CS230266B1

CS230266B1 - Method of and apparatus for continuously preparing melt of condensed ammonium phosphates

Info

Publication number: CS230266B1
Application number: CS101682A
Authority: CS
Inventors: Jan Teren; Eduard Hutar; Jozef Hrusovsky
Original assignee: Jan Teren; Eduard Hutar; Jozef Hrusovsky
Priority date: 1982-02-15
Filing date: 1982-02-15
Publication date: 1984-08-13
Also published as: GB2116158B; FR2521544B1; FR2521544A1; GB2116158A; PL138341B2; BE895901A; RO86024B; BG42239A1; YU167485A; DD252514A3; PL240570A1; GB8304141D0; RO86024A; YU33483A

Description

Vynález sa týká spósobu kontfnuálnej přípravy taveniny kondenzovaných fosforečnanov amónnych a zaradeniá na prevádzanie tohoto spósobu.

Tavenína kondenzovaných fosforečnanov amónnych, obsahujúca zmes dihydrogénfosforečnanu amónneho a kondenzovaných fosforečnanov amónnych, charakterizovaných nasledujúcim chemickým vzorcom:

(NHí)m H(_n+2)-ηιΡηθ^ι+Ιι kde n > 2 a m g n + 2, je základnou východiskovou látkou — medziproduktom pri výrobě čirých, alebo suspenzných viazložkových kvapalných hnojív. V súčasnosti sú známe viaceré spósoby jej přípravy. Nejprepracovanejšie a možno povedať, že dnes aj najrozšírenejšie sú spósoby, základom ktorých je atmosferická, alebo tlaková neutralízácia fosforečných kyselin róznej koncentrácie a čistoty amoniakom.

Pre výrobu taveniny kondenzovaných fosforečnanov amónnych sa používajú rožne druhy reaktorov, prevažne rúrkového typu, z ktorých najrozšírenejšie sú tzv. T-reaktory. Konstrukčně riesenia týchto reaktorov sú chráněné celým radom patentov a autorských osvědčení, napr.: USA pat. č. 2 985 513;

382 059; 3 420 624; 3 464 808; 3 723 086;

502 441; 3 503 706; 3 649 175; 3 650 727;

788 817; 3 733 191; 3 949 058; 3 734 708;

775 534; 3 939 255; 3 947 261; 3 950 495;

988 140; 4 250 147; francúzsky patént číslo 1 493 803; juhoafrický patent číslo 67/5 808; DOS č. 1 909 438; 2 114 055; 2 308 716; švédsky pat. č. 366 · 012 a čsl. AO č. 180 802.

Rožne modifikované rúrkové reaktory v súvíslosti s · výrobou kondenzovaných fosforečnanov amónnych, z ktorých naiznámejší je tzv. · Swiftov . reaktor, uvádza tiež odborná literatura. Z tejto možno ocitovat: Chem. Eng. 21 (8), 60 (1972); Agric. Chem. 28, (2), 12 (1973); Fer.t. Solns. 17, (2) 44 (1973); ISMA Praha 1974 — Meline Ř. S.: „Production of High Polyphosphate Liquid Fertilizer by the Pipe· Reactor Process“; Chim. · prom. No. 10, 752 — 755 (1975); Phosp. and Potass. 90, 25 (1977) a Chem. prum. 28, 53, (5), 229 (1978).

Aj keď použitie rúrkových reaktorov znamenalo podstatný pokrok vo vývoji zariadenia na výrobu taveniny kondenzovaných fosforečnanov amónnych, tieto majú určité nevýhody. Vyžadujú spracovanie predohriatej a do rózneho stupňa zakoncentrovanej fosforečnej kyseliny, čo nutné kladie zvýšené nároky na spotřebu technologickej energie. Zostava technologického zariadenia bývá

230268 dosť komplikovaná a teda i relativné náročná na obsluhu; členitosť technologických celkov zvyšuje možnost vzniku havárie, zhoršuje celková energetická bilanciu procesu a zariadenie je tiež náročné na zastavaný priestor. Převážná vačšina používaných rúrkových reaktorov vyžaduje dávkovanie kyseliny fosforečnej pod tlakom, čím sa zvyšujú nároky na koróznu odolnost zariadenia, používaného na dávkovanie horúcej spracovávanej kyseliny. Procesy obvykle neumožňujú spracovahie extrakčných fosforečných kyselin, obsahujúcich váčší podiel znečisťujúcich příměsí (najma Mg, AI, Fe, F a tiež organických látok) dochádza k peneniu reakčnej zmesi a k tvorbě inkrustov na stěnách reaktora, čo negativné ovplyvňuje hydrodynamiku procesu. Neumožňujú racionálně využitie . tepla uvolněného pri neutralizačnej reakcii, konstrukčně riešenie rúrkových reaktorov vo vačšině prípadov, předpokládá použitie kovových konštrukčných materiálov,. ktoré vzhfadom na mimoriadne vel'kú koróznu agresivitu reakčnej zmesi patria do skupiny drahých a často i obmedzene dostupných materiálov (striebro, tantal, nehrdzajúce ocele s relativné vysokým obsahom Mo a Cr). Použitie rúrkových reaktorov předpokládá velkú přesnost a najma ’ ' ' pomerovú ustálenost dávkovania oboch základných reagujúcich zložiek, obvykle kladie zvýšené nároky na obsluhu a dodržovanie prevádzkovej disciplíny a preto nie vždy je . zárukou dosiahnutia potrebnej úrovně prevádzkovej istoty výrobného zariadenia ako celku.

