Термиялық фосфор қышқылы туралы

Жоспар
Кіріспе

1 ӘДЕБИЕТКЕ ШОЛУ
1.1 ТЕРМИЯЛЫҚ ФОСФОР ҚЫШҚЫЛЫ ТУРАЛЫ ЖАЛПЫ
ТҮСІНІК
1.2 Термиялық фосфор қышқылын алу әдістері
1.3 Ауа оттегісі бар фосфорды қышқылдаудың теориялық негіздері
1.3.1 Фосфор қышқылдауының процесі
1.3.2 Фосфор ангидридінің гидратациясы
1.3.3 Фосфор ангидриді мен фосфор қышқылының абсорбциясы
1.3.4 Фосфор қышқылының буларын конденсациялау кезіндегі тұманның түзілуі
1.3.5 Өзге фазалар болғандағы фосфор қышқылының конденсациясы

Пән: Химия
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 10 бет
Таңдаулыға:

Қазірігі таңда фосфор қышқылдарының ішіндегі ең маңыздысы болып есептелетін ортофосфор қышқылының қасиеттері толық зерттелген. Фосфор қышқылын ең алғаш рет 1671 жылы Р.Бойл ашты. Термиялық фосфор қышқылы өндірісі басқа өндіріс түрлеріне қарағанда бейбіт іс болып табылады. Фосфор қышқылын алғашында әскери қажеттіліктер үшін қолданды. Ал қазіргі кезде көп бөлігі техникалық тұздар және тыңайтқыштар алуға қолданылады. Фосфор қышқылынан айырылған жерге ешбір өсімдік өсіп жетіле алмайды. Ортофосфор қышқылының молекулалық массасы - 98. Эмпириялық формуласы - Н3РО4
Су ерітінділерінен кристалданғанда фосфор қышқылы бірнеше кристаллогидраттарды түзеді: Н3РО4·10Н2О; Н3РО4·7Н2О; Н3РО4·Н2О.
Фосфор қышқылы екі әдіспен өндіріледі: экстракционды (күкірт қышқыл) және термиялық. Термиялық әдістің дамуы фосфор өндірісінің дамуымен тығыз байланысты. Әр түрлі мемлекеттерде алынатын фосфордың 70-тен 90%-ға дейінгісі фосфор қышқылына өңделеді. Фосфор қышқылы ауыл шаруашылығында (тыңайтқыштар, жем), өндірісте және техниканың басқа да салаларында, күнделікті өмірде (техникалық тұздар) кеңінен қолданылатын әр түрлі тұздар түрінде де тікелей қолданыла береді. Ортофосфор қышқылы триполифосфат, жемдік фосфаттар, фосфорлы және күрделі концентрлі тыңайтқыштар: қос суперфосфат, аммофос, нитроаммофос өндірістерінде қолданылады. Сонымен қатар ортофосфор қышқылы тағы да басқа бірнеше салаларда қолданыс табады:
сабын қайнату, синтетикалық жуғыш заттар алуда
текстильді, азық-түлік, мұнай, шыны өндірісінде,
керамика өндірісінде,
целлюлоза өндірісінде ағашты тазалау үшін,
металл өңдеу өндірісінде.
Бұл дипломдық жобада фосфордан термиялық әдіспен фосфор қышқылын алу қарастырылған. Фосфор қышқылын алудың термиялық әдісі фосфорды ауа оттегісімен өртеуге, одан әрі фосфорлы ангидридті гидратациялауға негізделген [1].

