CS210335B1 - Method of continuous preparation of the polycondensed ammonium phosphates and device for executing the same - Google Patents

Description

210335 (11) (Bl) ČeskoslovenskasocialistickáREPUBLIKA< 1» )

POPIS VYNÁLEZU

K AUTORSKÉMU OSVEDČENIU

(22) Přihlášené 22 12 78(21) (PV 8809-78) (51) Int. Cl.3 C 05 B 7/00 (40) Zverejnené 29 05 81 ÚftAD pro vynálezy (45) Vydané 15 06 83

A OBJEVY (75)

Autor vynálezu TEREN JÁN ing., HUTÁR EDUARD ing., NÁDVORNÍK RÓBERT ing. CSc.

a JUHÁS MILAN ing., BRATISLAVA (54) Spdsob kontinuálnej přípravy taveniny polykondenzovaných fosforečnanovamónnych a zariadenie na prevádzanie tohto sposobu

Predmetom vynálezu je sposob kontinuálnej přípravy taveniny polykondenzovaných fosforeč-nanov amónnych a zariadenie na prevádzanie tohto sposobu.

Tavenina kondenzovaných fosforečnanov amónnych sumárneho vzorca:

Η/ n+2/ -ιη^ηθ3η+1 je jednou zo základných východiskových látok pre přípravu koncentrovaných kvapalných hnojívčirých i suspenzných. V súčasnosti sú známe viaceré sposoby přípravy taveniny kondenzovaných fosforečnanov amónnych. Najpřepracovanéjšie a najrozšírenejšie sú sposoby, základom ktorých je atmosferická, alebo tlaková neutralizácia fosforečných kyselin róznej koncentrácie a čistoty araoniakorá.

Pre výrobu taveniny kondenzovaných fosforečnanov sa pouzívajú najroznejšíe typy reakto-rov, najma reaktorov trubkovej konstrukcie, z ktorých najrozšírenejšie sú tzv. T-reaktory. Tieto reaktory sú chráněné celým radom patentov například USA pat. č. 2 985 513, 3 382 059, 3 464 808, 3 502 441; franc. pat. č. 1 493 803; juhoafrický pat. Č. 67/5806; DOS 1 909 438, DOS 2 114 055, DOS 2 308 716; švéd. pat. Č. 366 012; čs. autorské osvědčení 180 802. Z T-reaktorov uvádzaných v odbornej literatuře je najznáraejší Swiftov reaktor. Rózne modifikované trubkové reaktory uvádzajú tiež publikácie 210335 210335 2

Chem. Engíneering /8/, 60, 2 1 , /1 972/

Agric. Chem. /2/, 12-16, 28, /1973/

Fert. Solutions /2/, 44-54, 17 , / 1973/

Meline R. S.: "Productíon of Hígh-Polyphosphate Liguid Fertilizer by the Pípě Reactor Pro-cese - XSMA, Praha 1974, Phosphorus and Potassium 90, 25“3O, /1977/

Chem. průmysl 28/53, 229-233, 5, /1978/.

Aj ked uvedené typy trubkových reaktorov znamenajú podstatný pokrok vo vývoji zariade-nia na výrobu taveniny kondenzovaných fosforečnanov amonných, majú určité nevýhody například: - neumožňujú spracovanie značné znečistěných extrakčných kyselin fosforečných, ktoré je spo-jené s pěněním reakčnej zmesi v dosledku obsahu organických látok; s tvorbou nánosov zužu-júcich prierez reaktorov a negativné ovplyvňujúcich hydrodynamiku a podobné; ** neefektívne využitie neu tr al izačného tepla, vzhladom na priebeh molekulárnej dehydratácie; - málo účinné miešanie reagujúcich zložiek /relativné nízká turbulencia toku/; - nutnost dávkovania kyseliny fosforečnej pod tlakom; zvýšené nároky na koróznu odolnost konštrukčných materiálov zariadenia pre dávkovanie ho-rúcej kyseliny fosforečnej; - nároky na obsluhu vyplývajúce z úrovně prevádzkovej istoty zariadenia a podobné.

