Tài liệu Công nghệ sản xuất Photpho và acid photphoric docx

Bài 7:
CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PHOTPHO VÀ ACID PHOTPHORIC
*******


Photpho có 2 dạng thù hình: Photpho trắng ( hay vàng ) ,Photpho đỏ.
- Photpho trắng rất độc ,được sử dụng nhiều tạo chất khói,chất tự bốc lửa.
- Photpho không độc ,được dùng sản xuất diêm và một số chất khác.
Trước đây dùng Photpho chủ yếu để làm phân các loại ,hiện nay dùng Photpho
nhiều vào sản xuất tổng hợp hữu cơ Photpho .
I.Công nghệ sản xuất Photpho :
1. Công nghệ sản xuất Photpho trắng :

Dùng than khử Canxiphotphat ở nhiệt độ 1400 ( 1600oC với SiO2
Ca
3
(PO
4
)
2
+ 5C + 2SiO
2
= 2P + 5CO + 3Ca
2
SiO
2
Phản ứng này được thực hiện trong lò điện ,Photpho tạo thành thăng hoa cùng
với CO.

Sơ đồ lưu trình công nghệ điều chế Photpho trắng.
1:Lò điện ; 2:Thiết bị ngưng tụ Photpho ; 3:Bể chứa Photpho ; 4: Thùng làm sạch
Photpho

Photpho thiên nhiên và than được nghiền và sấy riêng biệt rồi đem trộn đưa
vào lò điện kín (1). Trong lò có SiO2 và quặng Photphat theo tỷ lệ SiO2 / CaO : (0.85 -
0.9) / 1.
Sản phẩm tạo thành trong lò điện là hơi Photpho và khí CO ,xỉ và một số oxit
(Al
2
O
3
,MgO ...).
Hiệu suất tạo thành Photpho thăng hoa khoảng 88 ( 92% .Hổn hợp khí ra khỏi
lò điện có nhiệt độ 250 ( 350oC được đưa vào hệ thống thiết bị ngưng tụ thành những
giọt lỏng chảy xuống bể chứa (3). Hiệu suất ngưng tụ đạt được khoảng 96 ® 97%.
Ðể làm sạch Photpho người ta nó vào thùng gia nhiệt (4). Photpho nặng sẽ lắng
xuống đáy thùng, còn các tạp chất cùng với nước tạo thành bùn nổi lên trên.

2. Công nghệ sản xuất Photpho :
Lò thăng hoa dùng trong công nghiệp là là hổn hợp 3 pha.
Lò Photpho tuyệt đối kín. Thổi khí trơ vào bunke chứa quặng phải có nắp đậy
kín các bộ phận khác .
Lò : vỏ bằng thép bên trong lót amian và xây gạch chịu lửa (chỗ nào có nhiệt độ
cao thì xây gạch chịu lửa).
Các điện cực tường lò bằng đường kín điện cực .
Quăng từ các bunke (8) chảy xuống qua nắp lò (4) và phân bố đều quanh các
điện cực (5). Hổn hợp chứa Photpho qua cửa (6) sang hệ thống thiết bị ngưng tụ ,còn
xỉ được tháo qua lỗ (7).

3. Ðiều chế Photpho đỏ:
Photpho đỏ là dạng thù hình phổ biến của Photpho trắng .Photpho trắng có thể
chuyển thành Photpho đỏ dưới tác dụng của nhiệt độ ,ánh sáng xúc tác .
Trong công nghệ luyện Photpho đỏ bằng cách : đốt lâu Photpho trắng ở điều
kiện không tiếp xúc không khí ,nhiệt độ chuyển hóa 270 ( 280oC quá trình luyện
thường khoảng 40 ( 60h (thông thường tới 100h).
II. Công nghệ sản xuất Acid Photphoric:
Có 2 phương pháp điều chế acid Photphoric:
- Phương pháp trích ly.
- Phương pháp nhiệt luyện
1. Phương pháp nhiệt luyện:
Ðiều chế H3PO4 bằng cách Oxi hóa Photpho trong không khí :
4P + 5O
2
= 2P
2
O
5

