автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.01, диссертация на тему:Получение дигидрофосфата калия конверсионным методом

На правах рукописи

Агилар Касерес Кристобал ¿/й

Получение дигидрофосфата калия конверсионным методом

0.5.17.01. Технология неорганических веществ

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

I

Санкт-Петербург 2005

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Саркт-Петербургском государственном технологическом инстигуте(техническом университете)

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Дмитревский Борис Андреевич

Официальные оппоненты

Ведущая организация

доктор технических наук, ст.н.с. Безукладников Алексей Борисович кандидат технических наук, доцент Фомичева Татьяна Ивановна ООО «Гипрохим-технолог», г.Санкт-ГГетербург

Зашита состоится 2005 г. в

диссертационного совета Д 212.230 08

ч. на заседании при Государственном

образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт Петербургском государственном технологическом институте (техническом университете) по адресу: 190013, г. Санкт-Петербург, Московский пр. 26

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета)

Отзывы и замечания в одном экземпляре, заверенные печатью, просим направлять по адресу 190013, г. Санкт-Петербург, Московский пр., 26, Ученый совет.

Автореферат разослан «<У» (- '^У/уУ: л' / 2005г.

Ученый секретарь

Диссертационного Совета Д 212.230.08, _ /

канд. техн. наук, ст. научн. сотр. Й^^^^й^Филиппова 3. Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время проговодство минеральных удобрений является важнейшим фактором, определяющим количество и качество урожая сельскохозяйственных культур. Новые технологии выращивания овощных культур предъявляют более жесткие требования к ассортименту и качеству минеральных удобрений, в частности, имеется острейшая потребность в бесхлорных калийсодержащих удобрениях как для открытого, так и для закрытого грунта. Одним из видов комплексных(Р4-К) водорастворимых удобрений является дигидрофосфат калия, который пригоден для применения на любых почвах. Однако дигидрофосфат калия в качестве минерального удобрения в настоящее время практически не выпускается для широкого потребления, ввиду ограниченности сырьевой базы. Поэтому он относится к дорогостоящим дефицитным продуктам.

Современное производство фосфорных солей, как правило, базируется на многостадийных процессах, включающих получение фосфорной кислоты, ее нейтрализацию до соответствующих гидрофосфатов, их выделение, сушку и дегидратацию. Для производства дигидрофосфата калия обычно используются поташ или гидроксид калия и фосфорная кислота. В результате удобрение получается дорогим, а масштабы его производства невелики. Не удовлетворяется даже потребность сельского хозяйства в удобрениях для теплиц.

Необходимость расширения масштабов производства фосфорнокислых солей определяется как увеличением спроса на минеральные удобрения со стороны традиционных потребителей, так и расширением областей их применения в народном хозяйстве.

Существующие методы производства фосфата калия не позволяют решить эту задачу. Необходима разработка новых технологий, основанных на других

технических решениях и с применением До0£.сш|ц<шмим1мтасов.

пк<

БИБЛИОТЕКА 1

В связи с этим представляется перспективным использование для производства дигидрофосфата калия конверсионного процесса, основанного на взаимодействии дигидрофосфата натрия с хлоридом калия Это позволяет использовать более доступные и дешевые сырьевые ресурсы и организовать производство конкурентоспособной продукции.

Применение метода конверсии для производства дигидрофосфата калия, привлекает простотой отдельных стадий технологического процесса, использованием доступного и дешевого сырья и возможностью получения высококачественного продукта В качестве сырьевых ресурсов вместо термической фосфорной кислоты в конверсионном процессе используется экстракционная фосфорная кислота, а заменителями поташа являются сода, хлорид калия, сюп,винит(ТЧаС1 + КС1) либо сильвиниговые отходы. Однако, для решения поставленной проблемы необходимо с одной стороны - получение новых научных данных о равновесии в образующихся сложных физико-химических системах, с другой стороны - проведение исследований для конкретизации параметров отдельных стадий технологического процесса, что и явилось содержанием данной работы.