Vačšinu uvádzaných nedostatkov sa podařilo· odstránit * použitím kontinuálně pracujúcich . dispergačných · neutralizačno-dehydratačných reaktorov, základom funkcie, kterých; .je prebublávanie kvapalnej reakčnej zmesi . plynnou fázou (čsl. AO čís/ 210 335, 205. 849}. ^; , ...

/ ..Určitým nedostatkom pri používaní prebublávacích . reaktorov kolonového typu . je skutečnost, . že . zariadenie pracuje so zádržoú kvapalnej fázy, čo si najma v systéme, kde .· kvapalná .fáza . reakčnej -zmesi je tvořená taven-inou, .. vyžaduje dodržovanie stanoveného postupu pri . .uvádzaní zariadenia do. chodu á hlavně pri jeho odstavovaní z prevádzky.

Všetky doposial spomínané nevýhody sú v . podstatnej miere eliminované sposobom kontinuálně] přípravy taveniny kondenzovaných fosforečnanov .amonných reakciou kyseliny . fosforečnej obsahujúcej 50 až 80 % P2O5 a teploty 15 až 300 °C, alebo reakciou roztoku fosforečnanov amonných v kyselině fosforečnej s plynným amoniakom, ktorý sa do reakčného prostredia dávkuje v přebytku vzhladom na množstvo amoniaku viazané v tavenine vo formě fosforečnanov amónnych, podstata ktorého spočívá v tom, že neutralizačno-dehydratačná reakcia medzikapalnou . fázou obsahujúcou fosfor a plynným amoniakom prebieha formou spojitého kontaktu fáz vo . filmovej vrstvě. Filmová vrstva sa v reakčnom prostředí . vytvára postupným roztěkáním kvapalnej fázy účinkom gravitačnej sily a tiež jej rozptylom plynnou fázou, tvořenou zmesou postupné prehrievaného plynného amoniaku a postupné prehrívanej vodnej páry, po povrchu reakčného prostredia s povrchovom kontaktu 7.10° až 1,8 . lO³ m2 . m³, s výhodou 4,5.101 . až 9,8 . . 102 . m2. m-3.

Mtmovrstvová rýchlosť prúdenia plynnej fázy ω je 1.102 až 1s výhodou 2 .10^-1až 2.10° m . s^-1, pričom plynná zmes prúdi súprudne s tokom kvapalnej fázy.

Mimovrstvová rýchlosť prúdenia tekutiny ω je charakterizovaná ako poměr objemového prietoku tekutiny (napr. plynnej fázy reakčnej zmesi] a plochy prierezu prázdného zariadenia (bez náplně].

Taveninu kondenzovaných fosforečnanov amónnych je možné .připravit na zariadení podl'a vynálezu, ktorého . podstata spočívá v tom, že pozostáva z filmového reaktora .minimálně s jedným nosným dnom, na ktorom je uložená organizovaná a/alebo^ neorganizovaná náplň, · pričom pre poměr ekvivalentného priemeru častíc náplně de, definovaný ako priemer gule, ktorej objem je rovný objemu částice náplně, a vnútorného priemeru telesa filmového reaktora, alebo dížky jeho najdlhšej ' strany D platí, že^ 5 . ” 10“³ á de/D g g 4,5.10~l, pre špecifický medzerový objem náplně, tzv. medzerovitosť ε platí, že . 28 g ε g g 96 percent, . s výhodou 60 < ε < . 80 percent a pre poměr celkovej výšky náplně H a vnútorného priemeru telesa reaktora, alebo dlžky jeho najdlhšej strany D platí, že 1,1 g g H/D g 14,8, pričom ďalej’ obsahuje přívod kvapalnej fázy, . . obsahujúcej . kyselinu . fosforečnú, ktorý. ústi nad . vrstvu náplně, přívod plynného. amoniaku a připadne distribučné přepážky, . usmerňujúce tok reakčnej zmesi v náplni, . vostavbu . a/alebo· .statický miešač.

Specifický .medzerový objem, . tzv. medzerovitosť . ε je charakteristikou vrstvy, pričom je. definovaný ako. poměr. objemu .volných priestorov vo. vrstvě . k . objemu celej vrstvy

kde Lo = výška tzv. kompaktnej vrstvy, tj. výška vrstvy častíc bez medzier a L = výška vrstvy.

Špecifický medzerový objem vrstvy velmi významné ovplyvňuje hodnotu strát tlaku. Pri časticiach pravidelných tvarov špecifický medzerový objem závisí hlavně od ich tvaru a velkosti, resp. od poměru priemeru častíc a priemeru zariadenia, v ktorom je vrstva uložená. Medzerovitosť vrstiev častíc pravidelných tvarov závisí tiež od spósobu vytvorenia vrstvy.

Výhodou sposobu přípravy a zariadenia podlá vynálezu je, že umožňuje racionálně využitie tepla uvolňujúceho sa pri reakcii horúcej kvapalnej fázy, obsahujúcej kyselinu fosforečná s plynným amoniakem; vytvára optimálně podmienky pre priebeh heterogénnych reakcií v sústave tvorenej kvapalnou a plynnou fázou; kladie minimálně požiadavky na spotřebu energie pri dávkovaní kvapalnej reakčnej zložky, obsahujúcej kyselinu fosforečná. Zariadenie dalej umožňuje kompaktně konstrukčně riešenie reaktorového uzla pri menšom počte jednotlivých technologických častí (dehydrátu, separátor reakčnej zmesi a po-dobne) a při minimalizovaných požiadavkách na priestor pre umiestnenie technologickej časti výrobně; zariadenie je jednoduché a ' neobsahuje žiadne točivé súčasti; zariadenie pracuje s vysokou úrovňou prevádzkovej istoty a jeho funkcia kladie minimálně nároky na obsluhu.

