Материал: Разработка технологии получения фосфорной кислоты экстракционным методом

Разработка технологии получения фосфорной кислоты экстракционным методом

ФГБОУ ВПО Уфимский государственный авиационный технический университет

Кафедра БП и ПЭ

Пояснительная записка

к курсовому проекту по дисциплине

"Технология основных производств в природопользовании"

Разработка технологии получения фосфорной кислоты экстракционным методом

Уфа 2014 г.

Реферат

ФОСФОРНАЯ КИСЛОТА, СЕРНАЯ КИСЛОТА, АПАТИТ, ПРОИЗВОДСТВО, ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА, ЭКСТРАКЦИЯ, КИП и А, ЗАПОРНО-РЕГУЛИРУЮЩАЯ АРМАТУРА, МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС, РАСХОДНЫЕ КОЭФФИЦИЕНТЫ, , БЕЗОПАСНОСТЬ ТРУДА, ВЫБРОСЫ, ОТХОДЫ

Объект исследования: производство фосфорной кислоты

Проанализированы основные свойства и рассмотрены методы получения фосфорной кислоты экстракционным полугидратным способом;

Разработана принципиальная технологическая схема производства экстракционной фосфорной кислоты;

Выполнен расчет материального баланса и рассчитаны расходные коэффициенты производства получения экстракционной фосфорной кислоты полугидратным методом;

Проанализированы основные мероприятия по безопасности труда и охране окружающей среды при производстве фосфорной кислоты

Пояснительная записка: 65 стр., 4 рис., 8 таблиц, библиограф.17

Содержание

Введение

1. Общие сведения о фосфорной кислоте

.1 Свойства фосфорной кислоты

.1.1 Физические свойства фосфорной кислоты

1.1.2 Химические свойства фосфорной кислоты

.2 Область применения фосфорной кислоты

.3 Фосфатное сырье

.3.1 Обогащение фосфатного сырья

.4 Способы получения фосфорной кислоты

.4.1 Физико-химические основы получения ЭФК

.4.2 Получение фосфорной кислоты экстракционным методом

.4.2.1 Дигидратный, гемигидратный и полугидратный способы получения экстракционной фосфорной кислоты

.4.3 Физико-химические основы термического способа получения фосфорной кислоты

.4.4 Термический способ получения фосфорной кислоты

.5 Выбор и обоснование технологической схемы производства экстракционной фосфорной кислоты

. Разработка принципиальной технологической схемы производства фосфорной кислоты со схемой КИПиА

.1 Автоматизация технологической схемы производства экстракционной фосфорной кислоты

.2 Выбор запорно-регулирующей арматуры

. Расчетная часть

.1 Расчет материального баланса

.2 Расчет расходных коэффициентов

. Анализ мероприятий по безопасности труда и охране ОС

.1 Безопасность труда на производстве ЭФК

.2 Охрана окружающей среды

Выводы

Список литературы

Введение

Фосфорная кислота имеет большое значение как один из важнейших компонентов питания растений. Фосфор используется растениями для построения своих самых жизненно важных частей - семян и плодов.

Производные ортофосфорной кислоты очень нужны не только растениям, но и животным. Кости, зубы, панцири, когти, иглы, шипы у большинства живых организмов состоят, в основном, из ортофосфата кальция. Кроме того, ортофосфорная кислота, образуя различные соединения с органическими веществами, активно участвуют в процессах обмена веществ живого организма с окружающей средой. В результате этого производные фосфора содержатся в костях, мозге, крови, в мышечных и соединительных тканях организмов человека и животных. Особенно много ортофосфорной кислоты в составе нервных (мозговых) клеток, что позволило А.Е. Ферсману, известному геохимику, назвать фосфор "элементом мысли".

Получение фосфорной кислоты в последнее время превращается в важное звено всей отрасли, связанной с производством удобрении. Известно, что ортофосфорная кислота () при нагревании подвергается дегидратации, превращаюсь в пирофосфорную кислоту . Дальнейшая дегидратация может привести к образованию триполифосфорной  и других полифосфорных вплоть до метафосфорной кислоты и ее полимеров (). В производстве эту смесь называют суперфосфорной кислотой. Она содержит до 80% , что превращает ее в ценное сырье для получения высококонцентрированных фосфорных и сложных удобрений.

Для этих целей ежегодно добывается во всем мире фосфорсодержащей руды около 100 млн. т. Фосфорные удобрения не только способствуют повышению урожайности различных сельскохозяйственных культур, но и придают растениям зимостойкость и устойчивость к другим неблагоприятным климатическим условиям, создают условия для более быстрого созревания урожая в районах с коротким вегетативным периодом. Они также благоприятно действуют на почву, способствуя ее структурированию, развитию почвенных бактерий, изменению растворимости других содержащихся в почве веществ и подавлению некоторых образующихся вредных органических веществ.

