• 021-77869979
  • سفارش طرح توجیهی : 09360555304
  • این آدرس ایمیل توسط spambots حفاظت می شود. برای دیدن شما نیاز به جاوا اسکریپت دارید
  • 24/7

طرح توجیهی اسید فسفریک ⚗️جهت مجوز و وام (0 تا 100 تولید)

(9 votes, average 4 out of 5)

طرح توجیهی اسید فسفریک

جهت نگارش مطالعات بازار و طرح توجیهی تولید اسید فسفریک با اطلاعات کاملاً به روز برای سال 1401 ، با فرمت DOC و PDF و با گزارش گیری نرم افزار کامفار ، جهت اخذ مجوز یا ارائه به بانک ، این صفحه را مطالعه نموده و سپس با ما تماس بگیرید . ضمنا میتوانید فایل pdf طرح توجیهی کارخانه تولید اسید فسفریک را که در سال های قبل نگارش شده است را صرفا جهت مطالعه از انتهای صفحه دانلود نمایید.


✔️ اسید فسفریک چیست و چه انواعی دارد !


فسفریک اسید با فرمول 4H3PO با نامهای مترادف ارتو فسفریک اسید ، اسید فسفریک سفید ، محلول اسید فسفریک ، پس از اسید سولفوریک بیشترین تولید و مصرف را در جهان دارد. اسید فسفریک  که در زیر مجموعه اسیدهای غیر آلی و تحت کد آیسیک (ISIC) 24111317 است ، به عنوان ماده میانی بین سنگ فسفات و مواد فسفاته محسوب می شود.

بیشترین مصرف اسید فسفریک در تولید نمکهای فسفاته همراه با کودهای شیمیایی است که بزرگترین بازار را در بر می گیرد.

بازارهای کوچکتر این ماده در تولید مواد شیمیایی مورد استفاده در تصفیه آب، سازندهای مواد پاک کننده و مواد کنترل کننده آتش است. 

اسید فسفریک از اسیدهای معدنی مهم دارای تنوع مصرف بسیار از قبیل صنایع کودهای شیمیایی، غذایی، داروئی، آبکاری و ریخته گری، تولید املاح فسفاته، تولید الیاف مصنوعی ،چسب و رنگ، پاک کننده های صنعتی و بهداشتی و... است.

اسید فسفریک

✳️ اسید فسفریک به سه نوع مشهور در جهان تولید می شود که به ترتیب درصد خلوص عبارتند از :  

  • اسید فسفریک خام
  • اسید فسفریک صنعتی
  • اسید فسفریک خوراکی

اسید فسفریک صنعتی و خوراکی از تصفیه اسید خام بدست می آیند. در حال حاضر حداقل 30 نوع از مشتقات اسید فسفریک در کشور مورد استفاده قرار می گیرد که مهمترین آنها کودهای شیمیایی دی آمونیوم فسفات و سوپر فسفات کلسیم ، تری پلی فسفات و فسفات های کلسیم و سدیم هستند.

اسید فسفریک خام معمولاً از واکنش شیمیایی اسید سولفوریک با خاک فسفات P2O5 تولید شده و سپس در واحدهای تصفیه ، به اسید فسفریک صنعتی و خوراکی تبدیل می شود.

اسید فسفریک (H3PO4) یک اسید غیر آلی است که پس از اسید سولفوریک بیشترین تولید و مصرف را در جهان دارد. این ماده به عنوان ماده میانی بین سنگ فسفات و مواد فسفاته محسوب شده و معمول ترین گرید تجاری اسید فسفریک ، 23.7% فسفر و یا  54% ،  P2O5 دارد.

علاوه بر طبقه بندی اسید فسفریک بر اساس روش تولید (فرآیند تر و گرمایی) ، این ماده بر اساس درصد وزنی P2O5، شکل مولکولی (اورتو یا پلی) ، کیفیت و پارامترهای بازار نیز طبقه بندی می شود.

✳️ در زیر خلاصه ای از طبقه بندی های رایج استفاده شده برای اسید فسفریک ارائه شده است :

1 - اسید گرمایی :

نام عمومی برای اسید تولید شده توسط احتراق عنصر فسفر و هیدراسیون  P2O5  حاصل.

2 - اسید با فرآیند تر:  

نام عمومی برای اسید تولید شده توسط واکنش یک اسید غیر آلی (معمولاً اسید سولفوریک) با سنگ فسفات.

3 - اورتو فسفریک اسید:  

تمام فسفات های محتوی کمتر از  P2O5 68.5%، به شکل مولکولی اورتو هستند. گرید تجاری اورتو فسفریک اسید (MGA) معمولا شامل 52-54%  P2O5بوده و عمدتاً در تولید فسفات آمونیوم جامد و کود های سوپر فسفات استفاده می شود.

4 - سوپر فسفریک اسید (SPA) :

اگر درصد P2O5 بیش از 68.5%باشد ، دی هیدراسیون مولکولی آغاز شده و موجب تولید مقادیر مختلف مولکولهای پلی فسفات می شود. SPA معمولاً شامل70% ،P2O5  است. تقریباً تمام SPA در تولید کودهای مایع استفاده می شود.

5 - اسید فیلتر شده:  

اسیدی که توسط فرآیند تر تولید و از فیلتر بازیافت می شود (برای زدودن گچ به عنوان محصول جانبی) ، یک محلول رقیق 28–30 % ، P2O5 است. این اسید فیلتر شده یا قبل از استفاده تغلیظ می شود و یا در تولید فسفات دی آمونیوم (DAP) استفاده می شود.

6 - اسید سیاه:  

مقداری از مواد آلی موجود در بعضی سنگ های فسفات در حین اسیدی کردن ، حل شده و حتی پس از فیلتراسیون گچ به صورت سوسپانسیون باقی می ماند.

اسید حاصل که حاوی این ذرات کلوییدی پخش شده است ، تیره یا سیاه می باشد. پس از تغلیظ به گرید تجاری اسید اورتو فسفریک (GMA) یا سوپر فسفریک (SPA) تبدیل می شود. این اسید معمولاً در تولید کودهای فسفاته استفاده می شود.

7 - اسید سبز :

 اسید تر تولید شده از سنگ فسفات کلسیم دار ، معمولاً شامل کمتر از 0/3% جامدات معلق است و بنابراین به صورت شفاف (عبور دهنده نور) و به رنگ سبز دیده می شود.

اگر اسید سبز تا 52-54 % P2O5 تغلیظ شود ، عمدتاً در تولید فسفات های آمونیوم جامد استفاده می شود و در صورتی که 68–72 % P2O5 داشته باشد ، در تولید کود های مایع و غذای دام و طیور استفاده می شود.

8 - گرید تجاری یا شفاف اسید (MGA) :

این اسید همان اسید سبز یا سیاه (معمولاً 52-54 % P2O5) است که مقدار جامدات معلق آن کاهش یافته است کمتر از (2%) این اسید عمده ترین اسید تجاری است.

9 - اسید مرطوب خالص سازی شده :

اسید فسفریک حاصل از روش تر است که اکثر ناخالصی های آن توسط استخراج با حلال گرفته شده است. حلال ها معمولاً در آب غیر قابل حل می باشند ، ولی استخراج می تواند توسط حلال های قابل حل در آب نیز انجام گیرد.

در حال حاضر خالص سازی اسید فسفریک توسط ته نشینی ناخالصی ها نیز در دست بررسی است. این اسید خالص شده ، برای بسیاری از مصارف غذایی و صنعتی قابل استفاده است.

10 - اسید گرید خوراک دام و طیور :

 اسید هایی که حاوی مقدار بسیار کمی فلوئور ، آرسنیک و فلزات سنگین هستند ، در تولید خوراک دام و طیور استفاده می شوند.

11 - اسید گرید خوراکی :

اسید تولید شده از روش گرمایی با خلوص بالا است که محتوی مقدار بسیار کمی آرسنیک، فلوئور و فلزات سنگین است. این نوع اسید در محصولاتی مانند مواد غذایی ، نوشیدنی ها و خمیر دندان استفاده می شود.

✳️ استانداردهای اسید فسفریک

اسید فسفریک چیست و چه انواعی دارد !

اسید فسفریک خوراکی یا قابل مصرف در صنایع غذایی به لحاظ اهمیت و مصرف آنها در صنایع مذکور دارای استاندارد ویژه ایی می باشد که ویژگیها و روش آزمون آن در استاندارد ملی به شماره 2884 تدوین و مورد تصویب قرار گرفته است.

اسید فسفریک صنعتی دارای استاندارد خاصی نیست ولی روش اندازه گیری کلسیم، آهن و سولفاتها در آن به استانداردهای 1068 ، 1081 و 1080 مشخص شده است.

استاندارد های جهانی اسید فسفریک به قرار زیر میباشد :

  • آنالیز اسید فوسفوریک (ASTM E 385 - 95)
  • کاربرد صنعتی اسید فسفریک - اندازه گیری سولفات : (ISO - 2997)
  • کاربرد صنعتی اسید فسفریک - اندازه گیری فسفر : (ISO – 3706 : 1976)
  • کاربرد صنعتی اسید فسفریک - اندازه گیری کلسیم : (ISO – 3707 : 1976)
  • کاربرد صنعتی اسید فسفریک - اندازه گیری کلرید : (ISO – 3708 : 1976)
  • کاربرد صنعتی اسید فسفریک - اندازه گیری اکسیژن و نیتروژن : (ISO – 3709 : 1976)
  • کاربرد صنعتی اسید فسفریک - راهنمای نمونه برداری : (ISO – 4285 : 1977)

 آنالیز اسید فسفریک جهت مصارف آزمایشگاهی :

  • 5P2O : 55-88
  • اسید فسفریک خالص : 61-63
  • کلر : 0.0005
  • سولفات : 0.005
  • نیترات : 0.001
  • آرسنیک : 0.001
  • سایر فلزات سنگین : 0.0002
  • هیپوفسفیت ها : 0.02

مشخصات فیزیکی و شیمیایی اسید فسفریک نوع تجاری :

  • 5P2O : 52-54
  • انیدرید سولفوریک : 2.65 – 2.9
  • اکسید کلسیم : 0.1 - 1
  • اکسید آهن : 0.6 – 2.5
  • اکسید آلومینیم : 0.7 - 2
  • فلور : 0.2 – 1.35
  • اکسید سیلیس : 0 – 0.16
  • اکسید منیزیم : 0 – 1.1

آنالیز و مشخصات شیمیایی اسید فسفریک از نوع تکنیکال مورد استفاده در صنایع :

  • غلظت : 58 درصد
  • P2O5 : 61.6
  • F : 10 ppm
  • Fe : 40-60 ppm
  • As : 1 ppm
  • Pb : 3 ppm
  • Cd : 3 ppm
  • Mg : 35 ppm
  • Cu : 1 ppm
  • Cr : 5 ppm
  • Cl : 40 ppm
  • Ni : 30 ppm

تعرفه های گمرکی اسید فسفریک به قرار زیر میباشد :

  • تعرفه گمرکی اسید فسفریک با درجه خلوص کمتر از 55 درصد : (2809.20.10)
  • تعرفه گمرکی اسید فسفریک خوراکی با درجه خلوص 55-85 درصد : (2809.20.20)
  • تعرفه گمرکی سایر : (2809.20.90)

✔️ خواص فیزیکی و شیمیایی اسید فسفریک !


اسید فسفریک یک اسید سه بنیانی است که اولین یون هیدروژن آن به شدت یونیزه شده و دومین و سومین یون ضعیف تر هستند :

H3PO4 <===> H2PO4- <===> HPO2-4 <===> PO43-

K1 = 7.1*10-3         K2 = 6.3*10-8        K3 = 4.4*10-13

بنابراین اسید فسفریک می تواند هم نمک های اسیدی ، هم نمک های بازی را تولید نماید. مخلوط نمک های مونو هیدروژن و دی هیدروژن  H3PO4در PH=6-8  بعنوان بافر عمل می کند.

اسید فسفریک در دمای اتاق ، در کنار خاصیت اسیدی خود ، تقریباً واکنش ناپذیر است. این اسید گاهی به دلیل فقدان خواص اکسید کننده به جای اسید سولفوریک استفاده می شود. احیای اسید فسفریک توسط کاهنده های قوی از قبیل H2 و C در دماهای زیر 350-400oC انجام نمی گیرد.

