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Verfahren zur Herstellung von Phosphorsäure
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Verarbeitung
von Phosphatrohstoffen, und insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung der Phosphorsäure.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird bei der iroduktion von Phosphordüngemitteln,
Butterstoffen, Polymer, beim Ausbringen von Uran aus Erzen, bei der Herstellung
von Waschmitteln, pharmazeutischen Präparaten, Produkten der organischen Synthese,
Schädlingsbekämpfungsmitteln und von Hefeaustauschstoffen in der biochemischen Industrie
eine umfassende Anwendung finden. Bekannt ist ein Verfahren zur Berstellung von
Phosphorsäure (US-PS Nr. 2.699.985), in dem die Zersetzung von Phosphaterzen mit
verdünnter Schwefelsäure und mit einer Bücklauf-Re aktionstrübe erfolgt, die in
Form eines Strahls unter den Pegel der Reaktionsmasse zugeführt wird.
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Die Abkühlung und die Einhaltung der vorgegebenen Temperaturfuhrung
wird durch den Rückumlauf der Reaktionsmasse erreicht.
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Ein Teil der exothermisch erhitzten Masse wird einer Vakuum-Verdampfungskammer
zugeführt, in der die Verdampfung von Wasser und die Abkühlung der nasse mit anschließender
Rückführung derselben zur Stufe der ersetzung erfolgt.
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Dieses Verfahren zeichnet sich durch das Vorhandensein eines speziellen
sperrigen Systems der Vakuumkuhlung und durch die Notwendigkeit aus, die Ausrüstungen
regelmäßig von Phosphatgips und Kieselsäure zu reinigen.
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Bei der Durchführung dieses Verfahrens sind außerdem lokalbedingte
Temperaturabweichungen an den Stellen der Ein-
führung der Phosphatrohstoffe,
Schwefelsäure und gekühlter trübe möglich, was die Senkung des Aufschlußgrades und
die Zerstörung der Kristallisation des Kalziumsulfats verursachte das heißt Verluste
an P205 hervorruft.
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Bekannt ist ebentalls ein Verfahren zur Herstellung von Phosphorsäure
(US-PS Nr. 3.181.931), in dem die Zersetzung von Phosphatrohstoffen mit einem Gemisch
aus Schwefelsäure und der Umlaufphosphorsäure, die vorher in einem Rührwerk vermischt
und mit einem gerichteten Strahl einem Reaktor zugeführt werden, sowie mit einer
Reaktionsmasse durchgeführt wird, die eine innere Rezirkülation aufweist. Die Reaktionsmasse
wird mit BuSt abgekühlt, die zu ihrer Oberfläche beziehungsweise innerhalb derselben
durch eine Reihe von Düsen zugeführt wird, die eine gemeinsame Rohrleitung und einen
Ventilator haben. Dieses Verfahren zeichnet sich durch die lokale Zuführung des
Gemisches aus der Schwefelsäure und der Umlaufphosphorsäure aus, was eine örtliche
Uberhitzung der Reaktionsmasse und einen ungenügend schnellen Temperatur- und Konzentrationsausgleich
des Sulfations verursacht, was seinerseits Störungen in der Stabilität der Kristallisation
des Kalziumsulfats und der Verluste an P2O5 beim Waschen während der Biltrierung
hervorruft Bekannt ist ein weiteres Verfahren zur Herstellung von konzentrierter
Phosphorsäure (US-PS Nr. 2.dd5.263), das die Zersetzung von Phosphatrohstoffen unter
Entstehung einer Trübe vorsieht, die Phosphorsäure und das Ealziumsulfat--Halbhydrat
enthält und die zwecks Umkristallisation des Kalziumsulfats mit einer überschüssigen
Menge von Schwefel-
säure (1-4%) bei einer Temperatur von über 100°C
in Gegenwart von getrennt gebildeten Anhydrit-Impfkristallen bearbeitet wird, die
in einer enge bis 2,0%, bezogen auf das Gewicht des zu bearbeitenden Phosphatrohstoffes,
eingeführt werden Die Umkristallisation dauert einige Stunden.
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Dieses Verfahren zeichnet sich durch eine niedrige Sxtraktion von
P2O5 von 90%, bezogen auf die mit dem Rohstoff einzuführende P2O5-Menge, durch die
ausgedehnte Dauer der Umkristallisationsstufe des Halbhydrats zum Bnhydrit (100%
in 4 Stinden) und durch die Notwendigkeit einer speziellen Zubereitung von bnhydrit-Impfkristallen
mit vorgegebenen Abmessungen für die Durchführung der Umkristallisation aus.
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Bekannt ist auch ein Verfahren zur Herstellung von Phosphorsäure
("Phosphorus and Potassium", Nr. 88, 1977, S. 30-35), in dem der Phosphatrohstoff
mit Schwefel- und Umlaufphosphorsäure sowie mit der vorher in der Zersetzungsstufe
zu gewinnenden Rezirkulationstrübe aufgeschlossen wird.
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Die Kühlung der herzustellenden Trübe, die die Produktionsphosphorsäure
enthält, erfolgt mittels der über der Oberfläche der Trübe zirkulierenden Luft.
Zur Intensivierung des Wärmeaustausches zwischen der Trübe und Luft und zum Ausgleich
der Temperatur in dem gesamten Reaktorvolumen wird die abkühlung der hergestellten
Trübe mittels ihrer Rezirkulation und Zerstäubung in Tropfenform über die Oberfläche
der im Reaktor übriggebliebenen Trübe vorgenommen.
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Zur Zerstäubung der hergestellten Trübe werden spezielle Einrichtungen
eingesetzt, die diese Trübe aus dem Reaktorvolumen entnehmen und über die Oberfläche
der Sus-
pension (in dem Volumen in einer Entfernung von etwa 3
m im Durchmesser und 1 m in der Höhe) unter Zuhilfenahme von Scheiben zerstäuben,
die an einer Welle von schnellrotierenden Zerstäubern angeordnet sind.
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Die dem Reaktor zuzuführende Schwefelsäure wird unter Zuhilfenahme
der rotierenden Scheiben zerstäubt und in Tropfenform mit der zu zerstäubenden Trübe
vermischt und mit Luft abgekühlt, die über die Oberfläche der hergestellten Trübe
mit Hilfe von Hochdruckventilätoren und speziellen Öffnungen am Reaktordeckel zirkuliert,
durch die die Luft in das System gelangt.