Работа выполнена в соответствии с планами госбюджетных работ кафедры ТНВ СПбГТИ(ТУ) в 2001 - 2005.

Цель работы. Целью работы явилась разработка научных и технологических основ оптимизации производства дигидрофосфата калия конверсионным методом с использованием хлорида калия, сильвинитовых руд и рассолов, вторичных ресурсов, смесей состоящих из дигидрофосфата калия и дигидрофосфата натрия.

Для достижения указанной цели были постановлены следующие задачи: 1. Термодинамические расчеты диаграмм растворимости бинарных, трехкомпонентных систем в интервале температур 0 , 25, 50, 75, 100 °С, с помшцью уравнения Питцера;

вариантов получения

растворимости калия в

четырех компонентной системе К+, Ыа+1| С1" Н2РО4"- НгО при 25 °С и 100 °С;

3. Синтез и исследование получения дигидрофосфата калия методом конверсии, базированное на ресурсо - и материалосберегающих технологиях;

4. Оптимизация технологических процессов получения дигидрофосфата калия конверсионным методом с использованием в качестве исходных реагентов хлорида калия, сильвинитовых руд и рассолов, смесей содержащих дигидрофосфаты натрия и калия. Разработка безотходного технологического процесса;

5. Исследование физико-химических свойств растворов в производстве дигидрофосфата калия.

Научная новизна. Получены новые научные данные о растворимости в бинарных и тройных системах при температурах от 0 до 100° С.

Графическим анализом с помощью диаграмм растворимости в четырехкомпонентной системе К+, Ка+ ]| С1" Н2РО4"- НгО при 25 °С и 100 °С, а также специально поставленными опытами получены новые научные данные, о фазовых равновесиях и степенях превращения реагентов позволяющие организовать производства комплексных удобрений содержащих калий и фосфор, используя при этом сильвинитовые руды и рассолы, а также полупродукты частных производств состоящие то дигидрофосфатов калия и натрия. Обоснован новый способ производства дигидрофосфата калия в замкнутом цикле

Изучены физико-химических свойств растворов на различных стадиях технологического процесса.

Практическая значимость. На основании теоретического исследования с помощью фазовых диаграмм состояния и новых экспериментальных данных разработаны и предложены оригинальные научно-технологические решения отдельных стадий процесса получения дигидрофосфата калия конверсионном методом. Результаты технологических исследований позволили определить параметры технологического режима и предложить технологическую схему и

варианты аппаратурного оформления процесса при использовании различных ввдов сырья.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на XVI международной научно-технической конференции «Химические реактивы, реагенты и процессы малотоннажной химии» Реактив-2003 - Уфа; на VIII всероссийской конференции по проблемам науки и высшей школы «Фундаментальные исследования в технических университетах» СПбГПУ, г. СПб - 2004; на международной научно-технический конференции «Новые технологии рециклинга отходов производства и потребления» г. Минск - 2004.

Публикации. По результатам диссертации опубликовано 5 научных работ в том числе 2 статьи и 3 тезисов докладов на международных конференциях.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, общих выводов и приложения, списка использованной литературы (213 наименований). Диссертация изложена на 187 страницах машинописного текста, содержит 50 рисунок и 33 таблицы и 3 приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность организации промышленного выпуска дигидрофосфата калия, целесообразность оптимизации процессов его получения конверсионным методом и вовлечения в производство различных и сырьевых ресурсов в соответствии с конкретными возможностями химических предприятий.

В первой главе диссертационный работы приведены опубликованные в литературе сведения о физико-химических свойствах фосфатов калия, обзор методов получения дигидрофосфата калия и областях его применения.

Анализ литературных данных о фазовых равновесиях в водно-солевых системах, содержащих фосфаты натрия, калия и хлориды натрия и калия свидетельствует о наличии очень ограниченной информации о растворимости и

физико-химических свойствах растворов, в четырехкомпонентной водно-солевой системе К+, 1| СГ Н2Р04" - Н20.