در دماهای بالاتر ، این اسید با بیشتر فلزات و اکسید آن ها واکنش می دهد. اسید فسفریک قوی تر از اسید های استیک ، اگزالیگ ، سالیسیک و برومیک بوده و از اسید های سولفوریک ، نیتریک ، هیدروکلوریک و کرومیک ضعیفتر است.

اسید فسفریک خالص ، یک جامد کریستالی و سفید است که در دمای42.35oC ذوب می شود.

وقتی اسید فسفریک آبدار ذوب شود ، طبق معادله زیر تغییر آرایش پیدا می کند :

2H3PO4 <===> H4P2O7  + H2O

اگر اسید آبدار در حالت مذاب باشد ، نقطه انجماد به تدریج پس از هفته ها به مقدار تعادلی  34.60Cمی رسد و این موضوع به دلیل حضور حدود 6% مولی پیروفسفریک اسید است.

بنابراین نقطه ذوب اسید فسفریک تابعی از طول زمان بوده و ممکن است در مقالات مختلف ، مقادیر مختلفی گزارش شده باشد. اسید فسفریک خالص به راحتی سرد شده و معمولاً می تواند ، برای مدت زمان زیادی بدون کریستاله شدن در زیر دمای 10-200C ذوب ذخیره شود.

در محلول های اسید فسفریک ، بین هیدروژن اتصال های زیادی ایجاد می شود. در محلول های غلیظ شده (H3PO4 86%) و همچنین در ساختارهای کریستالی اسید آبدار و نیمه آبدار ، گروه های PO4 چهار وجهی توسط اتصالات هیدروژن به هم می پیوندند.

نقطه جوش ، نقطه انجماد ، دانسیته و ویسکوزیته محلول اسید فسفریک با غلظت های متفاوت در جدول 1-2 و فشار بخار محلولهای H3PO4 در دماهای مختلف در جدول 2-2 ارائه شده است.

خواص فیزیکی و شیمیایی اسید فسفریک

خواص فیزیکی و شیمیایی اسید فسفریک


✔️ تشریح موارد مصرف و کاربرد های اسید فسفریک !


بطور کلی اسید فسفریک در موارد زیر بکار می رود :

  1. در تولید کودهای شیمیایی
  2. در تولید مواد غذایی
  3. در تولید خوراک دام و طیور
  4. در تولید مواد شوینده
  5. در پزشکی
  6. سایر کاربردها

اسید فسفریک خام در صنایع کودهای شیمیایی ، اسید فسفریک صنعتی در صنایع فسفاته کننده ها و شوینده های صنعتی ، چربی گیرها و زنگبرها ، صنایع نساجی و صنایع تولید ظروف تفلون و غیره و اسید فسفریک خوراکی به طور عمده در صنایع تولید روغن نباتی و تولید عصاره های نوشابه استفاده می شود.

همچنین اسید فسفریک صنعتی به صورت مشتقاتی مانند سدیم تری پلی فسفات (STPP) ، فسفات های کلسیم (مونو ، دی و تری کلسیم فسفات) ، سدیم پلی فسفات ، مونو ، دی و تری سدیم فسفات ، سدیم اسید پیروفسفات ، سدیم مونو فلوئور و فسفات ، فسفات روی و ... و اسید خوراکی نیز در قالب مشتقاتی چون سدیم هگزا متافسفات و برخی محصولات دارویی ، در کشور مورد استفاده قرار می گیرند.

از نظر تئوری ، اسید فسفریک تولید شده از روش تر عمدتاً در مصارف کشاورزی کاربرد داشته و در عوض از اسید فسفریک تولید شده از روش حرارتی در مصارف صنعتی استفاده می شود.

ولی در سالهای اخیر از اسید فسفریک حاصل از روش تر در مصارف صنعتی نیز استفاده می شود. اسید فسفریک حاصل از روش تر علاوه بر تولید کودهای فسفاته ، پس از خالص سازی در غذای دام و طیور ، در مصارف صنعتی و غذایی و .... نیز کاربرد دارد.

کاربرد اسید فسفریک

✳️ 1 - کاربرد اسید فسفریک در تولید کودهای شیمیایی :

بیشترین مصرف اسید تولید شده از روش تر ، تولید کود های آمونیوم فسفات است. آمونیوم فسفات ها نمک هایی غیر آلی هستند که از واکنش بین آمونیاک و اسید فسفریک حاصل می شوند.

این نمک ها به صورت جامد و مایع تولید شده و ممکن است شامل مقادیری فسفات به شکل اورتو (معمولاً در حالت جامد) و یا پلی فسفات (معمولاً در حالت مایع) باشند. حدود 98% از آمونیوم فسفات ها در تولید کود شیمیایی مصرف می شوند.

الف – کود دی آمونیوم فسفات :

معمولترین دی آمونیوم فسفات (DAP) نوع 18 – 46 – 0 آن است شامل (18% نیتروژن ، 46% P2O5 و 0% K2O می شود) همچنین مقادیر اندکی از گرید 16 – 48 – 0 نیز تولید شده است. هر دو گرید از اسید فسفریک تولید شده و تقریباً تمامی آن در کود های شیمیایی مصرف می شوند. مقدار کمی از گرید 18 – 46 – 0 در غذای دام نیز استفاده می شود .

ب – کود مونو آمونیوم فسفات :

گریدهای مــعمول مونوآمونیوم فسفات (MAP) گرید های 11 – (51–55) – 0 ، 11 – 48 – 0 و 13 – 52 – 0 هستند. تمامی این گرید ها از اسید فسفریک حاصل از روش تر تولید شده و عمدتاً به عنوان کود شیمیایی استفاده می شود. مقدار کمی از گرید های 11 – 55 – 0 و 11 – 57 – 0 در تولید لبنیات ، غذای حیوانات و مواد کنترل کننده آتش استفاده می شود.

ج - کودهای شیمیایی جامد :

کود های NPK از قبیل مخلوط آمونیوم فسفات ، پتاس و نیتریک فسفات ها ، با استفاده از اسید فسفریک به عنوان منبع P2O5 ، توسط بعضی از تولید کنندگان منبع آمونیوم فسفات جامد و یا تریپل سوپر فسفات تولید می شوند. همچنین کود های NPK دانه ای نیز بر اساس غنی کردن سوپرفسفات نرمال با آمونیاک ، در واحد های کوچک به شکل دانه ای تبدیل می شوند.

د - کودهای شیمیایی و آمونیوم فسفات های مایع :  

آمونیوم فسفات های مایع ، سوسپانسیون یا محلول نمک های حاصل از واکنش آمونیاک با اسید فسفریک هستند. این مواد شامل محلول های آمونیوم اورتوفسفات (AOP) (مانند 8 – 24 – 0) ، محلول های آمونیوم پلی فسفات (APP) (مانند 10 – 34 – 0 ، 11 – 37 – 0) سوسپانسیون های آمونیوم اورتوفسفات (مانند 10 – 30 – 0 ، 11 – 33 – 0 ، 12 – 36 – 0) و تمامی کود های حاصل از اسید اورتو فسفریک یا مواد فسفاته جامد هستند.

اگرچه عمده ترین مصرف این محلول ها در کود های شیمیایی است ، مقداری از محلول های پلی فسفات در خوراک دام و طیور و مواد کنترل کننده آتش نیز مصرف می شوند.

✳️ 2- کاربرد اسید فسفریک در تولید مواد غذایی :

از اسید فسفریک در تولید غذاهای اسیدی و نوشابه های گازدار مانند انواع کولاها استفاده میشود. بکارگیری این ماده سبب دادن طعم تندی به غذا شده ، و از آن جا که ماده شیمیایی با تولید انبوه است ، با قیمتی ارزان و حجمی فراوان در دسترس می باشد.

همانطور که ذکر شد ، قیمت پایین و حجم زیاد تولید این ماده ، آن را در مقایسه با طعم دهنده های طبیعی نظیر زنجبیل برای دادن طعم تندی ، یا اسید سیتریک که از لیمو (lemon) و عصاره لیموترش (lime) که برای دادن طعم ترشی بکار می رود ، در رتبه بالاتری قرار داده است.

✳️ 3 - کاربرد اسید فسفریک در تولید خوراک دام و طیور :

برای تأمین فسفر و سایر مواد مغذی دیگر ، از قبیل کلسیم و نیتروژن غیر پروتئینی ، در خوراک دام و طیور از فسفات های گرید غذایی استفاده می شود. مواد فسفاته مصرفی در خوراک دام و طیور به صورت کلسیم فسفات ها ، APP و اسید فسفریک ، آمونیوم فسفات های جامد ، فسفات سدیم و ... هستند.

✳️ 4 - کاربرد اسید فسفریک در تولید مواد شوینده :

در مصارف صنعتی ، اسید فسفریک عمدتاً در تولید سدیم فسفات ها و آمونیوم فسفات های جامد استفاده می شود. سدیم فسفات ها ، در تولید مواد موجود در مواد پاک کننده (detergent) و مواد تصفیه کننده آب و آمونیوم فسفات های جامد ، در مواد کنترل کننده آتش کاربرد دارند.

در تولید پاک کننده ها اسید فسفریک برای نرم کردن آب بکار می رود. آب نرم بدون یون های کلسیم (II) و منیزیم (II) که آب سخت را تشکیل می دهند ، اگر از بین نروند تشکیل آب سخت را می دهند که این یون ها با صابون تشکیل رسوبات غیر قابل حل می دهند که سبب لکه بروی لباس ها در هنگام شستشو می شوند.

نمک های فسفات از اسید فسفریک بطور وسیع در پاک کننده ها به عنوان (builder) بکار می رود. بیشتر گستره ترکیبات فسفر در مخلوط پاک کننده های جامد است که سدیم تری پلی فسفات یکی از آن هاست.

✳️ 5 - کاربرد اسید فسفریک در پزشکی :

از اسید فسفریک در دندانپزشکی و اورتودنسی به عنوان عامل قلم زنی (Etching) جهت تمیز کردن و زبر کردن سطح دندان خصوصاً در جاهایی که از اسباب و وسایل دندانپزشکی استفاده شده ، بکار می رود. همچنین از اسید فسفریک به عنوان کاتالیست در ساخت آسپیرین بخاطر داشتن یون هیدروژن فراوان و آلایندگی کمتر در مقایسه با اسید کلریدریک و سولفوریک استفاده می شود.

✳️ 6 – سایر کاربردهای اسید فسفریک :

جهت زدودن زنگ آهن می توان از اسید فسفریک استفاده کرد. معمولا برای زدودن زنگ آهن از ابزارهای آهنی یا فولادی و تبدیل آهن به فسفات های محلول در آب استفاده نمود.

پس از زدودن زنگ آهن فسفات آهن تولید شده تبدیل به ترکیب فسفات آهن سیاه شده که خود به عنوان عامل جلوگیری از خوردگی می تواند مورد استفاده قرار گیرد.

اسید فسفریک به عنوان کاتالیت در صنایع پتروشیمی کاربرد دارد. از مصارف صنعتی دیگر اسید فسفریک ، می توان به سلول های سوختی اسید فسفریک اشاره کرد. این سلول های سوختی مزایایی از قبیل دسترسی راحت و عملکرد کامل دارند. با این حال معایبی از قبیل هزینه زیاد کاتالیست پلاتین و هزینه نگهداری ، این مزایا را تحت الشعاع قرار می دهد.

آیا اسید فسفریک کالای جایگزینی دارد !

همانطور که در بخش های قبلی شرح داده شد ، اسید فسفریک ماده میانی بین سنگ فسفات و ترکیبات فسفاتی بوده که در موادی از قبیل کود شیمیایی ، مواد غذایی ، خواراک دام ، پزشکی و ... بکار می رود.

در بخش مواد غذایی اسید فسفریک قابل جایگزینی با اسید سیتریک که از لیمو  (lemon) و عصاره لیموترش (lime) و نیز در بخش پزشکی قابل جایگزینی با اسید کلریدریک و سولفوریک می باشد. شایان ذکر است که اسید فسفریک در مقایسه با سایر مواد جایگزین از مزایای بالاتری برخوردار می باشد.


