KỸ THUẬT SẢN XUẤT CÁC HỢP CHẤT CHỨA PHOTPHO - Bài 2 pps

Sản xuất superphotphat đơn II.. BÀI 3: SẢN XUẤT PHÂN LÂNMột số khái niệm cơ bản Photphat thiên nhiên Chất lượng của superphotphat được đánh giá bằng hàm lượng P2O5 tiêu hóa hữu hiệu, hiệ

CHƯƠNG 4 -SẢN XUẤT CÁC HỢP CHẤT CỦA

PHOTPHO

BÀI 2 – SẢN XUẤT PHÂN LÂN

I Sản xuất superphotphat đơn

II Sản xuất superphotphat kép

III Phân bĩn đa dinh dưỡng

BÀI 3: SẢN XUẤT PHÂN LÂN

Một số khái niệm cơ bản

Photphat thiên nhiên

Chất lượng của superphotphat được đánh giá bằng hàm lượng P2O5 tiêu

hóa (hữu hiệu, hiện quả)

P2O5 tiêu hóa, P2O5 tự do, P2O5 tổng là gì ?

1 Nguyên liệu sản xuất SSP: H2SO4: 62-69% , 50-700C

Quặng: P2O5 ≥ 33%, Fe2O3 ≤ 7%

2 Cơ sở quá trình công nghệ

Bản chất của quá trình sản xuất superphotphat ?

Phản ứng tổng quát của quá trình phân hủy:

2Ca5(PO4)3F + 7H2SO4 + 6,5H2O →3Ca(H2PO4)2.H2O + 7CaSO4.0.5H2O + HF Thực tế phản ứng (1) xảy ra theo 2 giai đoạn nối tiếp nhau:

Giai đoạn 1: Ca5(PO4)3F + 5H2SO4 → 5CaSO4 + 3H3PO4 (1)

I Sản xuất Superphotphat đơn

3.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến giai đoạn 1

3.1.1 Lượng axit H2SO4 tiêu chuẩn (Norma axit)

N = 1,61 [P2O5], kg/100kg photphat 3.1.2 Nồng độ axit sunfuric

3.1.3 Nhiệt độ ban đầu của H2SO4

Nhiệt độ thích hợp của axit sunfuric khi phân hủy quặng apatit theo phương pháp trộn liên tục phụ thuộc nồng độ ban đầu của nó

50 - 60

55 – 65

60 - 70

65 - 70 Nhiệt độ, 0 C

68,5 67,0

65,5 64,0

H2SO4, %

Mức độ phân

hủy, %

∼63% nồng độ H2SO4, %

3.1.4 Mức độ trộn lẫn các cấu tử phản ứng

3.1.5 Kích thước hạt photphat

Theo tiêu chuẩn: cỡ hạt > 150 μm không vượt quá 14%

cỡ hạt < 75 μm không ít hơn 47 – 48%

3.2 Giai đoạn thứ 2 của quá trình

Ca5(PO4)3F + 7H3PO4 + 5H2O → 5Ca(H2PO4)2.H2O + HF

4 Trung hòa SSP

Trung hòa bởi tác nhân rắn

3.1.6 Thời gian lưu của bùn trong thùng phản ứng

4.1 Trung hòa bởi tác nhân rắn: Đá vôi, dolomit, bột photphorit, bột xương …

- CaCO3 + 2H3PO4 → Ca(H2PO4)2.H2O + CO2

Ca(H2PO4)2 CaHPO4 + H3PO4

- 2Ca(OH)2 + Ca(H2PO4)2 → Ca3(PO4)2.H2O + 3H2O

- Ca(OH)2 + 2CaHPO4 → Ca3(PO4)2.H2O + H2O

U

Dựa vào phương trình phản ứng để xác định hệ số tiêu hao hóa chất trung hòa tính trên 1 đơn vị P2O5 tự do (P2O5 trong axit H3PO4) có trong ssp

0,282 0,310

0,394 0,429

Hệ số tiêu hao

(kg / 1kgP2O5)

MgO : P2O5

CO2 : P2O5CaO : P2O5

3P2O5 : 7P2O5

Tỷ lệ mol

Dolomit, silicat manhe

cacbonat

Đá vơi,

đá phấn, vơi Bột xương

Tác nhân trung hịa

4.2 Trung hòa bởi tác nhân NH3 (amon hóa) là phương pháp hiệu quả, nâng cao chất lượng của ssp do tạo hợp chất chứa đạm (2-3% đạm)

Quy trình coâng ngheä

II Sản xuất superphotphat kép

- Superphotphat kép được sản xuất trên cơ sở phân

huỷ quặng photphat bằng axít photphoric

Ca3(PO4)2 + 4H3PO4 + H2O = 3Ca(H2PO4)2.H2O (1)

Ca5F(PO4)3 + 7H3PO4 + 5H2O = 5Ca(H2PO4)2.H2O + HF (2)

Lượng axit tiêu tốn cho 100kg quặng:

Khi tăng nhiệt độ thì tốc độ phản ứng tăng Nhiệt độ

-30 ngày.

Quy trình coâng ngheä

III Phân bón đa dinh dưỡng

Là loại phân có chứa từ 2 nguyên tố dinh dưỡng trở lên

Phân bón đa dinh dưỡng được chia làm 2 nhóm:

- Phân phức hợp: Tổng hợp bằng phản ứng hoá học

- Phân hỗn hợp: Gia công bằng cách trộn lẫn cơ khí

1,5 1

1 1

0

0 4

0 2,5

1

1,5 1,5

1

1 1,5

1

1,5 1

1

1 1

1

Phân đa dinh dưỡng: Đạm – Lân - Kali

K2O

P2O5N

1 Phân phức hợp

Phương pháp sx phân phức hợp được chia thành 2 nhóm:

- Trên cơ sở gia công axit photphoric

- Phân huỷ photphat thiên nhiên bằng axit nitric

1.1 Phân bón phức hợp trên cơ sở axit photphoric

Bản chất của phương pháp này là sự trung hoà H3PO4 bằng

NH3 và sau đó bổ sung thêm vào sản phẩm 1 lượng nitrat amônhay kali clorua

Khi trung hòa H3PO4 bằng NH3:

5,1/1 2,5/1 1,7/1

12,2 21,2 26,6

NH4H2PO4

(NH4)2HPO4

(NH4)3PO4

Tỷ lệ P2O5: N Thành phần

Tên

1.2 Phân phức hợp trên cơ sở phân huỷ quặng photphat bằng

axit nitric

Phản ứng phân huỷ

Ca5F(PO4)3 +10HNO3 = 3H3PO4 + 5Ca(NO3)2 + HF (7)

Trong những điều kiện nhất định, có thể có sự hình thànhCa(H2PO4)2.H2O hoặc CaHPO4 Vì vậy, pt pư tổng quát:

Ca5F(PO4)3 + 10HNO3 = (n-3)H3PO4 + 0,5nCa(H2PO4)2 + 0,5n)Ca(NO ) + nHNO + HF (8)

(5-Tốc độ phân huỷ photphat thiên nhiên bằng axit nitric phụthuộc chủ yếu: Nhiệt độ quá trình và lượng axit nitric

Quá trình phân huỷ đều tạo thành các muối hoà tan

Điều kiện gia công dung dịch axit nitric–photphoric thành phân phức hợp:

Khi phân hủy floapatit đúng theo nomar axit nitric (pt 7) thìthu được dd có thành phần: 3mol H3PO4 và 5mol Ca(NO3)2 (tương ứng tỷ lệ P2O5 : N = 1,5 : 1) Để sản xuất phân phức hợpN: P: K = 1:1:1 phải bổ sung NH3 (để trung hòa H3PO4 ) và muốikali

Trung hòa ion H+ đầu tiên (pH = 2-2,7):