Недостаточность сведений о растворимости в бинарных и тройных системах, составляющих четырехкомионентную водно-солевую систему К+, 1| СГ Н2РО4"- Н20 предопределяет необходимость дополнения этой области новыми данными.

На основании сопоставления различных методов из существующих методов получения дигидрофосфата калия сделан вывод о том, что наиболее перспективным является конверсионный процесс, основанный на обменном взаимодействии дигидрофосфата натрия и хлорида калия в водном растворе.

Конверсионный метод получения дигидрофосфата калия по сравнению с методом, основанным на нейтрализации фосфорной кислоты карбонатом или гидроксидом калия, основан на использовании более доступных и дешевых сырьевых ресурсов (фосфорной кислоты, соды, хлорида калия) и позволяет выпускать наряду с дигидрофосфатом калия в качестве дополнительной продукции хлорид натрия, что позволяет регулировать конкурентоспособность производства в соответствии с условиями рынка.

На основе анализа литературных данных сформулированы цель и задачи исследований, выбраны пути достижения поставленной цели.

Во второй главе представлены результаты теоретических исследований различных технологических циклов синтеза дигидрофосфата калия с помощью диаграммы растворимости в четырехкомпонентной водно-солевой системе К+,

СГН2Р04"- Н20 и обоснованы условия синтеза дигидрофосфата калия. Для решения вопросов, связанных с обоснованием технологии дигидрофосфата калия, потребовалось дополнение имеющейся в литературе информации о растворимости солей в более широком интервале температур и составов растворов. Расчетным путем дополнены сведения о растворимости в бинарных и тройных системах при различных температурах.

В работе проведен расчет растворимости в бинарных и тройных системах К+, Ыа+ || СГ - Н20 и К+ || СГ. Н2Р04" - Н20 по уравнению Пигцера,

термодинамических потенциалов и твердых фаз в интервале температур от 0 до 100 °С. Результаты термодинамического расчета хорошо согласуются с имеющимися в литературе экспериментальными данными (рис. 1 и 2). Третья глава. Посвящена разработке технологических процессов дигидрофосфата калия конверсионным методом, с использованием различных сырьевых ресурсов, а также установлению технологического режима данного синтеза.

Данные о растворимости в четырехкомпонентной системе обобщены в диссертации в виде квадратной диаграммы при температуре 25° и 100°С (рис. 3.).

Получение дигидрофосфата калия конверсионным методом основано на различном изменении растворимости солей при изменении температуры: растворимость дигидрофосфата калия с повышением температуры резко возрастает, тогда как растворимость хлорида натрия практически не изменяется

Диаграмма растворимости в системе К1" || С1" - Н2РО4' - Н20. при 25 и 100 °С. • - точки литературные данные; о - точки автора.

10

б

д

Рис. 2.

Рис. 1.

Таблица 1.

Растворимость в системе КН2РО4-КО-Н2О.

Т(°С) П1КС1 (моль/кг Н20) ШКШР04 (моль/кг Н20) Твердая фаза

25 4,56 0,36 0,8348 а-КН2Р04

25 3,69 0,5 0,8619 а - КН2РО4

25 1,59 1 0,9229 а-КН2Р04

25 0,42 1,5 0,9506 а-КН2Р04

25 0 1,76 0,9583 а - КН2РО4+КС1

25 4,74 0,15 0,8379 КС1

25 4,87 0 0,8401 КС1

100 5,89 3,08 0,6845 /?-КН2Р04

100 4,11 4 0,7243 /?-КН2Р04

100 2,45 5 0,7576 /?-КН2Р04

100 1 6 0,7832 ^-кн2ро4

100 0 6,75 0,798 Д-КН2Р04+КС1

100 6,66 2 0,7035 КС1

100 7,33 1 0,7189 КС1

100 7,95 0 0,7328 КС1

На диаграмме растворимости(рис.З.) выделяются четыре поля кристаллизации ЫаС1, КС1, МаН2Р04 и КН2Р04. Е1 и Е2 - эвтонические точки при температурах 25° и 100 °С, в которых раствор находится в равновесии с тремя солями. Эти точки расположены вне треугольника состава находящихся в твердой фазе солей и растворы в них являются инконгруэнтно насыщенными.