1 ӘДЕБИЕТКЕ ШОЛУ

4.1 ТЕРМИЯЛЫҚ ФОСФОР ҚЫШҚЫЛЫ ТУРАЛЫ ЖАЛПЫ
ТҮСІНІК

Сусыз ортофосфор қышқылы жарық, мөлдір гигроскопиялық кристалл түрінде келеді, ол бөлме температурасында ауаға тарап кетеді. Қышқылдың кристаллдары гигроскопиялы, қоймалжың сұйықтыққа айнала отырып, ауаға тез таралады. Фосфор қышқылының ерітіндісі тез салқындайды. Салқын күйде ол тығыздығы 1,88гсм қою май тәрізді болып келеді. Фосфор қышқылы сумен кез келген концентрациясындада ерітінділерді түзе алады. Жоғарыконцентрленген ерітінділерден ол 302,450К-де еритін 2Н3РО4·Н2О жартыгидрат түрінде кристалданады. Фосфор қышқылының қайнау температурасы, тығыздығы, жылу сыйымдылығы, электрөткізгіштігі, тұтқырлығы оның концентрациясына тәуелді.
Ортофосфор қышқылы үшнегізді қышқыл болып табылады, диссоцияцияның бірінші сатысына қарағанда күшті, екінші сатысына - орташа, үшіншісіне - әлсіз.Үш тұз-фосфаттарды береді: бір, екі, үш орын басқан. Қыздырылған фосфор қышқылы (температура 353 К-де және одан жоғары) көптеген металлдармен және олардың оксидтерімен реакцияға тез түсіп, конденсацияланған фосфат қоспалары бар ортофосфат қышқылдарынан тұратын коллоид сипатты қосылыстарды түзеді. Термиялық фосфор қышқылы агрессивті сұйықтық болып табылады. Фосфор қышқылдарының коррозиялық белсенділігі температура көтерілгенімен бірге тез артып отырады [2].
Су ерітінділерінен кристалданғанда фосфор қышқылы бірнеше кристаллогидраттарды түзеді: Н3РО4·10Н2О; Н3РО4·7Н2О; Н3РО4·Н2О.

1 - кесте
Фосфор қышқылының қату және қайнау температуралары
Н3РО4, %
30
40
50
60
65
70
75
80
85
90
Тқату, К
261
251
231
197
203
230
256
277
294
308
Тқайнау, К
375
377
381
389
395
400
408
418
424
469

2 - кесте
Фосфор қышқылының кинематикалық тұтқырлығы

Н3РО4, %
(масс.)
Температура, С

20
25
30
50
60
70
80
90
70
11,0
9,2
7,8
4,7
3,9
3,2
2,7
2,4
75
15,2
12,0
10,0
5,9
4,8
3,9
3,3
2,8
80
20,0
17,0
14,0
7,6
6,2
4,9
4,1
3,4
90
41,0
34,0
27,0
14,0
11,0
8,3
6,5
5,4

