CS216856B1 - Method of continuous preparation of the melting of condensated ammonium phosphates and device for executing the said method - Google Patents

Description

ČESKOSLOVENSKA SOCIALISTICKÁ REPUBLIKA 19 POPIS VYNALEZU K AUTORSKÉMU OSVEUCEHIU 216 856 (11) (Bl) (51) Int. Cl.3 (22) Přihlášené 29 03 79(21) PV 2073-79 C 05 B 7/00 (40) Zverejnené 29 01 82 ÚŘAD PRO VYNÁLEZY A OBJEVY (45) Vydané 31 10 84 (75)

Autor vynálezu TEREN Ján, Ing., HUTAR Eduard, Ing., NADVORNIK Róbert, Ing., CSc.,JUHÁS Milan, Ing., Bratislava (54) Sposob kontinuálnej přípravy taveniny kondenzovanýchfosforečnanov amonných a zariadenie na prevádzanie tohoto sposobu 1

Predmetom vynálezu je sposob přípravytaveniny kondenzovaných fosforečnanovamonných a zariadenie na prevádzanie to-hoto spůsobu.

Tavenina kondenzovaných fosforečnanovamonných, obsahujúca zmes NH4H2PO4 a(NH4JmH(n+2)_mPnO3„+i, kde nš2 a mán + 2,je základnou východiskovou látkou — medzi-produktom při přípravě čirých alebo sus-penzných kvapalných hnojív. V súčasnosti sú známe viaceré sposobyjej přípravy. Najprepracovanejšie a možnopovedať i najrozšírenejšie sú sposoby, kto-rých základom je atmosferická alebo tlako-vá neutralizácia fosforečných kyselin róz-nej koncentrácie a čistoty amoniakom.

Pre výrobu taveniny kondenzovaných fos-forečnanov amonných sa používajú najrůz-nejšie typy reaktorov, hlavně rúrkovej kon-štrukcie, z ktorých najrozšírenejšie sú tzv.T-reaktory. Tieto reaktory sú chráněné ce-lým radom patentov například USA pat. č.2 985 513, 3 382 059, 3 464 808, 3 502 441, franc. pat. č. 1493 803, juhoafrický pat. č.67/5806, DOS 1 909 438, DOS 2 114 055, DOS2 308 716, švédsky pat. č. 366 012, čs. a. o.Č. 180 802.

Rožne modifikované rúrkové reaktory,z ktorých najznámejší je tzv. Swiftov reak-tor, uvádza tiež odborná literatúra, z kto-rej možno uviesť: Chem. Eng. 21 (8J, 60(1972), Agric. Chem. 28, (2), 12 (1973), Fert. 2

Solns. 17, (2), 44 (1973), ISMA, Praha(1974) — Meline, R. S.: „Production of HighPolyphosphate Liquid Fertilizer by the Pipe — Reactor Process“, Phosph. and Potass. 90,25 (1977), Chem. prům. 28, 53, (5), 229(1978). I keď uvedené typy rúrkových reaktorovznamenajú podstatný pokrok vo vývoji za-riadenia na výrobu taveniny kondenzova-ných fosforečnanov amonných, ,majú určiténevýhody, z ktorých možno uviesť predo-všetkým tieto: — vyžadujú spracovanie predohriatej a dorůzného stupňa zahustenej fosforečnejkyseliny, čo nutné vyžaduje použitie vý-menníkov tepla a odparky a kladie ná-roky na spotřebu technologickej energie, — zostava technologického zariadenia jeznačné komplikovaná a teda i relativnénáročná na obsluhu, členitost technolo-gických celkov zvyšuje možnosť vznikuhavárie, zhoršuje celkovú energetickábilanciu procesu a zariadenie je náročnéna zastavaný priestor, — převážná vačšina používaných reaktorovvyžaduje dávkovanie kyseliny fosforeč-nej pod tlakom, čím sa zvyšujú nárokyna koróznu odolnost zariadenia, použí-vaného na dávkovanie horúcej spracová-vanej kyseliny, — obvykle neumožňujú spracovanie znečis-těných extrakčných fosforečných kyse- 216 856 216 856 lín, ktoré je nevyhnutné spojené s pěně-ním reakčnej zmesi, zapříčiněné prítom-nosťou organických látok ako aj s tvor-bou nápekov (nánosov) na stěnách reak-tora, ktoré negativné ovplyvňujú hydro-dynamiku procesu, — neumožňujú racionálně využltie neutra-lizačného tepla, — obvykle kladů zvýšené nároky na obslu-hu a nie vždy zaručujú potrebnú úroveňprevádzkovej istoty výrobného zariade-nia. Všetky uvedené nedostatky sú v podstat-nej miere odstránené spósobom výroby azariadením podlá vynálezu.