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Das Verf ahren zeichnet sich dadurch aus, daß die Rezirkulation der
abgekühlten Trübe und ihre Zerstäubung bis auf einen bestimmten Stand der Trübe
erfolgen können, wobei Abweichungen davon F den effektiven Betrieb der Zerstäubungs-
und Kühlanlagen stark herabsetzen.
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In der praxis ist ein fixierter Trübestand im Reaktor schwer erreichbarD
weswegen bei seiner Überschreitung der Wärme austausch zwischen der Trübe und Luft
sich verschlechtern kann, wodurch lokale Überhitzungen der Trübe und Ver-und letzung
der Sulfatführung 7 die Verschlechterung der Kristallisation und Verluste aa P205
hervorgerufen werden. Die Effektivität der Abkühlung in einem solchen Verfahren
ist unzureichend hoch, da die aus dem Reaktor austretende Luft eine Temperatur aufweist,
die um 5-10°C niedriger als die Temperatur der abzukühlenden Trübe ist, das heißt
daß es kein Temperaturgleichgewicht erreicht wird, was für die Abkühlung des Systems
eine größere Luftmenge und hierdurch
auch platzraubenderere Systeme
der Reinigung und Absorbierung der entstehenden Fluorgase erfordert.
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Der Erfindung wurde die Aufgabe zugrundegelegt, ein solches Verfahren
zur Herstellung von Fhosphorsäure durch Verwendung für die Zersetzung von Phosphatrohstoff
der Schwefel- und Phosphorsäure sowie eines Teils der herzustellenden Trübe, die
in Form von dispersen mit Luft bebelüfteten und dispergierten Systeme eingesetzt
werden, zu entwickeln, das ermöglicht, die Ausbeute an Phosphorsäure mit einer Sonzentration-bis
50% bei der gleichzeitigen Intensivierung des technologischen Prozesses zu vergrößern.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung der Phosphorsäure
durch Zersetzung von Phosphatrohstoffen mit Schwefel- und Phosphorsäure bis zur
Entstehung von Trübe, die Phosphorsäure undkristallines 2-Hydrat beziehungsweise
Halbhydrat des Kalziumsulfats enthält, und darauffolgende Isolierung des Endproduktes
aus derselben, gelöst, in dem man erfindungsgemaß' die Zersetzung des Phosphatrohstoffes
mit einem Gemisch aus Schwefel- und Phosphorsäure sowie einem Teil der erwähnten
der Zersetzungsstufe zurückzuführenden Trübe mit Luft in Form eines dispersen Systems
bei einem Gewichtsverhältnis der dispersen Phase zum Dispersionsmittel von 1:0,09
bis 1:0,16 beziehungsweise getrennt in Form von dispersen Systemen zuzuführendes
Gemisches aus Schwefel- und Phosphorsäure mit Luft bei einem-Gewichtsverhältnis
der dispersen Phase zum Dispersionsmittel von 1:0,2 bis 1:0,3 und der genannten
Rucklauftrübe mit
Luft bei ihrem Gewichtsverhältnis von 1:0,07
bis 1:0,0o, beziehungsweise mit einem Gemisch aus Schwefel- und Phosphorsäure mit
Luft in Form eines dispersen Systems bei einem Gewichtsverhältnis der dispersen
Phase zum Dispersionsmittel von 1:0,1 bis 1:0,55 durchführt.
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Die Verwendung der obengenannten dispersen Systeme ermöglicht ess
- die Abführung der Reaktionswärme unmittelbar im hloment der Vermischung der Schwefel-
und Phosphorsäure zu regulieren wodurch man einen vollständigeren Aufschluß von
Phosphatrohstoff erreicht, der die Vergrößerung der Ausbeute an Endprodukt bis auf
97,5 beeinflußt; einen maximal der Gleichgewichts sättigung der Luft mit Feuchtigkeit
nahe liegenden Wert zu gewährleisten, was seinerseits erlaubt, den Verbrauch der
letzteren in wesentlichen Ausmaßen zu reduzieren und dadurch auch den EnergieauSSJvaad
ZU senken.
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Zweckmäßigerweise soll für die Herstellung der Säure mit einer Konzentration
bis 50% und für die Intensivierung der Zersetzung von Phosphatrohstoffen mit einem
Gemisch aus Schwefel- und Ehosphorsäure mit Luft in Form eines dispersen Systems
bei ihrem Gewichtsverhältnis 1:(4-79:(0,5-1) und vor der Isolierung der Phosphorsäure
aus der Trübe die Umkristallisation des Kalziumsulfat-Halbhydrats zum Anhydrit durch
Bearbeitung der erwähnten Trübe mit einem Gemisch aus Schwefelsäure mit einem gasförmigen
Wärmeträger in Form eines dispersen Systems bei ihrem Gewichtsverhält-
nis
von 1:1,35 bis 1:5, beziehungsweise die Umkristallisation in einem dispersen System
durchgeführt werden, die sich aus der erwähnten Trübe, der Schwefelsäure und dem
gasförmigen Wärmeträger zusammensetzt, die in einem Gewichtsverhältnis 1:(25-75):(1,35-5)
genommen werden.
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Als gasförmigen Wärmeträger wird überhitzter Dampf empfohlen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird wie folgt durchgeführt.
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Der Phosphatrohstoff wird einer Zersetzung mit dispersen Systemen
bis zur Entstehung von Trübe unterworfen, die die herzustellende Phosphorsäure und
das kristalline Kalziumrulfat-2-Hydrat beziehungsweise Walziumsulfat-Halbhyarat
enthält, und dann scheidet man, beispielsweise durch FiltrierungSdie Fnosphorsäure
aus.
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Disperse System bestehen aus dem Gemisch der dispergierten und mit
Luft belüfteten Schwefel- und Phosphorsäure und eines Teils der erwähnten der Zersetzungsstufe
zurückzuführenden Trübe, beziehungsweise aus den getrennt zusuführenden dispergierten
und mit Luft belüfteten der erwahnten Rücklauf trübe und des Schwefel- und Phosphorsäuregemischer.
