Điều chế h3po4 trong công nghiệp

Tính chất vật lý

Axit photphoriclà chất rắn tinh thể ko màu, khối lượng riêng 1,87 g/cm3; nhiệt độ nóng chảy = 42,350C (dạng H3PO4.H2O sở hữu nhiệt độ nóng chảy = 29,320C); phân huỷ ở 2130C. Tan trong etanol, nước (với bất kì tỉ lệ nào). Trong cấu trúc tinh thể của nó gồm sở hữu những nhóm tứ diện PO4, liên kết với nhau bằng liên kết hidro. Cấu trúc đó vẫn còn được giữ lại trong dung dịch đậm đặc của axit ở trong nước và làm cho dung dịch đó sánh giống như nước đường.

Axit orthophotphoric tan trong nước đó được giảng giải bằng sự tạo thành liên kết hidro giữa những phân tử H3PO4và những phân tử H2O.

Tính chất hóa học

Trong phân tửaxit photphoric ở mức oxi hóa +5 bền nên axit photphoric khó bị khử, ko sở hữu tính oxi hóa như axit nitric. Lúc đun nóng dần tới 260oC, axit orthophotphoric mất bớt nước, biến thành axit điphotphoric (H4P2O7); ở 3000C, biến thành axit metaphotphoric (HPO3). Axit photphoric là axit ba nấc sở hữu độ mạnh trung bình, hằng số axit ở 250C sở hữu những trị giá K1 = 7.10−3, K2 = 8.10−6, K3 = 4.10−13. Dung dịch axit photphoric sở hữu những tính chất chung của axit như đổi mà quỳ tím thành đỏ, tác dụng với oxit bazo, bazo, muối, kim loại. Lúc tác dụng với oxit bazo hoặc bazo, tùy theo lượng chất tác dụng mà sản phẩm là muối trung hòa, muối axit hoặc hỗn hợp muối.

Với hai phương pháp sản xuất axít photphoric:

- Phương pháp ướt: Quặng phốt phát phản ứng với axít sunfuric.

- Phương pháp khô: Quặng phốt phát cùng với SiO2 được gia nhiệt trong lò điện, sử dụng than khử thành photpho sau đó được ôxi hoá và hiđrát hoá.

Phương pháp sản xuất acid photphoric theo phương pháp ướt:

Vật liệu chính:

Vật liệu và hoá chất chính để sản xuất axít photphoric (42%P2O5) gồm:

- Quặng phốt phát (apatít) 32% P2O5.

- Axít sunfuric nồng độ 98%.

Tiêu hao vật liệu riêng là 1,33 tấn photphat / Một tấn H3PO4 và 1,19 tấn axít sunfuric / Một tấn H3PO4.

Trật tự sản xuất:

Trong phương pháp ướt,axit photphoricđược tạo ra do phản ứng giữa axít sunfuric (H2SO4) với quặng phốt phát. Quặng phốt phát được sấy, nghiền cho tới lúc 60 - 70% hạt quặng sở hữu kích thước nhỏ hơn 0,15 mm và sau đó được đưa liên tục vào thiết bị phản ứng với axít sunfuric. Phản ứng còn kết hợp canxi trong quặng phốt phát với sunfat tạo thành CaSO4, hay được gọi là gíp. Gíp được tách ra khỏi dung dịch phản ứng bằng cách lọc.

Phản ứng hoá học chính để sản xuất axít photphoric bằng phương pháp ướt như sau:

Ca3(PO4) + CaF2 + 10H2SO4 → 6H3PO4 + 10CaSO4 + nH2O +2HF

Axít photphoric được thu hồi bằng cách lọc và tách ra khỏi bùn tạo thành lúc phân huỷ hai lần quặng phốt phát bằng axít sunfuric.

Trong quá trình phản ứng, tinh thể gíp bị kết tủa và được tách ra khỏi axít bằng quá trình lọc. Những tinh thể được tách ra cần phải được rửa để thu hồi được ít nhất 99% axít photphoric trong phần lọc được.

Tương tự, quá trình sản xuất axit photphoric gồm 5 thời kỳ như sau:

- Thời kỳ 1 : Chuẩn bị bùn quặng

Quặng phốt phát được đưa tới hố bùn quặng qua cân cấp lượng ko đổi. Trong hố quặng phốt phát được trộn với nước để chuẩn bị bùn quặng với nồng độ sắp 40% trọng lượng.

- Thời kỳ 2 : Phân huỷ

Bùn quặng phốt phát được cấp vào thiết bị trộn sơ bộ và bị phân huỷ một phần bằng axít sunfuric được pha loãng từ (98% tới 70 - 80% trọng lượng) và axít photphoric lấy ra từ thời kỳ lọc.

Bùn phốt phát trên và hỗn hợp axít được chuyển tới thiết bị phân huỷ photphat để tạo thànhaxit photphoric.

Điều khiển nhiệt độ bằng cách thổi ko khí trên bề mặt bùn qua một số ống và giữ nhiệt khoảng 85-9000C, sở hữu khoảng 80% photphat được phân huỷ.