Uvedené nevýhody sú v podstatnej miere odstránené spósobom výroby a zariadením podlá vy-nálezu.

Sposob kontinuálnej přípravy taveniny kondenzovaných fosforečnanov amonných podlá vyná-lezu, reakciou kyseliny fosforečnej o koncentrácii 50 až 70% P2°5 a CePl°te 50 a% 2$θ °c»alebo roztoku dihydrogénfosforečnanov amonných v kyselině fosforečnej s plynným amoniakomspočívá v tom, že plynný amoniak predohriaty před vstupom do reakčného prostredia teplom re-akčnej zmesi sa dávkuje v 10 až 15% přebytku voči množstvu amoniaku viazanému v taveninevo formě fosforečnanov a kondenzovaných fosforečnanov amonných. Měrná hmotnost kvapalnej reakčnej zložky obsahujúcej kyselinu fosforečné dávkovanej doreakčného prostredia je aspoň dvojnásobné vyššia než středná hodnota mernej hmotnosti hete-rogénnej reakčnej zmesi v reakčnej zmesi v reakčnom prostředí. Reakcia prebieha za miešaniacharakterizovaného hodnotou Reynoldsovho kritéria Re * 1,5 . 10^. Účinným turbulentným miešaním reagujúcich zložiek a reakčnej zmesi, ako aj plynulým vol-ným nátokom kvapalnej reakčnej zložky obsahujúcej kys-elinu fosforečná do reakčného prostre-día, sú vytvořené zvlášť výhodné podmienky pre simultánny priebeh neutralizácie kyseliny fos-forečnej a molekulárnej dehydratácie jej amonných solí vznikajúcich pri tejto neutra 1izáci i.

Uvedený sposob kontinuálnej výroby taveniny kondenzovaných fosforečnanov amonných re-akciou fosforečnej kyseliny neobsahujúcej, alebo obsahujúcej chemicky viazaný amoniak s plyn-ným amoniakom možno s výhodou prevádzat na zariadení podlá vynálezu.

Zariadenie na kontinuálnu přípravu taveniny kondenzovaných fosforečnanov amonných spó-sobom podlá vynálezu pozostáva z reaktora opatřeného prívodom a vývodom vyznačené tým, žereaktor 1 zviera s vodorovnou rovinou uhol alfa z intervalu 0°^ alf a<1 80° ,

Reaktor 1 je dalej opatřený prívodom 2_ prechádzajúcim telesom reaktora ústiacim vývo-dom 3 vo vnútri telesa reaktora J_. Poměr plochy vnútorného prierezu telesa reaktora j_ v raies-te vývodu 9 reaktora 1 k ploché vnútorného prierezu telesa reaktora «£ v mieste přívodu 10 — ” -2 w 2 reaktora _£ je rovný 5 . 10 az 5 . 10 .

Poměr účinnej dížky reakčného pásma k najužšiemu vnútornému prierezu telesa reaktora jerovný 1,2 až 95. Poměr vzdialeností přívodu 10 reaktora _I_ od miesta vývodu 9_ reaktorak vzdialeností vývodu 3 vo vnútri telesa reaktora od miesta vývodu 2 vo vnútri telesa reak-tora J_ od miesta vývodu 2 reaktora je rovný 0,5 až 1,5. 3 210335

Vzdialenost vývodu 3 vo vnútri telesa reaktora J, °ú raiesta vývodu 2 reaktora j® rovnánajmenej polovici účinnej dlžky reakčného pásma.

Zariadenie na kontinuálnu 'přípravu taveniny kondenzovaných fosforečnanov amonných podlávynálezu móže byť upravené tak, že vývod 3_ vo vnútri telesa reaktora £ m6ž,e byt od přívodu10 reaktora £ oddělený přepážkou 4 a/alebo přívod 10 reaktora χ je opatřený kvapalinovýmuzáverom _5 a dalej případné je reaktor J_ vo vnútri v celej účinnej dlžke alebo v jej častiopatřený výplňou 6 a/alebo vostavbou 7 a/alebo obsahuje statický miešač 53.

