Спосіб одержання кормових фосфатів з очищеної і знефтореної фосфорної кислоти

Винахід відноситься до сільського господарства, зокрема до виробництва кормових фосфа тів при кислотній переробці природних фосфатів, які можуть бути використані в якості кормових мінеральних добавок для різноманітних видів тварин. Відомий спосіб одержання кормового дікальційфосфату з екстракційної фосфорної кислоти шляхом попереднього очищення й знефторення кислоти з наступним осадженням дікальційфосфату з очищеної кислоти вапняком, фільтрацією і сушінням готового продукту (див. Позин М.Е. Те хнология минеральных солей. - Л. Химия, 1970, т.2, с.1033-1034). Недоліками цього способу є низька швидкість фільтрації і відсутність поживних домішок натрію, магнію і сульфатів у го товому продукті. Відомий також спосіб одержання кормового дікальційфосфату з очищеної і знефтореної екстракційної фосфорної кислоти шляхом змішування кислоти з розчином, що містить кальцій і аміак, виділенням осаду дікальційфосфату з розчину фільтрацією, промиванням його упареною морською водою з наступним сушінням отриманого осаду (див. Авт. Свид. СССР №1375231, Μ кл. А 23 К 1/175, 1988). Недоліками цього способу є багатоопераційність стадій процесу одержання готового продукту, високі енерговитрати пов'язані з необхідністю випарювання морської води і висушуванням готового продукту, необхідність прив'язки установки по виробництву кормового дікальційфосфату до регіонів із морською водою, вузький діапазон співвідношення кальцію до фосфору в го товому продукті (Са : P=1,48 ¸ 1,5). Найбільше близьким по технічній сутності і результату, що досягається, до запропонованого винаходу є спосіб твердофазного одержання кормового фосфату, зокрема дікальційфосфату, шляхом взаємодії очищеної і знефтореної фосфорної кислоти з подрібненим вапняком (або крейдою) і ретуром, дозрівання продукту, його сушіння, помолу і сепарації. Фосфорну кислоту бер уть переважно концентрацією 50-54 % Р2О5 у кількості 0,6-0,66 ваг.ч. Р2 О5 на 1ваг.ч. вапняку (або крейди). Використання неупареної фосфорної кислоти призводить до різкого зростання дозування ретура (див. В В.Ф.Кармашов, Б.П.Соболев, Β.Η.Носов Производство и применение кормовых фосфато в. Москва, « Химия», 1987, с.166-167). Даний спосіб дозволяє скоротити окремі стадії процесу (фільтрацію, відстоювання, промивання осаду на фільтрі), знизити вміст вологи в продукті перед його сушінням і за рахунок цього знизити витрату енергоресурсів, проте сам процес потребує великої ретурності для одержання транспортабельної шихти. Спосіб не забезпечує одержання продукту з співвідношенням кальцію до фосфору відповідно до вимог типових рецептур К-629 ¸ 14-89, К 62 ¸ 24-89, ПК 3-8, Π 37-2-89 (див. В.А. Крохина, А.Я. Антонов Справочник по комбикормам, кормовым добавкам и ЗЦМ для животных. Москва, ВО « Агропромиздат», 1990, с.35-37, 42, 234-235). На підприємствах, що виробляють комбікорми для різноманітних видів тварин, змушені вводити добавки неорганічних сполук, що містять фосфор, і вапняку (або крейди) для забезпечення оптимального співвідношення кальцію до фосфору. Проте, підготування фосфорно-кальцієвої складової комбікормів шляхом механічного змішування кормових фосфатів із вапняком (або крейдою) не забезпечують однорідності продукту, що негативно позначається на процесі відгодівлі тварин. Даний спосіб обраний у якості прототипу. У основу винаходу поставлена задача удосконалення процесу одержання кормових фосфатів з очищеної і знефтореної