Методические указания по выполнению лабораторных работ по дисциплине «химия» для специальностей 5в090100- организация перевозок, движения и эксплуатация транспорта (стр. 9 )

(NH4)2HPO4 = NH4H2PO4 + NH3.

В таблице приведены свойства фосфатов аммония.

Свойства фосфатов аммония

Фосфат	Растворимость при 20 BС, мас. доли	Давление паров аммиака при 100 BС, Па	Состав, мас. доли %
N	P2O5
NH4H2PO4	0,403	0	12,2	61,8
(NH4)2HPO4	0,710	667	21,2	53,8
(NH4)3PO4	0,177	85600	28,6	48,3

В основе производства аммофоса лежит гетерогенный экзо - термический процесс нейтрализации фосфорной кислоты газообразным аммиаком:

H3PO4(ж) + NH3(г) = NH4H2PO4(т), ∆H = -147,0 кДж.        (1)

Процесс ведут при избытке аммиака, поэтому в системе, наряду  с  реакцией  образования  моноаммонийфосфата,  частично протекает реакция образования диаммонийфосфата:

H3РO4 + 2NH3 = (NН4)2НРO4, ∆H = -75,4 кДж,        (2)

в  результате  чего  в  составе  готового  продукта  содержится  до 10 % диаммонийфосфата.

Режим процесса нейтрализации выбирают так, чтобы обеспечить получение достаточно подвижной и способной к перекачиванию по трубопроводам аммофосной пульпы. Вязкость пульпы зависит от концентрации исходной кислоты, растворимости фосфатов аммония и температуры.

Технологическая схема производства

Производство аммофоса можно строить по различным тех - нологическим схемам, различающимся концентрацией используемой фосфорной кислоты и конструкцией аппаратуры.

На основе разбавленной        экстракционной фосфорной кислоты:

- с сушкой пульпы в распылительной сушилке (РC);

- с упариванием пульпы в вакуум-выпарных аппаратах и сушкой в барабанном грануляторе-сушилке (БГС);

- с  сушкой  пульпы  и  грануляцией  ее  в  распылительной сушилке-грануляторе кипящего слоя (РКСГ).

На основе концентрированной фосфорной кислоты:

–        с        грануляцией        и        сушкой        продукта        в        аммонизаторе - грануляторе (АГ);

с самоиспарением пульпы под давлением и сушкой в барабанном грануляторе-сушилке-холодильнике (БГСХ).

Рассмотрим схему производства аммофоса на        основе разбавленной экстракционной фосфорной кислоты.

Технологическая схема производства аммофоса с использованием аппарата РКСГ (рис. 1) позволяет соединить в одном аппарате  операции  упаривания  пульпы,  грануляции  и  сушки продукта, что обеспечивает высокую интенсивность всех стадий процесса при малых затратах тепла и электроэнергии.

Рис. 1.  Технологическая схема производства аммофоса:

1 – аппарат САИ; 2 – сборник пульпы; 3 – аппарат РКСГ; 4, 5 – топки; 6 – холодильник кипящего слоя; 7 – установка для охлаждения воздуха; 8 – грохот; 9 – дробилка; 10 – циклон; 11 – абсорбер

Экстракционная фосфорная кислота концентрацией 25-28 % Р2О5 и газообразный аммиак поступают в аппарат скоростной аммонизатор-испаритель (САИ) 1 при мольном отношении NH3:H3РO4 = 1,1. За счет теплоты нейтрализации температура пульпы поднимается до 110 BС и часть воды испаряется. Затем аммофосная пульпа через промежуточный сборник 2, обогреваемый паром, подается в верхнюю часть аппарата РКСГ 3, где распыляется топочными газами, нагретыми до 700 BС, посту - пающими из топки 4. Пульпа упаривается, и ее частицы опус - каются в нижнюю часть аппарата, в которой топочными газами, поступающими из топки 5, создается кипящий слой. Здесь порошкообразный продукт гранулируется и высушивается. Высушенные гранулы поступают в холодильник кипящего слоя 6, в который  подается  воздух  из  холодильной  установки  7, охлаждаемой жидким аммиаком. Охлажденные  гранулы аммофоса сортируются на грохоте 8. Товарная продукция нужной дисперсности поступает на склад, а крупная фракция из - мельчается в дробилке 9 и возвращается в холодильник 6. Газы из аппарата РКСГ проходят через циклон 10, где отделяется пыль аммофоса, возвращаемая в аппарат, и поступают на абсорбцию аммиака и фторида водорода (примесь фтора в сырье) в абсорбер 11, орошаемый водой.

Основные        аппараты        в этой технологической         схеме аммонизатор-испаритель САИ и аппарат РКСГ.

Схема действия аппарата САИ представлена на рис. 2. В ней: 1– сопло для подачи аммиака; 2 – реакционная зона аппарата; 3 – теплообменник. Высокая скорость подачи аммиака обеспечивает  хороший  контакт  его  с  кислотой  и  высокую

скорость реакции нейтрализации (1-2 минуты).

