Раздел 17. Производство технических, кормовых и пищевых фосфатов

Раздел 17. Производство технических, кормовых и пищевых фосфатов

Основные сферы применения неорганических фосфатов:

- в производстве удобрений;

- в производстве кормовых фосфатов;

- в производстве синтетических моющих средств (стиральные порошки и т.д.) - триполифосфат натрия;

- пищевые фосфаты.

17.1 Описание технологических процессов, используемых в настоящее время

17.1.1 Производство дефторированного фосфата (ДФФ)

Производство фосфата дефторированного (кальция фосфата кормового) осуществляется методом гидротермокислотной переработки Ковдорского апатитового концентрата в присутствии фосфорной кислоты, едкого натра и кварцсодержащей добавки во вращающихся обжиговых печах.

Мощность производства фосфата дефторированного составляет 220 тыс. т в год натуры, содержащей не менее 41 % Р ₂О ₅.

Количество технологических линий - 5.

В состав производства фосфата дефторированного входит установка получения гидрооксида аммония (аммиачной воды).

Производство фосфата дефторированного осуществляется методом гидротермокислотной переработки апатитового концентрата с добавкой фосфорной кислоты и каустической соды во вращающихся обжиговых печах.

Узлы приема сырья, его хранения, а также все технологическое оборудование, находящееся по технологической цепочке после обжиговых печей, являются общими для всего производства, включающее бункера для приема клинкера, его размола, рассева, затарки и отгрузки.

Сырьем для производства ДФФ являются:

- экстракционная фосфорная кислота;

- апатитовый концентрат;

- каустическая сода;

- песок кварцевый.

Процесс производства дефторированного (кормового) фосфата состоит из следующих основных стадий:

- приема и хранения апатитового концентрата, едкого натра, кварцсодержащей добавки и фосфорной кислоты;

- дозирования апатитового концентрата, фосфорной кислоты, едкого натра и кварцсодержащей добавки, приготовления шихты в смесителях;

- гидротермокислотной переработки шихты (обесфторивание);

- классификации продукта после печи, фасовки готового продукта марки "G";

- размола клинкера, охлаждения и фасовки готового продукта марки "Р";

- приготовления аммиачной воды;

- очистки отходящих газов от пыли и фтористых соединений;

- утилизации тепла и приготовления питательной воды для котлов-утилизаторов.

Схема производства дефторированного фосфата приведена на рисунке 17.1.

Рисунок 17.1 - Производство дефторированного фосфата

Апатитовый концентрат поступает в цех в вагонах и разгружается в бункерные траншеи. Далее ленточными конвейерами сырье направляется в перегрузочные бункера, откуда пневмокамерными насосами транспортируется в приемные бункера печного отделения или в накопительный силос.

Подача апатитового концентрата осуществляется по трубопроводам пневмотранспортом при помощи сжатого воздуха с давлением 0,4  0,7 МПа (4  7 кгс/см ²), поступающего из компрессорной.

Воздух, транспортирующий апатит в силос бункера очищается в циклонах, рукавных фильтрах и вентиляторами выбрасывается в атмосферу.

Песок кварцевый доставляется в цех автотранспортом.

Раствор каустической соды (едкого натра) поступает в цех в цистернах и автотранспортом, затем раскачивается в хранилище.

Из хранилища раствор едкого натра подается на технологические нитки.

Экстракционная фосфорная кислота поступает в цех в железнодорожных цистернах и раскачивается в хранилище, из которого затем подается на технологические нитки.

Приготовление шихты в смесителях

Из приемного бункера апатитовый концентрат подается в двухвальный смеситель.

Апатитовый концентрат смешивается в двухвальном смесителе с фосфорной кислотой.

Далее пульпа через слив поступает в установленный последовательно за двухвальным смесителем одновальный смеситель, в который подается раствор едкого натра, поступающий из хранилища по кольцевому трубопроводу. Сюда же с помощью весового дозатора из приемных бункеров подается песок кварцевый.

Шихта после одновального смесителя поступает по загрузочному устройству во вращающуюся печь обжига.

Гидротермокислотная переработка шихты (обесфторивание)

Обжиг шихты осуществляется во вращающейся печи, представляющей собой металлический футерованный внутри огнеупорным материалом цилиндрический корпус (барабан) диаметром 3,6 м и длиной 100 м, установленный на шести роликоопорах с уклоном 3,5 град.

Выгрузочный участок печи снабжен рекуператорами, проходя через которые клинкер охлаждается, а воздух, поступающий в печь для сжигания природного газа, нагревается.

Холодная зона печи имеет свободный вход в пыльную камеру, через которую по загрузочной форсунке шихта поступает на обжиг.

Процесс обесфторивания протекает при температуре 1340  1400 °С.

Механизм процесса в общем виде описывается уравнением:

4Са ₁₀(РО ₄) ₆FОН + 8Н ₃РО ₄ + SiO ₂ + 16NаОН = 8Са ₅Na ₂(РО ₄) ₄ + SiF ₄ + 22H ₂О.

Получаемая пастообразная шихта направляется в прокалочные вращающиеся печи обжига. Для прокалки реакционной массы в печах сжигается природный газ. За счет вращения и наклона печи загружаемая в печи шихта перемещается вдоль печи. Под действием высоких температур и раскаленного водяного пара происходит обесфторивание шихты.

Отходящие из вращающейся печи газы с температурой поступают в пыльную камеру, где за счет изменения скорости и направления движения газового потока происходит грубая очистка газа от пыли. Затем в котлах-утилизаторах газы охлаждаются с частичным пылеотделением и далее проходят тонкую очистку от пыли в групповом циклоне.

Очищенные от пыли газы после групповых циклонов поступают на очистку от фтористых соединений в два последовательно установленных пенных абсорбера. В первом улавливается основное количество фтористых соединений. Данный абсорбер орошается циркуляционным раствором из сборника, в котором за счет подачи гидроксида аммония (аммиачной воды) с массовой долей аммиака 10-25 % поддерживается рН раствора в пределах 5,5  7,0. Гидроксид аммония подается с установки приготовления аммиачной воды. Во втором абсорбере улавливается оставшаяся часть фтористых соединений и аммиак, выделяющийся из циркуляционного раствора, орошающего первый абсорбер. Данный абсорбер орошается циркуляционным раствором, который подпитывается водой.

Очищенные газы проходят через осевой брызгоуловитель и с помощью вентилятора выбрасываются в атмосферу.

Отработанные абсорбционные стоки отправляются в цех нейтрализации и очистки промышленных стоков.

Отделение размола и фасовки готового продукта

Клинкер из печей обжига системой конвейеров транспортируется в отделение размола.

Клинкер транспортируется на классификатор, после чего в зависимости от крупности продукта поступает либо в силос для дальнейшей фасовки, либо на дополнительный помол в шаровые мельницы.

После шаровой мельницы продукт охлаждается в холодильных барабанах и пневмокамерными насосами измельченный продукт транспортируется в силос готового продукта.

Готовый продукт марки "Р" с силоса подается в бункера и с помощью упаковочной машины затаривается в мешки.

Запыленный воздух, отходящий от мельниц, бункеров, узлов транспортировки, пересыпки и затарки подвергается двухступенчатой очистке сначала в циклонах, а затем в рукавных фильтрах.

Запыленный воздух от узла грохочения подвергается одноступенчатой очистке в циклонах.

Отделение химводоподготовки

В отделении химводоподготовки производится приготовление питательной воды для питания котлов-утилизаторов и установки приготовления аммиачной воды.

Осветление воды осуществляется на механических фильтрах; фильтрующим материалом является кварцевый песок. Умягчение веды производится в Nа-катионовых фильтрах.

Установка приготовления аммиачной воды

На установке осуществляется приготовление аммиачной воды для отделения абсорбции цеха КОФ.

Сущность технологического процесса получения гидрооксида аммония (аммиачной воды) заключается в испарении жидкого аммиака и последующем растворении газообразного аммиака в воде.

Процесс испарения жидкого аммиака и превращение его в газообразный протекает в теплообменнике с поглощением тепла; процесс растворения газообразного аммиака в воде - в абсорберах с выделением тепла.

Описание технологического процесса производства ДФФ приведено в таблице 17.1.