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Als Dispersionsmittel tritt in diesen Systemen die Dispergierungs-
und Kühlungsluft und als disperse Phase die dispergierten und mit Kühlluft belüfteten
Rücklauftrübe, Schwefel- und Phosphorsäure auf, wobei die letztere sowohl von außen
als auch von der vorher durchzuführenden Zersetzungsstufe eingeführt werden kann
(im weiteren wird
eine solche Phosphorsäure als Rücklaufsäure bezeichnet).
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Solche disperse Systeme werden zum Aufschluß von Phosphatrohstöffen
mit einem Gehalt an P205 bis 40% verwendet.
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Beim Aufschluß von phosphatarmen Erzen (Gehalt an P2O5 26%) wird ein
disperses System verwendet, das sich aus einem Gemisch der dispergierten und mit
Luft belüfteten Schvaefel- und Phosphorsäure zusammensetzt.
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Die Durchführung der Zersetzung des Phosphatrohstoffes in einem dispersen
System gestattet es, optimale Bedingungen für die Zersetzung und Kristallisation
des Kalziumsulfats infolge der Abschaffung lokaler Überhitzungen der Reaktionsmasse
und der Übersättigung mit Sulfation an den Stellen der Einführung von Reaktionsteilnehmern
in den Reaktor zu entwickeln Dabei wird gleichzeitig die Abfuhr der überschüssigen
Reaktionswärme und der Wärme der Verdünnung der konzentrierter Schwefelsäure mit
Wasser beziehungsweise mit Rücklaufphosphorsäure aus dem Reaktor intensiviert. Es
wird der Verbrauch der Kunlluft infolge der Optimierung der Wärme- und Stoffaustauschbedingungen
und der Gewährleistung der Gleichgewichtssättigung der Luft mit Feuchtigkeit und
des Gleichgewichte der Lufttemperatur in dem dispersen System reduzierte Die Bildung
eines dispersen Systems kann mit Hilfe von mechanischen oder Druckluftvorrichtungen
beziehungsweise gleichzeitig mechanischen und druckluftbetätigten Vorrichtungen
erfolgen.
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Dabei kann ein disperses System entweder in einem einzelnen Gleichstrom-Strahlkegel
der gleichzeitig mit der
Belüftung mit Luft zu zerstäubenden Teilchen
der Rücklauftrübe und der erwähnten Säuren oder beim Vermischen einiger Gleichstromflüsse
gebildet werden, die aus den getrennt dispergierten und mit Luft belüfteten Trübeteilchen
und der der Reaktion zuzufuhrenden Säuren bestehen.
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In dem dispersen System soll das Gewichtsverhältnis zwischen der
dispersen-Fhase (Gemisch aus belüfteten Teilchen der Rücklauftrübe und der Schwefel-
und Rücklaufphosphorsäure) und dem Dispersionsmittel, der Luft zweckmEBigerweise
in einem Bereich von 1:0,09 bis 1:0,16 bei der gleichzeitigen Zuführung der Komponenten
der dispersen Phase zur Zersetzung von Phosphatrohstoffen gehalten werden.
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Bei einer getrennten Zuführung der Komponenten der dispersen Phase
zur Zersetzung von Phosphatrohstoffen soll das Gewichtsverhältnis zwischen der dispersen
Phase (Schwefel- und Phosphorsäure) und dem Dispersionsmittel (Luft) im Strahlkegel
der belüfteten Teilchen, der ein Gemisch aus der Schwefel- und Phosphorsäure enthält,
zweckmäßigerweise in n einem Bereich von 1:0,2 bis 1:0,3 und im Strahlkegel der
belüfteten Teilchen der Rücklaufreaktionstrübe soll das Gewichtsverhältnis zwischen
der dispersen Phase (belüftete Trübeteilchen) und dem Dispersionsmittel (Luft) zweckm»'Bigerweise
in einem Bereich von 1:0,07 bis 1:0,08 gehalten werden.
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Bein Aufschluß von phosphatarmen Erzen, wenn keine Notwendigkeit
besteht, die Rücklauftrübe zu dispergieren, soll das Gewichtsverhältnis zwischen
der dispersen Phase
(Gemisch aus belüfteten Teilchen der Schwefel-
und Phosphorsäure) und dem Dispersionsmittel (Luft) zweckmäßigerweise in einem Bereich
von 1:0,1 bis 1:0S55 gehalten werden.
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Zur Herstellung konzentrierter Phosphorsäure (bisx50to) und einer
stabilen Form der Kristalle des wasserfreien Ealziumsulfats (Anhydrit) wird im erfindungsgemäßen
Verfahren vorgesehen, vor der Ausscheidung der Produktionsphosphorsäure die Umkristallisation
des Kalziumsulfat-Halbhydrats zum Anhydrit entweder mittels Bearbeitung der in der
Zersetzungsstufe hergestellten Trübe mit einem Gemisch eines gasförmigen Wärmeträgers
und der Schwefelsäure in Form eines dispersen Systems bei ihrem Gewichtsverhältnis
von 1:1,35 bis 1:5 oder die Umkristallisation in einem dispersen System, bestehend
aus der erwähnten Trübe, der Schweoelsäure und dem gasförmigen Wärmeträger, bei
ihrem Gewichtsverhältnis gleich 1:(25-75):(1,35-5) durchzuführen.
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Bei der Durchführung der Umkristallisation des Ealziumsulfat-Halbhydrats
zum Anhydrid wird es empfohlen, die Zersetzung des Phosphatrohstoffes mit einem
Gemisch aus Schwefel- und Phosphorsäure mit Luft in Form eines dispersen Systems
bei ihrem Gewichtsverhältnis 1(4-7)s(0,5-1) vorzunehmen.
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Gewichtsverhältnisse der Schwefel- und Phosphorsäure sowie der Luft
in einem dispersen System werden bei der Zersetzung von Phosphatrohstoffen durch
die Temperaturführung der Bildung von grobkristallinen Konglomeraten des Salziumsulfat-Halbhydrats
mit einer spezifischen Oberfläche von cm2 600 bis 1000 bestimmt.
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g
Bei einem Gewichtsverhältnis -der Schwefelsäure
zur Phosphorsäure und zur Luft unterhalb 1:4:0,4 erfolgt die Erhöhung der Temperatur
der Kristallisation des Kalziumsulfats; dabei entstehen kleinere Kristalle des Kalziumsulfat--Halbhydrats
und des Anhydrits mit einer spezifischen Obercm2 fläche von 1500-2000 . In der Stufe
der Umkristallisag tion solcher Kristalle zum Anhydrid werden ihre Abmessungen aufrechterhalten,
wodurch die Filtrierung verschlechtert wird und Verluste an P205 hervorgerufen werden.
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Bei einem Gewichtsverhältnis der Schwefelsäure zur Phosphorsäure
und zur Luft über 1:7:1 kommt es zur Kristallisation des Kalziumsulfat-Halbhydrats
bei erniedrigten Temperaturen, wodurch Kalziumsulfat-Halbhydrat mit einer cm2 spezifischen
Oberfläche von 1000 bis 2500 kristallig siert wird, was ebenfalls die Verschlechterung
der Filtrierung des nach der Umkristallisation angefallenen wasserfreien Kalziumsulfats
verursacht.
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Die Gewichtsverhältnisse eines gasförmigen Wärmeträgers, beispielsweise
des überhitzten Wasserdampfs, zur hergestellten Trübe und zur Schwefelsäure werden
durch die Temperaturführung der Umkristallisation des Kalziumsulfat-Halbhydrats
zu den gut filtrier- und auswaschbaren großen Kri stalldrusen des wasserfreien Kalziumsulfats
mit einer spezicm2 fischen Oberfläche von 600 bis 1000 bei einer Leistung kg der
Filtrierung von 1300-1500 , bezogen auf das Trockenm2h produkt, bestimmt.
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Bei einem Gewichtsverhältnis des gasförmigen Wärmeträgers zu der
herzustellenden Trübe und zur Schwefelsäure unter 125:1,35 erfolgt die Umkristallisation
des Ealziumsulfat-Halbhydrats zum Anhydrit bei einer oberhalb 13500 leegenden Temperatur,
was die Wahl von chemisch beständigen Konstruktionsmaterialien für die Herstellung
von Ausrüstungen für die Durchführung dieses Verfahrens erschwert.
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Bei einem Gewichtsverhältnis der überhitzten Dampfes zu der herzustellenden
Trübe und zur Schwefelsäure über 10?5:5 sinkt die Temperatur der Umkristallisation,
was eine unvollständige Umkristallisation des Ralziumsulfat-Halbhydrats zum Anhydrit
hervorruft und dementsprechend die Phasentrennung durch Filtrierung destabilisiert.
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Hierdurch ermöglicht es die Durchführung der Stufe der Umkristallisation
des Kalziumsulfat-Halbhydrats zum Anhydrit in einen dispersen System, gut filtrier-
und auswasohbare grobe Xristalldrusen des wasserfreien Kalziumsulfats (Anhydrits)
mit einer spezifischen oberfläche von 600 bis cm2 1000 zu erhalten. Das schafft
Möglichkeiten, die Dauer g des Herstellungsprozesses der Mhosphorsäure von 6-8 Stunden
auf 3,5-4 Stunden zu reduzieren und den Ausnutzungsgrad der Phosphatrohstoffe bei
einer Konzentration von P205 von 45% auf 96% zu bringen.
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Nachstehend sind in Tabelle die Vergleichsangaben der technologischen
Parameter gemäß dem erfindungsgemäßen und dem bekannten ERhone-Poulenc"-Verfahren
angeführt.
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Art der Prozeßführung gemäß dem erfindungs ge- gemäß dem bekannten
"Rhone-Poulenc"-Verfahren 2-Hydrat- Halbhyd- Anhyd- 2-Hydrat-Ver--Verfah- rat-Ver-
rid--Ver- fahren ren fahren fahren 1 2 2 3 3 ) Konzentration der Phosphorsäure,%
P205 28-30 40-50 45 28-30 Spezifische Abnahme P O von den Reaktionsausrüstungen,
kg/m3.h 23-28 30-38 30 20 Spezifische Abnahme P2O5 von den Filtrierungsausristungen,
kg/m . h 225 330-360 360 190 Aufschlußgrad von Phosphatrohstoffen, 9d,5-99,O 97-98
97-98 98,0-99,0 Grad der Auswaschung des Kalziumsulfats, 98,5-99,0 98-99 98-99 98,0-99,0
Ausnutzungsgrad von Phosphatrohstoffen,% 97,5-98,0 96,0 96,0 97,0 Spezifischer Luftverbrauch,
Tds.m3/tP2O5.h 4000 3000 4000 6000 Spezifischer Verbrauch von Trübe, der Reaktionsmasse
für Dispergierung und Kühlung mit Luft, m3/tP2O5.h 20 16 20 230
Wie
aus der Tabelle zu ersehen ist, bestehen die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Herstellung von Phosphorsäure im Vergleich zu den bekannten Verfahren in der
Schaffung von optimalere Bedingungen für die Durchführung der Zersetzung von Phosphatrohstoffen
und der Kristallisation des Xalziumsulfats mit der gleichzeitigen Intensivierung
der Abführung der überschüssigen Reaktionswärme und der Wärme der Verdünnung der
konzentrierten Schwefelsäure mit Wasser beziehungsweise mit Rücklaufphosphorsäure.
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So beträgt die spezifische Abnahme von P205 bei der Herstellung von
Phosphorsäure mit einer Konzentration von 28-30%, bezogen auf P205, von Reaktionsausrüstungen
nach dem "Bhone--Poulenc"-Verfahren 23-28 kg/m3.h; die spezifische Abnahme von P2O5
von den Filter ausrüstungen beträgt 190 kgXm2.h und in dem erfindungsgemäßen Verfahren
- 225 kg/m2.
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.h (infolge der Verbesserung der Kristallisation von CaS04-Der spezifische
Luftverbrauch für die Wärmeabrührung beträgt in dem bekannten Verwahren 6000 m3/t
P205.h und in dem erfindungsgemäßen Verfahren - 4000 m3/t P205. h (infolge der Erreichung
in unserem Fall einer Gleichgewichtssättigung der Luft mit Feuchtigkeit sowie der
Erreichung des Temperaturgleichgewichtes der Luft und der abzukühlenden Reaktionsmasse).
