[123Doc] - Do-An-Nhap-Mon-Ki-Thuat-Hoa-Hoc-Ten-De-Tai-Tim-Hieu-Qua-Trinh-San-Xuat-Acid-Phosphoric-Tu-Quang-Apatit.pdf

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỒ ÁN NHẬP MƠN Kĩ Thuật Hóa Học Tên đề tài : TÌM HIỂU QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT ACID PHOSPHORIC TỪ QUẶNG APATIT Nhóm LÊ HUY HOÀNG hoang.lh221481@sis.hust.edu.vn TRẦN THỊ HỒNG hong.tt221488@sis.hust.edu.vn NGUYỄN TIẾN HÙNG hung.nt221495@sis.hust.edu.vn LẠI QUỐC HUY huy.lq221501@sis.hust.edu.vn ĐINH HOÀNG KIÊN kien.dh221513@sis.hust.edu.vn Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Công Bằng Bộ Môn: Nhập môn Kĩ Thuật Hóa Học Viện : Kĩ Thuật Hóa Học Hà Nội, 3/2023 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU Lời cho nhóm em xin cảm ơn Thầy truyền tải kiến thức đến chúng em khoảng thời gian học tập Học phần “Nhập môn Kĩ thuật Hóa học” học phần quan trọng sinh viên năm Viện Kĩ thuật Hóa học chúng em Qua việc làm đồ án môn học chúng em có hiểu biết rõ về chương trình đào tạo ngành Kỹ thuật Hóa học; có số hiểu biết trình thuộc lĩnh vực khác ngành Kỹ thuật Hóa học, nắm mối liên kết, giao thoa khoa học kỹ thuật công nghệ Chúng em làm quen với phương pháp làm việc khoa học, tra cứu tài liệu, kỹ làm việc nhóm, kỹ trình bày, thuyết trình vấn đề kĩ làm việc cần thiết cho chúng em sau Ngày với phát triển cơng nghiệp hóa – đại hóa đất nước, thị hóa cách nhanh chóng với phát triển ngành công – nông nghiệp phục vụ đời sống người Acid Phosphoric hóa chất phổ biển quan trọng ngành hóa ngành công nghiệp, nông nghiệp khác Hay số lĩnh vực y tế - sức khỏe, thực phẩm … cần đến lượng lớn acid phosphoric để tạo sản phẩm phục vụ sống người Nhận thấy vai trò to lớn loại acid này, nhà máy hóa chất đâu tư công nghệ, áp dụng tiến khoa học kĩ thuật vào sản xuất nhằm tạo sản phẩm tinh khiết đáp ứng nhu cầu thị hiếu xã hội Với đề số giao, nhóm chúng em tìm hiểu vể Q trình sản xuất Acid Phosphoric từ quặng apatit Và trình tìm hiểu tham khảo số tài liệu nghiên cứu khoa học, nhóm chúng em xin phép đề cập đến phương pháp sản xuất phổ biến acid phosphoric công nghiệp là: – Phương pháp ướt ( phương pháp trao đổi ) – Phương pháp pháp khô ( phương pháp nhiệt ) Và cịn số phương pháp khác Bên cạnh báo cáo chúng em trình bày số vấn đề khác tính chất, cấu tạo, đặc điểm acid photphosphoric, ứng dụng thiết yếu acid phosphoric đời sống sản xuất CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VÀ MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT ACID PHOSPHORIC I TỔNG QUAN VỀ ACID PHOSPHORIC Tên gọi khoa học, đặc điểm cấu tạo - Danh pháp khoa học ( Danh pháp IUPAC) H3PO4 Phosphoric acid Ngồi ra, cịn mang tên gọi khác trihiđroxiđioxiđophotpho, Acid orthophosphoric Nó diện xương giúp ích q trình