Tavenina kondenzovaných fosforečnanovamonných sa kontinuálně připravuje reak-ciou horúcej kyseliny fosforečnej alebo ho-rúceho roztoku dihydrogénfosforečnanuamonného v kyselině fosforečnej s plynnýmamoniakom za případného kontinuálnehopridávania 1 až 20 hmotnostných dielov mo-čoviny na každých 100 hmotnostných dielovodlúčenej reakčnej zmesi. Podstata vynále-zu spočívá v tom, že kyselina fosforečnáalebo roztok dihydrogénfosforečnanu amon-ného v kyselině fosforečnej sa v tenkejvrstvě a/alebo filme, ešte před reakcious plynným amoniakom, predohreje a/alebozahustí odpařením vody mimo prostredia,v ktorom simultánně prebieha neutralizáciaa čiastočná molekulárna dehydratácia a to-to predohriatie a/alebo zahustenie kvapal-nej zložky obsahujúcej kyselinu fosforečnása uskutočňuje teplom horúcej reakčnejzmesi vyhriatej uvolněným neutralizačnýmteplom.

Ukázalo sa, že je obzvlášť výhodné, akreakcia medzi kvapalnou kyslo reagujúcoua fosfor obsahujúcou zložkou a plynnýmamoniakom sa uskutoční sposobom, ktorý jepredmetom čs. autorského osvedčenia číslo210 335.

SpQsob kontinuálnej přípravy taveninykondenzovaných fosforečnanov amonnýchpodlá vynálezu možno s výhodou prevádzaťna zariadení, ktoré je tiež obsahom tohotovynálezu.

Kontinuálna příprava taveniny kondenzova-ných fosforečnanov amonných podlá vyná-lezu sa prevádza na zariadení, ktoré pozo-stáva z vertikálneho prietočného reaktoraválcového tvaru opatřeného prívodmi a vhornej časti jedným alebo viacerými vývod-mi sa vyznačuje tým, že teleso reaktora 1je na vonkajšej straně steny opatřené po ob-vode súvislým alebo přerušovaným žliabkomv tvare závitnice 2 a/alebo súvislým alebopřerušovaným vodorovným alebo šikmýmdrážkováním 3, pričom priestor, v ktoromsa nachádza závitnica 2 a/alebo drážkova-nie 3, je ohraničený válcovou stěnou 4, kto-rá je připadne tiež na straně privrátenejk telesu reaktora 1 opatřená súvislým alebopřerušovaným vodorovným a/alebo šikmýmdrážkováním 5 a stená 4 je na straně od-vrátenej od telesa reaktora 1, t. j. na von- kajšej straně opatřená súvislým alebo pře-rušovaným vodorovným a/alebo šikmýmdrážkováním a/alebo je opatřená súvislýma/alebo přerušovaným zostupným žliabkomv tvare závitnice 6, pričom celé teleso reak-tora je od vonkajšieho okolia oddělené stě-nou 7.

Jedno z viacerých možných modifikácií za-riadenia podlá vynálezu je schématicky zná-zorněné na obr. č. 1.

Do vertikálně situovaného reaktora kon-tinuálně natéká cez přívodně potrubieumiestnené v hornej časti telesa reaktoru 1a ústiace do žliabku 2 resp. drážkovania 3v priestore ohraničenom medzikružím, tvo-renom stěnou telesa reaktora 1 a stěnou 4spracovávaná kyselina fosforečná alebo roz-tok NH4H2PO4 v kyselině fosforečnej 10.

