CS205849B1 - Spósob kontinuálně] pripravy taveniny kondenzovaných fosforečnanov amónnych a zariadenie na prevádzanie tohoto spósobu - Google Patents

Description

Predmetom vynálezu je spósob kontinuálně] pripravy taveniny kondenzovaných fosforečnanov a zariadenie na prevádzanie tohoto spósobu.

Tavenina kondenzovaných fosforečnanov amonných, obsahujúca zmes NH₄H₂PO₄ a (NH₄)_mH(„₊₂)__OTP„O₃„₊i, kde zzž2 a mán+2, je základnou východiskovou látkou pre přípravu čirých alebo suspenzných kvapalných hnojiv.

V súčasnosti sú známe viaceré spósoby jej pripravy. Najprepracovanejšie a najrozšírenejšie sú spósoby, ktorých základom je atmosférická, alebo tlaková neutralizácia fosforečných kyselin róznej koncentrácie a čistoty amoniakom.

Pre výrobu taveniny kondenzovaných fosforečnanov amónnych sa používajú najróznejšie typy reaktorov, hlavně reaktorov trubkovej konštrukcie, z ktorých najrožšírenejšie sú tzv. T-reaktory. Tieto reaktory sú chráněné celým radom patentov, například USA pat. č. 2985 513, 3382059, 3 464808, 3 502441, Franc, pat, č. 1493 803, Juhoafrický pat. č. 67/5806, DAS 1909438, ĎAS 2114055, DAS 2308716, Švédsky pat, č. 366012, Čs. a. o. 180802. ZT-reaktorov uvádzaných v odbornej literatúre je najznámejší Swiftov reaktor.

Rózne modifikované trubkové reaktory uvádzajú tiež tieto publikácie: Chem. Eng. 21 (8), 60 (1972), Agric. Chem. 28 (2), 12 (1973), Fert. Solns. 17 (2), 44 (1973), ISMA, Praha (1974); Meline R.S.: „Production of High Polyphosphate Liquid Fertilizer by the Pipe-Reactor Process“, Phosphor and Potass 90, 25 (1977), Chem. prům. 28/53, (5) 229 (1978).

I keď uvedené typy trubkových reaktorov znamenajú podstatný pokrok vo vývoji zariadenia ha výrobu taveniny kondenzovaných fosforečnanov amónnych, majú určité nevýhody, z ktorých možno uviesť predovšetkým tieto:

i- neumožňujú spracovanie značné znečistěných extrakčných fosforečných kyselin, kedže ich j spracovávanie je nevyhnutné spojené s pěněním reakčnej zmesi v dósledku obsahu orgai nických látok a tiežs tvorbou nápekov, zužujúčich světlost’ reaktorov a ovplyvňujúcich j tak negativné hydrodynamiku procesu,

2.....

_________________________________________________________________________' ” ' __________7 205 849 — vyžadujú dávkovanie kyseliny fosforečnej pod tlakom a tým kladů zvýšené nároky ná koróznu odolnosť žariadení používaných na dávkovanie horúcej kyseliny fosforečnej, — neumožňujú racionálně využitie neutralizačného tepla z hfadiska priebehu molekulárnej dehydratácie, — obvykle kladů zvýšené nároky na obsluhu a nie sú zárukou dosahovania potrebnej pre?

vádzkovej istoty zariadenia, __ .............

: — obyčajne neumožňujú kompaktně a ucelené konštrukčné riešenie výrobnej jednotky a niektoré z nich kladů značné nároky na priestor potřebný pre situovanie jednotlivých strojnotechnologických častí zariadenia.

Všetky uvedené nevýhody sú v podstatnej miere odstránené spósobom výroby a zariadením • podfa vynálezu.

Spósob kontinuálnej přípravy taveniny kondenzovaných fosforečnánov amónnych podfa vynálezu reakciou kyseliny fosforečnej alebo roztoku dihydrogénfosforečnanu amónneho v kyselině fosforečnej s plynným amoniakom spočívá v tom, že reakčná zmes obsahujúca fosforečnany á kondenzované fosforečnany sa mimo prostredia, v ktorom prebieha heutralizácia, ďalej podrobí následnéj prehlbenej kontinuálnej termickéj molekulárnej dehydratácii v tenkej vrstvě, ktorá prebieha za využitia uvofneného neutralizačného tepla.

j Ukázalo sa, že je obzvlášť výhodné, ak reákcia medzi kvapalnou kyslo reagujúcou zložkou I obsahujúcou fosfor a plynným amoniakom sa uskutočňuje spósobom, ktorý je predmetom čsl. přihlášky vynálezu č. 8809—78.

