Проектирование и с расчетом бгс в производстве аммофоса

часть

Технология получение аммофоса

Общая мощность производства аммофоса складывается из четырёх систем, каждая система имеет производительность20 – 30 т/ч в физической массе. В производстве аммофоса используется безретурная схема с применением трубчатого реактора для нейтрализации ЭФК аммиаком и комбинированного аппарата (БГС) для гранулирования продукта и его сушки.В расходный сборник H₃РО₄ 1 подаётся упаренная фосфорная кислота (52 – 54% Р₂О₅) и серная кислота (93% H₂SO₄). При этом на 340 м³ H₃РО₄ дозируется 3 – 5 м³ H₂SO₄. В сборник 1 подаётся также частично нейтрализованная H₃РО₄ из сборника абсорбционных реакторов 22 (35 – 42%Р₂О₅, мольное отношение NН₃:H₃РО₄ ≈ 0,1). В результате смешения кислот концентрация Р₂О₅ в сборнике 1 составляет 38 – 48%, а SO₃ – 3,5 – 5%. Раствор из сборника 1 при температуре 50 – 70 ºС подаётся насосом 2 в трубчатый реактор 3, куда также поступает жидкий аммиак. Давление в трубчатом реакторе 0,3 МПа. Соотношение между потоками аммиака и кислоты поддерживается таким, чтобы мольное отношение NН₃:H₃РО₄ в аммофосе, покидающем аппарат БГС, составляло 1,05 – 1,25. Это необходимо для поддержания пульпы с такой текучестью, при которой получается продукт необходимого грансостава (при мольном отношении 1 растворимость NН₄H₂РО₄ минимальна). В результате экзотермических реакций нейтрализации, проходящих в адиабатическом режиме, из трубчатого реактора 3 выходит парогазожидкостная смесь (пульпа с влажностью 13 – 20% – аммиак + пары воды +фторсоединения) и общим потоком с температурой 120 – 160 ºС самотёком поступает в аппарат БГС 6. На входе в БГС пульпа распыливается за счёт собственного давления на завесу из падающего гранулированного материала – ретура. При распылении вследствие резкого увеличения пространства происходит отделение газообразного аммиака, фторсоединений и паров воды от пульпы. В аппарате БГС совмещается процесс гранулирования с процессом сушки. БГС представляет собой горизонтальный цилиндр длиной 22 м, диаметром 4 м и вращается с частотой 3 – 5 об/мин. Угол наклона аппарата в сторону выгрузки продукта составляет 3º. Аппарат работает под разрежением 10 – 50 Па на входе, что позволяет достичь устойчивой работы топок. Это важно с точки зрения безопасности процесса, поскольку в топке при избыточном давлении возможен отрыв пламени и образование взрывоопасной смеси «ПГ – воздух» с пределами взрываемости от 5 до 15% об ПГ в смеси с воздухом. Для сушки продукта в БГС подаются горячие газы (350 – 400 ºС) из топки 5 в объёме 20000 – 25000 м³/ч. В результате сушки влажность гранул на выходе из БГС равна не более 1,5%, а температура гранул составляет 90 – 95 ºС. Воздух в топку подают два вентилятора. Гранулы из БГС подаются элеватором 7 в грохот 8, из которого товарная фракция поступает в холодильник 9 типа КС. В холодильнике гранулы охлаждаются атмосферным воздухом, подаваемым вентилятором 11, до температуры «не более 65 ºС». Охлаждённый продукт передаётся на конвейер 13, где проходит обработку маслом (узел 14) с целью подавления пыления. Расход масла составляет 3л/т аммофоса. Мелкие частицы (менее 2 мм) из грохота 8 возвращаются в БГС 6 и обратным шнеком передаются в головную часть БГС. Крупная фракция (более 6 мм) из грохота подаётся в дробилку 10, после чего элеватором 7 возвращается в грохот 8. Газовую смесь из БГС, воздух из холодильника, а также аспирационные газы из баковой аппаратуры перед выбросом в атмосферу необходимо очищать от аммиака, фторсоединений, пыли аммофоса. Очистка газов осуществляется в системах большой и малой абсорбции. Работающая под разрежением большая абсорбция служит для очистки газового потока из аппаратов БГС, содержащего 10 г/м³ аммиака, 3 г/м³ фторсоединений и пыль аммофоса. Парогазовоздушная смесь выходит из БГС с температурой 85 – 115 ºС в объёме до 70000 м³/ч и отводится на очистку в пенный абсорбер 16 (диаметр 4 м, высота 6 м). Этот абсорбер орошается в объёме до 200 м³/ч частично нейтрализованной H₃РО₄ с температурой 70 ºС из сборника абсорбционных растворов 15 (состав приведён выше). Сборник 15 подпитывается концентрированной H₃РО₄. Очищенный от аммиака газ из абсорбера 16 поступает в брызгоуловитель 17, который орошается водой с целью наиболее полного удаления фторсоединений из газа. Вода подаётся из сборника 19. В газоход перед брызгоуловителем для удаления из газа фторсоединений впрыскивается осветлённая вода в объёме до 200 