CS210335B1 - Spdsob kontinuálnej přípravy taveniny polykondenzovaných fosforečnanov amónnych a zariadenie na prevádzanie tohto spdsobu - Google Patents

Description

Predmetom vynálezu je sposob kontinuálnej přípravy taveniny polykondenzovaných fosforečnanov amónnych a zariadenie na prevádzanie tohto sposobu.

Tavenina kondenzovaných fosforečnanov amónnych sumárneho vzorca:

Η/ n+2/ -ιη^ηθ3η+1 je jednou zo základných východiskových látok pre přípravu koncentrovaných kvapalných hnojív čirých i suspenzných.

V súčasnosti sú známe viaceré spósoby přípravy taveniny kondenzovaných fosforečnanov amón nych. Najpřepracovanéjšie a najrozšírenejšie sú spósoby, základom ktorých je atmosferická, ale bo tlaková neutralizácia fosforečných kyselin róznej koncentrácie a čistoty araoniakorá.

Pre výrobu taveniny kondenzovaných fosforečnanov sa používajú najróznejšíe typy reaktorov, najma reaktorov trubkovej konštrukcie, z ktorých najrozšírenejšie sú tzv. T-reaktory. Tie to reaktory sú chráněné celým radom patentov například USA pat. č. 2 985 513, 3 382 059,

464 808, 3 502 441; franc. pat. č. 1 493 803; juhoafrický pat. Č. 67/5806; DOS 1 909 438,

DOS 2 114 055, DOS 2 308 716; švéd. pat. Č. 366 012; čs. autorské osvědčení 180 802.

Z T-reaktorov uvádzaných v odbornej líteratúre je najznáraejší Swiftov reaktor.

Rózne modifikované trubkové reaktory uvádzajú tiež publikácie

Chem. Engíneering /8/, 60, 2 1 , /1 972/

Agric. Chem. /2/, 12-16, 28, /1973/

Fert. Solutions /2/, 44-54, 17 , / 1973/

Meline R. S.: Productíon of Hígh-Polyphosphate Liguid Fertilizer by the Pípě Reactor Procese - XSMA, Praha 1974, Phosphorus and Potassium 90, 25“3O, /1977/

Chem. průmysl 28/53, 229-233, 5, /1978/.

Aj ked uvedené typy trubkových reaktorov znamenajú podstatný pokrok vo vývoji zariadenia na výrobu taveniny kondenzovaných fosforečnanov amonných, majú určité nevýhody například:

- neumožňujú spracovanie značné znečistěných extrakčných kyselin fosforečných, ktoré je spojené s pěněním reakčnej zmesi v ddsledku obsahu organických látok; s tvorbou nánosov zužujúcich prierez reaktorov a negativné ovplyvňujúcich hydrodynamiku a podobné;

** neefektívne využitie neu tr al izačného tepla, vzhladom na priebeh molekulárnej dehydratácie;

- málo účinné miešanie reagujúcich zložiek /relativné nízká turbulencia toku/;

- nutnost dávkovania kyseliny fosforečnej pod tlakom;

zvýšené nároky na koróznu odolnost konštrukčných materiálov zariadenia pre dávkovanie horúcej kyseliny fosforečnej;

- nároky na obsluhu vyplývajúce z úrovně prevádzkovej istoty zariadenia a podobné.

Uvedené nevýhody sú v podstatnej miere odstránené sposobom výroby a zariadením podlá vynálezu.

Sposob kontinuálnej pripravy taveniny kondenzovaných fosforečnanov amonných podlá vynálezu, reakciou kyseliny fosforečnej o koncentrácií 50 až 70% ^P2°5 ^{a Ce}Pl°^{te 50 a}% ²$θ °^c» alebo roztoku dihydrogénfosforečnanov amonných v kyselině fosforečnej s plynným amoniakom spočívá v tom, že plynný amoniak predohriaty před vstupom do reakčného prostredia teplom reakčnej zmesi sa dávkuje v 10 až 15% přebytku voči množstvu amoniaku viazanému v tavenine vo formě fosforečnanov a kondenzovaných fosforečnanov amonných.