  Аппарат        РКСГ        выполнен        в виде

  Двухполых цилиндров, соединенных 

  конической рубашкой и имеет высоту

  10 м и диаметр 12 м. В верхней части

  аппарата расположен  распылитель 

  пульпы, 

Рис. 2. Схема аппарата САИ внутренняя труба, которого охлаждается водой. В нижней части аппарата находится газораспределительная решетка, проходя через которую топочные газы создают режим кипящего слоя. Отработанные газы собираются в кольцевом пространстве рубашки, что сводит к минимуму унос мелких частиц продукта.

На рис. 3 представлена технологическая схема производства аммофоса на основе концентрированной фосфорной кислоты с использованием аппарата АГ. Эта схема позволяет достигнуть наибольшую единичную мощность системы.

Упаренную фосфорную кислоту (52 % Р2О5) подают из хранилища в каскадно-расположенные нейтрализаторы емкостного типа, оборудованные трехъярусными турбинными мешалками. Одновременно в нейтрализаторы поступают стоки от системы абсорбции, в результате чего концентрация фосфорной кислоты снижается до 47-48 % Р2О5, разбавление необходимо для обеспечения текучести пульпы. Фосфорную кислоту нейтрализуют газо-образным аммиаком до мольного отношения NH3:Н3РО4 ≈ 0,7. Полученная в нейтрализаторах пульпа самотеком поступает в аммонизатор-гранулятор, где доаммонизируется жидким аммиаком до NH3:Н3РО4 = 1,0-1,05. Здесь же происходит смешение пульпы с ретуром и укрупнение гранул аммофоса за счет кристаллизации на их поверхности солей, растворимость которых меняется в зависимости от pH пульпы. Влажность материала в грануляторе поддерживают в пределах 1-2 % при помощи ретура, расход которого контролируется дозаторами.

Гранулированный продукт сушат  в  прямоточной барабанной сушилке дымовыми газами, получаемыми при сжигании топлива в выносной топке.

Высушенные гранулы рассеивают на вибрационных грохотах. Мелкую фракцию в качестве ретура возвращают в аммонизатор-гранулятор. Крупную фракцию направляют в валковую дробилку, затем измельчённый продукт возвращают в процесс вместе с мелкой не стандартной фракцией.

Товарную фракцию также частично используют в качестве ретура. Остальную часть, соответствующую часовой производительности, после контрольного пересева направляют в холодильник, где охлаждают атмосферным воздухом до температуры ≤ 60 BС. Охлажденный продукт направляют на склад, где его хранят навалом.

Парогазовая смесь, отсасываемая от нейтрализаторов и аммонизатора-гранулятора, проходит очистку от аммиака и фторида  водорода в двух последовательно установленных абсорберах, для улавливания аммиака используют аммофосную пульпу, для улавливания соединений фтора – известковое молоко или воду.

Дымовые газы, выходящие из сушильного барабана при температуре 105-115 BС, очищают от пыли в циклоне и далее от аммиака, соединений фтора и от остатков пыли – в двух абсорберах. Стоки от систем абсорбции возвращают в нейтрализаторы. Таким образом, в производстве аммофоса загрязненные стоки не образуются.

Запыленный воздух после холодильника «кипящего слоя» перед выбросом в атмосферу очищают от пыли в циклонах.

Вместо емкостных нейтрализаторов в ряде схем используют аппараты САИ или струйные реакторы.

На установках, оснащенных аммонизаторами-грануляторами,  возможно  получение  любых  форм  фосфатов

аммония: моно - и диаммонийфосфата.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

Получение аммофоса

Дигидрофосфат аммония или моноаммонийфосфат – основная составляющая аммофоса – в лабораторных условиях можно получить несколькими способами, используя в качестве реагентов фосфорную кислоту и концентрированный раствор аммиака.

Дигидрофосфат аммония

NH4ОН + Н3РО4 = NН4Н2 РO4 + Н2О.

Первый способ. К 20 см3 концентрированного раствора аммиака (25 %) при охлаждении прибавляют малыми порциями раствор фосфорной кислоты (70 %) до тех пор, пока раствор (отдельная проба) не перестанет давать с хлоридом бария осадок фосфата. Полученный раствор концентрируют при слабом нагревании до начала кристаллизации; выпавшие после охлаждения прозрачные кристаллы соли фильтруют на воронке Бюхнера и сушат на воздухе.

Рис. 3. Схема производства гранулированного аммофоса с аммонизатором-гранулятором:

1– нейтрализаторы;        2 – аммонизатор-гранулятор;        3 – сушильный        барабан; 4 – циклоны; 5 – грохоты: 6 – охладитель гранул; 7, 8 – абсорберы

Второй	способ.	В        производственных	условиях
дигидрофосфат	аммония	готовят        насыщением	70        %-ной

ортофосфорной кислоты аммиаком. Этот метод можно применять и в лаборатории. В стакан емкостью 200-250 см3, снабженный мешалкой и термометром, наливают около 150 см3 70 %-ной Н3РО4 и насыщают ее при перемешивании аммиаком. Аммиак пропускают через жидкость со скоростью 1,5 дм3/мин. По мере нейтрализации раствор нагревается; необходимо следить за тем, чтобы его температура не превышала 112 BС, так как выше этой температуры поглощение аммиака резко уменьшается. Соль начинает выпадать задолго до окончания нейтрализации. Конец реакции определяют в отдельной пробе по метиловому оранжевому.