Поле кристаллизация КН2 Р04 на диаграмме растворимости системы На+, К+ || С1Н2 Р04" - Н20 при 25 °С занимает большую часть площади квадрата, чем при 100 °С.

Поле кристаллизации NaCl при температуре 100 °С значительно увеличивается, по сравнению с полем кристаллизации при 25 °С, за счет уменьшения поля кристаллизации КН2Р04. Следовательно, растворимость КН2РО4 в несколько раз увеличивается и подобный раствор при охлаждении способен выделять в осадок КН2Р04. С повышением температуры, вследствие увеличения общей растворимости, значения водных чисел уменьшаются.

На основе анализа диаграммы растворимости взаимной системы солей, нами рассчитаны различные циклические процессы получения дигидрофосфата калия и хлорида натрия из дигидрофосфата натрия и хлорида калия методом конверсии (рис. 3).

Исходя из этого, нами графически исследованы различные технологические циклы и выбран наиболее перспективные процессы получения дигидрофосфата калия с использованием реальных сырьевых композиций. На рис 3 представлены два технологических цикла получения дигидрофосфата калия' в области составов растворов обогащенных либо фосфатами, либо хлоридами.

Оборотный раствор, поступающий в цикл изображен точкой Р3 (Р6). К нему добавляется хлорид калия и точка состава системы смещается в точку S3 (S(,), которая определяется как точка пересечения линий КС1 - Р3 (Р6) и NaCl -Q3 (Qe). Далее раствор нагревается до температуры 100°С, при этой температуре протекает реакция ионного обмена солей, после чего из раствора выпариваем удаляется необходимое количество воды для создания насыщения NaCl.

Выпарку мы ведем при 100 °С, в этом случае точка S3 ( S6) находится в поле кристаллизации NaCl и при удалении воды фигуративная точка состава раствора будет перемещаться по пути кристаллизации NaCl, S3 - Q3 (Sf, - Q6). К концу выпарки КС1 растворяется, а в осадок выпадает NaCl, состав раствора изменяется по направлению луча NaCl - Q3 (Qe). Затем маточный раствор Q3 (Q6) охлаждается от температуры 100 °С до 25 °С. Изменение состава раствора следует по лучу КН2 Р04 - Q3 ( Qe) до точки М3 ( М6) с выделением в осадок КН2 Р04.

и

В точке М3 (М6) кристаллизацию КН2Р04 необходимо прекратить, поскольку охлажденный раствор оказывается насыщенным также и №С1 на границе поля кристаллизации КаС1 Дальнейшее понижение температура приводит к загрязнению полученного продукта хлоридом натрия. Кроме того, это приводит к уменьшению крупности кристаллов КН2РО4. Это можно объяснить тем, что при дальнейшем увеличении переохлаждения раствора резко возрастает число центров кристаллизации Количество КН2Р04, кристаллизующееся на участке СЬ ( Об ) - М3 ( М6 ) луча кристаллизации КН2 Р04 - М3 (Мб), максимально; следовательно, и выход продукта по отношению к затраченным исходным материалам будет также максимальным. После фильтрации дигидрофосфата калия, оставшийся маточный раствор М3 (Мб) возвращается в технологический цикл.

Луч кристаллизации КН?Р04 Б - М3 (О -МД на водной диаграмме проходит выше точки СЬ1 (Об) Поэтому перед охлаждением маточного раствора необходимо добавить воду 03' - Оз " (Об - Об" ) во избежание загрязнения продукта хлоридом натрия.

Чтобы выкристаллизовать №С1 в точке 03 ( 06), из раствора нужно выпаривать при 100 °С избыточную воду, фигуративные точки будут перемещаться при этом по линиям Бз" - Бз' ( 8б" - Бе).