фосфорної кислоти шляхом інтенсифікації стадії взаємодії фосфорної кислоти з вапняком (крейдою), одержання транспортабельної шихти за рахунок підтримки оптимального співвідношення кальцію до фосфор у у ви хідній сировині і попередньому нагріванні фосфорної кислоти. Це дозволить прискорити хімічний процес взаємодії фосфорної кислоти з вапняком (крейдою), виключити ретурність процесу, знизити енерговитрати, одержати продукт, що відповідає вимогам кормовиробництва по співвідношенню кальцію до фосфор у. Поставлена задача досягається тим, що в способі одержання кормових фосфатів з очищеної і знефтореної фосфорної кислоти, що включає взаємодію фосфорної кислоти з подрібненим вапняком (або крейдою), фосфорну кислоту попередньо нагрівають до 70-80°С і дозують її до подрібненого вапняку (крейді) у кількості 0,16 ¸ 0,47ваг.ч. (100% Р2О 5) на 1ваг.ч. вапняку (або крейди). Використання способу, що заявляється, з усіма істотними ознаками, включаючи відмітні, дозволяє прискорити протікання процесу хімічної взаємодії очищеної і знефтореної фосфорної кислоти з подрібненим вапняком (крейдою), забезпечити оптимальне для кормовиробництва співвідношення кальцію до фосфору в готовому продукті Са : Ρ=1,7 ¸ 5,5:1, за рахунок чого поліпшуються фізичні властивості продукту: продукт набуває транспортабельних властивостей, виключаються явища залипання й адгезії шихти на внутрішній поверхні апаратури. Хімізм процесу взаємодії очищеної і знефтореної фосфорної кислоти з подрібненим вапняком (або крейдою) зводиться до утворення дікальційфосфату (біля 80-98%) із монокальційфосфатом, а також деякого надлишку вапняку (або крейди) по реакції: 3Н3РO4+СаСО3= (1) =Са(H2РО4)2+СаНРО4+СаСО3+2СО3+2Н2О Монокальційфосфат, який утворюється, частково реагує з вапняком, що не прореагував, по реакції: Са(Н2РO4)2+СаСО3=2СаНРO4+СO2+2Н2О (2) При надлишку вапняку ретроградація дікальційфосфату не відбувається. Кількісна межа дозування фосфорної кислоти до подрібненого вапняку (крейди) дозволяє одержувати рухливу шихту з заданим співвідношенням кальцію до фосфор у 1,7 ¸ 5,5:1, що відповідає рецептурним вимогам кормовиробництва. Температурна межа попереднього нагрівання очищеної знефтореної фосфорної кислоти 70-80°С значно прискорює процес взаємодії фосфорної кислоти з подрібненим вапняком (або крейдою), що дає можливість виключити подачу ретур у на стадію приготування шихти. Зниження норми дозування фосфорної кислоти менше 0,16ваг.ч. (100% Р2О5) на 1ваг.ч. подрібненого вапняку (або крейди) призводить до підвищення верхньої межі співвідношення кальцію до фосфор у в го товому продукті (більш 5,5:1), що небажано, тому що не відповідає рецептурним вимогам кормовиробництва. Підвищення норми дозування фосфорної кислоти більш 0,47ваг.ч. (100% Р2О5) на 1ваг.ч. вапняку (або крейди) призводить до утворення липкої шихти, якій властива адгезія до внутрішньої поверхні апаратів. Нижня межа нагрівання фосфорної кислоти 70°С обумовлена тим, що при її зниженні різко знижується швидкість хімічних процесів взаємодії фосфорної кислоти з вапняком (або крейдою), що також призводить до утворення липкої шихти, якій властива адгезія до поверхні апаратури. Підвищення температурної межі більш 80°С не робить істотного впливу на підвищення швидкості хімічного процесу взаємодії. Спосіб здійснюють таким чином. Очищену і знефторену фосфорну кислоту перед змішуванням із подрібненим вапняком (або крейдою) підігрівають у баку до температури 70-80°С і подають в розприскуючий устрій. Подрібнений вапняк (або крейда) із бункера через дозатор надходить у двохвальний змішувач, куди дозують з розприскуючого устрою підігріту до температури 70-80°С очищену і знефторену фосфорну кислоту для зміщування з подрібненим вапняком (або крейдою) у кількості 0,16 ¸ 0,47ваг.