✔️ فرایند تولید و نیروی انسانی و مواد اولیه و آب و انرژی کارخانه تولید 50000 تن اسید فسفریک در سال


 کارخانه تولید اسید فسفریک

✳️ مواد اولیه مورد نیاز این کارخانه تولید اسید فسفریک با ظرفیت 50000 تن در سال به قرار زیر میباشد :

  • سنگ فوسفات : 176500 تن (میزان مصرف به ازای هر تن : 53)
  • اسید سولفوریک : 150000 تن (میزان مصرف به ازای هر تن : 3)

✳️ خلاصه روش منتخب تولید اسید فسفریک به شرح زیر میباشد :

روش تولید مورد نظر برای تولید اسید فسفریک در این طرح "فرآیند تر (همی هیدرات)" می باشد. در این روش خاک فسفات وارداتی در راکتور با اسید فسفرک ترکیب و فسفات کلسیم موجود در خاک تبدیل به اسید فسفریک و گچ می شود.

دوغاب حاصل به مدت 6-8 ساعت در راکتور به همراه همزنی مداوم نگه داشته شده تا کریستال های گچ رشد نموده و قابل فیلتراسیون گردد.

دوغاب در زمان مناسب به فیلتر هدایت می شود و از قسمت اول فیلتر ، اسید فسفریک 30% ، و در قسمت های بعدی اسید فسفریک غلیظ تر حاصل می شود. اسید 30% درصد به دست آمده از فیلتر اول ، جمع آوری و به واحد تغلیظ فرستاده می شود تا به غلظت مورد نظر برسد.

در ادامه این مقاله به تشریح کامل فرایند تولید و کنترل کیفیت در کارخانه اسید فسفریک خواهیم پرداخت پس تا انتها با ما همراه باشید.

✳️ نیروی انسانی مورد نیاز این کارخانه تولید اسید فسفریک

پرسنل تولیدی این کارخانه تولید اسید فسفریک به قرار زیر میباشد :

  • مدیر کارخانه : 1 نفر
  • مهندس : 6 نفر
  • تکنسین : 16 نفر
  • کارگر ماهر : 12 نفر
  • کارگر ساده : 12 نفر
  • مجموع : 47 نفر

✳️ پرسنل اداری این کارخانه تولید اسید فسفریک به قرار زیر میباشد :

  • مدیرعامل : 1 نفر
  • اداری ، مالی ، فروش : 10 نفر
  • آبدارچی و آشپز : 6 نفر
  • سرایدار و نگهبانی : 5 نفر
  • راننده : 6 نفر
  • نظافتچی : 6 نفر
  • مجموع : 34 نفر
  • مجموع کل پرسنل : 81 نفر

✳️ آب و انرژی مورد نیاز برای تولید 50000 تن اسید فسفریک به قرار زیر میباشد

  • الکتریسیته : 8332200 کیلووات
  • آب : 106500 مترمکعب
  • گاز طبیعی : 8672250 مترمکعب

✔️ ماشین آلات و تجهیزات و تاسیسات مورد نیاز کارخانه تولید 50000 تن اسید فسفریک در سال


✳️ ماشین آلات و تجهیزات مورد نیاز این کارخانه تولید اسید فسفریک به قرار زیر میباشد :

1 - سیستم راکتورها :

بخش انحلال خاک فسفات از ده راکتور جداگانه مجهز به همزن در هر راکتور و در پایان یک راکتور بنام راکتور انحلال (Digestion Tank) ، یک خنک کننده تحت خلاء به منظور خنک کردن دوغاب ، سیستم شستشوی گازهای خروجی و سیستم خوراک دهی تشکیل شده است.

2 - سیستم خوراک دهی :

کنسانتره فسفات توسط نوار نقاله به مخزن خاک مربوطه (Rock bin) ریخته می شود. از این مخزن ، کنسانتره فسفات توسط یک ترازو با خطای ±0.5 درصد توزین شده، توسط یک نقاله پیچی (Screw Conveyor) به درون راکتور های شماره 1 و یا 2 هدایت می شود. سیستم کنترل طراحی شده راهبری مطلوب این مجموعه را تضمین می کند.

3 - سیستم خوراک دهی اسید سولفوریک :

اسید سولفوریک از مخزن مربوطه پمپ شده و توسط یک فلومتر مغناطیسی با تقریب ±0.5 درصد کنترل می شود. مقادیر کنسانتره فسفات و اسید سولفوریک باید به دقت کنترل شوند تا مقدار اسید سولفوریک اضافی موجود در دوغاب در مناسب ترین وضعیت قرار گیرد.

آنالیز مرتب میزان سولفات اضافی توسط اپراتورها ، به تنظیم مقدار خوراک اسید کمک می کند. کنترل مقدار اسید سولفوریک ورودی سهل تر از کنسانتره فسفات است.

اسید سولفوریک پس از رقیق شدن در یک خنک کن ، مستقیماً به راکتور های شماره 1 ، 2 و 3 فرستاده می شود. رقیق سازی اسید سولفوریک به جلوگیری از پدیده پوشش گچ و همچنین کاهش بار خنک کننده های تحت خلاء کمک می کند.

خوراک اسید فسفریک :

اسید فسفریک فیلتر شده از نخستین قسمت شستشوی کیک، غلظتی در حدود 35 درصد P2O5  دارد و توسط یک پمپ شناور به راکتور های اولیه باز گردانده می شود.

چرخه دوغاب :

دوغاب از راکتور شماره 7 به داخل خنک کننده تحت خلاء پمپ می شود و خروجی کولر به راکتور شماره 9 هدایت می شود. توسط دریچه هایی ، بخشی از دوغاب را می توان به راکتورهای شماره 1 یا 3 هدایت کرد.  

دوغاب اضافی از راکتور شماره 8 به مخزنی موسوم به مخزن انحلال پمپ می شود. به دلیل این پیش بینی ها سیستم راکتورها در برابر کنسانتره های مختلف از قابلیت انعطاف خوبی برخوردار خواهد بود.

افت دما در خنک کن از طریق تنظیم مقدار خلاء کنترل می شود. در داخل مخزن انحلال فرصت کافی برای کریستالیزاسیون گچ داده می شود و از همین مخزن دوغاب توسط یک پمپ به فیلتر پرایون ارسال می گردد.

4 - سیستم های راکتور انحلال (Attack and Digestion Systems) :

در این فرآیند ، کل واکنش در یک راکتور که به 9 قسمت تقسیم شده انجام می شود. همه راکتور ها به شکل مکعب مستطیل اند و از کربن استیل با پوشش لاستیکی در دیواره ها و کف درست شده اند.  

دریچه های مناسبی در پایین و بالای راکتور ها ساخته شده است تا جریان دوغاب را از یک راکتور به دیگری ممکن سازد.

جریان دوغاب در راکتور ها چنین است:

  • راکتور اول : توسط دریچه ای در پایین ، به راکتور دوم وصل است.
  • راکتور دوم : سرریز به راکتور شماره 3.
  • راکتور سوم : توسط دریچه ای در پایین ، به راکتور چهارم وصل است.
  • راکتور چهارم : سرریز به راکتور شماره 5.
  • راکتور پنجم : توسط دریچه ای به راکتور شماره 6 وصل است .
  • راکتور ششم : سرریز به راکتور شماره 7.
  • راکتور هفتم: دوغاب به خنک کننده تحت خلاء پمپ می شود.
  • خنک کننده تحت خلاء : دوغاب به راکتور شماره 9 هدایت می شود.
  • راکتور نهم : دوغاب به راکتور شماره 8 و1 و 3 سرریز می شود.

تنظیم دریچه بین راکتور شماره 9 و 1 جریان دوغاب را به راکتور های 1 و 2 ممکن می سازد و به این ترتیب دما در این دو راکتور تنظیم می شود.

در هر راکتور یک همزن ساخته شده از آلیاژ ویژه، در سقف راکتور ها با سیستم چرخ دنده کاهنده سرعت روی بتن آرمه نصب شده اند. اطراف همزن ها با پوشش های پلاستیکی پوشانده شده تا از خروج گازهای تشکیل شده در بالای راکتور ها جلوگیری به عمل آید.

5 - خنک کننده تحت خلاء :

این کولر تحت 160 mmg خلاء مطلق کار می کند. این کولر شکل سیلندری و قائم دارد و از فولاد پوشیده از لاستیک در دیواره ها و کف با آجر کربنی پوشیده شده است. توزیع کننده دوغاب در داخل این کولر از فولاد مخصوص ساخته شده است.

یک کندانسور بارومتریک با این کولر تماس مستقیم دارد. آب خنک کن ، بخارات خروجی از کولر را کندانس نموده و گازهای حاوی فلوئور را شستشو می دهد. یک سیستم دو مرحله ای اژکتور (Ejector) خلاء مورد نیاز را تأمین می نماید. 

کاهش دمای دوغاب با این روش راه مطمئن و بی دردسری است. خنک کردن و دمش هوا مشکلات بعدی شستشوی گازهای خروجی به همراه هوا را به دنبال خواهد داشت.

دوغاب در راکتور شماره 7 به اندازه کافی گازهای همراه خود را از دست می دهد و همین ، کار پمپ های سانتریفوژ کولر را تسهیل می نماید. افت دما در این کولر معمولاً حداکثر 5 درجه سانتیگراد می باشد. در صورت افزایش این  میزان رسوب در جداره کولر افزایش می یابد و بازرسی زود هنگام درون کولر لازم می شود.

6 - تهویه (Ventilation) :

یک خروجی از راکتور کل مجموعه را به یک شستشو دهنده (Scrubber) وصل می کند تا گازهای حاوی فلوئور شستشو شوند. مخازن زیر فیلتر (Filtrate Seal Tank) سیستم انتقال دوغاب به فیلتر نیز ، به همین شستشو دهنده متصل می باشند. راکتور نهایی نیز به این سیستم متصل است.

کانال ها از ماده پلی استر حاوی فیبر شیشه ای (Polyester Glass Fiber) ساخته شده اند. گازها تا حدی شسته می شوند که غلظت فلوئور در گاز خروجی از واحد در طول شبانه روز زیر 3 کیلوگرم باشد. گازها از یک خروجی به ارتفاع 3 متر بالاتر از ساختمان های واحد به اتمسفر رها می شود.

7 - مشخصات عمومی :

لوله هایی که دوغاب را انتقال می دهند از فولاد پوشیده از لاستیک و یا پلی استر ) (ReinforcePolyester)  (ساخته شده اند. این لوله ها از شیب مناسب بر خوردارند و شیر آلات حداقل در این لوله ها کارگذاشته شده تا از ایجاد رسوب و گرفتگی جلوگیری به عمل آید.

8 - فیلتراسیون :

فیلتر از سل های ویژه و تحت خلاء تشکیل شده است. هر سل توسط یک سیستم یاتاقان به چهار چوب گردان وصل می شود. سل ها همه از فولاد مخصوص ساخته می شوند. سل ها از طریق لوله های لاستیکی به یک توزیع کننده مرکزی وصل می شوند. استفاده از این لوله ها به چرخش سل ها و تخلیه کیک ، امکان می دهد. سل ها بر روی یک چهار چوب چرخان در حال حرکت اند.

سل ها به ترتیب از زیر لوله تخلیه دوغاب و سه مرحله شستشو با اسید با غلظت های متفاوت می گذرند. دوغاب در نخستین سل، قبل از اعمال خلاء به آرامی ته نشین می شود تا کریستال های درشت تر قبل از دیگر ذرات کف فیلتر را بپوشانند، همین نقش یک پوشش اولیه (Pricoat) را بازی می کند و فیلتراسیون آسان را باعث می شود.

از آن جایی که اسید حاصل از نخستین مرحله فیلتراسیون حاوی مقدار کمی گچ محلول است به راکتور باز گردانده می شود.

پس از مرحله شستشو با آب سل به اندازه 45 درجه توسط یک سیستم راهنما (Guiding Device) می چرخد تا تمام مایع موجود در سل بازیابی شود. بالاخره سل به اندازه 180 درجه می چرخد تا کیک تشکیل شده به کمک دمش هوا از پارچه فیلتر جدا شود. کیک جدا شده به درون یک دریافت کننده خوراک (Hopper) با پوشش لاستیکی فرو می افتد و به کمک آب دوباره دوغاب شده ، جریان می یابد. این جریان ، به درون مخزن گچ هدایت می شود و از این مخزن به محل جمع آوری گچ ارسال می شود.

سل واژگون که فشار دمش هوا هنوز پشت پارچه فیلتر اعمال می شود، با فشار آب شسته می شود تا پارچه فیلتر کاملاً تمیز شود. سل پس از شستشوی پارچه فیلتر دوباره به حالت افقی بر می گردد. همزمان پارچه فیلتر توسط مکش به کف سل می چسبد، رطوبت اضافی آن نیز توسط مکش هوا گرفته شده و سل دوباره برای دریافت دوغاب آماده می شود.

در طول چرخش ، هر سل بسته به موقعیت اسید فیلتر شده با غلظت های ، 35 ، 28 ، 21 و 13 درصد را جمع آوری و به مخازن فولادی با پوشش لاستیکی ارسال می کند. هریک از این مخازن به یک ستون بارومتریک مجهزند تا جریان اسید فیلتر شده تسهیل شود.

9 - پمپ های خلاء :

دو پمپ خلاء مجهز به شستشو دهنده کار فیلتراسیون را عملی می سازند. یک پمپ ، خلاء لازم در ناحیه شستشوی کیک و پمپ دیگری، خلاء لازم برای آبگیری از کیک را ایجاد می کنند. در شستشو دهنده ها از آب خنک کن استفاده می شود. 

10 - مخازن اسید فسفریک :

این دو مخزن از فولاد نرم با پوشش لاستیکی ساخته شده و مجهز به همزن می باشند. کف کونیک و جارویک (Rake) ، به خروج مواد ته نشین شده کمک می کند.

11 - بخش تبخیر :

به منظور تغلیظ اسید فسفریک از 30% به  45% اسید فسفریک بدست آمده از بخش فیلتراسیون وارد بخش تبخیر می گردد. بخش تبخیر واحد، از سه تبخیر کننده 2206 ، 2207 ، 2208 مجــهز به هیتر های 1603 ، 1604 ، 1605 و کندانــسور های 1606 ، 1607 ، 1608 و اژکتورهای 1302 ، 1314 ، 1318.کنترل دبی اسید فسفریک در تبخیر کننده ها به طور کاملاً اتوماتیک، توسط کنترلرهای دبی سنج  EMF کنترل و نتایج ثبت می گردد.

غلظت اسید خروجی از تبخیر کننده ها در دمای ثابت به تامین خلاء بستگی دارد.

خلاء برای تبخیر کننده اول، توسط کندانسور بارومتریک و سیستم اژکتور یک مرحله ای و برای دیگر تبخیر کنند ه ها توسط کندانسور بارومتریک و سیستم اژکتور دو مرحله ای تامین می شود.

هر تبخیر کننده، مجهز به یک کنترلر- ایندیکاتور دبی بخار است .

دما در تبخیر کننده ها در حدود  82oC تنظیم می شود. کنترل دما توسط کنترل دبی جریان بخار توسط المنت های کارباتی صورت می گیرد.

در صورت افزایش دما ، آلارمی در سیستم به کار می افتد و شیر کنترل بخار را می بندد. دمای بالای 93oC ممکن است باعث خرابی پوشش لاستیکی بدنه تبخیر کننده گردد.

بخار کندانس شده از مبدلهای حرارتی وارد دریافت کننده هایی می گردد و از آنجا به مخزن 2322A پمپ می گردد. هر پمپ تخلیه مجهز به یک  LCV می باشد ، که توسط سطح دریافت کننده کندانسور کنترل می گردد.

دانسیته اسید داخل تبخیر کننده ها توسط اپراتور اندازه گیری می شود.

برنامه زمان بندی اجرای کارخانه تولید اسید فسفریک ، در جدول زیر نشان داده شده است.

برنامه زمان بندی اجرای کارخانه تولید اسید فسفریک

✳️ تجهیزات و تأسیسات عمومی مورد نیاز این کارخانه تولید اسید فسفریک به قرار زیر میباشد :

  • تأسیسات آب
  • تأسیسات بخار
  • سیستم خنک کن آب
  • تانک ها
  • تأسیسات برقی
  • تصفیه پساب
  • تأسیسات گرمایش و سرمایش
  • سیستم آتش نشانی

✔️ زمین و محوطه سازی و ساختمان سازی مورد نیاز کارخانه تولید 50000 تن اسید فسفریک در سال


✳️ زمین و محوطه سازی مورد نیاز این کارخانه تولید اسید فسفریک به قرار زیر میباشد :

  • زمین : 150000 مترمربع
  • محوطه سازی : تسطیح 150000 مترمربع
  • دیوار کشی : 10400 مترمربع
  • خیابان کشی ، جدول کشی و آسفالت : 9750 مترمربع
  • فضای سبز : 10500 مترمربع

✳️ ساختمان سازی مورد نیاز کارخانه تولید اسید فسفریک به قرار زیر میباشد :

  • فضای باز تولید : 3750 مترمربع
  • انبار : 4500 مترمربع
  • سوله های تأسیسات : 550 مترمربع
  • سالن کنترل کیفیت و آزمایشگاه : 400 مترمربع
  • ساختمان های اداری ، رفاهی ، خدماتی : 750 مترمربع

✔️ تشریح دو روش اصلی تولید اسید فسفریک از سنگ فسفات !


 تولید اسید فسفریک از سنگ فسفات

در حال حاضر تمام اسید فسفریک تجاری در جهان به دو روش از سنگ فسفات تولید می شود :   

  • فرآیند گرمایی
  • فرآیند تر

در ادامه هر یک از فرآیندهای فوق توضیح داده شده اند :

✳️ 1 – تشریح فرآیند گرمایی در تولید اسید فسفریک :

این روش شامل احتراق فسفر و هیدراسیون P4O10 می باشد. مخلوط فسفر مایع و هوا به محفظه احتراق که شبیه برج است تزریق شده و با انجام واکنش اکسیداسیون فسفر ، P4O10 تولید می شود.

جنس محفظه احتراق نوعی فولاد مخصوص است که با H3PO4 غیرفعال شده است. P4O10 به دست آمده را در برج بعدی هیدراته می کنند و بخارات باقیمانده P4O10 را ، واحد شستشو به اسید فسفریک رقیق تبدیل می کند.

به علت وجود ترکیبات آرسنیک، اگر اسید به دست آمده در صنعت مواد غذایی استفاده شود ، ناخالصی را با گاز H2S که از داخل محلول عبور میدهند ، به صورت رسوب گرفته و بعد از صاف کردن اسید خالص را بدست می آورند.

✳️ 2 – تشریح فرآیند تر در تولید اسید فسفریک :

در فرآیند تر ، سنگ فسفات با اسیدی غیر آلی و قوی اسیدی می شود و فرآیند گرمـایی کـه در آن ، عنصـرفسفر (حاصل از احیای گرمایی سنگ فسفات) برای تولیـد پنتوکسـید فسـفر اکسـید شـده و متعاقبـاً در آب جذب می شود.

در فرآیند تر (Wet process) بیشتر ناخالصی های موجود در کانی اصلی فسفر به ترکیب اسـید فسـفریک تولید شده ، راه می یابند. به این ترتیب انواع کنسانتره های تولیـد شـده از کـانی هـای مختلـف نـه تنهـا در تکنولوژی تولید بلکه در ترکیب و ویژگی اسید فسفریک تولید شده اثرگذار خواهند بود.

فرآیند تر بر پایه واکنش اسید سولفوریک با سنگ فسفات و جدا سازی کریسـتال هـای سـولفات کلسـیم از اسـید فسـفریک تشـکیل مـی شـود. هـر دو مرحلـه واکـنش اسـید سـولفوریک و فیلتراسـیون تحـت تـأثیر ماهیـت کـانی و ناخالصی های موجود در آن خواهند بود.

کانی های فسفر علاوه بر 10–15 ناخالصی عمده ، حاوی 16 عنصر شامل فلزات سنگین و عناصر نادر خاکی و مواد آلی اند. ضریب انتقال هر عنصر از کانی به اسید فسفریک تولید شده متفاوت است. اثرات عمده این ناخالصی ها بر فرآیند و هزینه های تولید عبارتند از :

1 - اثر بر کریستالیزاسیون :

سرعت فیلتراسیون گچ تولید شده به شکل و اندازه کریستالهای تولید شده وابسته است و در حضور ناخالصی ها از یک کانی به کانی دیگر با ضریب 4 تغییر می کند.

2 - رسوب دهی در جداره ها :

رسوب های مختلفی در جداره مخازن و لوله ها تشکیل می گردد که باز به ناخالصی های موجود وابسته اند و انتقال حرارت و افت فشار در تجهیزات را دچار تغییرات فاحش می کنند.

3 - تشکیل رسوب در اسید فسفریک تولید شده (Sludge formation) :

بعضی از ناخالصی های موجود در اسید فسفریک تولید و تغلیظ شده (سولفات کلسیم) با تأخیر رسوب می کنند و مشکلات متعددی برای سازندگان اسید ایجاد می نمایند.

4 - خوردگی :

ناخالصی هایی مانند یون های کلروفلوئور علیرغم استفاده از آلیاژهای مرغوب در پمپ ها و همزن ها ، خوردگی شدید ایجاد می کنند.

5 - جنبه های زیست محیطی :

ترکیبات اسیدی فلوئور از راکتور ها و تغلیظ کننده ها متصاعد می شوند. این ترکیبات باید بازیابی و به مواد قابل عرضه و یا بی ضرر تبدیل شوند. عناصر سنگین مانند کادمیوم ، بسیار مشکل آفرین اند و در صورت حضور قابل توجه در کیفیت و فروش اسید تولید شده اثر گذارند. 

به مشکلات فوق باید پیچیدگی های ناشی از تشکیل غبار در سیستم انتقال کنسانتره و کف در راکتور ها را نیز اضافه نمود. کف ایجاد شده ، حجم قابل توجهی از راکتور را اشغال می کند و یا باعث سرریزی مواد درون راکتور به بیرون می شود.

تولید اسید فسفریک به روش تر به طور گسترده ای پس از پایان جنگ دوم جهانی آغاز شد. اسید فسفریک بر پایه واکنش ساده زیر تولید می شود:

 (PO4)2Ca3 + 3H2SO4 + 6H2O <===> 3SO4Ca.2H2O + PO4H3

کریستال های گچ و یا همی هیدرات باید از اسید فسفریک استحصالی جدا شود. این جدا سازی باید به طور کامل انجام گیرد چون هدردهی مقادیر کم اسید فسفریک با گچ دورریز ، تأثیر سریع و آشکاری در اقتصاد فرآیند به جای می گذارد. در یک واحد اسید فسفریک که به درستی راهبری می شود ، در حالت عادی در حدود 0.5 درصد اسید در مرحله فیلتراسیون از دست می رود.

این مقدار می تواند در طول راه اندازی به 1% افزایش یابد و این شامل P2O5 محبوس شده در درون کریستال های گچ نیست و اسیدی است که با رطوبت همراه گچ به هدر می رود.

فیلتراسیون خوب نتیجه کریستال سازی خوب در راکتور است و برای رسیدن به کریستال سازی مطلوب ، ده ها سال کار پژوهشی صورت گرفته است. به دلیل شکل گیری و تکامل کریستال ها در طول زمان طولانی ، دانش کریستال سازی در محیط اسید فسفریک پس از تجارب فراوان اندوخته شده است.

ذرات کنسانتره آپاتیت حاوی خلل و فرج فراوانی است که به واکنش بسیار سریع آن با اسید سولفوریک امکان می دهد و امکان رشد منظم کریستالهای سولفات کلسیم را از بین می برد. واکنش به شدت گرمازاست و گرمای حاصل باید از محیط واکنش خارج شود.

در صورت داغ بودن محیط واکنش، بجای تشکیل SO4Ca.2H2O سمی (Semi or Hemi Hydrate) و یا همی هــیدرات و یا سولفات کلسیم بدون آب تشکیل می شود که قادر است دوباره در سطح فیلتر کریستالیزه شود.

در صورت داغی محیط واکنش ، فسفات در درون لایه ای از سولفات بلوکه می شود. در این صورت اسید سولفوریک قادر به حمله و ترکیب با فسفات نخواهد بود و مقدار قابل توجهی فسفات ترکیب نشده از بین می رود.


