Разработка проекта локальной очистной системы отходящих газов производства простого суперфосфата

     Министерство  образования и науки Российской Федерации

     Кафедра «Промышленной экологии» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     курсовой проект 

     по  курсу   «Промышленная экология» 
 

     на  тему: «Разработка проекта локальной очистной системы отходящих газов производства простого суперфосфата» 
 
 
 
 
 
 

     Выполнил студент

     очной формы обучения,

     специальности «Охрана

     окружающей среды и рациональное

     использование природных ресурсов»

     5-го  курса                                                                      А.М. Иванов 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Москва

     2010

Содержание 

Введение	4
Определение основных технологических решений очистки фторсодержащих отходящих газов производства простого суперфосфата	77
Разработка принципиальной технологической блок-схемы процесса очистки отходящих газов производства простого суперфосфата	88
Программа производственного экологического контроля	9
Расчет материального баланса проектируемого процесса очистки отходящих газов	10
Расчет и подбор основного и вспомогательного оборудования процесса очистки отходящих газов	16
Расчёт фильтра	117
Разработка принципиальной аппаратурной схемы процесса очистки фторсодержащих газов производства простого суперфосфата	118
Выводы	20
Перечень  источников информации	21
Приложение 1. Схема технологическая процесса очистки отходящих фторсодержащих газов производства простого суперфосфата	22
Приложение 2. Название твоего аппарата, кот. чертишь. Основной вид	23
Приложение 3. Схема аппаратурная процесса очистки отходящих газов производства простого суперфосфата	24

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение 

      Простым суперфосфатом называют водорастворимое  фосфорное удобрение, получаемое разложением  природных фосфатов серной кислотой. По внешнему виду он представляет собой  порошок или гранулы серого цвета. Основным действующим компонентом  простого суперфосфата является моногидрат монокальцийфосфата Ca(H₂PO₄)₂·H₂O.

Простой суперфосфат содержит 19-21% усвояемого Р₂О₅. [2].

     Фосфор  в суперфосфате находится главным  образом в виде Ca(H₂PO₄)₂·H₂O и свободной фосфорной кислоты. Его твёрдая фаза состоит из Ca(H₂PO₄)₂·H₂O, CaSO₄ с примесью CaSO₄·0,5H₂O, неразложенных минералов, кремнегеля SiO₂·H₂O и др. Доля твёрдых веществ в суперфосфате составляет 65-72%, в том числе 50-55% CaSO₄. Жидкая фаза состоит из водного раствора фосфорной кислоты, насыщенного монокальцийфосфатом; в качестве примесей в растворе присутствуют катионы Na⁺, K⁺, Mg²⁺, Al³⁺, Fe²⁺, Fe³⁺ и анионы SiF₆^2-, AlF₆^3- и др. [1].

     Практически в процессе производства простого суперфосфата разложение протекает в две стадии. На первой стадии около 70% апатита реагирует с серной кислотой. При этом образуется фосфорная кислота и полугидрат сульфата кальция:

Ca₅(PO4)₃F + 5H₂SO₄ + 2,5H₂O =

     = 5[CaSO₄·0,5H₂O]+ 3H₃PO₄ + HF

     После полного израсходования серной кислоты  начинается вторая стадия разложения, в которой оставшийся апатит (30%) разлагается фосфорной кислотой:

Ca₅(PO4)₃F + 7H₃РO₄ + 5H₂O =

     = 5[Ca(H₂PO₄)₂·H₂O] + 2HF

      Процесс разложения фторапатита серной кислотой может быть представлен суммарным  уравнением:

2Ca₅(PO4)₃F + 7H₂SO₄ + 6,5H₂O =

= 3[Ca(H₂PO₄)₂·H₂O] + 7[CaSO₄·0,5H₂O] + 2HF + 227,4 кДж

      Фторид  водорода, выделяющийся при разложении фторапатита, легко вступает в реакцию  с кремниевой кислотой, которая всегда присутствует в природных фосфатах. В результате  получается газообразный тетрафторид кремния и кремнефтористоводородную кислоту :

4HF+Н₂SiO₃ = SiF₄ +3H₂O

SiF₄+2HF = H₂SiF₆

      Кремнефтористоводородная  кислота превращается в кремнефториды  кальция, натрия и калия, а тетрафторид  кремния частично выделяется в газообразном состоянии.

     Выделение из реакционной смеси газообразных фторидов, а также паров воды придаёт затвердевшему суперфосфату пористую структуру, что улучшает его физические свойства. [2].

      В настоящее время утилизация фтора  в промышленности налажена главным  образом из газовой фазы. Полностью  извлекать фтор из фосфатов не удаётся, поэтому полезно используется лишь около 13% от его количества, содержащегося в фосфатном сырье. Значительная часть фтора переходит в удобрение и в дальнейшем, попадая в почву, в подземные и внутренние водоемы, загрязняет их. [3].

     Фторсодержащие  газы (HF и SiF₄) обладают очень сильным раздражающим действием на верхние дыхательные пути, вызывая хронические заболевания органов дыхания, болезнь дёсен, разрушение зубов, тошноту, рвоту; при острых отравлениях действуют на центральную нервную систему и ткани мышц. [2]. ПДК_СС в пересчёте на HF составляет 0,005 мг/м³.