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Der spezifische Verbrauch an der Trübe, der Reaktionsmasse, zur Dispergierung
und Abkühlung mit Luft beträgt im bekannten Verfahren 230 m3/t P2O5.h und in dem
erfindungsgemäßen Verfahren - 20 m3/t P2O5.h ( da die
Intensität
des Wärmeaustausches zwischen der dispergierten Trübe, der Reaktionsmasse, und der
Luft bedeutend niedriger als in dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt, was die Notwendigkeit
hervorruft, die Häufigkeit der Zirkulation der dispergierten Trübe zu ändern, wodurch
der Energie aufwand für die Dispergierung erhöht wird).
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Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet es herzustellen: - Phosphorsäure
mit einer Konzentration von 28-30%, bezogen auf P205, mit Kristallisation des Kalziumsulfat-2-Hydrats
(CaS04 2H,O); - Phosphorsäure mit einer Konzentration von 40-50%, bezogen auf P205,
mit Kristallisation des Kalziumsulfat-Halbhydrats (CaS04 O,5.H2O); - Phosphorsäure
mit einer Konzentration von 50%, nach P205, mit Kristallisation des wasserfreien
Kalziumsulfats (Anhydrid - CaS04).
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Nachstehend werden Beispiel der konkreten Ausführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens angeführt.
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Beispiel 1.
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In einen Reaktor werden kontinuierlich 1000 kg Apatitkonzentrat (P205
- 39,4 Masse%, CaO - 52 Masse%) sowie das für seine Zersetzung zu verwendende Gemisch
aus 985 kg 93%iger Schwefelsäure, 2400 kg 20%iger Buc klaufphosphorsäure und 9000
kg Bücklauftrübe, das mit 1980 kg Luft in Borm eines dispersen Systems bei einem
Gewichtsverhältnis der dispersen Phase zum Dispersionsmittel von 1:0,16 aufgegeben.
Die Entstehung des dispersen Systems erfolgt unter Zuhilfenahme
einer
Druckluftvorrichtung in einem einzelnen Gleichstrom-Strahlkegel mit der gleichzeitigen
Belüftung der Teilchen der Rücklauftrübe und der erwähnten Säuren mit Luft.
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Bei der Führung des Prozesses werden folgende technologische Bedingungen
eingehalten.
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- Verhältnis fest:flüssig in der Trübe 1/1,5; - Konzentration der
Phosphorsäure in der Trübe 30%, bezogen auf P2O5; - Konzentration der nichtgebundenen
Schwefelsäure 2%; ¢ Temperatur der Trübe ?80C; - Dauer der Zersetzung gleich 4 Stunden
bei einer spezifischen Abnahme von P205 pro 1 m3 des Reaktors von 27 kg und 220
kg E205 pro 1 m2 des Filters, der Ausnutzungsgrad von P2O5 aus dem Phosphatrohstoff
beträgt 97,5%.
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Die angefallene Trübe in einer Menge von 4385 kg wird abf iftriert
und mit 1500 kg Wasser gewaschen. Man erhält 1290 kg Produktionsphosphorsäure mit
einer Konzentration von 30%, bezogen auf P2O5; 2400 kg Rücklaufphosphorsäure mit
einer Konzentration von 20%, bezogen auf P2O5, die anschließend der Belüftung und
Dispergierung zugeführt wird; und 1950 kg Gips mit einem Gehalt an CaSO4#2H2O von
1600 kg, der zur Halde abgeführt wird. Durch ein Ventilationssystem werden 1980
kg Luft der Reinigung und weiter übers Dach geführt, die mit Wasserdämpfen gesättigt
ist und Fluor in einer Menge von 2-g und Wasser in einer Menge von 161,5 g pro m3
enthält.
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Beispiel 2.
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In einen Reaktor werden kontinuierlich 1000 kg Apatit-
konzentrat
(Gehalt an P2O5 gleich 39,4 Masse%, CaO gleich 52 Masse%) und ein für seine Zersetzung
zu verwendende Gemisch aus 985 kg 93%iger Schwefelsäure, 4800 kg 20%iger Rücklaufphosphorsäure
und 9000 kg Rücklauftrübe, das mit 1330 kg Luft belüftet wird, in Form eines dispersen
Systems bei einem Gewichtsverhältnis der dispersen Phase zum Dispersionsmittel von
1:0,09 aufgegeben, Die Entstehung des dispersen Systems erfolgt unter Zuhilfenahme
einer mechanischen Sinrichtung in einem einzelnen Gleichstrom-Strahlkegel mit der
gleichzeitigen Belüftung mit Luft der Teilchen der Rücklauftrübe und der erwähnten
Säuren.
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Dabei werden bei der Durchführung des Verfahrens folgende technologische
Bedingungen unterhalten: - Verhältnis flüssig:fest in der Trübe ? - Konzentration
der Phosphorsäure in der Trübe beträgt 30%, bezogen auf P2O5; - Konzentration der
nichtgebundenen Schwefelsäure 3; - Temperatur der Trübe 8500; - Dauer der Zersetzung
beträgt 4 Stunden bei einer spezifischen Abnahme von P205 pro 1 m3 des Reaktors
28 kg und 225 kg pro 1 m2 des Filters; Ausnutzungsgrad von P2O5 aus dem Phosphatrohstoff
97%.
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Aus den 6785 kg Reaktionsmasse erhält man: - 1280 kg 30%iger, bezogen
auf P2O5, Produktionsphosphorsäure; - 480 kg Rücklaufphosphorsäure; - 2000 kg Gips
(mit einem Gehalt an CaSO42H2O von.
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1600 kg);
- 1330 kg Luft, die 200 g Wasserdampf und
3,0 g Fluor pro 1 m3 enthält Der anfallende Gips wird zur Halde abgeführt und die
für die Belüftung verwendete Luft wird dem Ventilationssystem zur Reinigung zugeführt
und anschlieBend über Dach abgeführt.
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Beispiel 3.