✔️ تشریح فرآیند های مختلف تر در تولید اسید فسفریک


فرآیند دی هیدرات در تولید فسفریک اسید

✳️ 1 - فرآیند دی هیدرات (Dihydrate) :

فرآیند دی هیدرات به پشتوانه پژوهش های گسترده ، پایه های اساسی کاملاً استقرار یافته و شیمی به دقت شناخته شده ای دارد. با این حال این فرآیند نیز معایبی چون محصول نسبتاً رقیق (حاوی 27–30 درصد P2O5) و درنتیجه مصرف انرژی زیاد در پایان خط برای تغلیظ آن و پرت 4–6 درصد P2O5 به صورت درگیر در کریستال های سولفات کلسیم دی هیدرات را درخود دارد.

محاسن فرآیند دی هیدرات به قرار زیر است :

  • ماده اولیه از نظر کیفیت محدودیت ندارد.
  • دمای راهبری (on-line time) پایین است.
  • خواباندن واحد و راه اندازی مجدد آن آسان است.
  • واحدهایی با ظرفیت بالا با این روش قابل ساخت و راهبری است.
  • کنسانتره مرطوب قابل استفاده است بنابراین هزینه خشک کنی صرفه جویی می شود.
  • زمان راهبری طولانی است.

فرآیند دی هیدرات صرف نظر از منبع دانش فنی از قسمت های زیر تشکیل می شود : 

  1. قسمت آسیاب کنسانتره.
  2. اندازه گیری و خوراک دهی کنسانتره و اسید برگشتی از بخش فیلتراسیون به درون راکتور ها.
  3. راکتورهای اسید فسفریک که محل تشکیل سولفات کلسیم نیز می باشند.
  4. قسمت فیلتراسیون که در آن اسیدحاوی 28–30 درصد P2O5 از کریستال های گچ جدا می شود.

1 - قسمت آسیاب کنسانتره فسفات : 

بعضی از کنسانتره های فسفاته موجود در بازار باید توسط آسیاب گلوله ای (Ball mill) و یا میله ای (Rod mill) آسیاب شوند.

کنسانتره های تر و خشک در این دو نوع آسیاب قابل عمل اند. در واحد هایی که در کنار معدن قرار دارند ، کنسانتره تر حاصل از شستشو یا فلوتاسیون مستقیماً به آسیاب ها هدایت می شوند و هزینه خشک کردن صرفه جویی می شود.

تزریق کنسانتره تر به فرآیند ، مقدار آب شستشو را کاهش و در نتیجه پرت P2O5 را کمی افزایش می دهد که در مقایسه با فرآیند همی هیدرات قابل ملاحظه نیست. 60–70 درصد ذرات خاک فسفات در فرآیند دی هیدرات باید زیر 150 میکرون باشند.

2 - بخش اندازه گیری مواد اولیه :

کنسانتره فسفات ، اسید سولفوریک لازم و اسید فسفریک برگشتی از بخش فیلتراسیون باید به طور مستمر به دقت اندازه گیری شده و به سیستم تزریق شوند. این تجهیزات در ادامه توصیف خواهند شد.

3 - بخش واکنش : 

در راکتور های یک و یا چند قسمتی (Attack Tanks) واکنش با همزنی مخلوط دوغاب صورت می گیرد. اغلب یک مخزن اضافی (Buffer Tank) خارج از سیستم در حال چرخش برای تصحیح زمان اقامت (Retention time) تکمیل کریستال سازی ، در نظر گرفته می شود.

عمل کریستالیزاسیون در این راکتور ها صورت می گیرد. دمای مخلوط در حال واکنش در فرآیند دی ها هیدرات ، در راکتور 70–80 درجه سانتیگراد و در مرحله فیلتراسیون 60–70 درجه سانتیگراد است.

کنترل دما توسط دمش هوا به درون دوغاب و یا تبخیر آب در خلاء ، (Vaccum Cooling) در سیستم خنک کردن تحت خلاء (Flash Cooling) صورت می گیرد.

افت دما (∆T) که بستگی به مقدار دوغاب پمپ شده به خنک کن تحت خلاء (Flash Cooler) دارد بین 2 تا 10 درجه سانتیگراد است. تشکیل رسوب در جداره خنک کن تحت خلاء در (∆T)  بالا افزایش می یابد. 

4 - بخش فیلتراسیون :

در اکثر واحد های اسید فسفریک از فیلتر پرایون (Prayon) بنام فیلتر چرخان تابه ای (Tilting Pan Rotating) استفاده می شود و داده های راهبری در منابع بطور عمده برای همین فیلتر ثبت شده است و این بدلیل توفیق این فیلتر در واحد های مختلف در جهان است.

میزان و کیفیت فیلتراسیون به نوع کنسانتره فسفات وابسته است. میزان فیلتراسیون P2O5 در روز و به ازای هر متر مربع فیلتر ، در کنسانتره های نامرغوب 2 تن و در کنسانتره های معمولی ، 4–5 تن و در کنسانتره های خوب ، 7 تن و در بهترین نوع کنسانتره ، تا 10 تن است.

اعداد فوق بر پایه سرعت چرخش 4 دقیقه دریک سیکل و بازیابی 99 درصد P2O5 و محصول حاوی 28–30 درصد P2O5 محاسبه می شوند. نتایج یاد شده در فیلترهای سریع بهتر و در فیلترهای کند بدتر است.

اغلب دو نوع فیلتر در فرآیند تر مورد استفاده است :

  • فیلتر های نواری افقی (Belt Filter)
  • فیلتر تابه ای از شرکت پرایون (Pan Filter)

 بزرگترین فیلتر در واحد 1800 تن در روز ، P2O5 متعلق به شرکت Rhone Planc در کشور مراکش بکار گرفته شده است.

مقدار اسید برگشتی به راکتور واکنش با نسبت P2O5.CaOتغییر می یابد. هرچه این نسبت کمتر ، مقدار اسید برگشتی باید زیاد تر باشد تا ترکیب دوغاب در چهار چوب مطلوبی حفظ شود.

این نسبت در سنگهای نامرغوب ، 1.64 و  در سنگهای مرغوب ، 0.98% است. در فرآیند هایی که اسید غلیظ تولید می شود ، مقدار زیاد اسید برگشتی پرت P2O5 را افزایش می دهد. سولفات کلسیم دی هیدرات اغلب در یک محل به نام دورریزگاه جمع آوری و یا به جریان آب سپرده می شود. بازیافت این محصول از نظر زیست محیطی در اروپا و ژاپن در دست مطالعه است. 

✳️ 2 - فرآیند همی هیدرات یا غیر دی هیدرات :

اسید فسفریک بطور سنتی با 28–32 درصد P2O5 و در دمای 70–80 درجه سانتیگراد ، با محصول سولفات کلسیم به صورت دی هیدرات تولید شده است. در کشور ژاپن ، نیاز به بازیافت گچ و استفاده از آن در صنعت سیمان ، زمینه را برای ابداع فرآیند همی هیدرات که در آن اسید  35–45 درصد P2O5 تولید می شود ، فراهم ساخته است.

اخیراً بعضی از شرکت ها با انگیزه تولید اسید غلیظ (40–50 درصد) بدون استفاده از تغلیظ در تبخیر کننده ها ، به تکنولوژی همی هیدرات روی آورده اند. در صورت افزایش قیمت نفت و انرژی ، تولید اسید غلیظ بدون استفاده از بخار بیشتر مورد توجه قرار خواهد گرفت.

فرآیند همی هیدرات به تجربه فنی و راهبری بالایی نیاز دارد تا از تبدیل ناخواسته کریستال های ناپایدار همی هیدرات به دی هیدرات جلوگیری شود.

به هر حال در بعضی موارد ممکن است راهبری یک فرآیند یک مرحله ای همی هیدرات به علت حذف مرحله آسیاب ، تبخیر و ذخیره سازی آسان تر باشد. بر عکس راهبری فرآیند دو مرحله ای دی هیدرات - همی هیدرات همراه با کریستالیزاسیون مجدد و فیلتراسیون دو مرحله ای به مراتب سخت تر از فرآیند معادل دی هیدرات می باشد.

زمان راهبری مستمر (Utilization or Available Operating Time) یک واحد یک مرحله ای برای بخش های واکنش و فیلتراسیون می تواند تا 85 – 95 درصد ارتقاء یابد. بنابراین زمان راهبری در حدود 298 تا 333 روز در سال خواهد بود.

استاندارد تعمیر و نگهداری ، نزدیکی به محل تأمین مواد اولیه، رسوب دهی و خوردگی در جداره تجهیزات، عوامل تعیین کننده در زمان راهبری اند.

1 - واکنش و کریستال سازی : 

اسید فسفریک از ترکیب اسید سولفوریک با سنگ فسفات طبیعی حاصل می شود. حاصل واکنش ترکیب یون کلسیم با یون سولفات و تشکیل سولفات کلسیم و تولید اسید فسفریک می باشد که این دو ، در مرحله فیلتراسیون از هم جدا می شوند. اکثراً سولفات کلسیم با دو مولکول آب متبلور می شود و نام دی هیدرات نیز از همین جا سرچشمه می گیرد. واکنش ساده فرآیند دی هیدرات چنین است. 

Ca3(PO4)2 +3H2SO4 +6H2O <===> 2H3PO4 + 3CaSO4.2H2O   (1)

واکنش در حضور مقدار زیادی اسید فسفریک صورت می گیرد. واکنش (1) بیش از حد ساده شده است.  به منظور شرح درست آنچه روی می دهد سه واکنش موازی و همزمان زیر توضیح داده شده است :

الف - اسید سولفوریک در درون محیط واکنش پراکنده و یونیزه می شود :

H2SO4 <===> 2H+ + SO42-    (2)

ب - یون های هیدروژن به ذرات خاک فسفات پراکنده در محیط وارد واکنش می شوند :

nH++ Ca3(PO4)2 <===> 2H3PO4 + (n-6)H+ + 3Ca2+   (3)

یون های شرکت کننده در واکنش فوق به اسید سولفوریک و نیز اسید فسفریک برگشتی از فیلتراسیون و موجود در دوغاب ، تعلق دارد. تعداد مولکول های اسید فسفریک در محیط واکنش ، 25 برابر اسید سولفوریک است.

ج - یونهای Ca2+  با یون های SO42- مواجه و کریستالیزه می شوند :

Ca2+ + SO4-2 + 2H2O <===> CaSO4.2H2O  (4)

تمام واکنش های قبل در داخل دوغاب (Slurry) رخ می دهند. هنگامی که بلورسازی به حد مطلوب رسید ، به کمک فیلتراسیون ، اسید و گچ از هم جدا می شوند.

در مرحله فیلتراسیون و در فرآیند DH اسید حاوی 25–31 درصد P2O5 و در فرآیند همی هیدرات اسید حاوی 38–45 درصد P2O5 حاصل می شود .

کریستال های جداشده را باید عمیقاً شستشو داد تا جایی که 99 درصد اسید حاصل بازیابی شود .

95 درصد ذرات آپاتیت آسیاب شــده پس از ورود به راکتور در طول 5 دقیقه نخست وارد واکنش می شوند. یون های Ca2+ آزاد شده هم به ترکیب با یون های SO4-2 و هم جاگیری در ساختمان کریستالی بلورهای DH ، تمایل دارند.

علیرغم تعداد بسیار زیاد کریستال ها (10 تا 40 میلیون بلور در یک سانتیمتر مکعب) و فاصله کم آن ها (20-40×10-4CM) و تحرک بالای یون Ca2+ قرارگیری این یون ها در ساختمان بلور واکنش کندی است.

یون های Ca2+ ، SO42- می توانند ترکیب شده و هسته تبلور جدیدی ایجاد کنند. تشکیل هسته بلور انرژی پتانسیل معینی نیاز دارد. این پتانسیل وقتی ایجاد می شود که غلظت این دو یون به مقدار مشخص رسیده باشد.

پدیده دیگر تمایل حضور آزاد دو یون در داخل فاز مایع است. در این صورت، حالت فوق اشباع (Supersaturation) ایجاد می شود.

ذرات فسفات باید در داخل محلول پراکنده شوند تا وارد واکنش گردند. از آن جایی که یون های هیدروژن 4–5 بار از یون های سولفات سریع ترند ، به درون حفره های موجود در سطح ذرات فسفات نفوذ و یون های کلسیم را آزاد می کنند.