Таблица 17.1 - Описание технологического процесса производства ДФФ

Входной поток	Стадия технологического процесса	Выходной поток		Основное технологическое оборудование	Природоохранное оборудование
		Продукты и полупродукты	Эмиссии
1	2	3.1	3.2	4	5
Апатитовый концентрат, едкий натр, кварцсодержащая добавка, фосфорная кислота, сжатый воздух	Прием и хранение сырья	Апатитовый концентрат, едкий натр, кварцсодержащая добавка, фосфорная кислота	Пыль апатита	Бункерные траншеи, конвейеры, бункера, пневмокамерные насосы, ц/б насосы, силосы, циклон, рукавный фильтр, вентилятор, хранилища
Газообразный аммиак, химочищенная вода	Приготовление аммиачной воды	Гидроксид аммония (аммиачная вода)	Газообразный аммиак	Теплообменник, абсорбер, ёмкости, насосы, дыхательные клапаны
Апатитовый концентрат, едкий натр, кварцсодержащая добавка, фосфорная кислота, сжатый воздух, вода	Смешение: дозирование сырья и приготовление шихты	Пульпа, шихта	-	Автоматический весовой дозатор, смесители, циклон, рукавный фильтр, вентилятор
Шихта, воздух для сжигания природного газа	Гидротермокислотная переработка шихты (обесфторивание)	Клинкер	Печные газы	Вращающаяся печь обжига, откатная горелка, рекуператоры
Клинкер	Классификация. Фасовка готовой продукции	Готовый продукт марки G	Запыленный воздух	Бункера, питатели, конвейера, силосы, инерционный грохот, двухситный грохот, циклон, рукавный фильтр, вентилятор, магнитный железоотделитель
Клинкер	Размол клинкера	Очищенный воздух, готовый продукт марки Р	Пыль (запыленный воздух)	Конвейера, силосы, питатель, шаровая мельница, электромагнитный железоотделитель, циклон, рукавный фильтр, вентилятор
Клинкер	Охлаждение клинкера	Охлажденный продукт	Пыль (запыленный воздух)	Холодильный барабан
Продукт	Фасовка и хранение готового продукта	Продукт	Пыль	Фасовочная машина
Отходящие из вращающейся печи газы, ретурная пыль, сжатый воздух аммиачная вода, оборотная вода	Очистка отходящих газов от пыли и фтористых соединений	Очищенные от пыли и фтористых соединений газы	Пыль, фтористые соединения, аммиак	Пыльная камера, котел-утилизатор, групповой циклон, пенный абсорбер, насосы, циркуляционные сборники, осевой брызгоуловитель, вентилятор
Отходящие газы, образовавшиеся в печи	Утилизация тепла с получением перегретого пара	Охлажденные отходящие газы, перегретый пар со сниженным давлением	-	Котел-утилизатор, пароперегреватели, экономайзер, редукционная установка
Вода из реки	Приготовление питательной воды	Питательная вода для котла-утилизатора	-	Механические фильтры, установка умягчения, емкости, насосы, подогреватель, деарационно-питательная установка

Основное технологическое оборудование представлено в таблице 17.2.

Таблица 17.2 - Основное технологическое оборудование производства ДФФ

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Существенные характеристики природоохранного оборудования
Конвейер ленточный	Предназначен для транспортировки апатитового концентрата в бункер перегрузочного узла	Q = 240 т/ч; L = 156,7 м; B = 800 мм; Эл. двигатель: N = 55 кВт; n = 10 об/мин
Вентилятор	Предназначен для системы аспирации	Q = 10000 м 3/ч Напор - 2000 Па (200 кг/м 2) Эл. двигатель: N = 11 кВт; n = 1460 об/мин
Хранилище фосфорной кислоты	Предназначено для приема и хранения фосфорной кислоты	Диаметр - 9 м; Н = 6 м; Vраб = 300 м 3; 1 мешалка Корпус: гуммировка - "Полан-2М". Футеровка: керамическая плитка ПШ-1
Хранилище едкого натра	Предназначено для приема и хранения едкого натра	Ст. 20 Диаметр - 9 м Н = 6 м
Дозатор весовой автоматический	Предназначен для дозирования апатитового концентрата в двухвальный смеситель	Q = 20 т/ч; Температура = 80 °C; Эл. двигатель: SEW N = 0,37 кВт
Смеситель шнековый одновальный	Предназначен для смешивания пульпы апатит - ЭФК с едким натром и водой	Q = 12 т/ч, диаметр шнека = 600 мм; Эл. двигатель: 4А-160М-4, N = 18 кВт, n = 1500 об/мин
Смеситель шнековый двухвальный	Предназначен для смешивания апатитового концентрата с фосфорной кислотой и кварцевым песком	Сборка Корпус - 12Х18Н10Т Валы - 06ХH28МДТ Q = 12 т/ч, диаметр шнека = 600 мм; Эл. двигатель: АО2-82-4, N = 22 кВт, n = 1500 об/мин
Печь вращающаяся с пыльной камерой	Предназначена для гидротермокислотной переработки шихты обесфторивания шихты	Сборка Корпус - ст. 3. Подрекуператорная обечайка - ст. 09Г2С-3; футеровка корпуса - кирпич шамотный и периклазохромитовый; футеровка пыльной камеры - кирпич шамотный Q = 12 т/ч; диаметр = 3,6 м; L = 100 м; Число оборотов от 0,647 до 0,43 об/мин
Котел-утилизатор	Предназначен для охлаждения отходящих газов и получения пара	Сборка корпус - ст. 25 Q по пару = 12 т/ч; температура на входе не более 830 °C Давление 1,4 МПа; габариты: (6,0 х 4,8 х 13,5) м
Грохот инерционный	Предназначен для предварительной классификации готового продукта	Q = 70 т/ч; Эл. двигатель 4А180М4УЗ N = 15 кВт, n = 730 об/мин.
Абсорбер	Предназначен для очистки отходящих газов от фтористых соединений	Корпус - ст. 3 Футеровка Диаметр = 4,8 м, Н = 16,7 м; Разряжение: 0,0350-0,065 кгс/см 2
Брызгоуловитель осевой	Предназначен для отделения капель жидкости от газовой смеси	корпус-ст3 Закручиватель - ст. 12Х18Н10Т Гуммировка - резина ИРП-1390 Химзащита - грунт ХС-01, эмаль ХВ-124 Диаметр 1,6 м; высота 6 м
Мельница шаровая	Предназначена для размола клинкера	Q = 45 т/ч; диаметр = 2,6 м; L = 13 м n главного привода = 18,53 об/мин; n вспомогат. привода = 0,233 об/мин Сборка корпуса - ст. 3 Футеровка - бронеплиты ст. Г13Х2Л
Барабан холодильный	Предназначен для охлаждения продукта перед подачей его в бункер готовой продукции	Диаметр = 2,2 м, L = 20 м; Q = 45 т/ч
Упаковочная машина	Предназначена для фасовки готового продукта	Q = 1200-1400 мешков/ч; число штуцеров: 6
Агрегат фильтровальный	Предназначен для улавливания пыли	Q = 1500 м 3/ч Р = 0,02 кгс/см 2 N = 15 кВт

17.1.2 Производство фосфатов обесфторенных кормовых (кормовой монокальцийфосфат)

Монокальцийфосфат, дикальцийфосфат, монодикальцийфосфат кормовой - высококонцентрированные минеральные добавки, содержащие два основных питательных элемента: фосфор и кальций. Способ производства: нейтрализация полифосфорной кислоты мелом с последующей сушкой продукта.

Гибкая технологическая схема предназначена для выпуска монокальцийфосфата (МКФ), монодикальцийфосфата (МДКФ) и дикальцийфосфата (ДКФ) с использованием плужного смесителя без стадии дозревания.

Дозировка мела и ретура в смеситель производится ленточными дозаторами.

Сушка продукта производится в сушильном барабане с помощью газового калорифера.

Далее происходят предварительная классификация продукта на грохоте и размол крупной фракции.

Охлаждение и дополнительная классификация МКФ и МДКФ производятся в аппарате "КС", дополнительная классификация ДКФ производится на грохоте.

Отходящие газы после БГС, аппарата КС и системы аспирации проходят сухую очистку в циклонах и мокрую очистку в АПС.