Kyslo reagujúca kvapalná reakčná zložka,obsahujúca fosfor 10, stéká v žliabku 2 resp.po drážkovaní 3 a připadne 5, pričom do-chádza k jej ohriatiu na teplotu bodu varuteplom reakčnej zmesi jednak vyplňujúcejobjem telesa reaktora 1 a jednak stekajú-cej po vonkajšom drážkovaní resp. žliabku 6.

Potrubím privádzaná kyselina fosforečnáalebo roztok NH4H2PO4 v kyselině fosforeč-nej 10 stéká po povrchu drážok 3 resp. 5alebo žliabkom 2 v tenkej vrsve — filmu,čím sa vytvárajú obzvlášť priaznivé podmien-ky pre intenzívně od-parovanie vody. Taktodochádza k zahusťovaniu fosforečnej suro-viny využitím neutralizačného tepla uvolně-ného reakciou kyslej fosforečnej zložky 10s plynným amoniakom 11, prebiehajúcej vovnútri telesa reaktora 1 a tepla horúcej re-akčnej zmesi 13, vytekajúcej z telesa reak-tora 1 cez otvory v jeho hornej časti a ste-kajúcej po vonkajšom drážkovaní resp.žliabkom 6. Odpařená voda vo formě vodnejpáry sa odvádza v hornej časti reaktora.V priestore nad ústím vtokom kvapalnej re-akčnej zložky, obsahujúcej kyselinu fosfo-rečná 10 v spodnej časti reaktora 1 dochá-dza k jej styku s predohriatým plynnýmamoniakom 11, ktorý sa do tejto časti reak-tora zavádza zostupne (smerom zhora na-dolj súosove umiestnenou prívodnou trubi-cou. Reakciou predohriateho plynného amo-niaku 11 s horúcou kvapalnou reakčnouzložkou obsahujúcou kyselinu fosforečnú 10sa uvolňuje neutralizačně teplo, ktorým sareakčná zmes 13 a teda i celé teleso reakto-ra vyhřeje na teplotu vyššiu než 200 °C. Keď-že reakčná zmes 13 vo vnútri telesa reakto-ra 1 pozostáva z kvapalnej fázy — taveninykondenzovaných fosforečnanov amonných aplynnej fázy tvorenej prehriatou zmesouuvolneněj vodnej páry a amoniaku, je jejměrná hmotnost podstatné nižšia než měrnáhmotnost privádzanej kvapalnej zložky ob-sahujúcej kyselinu fosforečnú 10. Rozdielv měrných hmotnostiach umožňuje volnýnátok kvapalnej reakčnej zložky obsahujú-cej kyselinu fosforečnú 10 do reakčnéhopriestoru telesa reaktora 1 a tiež volný 216 856 vzostupný tok (zdola nahor] reakčnej zmesi13 reakčným priestorom.

Reakčná zmes 13 tvořená taveninou kon-denzovaných fosforečnanov amonných 14,prehriatou vodnou parou a prebytočnýmamoniakom kontinuálně vytéká vývodovýmiotvormi umiestnenými po obvode v hornejčasti reaktora 1 a stéká po drážkovaní resp.žliabkom 6 zhora nadol vo formě tenkejvrstvy resp. filmu taveniny pričom dochádzak je] dokladnému odplyneniu a ďalšej mole-kulárnej dehydratácii. V tejto časti zaria-denia je připadne v záujme ešte vačšiehoprehlbenia molekulárnej dehydratácie tave-niny vhodné uvažovat s kontinuálnym prí-davkom močoviny (najvhodnéjšie vo formějej taveniny resp. vysoko koncentrovanéhoroztoku).

Spósob přípravy kondenzovaných fosfo-rečnanov amonných a zariadenie na jehorealizáciu pódia vynálezu má celý rad vý-hod a předností: — umožňuje veimi racionálně využitie tep-la uvoiňujúceho sa při reakcii horúcejkyseliny fosforečnej s amoniakom, — zariadenie pracuje s minimálnymi požia-davkami na spotřebu energie pri dávko-vaní kvapalnej reakčnej zložky obsahu-júcej kyselinu fosforeční!, — zariadenie umožňuje velmi kompaktněkonštrukčné riešenie reakčného uzla priznížených nárokoch na počet technolo-gických častí zariadenia (například de-hydratačná část, výmenník tepla, odpar-ka kyseliny fosforečnej) a pri minimali-zovaných požiadavkách na priestor po-třebný na umiestnenie výrobně, — zariadenie je jednoduché a neobsahuježiadne točivé súčasti, — zariadenie sa vyznačuje velkou prevádz-kovou istotou a jeho prevádzkovanie kla-die malé nároky na obsluhu.