Как видно из диаграммы растворимости четырехкомпонентной системы КН2Р04 - N8 Н2Р04 - ¡чГаС1 - КС1 - Н20,' для получения дигидрофосфата калия более благоприятным условием является проведение процесса в разбавленных растворах, так как в этой области легче контролировать процесс добавления и выпаривания воды в цикле, с другой стороны, из разбавленных растворов возможно получить более крупные кристаллы по сравнению с работой в области концентрированных растворов, где оказывается неблагоприятное влиянии на процесс фильтрации.

Выпаривание воды в концентрированных растворах оказывает серьезное влияние на затраты энергоресурсов, однако, в этом случае получаем

дигидрофосфат калия с меньшим содержанием иона хлора и тому же нет необходимости промывать продукт водой

Экспериментально установлено, что конверсионный процесс разложения солей происходит приблизительно в течение двух часов при температуре 100 °С. На участке лучей S3 - Q3 (S6 - Qö) кристаллизуется NaCl.

Кристаллы отделяются фильтрованием, полученный осадок промывается водой, затем высушивается при температуре 115 — 120 °С. Оставшийся маточный раствор охлаждается до 25 °С по лучу КН2РО4 - Q3 - М3 ( КН2Р04 - Q6 - Мб), отфильтровывается выкристаллизовавшийся КН2РО4, осадок промывается водой, затем высушивается при температуры 115 -120 °С.

После завершения процесса - к маточному раствору М3 (Мб) можно добавить последовательно новую порцию NaH2P04, М3 - Р3 ( M« - Рб ) и соответствующее количество KCl лучи Р3 - S3 (Р6 - S6). При 100 °С из раствора S3 выкристаллизуем NaCl, S3 - Q3 (Si - Qö) и цикл замыкается.

Рассмотренные циклы рис.3, отличаются тем, что каждый из них проводится в области разных составов растворов и поэтому отделяемые при фильтровании кристаллы дигидрофосфата калия и хлорида натрия первоначально смочены маточными растворами различного состава. После дополнительной промывки осадков содержание иона-хлора в них снижено до 1,62 - 0,60 %. В качестве промывной жидкости использовали воду, вводимую в процесс после отделения кристаллов NaCl. Во втором случае, при получении дигидрофосфата калия из более концентрированного раствора, возможно проводить процесс без дополнительной стадии промывки, при этом содержание иона - хлора в продукте будет от 1,80 до 2,30 %. В обоих циклах процесс фильтрации протекает достаточно интенсивно. Съем влажного осадки в 1 м2 фильтра в час составляет от 880 до 1380 кг.

Полученный осадок хлорида натрия возможно использовать в технических целях, например, в качестве ангигололедного средства с небольшим содержанием фосфата для зашиты от коррозии.

Рис. 3.

Циклические процессы получения К Н2 Р04 в четырехкомпоненгной системе №+,К+||СГ,Н2Р04"-Н20

Таким образом, на основе теоретических расчетов, нами установлены области проведения технологических процессов в четырехкомпонентной водно-солевой системе К+ II СГ, Н2 Р04 - Н20. Теоретическими расчетами также установлены оптимальные соотношения между реагентами, обеспечивающие получение дигидрофосфата калия с заданными свойствами и выбран наиболее благоприятный вариант реализации технологического цикла. Рассчитаны различные технологические варианты, используя при этом дешевые сырьевые

источники (экстракционная фосфорная кислота, сода, хлорид калия, сильвинит, рассолы и смесь состоящую из фосфатов калия и натрия).

Установлена зависимость качества получаемых продуктов от условий синтеза и применяемого сырья (время пребывания в реакторе при синтезе, температурный режим в процессе охлаждения, фильтрующие свойства осадков)

Экспериментальные данные полученные нами из различных видов сырья представлены на таб.2.

На рисунках 4 и 5 представлены термограмма и ИК-спектры дигидрофосфата калия, полученного конверсионным методом из дигидрофосфата натрия и хлорида калия.

В главе приведены результаты исследования физико-химических свойств растворов, образующихся при получении дигидрофосфата калия методом конверсии в четырехкомпонентной водно-солевой системе К+1| СГ, Н2 Р04'-Н20 при различных температурах. На рисунке 6 приводятся результаты

Таблица. 2.

