Технология производства аммофоса

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

УО «БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭКОНОМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

 

 

          Кафедра  технологии 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ИНДИВИДУАЛЬНАЯ РАБОТА

 

на тему:  Технология производства аммофоса

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Студентка

ФФБД, 1курс, ДФФ-1                                                         О.И.Лазаревич

 

 

Проверил                                                                            

Профессор, доктор наук                                                     И.В. Пищ

 

 

МИНСК 2005

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение……………………………………………………………………………...3

1. Физико-химические основы производства аммофоса. Характеристика сырья…………………………………………………………….…………4
2. Технологические схемы производства аммофоса. Технологический процесс производства аммофоса……………………………………...…9
3. Расчет материального баланса, динамики трудозатрат и уровня технологического процесса при производстве аммофоса…………………..20

Заключение………………………………………………………………………….29

Список использованной литературы……………………..……………………….31

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Важной задачей при изучении курса «Производственные технологии» студентами экономических специальностей является получение знании и выработка навыков экономического обоснования при новом строительстве или реконструкции действующего предприятия с учетом финансовых, материальных и трудовых затрат. Чтобы более точно судить о них необходимо уметь рассчитывать пооперационные потери в процессе производства определенных видов продукции, возможные способы их уменьшения, выборе наиболее рациональной технологической схемы производства. Это позволит экономически обосновать и доказать целесообразность выбора определенной технологии и ее эффективность. С учетом полученного задания так же необходимо выбрать при новом строительстве наиболее экономически выгодный район строительства. При реконструкции обосновать возможные изменения технологии производства, использование более высоко кондиционного сырья, нового оборудования, уменьшение пооперащюнных технологических потерь, механизации и автоматизации производственных процессов.

В данной работе мы опишем технологию производства аммофоса. Выберем необходимое сырье и за счет этого составим блок-схему производства данного удобрения. Кроме того, рассчитаем материальный баланс и определим наиболее эффективное месторасположения предприятия, выпускающего данное удобрение.

Как известно, аммофос—это комплексное концентрированное водорастворимое удобрение, почти не содержащее балласта, выпуск которого за последние годы начал резко увеличиваться. Аммофос, двойное азотно-фосфорное концентрированное минеральное удобрение. Состоит в основном из моноаммоний-фосфата NH4H2PO4 с примесью диаммонийфосфата (NH4)2HPO4. Содержит 45—52% фосфорного ангидрида и 10—12% азота. Применяется на разных почвах в качестве основного удобрения и для подкормок.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОИЗВОДСТВА

АММОФОСА. ХАРАКТЕРИСТИКА СЫРЬЯ

 

Аммофос представляет двойное (N+Р) сложное комплексное удобрение, содержащее в качестве основного вещества моноаммонийфосфат NН4Н2РО4 и примесь (до 10%) диаммонийфосфата (NН2) 2НРО4 , образующегося в процессе получения. Моно - и диаммонийфосфаты представляют собой твердые кристаллические вещества, малогигроскопичные, растворимые в воде. Из фосфатов аммония моноаммонийфосфат термически наиболее устойчив и при нагревании до 100—110°С практически не разлагается. Диаммонийфосфат и, особенно, триаммонийфосфат при нагревании диссоциируют с выделением аммиака, например:

(NН4)2НР04 = NН4Н2РО4  + NН3

В табл.1 приведены свойства фосфатов аммония.

 

Таблица 1. Свойства фосфатов аммония

 

Фосфат	Растворимость при 20°С мас.долей	Давление, паров аммиака при 100°С, Па	Состав, %
			NН3	Р2О5
NН4Н2РО4	0,403	0	14,8	61,6
(NН2)2НРО4	0,710	667	25,7	53,7
(NН4) 3НРО4	0,177	85600	32,3	47,7

В основе производства аммофоса лежит гетерогенный экзотермический процесс нейтрализации фосфорной кислоты газообразным аммиаком:

Н3Р04ж + NН3г = NН4Н2Р04т - DH, 

DH= 147,0 кДж

Процесс ведут при избытке аммиака, поэтому в системе, наряду с реакцией образования моноаммонийфосфата, частично протекает реакция образования диаммонийфосфата:

Н3РО4 + 2NН3 = (NН4)2НРО4 -DH,

DH = 75,4 кДж    

в результате чего в составе готового продукта содержится до 10% диаммонийфосфата.