Очистка парогазовой смеси из плужного смесителя производится в аппарате "Вентури".

Получение фосфатов кальция основано на нейтрализации фосфорной кислоты природным мелом и/или известняком.

При нейтрализации одного иона водорода фосфорной кислоты (рН - 3,0  4,0) происходит образование монокальцийфосфата по реакции:

.

Реакция экзотермична (протекает с выделением тепла).

При температуре выше 120 °С образуется безводный монокальцийфосфат Са(H ₂РО ₄) ₂, при температуре более 160 °С - кислый пирофосфат кальция СаH ₂Р ₂О ₇.

При замещении двух водородов фосфорной кислоты кальцием в процессе нейтрализации фосфорной кислоты мелом (рН - 5,5  6,5) образуется дикальцийфосфат по реакциям:

СаСО ₃ + Н ₃РО ₄ СаНРО ₄ + H ₂О + СО ₂,

Са(H ₂РО ₄) ₂ + СаСО ₃ 2СаНРО ₄ + СО ₂.

Эти реакции также сопровождаются выделением тепла, но в меньшей степени, чем при образовании монокальцийфосфата. В системе СаО - Р ₂О ₅ - H ₂О ниже 36 °С стабилен (брушит), при более высокой температуре - СаНРО ₄ (монетит).

При 40  50 °C осаждается как метастабильная (неустойчивая) фаза.

При более высокой температуре выделяется безводная соль. При температуре более 175 °С происходит отщепление конституционной воды с образованием пирофосфата кальция СаH ₂Р ₂О ₇.

В воде монокальцийфосфат обладает инконгруентной растворимостью с образованием СаНРО ₄ и свободной Н ₃РО ₄:

Са(H ₂РО ₄) ₂ + H ₂О СаНРО ₄ + Н ₃РО ₄.

Максимальная концентрация Са(H ₂РО ₄) ₂ в водном растворе, при которой визуально не наблюдается выделение в твердую фазу СаНРО ₄, находится в диапазоне 8-10 % (в зависимости от температуры).

Дикальцийфосфат растворяется в воде незначительно ( %).

С повышением температуры растворимость его снижается.

При нейтрализации фосфорной кислоты мелом в избыточном количестве (125  175 %) по отношению к норме на образование монокальцийфосфата (на замещение кальцием одного иона водорода кислоты) может быть получен смешанный продукт - монодикальцийфосфат (рН - 3,8  4,5).

Соотношение моно- и диформ может колебаться в широких пределах.

Наибольшее предпочтение в странах Евросоюза отдается марке монодикальцийфосфата, содержащей 50 % моно- и 50 % дикальцийфосфата.

Примеси, содержащиеся в фосфорной кислоте и меле в процессе нейтрализации, вступают во взаимодействие по реакциям:

(при получении монокальцийфосфата);

(при температуре свыше 100 °С).

При температуре менее 100 °С образуется примесь ардеалита , что, как правило, имеет место при производстве ди- и монодикальцийфосфатов.

Примеси полуторных окислов осаждаются в виде аморфных фосфатов:

.

Примеси фтора осаждаются в основном в виде фторида и кремнефторида кальция:

CaCO ₃ + 2HF CaF ₂ + H ₂O + CO ₂

CaCO ₃ + H ₂SiF ₆ CaSiF ₆ + CO ₂ + H ₂O.

Для обеспечения минимального содержания свободной фосфорной кислоты в монокальцийфосфате и монодикальцийфосфате и полного ее отсутствия в дикальцийфосфате процесс нейтрализации кислоты ведется, как правило, с небольшим избытком мела до содержания его в готовом продукте до 1  3 %.

На скорость и степень разложения мела фосфорной кислотой и гранулообразование значительное влияние оказывают: дисперсность мела, влажность реакционной массы в смесителе, количество ретура, подаваемого на стадию разложения, интенсивность перемешивания реагентов. Для достижения приемлемых показателей разложения мела предусматривается использование мела с содержанием не более 3 % частиц размером более 100 мкм. Наибольшее влияние на степень разложения реагентов и гранулообразование оказывает влажность реакционной массы в смесителе, которая обеспечивает максимальную скорость диффузии раствора монокальцийфосфата к зернам CaCO ₃ через мелкокристаллические слои СаНРО ₄ и Са(H ₂РО ₄) ₂.

Технологическая схема производства фосфатов кальция включает следующие основные стадии:

- узел приема и подачи мела на производство;

- узел приема и подачи фосфорной кислоты;

- узел нейтрализации, сушки и грануляции;

- узел подачи топочных газов в БГС;

- узел классификации;

- узел очистки отходящих газов;

- узел фасовки и отгрузки готового продукта.

Схема процесса производства фосфатов обесфторенных кормовых представлена на рисунке 17.2.

Рисунок 17.2 - Процесс производства фосфатов обесфторенных кормовых

Узел приема и подачи мела на производство

Мел природный технический зафасованный в биг-бэги по 0,5-1,5 т поступает на склад цеха по производству кормовых фосфатов кальция автомобильным транспортом.

Узел приема и подачи фосфорной кислоты на производство

Обесфторенная фосфорная кислота с содержанием около 62  64 % Р ₂О ₅ (ФК) поступает по трубопроводу в приемный сборник фосфорной кислоты.

Приемный сборник стальной футерованный снабжен перемешивающим устройством.

Из приемного сборника фосфорная кислота подается в плужный смеситель.

Узел нейтрализации, сушки и грануляции

Мел из элеватора поступает в бункерный виброактиватор.

Ретур, состоящий из части готового продукта (отбор после грохота), пыли фосфатов кальция из циклонов и некондиционного продукта узла классификации, поступает в бункерный виброактиватор.

Далее мел и ретур параллельно поступают на ленточные дозаторы.

Запыленный воздух от виброактиваторов и дозаторов поступает на сухую очистку в циклон.

После дозаторов мел и ретур в заданном соотношении смешиваются в винтовом конвейере и далее по течке поступают в плужный смеситель "". Регулирование производительности осуществляется за счет изменения числа оборотов основного ротора с плужками автоматическим преобразователем частоты.

В плужном смесителе происходит разложение мела обесфторенной фосфорной кислотой с одновременным гранулированием реакционной массы при определенной влажности для каждого вида фосфатов кальция. Заданная влажность реакционной массы в смесителе поддерживается подачей в него абсорбционных стоков. Запыленные водяные пары совместно с выделяющимся при разложении мела углекислым газом, поступают на систему очистки.

Из плужного смесителя реакционная масса подается в сушильный барабан БГС. Сушка реакционной массы осуществляется топочными газами.

Высушенный и гранулированный в барабане продукт с температурой 70  100 °С и влажностью не более 3 %, через течку поступает в элеватор и далее направляется на узел классификации.

Газы после сушильного барабана с температурой 90  120 °С направляются на узел очистки отходящих газов.

Узел подачи топочных газов в БГС

Топочные газы для сушки продукта при температуре 300  600 °С поступают прямотоком из газового калорифера. Температура топочных газов на выходе из сушильного барабана составляет 90  120 °C.

Узел классификации

После БГС продукт подается в грохот.

Крупная фракция продукта (более 2 мм) после рассева поступает на размол на цепные дробилки. Дробленый материал по течкам поступает в ретур.

Часть продукционной фракции 0-2 мм после грохота при помощи поворотной заслонки может подаваться на скребковые конвейеры и через виброактиватор и дозатор возвращаться в смеситель в качестве ретура.

Остальная часть фракции 0-2 мм из грохота в случае получения монокальцийфосфата и монодикальцийфосфата через поворотную заслонку подается в сепаратор-холодильник "кипящего слоя" (КС).

Воздух для охлаждения и отдувки подается в классификатор вентилятором.

В сепараторе-холодильнике наряду с охлаждением продукта до температуры не более 60 °С происходит отдувка гранул от пылевой фракции (отдуваются частицы размером менее 0,2 мм).

Товарная фракция направляется на узел фасовки готового продукта.

Узел очистки отходящих газов

Газы после сушильного барабана проходят сухую очистку в циклоне и далее поступают на систему мокрой очистки газов. Уловленная пыль продукта в циклоне через шлюзовой питатель поступает в скребковый конвейер и возвращается в смеситель в качестве ретура.