trao đổi chất Ở dạng lỏng, xuất dạng dung dịch suốt, không màu dạng rắn, xuất dạng chất rắn kết tinh, suốt - Cơng thức hóa học : H3PO4 - Cơng thức cấu tạo + Là liên kết cộng hóa trị phân cực + Phopho có hóa trị V số oxi hóa +5 + Là acid nấc : K a = 7,5.10 = 6,2.10-8 Ka K a = 4.8.10-13 Hình1.1 Công thức cấu tạo Acid Phosphoric Hình 1.2 Mơ hình cấu tạo Acid Phosphoric -3 - Trong cấu trúc tinh thể H3PO4 gồm có nhóm tứ diện PO4 liên kết với liên kết hidro Hình 1.3 Cấu trúc tinh thể Acid Phosphoric - Phân tử phosphoric có dạng tứ diện lệch  Độ dài d (P – O) = 1,52 Å, d (P – OH) = 1,57 Å  Số đo số góc khơng giống : góc ( O = P – OH ) = 1120 góc ( HO – P – OH ) = 1600 - Số CAS: 7664-38-2 - Số EINECS: 231-633-2 - Số RTECS TB6300000 - MSDS: 1008 - Phân loại EU: Chất ăn mòn (C) - Chỉ mục EU: 015-011-00-6 - Chỉ dẫn R: R34 - Chỉ dẫn S: (S1/2) S26 S45 - Điểm bắt lửa: Khơng gây cháy nổ Tính chất vật lý Acid Phosphoric Acid Phosphoric có dạng tồn tại, kết tinh dạng tinh thể không màu, chất lỏng đặc ( > 42 0C ) suốt khơng màu.; mang vị chua; có khối lượng mol 98,00g/mol Khối lượng riêng theo dạng khác : 1.885 g/mL ( lỏng ); 1.685 g/mL ( 85% đậm đặc ); 2.030 g/ml ( tinh thể 25 0C ) Có nhiệt độ nóng chảy 42,35 0C ( dạng H3PO4.H2O có nhiệt độ nóng chảy 29,320C ); Nhiệt độ sôi 154 0C bị phân hủy 213 0C Tan nước với độ tan 548 g/100 mL nước Trong cấu trúc tinh thể gồm có nhóm tứ diện PO 4, liên kết với liên kết hidro Cấu trúc cịn giữ lại dung dịch đậm đặc acid nước làm cho dung dịch sánh giống nước đường Tính chất hóa học Acid Phosphoric Với tính chất acid trung bình, Acid Phosphoric mang đặc điểm acid điển chất chung acid đổi mà quỳ tím thành đỏ, tác dụng với oxit bazơ, bazơ, muối, kim loại Khi tác dụng với oxit bazơ bazơ, tùy theo lượng chất tác dụng mà sản phẩm muối trung hòa, muối acid hỗn hợp muối… Bên cạnh có vài tính chất riêng : - Trong phân tử acid phosphoric P mức oxy hóa +5 bền nên acid phosphoric khó bị khử, khơng có tính oxy hóa acid nitric Khi đun nóng dần đến 260oC, acid orthophosphoric bớt nước, biến thành acid điphosphoric (H4P2O7); 3000C, biến thành acid metaphosphoric (HPO3) Acid phosphoric acid ba nấc có độ mạnh trung bình, số acid 250C có giá trị :  H3PO4 ⇆ H2PO4- + H+ K1 = 7.10-3  H2PO4- ⇆ HPO42- + H+ K2 = 8.10-6  HPO42- ⇆ PO43- + H+ K3 = 4.10-13 - Dưới tác dụng nhiệt, xảy phản ứng nhiệt phân cho sản phẩm theo nhiệt độ Trong phân tử acid phosphoric P mức oxi hóa +5 bền nên acid phosphoric khó bị khử, khơng có tính oxi hóa acid nitric, nguyên tử P có bán kính lớn nguyên tử N, dẫn mật độ điện dương P nhỏ nên khả nhận e Khi đun nóng dần đến khoảng 200 – 250 C acid orthophosphoric bớt nước, biến thành acid điphosphoric (H4P2O7) Ở 400 – 500 0C, biến thành acid metaphosphoric (HPO3) Lưu ý sử dụng Acid Phosphoric Acid Phosphoric có tính ứng dụng lớn đời sống, tiếp xúc với người thơng qua nhiều đường khác Ví dụ sản phẩm phục vụ nhu cầu ngày thức ăn, đồ uống… có lượng Acid Phosphoric Acid Phosphoric có khả gây hại nhiều trường hợp a) Ảnh hưởng acid Phosphoric đến thể người - Giảm mật độ xương người, gây bệnh loãng xương sử dụng sản phẩm có chưa acid Phosphoric thời gian dài - Ảnh hưởng đến thận sử dụng nhiều sản phẩm đồ uống chứa acid Phosphoric, dẫn đến thay đổi tiết niệu, bệnh thận mãn tính, sỏi thận… - Gây tải Phospho thể, làm tăng độ acid thể làm giảm khả sử dụng chất dinh dưỡng khác Fe, Mg, Zn,… Sự thiếu hụt chất khác dẫn đến vấn đề sức khỏe - Gây bỏng hóa học, thiệt hại mô tiếp xúc trực tiếp với da, có tính ăn mịn Cũng gây kích ứng mũi, họng phổi, dẫn đến thở khị khè ho b) Lưu ý bảo quản Phosphoric - Ln bảo quản nơi khơ ráo, thống mát, tránh tiếp xúc trực tiếp với ảnh nắng loại tia lửa, chất có tính oxi hóa, kim loại, kiềm,… - Bảo quản vật dụng bảo quản chuyên dụng, sau sử dụng cần đậy nắp kín - Thường xuyên kiểm tra vệ sinh nơi bảo quản để kịp thời phát xử lý tình trạng rị rỉ hóa chất, hạn chế tối đa thiệt hại xảy cố - Trang bị hệ thống chống cháy chữa cháy nơi bảo quản c) Lưu ý sử dụng Phosphoric - Sử dụng điều kiện thống gió, cần mặc quần 1.4 Aicd Phosphoric bảo quản lọ thủy tinh áo bảo hộ , đeo trang, mắt kính bảo hộ chuyên dụng trình sử dụng acid - Tuyệt đối khơng nếm, ăn, ngửi hóa chất, khơng đổ thêm nước trình sử dụng - Các trường hợp vô ý tiếp xúc trực tiếp với acid Phosphoric cần rửa với nước, xà phòng ấm đưa đến sở y tế gần để kiểm tra xử lý kịp thời Thị trường tiêu thụ Acid Phosphoric - Với tính ứng dụng cao, acid Phosphoric hóa chất quan trọng, sản xuất tiêu thụ toàn giới Hàng năm có hàng triệu acid Phosphoric tiêu thụ để sản xuất sản phẩm phục vụ người - Ở Việt Nam, acid Phosphoric thành phần quan trọng dùng để sản xuất nhiều loại phân bón, dược liệu, … có nhu cầu sử dụng lớn Tuy nhiên, hạn chế mặt thiết bị sản xuất, ngành công nghiệp sản xuất chưa đủ khả đáp ứng nhu cầu ngành kinh tế khác - Những năm gần đây, nhu cầu để xử lý kim loại giảm năm khoảng 3-5% vật liệu kim loại ngày thay chất dẻo, công nghiệp sản xuất ơtơ Ngồi ra, lượng axit dùng để sản xuất natri tripolyphotphat giảm vấn đề nhiễm nước thải Trong nhu cầu axit phosphoric cho xử lý nước công nghiệp thực phẩm lại tăng đáng kể Ngoài ra, lĩnh vực sử dụng nhiều axit phosphoric sản xuất thức ăn khoáng cho chăn ni lĩnh vực sản xuất phân bón - Có thể lấy ví dụ Trung Quốc, liên quan đến sản xuất axit phosphoric phải kể đến 400 nhà máy sản xuất MAP, DAP, TSP quy mô nhỏ từ 30 nghìn đến 60 nghìn tấn/năm khoảng 10 nhà máy DAP cơng suất từ 150 nghìn đến 450 nghìn tấn/năm sở