Uvedený spósob kontinuálnej přípravy taveniny kondenzovaných fosforečnánov amónnych reakciou fosforečnej kyseliny, neobsahujúcej alebo obsahujúcej NHj-soli, s plynným amoniakom, možno s výhodou prevádzať na žariadení podfa vynálezu.

Kontunuálna příprava taveniny kondenzovaných fosforečnánov amónnych podfa vynálezu sa robí na žariadení, ktoré pozostáva z vertikálneho prietokového reaktora opatřeného prívodmi ústiacimi v jeho spodnej časti a jedným alebo viacerými vývodmi v jeho hornej . časti, pričom sa vyznačuje tým, že teleso reaktora 1 je na vonkajšej stene po jej obvode opatřené přerušovanými alebo súvislými vodorovnými žliabkami 2 a/alebo je opatřené zostupňým súvisíým žliabkom v tvare závitnice 3.

Jedno z možných riešení zariadenia v zmysle vynálezu je schématicky znázorněné na óbr. 1.

Do vertikálně situovaného prietokového reaktora kontinuálně natéká ces bočný přívod umiestnený v jeho spodnej časti horúca kyselina fosforečná lebo horúci roztok hydrogénfosforečnanov amónnych v tejto kyselině 10. V priestore nad ústím — vtokom kvapalnej ί reakčnej zložky obsahujúcej kyselinu fosforečný dochádza k jej styku s plynným amoniakom; { 11, ktorý sa do tejto časti reaktora závádza zostupne (smerom zhora nadol) súosové umiestnenou prívodnou trubicou.

Reakciou plynného amoniaku s kvapalnou reakčnou zložkou obsahujúcou kyselinu fosfo rečnú dochádza k uvofneniu neutralizačného tepla, ktorým sa reakčná zmes a tedy i celé teleso reaktora 1 opatřené po obvode na vonkajšej straně přerušovanými alebo súvislými vodorovnými žliabkami 2 a/alebo zhora nadol klesajúcim súvisíým žliabkom v tvare zostupnej závitnice 3, zohreje na teplotu vyššiu než 200 °C. Kedže reakčná zmes vo vnútri telesa reaktora pozostáva z kvapalnej fázy — taveniny kondenzovaných fosforečnánov amónnych : a plynnej fázy tvorenej prehriatou zmesou amoniaku a uvofnenej vodnej páry, ktorý kvapalnú fázu nadfahčuje, je jej měrná hmotnost podstatné nižšia než měrná hmotnost privádzanej kvapalnej zložky obsahujúcej kyselinu fosforečnú. Tento rozdiel. v měrných hmotnostiach umožňuje vol’ný nátok kvapalnej reakčnej zložky obsahujúcej kyselinu fosforečnú do reakčného priestoru telesa reaktora a tiež vofný vzostupný tok (zdola nahor) reakčnej zmesi reakčným príestorom.

Reakčná zmes 12 tvořená taveninou kondenzovaných fosforečnánov amónnych, vodnou parou a prebytočným amoniakom kontinuálně vytéká vývodmi umiestnenými po obvode ί v hornej časti telesa reaktoru 1 a stéká po vonkajšej horúcej stene reaktora vo formě tenkej vrstvy resp. filmu taveniny přerušovanými alebo súvislými vodorovnými žliabkami 2 a/alebo

I zhora nadol mierne klesajúcim žliabkom v tvare zostupnej závitnice 3 pričom dochádza

........................ j________________ ___________ _ _ 205 849 k ďaíšiemu prehlbeniu termickej molekulárně] dehydratácie taveniny za využitia uvolněného neutralizačného tepla.