Měrná hmotnost kvapalnej reakčnej zložky obsahujúcej kyselinu fosforečné dávkovanej do reakčného prostredia je aspoň dvojnásobné vyššia než středná hodnota mernej hmotnosti heterogénnej reakčnej zmesi v reakčnej zmesi v reakčnom prostředí. Reakcia prebieha za miešania charakterizovaného hodnotou Reynoldsovho kritéria Re * 1,5 . 10^.

Účinným turbulentným miešaním reagujúcich zložiek a reakčnej zmesi, ako aj plynulým volným nátokom kvapalnej reakčnej zložky obsahujúcej kys-elinu fosforečné do reakčného prostredía, sú vytvořené zvlášt výhodné podmienky pre simultánny priebeh neutralizácie kyseliny fosforečnej a molekulárnej dehydratácie jej amonných solí vznikajúcich pri tejto neutra 1izáci i.

Uvedený sposob kontinuálnej výroby taveniny kondenzovaných fosforečnanov amonných reakciou fosforečnej kyseliny neobsahujúcej, alebo obsahujúcej chemicky viazaný amoniak s plynným amoniakom možno s výhodou prevádzat na zariadení podlá vynálezu.

Zariadenie na kontinuálnu pripravu taveniny kondenzovaných fosforečnanov amonných sposobom podlá vynálezu pozostáva z reaktora opatřeného privodom a vývodom vyznačené tým, že reaktor 1 zviera s vodorovnou rovinou uhol alfa z intervalu 0°^alfa<180°,

Reaktor 1 je dalej opatřený privodom 2_ prechádzaj úcim telesom reaktora ústiacim vývodom 3 vo vnútri telesa reaktora J_. Poměr plochy vnútorného prierezu telesa reaktora J_ v raíeste vývodu 9 reaktora 1 k ploché vnútorného prierezu telesa reaktora «£ v mieste přívodu 10 ^_ ” -2 2 reaktora _£ je rovný 5 . 10 az 5 . 10 .

Poměr účinnej dlžky reakčného pásma k najužšiemu vnútornému prierezu telesa reaktora je rovný 1,2 až 95. Poměr vzdialenosti přívodu 10 reaktora _I_ od miesta vývodu 9_ reaktora _f. k vzdialenosti vývodu 3 vo vnútri telesa reaktora od miesta vývodu 2 vo vnútri telesa reaktora J_ od miesta vývodu 2 reaktora je rovný 0,5 až 1,5.

Vzdialenost vývodu 3 vo vnútri telesa reaktora J, °ú miesta vývodu 2 reaktora j® rovná najmenej polovici účinnej dlžky reakčného pásma.

Zariadenie na kontinuálnu 'přípravu taveniny kondenzovaných fosforečnanov amonných podlá vynálezu móže byť upravené tak, še vývod 3_ vo vnútri telesa reaktora £ móže byt od přívodu 10 reaktora £ oddělený přepážkou 4 a/alebo přívod 10 reaktora χ je opatřený kvapalinovým uzáverom _5 a dalej případné je reaktor J_ vo vnútri v celej účinnej dížke alebo v jej časti opatřený výplňou 6 a/alebo vostavbou 7 a/alebo obsahuje statický miešač 53.

Do dokladné izolovaného telesa reaktora volné natéká cez přívod - vtok kvapalnej reakčnej zložky 10 kyselina fosforečná 21 o koncentrácii 50 až 72% ^Ρ2θ5 ^{a te}Pl°^Ce 50 až 290 °C, alebo horúci roztok hydrogénfosforečnanov amonných v kyselině fosforečnej,

V priestore nad ústím - vtokom kvapalnej reakčnej zložky obsahujúcej kyselinu fosforečná dochádza k jej styku s predohriatym plynným amoniakom 20, ktorý je do tejto časti reaktora zostupne /smerom zhora nadol/ zavádzaný prívodnou trubicou ji vedenou súosovo stredom reakčného priestoru telesa reaktora, takže súčasne dochádza k predohriatiu plynného amoniaku teplom reakčnej zmesi.

Nežiadúcemu miešaniu kvapalnej reakčnej zložky obsahujúcej kyselinu fosforečná s plynným amoniakom mimo reakčného priestoru v prívodnom potrubí kvapalnej reakčnej zložky sa zabráni alebo tak, že vývod plynného amoniaku 3 sa umiestni nad přívod - vtok kvapalnej reakčnej zložka obsahujúcej kyselinu fosforečná, alebo vhodné riešenou a umiestnenou přepážkou £ a/alebo tiež vhodné riešeným nátokom kvapalnej reakčnej zložky cez kvapalinový uzávěr 5^.

Reakciou plynného amoniaku s kvapalnou reakčnou zložkou obsahujúcou kyselinu fosforečná dochádza k uvolneniu neutralizačného tepla, ktorým sa reakČná zmes zohreje na teplotu vyššiu ako 200 °C.

Pri simultánně prebiehajúcej neutra1izáci i a molekulárnej dehydratácie sa uvolněným neutralizačním teplom odpaří chemicky neviazaná /volná/ a čiastočne i molekulárně viazaná voda, Vplyvom takto vzniklých vodných pár, ako aj vplyvom kinetickej energie plynného amoniaku dávkovaného v 10 až 150% přebytku oproti množstvu, ktoré sa viaže pri tvorbě taveniny, dochádza k intenzívnerau miešaniu reakčnej zmesi, ktorého intenzitu možno charakterizoval hodnotou Reynoldsovho kritéria Re = 1,5 , 10^·

Pretože objem reakčnej zmesi je prevažne tvořený prehriatou plynnou zmesou vodnej páry a prebytočného amoniaku, je jej měrná hmotnost podstatné nižšia, než měrná hmotnost privádzanej kvapalnej zložky obsahujúcej kyselinu fosforečná.

Tento rozdiel měrných hmotností umožňuje volný nátok kvapalnej reakčnej zložky obsahujúcej kyselinu fosforečná do reakčného priestoru telesa reaktora a tiež vzostupný tok /zdola-nahor/ reakčnej 2raesi týmto reakČným priestorom.

ReakČná zmes pozostávajúca z taveniny kondenzovaných fosforečnanov amonných, vodnej páry a prebytočného amoniaku 22 sa kontinuálně odvádza prepadom reakčnej zmesi

Za účelom dosiahnutia potrebnej doby zadršania reakčnej zmesi v reakčnom priestore telesa reaktora _1_ pri podwienkach vhodných pre optimálny simultánny priebeh neutralizácie kyseliny fosforečnej a molekulárnej dehydratácie jej amonných solí vznikajúcich pri neutralizaci! je vhodné, keď plocha vnútorného prierezu telesa reaktora v mieste přepadu reakčnej zmesi /Fi/ je váčšia, než plocha vnútorného prierezu telesa reaktora v mieste ústia - vtoku kvapalnej zložky obsahujúcej kyselinu fosforečná /F_o/.

V zaujme ďaLšieho zvýšenia intenzity míešania a zváčšenia reakčného povrchu je výhodné opatřit reakčný priestor telesa reaktora V výplňou _6 a/alebo vostavbou T_ a/alebo vhodné zvo210335 leným statickým miesacom 8. Spósob výroby taveniny polykondenzovaných fosforečnanov amonných a zariadenie na prevádzanie tohto sposobu výroby v zmysle vynálezu má rad předností:

- sposob výroby a zariadenie sa vyznačuje velkou prevádzkovou istotou a je nenáročné na obs luhu uvedeníe zariadenia do činností a jeho odstavenie je jednoduché a nie je potřebné robit žiadne přípravné opatrenia

- zariadenie umožňuje spracovanie P^O^ °bs^ahujúcich kvapalných surovin roznej čistoty a koncentrácie pohybujucej sa v Sirokom rozmedzí obsahu ^2^5

- zariadenie pracuje za minímálnych požiadavok na energiu pri dávkovaní kvapalnej reakčnej zložky

- zariadenie je jednoduché a nemá točivé súčasti

- sposob výroby a zariadenie umožňuje přípravu taveniny kondenzovaných fosforečnanov amonných vyznačujúcich sa vysokým obsahom fosforu víazaného v polykondenz°^vanej formě, vhodnej pre výrobu koncentrovaných kvapalných hnojív, ako aj pre přípravu tuhých granulovaných hnojív.

Ďalej uvedené příklady objasňujú, ale v žiadnom případe neobmedzujú predmet vynálezu.

Příklad!

V rámci viachodínového kontinuálně vedeného poloprevádzkového pokusu na vertikálně situovanom / 90°/ reaktore v zmysle vynálezu, charakterizovanom nasledujúcimi parametrami:

- účinná dlžka reakčného pásma /reakčného priestoru/ L = 500 mm

- najužší vnútorný priemer telesa reaktora S z 90 mm

- poměr plochy vnútorného prierezu telesa reaktora v mieste přepadu reakčnej zmesi /F ^ / k plo che vnútorného prierezu telesa reaktora v mieste ústia - vtoku kyseliny fosforečnej /Fj/ ^F 1 ^:F2 = ¹ bola spracovaná koraerčná extrakčná kyselina Specifikovaná takýmto zložením!

- celkový obsah fosforu /stanovené spektrofotometr íčky/: - acidita vyjádřená ako obsah fosforečnej zložky: - celkový obsah železa:	59,4% P2O5 54,5% P205 0,27% Fe
- celkový obsah hlinika:	0,25% Al
- celkový obsah horČíka:	0,58% Mg
- celkový obsah fluóru:	0,34% F

Kyselina bola dávkovacím čerpadlom kontinuálně dávkovaná v priemernom množštve asi 80 kg H^po^.h do atmosférickej odparky^odkial volné natékala cez zavzdušnenú potrubnú trasu do spodnej časti reaktoru odděleného od přívodu amoniaku súosovo .uloženou válcovou přepážkou.

Plynný amoniak bol dávkovaný z výparníka cez súsravu rotametrov v priemernom množstve 17,85 kg NH^.h prívodnou trubkou ukončenou rozdelovacou ružicou na dno reaktora.

Reakciou čiastočne zakoncentrovanej fosforečnej kyseliny, natekajúcej do reaktora o príemernej koncentráeii 61,7 7 celkového P2°5 ^a teplóte 140 až 145 °C s plynným amoniakom, predohriatym teplom reakčnej zmesi, došlo k ohriatiu reakčnej zmesi na teplotu 255 až 265 °C a k jej speneniu vplyvom uvolňujúcej sa vodnej páry a nezreagovaného amoniaku,

Tavenina polykondenzovaných fosforečnanov amonných kontinuálně odtekajúca přepadom v hor nej časti reaktorového telesa, vo formě silno spenenej viskóznej kvapaliny, bola spracovávaná na NP-kvapalné hnojivo.