Немало ортофосфорной кислоты потребляет пищевая промышленность. Дело в том, что на вкус разбавленная ортофосфорная кислота очень приятна и небольшие ее добавки в мармелады, лимонады и сиропы заметно улучшают их вкусовые качества. Интересны и другие применения ортофосфорной кислоты в промышленности. Например, было замечено, что пропитка древесины самой кислотой и ее солями делают дерево негорючим. На этой основе сейчас производят огнезащитные краски, негорючие фосфодревесные плиты, негорючий фосфатный пенопласт и другие строительные материалы.

Различные соли фосфорной кислоты широко применяют во многих отраслях промышленности, в строительстве, разных областях техники, в коммунальном хозяйстве и быту, для защиты от радиации, для умягчения воды, борьбы с котельной накипью и изготовления различных моющих средств.

Фосфорная кислота, конденсированные кислоты и дегидротированные фосфаты служат катализаторами в процессах дегидратирования, алкилирования и полимеризации углеводородов.

Все это позволяет сделать вывод, что фосфорная кислота является необходимым сырьем не только в химической промышленности, но и в пищевой.

Целью данного курсового проекта является разработка технологии производства экстракционной фосфорной кислоты полугидратным способом.

В соответствии с заданной целью были поставлены следующие

Задачи:

.Выбрать и обосновать технологическую схему производства фосфорной кислоты.

.Разработать принципиальную технологическую схему производства нитрата аммония из азотной кислоты и аммиака со схемой КИПиА, подобрать запорно-регулирующую арматуру.

.Рассчитать материальный баланс производства нитрата аммония

.Проанализировать мероприятия по безопасности труда, охране окружающей среды при производстве нитрата аммония.

Экологический аспект . Производство и использование фосфорной кислоты не приводит к загрязнению окружающей среды. Экстракционная фосфорная кислота не образует токсичных соединений в воздушной среде и в сточных водах, не содержит примесей токсичных элементов. Удельная активность природных радионуклидов не превышает норму 1,5 кБк/кг по Санитарным правилам. Техногенные радионуклиды отсутствуют.

В процессе очистки отходящих газов проверяется содержание пыли в газах на входе в циклоны и на выходе из них, содержание аммиака и фтора в газах до и после абсорбции. Орошающие абсорберы жидкости анализируются на содержание , определяется их кислотность и плотность, отношение : . В заключительной стадии абсорбции определяется содержание  в орошающей жидкости. Система экологического управления на предприятии производства фосфорной кислоты является составной частью общей системы административного управления. Действует программа "Экология", предусматривающая количественные и качественные показатели снижения влияния деятельности предприятия на окружающую среду, уменьшения потребления природных ресурсов. В соответствии с нормативной документацией на предприятии организована система контроля за соблюдением нормативов предельно допустимых выбросов, установленных для источников выбросов, а также система контроля состояния атмосферного воздуха в санитарно-защитной зоне предприятия и в близлежащих населенных пунктах.

Прежде чем попасть к источникам выбросов, газы, образующиеся в процессе производства, проходят многоступенчатую очистку. На предприятии эксплуатируется 68 газопылеулавливающих установок. Их эффективность достигает 99%. В технологической цепочке химического производства применяются различные типы газоочисток, выбор которых обусловлен спецификой химического состава и агрегатным состоянием вредных примесей. В производстве минеральных удобрений очистка отходящих газов от пыли, аммиака и фтористых соединений производится в абсорберах за счёт контакта очищаемого газа с орошающей жидкостью.

Основной задачей по охране водного бассейна является создание системы водопользования с максимальной степенью утилизации стоков, снижение потребления речной воды на производственные нужды посредством использования в производственных процессах очищенных сточных вод.

В настоящее время речная вода используется только на нужды теплоэнергоцентрали, для подпитки водооборотных циклов и для приготовления питьевой воды, т.е. только там где использование очищенных сточных вод запрещено или технически практически невозможно. На предприятии действует целый комплекс водоочистных сооружений.

Контроль за качеством сбрасываемых остаточных вод производится более чем по 30 параметрам. Данные аналитического контроля позволяют судить о ежегодном улучшении качества сточных вод. Так, суммарный показатель загрязненности сточных вод - токсичность в конце 2009 года более чем 2,5 раза ниже уровня 2010 года. Ежегодно на предприятии проводится внутренний и внешний экологический аудит, в процессе которого специалисты проводят анализ и оценку достигнутых результатов деятельности в области охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов, включая оценку соответствия действующему природоохранительному законодательству для разработки необходимых рекомендаций по дальнейшему развитию системы экологического менеджмента.

При производстве фосфорной кислоты выбрасываемый в атмосферу воздух проходит очистку и не превышает нормы ПДК:

Ø  суммарный объем газов, отсасываемых вентилятором постоянно 310 дней в году, в котором массовая концентрация фтористых соединений в пересчете на фтор составляет не более 9,9 мг/;

Ø  пыль апатитового концентрата при закачке апатита в бункера массовая концентрация которой составляет не более 180 мг/;

Ø  пыль апатитового концентрата при закачке его в силоса концентрация которого не более 250 мг/.