nhập cơng nghệ cơng ty nước ngồi Tỷ lệ sản phẩm (%) EU Nhật Bản Mỹ Xử lí kim loại - - 25 Xử lí nước - - 20 Sản xuất Natri Tripolyphotphat 40 32 - Công nghiệp thực phẩm - - 15 Sản xuất thức ăn khoáng cho gia súc 22 13 - Các ngành khác 38 55 40 Bảng : Tỷ lệ sử dụng axit phosphoric số quốc gia khu vực Sơ đồ khối dây chuyền sản xuất Acid Phosphoric Hình 2.2 Sơ đồ khối dây chuyền sản xuất Acid Phosphoric Phân loại quy trình cơng nghệ sản xuất axit phosphoric theo phương pháp ướt: Trên thực tế, có quy trình công nghệ sản xuất công nghệ sản xuất phương pháp ướt phân loại theo phương thức (cách) tạo thành tinh thể canxi -unfat (bã Gips) q trình hịa tan axit: CaSO4 khan, CaSO4.1/2H2O, CaSO4 2H2O Bốn quy trình cơng nghệ là: - Dihydrate process  - Hemihydrate process - Di-Hemihydrate process - Hemi-Dihydrate process a) Quy trình Dihydrat Quy trình cơng nghệ Dihydrat sử dụng rộng rãi kỷ XX Phần lớn phân bón photphat cao cấp sử dụng axit phosphoric sản xuất từ nhà máy sử dụng cơng nghệ Quy trình cơng nghệ sản xuất axit phosphoric sử dụng phương pháp gồm bước chính: Nghiền, phản ứng, lọc cô đặc dung dịch Các bước thể sơ đồ sau: Công đoạn nghiền: Một số loại quặng không cần nghiền phân bố kích thước hạt phù hợp (khoảng 60 - 70% kích thước hạt nhỏ 150 µm) Cịn lại, hầu hết loại quặng apatit phải nghiền mịn trước đưa vào phản ứng Công đoạn phản ứng: Quặng apatit chuyển hóa phản ứng với axit sunfuric đặc để tạo thành axit phosphoric bã Gips Quá trình phản ứng phải khuấy liên tục thiết bị có cánh khuấy Điều kiện vận hành hệ thống để tạo kết tinh dehydrat nồng độ P2O5; khoảng 25 - 29% nhiệt độ khoảng 70 - 80°C Nhiệt độ điều khiển cách chuyển lượng huyền phù qua thiết bị làm mát, khí khử làm cho q trình bơm dễ dàng Nhiệt độ điều khiển thiết bị làm mát tuần hồn khơng khí Cơng đoạn lọc: Để tách axit phosphoric khỏi tinh thể canxi sunfat, trình lọc trung gian phải thực qua nhiều bước khác thực liên tục Giai đoạn lọc ban đầu phải có công đoạn rửa để đảm bảo thu hồi lượng P2O5 hoàn toàn từ bã Gips Để đạt nồng độ dung dịch P2O5 mức độ tách theo yêu cầu, hệ thống lọc phải sử dụng bơm chân không để tạo áp lực chân không nhằm tạo động lực lớn cho trình lọc Các phần lỏng lại loại bỏ khỏi bã lọc phương pháp rửa Bã sau lọc thải ngoài, vải lọc phải rửa lại hàm lượng rắn bám lên mức cho phép Nếu khơng thực q trình rửa vải lọc hiệu trình lọc giảm cách đáng kể Sản phẩm sau lọc sau rửa phải giữ tách biệt phải tách điều kiện áp suất chân khơng sau chuyển áp suất thường, sản phẩm thu hồi lưu lại dây chuyền Công đoạn cô đặc: Có thể sử dụng kết hợp nhiều thiết bị bốc với nhau, dòng axit qua thiết bị cô đặc đến nồng độ yêu cầu Hầu hết thiết bị bay chế tạo theo kiểu chu trình làm việc tuần hồn cưỡng dịng vật liệu vào Tồn thiết bị bay hệ thống thường thiết kế đơn lẻ để dễ dàng thay axit phosphoric ăn mịn thiết bị lớn nhiệt độ sôi cao *) Những ưu điểm quy trình Dihydrat: - Quy trình Dihydrat dùng nhiều loại quặng photphat với phẩm cấ khác - Quặng nghiền khơ ướt hay nạp liệu dạng bùn - Dùng axit sunfuric loãng (khoảng 70%) - Dễ vận hành - Hiệu suất thu hồi P2O5 cao (thường giới hạn 93,5–96,5%).  - Tiêu hao nước - Mức độ ăn mịn thiết bị thấp *) Những nhược điểm quy trình Dihydrat: - Tiêu hao nước làm lạnh nhiều - Tiêu hao nước cao hơn, phải dùng để cô đặc axit - Chất lượng photphogyp phụ thuộc vào quặng photphat b) Quy trình Hemihydrat (HH) Quá trình giai đoạn tạo bùn, lọc axit sản phẩm 40 - 48% P2O5, dịng tuần hồn nạp vào thiết bị phản ứng, bã hemihydrat rửa u cầu q trình hệ số tiêu hao thấp, tiêu hao hơi, điện, nướ thấp Quá trình hemi lần phát triển vào năm 1960 công ty Anh Fisons sau phận Norsk-Hydro Yara Hiện có q trình cấp quyền công nghệ giới Norsk–Hydro, OxyHH Prayon PH11 sản xuất axit 46% P2O5 (P Prayon, H Hemihydrat, 11 giai đoạn) Prayon đưa trình HH hai giai đoạn ký hiệu PH12 có lần bã HH, hàm lượng sunfat pha lỏng cao để giải phóng P 2O5, cộng kết canxi sunfat Dây chuyền công nghệ tương tự dây chuyền Dihydrat, nhiên có khác biệt: - Có thể bỏ qua cơng đoạn nghiền khơng cần thiết - Có thể bỏ qua cơng đoạn cô đặc nồng độ sản phẩm đạt yêu cầu - Phản ứng diễn khoảng ổn định vùng kết tinh hemihydrat *) Những ưu điểm trình Hemihydrat (HH): - Tiêu hao hơi, điện, nước mức thấp - Quặng photphat cần nghiền tới mức 100% qua sàng 1mm - Chất lượng axit sản phẩm tốt, hàm lượng SO3 1,5%, P2O5 48%, hàm lượng chất rắn 0,5%, hàm lượng flo thấp - Bã photphogyp sạch, hàm lượng H2O tự thấp *) Những nhược điểm: - Hiệu suất trình thấp q trình cơng nghệ (90–94%) - Tiêu hao quặng photphat cao, quặng phải nạp khô - Phải dùng H2SO4 đặc để đảm bảo cân nước - Mức độ ăn mòn thiết bị cao làm việc nhiệt độ cao c) Quy trình Iemi - dihydrat tái kết tinh (HRC) Dây chuyền công nghệ tương tự công nghệ Dihydrat, nhiên hệ thống có nhiều thùng phản ứng Thùng phản ứng làm việc điều kiện tạo thành tinh thể Hemihydrat, thùng phản ứng khác làm việc điều kiện khác với nhiệm vụ bổ sung nước cho trình tái kết tinh hemihydrat thành tinh thể dihydrat Axit cô đặc chứa nhiều tinh thể hemihydrat hơn, bã Gyps chứa tinh thể hemihydrat Mặc dù q trình cơng nghệ phổ biến khứ, đặc biệt Nhật Bản, nơi có nhiều nhà máy nhỏ xây dựng theo trình khác để sản xuất dihydrat thích hợp làm phụ gia cho xi măng, có q trình Nissan H quảng cáo giới Quá trình yêu cầu nghiền mịn quặng photphat để tạo điều kiện kiềm chế khâu HH (hemihydrat), giá nghiền quặng bù lại giá trị sản phẩm photphogyp Bình thường trình sản xuất axit phosphoric với nồng độ 