м³/ч. Очищенные от аммиака и фторсоединений газы отводятся из системы большой абсорбции вентилятором 21. В системе малой абсорбции очищается воздух из холодильника 9 (содержит пыль аммофоса) в смеси с аспирационными отсосами от баковой аппаратуры (содержат аммиака и фторсоединения). Газовый поток направляется в работающий по давлением пенный абсорбер 23, который орошается частично нейтрализованной H₃РО₄ из сборника абсорбционных растворов 22 (состав приведён выше). Сборник 22 подпитывается концентрированной H₃РО₄. Газ из абсорбера 23 поступает в брызгоуловитель 24, при этом в газоход перед брызгоуловителем впрыскивается осветлённая вода с целью наиболее полного удаления фторсоединений из газа. Очищенные газы отводятся из системы малой абсорбции вентилятором 26. Общий поток очищенных газов большой и малой абсорбции в объёме 180000 и 210000 м³/ч, содержащий не более 50 мг/м³ аммиака и не более 10 мг/м³ фторсоединений выбрасываются хвостовым вентилятором в атмосферу через выхлопную трубу высотой 205 м.
В производстве аммофоса и диаммофоса протекают следующие основные реакции: 
Моноаммонийфосфат получают при мольном отношении  , диаммонийфосфат — при отношении, равном 2. В процессе производства аммофоса аммиак берут с небольшим избытком (отношение 1,1), поэтому в состав готового продукта входит до 10% диаммонийфосфата.
На технологический процесс получения фосфатов аммония оказывают влияние примеси, присутствующие в фосфорной кислоте, ее концентрация, температура, давление и другие факторы.
Образующаяся при нейтрализации экстракционной фосфорной кислоты аммофосная пульпа представляет собой сложную-солевую систему. Кроме фосфатов, в ее состав входят сульфат аммония (NH₄)₂SO₄, фосфаты кальция, магния, алюминия и железа в виде СаНРО₄·2Н₂О, MgHPO₄·3H₂O, A1PO₄·2H₂O, FePO₄·2H₂O, кремнефторид аммония (NH₄)₂SiF₆ и комплексные соединения типа Fe₃NH₄H₆(PO₄)₆·6H₂O, (Fe,A1)NH₄H₂(PO₄)₂·0,5Н₂О, Fe(NH₄)₂H₂F(PO₄)₂·H₂O. Дикальций и димагний-фосфаты цитратнорастворимы и полностью усваиваются растениями. Средние фосфаты железа и алюминия растворимы в 2%-ной лимонной кислоте и усваиваются растениями на 40÷50%. Комплексные соединения нерастворимы, и их присутствие снижает содержание усвояемого Р₂О₅ в аммофосе.
Образование комплексных соединений происходит при низких значениях рН. Поэтому, чтобы избежать образования неусвояемых солей в аммофосе, процесс нейтрализации фосфорной кислоты необходимо вести при рН>3. Так, при нейтрализации сравнительно чистой фосфорной кислоты из апатитового концентрата рН в пульпе поддерживают не выше 4.5, для загрязненной примесями фосфорной кислоты из фосфоритов Каратау — в пределах 5,0÷5,5.
Практический режим нейтрализации должен быть таким, чтобы образующаяся в смесителях (нейтрализаторах) пульпа обладала достаточной подвижностью. Вязкая пульпа трудно перекачивается насосами и плохо поглощает аммиак. Вязкость аммофосной пульпы зависит, прежде всего, от концентрации исходной фосфорной кислоты, а также от растворимости фосфатов аммония, температуры и других факторов. Графический анализ процесса нейтрализации в системе NH₃—Н₃РО₄—Н₂О позволяет подобрать оптимальный режим процесса, при котором образуется текучая пульпа с небольшим содержанием твердой фазы.
При получении аммофоса из разбавленной фосфорной кислоты концентрацией 30% Р₂О₅ (41,4% Н₃РО₄) процесс нейтрализации до мольного отношения NH₃:Н₃РО₄ = 1 можно полностью проводить в смесителях. В этом случае состав нейтрализованной пульпы соответствует области ненасыщенных растворов и пульпа обладает высокой подвижностью.
При нейтрализации концентрированной фосфорной кислоты, содержащей 54% Р₂О₅ (74,5% Н₃РО₄) до мольного отношения NH₃:H₃PO₄=1 в производстве аммофоса получают густую малоподвижную пульпу. Растворимость фосфатов аммония, образующихся при нейтрализации в этих условиях, наименьшая, поэтому нейтрализацию концентрированной фосфорной кислоты в производстве фосфатов аммония ведут в две ступени. Первую ступень при получении аммофоса осуществляют в смесителях до мольного отношения NH₃:Н₃РО₄=0,5—0,6.
Вторую ступень нейтрализации проводят в барабанах одновременно с грануляцией продукта. Температурный режим в нейтрализаторах поддерживается за счет тепла реакции нейтрализации в пределах 80÷125 °С в зависимости от концентрации применяемой фосфорной кислоты. Более высокая температура приводит к разложению продуктов и потерям аммиака. За счет тепла реакции нейтрализации часть воды из пульпы испаряется.