Do dokladné izolovaného telesa reaktora volné natéká cez přívod - vtok kvapalnej re-akČnej zložky 10 kyselina fosforečná 21 o koncentrácii 50 až 72% Ρ2θ5 a teplotě 50 až 290 °C,alebo horúci roztok hydrogénfosforečnanov amonných v kyselině fosforečnej, V priestore nad ústím - vtokom kvapalnej reakčnej zložky obsahujúcej kyselinu fosforeč-ná dochádza k jej styku s predohriatym plynným amoniakom 20, ktorý je do tejto časti reakto-ra zostupne /smerom zhora nadol/ zavádzaný prívodnou trubicou ji vedenou súosovo stredom re-akčného priestoru telesa reaktora, takže súčasne dochádza k predohriatiu plynného amoniakuteplom reakčnej zmesi,

Nežiadúcemu miešaniu kvapalnej reakčnej zložky obsahujúcej kyselinu fosforečná s plynnýmamoniakom mimo reakčného priestoru v prívodnom potrubí kvapalnej reakčnej zložky sa zabránialebo tak, že vývod plynného amoniaku 3 sa umiestní nad přívod - vtok kvapalnej reakčnej zlož-ka obsahujúcej kyselinu fosforečná, alebo vhodné riešenou a umiestnenou přepážkou £ a/alebotiež vhodné riešeným nátokom kvapalnej reakčnej zložky cez kvapalinový uzávěr 5^»

Reakciou plynného amoniaku s kvapalnou reakčnou zložkou obsahujúcou kyselinu fosforečnádochádza k uvolneniu neutralizačného tepla, ktorým sa reakČná zmes zohreje na teplotu vyš-šiu ako 200 °C.

Pri simultánně prebiehajúcej neu t ra 1 izác i i a molekulárnej dehydratácie sa uvolněným ne-utralizačním t.eplora odpaří chemicky neviazaná /volná/ a čiastočne i molekulárně viazaná vo-da, Vplyvom takto vzniklých vodných pár, ako aj vplyvom kinetickej energie plynného amoniakudávkovaného v 10 až 150% přebytku oproti množstvu, ktoré sa viaže pri tvorbě taveniny, dochád-za k intenzívnerau miešaniu reakčnej zraesi, kterého intenzitu možno charakterizovat hodnotouReynoldsovho kritéria Re = 1,5 , 10^·

Pretože objem reakčnej zmesi je prevažne tvořený prehriatou plynnou 2mesou vodnej párya prebytočného amoniaku, je jej měrná hmotnost podstatné nižšia, než měrná hmotnost privádza-nej kvapalnej zložky obsahujúcej kyselinu fosforečná.

Tento rozdiel měrných hmotností umožňuje volný nátok kvapalnej reakčnej zložky obsahujú-cej kyselinu fosforečná do reakčného priestoru telesa reaktora a tiež vzostupný tok /zdola--nahor/ reakčnej 2raesi týmto reakČným priestorom.

Reakčná zmes pozostávajúca z taveniny kondenzovaných fosforečnanov amonných, vodnej pá-ry a prebytočného amoniaku 22 sa kontinuálně odvádza prepadom reakčnej zmesi