- Thời kỳ 3 : Kết tinh

Ra khỏi thiết bị cuối cùng, bùn nóng được đưa khỏi thiết bị kết tinh liên tục qua máng chảy tràn trong thiết bị kết tinh được làm nguội giữ ở nhiệt độ 55 -600C bằng cách thổi ko khí để đạt nhiệt độ bùn tối ưu cho kết tinh và hidrat hoá gíp ngậm ½ H2O chuyển thành gíp ngậm 2H2O.

Cuối cùng thu được axít photphoric chứa 28 - 30% P2O5 và gíp ngậm 2H2O sở hữu chất lượng mong muốn.

-Thời kỳ 4 : Lọc

Ra khỏi thiết bị kết tinh, bùn được bơm đi lọc gồm 3 bậc lọc để tách bùn ra khỏi axít photphoric lẫn gíp.

Axít sản phẩm là nước lọc Một của bậc lọc thứ Một được chứa trong thùng và chuyển tới thời kỳ cô đặc. Nước lọc Hai của bậc lọc lần Hai là axít nồng độ trung bình được chuyển tới thời kỳ phân huỷ được gọi là axít tuần hoàn. Sau lúc điều chỉnh nồng độ P2O5bằng cách thêm vào Một lượng nhỏ của nước lọc lần 1.

Nước lọc 3 từ bậc lọc thứ 3 được sử dụng làm nước rửa cho bậc lọc 2. Nước lọc 4 được sử dụng làm nước rửa cho bậc lọc 3. Bã gíp ướt được chuyển tới bãi chất đống gíp ở bên ngoài băng tải.

- Thời kỳ 5 : Cô đặc axít

Thiết bị sở hữu Hai cụm cô đặc gồm buồng bốc khá, bơm tuần hoàn cho buồng bốc khá, phòng ban gia nhiệt và máy tạo chân ko.

Axít tuần hoàn được gia nhiệt lúc nó qua những ống của phòng ban gia nhiệt và nước trong axít được bay khá trong buồng bốc khá.

Nguồn nhiệt phân phối cho phòng ban gia nhiệt là khá nước áp suất thấp buồng bốc khá duy trì chân ko nhờ hệ thống tạo chân ko. Khí flo bay khá trong lúc cô đặc được thu hồi ở dạng dung dịch 20% H2SiF6(theo trọng lượng) bằng tháp rửa khí flo.

Sơ đồ dây chuyền khoa học sản xuất a xít Phôtphoric

Quá trình sản xuất axit photphoric sẽ phát sinh chất thải gồm khí thải và chất thải rắn. Khí thải chủ yếu là HF và SiF4 (trong khí thải thu được từ phản ứng giữaH2SO4với quặng apatít để tạo H3PO4). Chất thải rắn là gyps (CaSO4.2H2O).

- Vật liệu sử dụng: quặng apatit 32% P2O5 (tính trên cơ sơ khô).

- Sản phẩm đầu ra: acid H3PO4 52% P2O5. Thành phần chất thải: là bã gíp với thành phần chính là thạch cao: CaSO4 .2H2O. Chất thải khí: Hàm lượng Flo≤ 5mg/Nm3; bụi≤ 49mg/Nm3.

Sản xuất photphoric theo phương pháp khô:

Vật liệu sử dụng để sản xuấtaxit photphoricgồm photpho, ko khí và nước. Quá trình sản xuất gồm những bước sau:

- Bước 1: Quá trình cháy.

- Bước 2: Quá trình hydrat hóa.

- Bước 3: Quá trình tinh luyện và lưu trữ.

Vật liệu được đưa vào thiết bị phản ứng, trong quá trình đốt, chất lỏng nhân tố phốt pho được đốt cháy (oxy hóa), trong ko khí xung quanh trong buồng đốt ở nhiệt độ 1650 – 27600C (3000 – 50000F) để tạo thành phốt pho pentôxít. Photpho sau đó chuyển qua thuyết bị hấp thụ để ngậm nước, pha loãng H3PO4. Cuối cùng, loại bỏ phosphoric acid sương mù từ dòng khí đốt trước lúc thải vào ko khí, thực hiện với áp suất thấp và cô đặc axit photphoric lưu trữ hay để pha chế sản xuất những sản phẩm khác.

P4 + 5O2 → 2P2O5

2P2O5 + 6H2O → 4H3PO4

Nồng độH3PO4sản xuất từ quá trình nhiệt thông thường khoảng từ 75 tới 85 phần trăm. Điều này sở hữu nồng độ cao là cần thiết cho sản xuất hóa chất cao cấp và những sản phẩm sản xuất. Hiệu quả những nhà máy thu hồi khoảng 99,9 phần trăm của những nhân tố phốt pho cháy như axit photphoric.

Sơ đồ thứ tự sản xuất axit photphoric bằng phương pháp khô

4.Ứng dụng:

Axit photphoricđậm đặc, sở hữu thể chứa tới 70% - 75% P2O5 là rất quan yếu đối với ngành nông nghiệp do nó được sử dụng để sản xuất phân bón. Nhu cầu toàn cầu về phân bón đã dẫn tới sự tăng trưởng đáng kể trong sản xuất phốtphat (PO43-) trong nửa sau của thế kỷ 20…

Chuyên mục: Tri thức thú vị

Leave a Comment

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *