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il groduction de phosphate di-aiimonicltie "
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L'invention est relative à, an prbêddé pour la prodaction du. phosphate dî-ammoniqae et a pour bat de perfectioxmer les procédés antérieurs, sous les rapports ci-
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après:
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1. Minimum de perte d'ammoniaque dans le processus.
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2. Suppression d'une source de chaleur étrangère pour l'évaporât ion de l'eau des solutions.
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3. Production de cristaux uniformes et de dimensions
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déterminées d'avance, exempts de phosphates mono-et tri-
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8mmonil.les .
4. Emploi d'acide phosphorique concentré et-d'armioniaque anhydre plus avantageux.
5. Il4inimum de temps, de trav,-:-il et d'appareillage requis pour l'exéclltion da procédé.
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On peut dire, de tous ces avantages, qu'ils amènent
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an prix de revient plus bas et une meillaure qualité du produit par rapport à. ce que l'on obtenait jasqa'à présent.
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Il est bien connu, que le phosphate mono-ammoniqüe da se décompose aux environsV52 C et le phosphate di-ammo- nique aax environs de 75 C. , dans les conditions normales de pression de vapeur.
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La 0haleaL' exothermique de la réaction de combinaison entre i33 et x 5 io 4 dans la formation de (g)$2'Q° et de (N )2J3i'04, présente une grandeur ;alo1-ifiçne suffi- 3 2 4
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s'Inte, pour évaporer de grandes proportions d'eaa de la solution. L'atilisation pratique de cette chaleur de réa(.- tion doit se faire par application au degré de neutralisa-
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tion auquel la température est an peu au-dessus du point d'éballiujo-yi de la solution et en iiigne temps au-dessous âu point de cïécompositàon âu sel en solution.
Ceci est nécessaire pour l'évaporation réelle de l'eau, sans perte d'ammoniaque. Il est nécessaire de plus, d'effectuer cette neutralisation dans des récipients bien isolés, de
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man13re à appliquer, la uhaleur do réaction au chauffage de la solution avec. un rnininrurrr de pertes par rayonnement et conductivité.
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Un a trouvé, ciae la stabilité nécessaire des composés de 1Tnr:oniadue et de l'acide phosphorique, existant pour les reilJ.eo.r4'Jconditiol1S d'évaporât ion, se trouve aux environs da rapport de 85% de phosphate mono-ammonique poar 15/0 de phosphate d 1 - ai#;ùio n 1 çne . Il est avantageux d t &voir la solution à une concentration exactement suffisante pour parmeta,re une agitation parfaite ainsi que l'absorption rapide de l'amrnonàaque . Si la solution est trop concentrée, la viscosité élevée empêche que de nouvelles SU1 f' ces soient amenées en contact avec le CQUt8nt d'ammoniac, entrant, de sorte qu'une partie de oe dernier peut s'infiltrer au travers de la solution sans se combiner
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ni e'tre ainsi perdue.
Si d'autre part, la solution est trop dijade, il y a trop de chaleur de réaction absorbée en élevant la température de l'excès clleall, de sorte que la température finale et la chaleur exothermiqae utile, sont ànsaffisantes pour effectuer une évaporation effective quelconque.
De plus, dans la production du phosphate di-ammoni-
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que, à partir dTammon5aque concentré et d'aciae phospho- riqae, en cristallisant finalement le sel en solution, le mode opératoire idéal comportera la circulation de la liqueur mère maintenus à concentration et à volume constants.
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De même, l'eau amenée dans le s;ystèL18 avec le l?04' représente la quantité qu'il est nécessaire d'évaporer dans le bat de maintenir la constance de la liqueur mère en circulation. Conséquemment, l'opération de la neutra-
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lisation de l'acide phosphorique avec l'anunoniaque au de- gré désiré pour l'évaporation pratique de l'excès d'eau par la chaleur de réaction, et la combinais on d'une plus grande qa.antité d'ammoniaque à l'état de phosphate di-ammonique présente, dans la pratique antérieure, une grande
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difficulté pour éviter les pertes d'8mr20niaQe et aussi en ce qui concerne la durée de neutralis.,-tion, de concen- tration et de refroidissement convenable de la solution,
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pour obtenir an rendement maximum de cristaux de dimen- sions uniformes dans le produit final..Par la présente invention , on a obtenu des résultats optima pour ces particularités et caractéristiques, de sorte qutelles peuvent toutes être réalisées dans an appareil de forme simp ple et l'on a trouvé de plus, que l'on peut contrôler non seulement la dimension, mais également l'uniformité
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des eristaax.
Dans le mode opératoire antérieur, bien des heares
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étaient requises pour neutraliser à l'état de phosphate di-ammonique, an grand volume de solution de phosphate mono-ammoniqae, par addition de gaz ammoniaque et ce, par suite de la nécessité de maintenir la solution dans le processus à une température suffisamment basse pour em- pâcher l'ammoniaque de s'en échapper.
Par le présent pro- cédé, on est en mesure d'effectuer la neutralisation à l'état de phosphate di-ammonique, dans des opérations de grand volume d'anité et Le, en beaucoup moins de temps et avec;;une perte insensible en ammoniaque et on peat également réaliser des conditions finales de concentra- tion et de température de la solution à partir de laqael- le toat le sel cristallisé est de dimensions uniformes. la* dimension des uristaax pouvant, de plas être contrôlée.
ces partjûalarités d'uniformité et de contrôle de la dimension des cristaux, sont hautement désirables du point de vue de l'épendage sur les champs, lorsque le produit est utilisé comme entrais, ou pour obtenir un sel destiné à composer des mélanges intimes dans n'im- porte quels bats. Les fonctions et les particularités fondamentales du nouveau procédé étant exposées, celai- cisera plus complètement décrit de manière à ca qu'il pois- se être exécuté par tout homme du métier.
Le procédé envisage l'usage d' ac; ide phosphorique de .
60% à 80% de teneur en H3PO4, suivant les dimensions 3 4 désirées pour les cristaux, et l'asage de gaz ammoniaque concentré. Pour décrire clairement le procédé on donnera l'exemple d'an cas particulier utilisant comme matières premières, de l'acide à 80% de H3PO4 et de l'ammoniaque anhydre. On prend de plus comme exemple de base, la pro- duction de 1000 livres de produit- fini, constitué par des cristaux secs de phosphate di-ammonique.
Avec référence aa dessin joint au présent mémoire,
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qui montre la disposition schématique de la forme préfé- rée de l'appareil que l'on peut employer, la première phase opératoire du procédé est conduite dans le satura- tear-évaporatear A, primaire ou fixe, constitué par un réservoir verticalement disposé ayant des parois et an fond 1 résistants à l'acide. Le dit réservoir possède un pla- fond fermé 2, et est pourvu de l'agitateur 3 dont l'arbre traverse le plafond et est actionné'par n'importe quels moyens appropriés. Le réservoir A est également pourvu d'an jeu on tuyauteries 4 raccorde à une source d'ammoniaque sous pression, dyane entrée de solution 5, d'une sortie de vapear 6 et d'un Vanne de décharge 7.
La seconde phase opératoire est conduite dans le saturateur-cristalliseur B, secondaire ou rotatif, constitué par an cylindre fermé 8 monté sur des galets oa tourillons de guidage 9. Le cylindre 8 possède des ouvertures centrales 10 et 11 pourvues chacune de boites à beurrage étanches 12 et 13. Un conduit d'alimentation 14 avec contrôle de vanne 15, est relié à l'ouverture 10. l'ouverture opposée est reliée à un appareil aspiratear, dans an bat qui sera décrit plas loin. Un conduit d'arro- sage 17 disposé au-dessus du cylindre 8 réalise les moyens poar refroidir la solution. Une porte de décharge et d'alimentation 18, est .prévue à l'extrémité du cylindre.
Sur la base ci-dessus mentionnai de 1000 livres de produit fini désiré constitué par du phosphate di-ammonique en cristaux secs, on procède conne suit:
Comme on le montrera plus loin, la quantité nominale de liqueur mère maintenue dans le circuit, par 1000 livres de Produit fini, est de 955 livres, contenant environ 404 livres de phosphate di-ammonigue en solution avec 551 livres d'eau.
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On additionne d'abord au récipient primaire A, par l'ouverture 5, trois cents cinquante trois (353) livres de solution de liqueur mère de phosphate- di-ammoniqae
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et on additionne alors 926 livres d'acide I33'04 â 8uï". L'agitatear 3 est mis en mouvement et l'on fait graduelle-
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ment arriver de l'ammÓniaqae par le jeu de tuyauteries 4. ces moyens, l'acide absorbe aisément lvammoniaque et la chalear de réaction fait rapidement monter la tempe-.
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r at ure .
L'addition de liqueur de phosphate di-ammoniqae a le double but de réaliser une solation de viscosité
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appropriée perruettant l'agitation adéquate poar réaliser une combinaison rapide et complète de l'ammoniaque et de limiter la quantité de solution présente pour absorber la chaleur de réaction, en conservant ainsi toute la chaleur possible à appliquer à la fonction d'évaporation.
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En suivant ce mode opératoire la tompératare de cette solution est élevée et sailisamment accélérée par l'agi- tation, pour évaporer l'excès d'eau, qui sort sous forme de vapeur par le conduit de sortie 6.
Après que environ 129 livres de NH3 ont été introduites dans la solution, ceci étant mesuré par des comp-
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teurs ou par titr'asation d'un échantillon de la solution, le courant de 1Tg? J est coupé et le brassage est aazntinaé jl,,squtà ce que la quantité deau requise soit évaporée, ce qui peut être déterminé par le poids spécifique de la solution ou par d'autres moyens appropriés.
La quantité d'eau qui doit être éliminée est d'environ 134 livres.
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QaoiqM l'eau introduite avec 926 livres de H S PO 4 à 80%, représente 185 livres , il-suffit que dans cette phase du procédé 134 livres soient éliminées par évaporation, Les 51 livres restantes dans cette quantité, sont
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évaporées dans la dessiccation des cristaux du proda.it fi- nal étant donné que la déshydratation primaire laisse environ 5% d'humidité de surface sur les cristaux.
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Après cette opération, la solution contient un rapport d'environ
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870 livres de phosphate mono-arillfioniqae @ 68/'& 148 n de phosphate di-armoniqùe = 12% 256 it d'eal1 = 20%
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<tb>
<tb> 1274 <SEP> 1 <SEP> ivres <SEP> =100%.
<tb>
La seconde addition de liqueur mère de phosphate
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di-ammonique, se montant à environ 6C livras, est alors ajoutée â cette solution.
Le blit de ces dettx additions de 1i.qu.eai, mère, est de contrôler la concentration et par suite les conditions de viscosité et de température qui viennent d'être décrites. La seconde addition peut être dans un récipient intermédiaire, ou plus ta,rd dans le récipient secon- daire B (voir le dessin) , suivant que l'on désire. Il est cependant préférable de faire la seconde addition avant que la solution soit introduite dans le récipient B,
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parce que la solati.on de phosphate mOllo-ammoni qM est plus corrosive que la solution résultant de la seconde
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addition de liqueur mère de phosphate di-anwoniQI16.
Il est préférable de retenir autant que possible la chaleur
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de réaction dans le récipient primaire A afin de la (;onserver poür des eÉx opérations sub8éqaentes dans le cy- cle des )opérations. La solution contient maintenant :
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87 livres de phosphate mono-ammoniqae = 46,3% 4Ql livres de phosphate di-ammonique = 21,5% 65 Il d t e a/1 = 32,S%
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<tb>
<tb> 1876 <SEP> livres <SEP> 100 <SEP> %
<tb>
, Dans la seconde phase opératoire, la solution est transférée dans le récipient secondaire B, par la vanne de sortie 7 et sa connexion flexible. Le cylindre 8,
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ayant reçu la solution chaude de la première phase , est hermétiquement fermé en 18, ainsi que par la vanne à ammoniaque 15.
L'air du cylindre est alors évacaé, soit en y faisant le vide par pompage, par l'intermédiaire de la vanne 16 et à l'aide d'un appareil approprie, ou en remplissant le cylindre avec de la vapeur. Cet air peut âtre
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également évacué en le diluant avec de 11aonia<lae arri- vent par la vanne 15 et en faisant passer une partie
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de cet a'.!mon3ao,ae par la vanne 16 vers l'appareil d'absorp- tion.
Cette particularité est importante pour appliquer l'invention avec; succès. On a trouvé que la vitesse d'ab-
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sorption (Le lie 5 est grandement augmentée lorsqalon réalise anc atmosphère saturée dl ammoniaqa6 au-dessus de la solaiol1 et aussi, dans ces conditions, que l'absorption, jusquT, la phase de '32'l ' , peut être ei'fectuée à des températures aa-dessau de 80 C;. Aveu une atmosphère d'air au-dessus de la solution, un volume considérable d'a1lli,oniaqae passerait aau travers du saturateur sans en- trer en combinaison.
Le niveau de la solution*dans le cylindre doit se trouver au-dessous du centre, parce que si l'ammoniaque était introduit dans la solution lorsqu'elle approche de
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la phase de formation du phosphate di-ammaniaqua, an conduit submcrgé on autre dispositif d'amenée de gaz, se remplirait de cristaux de phosphate d'ammonium, en amenart ainsi. l'arrêt de l'opération dans une phase critique. Pour
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ce motif, l'ammcnjaqo.e est introCl.a1t dans cette phase au- dessus de la solation et il se présente continuellement de nouvelles surfaces de cette dernière au gaz NH de r-
3 action, par suite de la rotation du cylindre.
La solution chauffe par suite de la réaction jusque vers 100 Cet il est nécessaire de la refroidir graduelle-
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ment jasque vers 80 C. à mesure que la phase de forma- tion du phosphate di-ammoniqae approche. Lorsque environ
95% de l'ammoniaque requis ont été introduitsdans le cylindre tournant, ce qui peut être déterminé par compteur à gaz oa par titrage d'un échantillon prélevé par an ro- binet 19, l'arrivée de l'ammoniaque est coupée et la ro- tation da cylindre est continuée. Le cylindre est alors légèrement ouvert par la vanne 16, pour permettre à l'air de remplacer l'ammoniaque absorbé.
On a trouvé qu'il est important de contrôler l'addi- tion d'ammoniaque de façon à ne pas dépasser la phase du phosphate di-ammonique et ce, dans n'importe quelle partie de la solution de réaction ou dans son entière té.
S'il se formait du phosphate tri-ammonique, il en résal- terait que les costaux da phosphate di-ammonique devi.en- draient irréguliers quant à lears dimensions et que l'uni- formité désirée des cristaux et leur dimension seraient détruites. De -plus, il xxx est à recommander, que la so- lation soit maintenue aax environs de 80 C. au moment de la neutralisation à l'état de phosphate di-ammoniqae, dans le bat d'avoir une solation complète et pour empê- cher la formation de phosphate' tri-ammonique.
ious cris- taux séparés par précipitation avant que ne commença la phase de refroidissement graduelle influencerait grande- ment l'état physique des cristaux se formant subséquemment et détruiraient l'unformité et la dimension désirées des cristaux.
L'ammoniaque ôtant coupé et le cylindre ayant été ventilé, la rotation est c ontinuée avec refroidissement progressif à une vitesse d'environ 10 C. par heure$ jusqu'à ce que la solution soit descendue à la tempera- tare del'atmosphère ambiante.
Ceci est une aatre particularité importante, parce que dans le bat d'obtenir une dimension uniforme des @
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cristaux, la solution doit être bien agitée pendant le refroidissement, qui s'accomplit avec l'action de rotation décrite et qui donne à chacun des cristaux le même temps de contact avec la solution dans laquelle ils croissent. Si la suspension était déchargée et refroidie plus tard au repos, la croissance secondaire des cristaux donre rait lieu à des agrégats irréguliers et à des fines, qui détrairaient l'uniformité des cristaux.
Après le refroidissement de la solution comme cidessus décrit, le contenu du. cylindre est déchargé par la porte 18 dans un réservoir collecteur,
La solution après avoir été additionnéd de 129 livres de NH3 dans la seconda phase, contient environ
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<tb>
<tb> 1400 <SEP> livres <SEP> de <SEP> phosphate <SEP> di-ammonique <SEP> 70%
<tb> 600 <SEP> " <SEP> d'eau <SEP> 30%
<tb> 2000 <SEP> 7.ivres <SEP> ., <SEP> @ <SEP> 100%
<tb>
Apr.;
s refroidissement à 30 C. la répartition sera d'environ
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<tb>
<tb> 965 <SEP> livres <SEP> de <SEP> cristaux <SEP> de <SEP> phosphate <SEP> di-ammonique <SEP> = <SEP> 48%
<tb> 435 <SEP> " <SEP> de <SEP> phosphate <SEP> di-ammonique <SEP> en <SEP> solution <SEP> = <SEP> 22%
<tb> 600 <SEP> " <SEP> d'eau <SEP> + <SEP> 30%
<tb> 2000 <SEP> livres <SEP> =100%
<tb>
Après avoir enlevé l'eau des cristaux il y resta environ 5% comme humidité de surface et cette eau. qai est sous forme d'une solution saturée de phosphate di-ammoni- que, comprend 37 livres de (NH3)2HPO4 avec 51 livres de H2O Ceci donne comme liqueur mère 955 livres à environ 42% de phosphate di-ammonique. pour le circuit mentionné plas haut.
La suspension des cristaax et de là liqueur mère est maintenue en agitation jusqu'au moment où elle passe sur un filtre oa centrifuge, fonctionnant continûment ou par intermittence, poar l'enlèvement primaire d'eau, ceci
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dans le but d'éviter le dépôt et l'agrégation des cris- taux.
Lorsque l'eau, a été enlevée jusqu'à la teneur d'en- viron 5% de H2O les cristaux sont immédiatement envoyés dans an séchoir, dans lequel le reste de l'humidité de surface est évaporée, en maintenant les uristaux à une température inférieure à 65 C., de préférence dans un séchoir continu rotatif. les cristaux sont alors de la dimension uniforme désirée et de conformation régulière et sont appropriés pour le mélange et la distribution correcte.
Il y a lieu de noter, que la solution finale du saturateur secondaire contient, avant son refroidissement, environ 70% de phosphate di-ammonique avec 30% d'eau.
Ceci peut légèrement varier, mais on a trouvé que cette concentration donne une solation appropriée aux meilleu.- res conditions de cristallisation .avec une quantité de liqueur mère , minimum résultant du circuit dans le cycle des opérations.
Dans l'exemple d'exécuiton ci-dessus décrit, on a exposé la production du phosphate di-ammonique par l'usa- ge de H3PO4 à 80% et d'ammoniaque anhydre concentré. On a trouvé cependant, que la dimension des cristaux poudit peut varier en faisant varier la concentration ou force du H3PO4 employé dans le processus. plus l'acide phosphorique est faible, dans les limites données, plus la dimen- sion des cristaux produits est petite.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.