Jedna z mnohých modifikácií zariadenia pódia vynálezu je schematicky znázorněná na pripojenom obrázku.

Do vertikálně umiestneného reaktora kontinuálně natéká cez přívod 4 kvapalnej fázy umiestnený v hornej časti telesa reaktora 1 opracovávaná kyselina fosforečná, alebo roztok NH4H2PO4 v kyselině fosforečnej. Kyslo reagujúca kvapalná reakčná zložka, obsahujúca fosfor, stéká po organizovanej a/alebo neorganizovanej náplni 3 umiestnenej na minimálně jednom nosnom dne 2. Pre poměr ekvivalentního priemeru častíc náplně d_e, definovaný ako priemer gule, ktorej objem je rovný objemu častíce náplně (pre gulovité částice je de totožné s priemerom častíce) a vnútorného priemeru telesa ' reaktora D platí, že d_e/D je 0,005 až 0,45.

Ako neorganizovaná náplň může byť použitý niektorý z vhodných prírodných materiálov. Vhodné, umělo vyrábané náplně sa zhotovujú v róznych tvaroch ako například Raschigove, Lessingove, Pallové krúžky, Berlové sedielka, Cannonova náplň a podobné a dodávajú sa tiež v rozličných vefkostiach. Z hlediska rozdelenia kvapalnej fázy ukázalo sa byť výhodným ak horná časť náplně 3 je tvořená časticami, pre ktoré hodnota už diskutovaného poměru de/D je menšia, alebo rovná 1.10^_1. Je tiež výhodné ak hornú vrstvu náplně uzatvára kuželovité navrstvenie častíc náplně, pričom přívod kvapalnej fázy ústi tesne nad vrcholom tohto kužela.

Plynný amoniak sa privádza do· neutralizačno-dehydratačného reaktora prívodom 5, ktorý rovnako ústi buď nad hornú vrstvu náplně 3, alebo siaha až do hornej polovice vrstvy náplně 3. Kvapalná fáza obsahujúca fosfor sa roztěká po povrchu náplně účinkom posobenia gravitačnej sily, pričom v důsledku přítomnosti plynného amoniaku v systéme dochádza k exotermickej neutralizačnej reakcii medzi dávkovanými zložkami. Vytváraniu filmovéj vrstvy a intenzívnemu vyrovnávaniu koncentračných rozdielov na medzifázovom rozhraní podstatnou mierou tiež prlspieva strháváme kvapalnej fázy plynnou fázou, ktorá pozostáva z plynného amo6 maku a z reakčnej zmesi uvolnenej prehriatej vodnej páry.

Tým, že kontak reagujúcich fáz nastáva vo filmovej vrstvě, sú vytvářené priaznivé podmienky tak pre priebeh neutralizačnej, ako i dehydratačnej reakcie.

Ako vhodné sa ukázalo zabudovat do vnútra telesa reaktora 1, připadne tiež distribučně přepážky 6, ktoré usmerňujú tok reakčnej zmesi po povrchu náplně, Čím sa dosahuje rovnoměrného zmáčania náplně a dosahuje sa tiež ďalšie zintenzívnenie kontaktu reagujúcich fáz. Za určitých okolností je možné prehíbiť priebeh neutralizačno-dehydratačnej reakcie tiež případným zabudováním vhodnej vestavby 7 a/alebo statického miešača 8 do vnútra telesa reaktora 1.

Kvapalná fáza reakčnej zmesi, ktorá tokom po povrchu reakčným teplom zohriatej náplně 3 v důsledku neustále sa prehlbujúcej neutralizačnej a dehydratačnej reakcie postupné mění svoj charakter a v případe spracovávania najma fosforečných surovin s obsahom organických látok tiež siino napění. Tým sa dosiahne vytvorenie istého „uzávěru“, ktorý bráni volnému priechodu plynného amoniaku zariadením a pohyb reakčnej zmesi zariadením nadobúda charakter piestového toku.

Frechodom reakčnej zmesi, a to ·tak kvapalnej, ako i plynnej fázy, posledným perforovaným nosným dnom 2 vytéká spenená tavenina kondezovaných fosforečnanov amónnych z reaktora a je možné ju ďalej spracovávať priamym rozpúšťaním, reakciou s níekterou zo zložiek, ktoré sú zdrojom základných, sekundárných alebo stopových rastli-nných živin, granuláciou alebo lnou formou úpravy do jej aplikačnej formy. Nozreagovaný plynný amoniak obsiahnutý v plynnej fáze reakčne) zmesi je osobitne výhodné využívat v niektorej · z dalších fáz technologického procesu (napr. viazať ho v slabo kyslom vodnom roztoku taveniny za súčasnej úpravy acidity finálneho produktu a pod · j. .

Příklad 1

Sposob výroby kondenzovaných IosIo^očnanov amonných podlá vynálezu sme ověřovali na modely zariadenia · neutrallzačno-dehydratačného reaktoru — zhotoveného v súlade s druhým bodom jeho predmetu, pričom toto bolo začleněné do zostavy kontinuálně pracujúcej aparatúry.