Режим процесса нейтрализации выбирают так, чтобы обеспечить получение достаточно подвижной и способной к перекачиванию по трубопроводам аммофосной пульпы. Вязкость пульпы зависит от концентрации исходной кислоты, растворимости фосфатов аммония и температуры.

Для получения аммофоса используют такое сырье как Н3Р04   и NН3. Отметим основные свойства данного сырья.

Фосфорная кислота Н3РО4 применяется в производстве концентрированных односторонних и сложных удобрений как реагент и как носитель питательного элемента — фосфора. На основе фосфорной кислоты получают двойной суперфосфат, кормовой монокальцийфосфат, дикальцийфосфат (преципитат) кормовой и удобрительный, аммофос, диаммонийфосфат, нитроаммофос, нитроаммофоску. В последние годы в производстве высококонцентрированных сложных удобрений стала применяться далифосфорная (или супер-фосфорная) кислота.

Фосфорная кислота производится двумя способами: термическим (из элементарного фосфора) и экстракционным (разложением: природных фосфатов серной кислотой). Фосфорная кислота получается также при разложении фосфатов азотной и соляной кислотами. На основе азотнокислотного разложения производят нитрофос и нитрофоюну. Соляно кислотное разложение имеет ограниченное применение для получения дикальцийфосфата (преципитата).

При гидратации пентаоксида фосфора образуются ортофосфорная кислота Н3РО4 (72,4 % Р2О5) и конденсированные фосфорные кислоты с большим содержанием Р2О5. Наибольшее значение в технике имеет ортофосфорная кислота, которую обычно называют фосфорной. Это бесцветные гигроскопические кристаллы, плавятся при 42,35°С, превращаясь в сиропообразную жидкость, которая легко переохлаждается с образованием стекла. Фосфорную кислоту производят в виде водных растворов разных концентраций. Ортофосфорная кислота в водных растворах диссоциирует:

Н3Р04 « Н+ + Н2РО¯4 « 2Н+ + НРО ²¯4 « 3Н+ + РО ²¯4.

В состав исходного фосфатного сырья, фосфорных удобрений, кормовых фосфатов и промежуточных продуктов производства входит фосфорная кислота. Фосфорная кислота Н3РО4 имеет:

• молекулярную массу—98,00г/молль;
• содержание Р2О5—72,42%;
• содержание Н3РО4—100%;
• содержание Р—31,61%;
• содержание воды—27,58%.

Источником фосфора в производстве фосфорных удобрений служат апатитовые и фосфоритные руды. Основным полезным соединением фосфатных руд является трикальцийфосфат Са3(РО4) 2 входящий в состав минералов апатитовой группы общей формулы

3Са3(Р04)3СаХ2 ,

где X может быть F¯, Сl¯ или группа ОН¯.

В природе наиболее распространены:

-   фторапатит ЗСа3(РО4)2СаF2, или Са10(РО4)6F2

• гидроксилапатит ЗСа3(РО4)2Са(ОН)2, или Са10(РО4) 6(ОН)2.

Исходным сырьем для производства соединений фосфора являются природные фосфатные руды — апатитовые1 (магматического происхождения — эндогенные и метаморфогенные) и фосфоритовые (осадочного происхождения — микрозернистые, зернистые, желваковые и ракушечные). Мировые запасы фосфатных руд представлены преимущественно фосфоритами, количество апатита не превышает 6 % достоверных запасов, а его доля добычи составляет около 15 %. Известно 187 природных и фосфорсодержащих минералов, но только минералы апатитовой группы, образующие достаточно мощные месторождения, входят в состав агрономических руд, т.е. руд, используемых для получения удобрений. Такими минералами являются: фторапатит Са10(РО4)6F2, гидроксидапатит Са10(РО4) 6(ОН)2, хлорапатит Са10(РО4) 6С12 и минералы, в решетке которых часть ионов РО²¯4 замещена ионами СО²¯з и ОН¯ — карбонатапатитСа10Р5СО23(ОН)3, франколит (штаффелит) Са10Р5,2С0,8О23,2F1,8OH, курскит Са10Р4,8С1,2О22,8Р2(ОН)1,2, а также фторкарбонатапатит Са10Р5СО23(F, ОН)32. Обычно часть кальция в фосфатных минералах преимущественно изоморфно замещена другими элементами — Sr, Ва, Мg, Lа, Мn, Fе и пр.