Аспирационная очистка запыленного воздуха от элеваторов, грохотов, бункеров узла отгрузки готового продукта производится в сухом одиночном циклоне. Частично очищенный воздух после циклона подается на абсорбцию в АПС.

Уловленная в циклоне пыль продукта возвращается в смеситель "" в качестве ретура.

Запыленный воздух после сепаратора-холодильника проходит сухую очистку в циклоне и далее подается на основную систему мокрой очистки газов в абсорбер АПС. Уловленная в циклоне пыль продукта возвращается в смеситель "" в качестве ретура.

Газы после сухой очистки в циклонах и парогазовая смесь от баковой аппаратуры проходят мокрую очистку в аппарате АПС. Подача раствора на АПС осуществляется из сборника абсорбционного раствора. Отработанный раствор из АПС стекает в абсорбционный сборник.

Избыток абсорбционных стоков подается в плужный смеситель.

Очищенные газы после основной системы мокрой очистки хвостовым вентилятором выбрасываются в выхлопную трубу.

Запыленные водяные пары из смесителя совместно с выделяющимся при разложении мела углекислым газом поступают на систему мокрой очистки газов, состоящей из скруббера "Вентури" и брызгоуловителя.

Орошение "Вентури" осуществляется посредством ввода в него через форсунку всей подпиточной воды, требующейся для подачи в технологический процесс.

Газы после мокрой системы очистки выбрасываются в атмосферу вентилятором через выхлопную трубу.

Описание технологического процесса приведено в таблице 17.3.

Таблица 17.3 - Описание технологического процесса производства дефторированных фосфатов

Входной поток	Стадия технологического процесса	Выходной поток		Основное технологическое оборудование	Природоохранное оборудование
		Продукты и полупродукты	Эмиссии
1	2	3.1	3.2	4	5
ПФК МЕЛ	Прием сырья	Сырье	Пыль, проливы	Емкости, дозаторы, бункера
ПФК МЕЛ	Нейтрализация	Реакционная масса	P 2O 5 брызги	Смеситель
Реакционная масса	Сушка	Гранулированный продукт	Пыль	Сушильный барабан
Продукт	Рассев	Фракции продукта	Пыль	Грохота
	Дробление		Пыль	Дробилки
Продукт	Охлаждение	Продукт	Пыль	Классификатор
Продукт	Фасовка	Готовый продукт	Пыль	Фасовочная машина
-	Складирование	Готовый продукт	-
-	Отгрузка	Готовый продукт	-	Мостовой кран

17.1.3 Производство триполифосфата натрия

Триполифосфат натрия, благодаря своей способности удерживать во взвешенном состоянии суспензии многих труднорастворимых соединений, широко применяется совместно с органическими поверхностно-активными веществами в качестве активного компонента синтетических моющих и чистящих средств - в большинстве последних триполифосфат натрия составляет до 50 % от массы. Триполифосфат натрия применяется также в нефте- и горнодобывающей промышленности, в производстве синтетического каучука, в текстильной и кожевенной промышленности в качестве диспергатора, в лакокрасочной промышленности в качестве эмульгатора, при производстве цемента, в бумажной промышленности, производстве керамики и др.

Технология производства триполифосфата натрия состоит из следующих основных этапов:

- нейтрализации фосфорной кислоты (первая стадия);

- упарки разбавленных растворов;

- второй стадии нейтрализации;

- получения триполифосфата натрия;

- очистки отходящих газов.

Поточная схема процесса производства триполифосфата натрия приведена на рисунке 17.3.

Рисунок 17.3 - Принципиальная схема производства ТПФН

Прием сырья

Очищенная от взвеси обессульфаченная экстракционная фосфорная кислота поступает в первый реактор каскадного реакторного узла. Сода с помощью пневмонасоса по пневматическому трубопроводу перекачивается в расходные бункеры каскадного реакторного узла через разгрузители. Очищенный воздух из-под крышки бункера очищается в рукавных элементах и выбрасывается в атмосферу. Кроме этого, сода, уловленная рукавным фильтром, возвращается в шнек подачи соды. Отработанный воздух, выходящий из-под крышек бункеров, очищается от пыли в рукавных фильтрующих элементах, установленных на крышках бункеров, после чего выбрасывается в атмосферу.

Аммиачная селитра прибывает в крытых железнодорожных вагонах упакованная в мешки и разгружается на склад готовой продукции, откуда по мере необходимости доставляются в операционный цех. Активный уголь, упакованный в мешки, привозится на склад автотранспортом.

Первая стадия нейтрализации фосфорной кислоты

В отличие от реакторных узлов второй стадии нейтрализации, работающих периодически, каскадный реакторный узел приспособлен для непрерывной работы. Сода из бункера поступает на весовой дозатор. Весовой дозатор подает соду во второй реактор реакторного каскада в таком соотношении с количеством подаваемой фосфорной кислоты, чтобы обеспечить необходимое значение рН суспензии. Фосфорная кислота для нейтрализации подается в первый реактор каскада и по перетоку постоянно перетекает во второй реактор, где происходит реакция нейтрализации фосфорной кислоты содой. Для предотвращения выброса пены из реактора уровень в нем не должен превышать 1,5 м. Для уменьшения пенообразования может дополнительно применяться синтетический пеногаситель на основе кремнийсодержащих полимеров.

Нейтрализованная пульпа из второго реактора по нижнему перетоку поступает в реактор N 3 каскада. Из этого реактора часть готовой пульпы при помощи погружного насоса возвращается во второй реактор. Готовая пульпа при помощи насоса постоянно откачивается в промежуточную емкость.

Дозировка реагентов осуществляется таким образом, чтобы обеспечить величину рН суспензии от 4,7 до 5,2 ед. рН, что отвечает "металлическому титру" (атомному соотношению Na:P), близкому к единице.

На первой стадии нейтрализации происходят следующие физико-химические превращения:

2H ₃PO ₄ + Na ₂CO ₃ = 2NaH ₂PO ₄ + H ₂O + CO ₂,

H ₂SiF ₆ + Na ₂CO ₃ = Na ₂SiF ₆ + H ₂O + CO ₂,

2Са(H ₂РО ₄) ₂ + Na ₂CO ₃ = 2CaHPO ₄ + 2NaH ₂PO ₄ + H ₂O + CO ₂,

Fe,Al(H ₂PO ₄) ₃ + Na ₂CO ₃ = Fe,Al(PO ₄) + 2NaH ₂PO ₄ + H ₂O + CO ₂,

CaSO ₄ * 2H ₂O + Na ₂CO ₃ + H ₃PO ₄ = CaHPO ₄ + Na ₂SO ₄ + CO ₂ + 3H ₂O.

В результате в осадок выделяется основное количество примесных компонентов фосфорной кислоты: фосфаты кальция (около 90 %), алюминия и железа (около 98 %), а также кремнефториды щелочных металлов (около 90 %) и образуется суспензия с соотношением Ж:Т от 10 до 15. Нейтрализация сопровождается выделением значительного количества CO ₂ (до 40 м ³ на 1 т кислоты) и, как следствие, вспениванием реакционной массы. Во избежание выброса пены степень заполнения реактора не должна превышать 70 %.

На первой стадии нейтрализации происходит удаление из фосфорной кислоты фтора в виде кремнефторида натрия. Растворимость кремнефторида натрия уменьшается с увеличением рН суспензии; при значениях рН от 4,0 до 5,0 содержание фтора в растворе минимально. При значениях рН более 5,5 осадок кремнефторида натрия разлагается по реакции:

Na ₂SiF ₆ + 4Na ₂HPO ₄ + 2H ₂O = 6NaF + SiO ₂ + 4NaH ₂PO ₄.

Фтор в виде фторида натрия (NaF) переходит в жидкую фазу (концентрация фтора увеличивается). В связи с этим необходимо особое внимание обращать на качество фильтрата первой стадии нейтрализации, не допуская значительного количества взвесей.

Для очистки фосфорнокислотных растворов от окрашивающих примесей используется активный уголь.

Готовая пульпа первой ступени, поступающая из реакторных узлов высоконапорным насосом, под давлением нагнетается в один из двух автоматизированных плиточно-рамных фильтр-прессов периодического действия. При необходимости суспензия в емкости подогревается острым паром.