Spósob výroby taveniny polykondenzovaných fosforečnanov a zariadeňie na prevádzanie tohoto spósobu výroby podl’a vynálezu možno s výhodou využit’ pre kontinuálnu výrobu koncentrovaných kvapalných NP-hnojív, pričom možno dosahovat relativné vysokých stupňov premien PO^na (P„O₃„₊₁)⁽ⁿ⁺²⁾“. V případe využitia spósobom podTa vynálezu pripravenej taveniny kondenzovaných fosforečnanov amónnych 12 pre kontinuálnu výrobu NP-roztokov 13 je možné využit například zostavu zariadení schématicky znázorněná na obr. 2, pozostávajúcu z vertikálneho reaktora podlá vynálezu 1, zásobníka na rozpúšťanie taveniny 4, z chladiča výparňíka na splyňovanie kvapalného amoniaku 5, kondenzátora — absorbéra 6, chladiča 7 a z cirkulačných čerpadiel 8 a 9.

Spósob přípravy kondenzovaných fosforečnanov amónnych a zariadeňie na prevádzanie tohoto spósobu výroby podfa vynálezu má rad předností:

— spósob výroby a zariadeňie umožňuje pripravu taveniny kondenzovaných fosforečnanov amónnych vyznačujúcich sa vysokým obsahom fosforu viazaného v kondenzovanej formě, vhodnéj pre výrobu koncentrovaných kvapalných hnojív, — umožňuje velmi racionálně využitie tepla uvolňujúceho sa pri reakcii kyseliny fosforečnej s amoniakom, — spósob výroby a zariadeňie sa vyznačuje velkou prevádzkovou istotou a kladie minimálně nároky na obsluhu, — zaradenie umožňuje spracovanie fosfor obsahujúcich kvapalných surovin róznej čistoty a koncentrácie pohybujúcej sa v širokom rozmedzí obsahu P₂O₅, — zariadeňie pracuje s minimálnymi požiadavkami na spotřebu energie pri dávkovaní kvapalnej reakčnej zložky, — zariadeňie je jednoduché a nemá točivé súčasti, — zariadeňie umožňuje kompaktně konstrukčně riešenie reakčného uzla pri minimálnych požiadavkach na priestor potřebný na situovanie jednotlivých častí zariadenia.

Ďalej uvedený příklad objasňuje, ale v žiadnom případe neobmedzuje predmet vynálezu.

PŘÍKLAD

Počas viachodinového poloprevádzkového pokusu výroby taveniny kondenzovaných fosforečnanov amónnych s jej následným spracovaním na NP-roztok sa použil vertikálny válcový reaktor, zhotovený z materiálu inertného voči horúcej kyselině fosforečnej a horúcej tavenine kondenzovaných fosforečnanov amónnych, charakterizovaný nasledovnými parametrami:

— dlzka (výška) telesa reaktora 500 mm — vnútorný priemer telesa reaktora 90 mm

Po obvode vonkajšej steny telesa reaktora bol vyfrézovaný žliabok v tvare nerovnoramenného trojuholníka, ktorého dlhšiu odvěsnu tvoří vonkajšia stená telesa reaktora. Žliabok vytváral nepřerušovaná závitnicu vinúcu sa pod miernym sklonom zhora nadol, prakticky kryjúc celý povrch vonkajšej steny telesa reaktora o približnej dížke 3,5 m.

V hornej časti po obvode bolo teleso reaktora opatřené štyrmi symetricky rozmiestnenými otvormi pre vývod reakčnej zmesi, pričom prvý závit už v spomínanej žliabkovej závitnice bol situovaný pod týmito vývodmi. Celé teleso reaktora bolo uložené v plynotesnom a dokonale tepelne izolovanom válci (obr. 1.), ktorý svojou spodnou časťou bol spojený so zásobníkom na rozpúšťanie taveniny (obr. 1 a 2), takže reaktor 1 a zásobník 4 tvořili kompaktný celok.

Ako fosforečná surovina bola používaná komerčná extrakčná kyselina fosforečná Specifikovaná týmto zložením:

— celkový obsah fosforu /stanovený spektrofotometricky): 59,4 % P₂O₅ ' — acidita kyseliny vyjádřená ako obsah fosforečnej zložky: 54,5 % P₂O₅ i — celkový obsah železa: 0,27 % Fe — celkový obsah hliníka: 0,25 °/o Al — celkový obsah horčíka: 0,58 % Mg — celkový obsah fluóru: 0,34 % F

205 849;

Kyselina bola dávkovaná dávkovacím čerpadlom v množstve cca 80 kg H₃PO₄h^_1 do atmosférické] odparky, odkial’ voTne natékala zavzdušnenou potrubnou trasou do spodnej časti i reaktora cez kvapalinový uzávěr.