Полученный состав осадков при добавлении КС1

Приме- Состав фосфата Состав хлорида Маточный

ненное калия, % натрия, % раствор, %

сырье P2O5 к2о Na20 C1 р2о, к2о NajO С1 Р2О5 к2о Na20 С1

1кС! + 48,89 33,06 1,67 0,60 2,12 1,80 60,19 56,80 6,41 4,40 12,70 8,00

р<»щ>о,

II(KCWtaCl)+ 48,95 31,72 0,97 0,46 1,62 1,78 47,96 58,42 5,31 530 7,71 4,30

NiHjPO,

III KCI + 51,89 33,72 2,41 0,68 7,10 5,66 48,74 42,80 9,44 5,77 10,77 9,50

(KHJ>0,+ NribPO«) 1

экспериментального изучения зависимости КаН2Р04:КН2Р04'.ЫаС1 = 6,2:2,4:1 плотности растворов смеси солей от температуры. При увеличении концентрации смеси солей в растворе от 15,01%. до 22,42% плотность смеси солей увеличивается в интервале 1056 - 1110 кг/м3, и с увеличением температура плотность растворов смеси солей в растворе уменьшается от 1151 до 1110 кг/м3.

Из-за отсутствий в литературе данных о вязкости растворов в системе К4 ]| СГ, Н2 Р04'-Н20. Исследована температурная зависимость вязкости и плотности растворов смеси солей при температурах 25 50 75 0 и 90 °С

Установлено, что вязкость с увеличением концентрации растворов растет тем быстрее, чем ниже температура.

о £

Рис. 4. Дериватограмма КН2РС>4

I * 5 *8 йЛ 1 218 Е « а 5 т * г^т" Т т'Т ТТ'т [ 11 т т'т'т'т'Т I . Тт ТПТ

. }

5 а » ?

Рис.5.

Рентгенограмма КН2РО4

I ' с

Рис. 6.

Зависимость плотности растворов фосфатов натрия и калия от температуры и соотношения компонентов: отношение ИаНгРС^:КН2РО4:№С1 = 6,2:2,4:1 концентрация раствора, % : 1- 22,42; 2-18,51; 3-15,01.

Рассмотрение температурных зависимостей вязкости показало, что во всем исследованном интервале температур вязкость изученных растворов уменьшается в интервале от 1.423 до 0,484 мЛа-с по мере роста температуры и увеличивается с ростом концентрации от 0,484 до 0,747 мПа-с рис. 7. Результаты экспериментальных измерений, помимо научных целей, представляют практический и теоретический интерес с точки зрения регулированию параметров технологического процесса в производстве дигвдрофосфата калия.

«"с

Рис.7.

Зависимость вязкости растворов фосфатов натрия и калия от температуры и соотношения компонентов: отношение КН2Р04: КС1 = 7,3 1 концентрация раствора, %• 1- 16,77; 2-14,02; 3-12,49.

В конце глав технологическая схема и расходные коэффициенты основных вида сырья для производство 1т. фосфата калия рис. 8 и таб. 3

Таблица 3

материалов на одну тонну дигидрофосфат калия.

№ варианта NaH2P04, кг. КН2Р04, кг Иаа, кг. КС1, кг. ЫаС1П0ЯУЧ, кг.

1кС1 + !Ч*Н,РО« 881,7 - - 547,9 429,6

11ксН-И«а (шипп) 881,7 - 436,5 547,9 429,6

-^аНДО,

Ш КС1 + (КЩ>0,+ 881,7 1000 - 547,9 429,6

На основании экспериментальных исследований разработана основная технологическая схема получения дигидрофосфата калия, которая приведена на рис. 8.

В реактор(1) подается дигидрофосфат натрия и хлорид калия, туда же подается циркуляционный раствор. Реактор нагревается водяным паром до

заданной температуры, после двухчасового перемешивания суспензии, она выводится из реактора на фильтр(2), где фильтруется и промывается водой, затем полученный осадок направляется в барабанную сушилку(7), осадок сушат при температуре 110 -115 °С и полученный продукт отправляется на склад(9).