2P
2
O
5
+ H
2
O = 2HPO
3
Acid metaPhotphoric
HPO
3

+ H
2
O = H
3
PO
4
Acid octoPhotphoric
Photpho rắn đưa vào thùng (1) để nấu chảy bằng hơi nước Photpho đưa lên
thùng cung ứng (2) rồi đưa qua thùng hoãn xung (3) để vào vòi phun (4) của buồng
đốt (5) làm bằng gạch chịu acid ,Photpho cháy trong không khí tạo thành P2O5 và
HPO3 qua ống dẫn khí (6) vào tháp hydrat hóa (7).Nước hoặc acid loãng được phun
trong ống (8) vào tháp .Trong tháp (7) P2O5 chuyển hóa hoàn toàn thành HPO3 .
Tùy theo điều kiện nhiệt độ hơi nước , chúng được hydrat hoá thành H3PO4
hoặc các acid polyPhotphoric (H4P2O7 hoặc H5P3O10 , H6P4O13 ) H3PO4 lấy ra
khỏi tháp với nồng độ 45 ( 60%.
Một phần tồn tại dưới dạng mùn theo đường ống (9)vào tháp lọc điện (10) có
điện cực ngưng tụ (11) bằng than và điện cực phóng điện (12) bằng bạc làm việc ở
nhiệt độ 150oC và ngưng tụ tới 90 ( 99% acid có trong thùng.

Sơ đồ lưu trình công nghệ sản xuất acid Photphoric nhiệt luyện.
1: Thùng nấu chảy Photpho ; 2: Thùng cung ứng ;3: Thùng hoãn xung ; 4: Vòi phun ;
5: Buồng đốt : 6,9: Ống dẫn khí ;
7: Tháp hydrat hóa ; 8: Ống phun nước ; 10: Tháp lọc điện; 11: Ðiện cực ngưng tụ ;
Ðiện cực phóng điện.
2. Phương pháp trích ly:
Phương pháp này thực hiện bằng cách xừ lý Photphat thiên nhiên (thường là
Apatit) bằng H2SO4 .

Ca
5

(PO
4
)
3
F + 5H
2
SO
4
+ 10H
2
O = 3H
3
PO
4
+ 5(CaSO
4
.2H
2
O) +
HF
Trong quặng còn ít quặng Cacbonat cũng phản ứng với H2SO4
CaCO
3
+ H
2
SO
4
+ H
2
O = CaSO

4
.2H
2
O + CO
2

CaCO
3
.MgCO
3
+ H
2
SO
4
= CaSO
4
.2H
2
O + MgSO
4
+ CO
2

HF tạo thành sẽ tác dụng với SiO2 :
6HF + SiO
2
= H
2
SiF
6

+ 2H
2
O
Quá trình phải được thực hiện ở nhiệt độ 70 ( 80oC.
Tỷ lệ : lỏng / rắn = 2 - 3 / 1.
Dung dịch phải có lượng SO42- dư nhỏ.
3. Cô đặc acid Photphoric:
Acid Photphoric Ðiều chế bằng phương pháp trích ly có nồng độ khoảng 18
(23% nên thường được cô đặc đến nồng độ 38 ( 40% H3PO4 .
Trong công nghiệp ,người ta dùng 2loại thiết bị cô đặc H3PO4:
- Sục bọt .
- Hút chân không .
Nguyên lý cô đặc kiểu suc bọt là cho khí cho khí lò sục qua lớp acid, thiết bị
cô đặc kiểu sục bọt gồm có :1 buồng bằng thép , bên trong có gạch chịu acid. Phương
pháp cô đặc kiểu sục bọt có ưu điểm là nhanh , nhưng có nhược điểm là tạo nhiều mùn
acid.
Quá trình cô đặc chân không được thực hiện trong thiết bị bay hơi chân không
kiểu ống chùm ngang .Hơi đi trong ống , còn acid đi trong không gian ngoài ống ,thiết
bị được hút chân không bằng hệ thống phun tia - ngưng tụ .
Thiết bị cô đặc kiểu hút chân không có nhược điểm là cấu tạo phứt tạp tốn
nhiều chì và kim loại chịu acid, điều kiện làm việc phức tạp, thiết bị dễ đọng kết tủa.