Dalej uvedené příklady objasňujú, ale vžiadnom případe neobmedzujú predmet vy-nálezu. Příklad 1

Počas viachodinového poloprevádzkovéhopokusu výroby taveniny kondenzačných fos-forečnanov amonných s jej priamym násled-ným spracovaním na NP — roztok sa po-užíval vertikálny válcový reaktor zhotovenýz materiálu inertného voči koróznym účin-kom horúcej kyseliny fosforečnej, amonia-ku a horúcej tavenine kondenzovaných fos-forečnanov amonných, charakterizovaný na-sledujúcimi parametrami: — dlžka resp. výška telesa reaktora 700 mm — vnútorný priemer telesa reaktora 90 mm

Po obvode vonkajšej steny telesa reaktora bol vyfrézovaný žliabok, ktorý vytváral ne-přerušovaná závitnicu vinúcu sa zostupnepod miernym sklonom (zhora nadol) prak-ticky kryjúc celý povrch vonkajšej steny te-lesa reaktora v približnej dížke 4 až 4,5 m.V hornej časti ústil do žliabkovej závitnice přívod spracovávanej kyseliny fosforečneja přibližné oproti bolo umiestnené hrdlo preodvod búdovej páry uvolnenej zo zahusťo-·vanej kyseliny. V spodnej časti bol priestorso závitnicou spojený s vlastným reakčnýmpriestorom, čím bol umožněný nátok zahus-tenej fosforečnej kyseliny do vnútra telesareaktora.

Obdobným žliabkom v tvare závitnice ko-la opatřená po obvode tiež vonkajšia stenápriestoru pre predohrev a zahustenie spra-covávanej kyseliny, do ktorého cez 4 pře-padové vývodové otvory umiestnené v hor-nej časti telesa reaktora vytékala horúcareakčná zmes — tavenina kondenzovanýchfosforečnanov amonných a ním vedená sté-kala smerom zhora nadol.

Celé teleso reaktora bolo uložené v plyno-tesnom a dokonale tepelne izolovanom val-covom púzdre, ktoré svojou spodnou častoubolo priamo spojené so zásobníkom na roz-púšťanie taveniny, takže reaktor na přípra-vu taveniny a zásobník určený na kontinuál-nu přípravu NP — roztoku tvořili kompakt-ný celok.

Ako fosforečná surovina bola používanákomerčná extrakčná kyselina fosforečnášpecifikovaná takto: — celkový obsah fosforu (stanovený spektrofotometricky) 59,4% P2O5 — acidita kyselina přepočítaná ako obsah fosfor, zložky 54,5 % P2O5 — celkový obsah železa 0,27 % Fe

— celkový obsah hlíníka 0,25 % AI — celkový obsah horčíka 0,58 % Mg

— celkový obsah fluóru 0,34 % F

Kyselina bola dávkovaná pomocou· dávko- vacieho čerpadla v množstve asi 80 kgH3PO4.il"1 cez přívodové hrdlo ústiace dožliabku klesajúceho po obvode telesa reak-tora v tvare závitnice.

Plynný amoniak bol dávkovaný z výparní-ka cez prietokomer v priemernom množstve18 kg amoniaku.h"1 prívodnou trubicou pre-chádzajúcou stredom reaktorového telesaa ústiacou nad dnom reaktora. Reakcioučiastočne zahustenej horúcej kyseliny fos-forečnej s predohriatym plynným amonia-kom sa. reakčná zmes a teda i teleso reak-tora vyhriali na teplotu 190 až 240 °C. Re-akčná zmes v důsledku rozdielu medzi jejměrnou hmotnostou a měrnou hmotnosťoučiastočne zahustenej kyseliny volné vtékalado vnútorného priestoru telesa reaktora,volné vzostupne přetékala telesom reaktoraa za súčasného odlučovania plynnej fázy vy-tékala cez štyri súmerne rozložené vývodo-vé otvory do žliabku vonkajšej závitnice,ktorým bola v tenkej vrstvě zostupne vede-ná po obvode horúcej vonkajšej steny od-parovacej časti reaktora. Z konca závitnicestékala tavenina kondenzovaných fosforeč-nanov na vonkajší povrch mierne zaoblené-ho dna reaktora a odtial do kotlá, v ktoromsa kontinuálně rozpúšťala za vzniku kva-palného dusíkato-fosforečného hnojivá.