Neutralizačno-dehydratacný reaktor pozostával z kovového telesa reaktora tvaru stojatého valca, celkovej výšky 1200 mm a · vnútorného priemeru 155 mm. Asi 20 · mm · od spodnóho okraja bolo do telesa ' · reaktora osadené perforované nosné dno obsahujme 37 kruhových otvorov, každého o priemere 12 mm. Na nosnom dne bola uložená do výšky 900 mm neorganizovaná náplň tvořená kameninovými Raschigovýml krúžkami vel’230266 kosti 25,4 X 25,4 mm o hrúbke steny 3,6 mm, čo odpovedalo 16,97.10~³ m³ náplně vytvárajúcej 3,225 m² kontaktného povrchu, kterého priemerný medzerový objem, tzv. medzerovitosť ε, bol rovný 71 % a poměr ekvivalentného priemeru častíc náplně d_e a vnútorného priemeru telesá reaktora D bol rovný: d^e/D = 22,87/155 = 1,47.1ο'¹.

Na už špecifikovanej náplni bola umiestnená ďalšia 100 mm vrstva neorganizovanej náplně, pozostávajúcej z keramických Raschigových krúžkov, charakterizovanej rozmermi 12,7 X 12,7 mm a hrúbkou steny 1,8 milimetr a. Takto vytvorenej vrstvě náplně, ktorej priemerný medzerový objem, tzv. medzerovitosť, bol rovný asi 70 %, odpovedali 0,692 m² kontaktného povrchu. Poměr ekvivalentného priemeru častíc náplně v tejto vrstvě к vnútornému priemeru telesá reaktora bol d_e/D = 11,44/155 = 7,38.10'². Posledná tretia vrstva náplně, umiestnená na predošlej náplni, bola 75 mm hrubá a pozostávala z keramických Raschigových krúžkov velkosti 6,35 X 6,35 mm, hrůbky 0,76 mm.

Poměr ekvivalentného priemeru častíc náplně d_e, definovaný ako priemer gule, ktorej objem je rovný objemu částice náplně a vnútorného priemeru telesá reaktora D bol rov5 45 ný d_e/D = = 3,52.10~² Poslednou

155 hornou vrstvou neorganizovanej náplně, ktorej priemerný medzerový objem, tzv. medzerovitosť ε = 72 °/o, bol vytvořený kontaktný povrch o ploché 1,12 m². Všetky použité vrstvy náplně reprezentovali úhrnnú plochu kontaktného povrchu 5,037 m². Přívodové potrubia fosforečnej kyseliny a plynného amoniaku boli súčasťou přírubového krytu uzatvárajúceho teleso reaktora z hornej strany a ústili přibližné 50 mm nad poslednou vrstvou náplně, pričom přívod kyseliny bol umiestnený do vertikálnej osi telesá reaktoru.

Teleso reaktora bolo po celej výške zaizolované asi 80 mm hrubou vrstvou čadičovej vaty. V spodnej tretine výšky telesá reaktora bola zabudovaná teplomerná jímka naplněná silikonovým olejom s teplomerom.

Pracovali sme s čiastočne zakoncentrovanou komerčnou extrakčnou kyselinou, tzv. čierneho typu, ktorá bola před zahuštěním specifikovaná takýmto chemickým zložením:

— obsah celkového P2O5 54,91 % (stanovený fotometricky) — obsah P2O5 stanovený 56,27 % přepočtem acidity — obsah železa 0,49 % Fe — obsah hliníka 0,387 %AI — obsah horčíka 0,132 %Mg — obsah vápnika 0,064 %Ca — obsah fluóru 0,456 %F.

Kyselina uvedenej akosti, po zahuštění na % P2O5 (podlá výsledku fotometrie) na kontinuálně pracujúcej filmovej odparke, natékala cez kvapalinový uzávěr a centricky umiestnený přívod kvapalnej fázy v množstve 1250 g.min.'¹ do už specifikovaného reaktora. Priemerná teplota kyseliny, dávkovanej do neutralizačno-dehydratačného reaktora, bola 135,5 °C.

Prívodom amoniaku sme do ověřovaného zariadenia minútove dávkovali priemerne 286,1 g plynného amoniaku. Teplota v spodnej tretine výšky reaktora sa po asi 30 mi;nútach funkcie zariadenia ustálila na 276 °C.

Za týchto podmienok sme minútove získali priemerne 1274 g silno spenenej taveniny, špecifikovanej takýmto priemerným obsahom základných zložiek: 11,7 — 62,8 — 0 (% N — % P2O5 — % K2O), pričom produkt obsahoval priemerne 13,9 % P2O5 viazaného vo formě ortofosforečnanov a 48,9 % P2O5 vo formě kondenzovaných fosforečnanov amonných (priemerný stupeň premeny — — konverzia na kondenzované fosforečnany a = 77,9 %].

Pripravovanú taveninu kondenzovaných fosforečnanov amonných sme v ďalšom stupni nepřerušovaných spósobom priamo spracovávali na kvapalné NP-hnojivo typu 10-34-0, pričom sme do slabo kyslého roztoku taveniny viazali priemerne minútove 104,9 g NH3 z plynnej reakčnej fázy.

Uvedeným spósobom získané kvapalné NP-hnojivo bolo slabo kyslej reakcie (pH = 6,0) a jeho priemerná hodnota hustoty bola 1390 kg . m^-3. Z hl'adiska fázovej stability finálny produkt .nevykazoval žiadne změny ani pri dlhdobom skladovaní pri teplote —15 °C.

Příklady 2 až 17

Neutralizačno-dehydratačný reaktor, používaný počas tejto série pokusov, bol zapojený do zostavy modelovej kontinuálně pracujúcej aparatúry na přípravu dusíkatofosforečných kvapalných hnojív polyfosforečnanového typu a pozostával z:

— válcového telesá reaktora, zhotoveného z impregnovaného grafitu výšky 1000 mm, priemeru 155X17,5 mm, pričom v jeho dne hrůbky 20 mm bolo navrtaných 37 kruhových otvorov s priemerom 12 mm, čím bolo vytvořené perforované nosné dno na uloženie výplně;

— neorganizovanej výplně pozostávajúcej v prevážnej miere z napílených prstencov z grafitových rúr 38/24 a 30/10 mm;

— prívodov kyseliny fosforečnej a plynného amoniaku, ústiacich nad vrstvu výplně.

Pre částice používanej neorganizovanej výplně boli meraniami a přepočtem získané ich charakteristiky, ktoré sú súhrnne uvedené v tabufke č. 1.

rH ю

ctí 4tí R-l В A ctí H

230268 cd > 4-» сл f-í >

'cd P o

4tí

Φ >N O

N

Ď0 Ctí

Tu

O

CO

ъ

Q Tp		r-l	to
to © b-		•	CO E h
to ·Φ co		co	О О СЭ
rH r-Γ CM	CO	rH O)	hhb

Ctí >

4- J сл

5- 1 > 'Ctí rt Ό Φ r-<

4-J

СЛ

CM co to---o to xji θ' θ' θ' о +Ι+Ι+Ι+Ι to ο ο to 00 to см to cd сл аЭ оз σΓ см

CO со оз CD to

to

I

O

CQ 03

CM CD CO <N

O to 'Φ CM rH *> <0 °1 to rH co oo o CO

L0 CO 03 in to toto ^ωctí Cj rt 5

Se S-ě φ ω Φ φ

s o £

Ctí Φ u

O 43 'Φ rt > φ rt _ '> Cd > ' ‘ ω ω cd >CD

Φ rt φ

rt

4->

V) Φ

Ctí ř-i Ό >% 43

Ф ?

Ó rt >CJ ctí N

2 P rt φ rt rH

Ф ;

Й

Ή > Л rt

Ui Q

О см , . . см^со 03 О О* rH г-Г +I+I+I+I to to о со СП ОЗ со TF СО тф Oto 00 <Ф о> СО со см см со

CD 0Э co m< co to I o co

CM b

ОТ ео {2 0.3 ► О О СМ _Г см to co

Mri >

to i

O a? eo гч Ó> co* oo co co co

Φ й Ή '>» >

Ф o

4-J (Л Ctí >u co

I

O

Q.

>

'Φ rt §

Φ ’S <X|

S ^s4tí 4-» rt 'g o rt > >

СЛ Q Й 4-J

O s д x 2 >СЛ rt > 2 сл ctí >u

Jrt o í-> >

Q-í CU < ф ~ ω ·***

О сл φ >υ

O s o rt gí '

φ a a >

Φ II

Φ rt ctí > o W N c L rt •g 8 S o . &o > ьо Й — 4tí g йГ й

ÍQ

O rH >^ei

Φ

Φ ·»—» 43 O o > o 4tí 4-» O é * i я g fe s * e g r ® Ф I m л*·—^w©£ >

ф в § > ** »\rt ® О*· А ** •г—i * . ГЛ Н if 1

S ’й

о. си S '>ч ² > U ф rt rt g >S jS .2 - э cl

Prvé pokusy s týmto typom grafodurového výplňového reaktora holi robené s extrakčnou H3PO4 ktorá sa kontinuálně dávkovala cez filmová odparku do reaktora. Počas prvého pokusu sa priemerne dávkovalo 6,65 . . 10~3 kg nezahustenej H3PO4.' s¹ (23,94 kg . . tq H3PO4. h¹), pričom v dalších _ pokusech . sa priemerná hmotná rýchlosť ' dávkovania kyseliny postupné zvyšovala o 64,4; 124,7 a 160,9 · %, takže v poslednom pokuse tejto série sa priemerne dávkovalo už . 17,35.. 10~3 kg H3PO4.S-1. Úměrně k postupnému poklesu koncentrácie trihydrogénfosforečnej kyseliny natekajúcej z odparky do reaktora (vplyvom zvýšeného dávkovania kyseliny do odparky) v jednotlivých pokusoch · série postupné klesal stupeň premeny monofosforečnanov v kvapalnej fáze reakčnej zmesi na kondenzované fosforečnany. Najvyššia spriemernená hodnota stupňa premeny vo vzorkách tavenín, odobraných v priebehu pokusu, bola 71,2 °/o. Najnižší podiel · kondenzovaných fosforečnanov (61,4 %) bol stanovený vo vzorkách tavenín z pokusu 165, kedy sa pracovalo s najvyššou skúšanou hmotnostnou. rýchlosťou dávkovania kyseliny (17,35 . 10_;i kg . s_1) v rámci hodnotenej série pokusov. Počas všetkých pokusov bol zachovaný plynulý -volný nátok spracovávanej kyseliny do reaktora.

Reakčná zmes prúdila reaktorom rovnoměrně, neboli pozorované nerovnoměrnosti vo vzhlade reakčnej zmesi alebo nedostatky vo funkcii ověřovaného reaktora. Osobítne priaznivo bola hodnotená funkcia reaktora počas posledných dvoch pokusov . série (164 ' a 165), kedy tok reakčnej zmesi reaktorom' dosiahol jednoznačné piestový charakter. Počas pokusov 166 . A až D sa pracovalo s extračnou kyselinou rovnakej proveniepcie a kvality, s tým rozdielom, že kyselina . -sa vopred zakoncentrovala a v jednotlivých/pokusoch · diskutovanej série sa prietokom cez odparku už len zohrievala na teplotu 110 až 115 °C bez jej · dalšieho odparovania :(steny odparky sa temperovali na teplotu nižšiu než odpovedalo teplote varu dávkovanej kyseliny 140 až 155 -°C). Týmto sposobom sa podařilo vo váčšej . miere vylúčlť·· vplyv· změny koncentrácie H3PO4 pri expeřimentálnom určovaní kapacity ověřovaného reaktora. .

V jednotlivých pokusoch tejto · série sa pracovalo s týmito priemernými · hmotnostnými rýchlosťami dávkovania · H3BO4: (11,84; 16,22; 19,52 a 22,56) . 10³ kg ·H3PO4. s“1, co odpovedalo · (7,39; 10,12; 12,18· a 14,08) . . ΙΟ.³kilogramom P2O5. s_1. ,

Přepočtem na základe .určených hodnot objemových . hmotností reakčnej . zmesi na výstupe z reaktora (305 až 563 kg .. m3) sa určilo, že středná doba zotrvania . reakčnej zmesi klesala úměrně so · zvyšujúcim sa . . dávkováním H3PO4 a NH3(g) z . .245 . až · 273 na 81 až 90 sekúnd. Stupeň premeny · inonofos-7 forečnanov na kondenzované fosforečnanysa pohyboval od 61,1 do 67,5 %.

V dvoch dalších pokusoch (167 A, B) sa ověřovala funkcia reaktora so súprúdným tokom reagujúcich zložiek v případe použitia termickej trihydrogénfosforečnej kyseliny. Výsledky pokusov potvrdili možnost použitia výplňového reaktora popísanej konštrukcie i pre · přípravu taveniny KFA z termickej H3PO4. Ukázalo se však, že dosiahnutie optimálnej funkcie výplňového reaktora pro spracovaní termickej kyseliny by si při danom výplňovom reaktore vyžadovalo dodržiavanie relativné úzkého rozmedzia hmotnostných rýchlostí dávkovania H3PO4 a amoniaku. Pri spracovávaní termickej trihydrogénfosforečnej kyseliny reakčná zmes nevytvoří penú · ako pri použití extrakčných H3PO4, kde · táto· vyplňa celý volný priestor vo vrstvě výplně a je tu příčinou vzniku priestorového toku reakčnej zmesi. V případe dávkovania termickej H3PO4 táto stéká po povrchu vvýplne vo formě filmovej vrstvy, pričom jej reakcia s plynným amoniakom nastáva · kontaktom reagujúcich fáz na fázovom rozhraní.

Z uvedených dovodov je preto · v případe termickej kyseliny doležité pracovat pri · optimálnom zmáčaní výplně kvapalnou fázou, používat jemnejšiu výplň s vačším povrchom a předcházet takto vytváraniu tzv. komínové toku plynného amoniaku vo vrstvě výplně. Odlišný charakter reakčnej zmesi počas skúšok s termickou kyselinou pravděpodobně negativné ovplyvnil velkost’ medzifázového povrchu, čo sa prejavilo v znížení · stupňa premeny monofosforečnanov ná kondenzované fosforečnany absolútne o 10 · až 20· ·% v porovnaní so vzorkami tavenín · připravených za zrovnatefných podmienok z extrakčnej kyseliny. Možno předpokládat, že i v případe výplňového · reaktora ověřovaného typu by prídavok aditívov, znižujúclch povrchové napátie reakčnej zmesi a podporujúcich jej penenie (např. niektorý z derivátov lignosulfónovej kyseliny a pod.), priaznivo ovplyvnil stupeň molekulárnej dehydratácie ·· fosforečnanov pri spracovávaní termickej ' · . · trihydrogénfosforečnej kyseliny.

Počas pokusov 168/A, B sa opat., pracovalo s-už Specifikovanou ·· extrakčnou · ' H3PO4 tzv. čierneho typu. Tieto pokusy bolí zametané na experiméntálne preverenie možnosti využitia · · výplňového reaktora s vertikálnym tokom · reakčnej zmesi na vysokoteplotnú neutralizáciu komerčných trihydrogénfosforečných kyselin, obsahujúcich 52 až 54 % • P2O5, · bez ich predcházajúceho zakoncentrovania plynným amoniakom. Dosiahnuté výsledky pokusov potvrdili zásadnú vhodnost výplňového reaktora nvedenej konštrukcie pre študovaný proces.

Spriemernené výsledky pokusov, ako · . i prehfad niektorých · nameraných a vypočítaných parametrov · pre skúšky s grafodurovými neutralizačno-dehydratačno výplňovými reak|tormi sú uvedené v · . tabufke 2 a 3.

to CD CO

со со

ω

Гх СП со од со од со <

од со

од

CM h мл ω ν m СП CM CO^ to^ CO 4^ 4* CO* Γχ* СП* 4<* o* ю ю Η

СП r-Ι О. 41 О 00 СП СП ОД^ СП ОД Гч СП 41* to* 4<* 0Q СЧ О* to СО тЧ

	tx	од	00 ОД
гЧ гЧ	ОД* to о 00	to* со сч	4<* tx* О гЧ
сч	СЧ гЧ	тЧ гЧ

г- о со CM

CQ СП СО ОД~ xr _ю уЧ*ОД*4<* О гЧ* со тН со см со cn 4i оо oots οσ| сосо’Ф тЧ ОД ОД СО* 5^0 О СП ОО