Tavenina bola charakterizovaná týmto priemerným chemickým zložením:

- celkový obsah dusíka; 11,42 N celkový obsah fosforu: 64,12 P₂°₅

- obsah fosforu víazaného v ortoforme; 28,92 P₂O₅

- obsah fosfora vxazaného v konden-

zovanej formě;		35,2% P2O5
- konverzia fosforečnej	z 1ožky na
kondenzované *f ormy;		54,9%
~ maximálny kondenzačný	stupeň
zastúpený v tavenine:		n = 3 /4/			•
	PRE	D Μ E T	V Y	NÁLEZ	U
1. Spósob kontinuálnej přípravy	taveniny	kondenzovaných	fosforečnanov	amonných reakciou
kyseliny fosforečnej o	kóncentrácii	50 až 72Z	P2°5	a teplote	50 až 290 °C,	alebo roztoku di-

Claims (3)

1. - obsah fosfora vxazaného v konden-

   zovanej formě; 35,2% P₂O₅ - konverzia fosforečnej z 1ožky na kondenzované *f ormy; 54,9% ~ maximálny kondenzačný stupeň zastúpený v tavenine: n = 3 /4/ • PRE D Μ E T V Y NÁLEZ U 1. Spósob kontinuálnej přípravy taveniny kondenzovaných fosforečnanov amonných reakciou kyseliny fosforečnej o kóncentrácii 50 až 72Z ^P2°5 a teplote 50 až 290 °C, alebo roztoku di-

   hydrogénfosforečrianov amonných v kyselině fosforečnej s plynným amoniakom, vyznačený tým, že plynný amoniak ptedohriaty před vstupom do reakčného prostredia teplom reakčnej zmesi sa dávkuje v 10 až 150?! přebytku voči množstvu amoniaku viazanému v tavenine vo formě fosforečnanov a kondenzovaných fosforečnanov amonných, měrná hmotnost kvapalnej reakčnej zložky, obsahujúcej kyselinu fosforečná, dávkovanej do reakčného prostredia je aspoň 2,0násobne vySšia než středná hodnota mernej hmotnosti heterogénnej reakčnej zmesi v reakčnom prostředí, pričom reakcia prebieha za miešania charakterizovaného hodnotou Reynoldsovho kritéria Re $ 1,5 . 10^.
2. 2. Zariadenie na kontinuálnu přípravu taveniny kondenzovaných fosforečnanov amonných spósobom podlá bodu 1 pozostávajúce z reaktora opatřeného prívodom a vývodom vyznačené tým, že reaktor /1/ zviera s vodorovnou rovinou uhol alfa z intervalu 0°<alfa<180°, pričom reaktor /1/ je dalej opatřený prívodom /2/ prechádzajúcim telesom reaktora /1/ ústiacim vývodom /3/ vo vnútri telesa reaktora /1/, pričom dalej poměr plochy vnútorného prierezu telesa reaktora /1/ v mieste vývodu /9/ reaktora /1/ k ploché vnútorného prierezu telesa reaktora /1/ v mies~2 2 te přívodu /10/ reaktora /A/ je rovný 5.10 až 5.10 , poměr účinnej dížky reakčného pásma k najužsíemu vnútornému prierezu telesa reaktora je rovný 1,2 až 95 a poměr vzdialenosti přívodu /10/ reaktora /1/ od miesta vývodu /9/ reaktora /1/ k. vzdialenosti vývodu /3/ vo vnútri telesa reaktora /1/ od miesta vývodu /9/ reaktora /1/ je rovný 0,5 až 1,5, pričom vzdialenosť vývodu /3/ vo vnútri telesa reaktora /1/ od miesta vývodu /9/ reaktora /1/ je rovná najmenej polovici účinnej dížky reakčného pásma.
3. 3. Zariadenie na kontinuálnu přípravu taveniny kondenzovaných fosforečnanov amonných podlá bodu 2, vyznačené tým, že vývod /3/ vo vnútri telesa reaktora /1/ móže byt od přívodu /10/ reaktora /1/ oddělený přepážkou /4/ a/alebo přívod /10/ reaktora /1/ je opatřený kvapalinovým uzáverora /5/ a ďalej připadne je reaktor /1/ vo vnútri v celej účinnej dížke alebo v jej časti opatřený výplňou /6/ a/alebo vostavbou /7/ a/alebo obsahuje statický miešač /8/.