Tỷ lệ các cấu tử trong hỗn hợp: P2O5 : N = 1,17 : 1

Trung hòa ion H+ thứ 3 (pH = 8,5-9):

3H3PO4 + 5Ca(NO3)2 + 9NH3 = 1,5Ca3(PO4)2 +

3H3PO4 + 1,5Ca(NO3)2 + 4,5NH3 = 1,5CaHPO4 +

1,5NH4H2PO4 + 3NH4NO3

Trong công nghiệp sử dụng các phương pháp:

2 Phân hỗn hợp

Có 2 phương pháp sản xuất:

- Trộn đơn giản

3 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN PHÂN HỖN HỢP 3.1 Phương pháp sử dụng biểu đồ tam giác

3.2 Phương pháp toán học

Dạng toán 1: Chế tạo phân bón hỗn hợp có tỷ số

Gọi a, b, c lần lượt là hàm lượng (%) của các chất dinh dưỡng có trong phân bón hỗn hợp.

Gọi x, y, z lần lượt là hàm lượng (%) của các phân đơn ban đầu cần trộn để được phân hỗn hợp.

Hàm lượng (%) các chất dinh dưỡng trong mỗi loại phân đơn ban đầu được ký hiệu như sau:

c3

b3

a3Phân đơn 3

c2

b2

a2Phân đơn 2

c1

b1

a1Phân đơn 1

K2O

P2O5N

Chất dd Phân

Mối liên hệ giữa các thông số:

Ví dụ 1: Chế tạo phân bón hỗn hợp có tỷ số N:P2O5:K2O = 2:2:1 từ

ba loại phân đơn sau: Photphat amon (14%P2O5, 2,5%N), sulfatamon (21%N) và muối kali (42%K2O)

- Gọi n, p, k là hàm lượng N, P2O5, K2O trong phân đơn ban đầu

- Gọi N, P, K là hàm lượng N, P2O5, K2O cần có trong phân hỗnhợp

C – Trọng lượng chất trơ cần bổ sung để đưa hỗn hợp đạt đến 1 đơn vị trọng lượng

Dạng toán 2: Nếu trong trường hợp yêu cầu đặt ra

không phù hợp với hàm lượng các nguyên tố dinh dưỡng trong phân bón hỗn hợp, thì sẽ tính như sau:

Như vậy, để chế tạo 1 tấn (1T) phân hỗn hợp sẽ chứa 1 lượng sau đây các thành phần:

Ví dụ 3: Chế tạo phân bón hỗn hợp N-P2O5-K2O =

10-10-10

Dạng toán 3: Khi dùng phân phức hợp để chế tạo

phân hỗn hợp cần phải cân bằng các cấu tử dinh

dưỡng trong phân phức hợp, từ đó lựa chọn chất bổ sung hợp lý cho phân hỗn hợp.

Ví dụ 2: Chế tạo phân bón hỗn hợp N-P2O5-K2O = 10-10 từ ba loại phân đơn sau: superphotphat đơn (20%P2O5), sulfat amon (20,5%N) và muối kali clorua (60%K2O)

5-Ví dụ 4: Chế tạo phân bón hỗn hợp N-P2O5-K2O = 10-20-20 từ mono amon photphat (11%N, 48%P2O5) muối KCl (60%K2O) và chất thứ 3.

Tỷ lệ N:P2O5 trong mono amon photphat 11:48 = 0,23

Vì vậy, xem mono amon photphat là nguồn cung cấp

chất có chứa đạm.

Để chế tạo 1T phân hỗn hợp thì:

Trọng lượng monoamonphotphat : P/p = 20/48 =0,417T

Trong monoamonphotphat đã chứa 11.0,417 = 4,6%N, do đó phải bổ sung (10 – 4,6) = 5,4%N

Hàm lượng cực tiểu của đạm cần phải có trong chất thứ 3 là 5,4:0,25 = 21,6% > %N trong SA → phải bổ sung đạm bằng amoni nitrat hoặc ure.