HO00S Он гч со см

СМ СЧ тЧ СЧ гЧ гЧ §

о

со

00					tx
тЧ Γχ со тЧ СП ОД	сч ио			41 41 СО	гЧ
сп ’Ч		Оч υγ	тЧ^ Гч	гЧ~ 00 ΙΩ	од
41* со θ' из сч” о*	гЧ* СП	гЧ ОД О* гЧ	00 оо	гЧ* од СП	о*	во &
to to гЧ	со со	,ч о ОД ео	о о	гЧ СО гЧ		со
		од од гч од	гЧ тЧ

41					СП
тЧ Γχ тЧ Гх ОД Ó	СП 00			00 тЧ ОД	тЧ
О) CM^to Сх ОД	t> од~	fx to ь. CD	I ’Ф	N 1П од~	сч	ОД ОД
4^ СО* О* U3 ОД* О	тЧ* 41*	O) CM тЧ* О	1 СП	гЧ* сч* СП	о*	СП
to to гч сч	со со	о о од во	о	тЧ СО тЧ		со
		сч СМ гЧ сч	тЧ

ю н [s m о о сп од~ со тч со 41* со” со со 41* о ю ю н ю 4< см СП тЧ” СП со со

Зя tx сч

тН г- to » О to	4	со ιη
СП см со со сч^	СП	од^ со	со со
4* со* со* СО тЧ*	о*	СП 4*	Q ОД* to
to to		со со	нон

СМ сч тЧ од

СП	о од	со to сп СО СО со	гЧ см	од £ г*»
од*	сч* сч*	тЧ* СМ* 00	о*	О гЧ
СП	о о	гЧ СО гЧ		Γχ
сч	гЧ тЧ

тЧ Γχ Γχ О СП	Гх СП			ОД СО гЧ	од
СП ОД~ СП in IS	СП 03	ΙΩ to	Γχ ь	из од од	од^
4~ со* СО* ОД* гЧ* CD	гЧ* СМ*	О* CD to	СО* СП	r-Γ Од* СП	о*
to to	со со	гч о од ео	о о	тЧ СО Од
		СМ сч тЧ од	гЧ гЧ

сч тЧ Гч СП СП со СП 04 СЭ оо о сч 4<* СО* Γχ* од гч* о LO to

СЧ 41 СП С^ со

4 О		00 со О СО* г! й		00 Γχ ОД
од~ч<	ю	00 41	гЧ Сх СП
ОД* 4* со со	О* 41 ГЧ ?	S8	г> од* 00* СО 41
	ОД СМ	Н ОД	гЧ тЧ

Tabulka č. 2

со Λί 4'CQ а Рч β

ω >	> 2
О	o
fi I
о ’	1 Л4
	cd	Φ
ϋ	Ф	Φ
ω 4-*	Сч	e
	O	N
£7	T5	40
0	Λ s 4->	fi >CJ Λί
cd	ω	cO
44	>	Φ
o		Í Φ
Рч		tH
φ —	co β	Сч 0 o 44
s	··—<	2 44
'to	φ	44 CO
	СЛ	ctí Ф
Й s	>>	3 14
ф p< ез no
s O	1	1 X
'r-4	1	¹ <0
ř-4		F-4
CM		H

				со
			СО Ст) о	ф
bs Ю	СО СО Ьч	О) сч	СО СО Гч	сч

00 со	συη ю н	фч 00	гН t> гН	о
ю ю	сл σ> оо гч	О г-1	гЧ ю ю
	сч	τ—1 i—1

LO О О *Ф	⁰⁰	N Н	о ю °τ
со	Ю
О)1П	о	СО	if? фГ	гЧ	со о	θ'
о о	о	гЧ	О гЧ	гЧ	Ю ФЧ
ι-Ч гЧ	гЧ	СЧ	гЧ ГЧ

	о
со ю и	СО
-ф 1П (О	СЧ	^ю ю
гч со σΓ	о'	К 00
гЧ СО гЧ		со

00 00	οο^ιτγ	фч О	СТ)
гЧ^	Т—
фЧ СО гЧ СТ)	фГ фГ	гЧ	сч	сч
Ю Ф гЧ СО	О гЧ	т-Н	со	сч
гЧ τ—1 τ—1 СЧ	гЧ гЧ

z—» -·	CÚ . Q « о 2	N CO
С0		• R-H r-<
г*3	ф cd	>> 8
Дч	сл cd Φ	a 9
со	>> Q) Дн	ф β
л Ό	X ь >	Ю ca
о	1 1	s
	r2 H	~ aj H

Celkový objem reaktorového telesa, V_R (m³) : 10,91.10'

Ob jem výplně, V_v (m³) : 10,12.10'

Stredný medzerový objem vo vrstvě výplně : 67,9

Počas tejto série pokusov na modelovom kontinuálně pracujúcom zariadení sa používá výplňový neutralizačno-dehydratačný reaktor zhotovený z impregnovaného grafitu v zmysle vynálezu, charakterizovaný takto:

Specifikácia jednotlivých vrstiev výplně:

— celková výška telesa reaktoru 1000 mm — vnútorný priemer reaktorového telesa 120 mm — počet a velkosť kruhových otvorov v perforovenom dne:

otvorov, 0 12 mm

Vrstva výplně	Spodná — grafitové krúžky 38,4X6,95/29,9 mm	Středná vrstva — grafitové krúžky 30,0 X 10,0/88 mm	Vrchná vrstva — keramické Raschigové krúžky 14,9X2,7/14,8 mm	Spolu
1. Objem vrstvy výplně, V ΙΟ“³ (m³)	9,78	0,17	0,17	10,12
2. Počet častíc výplně vo vrstvě (ks)	160	20	71	251
3. Povrch všetkých častíc vo vrstvě A_s (m²) ·	1,65	0,047	0,096	1,308
4. Měrný povrch a. 10¹ (m².m^-3)	1,19	2,76	5,65	—
5. Medzerovitosť, (%)	68,1	55,9	70,7	—