بنابراین حفره های موجود در سطح ذرات از محلول غنی از یون های کلسیم پر می شود و بهترین شرایط برای تشکیل کریستال را در درون همین حفره آماده می کند. درصورت بالا بودن غلظت اسید سولفوریک، یون های سولفات به داخل حفره ها نفوذ می کنند. کریستال های گچ در درون این حفره ها تشکیل و سطح آن را پوشانده و از ادامه انحلال جلوگیری به عمل می آورند (پوشش گچ)

2 - تشکیل کریستال ها :

کریستال های سولفات کلسیم دارای سه نوع ترکیب مولکولی اند :

  • دی هیدرات CaSO4.2H2O
  • همی هیدرات CaSO4.0.5H2O
  • آن هیدرات (Anhydrate) CaSO4

دی هیدرات ساختمان کریستالی کاملاً منظم و مشخصی دارد. همی هیدرات یک محلول جامد است به این معنی که مولکول های آب در ساختمان کریستالی به طور آماری و به تعداد نا مشخص جا می گیرند. در فرآیند همی هیدرات حد اقل ، ½ H2O ، در که کریستال باید وجود داشته باشد ولی در عمل تعداد مولکول های آب بین 0.15 تا 0.66 عدد به ازای هر مولکول سولفات کلسیم می تواند تغییر کند. سولفات کلسیم انیدر (بی آب) ساختمان کریستالی منظمی دارد.

در حال حاضر واحدی که با کریستال سولفات کلسیم انیدر کار کند ، در جهان وجود ندارد. کریستال های دی هیدرات وقتی تشکیل می شود که دمای محیط پایین و تعداد مولکول های آب کافی باشند. اگر فشار بخار مولکول های آب درون کریستال در اثر دمای بالا افزایش یابد ، کریستال دی هیدرات آب از دست می دهد و به همی هیدرات تبدیل می شود.

غلظت P2O5 در راکتورها در فرآیند دی هیدرات ، 27–30 درصد و درفرآیند همی هیدرات ، 40–45 درصد می باشد. با افزایش غلظت ، P2O5 ویسکوزیته اسید فسفریک به سرعت افزایش می یابد و کار فیلتراسیون و بازیابی P2O5 را دچار مشکل می کند.

نخستین واحد اسید فسفریک با فرآیند تر بین جنگ اول و دوم جهانی با ظرفیت 25 تا 50 تن P2O5 در روز ساخته شد. در این واحدها ، اهمیت اختلاط و همزنی در درون راکتور به درستی مفهوم نبود و محیط واکنش به شدت غیر همگن بود. جداسازی به روش ته نشین سازی صورت می گرفت و به همین دلیل ، فرآیند تجهیزات عظیمی را طلب می کرد. لذا برای تولید 20 تن در روز P2O5 حجم راکتور ها و ته نشین سازها در حدود 700 متر مکعب بود.

3 - تبلور سولفات کلسیم و مراحل مؤثر در آن :

در فرآیند تولید اسید فسفریک به روش تر ، تبلور سولفات کلسیم و تشکیل کریستال های قابل فیلتراسیون مهم ترین مرحله است. تشکیل کریستال های مطلوب ، بازیابی P2O5 و جداسازی آن را در مرحله فیلتراسیون به حداکثر می رساند.

نسبت سطح به حجم و همچنین تخلخل کیک فیلتر را ، شکل و توزیع دانه بندی (Size Distribution) کریستال ها تعیین می کند. دانه های درشت کریستال در حضور تعداد زیادی کریستال ریز و درغیاب کریستال های دی هیدرات متوسط ، فیلتراسیون را دچار اشکال می کند.

بهترین نوع، کریستال های توده ای پوشیده از کریستال های هرمی شکل هستند که در درون کیک فیلتر کانال هایی برای عبور محلول ایجاد می کنند .

ذیلاً اثر عوامل مختلف ، در تشکیل و شکل گیری کریستال ها بررسی می گردد.

- اثر دانه بندی کنسانتره فسفات :

هر چه دانه های خاک فسفات ریز تر باشد ، سرعت واکنش بیشتر است. درحالی که دانه های درشت به سهولت توسط کریستال های سولفات کلسیم تشکیل شده در سطح پوشیده شده اند و در نتیجه واکنش کند تر می شود.

 در اکثر واحد های اسید فسفریک توزیع دانه بندی خاک فسفات تقریباً 20–30 درصد بالای 160 ، 30–40 درصد بالای 125 ، 40–60 درصد بالای 80 میکرون می باشد.

در واحدهای همی هیدرات در دمای 90–100 درجه ، درصد یون سولفات در راکتور کم و پدیده پوشش گچ (Coating) روی نمی دهد. به همین جهت در این واحد ها فسفات آسیاب نشده نیز قابل مصرف است.

- اثر غلظت اسید فسفریک در راکتور :

معمولاً افزایش غلظت P2O5 در صورت گذر از یک نقطه عطف که به ویژگی و شرایط مربوط می شود ، به تشکیل کریستال های نامنظم منجر می شود.

ناخالصی های موجود در کنسانتره تأثیر قابل ملاحظه ای دارنـد. حضور مقدار زیاد ناخالصـی ها ، ویسـکوزیته اسید را بالا برده و از تـحرک یـون ها می کاهد و به ایجاد حالت فوق اشباع کمک می کند. در غلظت های بالای اسید فسفریک، ناخالصی ها آب کمتری در اختیار دارند.

اسید فسفریک حاوی 40 درصد ، P2O5 حاوی 44.7 درصد آب است درصورتیکه اسید حاوی 52 درصد P2O5 ، 28.2 درصد آب دارد.

- اثر مواد جامد در دوغاب :

در واحد های اسید فسفریک میزان مواد جامد در دوغاب درون راکتورها را بر حسب درصد حجمی سولفات کلسیم بیان می کنند که به وزن مخصوص دوغاب وابسته است و عموماً در حدود 25 درصد می باشد (وزن مخصوص دی هیدرات : 2.320 ، همی هیدرات : 2.67 و سولفات کلسیم انیدر  : 2.52 است.)

نسبت مایع به جامد در راکتورهای اسید فسفریک توسط اسید برگشتی از مرحله فیلتراسیون کنترل می شود . هرچه میزان مواد جامد کمتر، اسید برگشتی باید زیادتر باشد. هرچه مقدار مواد جامد یا درصد سولفات کلسیم کمتر باشد (حداقل درصد حجمی در بعضی واحد ها 22 درصد است) ، سطح کریستال ها در واحد حجم دوغاب کمتر شده و شانس جاگیری برای یون های سولفات کلسیم کمتر می شود.

این امر منجر به ایجاد حالت فوق اشباع می گردد. مطالعه در یک واحد پایلوت نشان داده است که کاهش میزان درصد حجمی سولفات کلسیم از 25 به ، 24 سطح کریستال های قابل دسترسی را در دوغاب برای یونها 4 درصد کاهش می دهد. در نتیجه شانس تشکیل کریستال های ریز بیشتر خواهد بود .

- اثر غلظت اسید سولفوریک :

مقدار اسید سولفوریک اضافی حاضر در راکتور، عامل عمده و تعیین کننده در کیفیت کریستالهاست. اسید سولفوریک نه تنها در شکل و اندازه کریستال ها ، بلکه در میزان پرت P2O5 درگیر در میان کریستال ها اثرگذار است.

با توجه به حاصل ضرب حلالیت ، هنگامی سرعت تشکیل بلور زیاد می شود که غلظت یون های سولفات و کلسیم برابر باشند. این مسأله هنگامی رخ می دهد که غلظت اسید سولفوریک اضافی بین 1.15 تا 1.6 درصد وزنی در حضور 30 درصد P2O5 باشد. در حضور اسید سولفوریک زیاد ، شکل کریستال ها سوزنی می شود.

- اثر ناخالصی ها :

بسیاری از کارشناسان ، بر این اعتقادند که ناخالصی ها در سطح کریستال ها جذب شده و رشد بلور در جهات مختلف را باعث می شوند. در اسید فسفریک عاری از ناخالصی ، کریستال های سولفات کلسیم سوزنی تشکیل می شوند.

ناخالصی های فعال در تشکیل کریستال ها عبارتند از یون های آلومینیوم ، آهن ، منیزیم ، فلوئور و مواد آلی. در ادامه تأثیر هریک از این ناخالصی ها ، به طور خلاصه ارائه شده است.

- اثر یون آلومینیوم A13+ :

کنسانتره های فسفات همیشه حاوی مقداری آلومینیوم هستند. مقدار آلومینیوم در این کنسانتره ها از 0.2 تا 3 درصد A12O3 تغییر می کند. متأسفانه بخش اعظم آلومینیوم در راکتور به درون محلول راه می یابد. معمولاً 60–90 درصد آلومینیوم وارد محلول می شود و بقیه یا به همراه گچ خارج می گردد و یا به صورت A1 F6 MgNa به نام رالستونیت (Ralstonite)  رسوب می کند.

حضور آلومینیوم به رشد کریستال ها در تمام جهات کمک می کند و این نسبت سطح به حجم کریستال های گچ را کاهش می دهد ، در نتیجه فیلتراسیون به خوبی صورت می گیرد.

- اثر منیزیم :

اکثر کنسانتره ها حاوی 0.2 – 0.6 ، MGO هستند. کارشناسان بر این باورند که منیزیم در شکل کریستال ها تأثیر مثبت گذاشته و یا ویسکوزیته اسید فسفریک را کاهش می دهد و بدین ترتیب فیلتراسیون را تسهیل می نماید. تقریباً تمام منیزیم موجود در خاک فسفات به درون اسید فسفریک راه می یابد و تنها پس از سرد شدن در مخزن ذخیره ، به صورت Mg Si F6. 6H2O رسوب می کند. 

- اثر فلوئور و سیلیس :

فلوئور در ساختمان کریستال های آپاتیت شرکت دارد. نسبت F/ P2O5 بین 0.13 – 0.09 آپاتیت رسوبی ، تغییر می کند. این نسبت در کانی های آذرین تا مقدار 0/04 کاهش می یابد. نسبت F/ P2O5 شاخص راکتیویته کانی است.

هرچه این نسبت بالاتر باشد ، کانی در مقابل اسید سولفوریک راکتیوتر است. حضور فلوئور سرعت کریستال سازی را بالا می برد. سیلیس به دو دسته راکتیو و غیر راکتیو یا کوارتزیت دسته بندی می شود. سیلیس راکتیو منشأ رسی داشته و با کانی فسفر همراه می شود. اسید هیدروفلوریک تشکیل شده در راکتور تمایل زیادی به ترکیب با سیلیس دارد.

اگر مقدار سیلیس راکتیو در کانی کفایت کند، تمام اسید فلوئوریدریک به اسید فلوئو سیلیسیک(H2SiF6)  تبدیل می شود. اسید یاد شده در صورت حضور مقدار کافی یون سدیم یا پتاسیم رسوب می کند و گرنه در داخل اسید فسفریک باقی می ماند.

در غیاب سیلیس راکتیو، HF در اسید می ماند و به شدت ایجاد خوردگی می کند. مطالعات نشان داده است که حضور HF+ H2SiF6 در شکل کریستال ها تأثیر ژرفی می گذارد.

- اثر دما :

دما در خواص فیزیکی دوغاب (ویسکوزیته اسید) ، پایداری کف، حلالیت یون های کلسیم ، سولفات ، سرعت واکنش و فشار بخار آب اثر گذار است و همه این عوامل ، در شکل کریستال های همی هیدرات و دی هیدارت تاثیر قابل توجه دارند.

- اثر مواد آلی :

مواد آلی یا همراه خود کانی و یا به صورت افزودنی جهت مهار کف در درون راکتورها (به صورت ضد کف) و تعیین شکل کریستال ها وارد راکتور می شود.


✔️ بررسی و مقایسه انواع فرآیندهای همی هیدرات در حال کار در جهان برای تولید اسید فسفریک


✳️ دسته بندی فرآیند های متعدد همی هیدرات و دی هیدرات :

برای مقایسه فرآیند های متعدد همی هیدرات و دی هیدرات ، آنها را در پنج گروه دسته بندی می کنند. این دسته بندی یک راهنمای مقدماتی است و محاسن و معایب ذکر شده در مورد هر فرآیند باید با صاحبان دانش فنی به تفصیل مذاکره شود.

