В технологии минеральных удобрений процессы в системе газ — жидкость наибольшее распространение получили при ам - монизации минеральных кислот и очистке отходящих газов. Аммонизация — один из основных процессов, формирующих химический состав продукта в отличие от абсорбции, опреде­ляющей качество выбросов. Принимая во внимание также и то, что эти процессы проводят в аппаратах различных типов, их описание разделили по функциональному назначению, т. е. в данной главе рассматриваются только процессы аммонизации, а абсорбции — в гл. 8.

2.2.1. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОЦЕССА АММОНИЗАЦИИ

Нейтрализацию азотной и фосфорной кислот, а также их смесей в туковой промышленности осуществляют как жидким, так и газообразным аммиаком. Однако, как показали исследо­вания [77], химическое взаимодействие происходит только после испарения аммиака, т. е. в обоих случаях процесс протекает

в системе газ — жидкость, хотя и в различных термодинамиче­ских условиях.

Реакции аммонизации чистых кислот идут по уравнениям HN03+NH3=NH4N03, (2.33)

H3PO4+RNH3 —(2 — R) NH4HjP04+ (R — 1) (NH4) 2НР04> (2.34)

где R — молярное соотношение NH3: H3PO4.

Взаимодействие реагентов происходит практически мгновен­но, поэтому кинетика процесса лимитируется турбулентной диффузией, интенсивность которой зависит от гидродинамиче­ских условий в аппарате, поверхности массообмена и свойств системы. Экстракционная фосфорная кислота частично нейтра­лизована соединениями магния, железа, алюминия, содержит свободную серную. кислоту и растворимый сульфат кальция. При аммонизации эти соединения выпадают в осадок. Процесс экзотермичен, чем обусловлены значительное испарение влаги из кислоты и кристаллизация солей. В результате образуется трехфазная гетерогенная система.

Реологические свойства пульпы зависят от ее состава, тем­пературы, растворимости компонентов. На рис. 2-23 приведена зависимость i[78] растворимости от степени аммонизации, имею­щая экстремумы при /?=0,3; 1,0; 1,4. Соответствующие экстре­мумы имеет и вязкость пульпы (рис. 2-24). Однако этот показа­тель меняется также и в зависимости от способа получения кислоты и пульпы [79], что связано с изменением ее солевого состава. На рис. 2-25 показано изменение вязкости пульпы в зависимости от способа достижения заданной кислотности. При

РИС. 2-24. Зависимость вязкости аммофосной пульпы ц из апатитового. сырья. от pH при температуре 25 °С и различном содержании Р2О5

РИС. 2-26. Проекция фазовой диаграммы системы NH4H2PO4—Н20 в области насыщенных растворов

нейтрализации фосфатов аммония фосфорной кислотой до pH менее 5 вязкость пульпы значительно меньше, чем при аммони­зации фосфорной кислоты до того же pH. Отмечается также тиксотропность пульп фосфатов аммония. С увеличением темпе­ратуры вязкость понижается.

Температура пульпы определяется режимом аммонизации. В адиабатическом процессе она целиком определяется давлени­ем и влажностью пульпы. Эта зависимость в области насыщен­ных растворов NH4H2PO4—Н20 приведена на рис. 2-26. Кривая давления отвечает трехфазному равновесию системы: твердая соль — насыщенный раствор — пар. Давление паров насыщен­ных растворов моноаммонийфосфата имеет максимум при содер­жании воды в растворе около 8% в области температур 175— 185 °С. Ближе к температуре плавления соли давление водяных паров снижается.

Исходя из свойств пульп, следует, что для поддержания их текучести, необходимой при дальнейшей переработке, давление аммонизации следует согласовывать с составами исходной кис­лоты и получаемой пульпы. Чем больше концентрация Р2О5 и степень ее нейтрализации, тем больше тепловой эффект и испа­рение влаги. При нецелесообразности упаривания пульпы до плава для поддержания ее текучести увеличивают давление.

Особый интерес представляет получение полифосфатов ам­мония, что возможно при выделении тепла, достаточного для удаления свободной и химически связанной воды. Независимо от температуры подогрева кислоты (до 120°С), аммиака (до 240 °С) и количества вводимого аммиака, процесс нейтрализа­ции фосфорной кислоты (28—37% Р205) при атмосферном дав­лении протекает при 110—130 °С с одновременным концентри­рованием раствора без образования конденсированных форм Р2О5.

РИС. 2-27. Горизонтальный реактор конструкции НИИхиммаш:

1 — корпус; 2 — всасывающая труба;

3 — перемешивающее устройство;

4 — сопло; 5 — привод

шения R в растворе от 1 до 2 ведет к увеличению содержания конденсированных форм. При температуре нейтрализации 180 °С процессы дегидратации фосфатов протекают с меньшей скоростью, чем при более высоких температурах. Их продолжи­тельность составляет более 1 ч. При температуре 360 °С про­цессы дегидратации заканчиваются менее чем за 0,01 с [80].

Решающую роль в интенсификации процессов аммонизации и дегидратации в реальных условиях играет увеличение поверх­ности контакта между жидкой и газообразной фазами реаги­рующих веществ. Это определяется в основном конструкцией аппарата.