Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

АБСОРБЦИЯ ПЕНТАОКСИДА ФОФОРА ИЗ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ В РАСПЫЛИТЕЛЬНОЙ КОЛОННЕ

Никандров М.И. 1 Никандров И.С. 1
1 Дзержинский политехнический институт Нижегородского государственного технического университета. г.Дзержинск (606029, г. Дзержинск, ул. Гайдара, 49)
Показан механизм окисления фосфора. Полученный после абсорбции оксидов раствор мононатрийфосфата используется в производстве тринатрийфосфата. Газ после колонны абсорбции содержит менее 50 г/м3 оксидов фосфора. Изучено поглощение оксидов фосфора раствором динатрийфосфата в распылительной колонне из газов обезвреживания фосфорного шлама, содержащего до 52 % желтого фосфора. Показано, что полное выгорание фосфора в печи достигается за время 30 минут. Уходящий фосфорный шлак содержит 45 % Р2О5. Показано влияние расхода абсорбента на степень поглощения оксидов фосфора и коэффициент массопередачи в распылительной колонне, который составляет 300-400 час-1. При расходе воды на орошение от 2 до 6 кг на кг шлама степень абсорбции оксидов фосфора возрастает с 58 до 72,6 %. Концентрация фосфорной кислоты снижается с 50 до 26 %. Максимальная степень поглощения пентаоксида фосфора составила 77 %. Степень абсорбции оксидов фосфора раствором динатрийфосфата на 4-10 % больше чем при абсорбции водой.
массопередача
степень поглощения
абсорбция
пентаоксид фосфора
1. Никандров М. И., Ефимова Е. О., Никандров И. С. Способ получения семиводного динатрийфосфата. Патент РФ № 2277067, С01 в 21/30, приоритет 04.10.04, опубл. 27.05.06, Бюл № 15.
2. Никандров М. И., Никандров И. С. Способ получения десятиводного тринатрийфосфата, Патент РФ № 2275328., Бюпл. Изобретений №12 2006 год.
3. Никандров М. И., Никандров И. С. Исследование приготовления содовой суспензии в производстве фосфатов натрия II // Труды НГТУ. - 2011. - №2 (87). - С. 222-226.
4. Позин М. Е. Технология минеральных солей. - 4-е изд. - Л.: Химия, 1974. - 860 с.
5. Позин М. Е., Копылев Б. А., Тумаркина Н. П., Бельченко Г. В. Практическое руководство по технологии неорганических веществ. - Л.: Химия, 1978. - 324 с.
Введение. Товарный желтый фосфор, поставляемый для производства красного фосфора, содержит 2-8 % фосфорного шлама. Он представляет собой взаимную эмульсию фосфора с водой, стабилизированную примесями твердых частиц. Для исключения скапливания шлама, его необходимо обезвреживать как по экологическим, так и по экономическим соображениям. Представляется целесообразным после сжигания шлама выделять образующиеся оксиды абсорбцией раствором динатрийфосфата и использовать абсорбционный раствор в производстве фосфатов натрия |1-3|.

Цель работы. Получение отсутствующих сведений по массопередаче при поглощении оксида фосфора раствором динатрийфосфата в распылительной колонне.   

Экспериментальная часть

Фосфорный шлам с содержанием 52-58 % желтого фосфора сжигали в наклонной трубе диаметром 0,12 м непрерывным просасыванием через нее воздуха. В минеральной части шлама определено наличие до 42 % масс P2O5, 19,5 %  SiO2, 28,3 % C, 5,3 % CaO, 2,1 % R2O3. Плотность шлама составляла 1590-1630 кг/м3. Степень выгорания фосфора и степень его отгонки азотом определяли по разности начального и конечного содержания фосфора в шлаке. Степень абсорбции оксидов фосфора определяли по содержанию  P2O5 в газе до и после распылительной колонки |4,5| методом фотоколориметрии поглотительного раствора.

Результаты и их обсуждения

Сравнение результатов исследования выгорания фосфора при аэрации шлама воздухом и отдувки фосфора азотом показало, что в обоих случаях степень удаления фосфора из шламовой массы примерно равны.

Это показывает, что окисление фосфора проходит по следующей схеме.