Фильтр-пресс первой ступени нейтрализации представляет собой аппарат горизонтального типа с подвижными фильтровальными плитами, скользящими на роликах по направляющей. Разделение суспензии осуществляется через фильтровальную салфетку, изготовленную из суперкаландрированной полипропиленовой ткани и крепящуюся на поверхности плиты. Аппарат работает в режиме фильтрование - продувка - разгрузка. После накопления слоя осадка в межрамном пространстве фильтра и снижения производительности по суспензии до 9 м ³/ч подача пульпы в него прекращается.

Осадок с влажностью от 30 до 40 % путем последовательного автоматического разъединения плит сбрасывается в бункер фильтра, снабженный винтовым шнеком. Последним осадок по мере поступления перемещается в течку, через которую он сбрасывается в емкость с установленной лопастной мешалкой, где смешивается с промышленной водой с образованием пульпы. Пульпа кека при помощи погружных насосов подается в бак и также перефильтровывается на фильтр-прессе.

Репульпированный шлам при помощи погружных насосов по мере накопления откачивается в приемный бак репульпированного шлама. Пульпа шлама фильтруется на фильтр-прессе. Отфильтрованные растворы промывки шлама сливаются через сборный коллектор фильтра в баки фильтрата. Отмытый осадок при помощи винтового шнека, установленного под бункером фильтра, сбрасывается на репульпацию в насос - дробилку мокрого размола, где он смешивается с подгипсовой водой с образованием суспензии отмытого шлама. Полученная водная пульпа шлама по линии насосом-дробилкой откачивается в бак. Поступающая в бак пульпа отмытого шлама непрерывно откачивается в бак гидрошлама схемы получения экстракционной фосфорной кислоты.

Упарка разбавленных растворов

Для повышения концентрации растворов после фильтрации репульпированного шлама на фильтр-прессе N 5 используется установка упарки растворов фосфатов натрия топочными газами с мощностью по упаренной воде до 14 т/ч.

Фильтрат от фильтр-пресса N 5, представляющий собой разбавленный раствор фосфатов натрия (преимущественно мононатрийфосфата NaH ₂PO ₄), накапливается в баках-сборниках фильтрата. Из приемных баков раствор, имеющий температуру 50-60 °C, при помощи горизонтального насоса с постоянным регулируемым расходом подается во входной коллектор теплообменного аппарата. В этот же коллектор поступает и горячий раствор из нижней части испарителя. Фильтрат и циркуляционный раствор смешиваются в коллекторе перед теплообменником, нагреваются в трубках и поступают по раздельным линиям в газоход и на верхнюю решетку испарителя. Нагрев растворов производится паром, поступающим в межтрубное пространство теплообменника. Температура технологических растворов на входе в теплообменник составляет 60  70 °C, на выходе - 90  99 °C. Отвод парового конденсата производится через конденсатоотводчик в бак-сборник конденсатора. Нагретый раствор подается в испаритель.

Испарение воды в аппарате происходит за счет тепла топочных газов, получаемых в результате сгорания природного газа в топке. Первичный и вторичный воздух для сжигания природного газа поступает в топку от дутьевого вентилятора.

Топочные газы направляются в нижнюю часть испарителя. Регулирование температуры топочных газов в указанном диапазоне проводится за счет изменения расхода газа и вторичного воздуха.

Испаритель представляет собой аппарат пенного типа с двумя провальными решетками. Для снижения температуры топочных газов на входе в аппарат часть оборотных растворов разбрызгивается форсункой в вертикальном участке газохода, соединяющего топку и испаритель. Частично охлажденные газы с брызгами раствора проходят над поверхностью раствора и уносятся в вертикальную часть аппарата, снабженную двумя щелевыми решетками. Горячий раствор из теплообменного аппарата подается на верхнюю решетку аппарата. Попадая на поверхность решетки, раствор в восходящем потоке газа создает кипящий слой из крупных капель, интенсивно испаряющих воду. Избыток раствора постоянно проваливается через щели на нижнюю решетку, создавая кипящий слой в средней части аппарата, и далее собирается в нижней части аппарата, представляющей из себя накопительный бак.

Упаренные растворы имеют высокую температуру (70-80 °С). Для предотвращения накопления осадков в баке-сборнике и испарителе необходимо периодически проводить их осмотр и чистку. Большое количество нерастворимого осадка и быстрое зарастание установки указывает на большое количество осадка в исходном растворе, вызванное, например, разрывами ткани на фильтр-прессе.

Охлажденные до температуры не более 90 °С топочные газы с парами и брызгами раствора проходят через брызгоуловитель с сепаратором, встроенные в верхнюю часть испарителя. Капли раствора отбрасываются направляющими пластинами сепаратора к стенкам брызгоуловителя и стекают с них обратно на верхнюю решетку аппарата.

Тепло, уносимое из испарителя с газами в виде пара, утилизируется в конденсаторах. Подпитка конденсаторов производится подгипсовой водой или водой заводского водооборота. Нагрев воды в конденсаторах осуществляется за счет конденсации водяного пара из влажного горячего воздуха, выходящего из испарителя; нагретая до температуры порядка 70 °С вода стекает в нижнюю конусную часть аппарата, и через гидрозатвор попадает в оборотные баки. Из оборотных баков нагретая вода подается в бак кислой воды производства экстракционной фосфорной кислоты или для репульпации шлама.

Охлажденные в конденсаторе газы выбрасываются в атмосферу хвостовым вентилятором.

Вторая ступень нейтрализации

Фильтрат первой ступени по мере необходимости погружным насосом откачивается в операционный цех. Из сборника щелок первой ступени периодически направляется в реакторы-нейтрализаторы второй ступени, куда с помощью дозаторов вводится оставшееся количество соды для доведения рН суспензии до 6,5 ед. ("металлический титр" от 1,60 до 1,65). В процессе нейтрализации раствора дигидрофосфата натрия по реакции:

3NaH ₂PO ₄ + Na ₂CO ₃ = NaH ₂PO ₄ + 2Na ₂HPO ₄ + H ₂O + CO ₂

получается смесь ортофосфатов натрия в соотношении, необходимым для получения триполифосфата натрия.

Одновременно происходит разложение остатка растворенных кремнефторидов:

Na ₂SiF ₆ + 2Na ₂CO ₃ = 6NaF + SiO ₂ + 2CO ₂.

Часть образовавшихся фторидов реагирует с остатками фосфата кальция с осаждением нерастворимого CaF ₂:

2NaF + CaHPO ₄ = Na ₂HPO ₄ + CaF ₂.

В осадок выделяются также оставшиеся в растворе СaHPO ₄ и (Al, Fe)PO ₄.

Примерное распределение потока соды между обеими ступенями нейтрализации отвечает отношению 2:1.

Полученная в реакторах суспензия погружными насосами подается в бак-усреднитель, снабженный змеевиком, а также паровым барботером для поддержания температуры в пределах от 70 до 80 °С.

Далее суспензия горизонтальным высоконапорным насосом подается на фильтр-прессы второй ступени нейтрализации, работающие в режиме фильтрование - продувка - разгрузка. Во время разгрузки осадок поступает в бункер и удаляется при помощи винтового шнека в течку, из которой насосом-дробилкой поступает в баки-репульпаторы. Фильтрат, поступающий из фильтра в дальнейшую переработку, должен быть прозрачным, поскольку появление нерастворимого остатка приведет к ухудшению качества триполифосфата натрия.

В баки, зумпфы, реакторы периодически загружается аммиачная селитра в количестве от 2 до 4 кг на 1 т получаемого продукта. Добавление аммиачной селитры необходимо для окисления органических и других примесей, придающих цветность продукту, а также для повышения содержания триполифосфата натрия. Кроме аммиачной селитры, в реакторы второй стадии дозируют активный уголь.

При охлаждении из растворов второй стадии нейтрализации выпадают кристаллы смешанных фосфатов натрия, которые могут привести к забивке аппаратуры, появлению гарнисажа в баках, изменению состава раствора. С целью избежания этих явлений растворы и пульпы второй стадии нейтрализации подогреваются паром.