Za účelom dosiahnutia potrebnej doby zadršania reakčnej zraesi v reakčnom priestore te-lesa reaktora _1_ pri podwienkach vhodných pre optimálny simultánny priebeh neutralizácie ky-seliny fosforečnej a molekulárnej dehydratácie jej amonných solí vznikajúcich pri neutraliza-ci! je vhodné, keď plocha vnútorného prierezu telesa reaktora v mieste přepadu reakčnej zme-si /Fi/ je váčšia, než plocha vnútorného prierezu telesa reaktora v mieste ústia - vtoku kva-palnej zložky obsahujúcej kyselinu fosforečná /Fo/. V zaujme ďaLšieho zvýšenia intenzity miešania a zváčšenia reakčného povrchu je výhodnéopatřit reakčný priestor telesa reaktora V výplňou _6 a/alebo vostavbou T_ a/alebo vhodné zvo- 210335 4 leným statickým miesacom 8. Sposob výroby taveniny polykondenzovaných fosforečnanov amonnýcha zariadenie na prevádzanie tohto sposobu výroby v zmysle vynálezu má rad předností: - sposob výroby a zariadenie sa vyznačuje velkou prevádzkovou istotou a je nenáročné na ob-s luhu uvedenie zariadenia do činnosti a jeho odstavenie je jednoduché a nie je potřebné robitžiadne přípravné opatrenia - zariadenie umožňuje spracovanie P^O^ °bsahujúcich kvapalných surovin roznej čistoty a kon-centrácie pohybujucej sa v Sirokom rozmedzí obsahu P20^ - zariadenie pracuje za minímálnych požiadavok na energiu pri dávkovaní kvapalnej reakčnejzložky - zariadenie je jednoduché a nemá točivé súčasti - sposob výroby a zariadenie umožňuje přípravu taveniny kondenzovaných fosforečnanov amonnýchvyznačujúcich sa vysokým obsahom fosforu viazaného v polykondenz°vanej formě, vhodnej prevýrobu koncentrovaných kvapalných hnojív, ako aj pre přípravu tuhých granulovaných hnojív. Ďalej uvedené příklady objasňujú, ale v žiadnom případe neobmedzujú predmet vynálezu. Příklad! V rámci viachodinového kontinuálně vedeného poloprevádzkového pokusu na vertikálně si-tuovanom / 90°/ reaktore v zmysle vynálezu, charakterizovanom nasledujúcimi parametrami: - účinná dlžka reakčného pásma /reakčného priestoru/ L = 500 mm - najužší vnútorný priemer telesa reaktora S z 90 mm - poměr plochy vnútorného prierezu telesa reaktora v mieste přepadu reakčnej zmesi /F ^ / k ploche vnútorného prierezu telesa reaktora v mieste ústia - vtoku kyseliny fosforečnej /F2/ F 1 :F2 = 1 bola spracovaná komerčná extrakčná kyselina Specifikovaná takýmto zložením!

- celkový obsah fosforu /stanovené spektrofotometr íčky/: - acidita vyjádřená ako obsah fosforečnej zložky: - celkový obsah železa: 59,4% P2O554,5% P2050,27% Fe - celkový obsah hlinika: 0,25% AI - celkový obsah horČíka: 0,58% Mg - celkový obsah fluóru: 0,34% F

Kyselina bola dávkovacím čerpadlom kontinuálně dávkovaná v priemernom množštve asi 80 kgH^po^.h do atmosférickej odparky, odkial volné natékala cez zavzdušnenú potrubnú trasu dospodnej časti reaktoru odděleného od přívodu amoniaku súosovo .uloženou válcovou přepážkou.

Plynný amoniak bol dávkovaný z výparníka cez súsravu rotametrov v priemernom množstve17,85 kg NH^.h prívodnou trubkou ukončenou rozdelovacou ružicou na dno reaktora.

Reakciou čiastočne zakoncentrovanej fosforečnej kyseliny, natekajúcej do reaktora opríemernej koncentrácii 61,7 X celkového P2°5 a teplote 140 až 145 °C s plynným amoniakom,predohriatyra teplom reakčnej zmesi, došlo k ohriatiu reakčnej zmesi na teplotu 255 až 265 °Ca k jej speneniu vplyvom uvolňujúcej sa vodnej páry a nezreagovaného amoniaku,

Tavenina polykondenzovaných fosforečnanov amonných kontinuálně odtekajúca prepadom v hornej časti reaktorového telesa, vo formě silno spenenej viskóznej kvapaliny, bola spracováva-ná na NP-kvapalné hnojivo.