Маточный раствор после фильтрации направляется в кристаллизатор(З) где охлаждается до 25 °С, Полученная суспензия подается насосом(4) на фильтр(5), осадок промывает водой, затем его сушат в сушильной барабане(8) при температуре 110 -115 °С и продукт направляет на склад(Ю). Маточный раствор направляется насосом(б) в реактор(1). Таким образом технологический процесс замыкается и цикл повторяется.

КС1

Рис. 8.

1. Реактор с рубашкой; 2,5 фильтры; З.кристаллизатор; 4,6. насосы; 7,8.сушилки; 9,10. склад для солей КН2РО4 и №С1

ВЫВОДЫ

1. В диссертационной работе выполнены теоретические и экспериментальные исследования, позволившие разработать технологию бесхлорных фосфорно-калийных удобрений методом конверсии из дигидрофосфата натрия и хлористого калия, сильвинитовых руд и смеси, состоящей из дигидрофосфата калия и дигидрофосфата натрия (вторичных ресурсов) в производстве полифосфатов. 2 Теоретически и экспериментально обоснованы и разработаны новые технические решения для осуществления процесса получения дигидрофосфата калия с использованием более доступных материалов таких как хлористый калий, сильвинитовые руды и смесь состоящая из дигидрофосфата калия дигидрофосфата натрия (вторичные ресурсы) в производстве полифосфатов.

3. На основе анализа фазовых равновесий с помощью диаграмм растворимости в четырехкомпонентной водно-солевой системе К+, №+|| С1", Н2РО4" - Н20 при 25 °С и при 100 °С, впервые получены новые данные о возможности выделения дигидрофосфата калия и хлористого натрия путем кристаллизации их из растворов.

4. Изучены химические и физико-химические свойства дигидрофосфата калия плотность, вязкость растворов на различных стадиях технологического процесса в интервале температур 20 0 - 90 °С.

5. На основании выполненных исследований предложена принципиально новая технологическая схема получения дигидрофосфата калия и хлористого натрия, основанная на использовании вторичных ресурсов( КН2Р04 и МаНгРОД сильвинитовых рассолов ( №01 + КС1) и хлористого калия( КС1).

Предложенная нами технология, позволяет использовать все ценные компоненты сырья, а ее внедрение вовлечь в промышленную переработку различные виды дешевого сырья.

''274i

Основное содержание работы изложено в следук>"™х пубдтояггЛЛ-

2006-4

1. Агилар К. К., Дмитревский Б. А., Арапов О. В., Ча 13052

B. Расчет диаграмм фазовых равновесий в много!

кристаллизацией солей постоянного состава.//Тезисы Материалы XVI Международной научно-технической конференции. «Химические реактивы, реагенты и процессы малотоннажной химии». «Реактив 2003».- Уфа, 2003,-

C. 117-118..

2. Агилар К. К., Дмитревский Б. А., Арапов О. В., Чарыкова М. В., Чарыков Н. А. Фазовые равновесия в системах Na+, К+ И СГ - Н20, Na+, К+ п Н2 РО4" -Н20 при температурах 0 - 100 °С.//Журнал Прикладной Химии,- 2004.- Т. 77,-Вып. 6,-С. 894-899.

3. Агилар К. К., Дмитревский Б. А. Получение дигидрофосфата калия конверсионным методом. Химия и науки о материал ах.//Фундаментальные исследования в технических университетах: Материалы VIII Всероссийской конференции по проблемам науки и высшей школы.СПб.: 2004. СПбГПУ, Секция 5. С. 219 -220.

4. Агилар К.К., Дмитревский Б.А. Получение дигидрофосфата калия из фосфата натрия и хлорида калия конверсионным методом.//Журнал прикладной химии,- СПб., Деп. в ВИНИТИ РАН 21.10.2004, № 1648-В2004. 2004,- С. 7

5. Агилар К. К., Дмитревский Б. А. Получение дигидрофосфата калия из фосфата натрия конверсионным методом.//Международная научно-техническая конференция «Новые технологии рециклинга отходов производства и потребления». Тезисы докладов. Минск, 2004. С. 277-278.