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In einen Reaktor werden kontinuierlich 1000 kg Apatitkonzentrat (Gehalt
an P2O5 beträgt 39,4 Masse% und an CaO - 52 Masse%) und ein für seine Zersetzung
zu verwendende Gemisch aus 980 kg 93%iger Schwefelsäure, 2420 kg 30%iger, bezogen
auf P205, Rücklaufphosphorsäure, 5000 kg Rücklauftrübes das mit 1000 kg Luft in
Form eines dispersen Systems bei einem Gewichtsverhältnis der dispersen Phase zum
Dispersionsmittel von 1:0,12 belüftet wird, aufgegeben, Die Entstehung des dispersen
Systems erfolgt unter Zuhilfenahme einer mechanischen Vorrichtung in einem einzelnen
Gleichstrom-Strahlkegel mit der gleichzeitigen Belüftung mit Luft der Teilchen der
Rucklauftrübe und der erwähnten Säuren.
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Dabei werden bei der Durchführung des Verfahrens folgende technologische
Bedingungen unterhalten: - Verhältnis flüssig:fest in der Trübe 2/1 - Konzentration
der Phosphorsäure in der Trübe gleich 40%, bezogen auf P2O5; - Konzentration der
nichtgebundenen Schwefelsäure beträgt 0,8%; - Temperatur der Trübe beträgt 950C;
- Dauer der Zersetzung beträgt 2 Stunden bei einer spe-
zifischen
Abnahme von P205 pro 1 m3 des Reaktors von 38 kg und 360 kg pro 1 m2 des Filters;
Ausnutzungsgrad von P205 aus dem Phosphatrohstoff beträgt 96%.
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Aus den 4200 kg Reaktionsmasse erhält man: - 945 kg 40»iger Produktionsphosphorsäure,
bezogen auf P205; - 2420 kg Rücklaufphosphorsäure; - 1800 kg Phospho-Halbhydrat
mit einem Gehalt an 0aS04'0,5 H20 von 1400 kg; - 1000 kg Luft, die 200 g Wasserdampf
und 3 g Fluor pro 1 m3 enthält und die durch ein Ventilationssystem der Sanitärreinigung
zugeführt und weiter übers Dach abgeführt wird.
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Beispiel 4.
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In einen Reaktor werden kontinuierlich 1000 kg Apatitkonzentrat (Gehalt
an P205 beträgt 39,4 Masse% und an Oa0 -25 52 Masse%) und ein für seine Zersetzung
zu verwendendes Gemisch aus 985 kg 93%iger Schwefelsäure, 2400 kg 20%iger, bezogen
auf P205, Rücklaufphosphorsäure, das mit 675 kg Luft in Form eines dispersen Systems
belüftet wird, bei einem Gewichtsverhältnis der dispersen Phase zum Dispersionsmittel
von 1:0,2 und ein Gemisch aus 9000 kg Rücklauftrübe mit 630 kg Luft in Form eines
dispersen Systems bei einem Gewichtsverhältnis der dispersen Phase zum Dispersionsmittel
von 1:0,? aufgegeben werden. Die dem Reaktor zuzuführenden dispersen Systeme erhält
man unter Zuhilfenahme einer Druckluftvorrichtung durch Vermischung von zwei Gleichstromflüssen,
bestehend aus getrennt dispergierten und mit Luft bebelüfteten Trübeteilchen und
den der Reaktion zuzuführenden
Säuren Dabei werden bei der Durchführung
des Verfahrens folgende technologische Bedingungen eingehalten: - Verhältnis flüssig:fest
in der Trübe gleich 1,5/1; - Konzentration der Phosphorsäure in der Trübe beträgt
30%, bezogen auf P2O5; - Konzentration der nichtgebundenen Schwefelsäure beträgt
2%; - Temperatur der Trübe beträgt 8000; - Dauer der Zersetzung beträgt 4 Stunden
bei einer spezifischen Abnahme von P205 pro 1 m3 des Reaktors 230 kg und 2250 kg
pro 1 m2 des Filters; Ausnutzungsgrad von P205 aus dem Phosphatrohstoff beträgt
96%.
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Aus den 4385 kg Reaktionsmasse erhält man: - 1260 kg 30%iger, bezogen
auf P205, Produktionsphosphorsäure; - 2400 kg Rücklaufphosphorsäure; - 2000 kg Gips
mit einem Gehalt an CaSO4#2H2O von 1600 kg; - 1305 kg Luft, die 222 g Wasserdampf
und 2,8 g Fluor pro s3 enthält, und die durch ein Ventilationssystem der Sanitärreinigung
zugeführt und weiter über Dach abgeführt wird.
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Beispiel 5.
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In einen Reaktor werden 1000 kg Apatitkonzentrat (Gehalt an P205
beträgt 39,4 Masse% und an CaO - 52 Masse%) und ein für seine Zersetzung zu verwendende
Gemisch aus 985 kg 93%iger Schwefelsäure, 2400 kg 20%iger, bezogen auf
P2O5,
Rücklaufphosphorsäure, das mit 1015 kg Luft belüftet wird, in Form eines dispersen
Systems bei einem Gewichtsverhältnis der dispersen Phase zum Dispersionsmittel von
1:0,3 und ein Gemisch aus 9000 kg Rücklauftrübe mit 720 kg Luft in Form eines dispersen
Systems bei einem Gewichtsverhältnis der dispersen Phase zum Dispersionsmittel von
1:0,08 aufgegeben. Die dem Reaktor zuzuführenden dispersen Systeme erhält man unter
Zuhilfenahme einer mechanischen Vorrichtung beim Vermischen von zwei Gleichstroinilüssen,
bestehend aus getrennt dispergierten und mit Luft belüfteten Trübeteilchen und der
der Reaktion zuzuführenden Säuren.
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Bei der Durchführung des Verfahrens werden folgende technologische
Bedingungen eingehalten: - Verhältnis flüssig:fest in der Trübe gleich 1,5/1; -
Konzentration der Phosphorsäure beträgt 30%, bezogen auf P2O5; - Konzentration der
nichtgebundenen Schwefelsäure beträgt 2,; - Temperatur der Trübe beträgt ?50O ,
- Dauer der ersetzung beträgt 4 Stunden bei einer spezifischen Abnahme von P205
pro 1 m3 des Reaktors in einer Menge von 27 kg und 220 kg P205 pro 1 m2 des Filters,
der Ausnutzungsgrad von P2O5 aus dem Phosphatrohstoff beträgt 97,5%.