Tavenina bola charakterizovaná týmto priemerným chemickým zložením:

- celkový obsah dusíka; 11,42 N celkový obsah fosforu: 64,12 P2°5 - obsah fosforu viazaného v orto- forme; 28,92 P2O5

Claims (3)

1. 210335 - obsah fosfora vxazaného v konden- zovanej formě; 35,2% P2O5 - konverzia fosforečnej z 1ožky na kondenzované *f ormy; 54,9% ~ maximálny kondenzačný stupeň zastúpený v tavenine: n = 3 /4/ • P R E D Μ E T V Y NÁLEZ U 1. Spósob kontinuálnej přípravy taveniny kondenzovaných fosforečnanov amonných reakciou kyseliny fosforečnej o konc entrác i i 50 až 72Z P2°5 a teplote 50 až 290 °C, alebo roztoku di- hydrogénfosforečrianov amonných v kyselině fosforečnej s plynným amoniakom, vyznačený tým, žeplynný amoniak ptedohriaty před vstupom do reakčného prostredia teplom reakčnej zmesi sa dáv-kuje v 10 až 150?! přebytku voči množstvu amoniaku viazanému v tavenine vo formě fosforečnanova kondenzovaných fosforečnanov amonných, měrná hmotnost kvapalnej reakčnej zložky, obsahujúcejkyselinu fosforečná, dávkovanej do reakčného prostredia je aspoň 2,0násobne vySšia než střed-ná hodnota mernej hmotnosti heterogénnej reakčnej zmesi v reakčnom prostředí, pričom reakciaprebieha za miešania charakterizovaného hodnotou Reynoldsovho kritéria Re $ 1,5 . 10^.
2. 2. Zariadenie na kontinuálnu přípravu taveniny kondenzovaných fosforečnanov amonnýchspósobom podlá bodu 1 pozostávajúce z reaktora opatřeného prívodom a vývodom vyznačené tým,že reaktor /1/ zviera s vodorovnou rovinou uhol alfa z intervalu 0°<alfa<180°, pričom reaktor/1/ je dalej opatřený prívodom /2/ prechádzajúcim telesom reaktora /1/ ústiacim vývodom /3/vo vnútri telesa reaktora /1/, pričom dalej poměr plochy vnútorného prierezu telesa reaktora /1/ v mieste vývodu /9/ reaktora /1 Z k ploché vnútorného prierezu telesa reaktora /1/ v mies-~2 2 te přívodu /10/ reaktora /A/ je rovný 5.10 až 5.10 , poměr účinnej dížky reakčného pásmak najužsíemu vnútornému prierezu telesa reaktora je rovný 1,2 až 95 a poměr vzdialenosti pří-vodu /10/ reaktora /1/ od miesta vývodu /9/ reaktora /1/ k. vzdialenosti vývodu /3/ vo vnútritelesa reaktora /1/ od miesta vývodu /9/ reaktora /1/ je rovný 0,5 až 1,5, pričom vzdialenosčvývodu /3/ vo vnútri telesa reaktora /1/ od miesta vývodu /9/ reaktora /1/ je rovná najmenejpolovici účinnej dížky reakčného pásma.
3. 3. Zariadenie na kontinuálnu přípravu taveniny kondenzovaných fosforečnanov amonných po-dlá bodu 2, vyznačené tým, že vývod /3/ vo vnútri telesa reaktora /1/ móže byt od přívodu /10/reaktora /1/ oddělený přepážkou /4/ a/alebo přívod /10/ reaktora /1/ je opatřený kvapalinovýmuzáverora /5/ a dalej připadne je reaktor /1/ vo vnútri v celej účinnej dlžke alebo v jej častiopatřený výplňou /6/ a/alebo vostavbou /7/ a/alebo obsahuje statický miešač /8/. 1 list výkresov Severografia, n. p.. závod 7, Most,