V rámci jednotlivých pokusov tejto série sme spracovávali extrakčnú H₃PO₄ čierneho typu komerčnej akosti, obsahujúcu:

53,62 % hmot, celkovej P2O5 (stanovené spektrofotometrickou analýzou)

54,39 % hmotnosti P2O5 stanovené prepočtom acidity kyseliny

0,23 % hmotnosti Fe

0,16 % hmotnosti Al

0,16 % hmotnosti Mg a

0,19 % hmotnosti F, alebo jej zmes s technickou kyselinou síro vou. Při přípravě kondenzovaných fosforečnanov amonných vysokoteplotnou neutralizáciou zmesných kyselin (H3PO4 4-H2SO4) plynným amoniakom sa hmotnostný poměr P2O5/S v spracovávanej kyselině počas jednotlivých pokusov měnil od 2,498 do 11,005. Teplota zmesnej kyseliny na vstupe do reaktora kolísala od 75 do 110 °C. Prehlad základných technologických parametrov je obsahom tabulky 4.

230286 cd H

Číslo pokusu Priemerné dávkovanie [g . min“¹} Hmotnostný Teplota Stupeň premeny Trvanie

H3PO4 H2SO4 [ 96,58 %} NH3 poměr P2O5/S reakčnej zmesi monofosforeč- kontinuálneho г i— л лл Л/ -л ч ' · ¹ · ______ Г ___í_ »

o

СЧ .O

О ОЮ ID О Ю Ю X 00 СО X CM 00 O) Η Η Η Η N H σΓ σΓ I cm co co in X ID CO LD X rd

O cm co CO CM

X ⁰⁰I cm x o? co I X Ю X O CM CM CM CM

X CO o ID U0 CD CM Μ 'φ CD O X^ 00 t> co cn o_ cm co co cc od t— rH CO X 00 00 X

X tx CM^ 00 C0~ 00 00 ^σΓ x? x c° 00 ca x O CM CM rH O CO O CM CM CM CM CM CM rH sn ο in X~ h co_ X co rH o uo co ud co o tx Η O H x 00 CO CO CM CM rH rH

ID CO CO O U0 C0~ CM~ ΙΩχ CD_ UD O^ co CO* 00 x 00 t> rd CO 00 CD tx O CD X U0 CD X X 00 CO CD rH CM CO X. X ID 00 uD U0 U0

X tx X ιό in X x rH rH tH Ο» X rH rH

Horúca tavenina kondenzovaných fosfo- nuálne spracovávaná rozpúšťaním v čpavkorečnanov amónnych získávaná počas poku- vej vodě na stabilizované kvapalné hnojivo.

sov tejto experimentálnej série bola konti-

Claims

1. Spósob kontinuálnej přípravy taveniny kondenzovaných fosforečnanov amónnych reakciou kyseliny fosforečnej, obsahujúcej 50 až 80 i% P2O5 a teploty 15 až 300 °C, alebo reakciou roztoku fosforečnanov amónnych v kyselině fosforečnej s plynným amoniakom, ktorý sa do reakčného prostredia dávkuje v přebytku vzhfadom na množstvo amoniaku viazané v tavenine vo formě fosforečnanov amónnych, vyznačujúci sa tým, že neutralizačno-dehydratačná reakcia medzi kvapalnou fázou obsahujúcou fosfor a plynným amoniakem prebieha formou spojitého kontaktu fáz vo filmovej vrstvě, ktorá sa v reakčnom prostředí vytvára postupným roztěkáním kvapalnej fázy účinkom gravitačnej sily a tiež jej rozptylom plynnou fázou, tvořenou zmesou postupné prehrievaného plynného amoniaku a postupné prehrievanej vodnej páry, po povrchu reakčného prostredia, s povrchom kontaktu 7.10° až 1,8.10³ m². . m³, s výhodou 4,5 .10¹ až 9,8.10² m². m³a mimovrstvová rýchlosť prúdenia plynnej fázy ω je 1.10~² až 1.10¹, s výhodou 2 .

VYNALEZU . 10~ ^ι až 2 . 10° m . s^{- L}, pričom plynná zmes prúdi súprudne s tokom kvapalnej fázy.

2. Zariadenie na kontinuálnu přípravu taveniny kondenzovaných fosforečnanov amónnych podlá bodu 1, pozostávajúce zo stojatého prietočného filmového reaktora, vyznačujíce sa tým, že teleso filmového reaktora (1) obsahuje minimálně jedno nosné dno (2) , na ktorom je uložená organizovaná a/ /alebo neorganizovaná náplň (3), pričom pře poměr ekvivalentného priemeru častíc náplně, a vnútorného priemeru telesa filmového reaktora, alebo dížky jeho najdlhšej strany D platí, že 5 .ΙΟ·³ d_e/D 4,5.10¹, pre specifický medzerový objem náplně ε platí, že 28 ε 96 percent, s výhodou 60 < < ε < 80 percent, a pre poměr celkovej výšky náplně H a vnútorného priemeru telesa reaktora, alebo dížky jeho najdlhšej strany D platí, že 1,1 H/D 14,8, pričom ďalej obsahuje přívod (4) kvapalnej fázy obsahujúcej kyselinu fosforečnú, ktorý ústi nad vrstvu náplně (3), přívod (5) plynného amoniaku a připadne distribučně přepážky (6), vostavbu (7) a/alebo statický miešač (8).