الف : (فرآیند) DH دی هیدرات :

در ایــن فرآیــند سنتی یک یا چند راکــتوری ، معــمولاً اسید حاوی 28–30  درصــد P2O5 تولید می شود. (فرآیــند های Norsk Hydrate ، Prayon ، Siape ، Rhone – Poulenc ، Gulf – Wenson ، Jacobs Dorr)

(فرآیند) DH دی هیدرات

ب : فرآیند HRC (همی هیدرات با کریستالسازی مجدد) :

فیلتراسیون تک مرحله ای ، واکنش در مکانیزم همی هیــدرات منجر به کریستالــیزاسیون مجدد به دی هیدرات و فیلتراسیون تا تولید اسید حاوی 30–32 در صد P2O5 می شود (  فرآیند NKK NISSANH) می شود.

ج : فرآیند DH/HH (دی همی هیدرات) :

واکنش در مکانیزم دی هیدرات در غلظتی کمی بالاتر (32–35 P2O5)  صورت می گیرد. جداسازی اسید بدون شستشوی کیک و سپس، تبدیل کریستال ها به همی هیدرات و شستشوی معکوس (Central – Prayon چهارچوب این فرآیند است.

فرآیند DH/HH (دی همی هیدرات) :

د :  فرآیند HH (همی هیدرات) :

 فرآیند تک مرحله ای همی هیدرات و تولید 40–48 P2O5 از فیلتراسیون، چهارچوب این فرآیند است. (فرآیندهای Norsk-Hydro ، OXY Hemihydrate و Prayon PH Π).

فرآیند HH (همی هیدرات)

فرآیند HH (همی هیدرات)

فرآیند HH (همی هیدرات)

و : HDH (همی دی هیدرات) :

واکنش در مکانیزم همی هیدرات ، فیلتراسیون تا تولید اسید 40-52 درصد ، P2O5 شستشو و دوغاب سازی مجدد (Repulping) کیک فیلتر در مخزن کریستال سازی مجدد (Recrystalization) ، تبدیل به دی هیدرات و فیلتراسیون کیک دی هیدرات ، چهارچوب این فرآیند است. (NISSANC ، Prayon PH Π ، HDH Norsk Hydro ،  Jacobs HYS ،   Oxy-Recrystallization)

HDH (همی دی هیدرات)

HDH (همی دی هیدرات)

HDH (همی دی هیدرات)

✳️ معرفی فرآیند برتر تولید اسید فسفریک :

مقایسه تکنولوژی بر اساس مسیر فرآیندی و محاسن و معایب هر فرآیند در ادامه متن آورده شده است. هر واحد تولیدی بر پایه کیفیت اسید تولیدی و ماده اولیه مصرفی ، نیازهای خود را طلب می کند.

پنج مسیر فرآیندی می تواند بر پایه این مشخصات در چهار گروه دسته بندی شود:

  1. برای تولید اسید ضعیف و گچ ناخالص ، فرآیند های دی هیدرات درصورت موجود بودن بخار برای تغلیظ برتری دارند. نوآوری های فرآیندی ، مصرف کنسانتره دانه درشت را میسر ساخته است و آسیاب تر نیز قابل استفاده است. فرآیند از نظر خوراک انعطاف پذیر است.
  2. برای تولید اسید ضعیف و گچ خالص از فرآیند های همی هیدرات ، کریستال سازی مجدد و دی همی هیدرات می توان استفاده کرد. عیب این دو فرآیند در پیچیدگی مسیرفرآیندی است.
  3. برای تولید اسید قوی با راندمان کم و سرمایه گذاری پایین از روش همی هیدرات می توان استفاده کرد.
  4. برای تولید اسید قوی ، گچ خالص با راندمان بالا روش همی دی هیدرات توصیه می شود. این فرآیند را می توان اوج تکنولوژی تولید اسید فسفریک دانست. در این فرآیند اسید قوی با غلظت 40-52 درصد P2O5 مستقیمآً از فیلتر تولید می شود. در این فرآیندراندمان بالاست و کمترین مقدار اسید سولفوریک مصرف می شود.

به هر حال ، مشکلات چندی در این فرآیند شناخته شده اند که عبارتند از :

  • کریستالیزاسیون مجدد به حضور ناخالصی ها حساس است.
  • کریستالیزاسیون مجدد برای کانی های آذرین مشکل است.
  • کریستالیزاسیون مجدد در فیلتر همی هیدرات میسر است.
  • تشکیل رسوب فلوئو سیلیکات روی فیلتر ممکن است.
  • شستشوی فیلتر همی هیدرات رضایت بخش نیست.
  • بازچرخه مواد آلی بین دو فیلتر مسئله ساز می باشد.

فرآیند های Norsk Hydro HDH ، NISSANC ، Prayon PH Π ، Jacobs Hys ، OXY- ،  Recrystalization در این مورد قابل استفاده اند.

✳️ محاسن و معایب تکنولوژی های منتخب به قرار زیر میباشد :

محاسن و معایب فرایند DH :

معایب : اسید حاوی مقدار زیادی A1 و F خواهد بود . اسید تولیدی 28–30 درصد است و بخار برای تغلیظ اسید ضروری است. راندمان در حدود 95 درصد است. مخزن ذخیره اسید  30 درصد ضروری است. ترکیب املاح قبل و بعد از تبخیر لازم است.

محاسن : طراحی ساده ، قابل انعطاف در خوراک ، فرآیند تثبیت شده ، سهولت راهبری و خواباندن واحد (2) کاربری فولادهای نامرغوب ، درآسیاب تر قابل استفاده است.

محاسن و معایب فرایند HRC :

معایب : آسیاب ضروری است ، رقیق سازی اسید سولفوریک لازم است ، کریستالیزاسیون مجدد با کانی های آذرین مشکل است . حجم بزرگ کریستال سازی دوباره ، انحلال ناخالصی های موجود ، مخزن اسید 32% و مرحله تغلیظ ضروری است ، ترکیب املاح قبل و بعد از تبخیر لازم است ، تمیز کردن اسید از ذرات جامد (3) قبل از فروش لازم است.

محاسن : فیلتراسیون تک مرحله ای ، فرآیند تثبیت شده در کانی های رسوبی ، تولــید گــچ خالص ، راندمــان بالا (97%) ، اسید کمی غلیظتر (30–32%) مصرف کم اسیدسولفوریک ، سطح فیلترلازم کم.

محاسن و معایب فرایند DH/HH :

معایب : جداسازی دو مرحله ای اسید ، سرمایه گذاری زیاد ، بخار برای تبدیل ضروری است، مخزن اسید 35% ضروری است ، مرحله تغلیظ لازم است. آسیاب کنسانتره لازم است و در طراحی و راهبری باید دقیق بود.

محاسن : قابلیت انعطاف به خوراک ، فرآیند تثبیت شده ، تولید گچ خالص ، راندمان بالا (98%) اسید غلیظ تر (32–36 %) مصرف اسید سولفوریک کم.

محاسن و معایب فرایند HH :

معایب : تا کنون خوراک محدودی در این فرآیند به طور صنعتی مورد عمل قرار گرفته است. سطح لازم برای فیلتراسیون اسید 48% P2O5 زیاد است . راندمان پایین است (90–94 %). گچ خالصتر تولید می شود ، موازنه آب جدی است.

محاسن : فیلتراسیون تک مرحله ای ، اسید قوی P2O5 40–48 % تولید می شود . اسید تولید شده خالص تر است (مقدار SO4 ، A1 و F در اسید کم است). مخزن میانی ذخیره در صورت مصرف مستقیم اسید لازم نیست.

محاسن و معایب فرایند HDH :

معایب : دو مرحله فیلتراسیون و بازیابی کم، فیلتراسیون مجدد برای کانی های آذرین مشکل است. در طراحی واحد باید دقت به عمل آید ، مواد آلی بین دو فیلتر باز چرخه می شود.

محاسن : اسید قوی تولید می کند.  P2O5 40–52 % اسید خالص تر تولید می کند ، مصرف اسید سولفوریک کم است. راندمان 98.5 درصد است. گچ خالص تری تولید می کند.


✔️ مقایسه هزینه های سرمایه گذاری در فرآیند های تر تولید اسید فسفریک


✳️ ارزیابی فرآیندهایی که درآنها اسید غلیظ تولید می شود :

در مقایسه فرآیند های مختلف تولید اسید فسفریک باید هزینه های سرمایه گذاری ، هزینه های تعمیرات ، زمان راهبری مداوم ( on-line time) ، هزینه مواد اولیه، سرویس های جنبی ، کیفیت محصول و محصولات جانبی را در نظر گرفت.

هزینه های سرمایه گذاری :

سرمایه گذاری در این فرآیند ها به مراتب از نظر تجهیزاتی در مقایسه با فرآیند دی هیدرات کمتر است. امکان تزریق کنسانتره درشت دانه ) کمتر از (106 mm) واحد آسیاب کنسانتره را حذف می کند. مخزن ذخیره اسید بین فیلتراسیون و تغلیظ نیز ضروری نیست. اگر غلظت اسید نیاز واحد بعدی را بر آورده کند ، واحد تبخیر و تغلیظ نیز لازم نخواهد بود.

فرآیند های دو مرحله ای همی هیدرات، یک مرحله کریستال سازی و فیلتراسیون مجدد دارند بعضی از دارندگان دانش فنی هنوز این فرآیند را در مقابل فرآیند دی هیدرات که واحد های آسیاب کنسانتره و تبخیر و تغلیظ در آن ها ضروری است، ارزان تر می دانند. البته این ادعا در شرایطی می تواند نادرست باشد می توان هزینه سرمایه گذاری را در این دو حالت تقریباً برابر دانست.

مصالح ساخت تجهیزات :

مرحله اول فرآیند های همی هیدرات و همی دی هیدرات در دما و غلظت زیاد اسید (تا 50 درصد P2O5 و100oC) در مقایسه با فرآیند دی هیدرات (غلظت 30% P2O5 و  80oC) تجهیزات پیچیده تری طلب می کنند. درغلظت های یکسان یون کلر ، خورندگی دردمای بالا به مراتب بیشتر است.
راکتور ها معمولاً از فولاد معمولی (Carbon steel) پوشیده از لاستیک و آجر های گرانیتی ساخته می شوند. افت دما در طول آجــرها، مصرف پوشش لاستـیکی را امکان پـذیر می سازد.

خنک کننده های تحت خلاء (Flas coolers) و لوله های ارتباط آن با راکتور، در دمای 90–100 درجه سانتیگراد باید از پوشش بسیار خوب مانند بوتیل برخوردار باشند. در مواردی که خوردگی شدید وجود دارد ، از فولاد 28 Sanicro در ساخت همزن ها و پمپ ها استفاده می شود. 

در مرحله دوم فرآیــند های همی هیدرات، دما و غلظت اسید پایین است 60oC و حدود 15% P2O5 با این حال به علت بالا بودن مقدار یون های سولفات و فلوئور حداقل در ساخت تجهیزات باید از فولاد 316 L استفاده کرد . راکتور مرحله کریستال سازی مجدد به پوشش آجر ضد اسید نیاز ندارد و پوشش لاستیکی در آن کفایت می کند.

هزینه تعمیرات و زمان راهبری (on- line time) :

هزینه های تعمیراتی به هزینه های سرمایه گذاری، شرایط محلی، میزان خوردگی و مصالح بکار رفته در ساخت تجهیزات وابسته است. 

هزینه سرمایه گذاری در واحدهای همی هیدرات کمتر است. لذا با وجود خوردگی و پیچیدگی تجهیزات، هزینه های تعمیراتی در مقایسه با واحد دی هیدرات کمتر است. در فرآیند های همی دی هیدرات هزینه های سرمایه گذاری بیشتر است و تعمیرات در قسمت اول آن همان است و قسمت دوم با تجهیزات ساده مقدار کمی به این هزینه ها اضافه می کند.  

هزینه ماده اولیه :

فسفات درشت دانه را می توان در فرآیند همی هیدرات مصرف کرد، البته این بدین معنی نیست که تجهیزات خرد کنی اصلاً مورد نیاز نیست.

بازیابی پایین در فرآیند همی هیدرات، مصرف کنسانتره را افزایش می دهد. در حالی که بازیابی بالا در فرآیند همی دی هیدرات، مصرف را کاهش می دهد. از آنجاییکه اسید غلیظ در این فرآیند ها تولید می شود، باید کیک روی فیلتر بدرستی شسته شود. محدودیت مصرف آب در کل سیستم، مصرف کنسانتره خشک و بدون رطوبت را طلب می نماید. البته در فرآیند همی دی هیدرات چون 1.5 مول آب تبلور به کریستال همی هیدرات اضافه می شود، مصرف کنسانتره با 10 درصد رطوبت میسر است.