Отфильтрованные щелока второй стадии нейтрализации после фильтрации на пресс-фильтрах имеют концентрацию от 15 % Р ₂О ₅. Для увеличения концентрации растворов, подаваемых на сушку, до значений 24,0 % Р ₂О ₅ и более они предварительно упариваются за счет использования тепла отходящих газов аппаратов БГС. С этой целью щелока из бака-сборника фильтратов направляются в системы абсорбции аппаратов БГС. Насос непрерывно подает щелока на орошение аппаратов "Вентури", в которых происходит испарение воды, а также поглощение из отходящих газов не задержанной в циклоне пыли триполифосфата натрия и фтористых газов. За счет упарки щелоков увеличивается концентрация Р ₂О ₅.

Получение триполифосфата натрия

Очищенный от примесей щелок примерного состава NaH ₂PO ₄ + 2Na ₂HPO ₄, содержащий сульфат натрия, а также незначительные количества остальных примесей насосом подается на мокрую абсорбцию сушильных и прокалочной систем, где он дополнительно упаривается и растворяет в себе пыль триполифосфата натрия. За счет этого концентрация раствора повышается до 24  25 % Р ₂О ₅. Далее щелока через пневматические форсунки направляется в аппараты БГС сушильного цикла.

При сушке и прокалке продукта протекает сложная химическая реакция с образованием промежуточных форм - пирофосфатов натрия и в конечном итоге триполифосфата натрия:

2Na ₂HPO ₄ = Na ₄P ₂O ₇ + H ₂O (при температуре 200 °С)

2NaH ₂PO ₄ = Na ₂H ₂P ₂O ₇ + H ₂O (в области 160-240 °С)

2NaH ₂PO ₄ + Na ₂HPO ₄ = 2 Na ₃HP ₂O ₇ + 2H ₂O (при температуре 200 °С)

2Na ₄P ₂O ₇ + Na ₂H ₂P ₂O ₇ = 2Na ₅P ₃O ₁₀ + H ₂O.

При избытке мононатрийфосфата (металлический титр ниже 1.64) параллельно протекает реакция:

Na ₂H ₂P ₂O ₇ (NaPO ₃) _n + H ₂О

с образованием малорастворимого полифосфата натрия. Повышение температуры продукта выше 350 °C также способствует протеканию этого процесса.

При этом прозрачность водного раствора получающегося триполифосфата натрия уменьшается.

Раствор через форсунку распыляется сжатым воздухом на завесу, которая образуется за счет захвата находящегося в аппарате сухого материала подъемно-лопастной насадкой и его ссыпания вниз в результате вращения барабана.

Завеса частиц материала, на которую осуществляется подача раствора, обеспечивает развитую поверхность контакта фаз, быструю сушку и требуемый гранулометрический состав полупродукта (от 1 до 5 мм). Сушка материала осуществляется горячими топочными газами, полученными при сжигании природного газа в топке. Высушенный продукт из разгрузочной камеры сушильных барабанов транспортируется на сборный ленточный конвейер и далее подается в загрузочную камеру прокалочного аппарата БГС.

Реакция образования триполифосфата натрия на 90-95 % проходит уже в сушильных барабанах. Это происходит из-за большого времени нахождения материала внутри барабана (за счет обратного шнека и подпорного кольца), высокой температуры на входе в барабан, а также из-за значительного содержания паров воды, которые играют роль катализатора. Процесс дегидратации смеси ортофосфатов протекает в диапазоне температур от 300 до 450 °С. Указанная температура обеспечивается за счет подачи прямотоком в барабан топочных газов с температурой от 900 до 1000 °С. Температура газов на выходе из сушильного барабана находится в интервале от 240 до 280 °С.

В прокалочном барабане завершаются процессы дегидратации ортофосфатов и образования конденсированных форм (в основном триполифосфата), а также протекает процесс образования первой формы триполифосфата натрия.

Температура отходящих газов на выходе из прокалочного барабана должна быть в интервале от 300 до 400 °С. Горячий материал поступает в холодильник кипящего слоя. Холодильник кипящего слоя представляет собой противоточный аппарат воздушного охлаждения. Горячий продукт через затворный механизм поступает на наклонную верхнюю решетку аппарата, где он продувается и транспортируется к противоположному концу аппарата в кипящем слое при помощи воздуха, поступающего из-под решетки. Нагретый воздух очищается от пыли в групповом циклоне и в мокром абсорбере, затем при помощи вентилятора выбрасывается в атмосферу.

Охлажденный продукт из холодильника направляется на технологические цепочки получения порошкового и гранулированного триполифосфата натрия.

При получении порошкового продукта триполифосфат натрия поступает на две молотковые мельницы. Измельчение материала в мельницах происходит за счет помола гранул продукта вращающимися билами мельницы; мелкие частицы воздушным потоком выносятся в циклон, где происходит разделение готового продукта и воздуха. Размолотый триполифосфат натрия из циклона направляется на склад. Очищенный воздух из циклона вентилятором направляется обратно в мельницу.

Измельченный продукт, поступающий на склад, направляется либо в бункеры затарки с последующей упаковкой в полипропиленовые контейнеры или мешки, либо для последующей отгрузки готового продукта навалом.

При получении гранулированного триполифосфата натрия продукт поступает на молотковые дробилки. Для обеспечения максимального выхода товарного продукта в дробилке не устанавливается сито. Измельченный продукт подается в пневмоклассификатор. В пневмоклассификаторе за счет многократного пересеивания частиц продукта на внутренних насадках происходит эффективное отделение пыли (частиц с размерами до 0,25 мм) от крупных гранул потоком воздуха, поступающего под решетку классификатора из атмосферы цеха. Отделение пыли от воздуха осуществляется в циклонах и рукавном фильтре; очищенный от пыли воздух выбрасывается при помощи вентилятора через выхлопную трубу в атмосферу.

Очищенный от пыли гранулированный триполифосфат натрия поступает из пневмоклассификатора на грохоты. Для получения товарного триполифосфата натрия содержание мелких частиц на входе в грохот не должно превышать 2 %. Содержание последних определяется расходом воздуха, проходящего через пневмоклассификатор: увеличение расхода воздуха уменьшает содержание пыли в продукте.

Продукт, проходя через грохот, разделяется на два потока: крупные частицы, отсеянные на сетке, а также пыль возвращаются на конвейер, товарная фракция грохота посредством транспортера направляется в бункер гранулированного продукта. По мере необходимости продукт из бункера посредством ленточного конвейера затаривается в полипропиленовые контейнеры.

Газоочистка

Горячие дымовые газы, выходящие из сушильного барабана с температурой от 220 до 250 °С и содержащие пары воды и пыль фосфатов, подвергаются очистке от пыли в одиночном циклоне, снабженном двойным пылевым затвором.

Газы протягиваются хвостовыми вентиляторами через установку абсорбции, орошаемую циркулирующими растворами. Установка включает абсорбер Вентури, брызгоуловитель и бак сбора абсорбционной жидкости. Растворы разбрызгиваются в верхней части абсорбера Вентури форсункой; проходя совместно с нагретыми газами через аппарат, растворы поглощают пыль и частично упариваются, а затем сливаются в бак-сборник. Брызги упаренных растворов частично уносятся потоком газа в брызгоуловитель, где улавливаются и через слив в нижней части стекают в бак-сборник. Очищенные газы после брызгоуловителя хвостовыми вентиляторами направляются в высотную выхлопную трубу и выбрасываются в атмосферу.

Отходящие газы узла прокалки очищаются по аналогичной схеме. Газы с температурой от 300 до 400 °С проходят последовательно одиночный циклон, орошаемый абсорбер, брызгоуловитель и вентиляторами выбрасываются в атмосферу. Орошение абсорбера осуществляется циркулирующими растворами, которые выводятся в бак щелоков.

Доочистка воздуха от пыли триполифосфата натрия, выбрасываемого после группового циклона после холодильника кипящего слоя, осуществляется в мокром абсорбере с провальной решеткой. Запыленный воздух входит через штуцер нижней части аппарата. На верхнюю часть щелевой решетки аппарата постоянно подается циркулирующий раствор из бака-сборника.

Описание технологического процесса получения триполифосфата натрия приведено в таблице 17.4.