í Plynný amoniak bol dávkovaný z výparníka, vyhrievaného čirkulujúcim NP-roztokom, cež sústavu prietokomerov v priemernom množstve 17,8 kg NH₃h^_1 prívodnou trubicou prechádzajúcou stredom reaktorového telesa zhora nadol a ústiacou na dno reaktora. Reakciou zahustenej kyseliny fosforečnej o koncentrácii 61—62 % P₂O₅ a teplote 135 až 145 °C s plynným amoniakom predohriatým uvolněným reakčným teplom sa reakčná zmes teda i teleso reaktora vyhriali na teplotu 250 až 270 °C.

Reakčná zmes v dósledku rozdielu medzi jej měrnou hmotnosťou a měrnou hmotnosťou spracovávanej kyseliny kinetickou energiou plynnej fážy, pozostávajúcej z prehriatej zmesi vodnej páry a amoniaku, vofne vzostupne přetékala telesom reaktora a za súčasného odlučovania plynnej fázy vytékala cez štyri vývodové otvory do žliabku závitnice, ktorou bola v tenkej vrstvě zostupne vedená po obvode horúcej vonkajšej steny telesa reaktora.

V dósledku těsného kontaktu taveniny v tenkej vrstvě s horúcou stěnou reaktora dochádzalo k zintenzívneniu priebehu molekulárnej dehydratácie, pričom toto usporiadanie vytváralo obzvlášť vhodné podmienky pre desorbciu dehydratáciou uvofnenej molekulárně viazanej vody z taveniny (velký povrch, priaznivý vplyv mierneho podtlaku vytváraného koncovým ventilátorom za absorbčnou kolonou).

Z konca závitnice stékala tavenina kondenzovaných fosforečnanov na vonkajší povrch mierne zaobleného dna reaktora a odtial’ do kotlá, v ktorom sa kontinuálně rozpúšťala za vzniku kvapalného dusíkato-fosforečného hnojivá.

O priaznivom vplyve zariadenia podfa vynálezu svedčia výsledky analýz odobratých vzoriek z miesta výtoku taveniny na začiatok žliabkovej závitnice (vzorka 1) a z konca žliabkovej závitnice (vzorka 2):

vzorka č. 2 10,8

65.2 P₂O₅ celk.

25.3 P2O5

39,9 P₂O₅

61,2 vzorka č. 1 11,4

64,1 P₂O₅ celk. 28, 9 P₂O₅

35,2 P₂O₅

54,9

3(4)

Celkový obsah N (hmot. %)

Celkový obsah P (hmot. %)

Obsah P viazaného vo formě PO₄“(hmot. %)

Obsah P viazaného vo formě (P„O_3nl)^{( +2)}-(hmot. °/o) : Konverzia — % P₂O₅ vo formě i (P„O₃„₊i)^{( +2)_} z celk. P₂O₅ (hmot. %) ; Maximálny kondenzačný stupeň n

Priechodom taveniny cez žliabkovú závitnicu sa dosiahlo absolútneho zvýšenia konverzie o 6,3 °/o.

Claims (2)

PREDMET VYNÁLEZU

1. Spósob kontinuálnej přípravy taveniny kondenzovaných fosforečnanov amónnych reakciou kyseliny fosforečnej alebo roztoku dihydrogénfosforečnanov amónnych v kyselině fosforečnej s plynným amoniakom, vyznačujúci sa tým, že reakčná zmes obsahujúca kondenzo₇ váné fosforečnany sa mimo prostredia, v ktorom prebieha neutralizačná reakcia, ďalej podrobí následnej kontinuálnej termickej dehydratácii v tenkej vrstvě pósobením tepla uvolněného reakciou kyseliny fosforečnej albo roztoku dihydrogénfosforečnanov amónnych v kyselině fosforečnej s plynným amoniakom.

2! Zariadenie na kontinuálnu přípravu- taveniny kondenzovaných fosforečnanov amónnych spósobom podfa bodu 1, pozostávajúce z vertikálneho prietočného reaktora opatřeného prívodmi ústiacimi v jeho spodnej časti a jedným alebo viacerými vývodmi v hornej časti telesa reaktora, vyznačujúce sa tým, že teleso reaktora (1) je na vonkajšej straně po obvode opatřené přerušovanými alebo súvislými vodorovnými žliabkami (2) a/alebo je opatřené zhora nadol klesajúcim žliabkom v tvare závitnice (3).