مصرف اسید سولفوریک :

افزایش اسید سولفوریک در مخزن هیدراسیون و تبدیل کریستال همی هیدرات به دی هیدرات، پرت P2O5 در ساختمان کریستالی را کاهش و بازیابی را افزایش می دهد. در نتیجه مصرف اسید به علت غلیظ بودن اسید سولفوریک تولیدی، پایین بودن نسبت سولفات به P2O5 و بازیابی بالا در فرآیند همی دی هیدرات کمتر است. لازم به یادآوری است که برای نشاندن یون سولفات در آخرین مخزن نگهداری اسید فسفریک، حضور مقداری یون سولفات ضروری است.

افزودنی ها :

در فرآیند های همی دی هیدرات و همی هیدرات در صورت حضور مواد آلی در کنسانتره افزودن مواد افزودنی برای جلوگیری از پدیده کف زایی (Foaming) کنترل فرآیند های کریستال سازی و کریستال سازی مجدد ضروری است.

کیفیت اسید :

کیفیت اسید تولید شده در یک فرآیند تک مرحله ای همی هیدرات به مراتب بهتر از اسید حاصل از تغلیظ کننده ها در فرآیند دی هیدرات است ، از آن جایی که میزان A12O3,F,SO3,CaO  درآن کمتر است ، بنا بر این ترکیب املاح در مخزن اسید به مراتب کمتر است.

در روش دی هیدرات ، میزان P2O5 موجود در اسید فسفریک حاصل، زیاد می باشد و این نشان می دهد که مقدار مواد جامد تشکیل شده بعد از تولید اسید، به مراتب بیشتر از دو روش دیگر است.

دلیل این امر، این است که ترکیبات فلوئور ، آلومینیوم ، کلسیم ، و سولفیت در اسید رقیق بیشتر می باشد. در حالیکه در اسید های غلیظ تر به علت ویسکوزیته بالای محلول ، انحلال این ترکیبات کاهش می یابد. اســید تولید شده پس از سرد شدن تولید مواد جامد می کند.

کیفیت محصولات :

جانبی کیفیت گچ تولیدی در فرآیند دو مرحله ای همی دی هیدرات بسیار مرغوب است. گچ تولید شده در واحد همی هیدرات پس از دورریزی رطوبت خود را جذب می کند و خشک می شود. بدین ترتیب می توان آن را به یک کارخانه گچ ارسال نمود.

فرآیند تر برای تولید اسید فسفریک در طول نیم قرن تکامل یافته و فرآیندی اقتصادی تر تاکنون نتوانسته جایگزین آن شود.

روش خشک به انرژی الکتریکی زیاد با هزینه بالا نیاز دارد. این مسأله این فرآیند را برای تهیه اسید فسفریک مصرفی در صنعت کود شیمیایی و صنایع دیگر، غیر اقتصادی می کند.


✔️ بررسی ایستگاه ها، مراحل و شیوه کنترل کیفی در کارخانه اسید فسفریک

✳️ 1 - سیستم خوراک دهی

الف) کنسانتره فسفات :

سیستم کنترل (Level Sensing Element) مخزن کنسانتره سیستم توزین (Scale Bin) را همیشه پر نگه می دارد. خاک ورودی به سیستم توزین توسط یک شیر چرخان (Rotary Gate)  کنترل می شود.

این شیر با دقت تمام ماشین شده است تا از ریزش اضافی خاک جلوگیری به عمل آید. خروجی از سیستم توزین به درون یک دریافت کننده خوراک (Hopper) می ریزد و از آن پس از دریافت مقدار مطلوب خاک به داخل یک مخزن کوچک می ریزد و از پایین آن به یک نقاله پیچی خورانده می شود تا به قسمت اول و یا دوم راکتور ارسال شود.

سیستم توزین ، غیر مداوم (Batch Type) است و از دقت کافی برخوردار است. لکن دقت چنین ترازوهایی به علت محیط پر از غبار تضمین نمی شود و اپراتور ها مدام باید دقت و میزان توزین شده را زیر نظر داشته باشند.

ب) اسید سولفوریک :

اسید سولفوریک از واحد مربوطه به مخازن اسید با ظرفیت 15 روز ارسال می شود. اسید سولفوریک توسط پمپ به خنک کننده رقیق ساز (Dilution Cooler) ارسال می شود. دو کولر موازی برای کاهش غلظت اسید سولفوریک در نظر گرفته شده است. هر کولر مجهز به سیستم کنترل خود می باشد.

مقدار جریان اسید 98 درصد و اختلاط آن با آب به دقت کنترل می شود. اختلاط اسید با آب، مقدار زیادی حرارت آزاد می کند . این کولر ها از نوع پوسته و لوله (Shell and Tube) و از نوع کاربات (Karbate) می باشند. اسید رقیق شده از داخل لوله های کاربات عبور می کند ، در حالی که آب خنک کن از داخل پوسته ساخته شده از فولاد و مجهز به پوشش لاستیکی عبور می کند. دمای اسید رقیق شده (در حدود 58 درصد) توسط دو دماسنج اندازه گیری می شود.

ج) اسید فسفریک برگشتی :

اسید فسفریک از مرحله فیلتراسیون به منظور کنترل مقدار مواد جامد در دوغاب و بدست آوردن غلظت مطلوب در سیستم راکتورها به این مرحله باز گردانده می شود. مقدار جریان اسید، به دقت توسط فلومتر کنترل می شود.

اسید برگشتی به سیستم توزیع کننده ارسال می شود. از این جعبه، اسید توسط سر شیر فلکه می تواند به راکتور های شماره 1 و 2 تقسیم شود. معمولاً همه اسید برگشتی به قسمت اول راکتور هدایت می شود.

در صورتیکه خاک فسفات حاوی مقدار زیادی CO2 باشد خوراندن همه اسید برگشتی به قسمت اول راکتور مطلوب نیست، چون باعث ایجاد کف شده و انحلال خاک و تشکیل کریستالها را کند می کند.

✳️ 2 - راکتور ها :

خاک فسفات نرم به قسمت اول راکتور هدایت می شود. در این قسمت خاک فسفات با اسید برگشتی و قسمتی از دوغاب برگشتی از کولر مخلوط شده و بدرستی مخلوط می گردد. قسمت اعظم خاک فسفات در قسمت شماره 2 و 3 با اسید واکنش می دهد و فعل و انفعال در قسمت چهارم راکتور کامل می شود .

در این قسمت مقدار اسید سولفوریک آزاد اندازه گیری و کنترل می شود. بقیه واکنش و فرآیند کریستال سازی، تحت همزنی مطلوب در قسمت های 5 ،6 ،7 و 8 راکتور صورت می گیرد. گازهای حل شده در دوغاب خارج می شود و کریستال سازی در شرایط پایداری ادامه می یابد. در مخزن انحلال دوغاب به آرامی هم می خورد تا فرآیند کریستال سازی کامل شود.

دمای راکتور توسط باز چرخه دوغاب ارسالی به کولر خنک کننده تحت خلاء وکاهش دمای آن به میزان 4-5 درجه سانتیگراد کنترل می شود. دمای دوغاب در قسمت دوم راکتور در حدود 81 درجه و در قسمت اول و سوم به ترتیب 90 و 80 درجه کنترل می شود.

اسید سولفوریک آزاد در راکتور باید بین 1.6-2.2 درصد کنترل شود. معلوم شده است که در صورت پایین بودن مقدار اسید آزاد، هضم کامل خاک فسفات صورت نمی گیرد و در صورت بالا بودن اسید آزاد، کریستال های بلند و شکننده تشکیل می شود. در هر دو صورت راندمان بازیابی  و فیلتر پذیری تحت تأثیر قرار می گیرد.

تجربه نشان داده است که مقدار مواد جامد باید در حدود 40 درصد وزنی و غلظت اسید فسفریک 40-45 درصد P2O5 کنترل شود. میزان مواد جامد توسط حجم اسید برگشتی به قسمت دوم راکتور تنظیم می شود.

ضد کف در بشکه های 200 لیتری خریداری شده و توسط یک پمپ دوزینگ به مقدار 0-23 1/h  به جریان دوغاب که از قسمت نهم به قسمت نخست در جریان است، اضافه می شود. ضد کف را به قسمت سوم راکتور نیز می توان اضافه کرد.

✳️ 3 - شبکه فیلتراسیون :

وظیفه فیلتر، جداسازی مداوم اسید فسفریک از کریستال های گچ می باشد. در ضمن اسید ضعیف از مرحله دوم فیلتراسیون به راکتور باز گردانده می شود تا میزان مواد جامد در دوغاب، دما و غلظت اسید کنترل گردد. شستشوی معکوس، بازیابی مطلوب اسید فسفریک را ممکن می سازد.

سرعت فیلتراسیون با ضخامت کیک و آن نیز با سرعت چرخش فیلتر و میزان خلاء اعمال شده، تنظیم می شود. میزان خلاء باید طوری باشد که سطح کیک قبل از تخلیه خشک باشد.

ضخامت نرمال کیک فیلتر بین 50-70 میلیمتر می باشد. ضخامت کیک هر از چند گاهی باید اندازه گیری و سرعت چرخش فیلتر تنظیم شود. درکیک با ضخامت مطلوب، مقدار هوای جریان یافته از داخل کاهش می یابد و کیک زود خشک نمی شود. در نتیجه تشکیل رسوب به حداقل می رسد.

✳️ در صورتی که علاقه مند به صنعت تولید اسیدها میباشید یا قصد سرمایه گذاری در این صنایع را دارید مطالب زیر نیز میتواند برای شما مفید و جذاب باشد :

✍️ جهت تهیه مطالعات بازار و طرح توجیهی کارخانه تولید اسید فسفریک ، با اطلاعات کاملا به روز با فرمت Word و PDF و با گزارش گیری نرم افزار کامفار ، جهت اخذ جواز تاسیس یا وام و تسهیلات بانکی ،با ما تماس بگیرید .


📚 دانلود فایل های طرح توجیهی تیپ تولید اسید فسفریک

👈 توجه : کلیه ی طرح های تیپ یا آماده ، صرفا کاربرد مطالعاتی و تحقیقاتی داشته و جهت اخذ مجوز و یا تسهیلات و وام بانکی مناسب نمیباشند . جهت تهیه طرح توجیهی با کاربرد اجرایی و بانکی با ما تماس بگیرید.

فايل‌ها:
zipطرح توجیهی اسید فسفریک 50000 تن در سال ، 11 صفحه سال 97 داغ
تاريخشنبه, 23 اسفند 1399 15:30
حجم فايل 1.85 MB
دانلود 197

برای دانلود این محصول شما نیاز به خرید اشتراک دارید اگر عضو هستید با حساب کاربری خود وارد شوید.

zipطرح توجیهی تولید اسید فسفریک سال 96 داغ
تاريخدوشنبه, 16 ارديبهشت 1398 21:36
حجم فايل 780.35 KB
دانلود 195

برای دانلود این محصول شما نیاز به خرید اشتراک دارید اگر عضو هستید با حساب کاربری خود وارد شوید.

zipطرح توجیهی تولید ﺍﺳﻴﺪ ﻓﺴﻔﺮﻳک 51 صفحه داغ
نويسنده;امیر حبیبی
تاريخدوشنبه, 06 آذر 1396 23:21
حجم فايل 523.14 KB
دانلود 236

برای دانلود این محصول شما نیاز به خرید اشتراک دارید اگر عضو هستید با حساب کاربری خود وارد شوید.

zipطرح توجیهی تولید ﺍﺳﻴﺪ ﻓﺴﻔﺮﻳک 122 صفحه داغ
نويسنده;امیر حبیبی
تاريخدوشنبه, 06 آذر 1396 23:22
حجم فايل 3.52 MB
دانلود 475

برای دانلود این محصول شما نیاز به خرید اشتراک دارید اگر عضو هستید با حساب کاربری خود وارد شوید.


کسب و کارهای پر طرفدار

صنایع شیمیایی

© 2024 کلیه حقوق این وبسایت محفوظ میباشد.
Articles
Categories