1.2 Термиялық фосфор қышқылын алу әдістері

Осы мәселе туындаған уақыттан бері фосфор қышқылын алудың электротермиялық әдістерін жасау бірнеше бағытта жүзеге асты. Газды толық жағу (бірсатылы) және сұйық фосфорды жағу (екісатылы) әдістері салыстырмалы түрде тез меңгеріліп алынды. Басқа әдістер - электроайдаудың фосфорлы газдарын тотықтыру, фосфорды көмірсутек екі тотығымен, су буымен және қысыммен сумен тотықтыру - лабораториялық зерттеулер немесе жартылайзауыттық тексеріс кезеңдерінен әлі шықпады. Газды толық жағу әдісі фосфорлы газдар пештерден шығарда шаңнан тазартылып, ауа ағынында толығымен жанып кетуге негізделген. Осы кезде тек фосфор мен фосфорлы сутек қана емес, сонымен қатар көміртек тотығы, сутек, күкіртсутектер де жанып кетеді. Жоғарыда айтылғандай, өндіріс алғаш рет термиялық қышқылды алудың осы әдісін меңгеріп алды, себебі өндіріс онша үлкен болмаған кезде бұл өте қарапайым әлі үнемді әдіс болып келді: салыстырмалы аз капиталл салымы керек болды және қарапайым фосформен жүргізілетін күрделі және өртке қауіпті операциялар жүргізу талап етілмеді.
Фосфор қышқылын алудың бірсатылы процесін меңгере келе оның айтарлықтай кемшіліктері көріне бастады: газды өртеу мен салқындатуға керекті аппаратураның, фосфор қышқылы тұманын ұстауға арналған аппаратураның көлемінің үлкен болуы; электропеш пен қышқыл жүйе жұмыстарын қатаң синхронизациялау қажеттілігі; электропештің немесе қышқыл жүйе агрегаттарының біреуінің тоқтап қалуы бүкіл өндірістің тоқтауына алып келетін; фосфор мен көміртек тотығының жану жылуын пайдаға жаратылмай кетуі [3].
Айтылған кемшіліктер термиялық қышқыл өндірудің жаңа техникалық екісатылы әдісін жасауды талап етті. Ол бойынша фосфор электроайдау газдарынан конденсация арқылы алдын ала бөлініп алып, кейін фосфорқышқыл жүйелерінде жағылуы тиіс еді. Бұл әдістің негізгі артықшылықтары:
* фосфорлы электропештер мен фосфорқышқыл жүйелер бір бірінен тәуелсіз жұмыс істейді;
* салыстырмалы түрде қышқыл аппаратурасының көлемі айтарлықтай кішкентай;
* шығатын газдар қолданылады (СО); фосфордың жылуфизикалық қасиеттерін қолдана отырып комплексті процесті жасау мүмкіндігі (жылу мен жану температурасының жоғары болуы).
Ішінара тотықтыру әдісі бойынша фосфорлы электропештердің газдары фосфор мен фосфорлы сутекті тотықтыруға ғана қажетті ауамен немесе оттегімен араласады. Түзілген фосфор қышқылын бөліп алғаннан кейін құрамында көміртек тотығының барлық бастапқы мөлшері бар газ қалады.
Фосфорлы газдарды ішінара тотықтыруды зерттеу төмен температурада (300-350) фосфордың толық тотығуы болмайтынын көрсетті. Оған қоса, ауаның оттегісі толық қолданылмайды және фосфорлы сутек мүлдем тотықпайды. Жоғары температуралы процесс (900-1100) жақсырақ, бірақ қанағаттанарлықсыз нәтижелер береді. Фосфорлы қышқылда 6%-ға дейін фосфоритті қышқыл болады. Газды 10000 С-қа дейін қыздыру немесе оларды электропештен осындай жоғары температурада шығару күрделі инженерлік проблема болып табылады. Оны шешу көптеген қиындықтарға алып келеді. Сонымен қатар, процестің жарылғыш қауіптілігін де айта кеткен жөн [4].
Фосфорды көміртектің екі тотығымен тотықтыру фосфор буының қоспасы мен СО2-ні 8000С-тан жоғары температураға дейін қыздыруға негізделген. Фосфор фосфорлы ангидридке дейін тотығады, ал СО2 көміртек тотығына дейін қалпына келеді деп болжанады. Бірақ іс жүзінде, процесс соңына дейін жүрмейді. Негізгі өнім ретінде суда ерігенде метафосфорлы және фосфоритті қышқыл беретін фосфор төрттотығы алынады:

Р4+8СО2=Р4О8+8СО
Р4О8+4Н2О=2НРО3+2Н3РО3

Фосфорды су буымен тотықтыру. Бұл әдістің негізінде 6000С-ден артық қыздырылған фосфор буы мен су қоспасы катализатор қабаты арқылы жіберіледі. Процесс 10000С температурада катализаторсыз-ақ жүре алады. Фосфор су буымен әрекеттесіп, фосфорлы қышқыл мен сутекті түзеді:

Р4+16Н2О=4Н3РО4

Бұл әдіс құрамында фосфоры бар газдарды тотықтыруға да жарамды, әрі құрамында фосфоры бар газдары ішінара тотықтыру мен фосфорды көмірсутектің екі тотығымен тотықтыру әдістеріне қарағанда болашағы зор болып табылады. Оны зерттеу өзектілігі әлі жоғалмады, себебі алынатын сутек (тазаланғаннан кейін) аммиакты синтездеу үшін және басқа да процестерде де қолданыла алады. Кейбір жағдайларда фосфорды тотықтыру арқылы алынатын көміртек басқа жолмен алынатын көмірсутектермен бәсекелесе алатынын да ескеру керек.
Әдістің кемшіліктеріне сутекті фосфиннен күрделі тазалау қажеттігі мен ортофосфорлы қышқылда фосфоритті қышқылдың кездесуі жатады. Оған қоса, жоғары температурады фосфор қышқылы өте агрессивті болып келеді, және катализаторлар мен оларды тасмалдағыштарды бұзады.
Катазизатор ретінде фосфорлы қышқылмен байытылғаннан кейін тыңайтқыш ретінде қолдануға келетін фосфорит пен әктасты қолдау ұсынылған болатын. Бірақ минералды катализаторлар жеткілікті түрде эффективті болмады, ал процесс температурасы ерітілген күйде фосфаттарды алуды қамтамасыз етпеді.
Сумен қысыммен тотықтыру әдісі бойынша фосфор онымен араласып 150-200ат кезінде 250-3500С-ге дейін қыздырылады. Нәтижесінде, алдындағы әдстегідей, фосфорлы қышқыл мен сутек түзіледі, бірақ бұл жағдайда фосфор қышқылы фосфориттімен, ал сутек фосфинмен ластанады. Қиындықтар аппаратураны, құбырларды жасағанда қышқылға төзімді материалдарды таңдағанда туындады [5].
Термиялық фосфор қышқылын алудың технологиялық процессіне, өндіру әдісіне тәуелсіз, келесі негізгі кезеңдер кіреді: қарапайым фосфорды жағу, фосфор ангидридін (Р4О10) гидратациялау мен абсорбциялау, фосфор қышқылын конденсациялау және газ фазасынан тұманды ұстау. Фосфор өңдейтін отандық өндіріс орындарында циркуляциялы екімұнаралы жүйе кеңінен таралды. Бұл жүйе типті болып табылады, және осындай қондырғыларда термиялық фосфор қышқылының көп бөлігі өндіріледі. Типті жүйенің бір технологиялық тізбегінің қуаттылығы - жылына 100%-ды Н3РО4-тің 60 мың тоннасы. Екімұнаралы жүйелерде қабылданған аппаратуралық бөлшектерді унификациялау техника-экономикалық көрсеткіштердің жақсаруына және өнімнің өзіндік құнының төмендеуіне септігін тигізді. Сонымен қатар, екімұнаралы жүйелерде қабылданған рационалды компоновкалық шешімдерде дұрыс типті ғимараттарда үлкен көлемді қондырғылардың орналасуы ескерілген, ал ол өз кезегінде технологиялық процеске қызмет көрсетуді жеңілдетеді.
Сонымен бірге термиялық фосфор қышқылы өндірісінің ерекшелігі фосфор қышқылының, қышқыл сақтау орындарының және кейбір мөлшерлегіш бөлімінің цистерналар-сақтау орындары жағдайындағы резервуарларды ашық ауаға орналастыруды орынды етеді. Жағу мұнарасында 60-70% шамасында Р2О5 гидрацияланады. Жағу мұнарасынан газдар қиғаш (жағу мұнарасы жағына қиғашталған) газжүргіш арқылы гидратация мұнарасына бағытталады, ол жерде суғаратын фосфор қышқылымен 1500С-ден 600С-ге дейін суытылады.
Гидратация мұнарасы аппарат биіктігі бойынша үш қатар форсункасы бар цилиндр тәрізді ыдыс болып табылады. Гидратация мұнарасында фосфор ангидридінің қалған бөлігі гидратацияланады. Алынған фосфор қышқылы жылу алмастырғыштарда суытылады және гидратацияға және қатырылуға жағу мұнарасының форсункаларына беріледі. Құрамында 75% Н3РО4 бар тауарлық фосфор қышқылы жағу мұнарасының жинағышынан шығарылады және дайын фосфор қышқылының қоймасына жіберіледі. Гидратация мұнарасынан кейін газдар құрамында фосфор қышқылының булары болады.
Санитарлық тазалау үшін олар ылғал электрфильтрлеріне түседі, ол жерде жоғары кернеу әсерінен (45-75 Кв) электр өрісі жасалады, газ иондалады және тұман бөлшектері коалесцирленеді және тұндыратын электродтарда тұнбаланады, ол жерден ағып кетеді де қышқыл жинағышына жиналады, ол жерден де фосфор қышқылының қоймасына жіберіледі [6].

1.3 Ауа оттегісі бар фосфорды қышқылдаудың теориялық негіздері

Фосфордың оттегімен өзара әсерлесуін зерттеу тізбекті реакция теориясын дамытумен байланысты. Ауа оттегісі бар фосфорды қышқылдау жай тізбекті реакция болып табылады және жарылыс арқылы жүруі мүмкін. Бұл процесстің суммарлық теңдеуі әдетте келесі түрде жазылады.
Р4 + 5О2 = Р4О10

Шындығында процесс кейбір шарттар кезінде соңына дейін жүрмейтін көп сатылы реакция болып табылады. Осының салдарынан реакция өнімдерінде бір немесе басқа көлемдегі фосфордың ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.