ч. на 1ваг.ч. вапняку (або крейди). У двохвальному змішувачі очищена і знефторена фосфорна кислота розкладає подрібнений вапняк (або крейду) на 80-90%. Отриману шихту з двохвального змішувача спрямовують у барабанний дозрівач, де завершується процес розкладання вапняку (або крейди), а звідти в сушильний барабан. Готовий продукт висушують при температурі 70-80°С. Значні куски готового продукту подрібнюють у молотковій дробарці і спрямовують на упаковування споживачам. Запропонований спосіб ілюструється прикладами. Приклад 1 по способу-прототипу. Очищену І Знефторену фосфорну кислоту концентрацією 54% Р2О5 і температурою 18°С у кількості 0,649ваг.ч. подають в розприскуючий устрій. Подрібнений вапняк (або крейда) із бункера через дозатор у кількості 100ваг.ч. подають у двохвальний змішувач. Утворюється густа, липка шихта з вологою Н 2О=18,5%. Для надання шихті транспортабельних властивостей у двохвальний змішувач додатково вводять ретур - готовий продукт після молоткової дробарки і пил з циклонів-пиловловників у кількості 3-5ваг.ч. ретура на 1ваг.ч. густої шихти. Отриману суміш спрямовують у барабанний дозрівач, а звідти в сушильний барабан, де її висушують до залишкової вологи Н2О=2,0%. Температура сушіння 80°С. Одержують 123ваг.ч. готово го продукту такого складу: Р2О5заг.-47,6%, Р2 О5засв. - 47,0%, Са-33,6%, Са : Ρ=1,2, Н2О=2,0%. Значні куски готового продукту подрібнюють у молотковій дробарці і спрямовують частин у продукту в дво хвальний змішувач, інша кількість на упаковування споживачу. Витрата газу на 1т (100% Р2О5) готового продукту складає 110м 3. Приклади по способу, що заявляється. Приклад 2. Очищену і знефторену фосфорну кислоту концентрацією 40% Р2О5 перед змішанням підігрівають у баку до температури 60°С і в кількості 32ваг.ч. подають в розприскуючий устрій. Подрібнений вапняк (або крейда) із бункера через дозатор у кількості 100ваг.ч. подають у двохвальний змішувач. Фосфорну кислоту дозують через розприскуючий устрій, на подрібнений вапняк (або крейду) у дво хвальний змішувач. Утворюється липка шихта з вологою Н 2О=15,4%, яку спрямовують у барабанний дозрівач. Шихта налипає на внутрішній поверхні барабанного дозрівача. З барабанного дозрівача шихта надходить у сушильний барабан, де її висушують до залишкової вологи Н 2О=2,5%. Температура сушіння 80°С. Одержують 92ваг.ч. готового продукту такої якості: Р2О5заг. - 22,8%, Р2О 5засв. - 22,6%, Са - 37,4%, Са : Ρ=2,68 в.ч., Н2О=2,5%. Значні куски готового продукту подрібнюють у молотковій дробарці і спрямовують на упаковування споживачу. Витрата газу на 1т (100% Р2О5) готового продукту складає 91,6м 3. Приклад 3. Очищену і знефторену фосфорну кислоту концентрацією 54,5% Р2О5 перед змішанням підігрівають у баку до температури 90°С і в кількості 47ваг.ч. подають в розприскуючий устрій. Подрібнений вапняк (або крейда) із бункера через живильний дозатор у кількості 100ваг.ч. подають у дво хвальний змішувач. Фосфорну кислоту дозують через розприскуючий устрій, на подрібнений вапняк (або крейду) у дво хвальний змішувач. Утвориться рухлива транспортабельна шихта з вологою Н 2О=12,4%, яку спрямовують у барабанний дозрівач, а звідти в сушильний барабан, де її висушують до залишкової вологи Н 2О=3,0%. Температура сушіння 80°С. Одержують 107ваг.