01.02.05 г. Зак. 16-70 РТП ИК «Синтез» Московский пр., 26

Введение

1. Литературный обзор

1.1. Физико-хмические свойства дигидрофосфата калия

1.2. Методы получения дигидрофосфат калия

1.2.1. Метод нейтрализации

1.2.2. Метод конверсии 24 Заключение

1.3.Физико-химические свойства многокомпонентных систем, образующихся в производстве дигидрофосфата калия

1.3.1. Система Na+1| СГ - Н20; К+1| СГ - Н

1.3.2. Система Na+1| Н2Р04" - Н20; К+1| Н2Р04" - Н

1.3.3. СистемаNa+, К+|| СГ- Н

1.3.4. Система Na+|| СГ, Н2Р04" - Н

1.3.5. Система К+|| СГ, Н2Р04" - Н

1.3.6. Система К+, Na+|| Н2Р04" - Н

1.3.7. Система К+, Na+|| СГ, Н2Р04" - Н20 35 Заключение

1.4. Цель работы и постановка задач исследования

2. Теоретические исследования процесса получения дигидрофосфата калия в четырехкомпонентной системе Na+, К* || СГ, Н2Р04" - Н

2.1.Теоретическое исследование бинарных и тройных водно-солевых систем Na+, К+1| СГ - Н20 и Na+, К+1| Н2 Р04" - Н20 в интервале температур 0°-100 °С

Заключение

На основе анализа фазовых диаграмм четырехкомпонентной системы Na+, К+ИСГ , Н2РО4" - Н20, при температурах 25 °С и 100 °С, предложены различные варианты процесса получения дигидрофосфата калия методом конверсии

Рассмотрены варианты получения дигидрофосфата калия с использованием в качестве исходных реагентов фосфатов натрия и хлорида калия.

На основе диаграммы растворимости в четырехкомпонентной системе Na+, К+|| СГ , Н2РО4" - Н20, рассчитаны материальные потоки на отдельных стадиях технологического процесса.

3. Различные варианты технологических процессов получения дигидрофосфат калия методом конверсии

3.1. Получение дигидрофосфата калия из дигидрофосфата натрия и хлорида калия.

В первом варианте в качестве исходного компонента использовали дигидрофосфат натрия, являющийся полупродуктом, полученным путем нейтрализации фосфорной кислоты карбонатом натрия и хлорид калия.

Технологический процесс протекает следующим образом (см. рис. З.1.): в циркуляционный раствор добавляется дигидрофосфат натрия в точке Р0, далее добавляется хлористый калий в точке S0, затем раствор выпаривается до точки насыщения Q0[168], лежащая на линии проведенной из точки D до точки Мо, относится к точке насыщения хлористого натрия при 100 °С, после того как отделили осадок, маточный раствор охлаждается до температуры 25 °С[169,170] до точки Mi , при достигнутой температуре продукт отделяется фильтрованием, затем высушивается при температуре 115 - 120 °С, оставшийся маточный раствор направляется в цикл. Таким образом процесс замыкается (см. рис. 3.2.) и (см. прилож. 1).

Hp

1000-1

NaQic%

Na^P04o

1(xfc l—'—r~7—I—1—I—1—I—1—I—'—1—1—I—1—I—r

Co 10U 20 n 30 40 50 60 70 80 90 100

DK^P04

Рис. 3.1.

Первый вариант процесс получение дигидрофосфата калия в четырехкомпонентной системе Na+, К+ 11 СГ, Н2 РО4" - Н20 из дигидрофосфата натрия и хлорида калия

NaH2P04 39,59 г.

Маточный раствор 136,71 г.

Рис. 3.2.

Схема материальных потоков при получении дигидрофосфата калия с использованием хлористого калия

• * * * • *

91