Апатиты в небольших количествах входят в состав многих изверженных горных пород, но промышленно ценные, концентрированные месторождения встречаются редко. В настоящее время эксплуатируются месторождения комплексных апатитсодержащих руд — апатитонефелиновых, апатитомагнетитовых.

Крупнейшее в мире месторождение апатита в виде апатитонефелиновых руд находится в Хибинской тундре на Кольском полуострове. Рудные тела имеют линзообразную или пластообразную форму, их мощность (толщина слоя) достигает 200 м. Рядовая апатитонефелиновая руда содержит (в %):

• фторапатита 40—42,
• нефелина [(К, Nа)2ОАl2О3SiO2]n SiO2 38— 40,
• эгирина NаFе[Si2О6] 8—10,
• сфена СаТiSiO5 3—4,
• титаномагнетита FеТiO3• nFе3О4 2—3,
• полевого шпата (К, Na)АlSi3О8 2—5,
• прочих минералов 1—2.

Химический состав руды (в %):

• Р2О5 14—18,5;
• Аl2О3 — 12—14;
• SiO2 23—23,5;
• СаО 25—26;
• (Fе2О3 + FеО) 5—5,5;
• ТiO2 1,5—1,8;
• (К, Nа)2О 8,5;
• SrО 1,2;
• F 1,1—1,2.

Размер зерен апатита в руде — от 0,1 до 12 мм (игольчатых — до 20 мм и более). Физико-химические и флотационные свойства минералов руды существенно различаются, и это позволяет при флотационном обогащении получать высококачественный концентрат с высокой степенью извлечения целевого продукта (92—93 %). Чистый кальцийфторапатит содержит 42,22 % Р2О6, 55,60 % СаО, 3,76 % Р. Вследствие частичного изоморфного замещения минерал содержит в среднем 40,7 % Р2О5 и 2,8—3,4 % F.

Нефелиновые «хвосты», образующиеся при флотационном извлечении апатита из руды, могут быть переработаны с получением нефелинового и сфенового концентратов, содержащих соответственно 29—30 % А12О3 и до 30 % ТiO2. Пока используют лишь часть нефелинового концентрата в производстве алюминия (и попутно других продуктов), стекла, керамики, коагулянта для очистки воды. Сфеновые концентраты могут найти применение в производстве диоксида титана.

Из других месторождений апатитовых руд наиболее перспективным является Ошурковское в Сибири.

Фосфориты образовались в результате выделения фосфатов кальция из морской воды; они содержат помимо фосфатных минералов зерна кварца SiO2 и других видов кремнезема, кальцита СаСО3, доломита СаСО3МgСО3, глауконита [водный силикат типа (R2О + RО)R2О3.4SiO2.2Н2О, где R2О—К20, Na2О; RО— МgО, СаО, FеО; R2О3—Fе2О3, А12О3], гётита FеО(ОН), алюмосиликатов, глины и пр. Фосфат кальция входит в фосфоритные руды, обычно в форме очень мелких зерен фторкарбонатапатита и фторапатита и из-за сильного их прорастания с сопутствующими минералами обогащение этих руд затруднено.

Фосфориты залегают в земной коре в виде сплошных пластов (пластовые месторождения микрозернистых фосфоритов) и в виде отдельных камней-желваков (желваковые месторождения) серого, коричневого и черного цветов, встречающихся россыпью или сцементированных глиной, известняком и т. п. Встречаются также залежи ракушечных фосфоритов, называемых оболовыми (оболюс — морское животное, раковина которого содержит 35— 36 % Р2О5). Пластовые фосфориты содержат 18—36 % Р205 и 2—3 % R2О3( желваковые фосфориты отличаются худшим качеством — 12—29 % Р2О5 и 5—15% R2О3. Наличие в желваковой руде пустой породы еще более снижает содержание Р2О5. Для повышения качества фосфоритов производят их обогащение.