28 - 30% P2O5, chế biến quặng photphat macma giá trị thấp Sau số nhà máy cải tiến theo q trình cơng nghệ HDH (Hemidihydrat) để giảm việc nghiền mịn quặng photphat Hiệu suất thu hồi P2O5, quặng đạt 97% *) Những ưu điểm trình HRC: - Hiệu suất tồn q trình cao trình DH 0,5 – 1,0% Tiêu hao quặng photphat thấp Dễ vận hành với photphat có chất lượng ổn định Nồng độ axit phosphoric sản phẩm cao chút, tiêu hao Hàm lượng chất rắn axit sản phẩm thấp Bã photphogyp dùng cho sản xuất xi măng, khơng cần xử lý hóa học thêm *) Những nhược điểm trình HRC: - Quặng photphat phải nghiền mịn, cấp liệu dạng khơ ẩm không cấp dạng bùn nghiền quặng theo phương pháp nghiền ướt Tiêu hao điện cao Mức độ ăn mòn thiết bị cao q trình DH d) Quy trình Di-hemihydrat (DHH) Cơng nghệ ngược với công nghệ tái kết tinh Hemi Dihydrat, trình phản ứng khống chế tạo tinh thể dihydrat trước, sau tiến hành lọc tinh thể dihydrat tạo thành tinh thể hemihydrat, sản phẩm axit phosphoric thu có nồng độ 33% - 38%, dịch huyền phù chứa 10% - 20% axit Quá trình phát triển Central-glass Nhật Bản Prayon Bỉ với tên gọi Central - Prayon *)Những ưu điểm trình DHH: - Hiệu suất trình cao (98 – 98,5%) Tiêu hao quặng photphat thấp so với q trình cơng nghệ khác Tiêu hao axit sunfuric thấp Quặng photphat cần nghiền qua sàng 0,5mm Tiêu hao điện thấp nhiều so với trình DH Thời gian trực tuyến trình ngắn Tiêu hao thấp trình DH Chất lượng axit sản phẩm tốt: nồng độ 37 % P2O5, hàm lượng sunfat chất hữ thấp, hàm lượng chất rắn ~ 0,5% Các thiết bị sử dụng trình sản xuất a) Thiết bị phản ứng quy trình Prayon Mark IV Thiết bị phản ứng gồm nhiều thiết bị, thiết bị có nhiều ngăn, chảy ngăn sang ngăn tiếp theo.Thiết bị làm gạch có lót cao su, gạch cacbon, thành ngăn bố trí hệ thống cho bùn chảy Mỗi ngăn có khuấy trộn, bơm lên q trình làm mát phun, hệ thống chân không, đảm bảo nhiệt độ, độ chân khơng, cao hút nhiệt nhiều Bơm hồn lưu bơm bùn trở lại Hình 2.3 Thiết bị phản ứng quy trình Prayon Mark IV b) Thiết bị phản ứng Raytheon Isothernal Quặng khô đưa nước vào tạo huyền phù cho vào thiết bị trộn quặng-bùn T1, bơm P2 bơm từ đáy lên thiết bị phản ứng Raytheon Isothermal R3 Trong thiết bị phản ứng này, bùn chuyển động xung quanh thành thiết bị tạo tiếp xúc bùn acid Trên đầu thiết bị R3 gắn với hệ thống chân khơng X4, cịn phần hỗn hợp thiết bị R3 qua thùng cấp Hình 2.4 Thiết bị phản ứng Raytheon Isothernal đến thiết bị lọc T5 c) Thiết bị phản ứng Kellogg-Lopker Somerville - Kellogg-Lopker : Thiết bị phân hủy áp suất khí giảm acid hồn lưu bùn qua thiết bị phân hủy bơm vào thiết bị chân không, chuyển động ly tâm, khuấy, acid H2SO4 đưa vào không tiếp xúc trực tiếp với bùn Chiều cao thiết bị điều chỉnh theo áp suất trình Áp suất lực tạo chuyển động tránh