Схема производства гранулированного аммофоса с аммонизатором-гранулятором

1 – нейтрализаторы;

2 – аммонизатор-гранулятор;
3 – сушильный барабан;
4 – циклоны;
5 – грохоты; б– охладитель гранул;
7,8 – абсорберы.

Парогазовая смесь, отсасываемая от нейтрализаторов (1) и аммонизатора-гранулятора (2) проходит очистку от аммиака и фтора в двух последовательно установленных абсорберах (8): для улавливания аммиака используют аммофосную пульпу, для улавливания фтористых соединений – известковое молоко или воду.

Дымовые газы, выходящие из сушильного барабана при температуре 105-115°С, очищают от пыли в циклоне (4) и далее от аммиака, фтористых со-единений и от остатков пыли – в двух абсорберах (7). Стоки от систем абсорбции возвращают в нейтрализаторы (1). Таким образом, в производстве аммофоса загрязненные стоки не образуются. Запыленный воздух после холодильника КС перед выбросом в атмосферу очищают от пыли в циклоне (4).
Вместо емкостных нейтрализаторов в ряде схем используют аппараты САИ или струйные реакторы.
При получении аммофоса двухступенчатую аммонизацию возможно проводить также путем получения пульпы при мольном отношении NН₃:Н₃РО₄≈1,3-1,4 (на I стадии аммонизации) с последующей нейтрализацией концентрированной кислотой в нейтрализаторе-грануляторе. Такой способ хотя и приводит к большим выделениям аммиака на стадии аммонизации, но позволяет резко снизить выделения аммиака на стадии гранулирования.
Моноаммонийфосфата получают при мольном отношении NН3 : Н3РО4 = 1, диаммонийфосфат - при отношении равном
В процессе производства аммофоса аммиак на нейтрализацию подают с небольшим избытком (отношение 1,1), поэтому в состав готового продукта входит до 10% диаммонийфосфат. Наличие примесей, содержащихся в фосфорной кислоте:
SO₃, Fe₂O₃, Al₂O₃, CaO, MgO вызывает образование растворимого в воде сульфата аммония и водонерастворимых солей:
NH₄(Al,Fe)(HPO₄)₂х0,5H₂O, NH₄MgPO₄, CaHPO₄х2H₂O, MgHPO₄х3H₂O и CaSO₄х2H₂O.
Димагний - и дикальцийфосфаты, а также средние фосфаты железа и алюминия 2FePO₄х2H₂O, 2AlPO4х2H₂O растворяются в реактиве Петермана и усваиваются растениями.
Не усваиваются растениями комплексные соединения фосфора с железом, алюминием и фтором и их присутствие снижает содержание усвояемого Р₂О₅ в аммофосе. Образование комплексных соединений происходит при низких значениях рН. Поэтому, чтобы избежать образования неусвояемых солей в аммофосе, процесс нейтрализации фосфорной кислоты необходимо вести при рН более 3. Основные реакции нейтрализации протекают с большим выделением тепла, поэтому пульпа разогревается до температуры 110 ºС с повышением концентрации Р₂О₅ в результате испарения части воды, введенной с кислотой. Образующиеся в процессе пары воды, незначительное количество паров аммиака и фтористых соединений проходят через калориферы подогрева воздуха, который затем подается в топку. Конденсат после калориферов подается на установки мокрого пылеулавливания.
Практический режим нейтрализации должен быть таким, чтобы образующаяся в САИ (скоростной аммонизатор-испаритель) пульпа обладала достаточной подвижностью. Вязкая пульпа трудно перекачивается насосами и плохо поглощает аммиак. Вязкость аммофосной пульпы зависит, прежде всего, от концентрации исходной фосфорной кислоты, а также от растворимости фосфатов аммония, температуры и других факторов.
Сущность процесса гранулирования заключается в том, что при вращении барабанной сушилки - гранулятора (БГС) в зоне загрузки создается завеса из ретура, на которую напыляется пульпа. При этом мелкие частицы ретура укрупняются и при вращении барабана окатываются и подсушиваются.
При сушке влажных гранул аммофоса происходит два процесса: испарение влаги (массообмен) и перенос тепла (теплообмен). Вода в аммофосе в основном связана с солями капиллярными силами (гигроскопическая влага). До 0,5 % воды связано в виде кристаллогидратов (кристаллизационная влага) которые, как правило, не разрушаются при температурах сушки. Таким образом, остаточная влажность продукта, равная 0,5 - 1,0 %, соответствует содержанию в нем кристаллизационной влаги. Обеспыливание аммофоса осуществляется напылением индустриального масла марки И-20А, МК-40 на гранулы аммофоса в барабане кондиционере.
Принцип работы БГС и происходящий процесс в нём