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Die hergestellte Trübe in einer Menge von 4385 kg wird abfiltriert
und mit 1500 kg Wasser gewaschen. Man erhält 1290 kg Produktionsphosphorsäure mit
einer Konzentration von 30%, bezogen auf P205, und 2400 kg Rücklaufphosphor-
säure
mit einer Konzentration von 20%, bezogen auf P205, die der Belüftung und Dispergierung
zugeleitet wird, 950 kg Gips, der 1600 kg CaSO4#2H2O enthält, werden zur Halde abgeführt.
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Durch die Ventilationssystem leitet man 173) kg Luft, die mit Wasserdampf
mit einem Gehalt an Fluor von 2 g und 194 g Wasser je 1 m3 gesättigt wird, der Sanitärreinigung
zu und führt weiter über Dach ab.
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Beispiel 6.
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In einen Reaktor werden kontinuierlich 1000 kg Phosphorite (Gehalt
an P2O5 beträgt 26 Masse%, an MgO - 2,0 Masse% und an CaO - 40 Masse%) und ein für
die Zersetzung derselben zu verwendende Gemisch aus 890 kg 93%iger Schwefelsäure,
2000 kg 20%iger Rücklaufphosphorsäure, bezogen auf P2O5, das mit 1010 kg Luft belüftet
ist, in Form eines dispersen Systems bei einem Gewichtsverhältnis der dispersen
Phase zum Dispersionsmittel von 1:0,35 aufgegeben. Die Entstehung des dispersen
Systems erfolgt unter Zuhilfenahme einer Druckluftvorrichtung in einem einzelnen
GleichstromStrahlkegel mit der gleichzeitigen Belüftung aer erwähnten Säuren mit
Luft.
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Bei der -Durchführung des Verfahrens werden folgende technologische
Bedingungen eingehalten: - Verhältnis flüssig:fest in der Trübe ist gleich 2/1;
- Konzentration der Phosphorsäure in der Trübe beträgt 25%, bezogen auf P2O5; -
Konzentration der nichtgebundenen Schwefelsäure beträgt 2,5-3,0%;
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Temperatur der trübe beträgt 80°C; - Dauer der Zersetzung beträgt 4 Stunden bei
einer spezifischen Abnahme von P205 pro 1 m3 des Reaktors in einer enge von 20 kg
und 180 kg P205 pro 1 m2 des Filters, der Ausnutzungsgrad von P205 aus dem Phosphatrohstoff
beträgt 94%.
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Aus den 3U90 kg Reaktionsmasse erhält man: - 978 kg 25%ige Produktionsphosphorsäure,
bezogen auf P205; - 2000 kg Rücklaufphosphorsäure; - 1600 kg Phosphatgips (mit einem
Gehalt an CaSO4-5H20 von 1300 kg); - 1010 kg Luft, die 200 g Wasserdampf und 0,3
g Fluor pro 1 m3 enthält.
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Der erhaltene Gips wird zur Halde geführt und die für die Belüftung
genutzte Luft wird dem Ventilationssystem zur Reinigung zugeleitet und weiter über
Dach abgeführt.
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Beispiel 7.
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In einen Reaktor werden 1000 kg Ehosphorite (Gehalt an P205 beträgt
26 Masse% und an Ca0 - 40 Masse%) und ein für die Zersetzung derselben zu verwendende
Gemisch aus 890 kg 93%iger Schwefelsäure, 2000 kg 20%iger Rücklaufphosphorsäure,
bezogen auf P205, das mit 1590 kg Luft in Form eines dispersen Systems bei einem
Gewichtsverhältnis der dispersen Phase zum Dispersionsmittel von 1:0,55 belüftet
wird, aufgegeben.
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Die Entstehung des dispersen Systems erfolgt unter Zuhilfenahme einer
mechanischen Vorrichtung bei einem einzelnen Gleichstrom-Strahlkegel mit der gleichzeitigen
Be-
lüftung der erwähnten Säuren mit luft.
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Bei der Durchführung des Verfahrens werden folgende technologische
Bedingungen eingehalten: - Verhältnis fest:flüssig in der Trübe gleich 2/1; - Konzentration
der Phosphorsäure gleich 25%, bezogen auf P2O5; Konzentration der nichtgebundenen
Schwefelsäure beträgt 3,0%; - Temperatur der Trübe beträgt 75°C; - Dauer der Zersetzung
beträgt 4 Stunden bei einer spezifischen Abnahme von P205 pro 1 m3 des Reaktors
20 kg und 180 kg P205 pro 1 m2 des Filters, der Ausnutzungsgrad von P2Q5 aus dem
Phosphatrohstoff beträgt 95%.
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Aus den 3890 kg Reaktionsmasse erhält man: - 988 kg 25%ige Produktionsphosphorsäure,
bezogen auf P2O5; - 2000 kg Rücklaufphosphorsäure; - 1600 kg Gips mit einem Gehalt
an CaSO4#2H2O von 1300 kg; - 1590 kg Luft, die 230 g Wasserdampf und 0,4 g Fluor
pro 1 m3 aufweist Der erhaltene Gips wird zur Halde geführt und die für die Belüftung
verwendete Luft wird einem Ventilationssystem zur Reinigung zugeleitet und weiter
über Dach abgeführt.
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Beispiel 8.
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Ein Phosphatrohstoff in einer Menge von 35 t wird mit einem Gemisch
in Form eines dispersen Systems, bestehend aus 28,35 t Schwefelsäure (92,5% H2S04),
11,6 t osphor-
säure und 19,35 t Luft, bei einer Temperatur von
10000 mit Kristallisation des Kalziumsulphat-Halbhydrats und unter Anfallen von
182 t Trübe, die 50,4 t kalziumsulfat-Halbhydrat und 131,6 t Phosphorsäure enthält,
aufgeschlossen. Die Umkristallisation des Kalziumsulfat-Halbhydrats zu Anhydrit
führt man in der entstandenen Trübe durch Behandlung mit einem dispersen System,
das sich aus d t Schwefelsäure und 2,56 t überhitztem Dampf zusammensetzt.
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Vor der Filtrierung wird die gesamte zubereitete Reaktionsmasse in
einer Menge von 191,2 t mit 25,8 t Luft unter Senkung der Temperatur mit einer Geschwindigkeit
von 0,35°C/ /min bei der Senkung der absoluten Temperatur auf 850C dispergiert.
