Термический способ получения фосфорной кислоты. Физико-химические основы процесса

Лекция №10

Термический способ получения фосфорной кислоты. Физико-химические основы процесса.

Термический способ получения Н₃РО₄ основывается на окисление элементного фосфора в избытке воздуха с последующей гидратацией и абсорбцией образующегося декаоксида тетрафосфора Р₄О₁₀, конденсация фосфорной кислоты и улавливание тумана из газовой фазы.

Сырьем для производства ТФК является желтый фосфор Р₄.

Свойства фосфорной кислоты.

Чистая фосфорная кислота имеет ρ=1980кг/м³   t_пл=42,6°C

По ГОСТ 10678-63 (80) ТФК (техническая) 1 и 2 сортов содержит не менее 70% Н₃РО₄

ГОСТ 10678-63 (80) пищевая ТФК содержит не менее 70% Н₃РО₄

Рекомендуемые материалы

ГОСТ 6552-80- реактивная ТФК 85-87% Н₃РО₄

ТФК выпускается различных марках «Ч», «ЧДА»,  «ОСЧ», пищевая.

ТФК, РТФК, Ч, ЧДА, ХЧ, ОСЧ. (увеличение чистоты).

 1. стадия

На практике возгонку фосфора осуществляют с введением в шихту кремнезема в качестве флюса.

Са₃(РО₄)₂ +5С +2SiO₂ →P₂ +5CO+Ca₃Si₂O₇ - Q

Т=1000-1200°С, τ=1ч

2.стадия

P₄O₁₀ получают окислением элементного фосфора в виде капель или пленки. Степень окисления Р₄ определяется температурой в зоне окисления, диффузией компонентов и другими факторами.

Если сжигать фосфор в стехиометрическом количестве, то температура горения доходит до 2000°С, для понижения температуры пламени берут воздух разбавления. Коэффициент избытка воздуха в зависимости от состава технического фосфора составляет а =1,5-2,3

3 стадия.

Получение ТФК гидратацией Р₄О₁₀ осуществляется абсорбцией кислотой или водой, либо взаимодействием паров Р₄О₁₀ с парами воды. Ортофосфорная кислота образуется через множество промежуточных стадий.

Это связано с тем, что Н₃РО₄ способна конденсироваться с образованием кислот, с содержанием воды меньше, чем в Н₃РО₄, кроме того способна полимеризоваться.

nP₄O₁₀ +2nH₂О=4(HP0₃)_n → 700°С

4(НРО₃)n +2nH₂O→2nH₄P₂O₇ →450°C (пиро. ди.)

2nH₄P₂O₇+2nН₂О →4nН₃РО₄→ниже 230°С

    P₄O₁₀ +6H₂О→4Н₃РО₄

Способы производства ТФК

ТФК можно получить двумя способами

1 .одноступенчатым

     2. двухступенчатым

Первый способ основан на использовании отходящих из печи фосфорсодержащих газов (без предварительной конденсации паров фосфора с гидратацией образующегося  P₄O₁₀)

Печные газы содержат 25% Р₄ и 75% СО с примесями О₂, Н₂О, N₂ и т.д.

Двухстадийный способ. При этом конденсируют фосфор из газа фосфорной печи, а затем перерабатывают его в ТФК.

Вместо печных газов применяется фосфор.

Недостаток -жесткая зависимость времени ТФК от времени производства фосфора.

В зависимости от принципа охлаждения газов существует 3 способа производства ТФК:

1 .Испарительный

2.Циркуляционно-испарительный.

3 .Теплообменно-испарительный.

Испарительные системы основаны на отводе теплоты при испарении или разбавлении фосфорной кислоты. Однако из-за относительно большого объема отходящих газов считается, что использовать такие системы целесообразно в установках небольшой единичной мощности.

Использование циркуляционных систем позволяет совместить в одном аппарате стадии сжигания Р₄, охлаждение газовой фазы циркулирующей кислотой и гидратацией P₄O₁₀.

Преимуществом системы является отсутствие контуров циркуляции кислоты с насосно-холодильным оборудованием.

В настоящее время на заводах эксплуатируются технологические схемы с циркуляционно-испарительным способом охлаждения (двух башенная система) отличающаяся наличием дополнительной башни для охлаждения газа.

Стадии получения ТФК.

1.  Хранение и транспортировка фосфора.

2.  Сжигание и гидратация Р₄.

3.  Охлаждение газа и гидратация P₄O₁₀.

4.  Очистка газов.

В настоящее время для возгонки фосфора применяются электрические печи с графитовыми электродами, погруженными в шихту. Нагревание происходит от пламени электрической дуги, возникающей между электродами и за счет сопротивления самой шихты. Возгонка Р₄ осуществляется в трехфазовых печах работающих на переменном токе. Мощность современных печей 50-100тыс кВт.

Вам также может быть полезна лекция "Приемы психологического присоединения к партнеру по общению".

Контрольные вопросы:

1. Физико-химические основы процесса термического способа получения фосфорной кислоты.

2. Свойства фосфорной кислоты.

3. Способы производства ТФК.

4. Стадии получения ТФК.