ч. готового продукту такої якості: Р2О5заг. - 27,1%, Р2О5засв. 22,6%, Са - 37,4%, Са : P=2,68 в.ч, Н2 О=3,0%. Значні куски готового продукту подрібнюють у молотковій дробарці і спрямовують на упаковування споживачу. Витрата газу на 1т (100% Р2О5) готового продукту складає 73,7м 3. Приклад 4. Очищену і знефторену фосфорну кислоту концентрацією 54,5% Р2О5 перед змішанням підігрівають у баку до температури 80°С і в кількості 47ваг.ч. подають в розприскуючий устрій. Подрібнений вапняк (або крейду) із бункера через дозатор у кількості 100ваг.ч. подають у двохвальний змішувач. Фосфорну кислоту дозують через розприскуючий устрій, на подрібнений вапняк (або крейду) у дво хвальний змішувач. Утворюється рухлива транспортабельна шихта з вологою Н 2О=12,0%, яку спрямовують у барабанний дозрівач, а звідти в сушильний барабан, де її висушують до залишкової вологи Н 2О=2,4%. Температура сушіння 80°С. Одержують 106,5ваг.ч. готового продукту такої якості: Р2О5заг. - 27,2%, Р 2О5засв. - 26,9%, Са - 29,3%, Са : P=1,71в.ч., Н2 О=2,4%. Значні куски готового продукту подрібнюють у молотковій дробарці і спрямовують на упаковування споживачу. Витрата газу на 1т (100% Р2О5) готового продукту складає 71,3м 3. Приклад 5. Очищену і знефторену фосфорну кислоту концентрацією 54,5% Р2О5 перед змішанням підігрівають у баку до температури 75°С і в кількості 16ваг.ч. подають в розприскуючий устрій. Подрібнений вапняк (або крейду) із бункера через дозатор кількості 100ваг.ч. подають у дво хвальний змішувач. Фосфорну кислоту дозують через розприскуючий устрій, на подрібнений вапняк (або крейду) у двохвальний змішувач. Утворюється сипуча суміш із вологою Н2О=4,2%, яку спрямовують у барабанний дозрівач, а звідти в сушильний барабан, де її підсушують до залишкової вологи Н2О=2,8%. Температура сушіння 78°С. Одержують 76ваг.ч. готового продукту такої якості: Р2О5заг. - 13,3%, Р2О 5засв. - 13,0%, Са - 42,0%, Са : P=5,5 в.ч, Н2О=2,8%. Значні куски готового продукту подрібнюють у молотковій дробарці і спрямовують на упаковування споживачу. Витрата газу на 1т (100% Р2О5) готового продукту складає 24,9м . Приклад 6. Очищену і знефторену фосфорну кислоту концентрацією 40% Р2О5 перед змішанням підігрівають у баку до температури 70°С і в кількості 33ваг.ч. подають в розприскуючий устрій Подрібнений вапняк (або крейду) із бункера через дозатор у кількості 100ваг.ч. подають у двохвальний змішувач. Фосфорну кислоту дозують через розприскуючий устрій, на подрібнений вапняк (або крейду) у дво х вальний змішувач. Утворюється рухлива транспортабельна шихта з вологою Н 2О=11,0%, яку спрямовують у барабанний дозрівач, а звідти в сушильний барабан, де її висушують до залишкової вологи Н 2О=3,0%. Температура сушіння 80°С. Одержують 99ваг.ч. готового продукту такої якості: Р2О5заг. - 22,9%, Р 2О5засв. - 22,7%, Са - 37,3%, Са : Ρ - 2 ,65 в.ч., Н3О - 3,0%. Значні куски готового продукту подрібнюють у молотковій дробарці і .спрямовують на упаковування споживачу. Витрата газу на 1т (100% Р2О5) готового продукту складає 65,4м 3. Приклад 7. Очищену і знефторену фосфорну кислоту концентрацією 26,0% Р2О5 перед змішанням підігрівають у баку до температури 75°С і в кількості 15ваг.ч. подають в розприскуючий устрій. Подрібнений вапняк (або крейду) із бункера через дозатор у кількості 100ваг.ч. подають у двохвальний змішувач. Фосфорну кислоту дозують через розприскуючий устрій на подрібнений вапняк (або крейду) у дво хвальний змішувач.