Nach der Filtrierung erhält man 29,4 t Eroduktionsphosphorsäure (Gehalt an P2O5
beträgt 45% und an SO3 - 5%) und 59,5 t Phosphoanhydrit (47,25 t Trockensubstanz)
und 121,6 t Phosphorsäure werden zur Zersetzung von Apatitkonzentrat zurückgeführt.
Dabei beträgt der Ausnutzungsgrad von Phosphatrohstoff 96%.
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Beispiel 9.
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Ein Phosphatrohstoff in einer Menge von 35 t wird mit einem dispersen
System, bestehend aus 28,8 t Schwefelsäure (92,5%ige 112504), 124,7 t Phosphorsäure
und 14,5 t Luft, bei einer Temperatur von 65°C mit Kristallisation des Kalziumsulfat-Halbhydrats
unter Anfallen von 185 t Trübe zersetzt, die 50,4 t Kalziumsulfat-Halbhydrat und
1 134,6 t Phosphorsäure enthält. Die Umkristallisation der hergestellten Trübe führt
man durch Behandlung mit einem dispersen System, das sich aus 7,35 t Schwefelsäure
und 5,55 t überhitztem
Dampf zusammensetzt, bei einer Temperatur
von 108°C.
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Vor der Filtrierung wird die gesamte hergestellte Reastionsmasse
in einer Menge von 194,4 t mit 39 t Luft unter Senkung der Temperatur mit einer
Geschwindigkeit von 0,43°C/min bei einer absoluten Senkung des Temperaturwertes
auf 950C dispergiert. Nach der Filtrierung erhält man 31,7 t Produktionsphosphorsäure
(Gehalt an P2O5 beträgt 42% und an SO3 - 4,25%) und 59,5 t Phosphoanhydrit (47,25
t Trockensubstanz) und 124,7 t Phosphorsäure werden zur Zersetzung von Apatitkonzentrat
zurückgeführt.
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Beispiel 10.
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Ein Phosphatrohstoff in einer Menge von 35 t wird mit einem dispersen
Systems, bestehend aus 29,0 t Schwefelsäure (92,5%ige H2504), 119,5 t Phosphorsäure
und 29,0 t Luft, bei einer Temperatur von 1000C mit Kristallisation des Kalziumsulfat-Halbhydrats
unter Anfallen von ld0 t Trübe zersetzt, die 50,4 t Halbhydrat und 129,6 t Phosphorsäure
enthält . Die Umkristallisation des Kalziumsulfat-Halbhydrats zum anhydrid erfolgt
in einem dispersen System, das sich aus 180 t gebildeter Trübe, 6,9 t Schwefelsäure
und 2,5 t überhitztem Dampf zusammensetzt. Vor der Filtrierung wird die gesamte
hergestellte Reaktionsmasse in einer Menge von 187,9 t mit 19 t Luft während 1 Stunde
unter Senkung der Temperatur mit einer Geschwindigkeit von 0,33°C/min bei einer
absoluten Senkung des Temperaturwertes auf 850G dispergiert. Nach der Filtrierung
erhält man 26,25 t Produktionsphosphorsäure (Gehalt an P205 beträgt 50% und an SO3
- 4,17% und 59,5 t Phosphoanhydrid (47,25 t Trockensub-
stanz)
und 119,5 t Phosphorsäure werden zur Zersetzung von Apatitkonzentrat zurückgeführt.
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Beispiel 11.
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£in hosphatrohstoff in einer Menge von 35 t wird mit einem dispersen
System, bestehend aus 28,35 t Schwefelsäure (92,5%ige H2S04), 121,6 t Phosphorsäure
und 19,35 t Luft, bei einer Temperatur von 10000 mit Kristallisation des Ralziumsulfat-Halbhydrats
unter Anfallen von 182 t Trübe zersetzt, die 50,4 t Kalziumsulfat-Halbhydrat und
131,6 t Phosphorsäure enthält.
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Die Umkristallisation des Kalziumsulfat-Halbhydrats zum Anhydrid
erfolgt in einem dispersen System, das sich aus 182 t der hergestellten Trübe, 8
t Schwefelsäure und 2,8 t überhitztem Dampf zusammensetzt. Vor der Filtrierung wird
die gesamte hergestellte Reaktionsmasse in einer Menge von 191,2 t mit 30 t Luft
unter Senkung der Temperatur mit einer Geschwindigkeit von 0,350C/min bei einer
absoluten Senkung der Temperatur auf 850C dispergiert.
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Nach der Filtrierung erhält man 29,4 t Eroduktionsphosphorsäure (Gehalt
an P205 beträgt 45% und an S03 - 5%) und 59,5 t Phosphoanhydrid und 121,6 t Phosphorsäure
werden zur ersetzung von Apatitkonzentrat zurückgeführt.
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Beispiel 12.
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Ein Phosphatrohstoff in einer Menge von 35 t wird mit einem dispersen
System, bestehend aus 25 t Schwefelsäure (92,5%ige H2S04), 173 t Phosphorsäure,
25 t Luft bei einer Temperatur von 10000 mit Kristallisation des Ealziumsulfat--Halbhydrats
unter Anfallen von 270 t Trübe zersetzt, die
50,4 t Kalziumsulfat-Halbhydrat
und 179,6 t Phosphorsäure enthält.
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Die Umkristallisation des Ealziumsulfat-Halbhydrats zum Anhydrid
erfolgt in der hergestellten Trübe durch Behandlung mit einer gasförmigen Dispersion,
die sich aus 3,4 t überhitztem Dampf und 10,6 t Schwefelsäure zusammensetzt.
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Vor der Filtrierung wird die gesamte hergestellte Reaktionsmasse
in einer Menge von 243 t mit 25 t Luft während 1 Stunde unter Senkung der Temperatur
mit einer Geschwindigkeit von 0,3300/min bei einer absoluten Senkung der Temperatur
auf 90°C dispergiert.
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Nach der Filtrierung erhält man 29,4 t Produktionsphosphorsäure (Gehalt
an P2O5 beträgt 45% und an SO3 - 4,7%) und 59,5 t Phosphoanhydrid, 173 t Phosphorsäure
werden zur Zersetzung von Apatitkonzentrat zurückgeführt.