Claims (3)

216 856 Vzorka taveniny odobratá z konca žliab-kovej závitnice bola charakterizovaná týmtochemickým zložením: — celkový obsah fosforu (hmot. %) 63,3% P2O5 — celkový obsah dusíka (hmot. %) 11,7 % N — obsah fosforu viazaného ako PO3-4 (hmot. %) 37,1% P2O5 — obsah fosforu viazaného vo formě (ΡηΟ3η+ι(η+2|_ 26,2% P2O5 Konverzia t. ]. podiel obsahu fosforu v kon- denzovane] formě z celkového obsahu fos-foru vo vzorke 41,4 % PREDMET

1. Sposob kontinuálně] přípravy taveninykondenzovaných fosforečnanov amonnýchreakciou horúcej kyseliny fosforečné] alebohorúceho roztoku dihydrogénfosforečnanuamónneho v kyselině fosforečné] s plynnýmamoniakom, prebiehajúcou připadne za kon-tinuálneho pridávania 1 až 20 hmotnostnýchdielov močoviny na každých 100 hmotnost-ných dielov odlúčene] reakčnej zmesi, vy-značujúci sa tým, že kyselina fosforečná,alebo roztok dihydrogénfosforečnanu amón-neho v kyselině fosforečné] sa před reak-ciou s plynným amoniakom mimo prostre-dia, v ktorom prebieha neutralizačná reak-cia, vo formě tenkej vrstvy a/alebo filmupredohreje a/alebo zahustí odpařením vody,pričom predohriatie a/alebo zahustenie kva-palne] reakčne] zložky sa uskutočňuje pů-sobením tepla horúcej reakčne] zmesi, uvol-něného neutralizačnou reakciou.

2. Zariadenie na kontinuálnu přípravu ta-veniny kondenzovaných fosforečnanovamonných spósobom podlá 1, pozostávajúce Maximálny kondenzačný stupeň (n) obsiah-nutý vo vzorke

3 Příklad 2 Pracovalo sa obdobným spósobom popísa-ným v příklade 1 s tým rozdielom, že zaúčelom prehlbenia molekulárně] dehydra-tácie sa do taveniny stekajúcej v žliabkuvonkajše] závitnice přidávalo hodinové prie-merne 8 až 9 kg roztavené] močoviny. V důsledku použitia močoviny ako che-mického kondenzačného činidla dosiahlo saabsolútne zvýšenie konverzie na kondenzo-vané formy priemerne o 10 až 12 %. VYNÁLEZU z vertikálneho prietočného reaktora válco-vého tvaru, opatřeného prívodmi a v hor-né] časti jedným alebo viacerými vývodmivyznačujúce sa tým, že teleso reaktora (1)je na vonkajšej straně steny opatřené po ob-vode súvislým alebo přerušovaným žliabkomv tvare závitnice (2] a/alebo súvislým alebopřerušovaným vodorovným alebo šikmýmdrážkováním (3], pričom priestor, v ktoromsa nachádza závitnica (2) a/alebo drážko-vanie (3) ]e z druhé] strany ohraničený vál-covou stěnou (4), ktorá je připadne tiež nastraně privrátenej k telesu reaktora (1],opatřená súvislým alebo přerušovaným vo-dorovným a/alebo šikmým drážkováním (5]a stená (4) je z opačnéj — vonkajšej stra-ny opatřená súvislým alebo přerušovanýmvodorovným a/alebo šikmým drážkováníma/alebo je opatřená súvislým a/alebo přeru-šovaným zostupným žliabkom v tvare závit-nice [6], pričom celé teleso reaktora je odvonkajše] atmosféry oddělené stěnou (7). 1 výkres