2.2.2. Вспомогательное сырье

Вода.

Химическая промышленность использует воду в огромных количествах и для самых ранообразных целей. Это объясняется комплексом ценных свойств воды, ее доступностью и удобствами применения. На заводах воду используют в основном для охлаждения жидкостей и газов. Сравнительно меньше ее расходуют на чисто технологические нужды, например ,для приготовления пушонки. Воду используют также для питания паровых котлов, производящих пар для отгонки газов в отделении дистилляции, для паровых машин, если они имеются на заводе, и отопления помещений. Расход воды на 1 т соды в летнее время достигает 150 м3.

Качество воды характеризуется содержанием растворенных в ней солей и газов. Особое внимание уделяется так называемым солям жесткости, т.е. солям кальция и магния, которые всегда содержатся в природных наземных и подземных источниках воды.

Различают временную и постоянную жесткость воды. Первая обуслов­ливается растворенными в воде бикарбонатами Са(НСОэ)2 и Mg(HC03)2, которые при нагревании воды до температуры кипения разлагаются с выделением в осадок карбонатных солей, например:

Са(НСО3) 2 -* СаСОз + СO2 + Н2O (2.2.2.1)

Соли постоянной жесткости — СаС12, CaS04 и др. — при нагревании из воды не удаляются. Они выделяются в осадок при испарении воды, образуя на стенках аппаратов трудно удаляемую плотную накипь. Жест­кую воду можно использовать только в тех случаях, когда условия ее применения не вызывают выделения твердых осадков, например в холо­дильниках, где охлаждающая вода не нагревается до температуры, способствующей устранению временной жесткости. В котельных установках, где вода не только нагревается, но и испаряется, недопустима не только временная, но и постоянная жесткость. Поэтому воду для них предвари­тельно очищают от солей кальция и магния химическим способом на специальных установках. На заводах, расходующих большие количества воды, используют "оборотную воду", получаемую охлаждением уже использованной нагретой воды в специальных установках — градирнях, брызгальных бассейнах и т.п.

2.3. Физико-химические характеристики основных стадий процесса.

2.3.1. Основы процесса нейтрализации фосфорной кислоты

В основе производства аммофоса лежит процесс нейтрализации фосфорной кислоты жидким аммиаком (под давлением 1,5 ат), который вводится в реактор одновременно с фосфорной кислотой. При этом протекают следующие реакции:

NH3 + H2PO4 → NH4H2PO4 (2.3.1.1)

2NH3 + H3PO4 → (NH4)2HPO4 (2.3.1.2)

Режим процесса нейтрализации выбирают так, чтобы обеспечить получение достаточно подвижной и способной к перекачиванию по трубопроводам аммофосной пульпы. Вязкость пульпы зависит от концентрации используемой фосфорной кислоты и конструкций аппаратуры.

На основе разбавленной экстракционной кислоты:

с сушкой пульпы в распылительной сушилке;

с упариванием пульпы в вакуум-выпарных аппаратах и сушкой в аппарате 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 БГСХ.

При нейтрализации экстракционной фосфорной кислоты выделяются в осадок примеси. Для получения более чистого продукта из экстракционной фосфорной кислоты процесс нейтрализации можно вести в две стадии.

Соотношение моно- и диаммонийфосфата в готовом удобрении обычно составляет 4:1. В случа применения экстракционной фосфорной кислоты при производстве аммофоса протекает ряд побочных процессов, обусловленных наличием в кислоте соединений магния (из фосфоритов Каратау), кальция, железа и алюминия, и приводящих к образованию дисолей .

2.4. Реакторы

Одним из основных элементов любой технологической схемы является химический реактор. Химическим реактором называется аппарат, в котором осуществляются химико-технологические процессы, сочетающие химические реакции с массопереносом (диффузией).

2.4.1 Аппарат для нейтрилизации фосфорной кислоты аммиаком

Скоростной аммонизатор – испаритель ( САИ )

Скоростной аммонизатор-испаритель состоит из циркуляционного контура, включающего реакционную камеру и циркуляционную трубу, соединенных центробежным сепаратором. Интенсивное перемешивание пульпы в САИ обеспечивается без использования механических устройств за счет энергии химической. Процесс аммонизации кислот протекает следующим образом. В нижнюю часть реакционной камеры через специальную форсунку под давлением 500—600 кПа вводят аммиак (газообразный или жидкий). Одновременно в циркуляционный контур подают требуемое количество кислоты. Взаимодействие аммиака с кислотой идет в реакционной камере. При этом за счет тепла химической реакции происходит нагрев образующейся пульпы до температуры кипения и образование значительного количества паровой фазы. За счет разности плотностей парожид-костной смеси в реакционной камере и жидкости в циркуляционной трубе в аппарате возникает интенсивная циркуляция, способствующая поглощению аммиака, выравниванию температур и концентраций по всему контуру аппарата. Парожидкостная смесь из реакционной камеры тангенциально поступает в сепаратор, где паровая и жидкая фазы разделяются. Паровая фаза удаляется через верхний штуцер и поступает на конденсацию, а жидкая по циркуляционной трубе возвращается в реакционную камеру. Избыток пульпы из аппарата через переток отводят на дальнейшую переработку.

2.4.2 Барабанный гранулятор – сушилка ( БГС )

Барабанный гранулятор-сушилка (БГС) предназначен для гранулирования и сушки, а также в зависимости от конструкции для классификации и охлаждения продукта. БГС представляет собой наклоненный в сторону выгрузки барабан, опирающийся бандажами на две опорные станции, одна из которых опорно-упорная, и вращающийся со скоростью 3- 5 об/мин (промышленные аппараты). Привод осуществляется от электродвигателя через редуктор и открытую зубчатую передачу. Барабан снабжен загрузочной и разгрузочной камерами, для герметизации которых предусмотрено ленточное или секторное уплотнение. Во избежание пыления и для устойчивой работы топок аппарат работает под разрежением 10-50 Па на входе.

Загрузочная камера имеет патрубки для подвода теплоносителя, ввода внешнего рецикла, чистки камеры. На передней стенке установлены пневматические форсунки, смотровое окно и элементы освещения. Равномерное по сечению барабана распределение теплоносителя достигается расположением газоввода по оси барабана с установкой направляющей лопатки, делящей поток на две части. Применяют также тангенциальный ввод теплоносителя с распределением его направляющими лопатками. В обоих случаях форсунка пульпы расположена вдоль оси барабана. Подвод сушильного агента с передней стенки загрузочной камеры ниже центральной оси барабана может привести к локальному перегреву стенок и материала, а также к ухудшению тепло- и массообмена в головной части аппарата. В процессе гранулообразования определяющей является работа форсунки, распыливающей пульпу. Применяемые конструкции форсунок внутреннего смешения с завихрителями потоков различаются местом ввода сжатого воздуха (по внутренней или внешней трубке). способами регулирования дисперсности распыла и чистки жидкостного канала. Для диспергирования пульп обычно используют холодный сжатый воздух при давлении 0,2-0,4 МПа, расход воздуха составляет 60-70 м3/м3 жидкости.