lắng bùn Thời gian lưu 1,5h thiết bị phân hủy tích tự động [SO42-] tự - Thiết bị phản ứng Somerville : Quặng photphat đưa vào tiếp xúc bùn, bùn hút vào thiết bị chân khơng, H2SO4 ,H3PO4 tuần hồn vào thiết bị, bùn bơm vào thiết bị phản ứng Thời gian phản ứng 15 giây – phút Thời gian lưu 1,5-12h Thời gian lưu ngắn suất cao kích thước tinh thể chưa đủ lớn, thời gian phản ứng nhanh không điều khiển nồng độ SO42- tự do, khơng điều khiển [H2SO4] đưa vào dư Hình 2.5 Thiết bị Phản ứng Kellogg-Lopker Hình 2.6 Thiết bị Phản ứng Somerville d) Các thiết bị lọc : Lọc quay kiểu máng nghiền, lọc bàn quay, lọc băng tải - Tập chung bùn ( canxi sunfat - H3PO4 ) lên thiết bị lọc - Lọc hút bã chân không : Bã, H3PO4 - Rửa bã - Tách bã khỏi bể lọc - Làm vải lọc - Năng suất q trình lọc phụ thuộc vào kích thước CaSO4 tạo thành, độ nhớt , nồng độ H3PO4 cao => Độ nhớt lớn e) Thiết bị đặc Có cụm đặc gồm buồng bốc hơi, bơm tuần hồn cho buồng bốc hơi, phận gia nhiệt máy chân khơng Acid tuần hồn gia nhiệt qua ống phận gia nhiệt nước acid bay buồng bốc Nguồn nhiệt cung cấp cho phận gia nhiệt nước áp suất thấp, buồng bốc trì chân khơng nhờ hệ thống tạo chân khơng Khí flo bay cô đặc thu hồi dạng dung dịch 20% H 2SiF6 (theo trọng lượng ) tháp rửa khí flo Sản phẩm acid thu thường có nồng độ từ 40 – 50% (nếu gạn lọc thu acid có nồng độ khoảng 30%) chứa nhiều tạp chất Sản phẩm đầu acid H 3PO4 (chứa 52% P2O5 ) Quá trình sản xuất acid phosphoric phát sinh chất thải gồm khí thải chất thải rắn Khí thải chủ yếu HF SiF4 (trong khí thải thu từ phản ứng giữa H2SO4 với quặng apatit để tạo H3PO4) với hàm lượng chất khí thải: Hàm lượng Flo ≤ 49mg/Nm3 Sản phẩm phụ từ công nghệ thạch cao ( bã gíp CaSO 4.2H2O) đặc biệt nguyên liệu đầu vào apatit cịn thu lượng lớn acid flohyđric (HF) muối natri hexaflorosilicat (Na2SiF6) Nếu sử dụng làm phân bón sản phẩm acid khơng cần phải xử lý ngồi việc cô đặc để đạt nồng độ yêu cầu Trong bã thải sau rửa, rửa gạn lọc rửa, ln ln cịn chứa lượng acid phosphoric khoảng từ 0,7 – 1,5% III THAM KHẢO SẢN XUẤT ACID PHOSPHORIC BẰNG PHƯƠNG PHÁP KHÔ Nguyên liệu sử dụng : Gồm có quặng canxi photphat Ca3(PO4)2, khơng khí, nước Quy trình sản xuất a) Cơng đoạn 1: Điều chế photpho phương pháp nhiệt hóa học Đầu tiên, tinh quặng canxi photphat Ca3(PO4)2 nghiền mìn với bột than nung lò nhiệt độ cao khoảng 1500 0C Khi đạt nhiệt độ quặng thực hiên phản ứng khử than để tạo sản phẩm trung gian tricanxi photphua (phản ứng 1); tiếp đến tricanxi photphua tiếp tục phản ứng tiếp với quặng canxi photphat để tạo thành photpho dạng canxi oxit (phản ứng 2) Sau đó, photpho ngưng tụ tạo photpho vàng (P4) Sản phẩm trung gian công đoạn xỉ Canxi oxit Để tách xỉ ngồi cho thêm lượng Silic điôxit (SiO 2) vào hỗn hợp nóng chảy