Таблица 17.4 - Описание технологического процесса производства триполифосфата натрия

Входной поток	Стадия технологического процесса	Выходной поток		Основное технологическое оборудование	Природоохранное оборудование
		Продукты и полупродукты	Эмиссии
1	2	3.1	3.2	4	5
Na 2CO 3, уголь активированный, аммиачная селитра, H 3PO 4	Прием и хранение сырья	Na 2CO 3, уголь активированный, аммиачная селитра, H 3PO 4		Емкости с перемешивающими устройствами
Na 2CO 3, H 3PO 4	1-я Стадия нейтрализации	Раствор фосфата натрия, примеси (кек)		Реактор-нейтрализатор, баковая аппаратура
Раствор фосфата натрия, примеси (кек)	1-я Фильтрация	Фильтрат - раствор фосфата натрия (ж), примеси (кек) - тв.		Фильтр пресс
Примеси (кек), вода	Репульпация, фильтрация	Отмытый кек, фильтрат		Фильтр пресс, баковая аппаратура
Упаренный фильтрат	Вторая стадия нейтрализации Фильтрация	Раствор фосфата натрия с твердыми взвесями		Реактор-нейтрализатор, баковая аппаратура
Раствор фосфата натрия с твердыми взвесями	Вторая фильтрация	Раствор фосфата натрия, примеси (кек) - тв.		Фильтр пресс, баковая аппаратура
Примеси (кек) - тв.	Репульпация, фильтрация	Отмытый кек, фильтрат		Фильтр пресс, баковая аппаратура
Объединенный фильтрат	Абсорбция от БГС	Упаренный фильтрат		Абсорбер Вентури
Упаренный фильтрат	Сушка	Смесь фосфатов и полифосфатов натрия	Пыль ТПФН	Аппарат БГС, газовая топка
Смесь фосфатов и полифосфатов натрия	Прокалка	Триполифосфат натрия	Пыль ТПФН	Аппарат БГС, газовая топка
Триполифосфат натрия	Охлаждение	Триполифосфат натрия	Пыль ТПФН	Аппарат кипящего слоя
Триполифосфат натрия	Дробление	Триполифосфат натрия	Пыль ТПФН	Молотковые мельницы, молотковые дробилки
Триполифосфат натрия	Классификация	Триполифосфат натрия	Пыль ТПФН	Пневмоклассификатор, грохот
Отходящие газы	Очистка отходящих газов	Очищенные отходящие газы, абсорбционная жидкость и пыль в производство	Пыль ТПФН		Циклоны, рукавные фильтры, брызгоуловители, конденсаторы, абсорберы Вентури, абсорбер с провальной решеткой

17.1.4 Производство технического и кормового моноаммонийфосфата (МАФ) методом аммонизации экстракционной фосфорной кислоты с последующим отделением твердой фазы, упариванием раствора и получением кристаллического продукта

Процесс состоит из следующих стадий:

- приема сырья и нейтрализации ЭФК газообразным аммиаком и отстаивания;

- основной фильтрации фосфатной пульпы от нерастворимого осадка;

- контрольной фильтрации фосфатной пульпы от нерастворимого осадка;

- выпаривания фильтрата моноаммонийфосфата;

- кристаллизации моноаммонийфосфата в вакуум-кристаллизаторах;

- отделении кристаллов МАФ в центрифугах;

- сушки моноаммонийфосфата в сушильном барабане;

- охлаждении и рассеве готового продукта;

- фасовании готового продукта и отправка на складирование и погрузку в вагоны и автомобили.

Нейтрализация экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК) газообразным аммиаком происходит в трубчатом реакторе.

При мольном отношении NH ₃:Н ₃РО ₄ = 1,0 в трубчатом реакторе протекает реакция образования моноаммонийфосфата:

NН ₃ + Н ₃РО ₄ = NН ₄H ₂РО ₄ + Q.

При мольном отношении NH ₃:Н ₃РО ₄ более 1,0 будет в небольшом количестве образовываться диаммонийфосфат вследствие нейтрализации второго водородного иона фосфорной кислоты по уравнению:

NH ₄H ₂РО ₄ + NH ₃ = (NH ₄) ₂НРО ₄ + Q.

Присутствующие в фосфорной кислоте в качестве примесей серная и кремнефтористоводородная кислоты нейтрализуются аммиаком по реакциям:

H ₂SО ₄ + 2NН ₃ = (NН ₄) ₂SО ₄ + Q,

H ₂SiF ₆ + 2NН ₃ = (NН ₄) ₂SiF ₆ + Q.

При взаимодействии аммиака с экстракционной фосфорной кислотой протекает ряд побочных реакций, обусловленных наличием в кислоте соединений железа, алюминия, магния, приводящих к образованию нерастворимых солей. Присутствующие в экстракционной фосфорной кислоте примеси образуют следующие соединения:

MgO + Н ₃РО ₄ + 2H ₂O = MgНРО ₄ x 3H ₂O,

Fe ₂O ₃ + 2Н ₃РО ₄ + H ₂O = 2FeРО ₄ x 2H ₂O,

Al ₂O ₃ + 2Н ₃РО ₄ + H ₂O = 2AlРО ₄ x 2H ₂O.

Из трубчатого реактора пульпа МАФ подается в сборник пульпы. Отстоявшаяся пульпа МАФ подается на основную, а затем на контрольную фильтрацию фосфатной пульпы от нерастворимого осадка на камерный фильтр-пресс. Фильтрат с фильтр-пресса направляется в сборник фильтрата, нерастворимый осадок репульпируется и передается на производство NP и NPK-удобрений. Из сборника фильтрат фосфата аммония подается в вакуумно-выпарную установку для выпаривания. Упаренный раствор переливается в сборник из которого подается на кристаллизацию в вакуум-кристаллизаторы, где за счет удаления части растворителя - воды и понижения температуры раствора происходит кристаллизация МАФ. Сформированные кристаллы отделяются на центрифугах. Маточный раствор из центрифуг подается на репульпацию нерастворимого осадка с фильтр-прессов, а кристаллы МАФ отправляются на сушку в сушильный барабан. После сушильного барабана кристаллы МАФ охлаждаются в трубчатом конвейере. Охлажденные кристаллы классифицируются на вибросите. Готовый продукт отправляется на упаковывание в мешки.

Схема процесса производства технического и кормового моноаммонийфосфата представлена на рисунке 17.4.

Рисунок 17.4 - Принципиальная схема производства технического и кормового моноаммонийфосфата

Описание технологического процесса получения технического и кормового моноаммонийфосфата приведено в таблице 17.5.

Таблица 17.5 - Описание технологического процесса производства триполифосфата натрия

Входной поток	Стадия технологического процесса	Выходной поток		Основное технологическое оборудование	Природоохранное оборудование
		Продукты и полупродукты	Эмиссии
1	2	3.1	3.2	4	5
Экстракционная фосфорная кислота, аммиак, вода	Нейтрализация экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК) газообразным аммиаком в трубчатом реакторе и отстаивание пульпы МАФ	Пульпафосфата аммония	Пары воды с примесью аммиака	Трубчатый реактор
Пульпафосфата аммония	Фильтрация фосфатной пульпы от нерастворимого осадка на камерном фильтр-прессе	Осадок, фильтрат		Камерный фильтр-пресс
Фильтрат (раствор фосфата аммония)	Выпаривание фильтрата фосфата аммония в вакуумно-выпарной установке	Упаренный раствор фосфата аммония	Пары воды	Вакуумно-выпарной установке
Упаренный раствор фосфата аммония	Кристаллизация моноаммонийфосфата в вакуум-кристаллизаторах	Раствор фосфата аммония с кристаллами фосфата аммония		Вакуум-кристаллизаторы
Раствор фосфата аммония с кристаллами фосфата аммония	Отделение кристаллов МАФ в центрифугах	Раствор фосфата аммония (маточный раствор); влажные кристаллы фосфата аммония		Центрифуга
Влажные кристаллы фосфата аммония	Сушка моноаммонийфосфата в сушильном барабане	Сухие кристаллы фосфата аммония	Пары воды, пыль	Сушильный барабан
Сухие кристаллы фосфата аммония	Охлаждение кристаллов МАФ в трубчатом конвейере	Сухие кристаллы фосфата аммония	Пыль	Трубчатый конвейер
Сухие кристаллы фосфата аммония	Классификация кристаллов на вибросите	Готовый продукт заданной фракции	Пыль	Вибросито
Готовый продукт заданной фракции	Фасование готового продукта в мешки на фасовочной машине	Расфасованный продукт на склад		Фасовочный комплекс

17.2 Текущие уровни потребления ресурсов и эмиссии в окружающую среду при производстве технических, кормовых и пищевых фосфатов

17.2.1 Текущие уровни потребления ресурсов и эмиссии в окружающую среду при производстве дефторированного фосфата

Расходные нормы сырья и энергоресурсов при производстве дефторированного фосфата приведены в таблице 17.6.