     Учитывая  эти данные, в производстве простого суперфосфата необходимо установить очистные сооружения отходящих газов для  обеспечения безопасного уровня концентрации фторсодержащих газов. Из улавливаемого при очистке фторсодержащего газа можно производить образование кремнефтористоводородной кислоты в качестве товарного продукта.

      

     Методы  очистки фторсодержащих газов 

1. Абсорбция водой.

Фторид  водорода и тетрафторид кремния  хорошо растворимы в воде. При растворении тетрафторида кремния обычно получается 10-22% раствор кремнефтористоводородной кислоты, которая может использоваться для получения фтористых солей. Процесс проводится в насадочных, распыливающих, тарельчатых колоннах и скруберрах Вентури. Степень очистки газов достигает 90-95%. Для более глубокой очистки могут использоваться добавки в виде солей и щелочей или проводится двухступенчатая абсорбция.

2. Двухступенчатая абсорбция

Данный  метод предназначен для более  глубокой очистки по сравнению с одноступенчатой абсорбцией водой и отличается тем, что в первой ступени поступающий на очистку газ орошается раствором кремнефтористоводородной кислоты, полученным на второй ступени, а на второй ступени уже чистой водой. Данный метод позволяет очищать газ от фторсодержащих соединений более 99%, получая в качестве продукта кремнефтористоводородную кислоту концентрацией до 25-30% H₂SiF₆ при производительности установок по газу 25 или 36 тыс. м³/ч.

3. Абсорбция известковым молоком

Как правило, применяется при доочистке газового потока до санитарных норм. Позволяет резко снизить содержание туманообразных фтористых соединений. Содержание фтора при этом в 2-3 раза ниже, чем при водной промывке.

4. Абсорбция растворами, содержащими аммонийные соли

Газовый поток обрабатывают циркулирующим аммонийным раствором, содержащим растворенный фторид натрия, карбонат и гидрокарбонат аммония, аммиак и фторид аммония. В результате данного метода очистки удается получить товарный продукт-фторид натрия. Степень очистки 95%.

5. Хемосорбция

Для поглощения тетрафторида кремния используют фторид натрия. Для поглощения фторида водорода – кусочки известняка, глинозем, фторид натрия. При поглощении известняком  получается товарный продукт - флуорит. Степень очистки достигает 95%.[4].

6. Нейтрализация гидроксидом алюминия и содой

Недостатки: большой объем сточных вод; отход  производства – кремнегель влажностью 70% [4].

7. Аммиачный метод

Достоинства: возможность получения высокомодульного криолита; возможность использования выделяющегося аммиака при получении фторида аммония. [3]. 

     Из  выше предложенных вариантов, для получения  кремнефтористоводородной кислоты  лучше всего подходит двухступенчатая абсорбция, так как в нашем случае при расходе газа 36000 м³/ч достигается степень очистки газа больше 99% с получением 25-30% раствора H₂SiF₆. Для доочистки отходящего газа лучше всего использовать абсорбцию известковым молоком. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Определение основных технологических  решений процесса очистки отходящих  газов производства двойного суперфосфата с дальнейшим получением криолита. 

    На  очистку от производства простого суперфосфата поступает газ:

      – расход газа – 36000 м³/час;

      – концентрация фтористых соединений  – 2500 мг/м³;

      – соотношение HF:SiF₄ =1:1.

    Для очистки фторсодержащего газа  выбираем двухступенчатую абсорбцию водой с получением кремнефтористоводородной кислоты. Так как данный метод не очистит газ от соединений фтора до ПДКмр, то в качестве доочистки выбираем абсорбцию известковым молоком.  

Основные  технологические  решения 

Основные входные  потоки: фторсодержащий газ.

Основные выходные потоки: – очищенный от фтористых соединений газ;

                       – кремнефтористоводородная кислота.  

Таблица 1

№ п.п	Материальный  поток	Технологическая операция	Характеристики  операции
1	Фторсодержащий газ	Абсорбция 0,8%-й кремнефтористо-водородной кислотой               (1 ступень)	36 000 м3/ч, поглощается 98% фтористых соединений, остаток – 50 мг/м3, процесс непрерывный; образование 30%-й кремнефтористоводородной кислоты
2	Фторсодержащий  газ	Абсорбция чистой водой (2 ступень)	36 000 м3/ч, поглощается 95% фтористых соединений, остаточное содержание соединений фтора – 2,5  мг/м3, процесс непрерывный; образование 0,8%-й кремнефтористоводородной кислоты
3	Фторсодержащий  газ	Хемосорбция (с известковым молоком)	36000 м3/ч, остаточное содержание соединений фтора – 0,065  мг/м3, процесс непрерывный; образование суспензии, содержащей фторид кальция
4	Раствор кремнефтористо-водородной кислоты (30%), содержащий кремнегель (Т:Ж = 1:40)	Сгущение (отстаивание)	6,74 м3/сутки раствора, процесс периодический, образование суспензии (Т:Ж=1:4)
5	Суспензия, содержащая кремнегель (Т:Ж=1:4)	Фильтрация	1,48 м3/сутки суспензии, 0,72м3/сутки промывной воды, процесс периодический, образование осадка кремнегеля 50% вл.
6	Кремнефтористоводо-родная кислота (27,5%)	Сбор	7,1 м3/сутки, процесс непрерывный