содержащая затравочные кристаллы фосфогипса, сбрасывается в реакционную зону экстрактора.
Промывные воды, полученные на стадии фильтрации (в данном случае фильтрат, поскольку фактическая промывка проводилась, как описано выше), делятся на два потока, один из которых используется в качестве рециркулируемого потока для образования водной суспензии фосфата (другой поток смешивается, как указано выше). с полученной концентрированной суспензией фосфорной кислоты (первичное отстаивание).
Происходит последовательное осаждение пульпы, и осаждение сопровождается противоточной промывкой осадка с регулируемым восходящим потоком промывной воды, что позволяет одновременно вводить гидроклассификацию кристаллов фосфата и определенное количество затравочных кристаллов фосфата в экстрактор вместе с циркулирующим ЭФК. Результатом описанного процесса является то, что на фильтрацию подается не пульпа фосфорной кислоты, а суспензия фосфогипса в воде или в слабом (до 0,5% раствора P₂O₅) ЭФК. Это определяет снижение потерь ЭФК с фосфогипсом.
Введение контролируемого количества затравочных кристаллов фосфата в экстрактор, способствующее их укрупнению и выравниванию габитуса, снижению вязкости жидкой фазы в суспензии, подаваемой на фильтрацию, приводит к значительному увеличению интенсивности процесса фильтрации и уменьшению поверхности фильтрации. Это снижает затраты на обслуживание и ремонт фильтров [13].
Пример. Экстрактор подает 47 кг / час фосфоритной руды, 45 кг / час 93% серной кислоты и 215 кг / час циркулирующего раствора фосфорной кислоты, содержащего 6% масс. % затравочных кристаллов фосфата. В результате реакции получают 300 кг / час фосфатной пульпы с соотношением L: T = 2: 1 и 7 кг / час водяного пара и соединений фтора испаряются из экстрактора.
Полученная суспензия 300 кг / ч выгружается в верхнюю зону отстаивания, откуда выгружается 65 кг / ч 21% ЭФК с восходящим потоком 0,3 м / ч. Концентрированная суспензия поступает в зону промежуточного осаждения, где, помимо обратного потока промывочной воды из фильтра и промывочной воды из нижней части колонны, возвращается 50 кг / ч рециркулированной фосфорной кислоты, обеспечивая скорость восходящего потока 0,5 м / ч в среднем отстойнике. В колонне создается скорость подъема 0,3 м / ч в результате подачи в ее нижнюю часть 10 л / ч промывной воды. Отходы из зоны промежуточного осаждения содержат 265 кг / ч рециркулируемой фосфорной кислоты с концентрацией 15% P₂O₅ и содержанием 6% по весу. % кристаллов фосфора, 50 кг / ч переработанного EPA возвращается в промежуточный продукт.
После промывки в колонне на массообменных элементах при наличии пульсации водную суспензию фосфогипса разбавляют в нижнем отстойнике 90 кг / ч пресной промывной воды и 50 кг / ч промывной воды, полученной после фильтрации фосфогипса. Полученную суспензию отфильтровывают, из нее удаляют 120 кг / ч фосфогипса.
Отфильтрованная промывочная вода со скоростью 106 кг / час разделяется на два потока, один (50 кг / час) из которых подается в нижнюю зону осаждения для разбавления водной суспензии фосфогипса, а другой - в промежуточную зону осаждения [11,15].

Рис. 4- Схемы утилизации отходов производства экстракционной фосфорной кислоты:
а — при переработке фосфоангидрита в серную кислоту и цемент: 1 — сушилка; 2 — силосы; 3 — мельница; 4 — электрофильтры; 5 — циклон; 6 — вращающаяся печь; 7 - смеситель; 8 — холодильник; 9 — сушильная башня; 10 — конвертер; 11 — абсорбер;
б — при переработке фосфогипса в сульфат аммония: 1—реактор для приготовления (NH4)2СО3; 2 — мельница; 3 —реакторы двойного замещения; 4—барабанный фильтр; 5 — реактор-нейтрализатор; 6 — многокорпусный выпарной аппарат; в —при переработке фосфогипса в сульфид кальция; 1—реактор 1; 2 — циклон; 3 — реактор II