Утворюється суха суміш, яка порошить і не потребує підсушування, з (Вологою 3,3%. Шихту спрямовують у барабанний дозрівач, а звідти на упаковування споживачу. Шихта, яка порошить, не потребує стадії висушування і розмелу. Одержують 75ваг.ч. продукту такої якості: Р2О5заг. - 10,5%, Р2О 5засв. – 10,0%, Са - 43,8%, Са: Ρ=6,3в.ч, Н2О=3,2%. Приклад 8. Очищену і знефторену фосфорну кислоту концентрацією 54% Р2О5 перед змішанням підігрівають у баку до температури 90°С і в кількості 50ваг.ч. подають в розприскуючий устрій Подрібнений вапняк (або крейду) із бункера через дозатор у кількості 100ваг.ч. подають у двохвальний змішувач. Фосфорну кислоту дозують через розприскуючий устрій, на подрібнений вапняк (або крейду) у дво х вальний змішувач. Утворюється липка густа суміш, схильна до адгезії з вологою 17,0%, яку спрямовують у барабанний дозрівач, а звідти в сушильний барабан, де її висушують до залишкової вологи Н 2О=2,9%. У барабанному дозрівачі і сушильному барабані відзначається налипання шихти на внутрішній поверхні барабанів. Температура сушіння шихти 80°С. Одержують 110ваг.ч. готового продукту такої якості: Р2О5заг. - 46,0%, Р2 О5засв. - 45,8%, Са - 30,0%, Са: Ρ=1,5в.ч., Н2О=2,9%. Утворюється велика кількість значних кусків, які подрібнюють у молотковій дробарці і спрямовують на упаковування споживачу. Витрата газу на 1т (100% Р2О5) готового продукту складає 101,5м 3. У таблиці 1 подані результати впливу температури очищеної і знефтореної фосфорної кислоти, кількості фосфорної кислоти, яку вводять на 1ваг.ч. подрібненого вапняку (або крейди), на фізичні властивості шихти і якість готової продукції по співвідношенню кальцію до фосфору, а також на норми витрати природного газу на 1т (100% Р2О5) готового продукту. З отриманих даних прикладів конкретного виконання одержання кормових фосфатів відомим і запропонованим способами випливає, що здійснення процесу по запропонованому способу дозволяє прискорити процес взаємодії вапняку (або крейди) із фосфорною кислотою, за рахунок чого поліпшуються фізичні властивості ши хти, знизити енерговитрати на 1т (100% Р2О5) продукту, забезпечити оптимальне співвідношення кальцію до фосфору відповідно до вимог кормовиробництва. Спосіб пройшов іспити на укрупненій лабораторній установці СДНДІ МІНДІП. Отримано позитивні результати. Таблиця 1 Приклади реалізації способу № Параметри способу 1 Концентрація фосфорної кислоти (Р2О5), % 2 Температура фосфорної кислоти, °С 3 Витрата фосфорної кислоти (100% Р2О5)на1в аг.ч. в апняку 4 Витрата ретура, в аг.ч. на 1ваг.ч. в ихідної сиров ини 5 Температура сушки продукту °С 6 Фізичні в ластив ості шихти 7 Кількість в ологи в шихт і (Н2О), % 8 Витрата газу на 1т (100% Р2О5) готового продукту, Показники по показники по запропонов аному способу прототипу приклад 1 приклад 2 приклад З приклад 4 приклад 5 приклад 6 приклад 7 приклад 8 54,0 40,0 54,5 54,5 54,5 40,0 26,0 4,0 18 60 90 80 75 70 75 80 0,649 0,32 0,47 0,47 0,16 0,33 0,15 0,5 0,45 80 80 80 80 80 транспор- транспортабельна табельна 78 сипуча суміш транспорсуха, табельна порошить 80 густа, липка липка, адгезія липка 18,5 15,4 12,4 12,0 4,2 11,0 3,3 17,0 110 91,6 73,7 71,3 24,9 65,4 101,5 м3 9 Якість готов ого продукту Р2О5заг., % Р2О5засв ., % СаО, % Са : Р, в аг.ч. Н2О, % 47,6 22,8 27,1 27,2 13,3 22,9 10,5 46,0 47,0 33,6 1,2 2,0 22,6 37,4 2,68 2,5 26,9 29,4 1,78 3,0 26,9 29,3 1,71 2,4 13,0 42,0 5,5 2,8 22,7 37,3 2,65 3,0 10,0 43,8 6,3 3,2 45,8 30,0 1,5 2,9