để tạo xỉ CaSiO3 (phản ứng 3) Phương trình mơ tả q trình sau: Ca3(PO4)2 + 8C → Ca3P2 + 8CO (1) 3Ca3(PO4)2 + 5Ca3P2 → 4P4 + 24CaO (2) CaO + SiO2 → CaSiO3 (3) 4Ca3(PO4)2 + 4Ca3P2 + SiO2 +8C → 4P4 + 23CaO + CaSiO3 + 8CO↑ Tất phản ứng thực lò điện với điện cực làm than chì Đây phản ứng chất pha nóng chảy sản phẩm đầu vào phải nghiền mịn tới kích thước hạt quy định trộn trước cho vào lị phản ứng b) Cơng đoạn 2: Đốt photpho với oxi khơng khí Sản phẩm photpho khỏi lị dạng khí, sau tách khỏi bụi ngưng tụ lại dạng lỏng có màu vàng (photpho vàng) bảo quản nhiệt độ 60 – 800C Sau photpho vàng dẫn vào bình đốt chứa khơng khí nóng để tạo photpho oxit hóa trị Trong tháp đốt photpho lỏng dịng khơng khí nước thổi vào xé tơi thành hạt sương mịn đốt với lượng dư oxi khơng khí Sau sản phẩm oxit chuyển qua công đoạn để tạo acid Quy trình đốt photpho khơng khí thể thông qua phản ứng: P4 + 5O2 → P4O10 + 3025kJ Phản ứng đốt cháy photpho khơng khí tỏa lượng nhiệt mạnh Mặt khác, photpho dễ tạo thành mạch polime thẳng vòng nên chế độ nhiệt suốt q trình đốt địi hỏi phải nghiêm ngặt c) Công đoạn 3: Ngưng tụ, hấp thụ oxit vào nước, loại bỏ xỉ ngồi để tạo sản phẩm acid có nồng độ đạt theo yêu cầu Oxit P4O10 sau tạo thành hấp thu vào hạt nước tháp tháp hình thành acid phosphoric sau ngưng tụ lại đưa ngồi, dung dịch acid đưa ngồi có nhiệt độ cao khoảng 80 0C Phản ứng xảy tạo acid là: P4O10 + 6H2O → 4H3PO4 + 378kJ Đầu tiên acid hình thành có nồng độ khoảng 80 – 85%, sau làm nguội quay vịng lại làm chất hấp thụ để làm nguội cho sản phẩm hình thành Theo phương pháp acid tạo có nồng độ đậm đặc siêu đậm đặc, sản phẩm có độ tinh khiết cao Trong trình hấp thụ oxit vào nước để tạo thành acid, phản ứng tỏa nhiệt mạnh; nên chế độ nhiệt suốt q trình địi hỏi phải nghiêm ngặt Trong nguyên liệu đầu vào có lượng sắt oxit định, nên phần photpho phản ứng với sắt tạo thành ferophotpho nóng chảy chìm xuống đáy lị Dung dịch nóng chảy định kỳ liên tục tháo tùy thuộc vào lò chạy liên tục hay gián đoạn Như vậy, phương pháp hiệu suất thu hồi photpho trung bình đạt khoảng 91%, photpho theo xỉ khoảng 4%, tạo ferophotpho khoảng 3% bay theo khí lò khoảng 2% SiO2 Ferophotpho Quặng phốt phát Ca3(PO4)2 Than cốc Trộn phối liệu Bụi thu hồi Điều chế phốt Canxi silicat CaSiO3 Tách bụi Ngưng tụ phốt vàng Khí CO Đốt phốt khơng khí dư oxi Nước (hạt nước) Hấp thụ oxít P4O10 vào hạt nước lị tạo axít Tách khí sol axít Làm nguội axít H2O Tinh chế axít Sản phẩm axít có nồng độ theo u cầu Hình 3: Sơ đồ sản xuất axít photphoric theo phương pháp nhiệt Khí thải CHƯƠNG III : CHẤT THẢI VÀ ẢNH HƯỞNG ĐẾN MƠI TRƯỜNG TRONG Q TRÌNH SẢN XUẤT I.CÁC CHẤT THẢI KHI SẢN XUẤT II ẢNH HƯỞNG ĐẾN MÔI TRƯỜNG III CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