Экономический аспект. Основным звеном экономики в рыночных условиях хозяйствования являются предприятия, которые выступают в роли хозяйствующих субъектов. Они для осуществления хозяйственной деятельности, получения продукции, доходов и накоплений используют определенные виды ресурсов: материальные, трудовые, финансовые, а также денежные средства.

Наличие предприятия по производству фосфорной кислоты необходимой для производства минеральных удобрений, его эффективная деятельность, предопределяют развитие сельского хозяйства. В этой связи важнейшей задачей является увеличение фосфорной промышленности в целях увеличения производства минеральных удобрений.

Основной составной частью прибыли является прибыль от продаж производимой продукции. Существенным фактором, влияющим на величину прибыли от производимой продукции, является изменение уровня себестоимости продукции. Вопреки прямо пропорциональной связи влияния объема реализации производимой продукции на уровень прибыли, связь между величиной прибыли и уровнем себестоимости обратная. Чем ниже себестоимость продаваемой продукции, определяемая уровнем затрат на ее производство и продажу, тем выше прибыль, и наоборот. Во втором разделе приведён пример расчёта себестоимости, цены, прибыли, рентабельности, периода окупаемости производимой продукции.

Общее мировое потребление фосфатного сырья в настоящее время составляет более 150 млн. т в год.

В 2005 г. мировое производство фосфорной кислоты достигло 34,6 млн. т , увеличившись на 3,6% по сравнению с уровнем 2004 г. Мировая торговля фосфорной кислотой в 2005 г. выросла на 3% - до 5,0 млн. т .

В период с 2006 по 2010 гг. мировые мощности по производству фосфорной кислоты возрастут, согласно прогнозу, на 5,4 млн. т и достигнут значения в 48.5 млн. т  к 2010 г. Основные проекты по их увеличению будут осуществлены в Алжире, Китае, Египте, Марокко, России, Саудовской Аравии и Тунисе.

Мировые поставки фосфорной кислоты оцениваются в 35,4 млн. т в 2006 г. и достигнут 40,7 млн. т  в 2010 (средний ежегодный рост - 3,7%). Принимая в расчёт использование фосфорной кислоты для производства удобрений и в других целях, средняя мировая потребность в ней будет расти на 3,3% в год и к 2010 г. достигнет 38,7 млн. т . К 2010 г. превышение предложения фосфорной кислоты над спросом удвоится и достигнет 2,0 мл т  из-за ввода в строй новых мощностей.

По оценке Сельскохозяйственного Комитета IFA мировая потребность в фосфорных удобрениях () в 2005 г. календарном году составит 37,7 млн. т , что на 3% больше уровня 2006 г. К 2010 г. мировая потребность в фосфорных удобрениях должна достичь 41,5 млн. т  (ежегодный прирост после 2007 г. - 2,5%).

Социально-политический аспект. Развитие производства фосфорной кислоты зависит как от стабильности развития экономики субъекта РФ в целом, так и от государственного регулирования развития отрасли. На раннем этапе государственная поддержка развития данного производства должна быть сведена к разработке целевой программы развития сельскохозяйственного комплекса, которая бы в полной мере учитывала современные тенденции развития региональной экономики, специфику и важнейшие факторы развития производства нитрата аммония.

Этический аспект. Для защиты здоровья людей от негативного воздействия загрязняющих веществ производства фосфорной кислоты, необходимо улучшать физическое, психологическое и эмоциональное состояние работающих. Необходимо доводить качество выбрасываемых загрязняющих веществ производства фосфорной кислоты до требуемых нормативов с тем, чтобы в рекреационных зонах, населенных пунктах, находящихся в непосредственной близости с объектами производства нитрата аммония качество среды обитания было бы приемлимым.

1. Общие сведения о фосфорной кислоте

Фосфорную кислоту открыл Р. Бойль с помощью индикаторов. Сжигая фосфор и растворяя образовавшийся белый продукт в воде он получил неизвестную химикам кислоту. По исходному веществу он назвал её фосфорной. Технически фосфорную кислоту впервые получили более 100 лет назад разложением низкокачественных фосфоритов, содержащих значительные количества соединений трехвалентных металлов, разбавленной (5-10% ) серной кислотой, в которой соединения железа и особенно алюминия переходят в раствор в незначительной степени [1]. Раствор с концентрацией 8-10%  упаривали до содержания в нем примерно 40% . При разложении фосфатной породы более концентрированной (30-40%) серной кислотой выделяются игольчатые кристаллы гипса. Они удерживают значительное количество жидкой фазы и плохо промываются. Вследствие этого потери  велики. Существенным шагом вперед в производстве фосфорной кислоты был переход к установкам непрерывного действия и разбавления 75% и 93% серной кислоты не водой или слабыми промывочными водами, а раствором фосфорной кислоты, т.е. проведение процесса с применением раствора разбавления. В этих условиях выделяются ромбические кристаллы, которые хорошо фильтруются и отмываются.