Первоначально фосфор испаряется в газовую фазу:

Р4(Ж)→Р4(Газ)

Пары фосфора окисляются кислородом:

P4(газ) + 5O2→P4O10(газ)

Оксиды фосфора, взаимодействуя с парами воды, образуют туман:

P4O10(газ)+ 2O(пар)→4H3PO4(газ)

4H3PO4(газ)→4H3PO4(ж)

Как видно из рисунка 1,  требуемое время пребывания шлака в печи составляет 25-30 минут. Максимальная степень выгорания (98,6 %) фосфора достигается при коэффициенте избытка воздуха К равном 3-3,5. С дальнейшим увеличением подачи воздуха степень выгорания даже понижается и составляет при К=5 уже 97 %. Это объясняется относительным понижением температуры в печи (на 50-60 0С) и, как следствие этого, падением скорости отгонки фосфора.

Рисунок 1. Зависимость степени выгорания фосфора (В, %) от времени пребывания шлака в печи (Т, мин) при коэффициенте

Уходящие из печи газы содержат 150-160 г/м3 P2O5, 2,5-3 г/м3 Р2О3  и до 0,6 г/м3 SiF4. Температура газов на выходе из печи составляет 500 0С.

Газы из печи сжигания подавали в полую распылительную колонку, орошаемую двумя форсунками. Перед колонкой к газу добавляли водяной пар из расчета 0,5 кг на 1 кг сжигаемого фосфора.

Как видно из рисунка 2, с увеличением расхода воды на распыление в колонне с 2 до 6 кг на 1 кг шлама поглощения пентаоксида фосфора возрастает с 58 до 72,6 %.

Рисунок 2. Влияние расхода воды (G, кг/кг шлама) (1) и раствора, содержащего 12 % динатрийфосфата (2) или 25 % динатрийфосфата (3), на степень поглощения пентаоксида фосфата (А, %) и концентрацию фосфорной кислоты (С, % масс) на выходе из колонны.

 

Степень поглощения пентаоксида фосфора раствором динатрийфосфата выше, чем при поглощении водой, и максимально она достигает 77 % при подаче раствора в количестве 12,5 кг на 1 кг шлама.

В Процессе абсорбции при подкислении раствора динатрийфосфата происходит его гидролиз:

Na2HPO4+ H2O→NaH2PO4+NaOH

NaOH+H3PO4→NaH2PO4+H2O

Гидроксид натрия, связывая фосфорную кислот, тоже переходит в мононатрийфосфат.

При поглощении пентаоксида фосфора водой с увеличением подачи воды с 2 до 6 кг/кг шлама концентрация фосфорной кислоты на выходе из колонны снижается с 50 до 26 % масс.

При абсорбции пентаоксида фосфора в распылительной колонне диаметром 300 мм и высотой 2200 мм коэффициент массопередачи меняется от 250 ч-1 до 330 ч-1 для 12 % орошающего раствора динарийфосфата.

При орошении колонны раствором, содержащим 25 % динатрийфосфата, коэффициент массопередачи составляет Kv=300-405 час1 (рисунок 3).

Рисунок 3. Влияние Расхода (G, кг/кг шлама) воды (1), 12 % раствора динатрийфосфата (2) и 25 % раствора динатрийфосфата (3) на коэффициент массопередачи (Kv, час-1 ) при абсорбции пентаоксида из печных газов

В процессе абсорбции всвязи с конверсией динатрийфосфата в мононатрийфосфат происходит подкисление раствора и значение рН его понижается с 9,7 до ~6.

Заключение

Абсорбция оксидов фосфора раствором динатрийфосфата эффективнее чем водой или фосфорной кислотой. Степень абсорбции оксидов в распылительной колонне достигает 77 %.

Рецензенты:

  • Луконин В. П.  д.т.н., профессор, генеральный директор Федерального государственного унитарного предприятия «Научно-исследовательский институт химии и технологии полимеров имени академика В.А. Каргина с опытным заводом» (ФГУП «НИИ Полимеров»), г. Дзержинск.
  • Ширшин К. В., д.х.н., профессор, заместитель директора Федерального государственного унитарного предприятия «Научно-исследовательский институт химии и технологии полимеров имени академика В.А. Каргина с опытным заводом» (ФГУП «НИИ Полимеров»)  по научной работе, г.Дзержинск.

Библиографическая ссылка

Никандров М.И., Никандров И.С. АБСОРБЦИЯ ПЕНТАОКСИДА ФОФОРА ИЗ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ В РАСПЫЛИТЕЛЬНОЙ КОЛОННЕ // Современные проблемы науки и образования. – 2012. – № 2.;
URL: http://www.science-education.ru/ru/article/view?id=5759 (дата обращения: 05.12.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074