Таблица 17.6 - Показатели потребления сырья, материалов и энергетических ресурсов при производстве ДФФ

Наименование	Единицы измерения	Расход на 1 тонну ДФФ
		минимальный	максимальный
Апатит, 100 % Р 2О 5	кг/т	311	318,1
ЭФК, 100 % Р 2О 5	кг/т	118	121
Сода каустическая 100 %	кг/т	94	98
Аммиак, 100 % NH 3	кг/т	13,6	13,6
Электроэнергия		0,056	0,058
Сжатый воздух	м 3/т	700	790
Природный газ	тыс. м 3/т	0,192	0,194

Характеристика выбросов, образующихся при производстве дефторированного фосфата, приведена в таблице 17.7.

Таблица 17.7 - Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу при производстве дефторированного фосфата

Наименование загрязняющего вещества	Метод очистки, обработки, повторного использования	Масса выбросов загрязняющих веществ после очистки в расчете на 1 тонну дефторированного фосфата, кг/т
		минимальное значение	максимальное значение	среднее значение
Кальций фторид фосфат (пыль)	Циклон, рукавный фильтр	0,102	0,204	0,153
Фториды газообразные (гидрофторид, кремний тетрафторид) (в пересчете на фтор)	Установки очистки газов	0,006	0,122	0,064
Аммиак (NH 3)		0,129	0,467	0,298
трикальций дифосфат (пыль)	Циклон, рукавный фильтр	0,248	0,336	0,292

На установках по производству дефторированного фосфата технологические сточные воды могут образовываться при абсорбционной очистке отходящих газов; конденсации паров воды в газоходах и выхлопных трубах. Сточные воды могут периодически появляться при проливах кислот или реакционных смесей, в этом случае всегда предусматривается их отдельный сбор и переработка в технологии. Промышленные сточные воды подвергаются повторной переработке в технологии или совместно с абсорбционными стоками, содержащими аммиак и фтористые соединения, направляются на станцию нейтрализации для дальнейшей очистки и последующего возврата на повторное использование в цех экстракционной фосфорной кислоты.

17.2.2 Текущие уровни потребления ресурсов и эмиссии в окружающую среду при производстве фосфатов обесфторенных кормовых

Расходные нормы сырья и энергоресурсов при производстве обесфторенных кормовых фосфатов приведены в таблице 17.8.

Таблица 17.8 - Показатели потребления сырья, материалов и энергетических ресурсов при производстве фосфатов обесфторенных кормовых

Наименование	Единицы измерения	Расход на 1 тонну фосфатов кальция
		минимальный	максимальный
Кислота полифосфорная	т/т	1,02	1,03
Мел природный тонкодисперсный	т/т	0,774	0,84
Электроэнергия		38,35	50
Газ природный	м 3/т	24,53	50
Вода	м 3/т	0,62	1,18

Отходы производства отсутствуют.

Абсорбционные стоки направляются на очистку на станцию нейтрализации.

Выбросы загрязняющих веществ после очистки представлены в таблице 17.9.

Таблица 17.9 - Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу при производстве фосфатов обесфторенных кормовых

Источники выбросов	Наименование загрязняющего вещества	Метод очистки, обработки, повторного использования	Масса выбросов загрязняющих веществ после очистки в расчете на 1 тонну фосфатов обесфторенных кормовых, кг/т
			минимальное значение	максимальное значение	среднее значение
Выхлопная труба	Кальция гидрофосфат дигидрат	Абсорбция	0,53	0,62	0,60
-	Углерода оксид	-	0,05	0,20	0,13
-	Азота диоксид	-	0,039	0,071	0,055

17.2.3 Текущие уровни потребления ресурсов и эмиссии в окружающую среду при производстве триполифосфата натрия

Расходные нормы сырья и энергоресурсов приведены в таблице 17.10.

Таблица 17.10 - Показатели потребления сырья, материалов и энергетических ресурсов при производстве триполифосфата натрия

Наименование	Единицы измерения	Расход на 1 тонну триполифосфата натрия
		минимальный	максимальный
Апатитовый концентрат, натура, или	т/т	-	1,67
фосфорная кислота, 100 % Р 2О 5	т/т	-	0,64
Сода кальцинированная, натура	т/т	-	0,78
Селитра аммиачная, натура	т/т	-	0,002
Уголь активированный, натура	т/т	-	0,0005
Топливо условное	т.у.т./т	0,34	0,35
Пар	Гкал/т	0,334	0,49
Электроэнергия		-	150
Сжатый воздух	нм 3/т	-	240
Вода оборотная	м 3/т	-	11,5

Характеристика выбросов, образующихся при производстве триполифосфата натрия, приведены в таблице 17.11.

Таблица 17.11 - Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу при производстве ТПФН

Источники выбросов	Наименование загрязняющего вещества	Метод очистки, обработки, повторного использования	Масса выбросов загрязняющих веществ после очистки в расчете на 1 тонну ТПФН, кг/т
			минимальное значение	максимальное значение	среднее значение
Выхлопная труба	Углерода оксид	-	0,397	0,655	0,651
Выхлопная труба	Фториды газообразные (гидрофторид, кремний тетрафторид) (в пересчете на фтор)	Установки очистки газов	0,099	0,177	0,145

Сброса сточных вод во внешнюю среду производство фосфатов натрия не имеет.

Отходы производства триполифосфата натрия приведены в таблице 17.12.

Таблица 17.12 - Отходы, образующиеся при производстве ТПФН

Наименование	Класс опасности	Источник образования	Способ утилизации, обезвреживания, размещения	Масса образующихся отходов производства в расчете на 1 тонну продукции, кг/т
				минимальное значение	максимальное значение	среднее значение
Всего	-	-	-	0,0015	0,0032	0,0026
Шлам от зачистки хим. оборудов.	3	-	-	0,0003	0,0016	0,0015

17.2.4 Текущие уровни потребления ресурсов и эмиссии в окружающую среду при производстве технического и кормового моноаммонийфосфата

Расходные нормы сырья и энергоресурсов приведены в таблице 17.13.

Таблица 17.13 - Показатели потребления сырья, материалов и энергетических ресурсов при производстве технического и кормового моноаммонийфосфата

Наименование	Единицы измерения	Расход на 1 тонну моноаммонийфосфата
		минимальный	максимальный
Кислота фосфорная экстракционная обессульфаченная (52 % P 2O 5)	т 100 % P 2O 5	1,822	2
Аммиак газообразный	т 100 % NH 3	0,439	0,523
Вода речная	м 3	105	157
Электроэнергия на технологию	100 % P 2O 5	159	300
Теплоэнергия для технологических нужд	Гкал/т 100 % P 2O 5	1,75	3,17
Воздух сжатый осушенный, первый класс загрязненности	м 3/т 100 % P 2O 5	40	74

Характеристика выбросов, образующихся при производстве технического и кормового моноаммонийфосфата, приведена в таблице 17.14.

Таблица 17.14 - Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу при производстве технического и кормового моноаммонийфосфата

Источники выбросов	Наименование загрязняющего вещества	Метод очистки, обработки, повторного использования	Масса выбросов загрязняющих веществ после очистки в расчете на 1 тонну моноаммонийфосфата, кг/т
			минимальное значение	максимальное значение	среднее значение
Выхлопная труба	Взвешенные веществ	Установки очистки газов	0,073	0,074	0,0733

Сброса сточных вод во внешнюю среду производство технического и кормового моноаммонийфосфата не имеет.

Отходов производство технического и кормового моноаммонийфосфата не имеет.