Производство сложных удобрений на основе ЭФК. Свойства ФА. Основное оборудование стадий нейтрализации, гранулирования, и сушки при получении ФА: струйный реактор, САИ, АГ,СБ, БГС

29.Производство сложных удобрений на основе ЭФК.Свойства ФА. Основное оборудование стадий нейтрализации, гранулирования, и сушки при получении ФА: струйный реактор, САИ, АГ,СБ, БГС. Технологическая схема производства аммофоса из упаренной ЭФК с применением струйного реактора и БГС. Производство диаммонийфрсфата, особенности технологии. 

Процессы получения сложных удобрений из фосфорной кислоты можно разделить на 3 типа:

1) Процессы двухступенчатой аммонизацией, в которых вначале аммонизируется фосфорная кислота до МАФ. Затем полученный раствор для выравнивания мольного отношения N : Р₂О₅

смешивается с плавом нитрата аммония до карбамида и аммонизируется газообразным аммиаком до ДАФ. Доаммонизация осуществляется в аммонизаторе-грануляторе, в который одновременно подаются КСl и ретур. Поскольку процесс требует большого количества ретура (3,5-10- кратного), то доаммонизация осуществляется в тонком слое на поверхности гранул.

2) Малоретурные процессы, в которых получение пульпы необходимого состава осуществляется в реакторах, а грануляция и сушка совмещаются в сушилке типа РКГС (с распылением и кипящим слоем материала сушилка-гранулятор). В этом аппарате пульпа распыляется форсунками на завесу падающих гранул или просто в объем, в котором происходит высушивание капель и формирование гранул. Отношение количества ретура к количеству продукта для этой схемы от 0,3 до 1.

3) Расплавные процессы – в которых нейтрализуется смесь кислот с использованием теплоты нейтрализации.Затем полученный раствор выпаривается до состояния плава под вакуумом в выпарных аппаратах, смешивается с  КСl и гранулируется в башне и в барабанных грануляторах (в этом случае в гранулятор поступает ретур и КСl). По этой схеме получаются  очень прочные стекловидные гранулы.

Физико-химические свойства фосфатов аммония

Выбор вида и марки азото-фосфорных удобрений базируется на физико-химических свойствах фосфатов аммония (ФА). ФА образуются по реакциям:

        NH₃ + H₃PO₄ = NH₄H₂PO₄ , ∆Н=-133,67 кДж                                         (1)

(г)                (ж)                  (т) МАФ-моноаммонийфосфат

      2NH₃ + H₃PO₄ = (NH₄ )₂HPO₄ , ∆Н=-210,45 кДж                                      (2)

(г)                (ж)                  (т) ДАФ-диаммонийфосфат

      3NH₃ + H₃PO₄ = (NH₄)₃PO₄ , ∆Н<0                                                            (3)

(г)                (ж)                  (т) ТАФ-триаммонийфосфат

:Вещество	Растворимость при 20ºС, % масс.	Давление на пов.аммиака, кПа		рН; 0,1М р-ра	Состав, % масс.			0тношение N/P2O5
					N	P2O5
		при 100ºС	при 125ºС
NH4H2PO4	27,2	0	0,008	4,4	12,2		61,7	1:5,1
(NH4 )2HPO4	40,8	1,2	4,5	8,0	21,2		53,8	1:2,5
(NH4)3PO4	17,7	85,7	157	9,4	28,2		47,7	1:1,7

      МАФ-устойчивая соль, хорошо растворяется в воде. Соотношение м/д  P и N говорит о преобладании Р. Температура плавления МАФ = 190,5ºС.           ДАФ – хорошо растворимая термически нестойкая соль. При нагревании до 70ºС легко разлагается с потерей  NH₃ :

(NH₄ )₂HPO₄ = NH₄H₂PO₄  + NH₃

При растворении в воде частично гидролизуется:

(NH₄ )₂HPO₄ + Н₂О = NH₄OH + NH₄H₂PO₄

МАФ  и ДАФ – малогигроскопические соли. Гигроскопичекая точка чистого NH₄H₂PO₄ при 50ºС = 88% , а при 15ºС = 97%.ТАФ- неустойчив и разлагается при температуре 30-40ºС  с выделением аммиака, поэтому несмотря на хорошую сбалансированность Р и N  в качестве удобрения применяться не может.Удобрение на основе соли NH₄H₂PO₄  назыв. аммофос’’.Аммофос представляет собой смесь NH₄H₂PO₄ ( 80-90 % масс.) и  (NH₄ )₂HPO₄ (20-10 % масс.). Удобрение на основе (NH₄ )₂HPO₄ назыв. “диаммонийфосфат”(ДАФ, DAF), иногда “ диаммофос”. ДАФ представляет собой  смесь NH₄H₂PO₄ (10-20 % масс.) и (NH₄ )₂HPO₄ (90-80 % масс.)

Аппаратурное оформление процесса нейтрализации H₃PO₄

Следует отметить, что в последние годы успешно внедряется новый тип для нейтрализации H₃PO₄ аммиаком- струйный трубчатый реактор, другое его название-смеситель. Ранее для этого использовался скоростной аммонизатор –испаритель САИ:

Рис.7.Скоростной аммонизатор-испаритель САИ. 1-корпус;2-сепаратор;3-брызгоуловитель;4-циркуляционная труба.

Рис.8.Трубчатыйт реактор.1-корпус;2-сопло;3-водяная рубашка.

Размеры: диаметр=0,15-0,25м; длина=0,7-2,0м.

Трубчатый реактор устойчиво работает на конц. к-тах (47-52% P₂O₅) при аммонизации до молярного отношения NH₃ : H₃PO₄ =1 и выше. Давление в реакторе 0,2-0,3 МПа , t=130-150ºС, а при использовании полифосфорных кислот до 360ºС. Энергия реакции расходуется на перемешивание в аппарате, а при выходе из него на диспергирование жидкости и испарение воды.Следовательно исключается насос для подачи и разбрызгивания пульпы в гранулятор. Время реакции с H₃PO₄ составляет не более 0,1 с.

Показатели работы аммонизаторов фосф.кислоты.

Реактор	Время пребывания,с	Металлоёмкость,т	Производительность по пульпе		Эффективность, кг/кДж
			кг/с	кг/м³*с
САИ	300	5	28-30	21,4	1,21
Трубчатый реактор	20	0,2	4,2-4,5	60	0,32

 Гранулирование и сушка аммофоса.

Нейтрализованная пульпа из трубчатого реактора поступает в аппарат, в котором происходит гранулирование аммофоса и его сушка. Он называется барабанный гранулятор-сушилка (БГС). Аппарат разработан НИИхиммаш. Аппарат БГС имеет 3 зоны: сушки, гранулирования и досушки гранул. Пульпа фосфатов аммония пневматическими форсунками диспергируется в зоне сушки, там же при помощи специального устройства создается завеса из высушенных частиц готового продукта. Капли пульпы взаимодействуют с частицами продукта, увеличивая их размер. Проходя от факела форсунки до завесы, пульпа концентрируется за счет тепла нагретых газов и далее происходит окончательное высушивание продукта. Сушка является завершающей стадией при формировании структуры гранул. При сушке из жидкофазного связующего удаляется влага, что приводит к интенсивной кристаллизации твердых компонентов внутри гранулы. При этом образуются новые фазовые контакты и кристаллические спайки между отдельными частицами гранул. В результате с уменьшением влажности такие физ-мех.свойства удобрения как прочность, слеживаемость и гигроскопичность значительно улучшаются. При высушивании гранул минеральных удобрений применяется конвективная сушка. При этом тепло от теплоносителя (топочных газов) передается непосредственно высушиваемому материалу. Топочные газы получают при сжигании в топке природного газа или мазута. Требуемая темп-ра теплоносителя 180-600°С достигается за счет разбавления топочных газов вторичным воздухом, поступающим за счет загрязнения в сушильной установке. Длительность процесса сушки определяется следующими основными факторами: