«Очисткасточных вод производства экстракционной фосфорной кислоты»
Содержание
Введение
Глава1.Особенности процесса производства ЭФК
Глава2.Модернизация АСУТП производства ЭФК ОАО «Аммофос»
Глава3. Очистка сточных вод производства ЭФК
Заключение
Литература
Введение
Производствоэкстракционной фосфорной кислоты связано с расходом значительных количествводы. В процессе производства эта вода загрязняется многочисленными примесями,среди которых наиболее токсичными являются: желтый фосфор, фтористые ицианистые соединения, фенолы, фосфин. Организация работы фосфорного завода безвыпуска сточных вод является наиболее целесообразной. Такая организацияиспользования воды основана на наличии взаимосвязанных замкнутых циклов, спромежуточной очисткой воды до установленных норм. Главным звеном в этойорганизации является цех очистки сточных вод. Принимая химически загрязненнуюводу завода, он должен переработать ее и выдать воду установленного регламентомкачества для снабжения технологических процессов, систем мокройпыле-газоочистки и других потребителей.
Глава1. Особенности процесса производства экстракционной фосфорной кислоты
Аппаратура дляпроизводства экстракционной фосфорной кислоты в основном не зависит от способавыделения сульфата кальция. Различие технологических режимов сказывается главнымобразом на соотношениях между отдельными аппаратурными элементами, а также и навыборе конструкционных материалов, защите от коррозии и величине образованияпотоков.
Наиболее распространендигидратный режим, усовершенствование которого позволяет получать изапатитового концентрата или высококачественных фосфоритов при 65-80°С фосфорнуюкислоту с содержанием P/>O/>.
Фосфорную кислоту ссодержанием более 30-32% P/>O/>получают по высокотемпературному режиму(90-100°С) с выделением в твердую фазу полугидрата или ангидрита. Полугидратныйпроцесс в настоящее время широко используется в промышленности.
Ангидритный процесс,протекающий при температуре выше 100°С с применением концентрированной кислотыосложняется сильной коррозией аппаратуры, трудностью отделения мелкихкристаллов; кроме того, для поддержания автотермичности процесса из-за недостаточнойэкзотермичности его необходим подогрев реагентов. Помимо этого возникаютбольшие трудности при отмывке фосфорной кислоты из осадка. Поэтому ангидритныйпроцесс до сих пор не вышел из стадии небольших опытных масштабов.
Производство экстракционнойфосфорной кислоты состоит из следующих основных стадий: дозирования фосфатногосырья серной кислотой, разложение фосфата смесью серной и фосфорной кислот(экстракции), охлаждение циркулирующей пульпы, фильтрования экстракционнойпульпы, абсорбции фторсодержащих газов и концентрирования фосфорной кислоты.
Взависимости от температуры и концентрации фосфорная кислота в системе CaSO4-H3PO4-H2Oсульфат Ca осаждается в виде дигидрата (гипса), гемигидрата или ангидрита. Вреальных условиях осадок загрязнен примесями P2O5 в виденеразложенных природных фосфатов, недоотмытой H3PO4,сокристаллизованных фосфатов различных металлов и др., поэтому образующиесясульфаты Ca называют соответствующе фосфогипс, фосфогемигидрат ифосфо-ангидрит. В зависимости от типа осаждаемого сульфата различают три прямыхспособа производства экстракционной фосфорной кислоты: дигидратный,полугидратный (гемигидратный) и ангидритный, а также комбинированные:полугидратно-дигидратный и дигидратно-полугидратный.
ВСНГ наиболее отработан в промышленности дигидратный способ, который отличаетсявысоким выходом P2O5 (93-96,5%) в продукционную кислоту;однако относительно низкая концентрация фосфорной кислоты требует еепоследующего упаривания. Основные стадии процесса: экстракция с внешней иливнутренней циркуляцией и вакуумным или воздушным охлаждением экстракционнойпульпы, дозревание пульпы после экстрактора, отделение фосфорной кислоты наналивных вакуум-фильтрах. Эффективность процесса определяют в основномэкстрагирование P2O5 и фильтрование пульпы. Аппаратурноеоформление должно обеспечить полноту разложения сырья и кристаллизацию сульфатаCa в условиях минимального пересыщения им жидкой фазы. Оптимальная форма иразмеры кристаллов сульфата Ca обусловливают хорошую фильтруемость пульпы и эффективнуюотмывку от фосфорной кислоты минимальным количеством воды (для полученияконцентрированной продукционной фосфорной кислоты). Типовая схема дигидратногоспособа (рис. 1) реализуется при непрерывном дозировании в экстракторфосфатного сырья, 75-93%-ной H2SO4 и оборотной H3PO4.Температура процесса 72-750C, продолжительность 4-6 ч. Использование93%-ной H2SO4 (при переработке апатитового концентрата)позволяет увеличить подачу воды для промывки фосфогипса на вакуум-фильтре.Поступающая на фильтр фосфорная кислота отделяется, осадок фосфогипсапромывается на фильтре по противоточной схеме водой с возвратом образующейсяслабой фосфорной кислоты в экстрактор. Фосфорную кислоту, полученную изапатитового концентрата (28-32% P2O5), обычно упариваютдо содержания P2O5 52-54%. Концентрирование фосфорнойкислоты, полученной из фосфоритов (20-24% P2O5),неосуществимо без предварительной очистки от примесей и не используется впромышленности.
Гемигидратныйпроцесс позволяет получить более концентрированную фосфорную кислоту (вотдельных случаях до 50% P2O5 без дополнительногоупаривания). Фосфорную кислоту, содержащую 36-38% P2O5,можно получить из апатитового концентрата практически на том же оборудовании,что и в типовом дигидратном процессе с воздушным охлаждением пульпы. ФосфоритыКаратау по этому методу не перерабатывают. Широкого распространениягемигидратные процессы пока не получили из-за повышенной температуры (80-100 0C),выделения HF в газовую фазу, более низкого выхода P2O5 вкислоту, чем в дигидратном методе. В усовершенствованных промышленных схемахпредусмотрено предварительное смачивание апатитового сырья в скоростномсмесителе, разделение зон разложения и кристаллизации и др. Проведение процессапри содержании H2SO4 в жидкой фазе пульпы 0,2-1,0% впервом реакторе и 2,0-3,0% во втором позволяет снизить количество растворенногосульфата Ca в продукционной фосфорной кислоте, значительно уменьшить зарастаниеоборудования и трубопроводов, существенно интенсифицировать работу основныхтехнологических узлов.
/>
Рис. 1. Технологическаясхема типового производства экстракционной H3PO4 вдигидратном процессе из апатитового концентрата, мощность 110 тыс. т P2O5в год: 1 — бункер для фосфатного сырья; 2 — ленточный весовой дозатор; 3 — двухбаковый экстрактор; 4 -хранилище серной кислоты; 5 — погружной насос; 6-расходомер серной кислоты; 7 — циркуляционный погружной насос; 8 — испаритель;9 — брызгоуловитель; 10 -барботажный нейтрализатор; 11 — конденсатор; 12 -лоткикарусельного вакуум-фильтра; 13 — сепараторы (ресиверы); 14 — промежуточныйсборник образующейся при регенерации фильтровальной ткани; 15, 16, 17 — барометрические сборники: для первого (основного) фильтра (15), для оборотнойфосфорной кислоты (16), для промывного фильтрата (17).
Содержание P2O5в фильтратах: Ф1 — 28-32%, Ф2 — 22-25%, Ф3 — 5-10% .
Ангидритныйспособ имеет ряд преимуществ перед дигидратным и полугидратным: позволяет безупаривания получать кислоту, содержащую до 50% P2O5; приэкстракции в газовую фазу выделяется большая часть фтора; получаемая кислотаменьше загрязнена сульфатом Ca. Использование метода в промышленностисдерживают: жесткие коррозионные условия (высокие температуры и концентрациифосфорной кислоты), образование мелких кристаллов и необходимость большогочисла ступеней противоточной промывки.
Комбинированныеспособы получения экстракционной фосфорной кислоты — гемигидратно-дигидратный идигидратно-гемигид-ратный — более технологичны и экономичны, чем одностадийные.Обеспечивают повышение степени использования фосфатного сырья (за счет снижениятехнологических потерь P2O5), увеличение концентрациипродукционной фосфорной кислоты, получение более чистого сульфата Ca с цельюего дальнейшей переработки.
Зарубежом широко распространены гемигидратно-дигидратные схемы, внедрен такжедигидратно-гемигидратный способ. Однако комбинированные процессы иногдаусложнены двойным фильтрованием или нетехнологичны из-за высокойпродолжительности стадии перекристаллизации в гемигидратно-дигидратном методе(общая продолжительность процесса 10-16 ч в зависимости от сырья). Изусовершенствованных комбинированных технологий наибольший интерес представляетотечественный дигидратно-гемигидратный процесс с промежуточным фильтрованием.Метод позволяет получать из апатитового концентрата фосфорную кислоту,содержащую 33-34% P2O5, из фосфоритов Каратау — фосфорнуюкислоту, содержащую 28-30% P2O5. Степень извлечения P2O5из сырья около 99%. Продолжительность процесса не превышает 6 ч.Фосфополугидрат (фосфогемигидрат) содержит менее 0,5% P2O5и0,15% F и применен как вяжущее средство в строительных материалах [1].
Глава2. Модернизация АСУТП производства экстракционной фосфорной кислоты ОАО«Аммофос»
Открытое акционерноеобщество «Аммофос», входящее в холдинг «ФосАгро», на сегодняпредставляет собой большой технологический комплекс по производству минеральныхудобрений, реализуемых как на внутреннем, так и на внешнем рынках. В составэтого комплекса входят три основных производства: серной кислоты, фосфорной ипроизводство минеральных удобрений. В настоящее время ОАО «Аммофос» выпускаеткак двойные марки удобрений, содержащие азот и фосфор, так и трехкомпонентные,в состав которых входят три основных питательных элемента: азот, фосфор, калий.
Автоматизированныесистемы управления процессами (АСУТП) на предприятии внедрялись практически спуском технологического производства. Сначала это были АСУТП на базе ЭВМ М6000,затем — на базе СМ-2М, ТВСО, и уже более десяти лет – на базе микропроцессорнойтехники и персональных компьютеров. Это достаточно большой срок для средствавтоматизации. И в настоящее время по целому ряду причин мы столкнулись, как идругие предприятия отрасли, с необходимостью модернизации АСУТП. Это связано стем, что поддержка работоспособности систем на базе ПЛК Ломиконт-110,-112,Ремиконт-110 и программного обеспечения, эксплуатируемого с начала 90-х годовстановится все более трудоёмкой и продолжительной по времени. Например, мыначали сталкиваться с тем, что при замене вышедшей из строя вычислительнойтехники приходилось искать и использовать устаревшие, снятые с производстваперсональные компьютеры и компоненты. И конечно это не могло не сказаться нанадежности системы, и соответственно, на самом производстве. Кроме того,существующие АСУТП имели ограничения вычислительных ресурсов, средств обработкии представления информации, имели и ограничения по расширению под постояннорастущие требования производства. В результате довольно длительного изучениядоступных HMI/SCADA-пакетов мы остановили свой выбор на ПО HMI/SCADA iFIXкомпании GE Fanuc, представленном на российском рынке компанией “ИндаСофт”. Крометого, в пользу выбора iFIX сыграло наличие у компании GE Fanuc интегрированныхрешений для автоматизации производства, в составе которых (помимо iFIX) имеютсямасштабируемая и высокопроизводительная система архивирования Proficy Historianи другие средства автоматизации. Что же касается iFIX, то этот пакет обладаетмногими достоинствами, среди которых возможности базы данных реального времени,распределенная сетевая архитектура, возможности масштабирования ирезервирования, встроенный язык VBA, возможность обмена информацией ссуществующей у нас системой диспетчерского управления, наличие драйверов котечественным контроллерам Ломиконт.
Модернизация АСУТПначалась с производства экстракционной фосфорной кислоты в августе 2004 года. Впериод капитального ремонта одного из корпусов (5.58) производства, длившегосяоколо 2-х месяцев, была проведена и реконструкция АСУТП. На 2005 годзапланирована реконструкция АСУТП участка ЭФК-1. А в 2006 году – закончитьреконструкцию АСУТП ПЭФК (SCADA-системы). Краткая характеристика производства
Производствоэкстракционной фосфорной кислоты (ПЭФК) включает в себя два корпуса (5.55 и5.58), участок ЭФК-1, станцию нейтрализации кислых стоков, станциюприготовления известкового молока.
Основные функции АСУТПк.5.58:
· сбори обработка информации по технологическому процессу, состоянию основного ивспомогательного оборудования,
· управлениетехнологическим процессом,
· контрольсостояния аварийной сигнализации, включая системы противоаварийной защиты,
· расчеттехнико-экономических показателей производства,
· передачаданных в системы предприятия.
Структура системы
Основу системы составляютдва дублированных SCADA-сервера с программным обеспечением iFIX ProfessionalSCADA Pack unlimited Server Only. В их функции входит не столько отображение,сколько обмен информацией с контроллерами, её первичная обработка и функциипередачи информации клиентам. Связь с контроллерами, сбор информации и общийконтроль над технологией не прекращается даже в случае выхода из строя одногоиз серверов. Такое резервирование реализовано в системе iFIX следующим образом:каждый из серверов iFIX имеет собственное физическое имя узла, по которому онотслеживает состояние «соседа». В то же время для общей сети существует единоелогическое имя сервера, оно однозначно и не привязано к конкретной машине, чтопозволяет свободное переключение управления на резервный сервер и, наоборот, вслучае необходимости в процессе эксплуатации. Каждый сервер подключен кконтроллерам по отдельной линии связи, что обеспечивает полное дублированиеинформации. При возникновении внештатных ситуаций управление «подхватывается»резервным сервером и при восстановлении основного – возвращается обратно. Всеэто проходит абсолютно незаметно для пользователей системы.
Для графического отображениясостояния технологического процесса, непосредственного управлениятехнологическим процессом и выполнения прикладных программ на рабочих местахоператоров-технологов используются компьютеры с установленными на них пакетамиiClient RunTime. Для контроля над состоянием техпроцесса (без возможностиуправления), клиентские станции установлены у административно-техническогоперсонала (начальника производства, технолога, начальника смены и начальникаучастка). Клиенты не имеют собственной базы данных и архивов и за всейнеобходимой информацией обращаются к серверам, что позволяет при необходимостиувеличивать число полноценных клиентских станций с полной информацией осостоянии цеха за текущее и прошедшее время. Обмен информацией междуклиентскими АРМ и SCADA-серверами осуществляется по стандартной сети Ethernet,что упрощает возможности построения системы.
Весьнаработанный информационный архив хранится на сервере Historian. Здесьсобираются и хранятся в едином формате все данные (ввода/вывода, расчетные,ручного ввода), получаемые из системы управления технологическим процессом, ОТКи других источников информации. Возможность просмотра и использованияисторических данных из архива есть у всех технологических машин, что активноиспользуется при просмотре исторических трендов и формировании рапортов зазаданный период времени [1, 2].
/>
Рис.2. Структура АСУТППЭФК.
Передача данных в отделАСУП управления предприятием осуществляется «старыми» средствами: из архиваHistorian средствами iFIX формируются dbf-файлы (Dbase IV), которыескладываются на мостовую станцию в отдел АСУП и далее передаются пользователямзаводской сети. Это связано с тем, что до недавнего времени в производствеиспользовался DOS-овский пакет управления техпроцессом с ограниченнымифункциями передачи данных и для перехода всего предприятия на современныесредства передачи и обработки информации требуется время. Таким образом, быласохранена целостность существующей системы, без ущерба производству.
Формирование dbf-файловпроисходит без участия оператора-технолога с интервалами от 1 минуты до 12часов. Эту задачу выполняет Планировщик – задача iFIX, которая запускаетскрипт, генерирующий файл в конце каждого заданного промежутка времени.Дополнительно в функции планировщика входит запуск в определенное время скриптапо расчету выработки экстракционной фосфорной кислоты за смену с учетомпоступивших в архив iHistorian лабораторных анализов и уровней в ёмкостяхпродукционной кислоты на начало и конец смены. Эти расчеты необходимы длядостоверного отчета по технико-экономическим показателям цеха.
В процессе разработкисистемы использовались стандартные возможности iFIX – это графическиебиблиотеки и примитивы, библиотеки элементов ActiveX, встроенные мастера иэксперты. И хотя в начале статьи мы подчеркнули, что одним из привлекательныхчерт iFIX является встроенный VBA, но фактически при создании системы этосредство использовалось только для решения нестандартных задач, например, такихкак организация обмена информацией с системой АСУП. В системе АСУТП к.5.58разработано около 45 экранов отображающих различные части технологическогопроцесса и состояние вспомогательного оборудования, и предоставляющихоператорам средство управления процессом производства. В процессе разработки мыруководствовались требованиями технологов к отображению информации ифункциональности рабочих мест, одновременно обеспечивая при этом максимальную“дружелюбность” интерфейса.
Формированиетехнологических отчетов, рапортов ТЭП производится созданием простыхSQL-запросов к архиву iHistorian и дальнейшей обработкой и форматированиемполученных данных средствами MS Excel. Отладка SQL-запросов может производитьсякак в пакете Proficy Historian утилитой Historian Interactive SQL, так и спомощью Microsoft Query. Панель рапортов выглядит как показано на рис.3. – этосозданный специально для технологов средствами iFIX простой пользовательскийинтерфейс, позволяющий просматривать, формировать, распечатывать различные типыотчетов за выбранный период времени и вести архив документов. Бланк отчета исформированные архивные отчеты хранятся на диске в формате *.xls, поэтому могутбыть доступны практически любым заинтересованным пользователям.
/>
Рис.3. Панель рапортов
Математическиевозможности системы iFIX позволяют постоянно обновлять данные отехнико-экономических показателях производства в зависимости от состояниятехпроцесса. Например, при поступлении в систему новых анализов из лабораториио концентрации серной кислоты, пересчитывается необходимый расход H2SO4 втехнологию, что позволяет более точно рассчитать баланс производства исэкономить необходимые ресурсы. А расчет корректированного расхода пара выводитданные о фактическом расходе с учетом поправки по давлению и по температуре.Операторы-технологи видят оперативно обновляемые данные по ТЭП, что позволяетим вести технологический процесс с учетом установленных норм потребленияресурсов и соблюдения технологического регламента.
Для управления технологическимпроцессом используются специальные панели-регуляторы. С их помощью можнопереключать режимы управления (ручной/автоматический), контролировать положениеисполнительного механизма или задавать в числовом виде величину задания науправление – рис.4. Эти панели вызываются на экран по нажатию насоответствующий регулируемый параметр, при этом подгружается соответствующаягруппа тегов подстановки, что позволяет для управления 75-ю регуляторамииспользовать только один графический объект.
/>
Рис.4. Управлениерегулятором
В процессе внедрениясистемы возникало много вопросов по реализации тех или иных возможностей iFIX.Ответы на большинство вопросов были найдены в документации по iFIX. Кроме того,возможность прямой связи со специалистами технической поддержки компании“ИндаСофт” (телефон, электронная почта, личное присутствие) значительнооблегчили процесс освоения и внедрения ПО iFIX. Все вопросы решалисьпрофессионально и оперативно [2].
ГЛАВА 3. Очистка сточных вод производства экстракционнойфосфорной кислоты
Замкнутый цикл воды впроизводстве экстракционной фосфорной кислоты
Использование воды взамкнутом цикле в производстве экстракционной фосфорной кислоты стало возможнымпри направлении потока навстречу потоку фосфора. В этом случае свежая вода вколичестве 20 м3/сут расходуется только на нужды лаборатории, а втехнологии используется только оборотная вода. Из общего количества повторноиспользуемой воды, равного 148 м3/сут, 18 м3/сутрасходуется на смыв полов, 80 м3/сут; для подпитки систем гидратациии 50 м3/сут — на все операции, связанные с транспортированием ихранением фосфора.
Из оборотной охлаждающейсистемы вода, подогретая в теплообменниках, первоначально подается в дозаторыдля вытеснения фосфора в башню сжигания (рис. 5). При выгрузке фосфора изхранилища в дозаторы в хранилище перекачивается оборотная вода из сборникаоборотной воды. Передавливание фосфора из железнодорожной цистерны в хранилищеосуществляется путем подачи под давлением оборотной воды из сборника, которыйзаполняется водой, вытесняемой фосфором из хранилища при его загрузке. Послеокончания передавливания фосфора в железнодорожные цистерны еще некоторое времяподается вода для промывки самой цистерны и фосфоропровода; при этом водациркулирует в замкнутом контуре: железнодорожная цистерна — хранилище фосфора—сборник — железнодорожная цистерна.
При такой организациипроизводства образуются три вида сточных вод:
1) фосфорсодержащие изжелезнодорожных цистерн после выдавливания фосфора в хранилище;
2) от лаборатории;
3) от смыва полов.
Всеэти сточные воды поступают в сборник фосфорсодержащих сточных вод, откударавномерно пёрекачиваются в отстойник. Осветленная вода собирается в сборнике,откуда подается на гидратацию фосфорного ангидрида. Как показал опыт работы,использование очищенных сточных вод для гидратации фосфорного ангидрида неоказывает отрицательного влияния на качество получаемой фосфорной кислоты [3].
/>
Рис. 5. Технологическаясхема использования воды в замкнутом цикле в производстве экстракционнойфосфорной кислоты на привозном фосфоре. Сооружения: / — узел для подогреваводы; // — дозаторы фосфора; /// — башня сжигания фосфора; IV — хранилищефосфора; V — сборники оборотной воды; VI — участок мойки железнодорожныхцистерн; VII — сборник фосфорсодержащих сточных вод; VIII — отстойник; IX —сборник осветленной воды; X — лаборатория. Потоки: / — продувочные водыоборотной охлаждающей системы; 2 — фосфор; 3 — оборотная вода; 4 —фосфорсодержащий шлам; 5 — фосфорсодержащие сточные воды; 6 — свежая речнаявода
/>Схема очистки фосфорсодержащих сточных вод.
Типовая схема очисткисточных вод, принятая на заводах по производству экстракционной фосфорнойкислоты, предусматривает следующие операции:
1) первоеосветление сточных вод, поступающих на очистку;
2) нейтрализациюосветленной воды с одновременным получением взвеси фосфатов и фторида кальция;
3) второеосветление сточных вод;
Вторично осветленная воданаправляется в накопители для повторного использования.
Первое осветление сточныхвод
При степени загрязненностисточных вод фосфором первое осветление должно обеспечивать осаждение 90-98%взвесей, содержащих фосфор. Получаемый при этом шлам содержит от 10 до 30%элементарного фосфора. Для снижения производственных потерь, этот шламнепосредственно сжигают в специальных топках, получая фосфорную кислоту.
Вторичное осветлениесточных вод
Полнота удалениявзвешенных частиц, содержащих элементарный фосфор, зависит от эффективностипроцесса вторичного осветления сточных вод. Для укрупнения взвесеймалорастворимых солей кальция, а, следовательно, для повышения скорости ихосаждения, в полученную при нейтрализации суспензию добавляют растворполиакриламида, выполняющего роль флокулянта.
Полиакриламид являетсявысокомолекулярным полиэлектролитом, который в воде диссоциирует, образуя насвоих нитевидных молекулах заряженные узлы, способные присоединиться к твердымвзвешенным частицам, содержащим на поверхности ионы многовалентных металлов. Врезультате сорбции молекулы полиакриламида с отдельными взвешенными частицами образуютфлоккулы, что способствует быстрому осаждению частиц.
Оптимальное количествополиакриламида находится в пределах 0,5-1,5 мг на 100 мг взвешенных веществ.При меньшем количестве его будет недостаточно, более высокое количествоприводит к агломерации отдельных молекул полиакриламида между собой истабилизации суспензии.
Оборудование иэксплуатация линии очистки сточных вод
Основным оборудованиемлинии очистки сточных вод являются отстойники и нейтрализатор, снабженныеконтрольно-измерительными приборами и устройствами для автоматическогорегулирования.
Отстойники
Осветлениефосфорсодержащих сточных вод осуществляется в отстойниках-сгустителях типаСО-9.
Принцип работыотстойников этого типа заключается в том, что взвешенные в воде твердые частицыподают на дно отстойника и вода, двигаясь от нижнего края распределительногостакана к сливному желобу, т.е. снизу вверх и от центра к периферии,постепенно осветляется сначала от крупных, а затем и от более мелких взвесей.
Нагрузка на отстойникопределяется так, чтобы вода находилась в нем не менее 4 часов.
Во вторичных отстойниках,предназначенных для осветления нейтрализованной суспензии, кислотоупорный слойотсутствует. Диаметр цилиндрической части отстойника около 9м, высота 3м. Уголоткоса конического днища 7є. Объем отстойника 7 кубических метров.
Нейтрализатор
Нейтрализатор сточных вод(рис.7) представляет собой стальную цилиндрическую емкость 7 с плоской крышкойи сферическим днищем. Корпус нейтрализатора внутри покрыт слоемполиизобутилена, диабазовой плиткой и кислотоупорным кирпичом 5.
Поскольку процесснейтрализации требует интенсивного перемешивания, то нейтрализатор снабженбыстроходной пропеллерной мешалкой 3, имеющей скорость вращения 270 об\ мин. Вкачестве параметра для контроля и регулирования процесса нейтрализации сточнойводы используют величину pH — показатель концентрации ионов водорода,которая измеряется pH- метром, установленным по месту 6, и показывающим прибором,вынесенным на пульт управления.
Если бы величина pH сточных вод и скоростьих поступления были постоянными, то количество нейтрализующего реагента можнобы подавать с постоянной скоростью, например, известкового молока из расчета28г CaO на 1 грамм-эквивалент кислот. Для обеспечения непрерывнойдозировки необходимого количества известкового молока от дозировочного бака кнейтрализатору подведены три трубопровода с запорной арматурой, из которых: надвух трубопроводах дозировка реагента осуществляется автоматически, а натретьем вручную.
В качестве дозирующегоустройства на автоматических линиях (рис.9) используются пневматические клапаны8. Для непосредственного измерения pH используют потенциометрические приборы.
Автоматическаярегулировка работает по следующему принципу: сигнал, воспринимаемый датчиком 6,снимается и усиливается pH-метром 2 и подается на электронный прибор 1.Далее, с помощью пневморегулирующего устройства он воздействует на мембрануисполнительного механизма клапана 8.
Значение pH, до которого необходимонейтрализовать сточные воды, устанавливается при помощи указателя наэлектронном приборе 1. В случае, если pH воды в нейтрализаторе 4 ниже заданного значения,то через систему рычагов заслонка пневматического регулятора прилегает к соплу,что уменьшает давление воздуха на мембрану исполнительного механизма пневматическогоклапана 8, а это ведет к открытию клапана и поступлению известкового молока внейтрализатор.
По мере нейтрализациисточной воды до заданного значения pH изменяется сигнал на pH-метре и при этомповышается давление на мембрану клапана, а это влечет за собой прикрытиепропускного отверстия, которое полностью закроется при достижении внейтрализаторе заданного значения pH среды, и дозировка известкового молокапрекратится.
Комплексное использованиесточных водпроизводства экстракционной фосфорной кислоты
В соответствии стехнологией экстракционной фосфорной кислоты нефелиновый концентрат впорошкообразном виде спекают с известняком или мелом:
(Na, К)2О + А12О3. nSiO2 + 2СаСО3 ® Na2О. К2О. А12О3 +n(2СаО. SiO2) + 2СO2
При последующемвыщелачивании спека водой образовавшиеся алюминаты натрия и калия переходят враствор. Затем водную пульпу подвергают фильтрованию от нерастворимых силикатовкальция, которые направляют в цементное производство, а фильтрат, содержащийN338103, — на автоклавное обескремнивание при давлении 0,6 — 0,7 МПа.
Образующийся осадок последальнейшего отстаивания пульпы в сгустителе в виде шлама возвращают наспекание, а осветленный раствор подвергают карбонизации газами печей спекания.
Для получения глиноземаосадок А1(ОН)3 отфильтровывают и подвергают кальцинации. В фильтрате(карбонатных щелоках) кроме Nа2СО3 и К2СО3содержится определенное количество К2SО4 ибикарбонатов натрия и калия, что обусловлено присутствием SO2 в газах печей спекания ирежимом процесса карбонизации. Для предотвращения коррозии аппаратуры кислыесоли при помощи гидроксида натрия (каустической соды) переводят в углекислые.
Для получения нужногоколичества щелочей часть карбонатных щелоков подвергают каустификации.Отфильтрованный и промытый шлам, полученный при каустификации, направляют наспекание. Содержащиеся в карбонатных щелоках соли выделяют затем методомполитермического разделения, основанным на их различной растворимости приразных температурах. Карбонатный щелок, нейтрализованный щелочью (для переводакислых солей в нейтральные), после карбонизации для освобождения от остатков Аl2О3 и выделенияосажденного Аl(ОН)3 подают на I стадию упаривания, гдеиз него выделяется 25 — 30% соды. После отделения кристаллов соды маточник № 1смешивают с маточником № 2, получаемым на стадии упаривания, и этот растворохлаждают до 35 °С. В процессе охлаждения в осадок выпадает К2SО4,который затем отделяют от раствора, поступающего на II стадию упаривания, в результатекоторой выделяют остальные 70—75%. имевшейся в карбонатном щелоке соды.Отделенные на обеих стадиях упаривания осадки соды смешивают и обезвоживают.
Часть маточника №2, непошедшую на смешение с маточником № 1, подают на III стадию упаривания, в результатекоторой кристаллизуется смесь двойной соли К2СO3. Nа2СО3,Nа2СО3и К2SО4. Осадок отделяют от суспензии и передают нарастворение в нейтрализованном карбонатном щелоке, а жидкую фазу охлаждают длявыделения КгСО3-1,5Н2О, который затем отфильтровывают ивысушивают. Маточник № 3 возвращают на III стадию упаривания ичастично выводят из системы в виде поташного раствора (50% К2СO3).
Эксплуатационные затратына получение перечисленных; продуктов по описанной технологии на 10—15% меньшезатрат при раздельном их производстве. Кроме того, при определенных условияхможет быть исключен сброс производственных сточных вод.
Разработани безупарочный способ переработки карбонатных щелоков, при котором путем ихкарбонизации и высаливания аммиаком можно выделить в осадок в виде NаНСО3до 97% Nа2СО3 и до 85% К2SО4. Крометого, по этому способу получается аммиачная вода, являющаяся жидким удобрением[4,5].
/>
Рис. 10. Схемапереработки карбонатного щелока из нефелина
Утилизация шлаков источных вод
Электротермическаявозгонка фосфора сопровождается образованием больших количеств огненно-жидкихшлаковых расплавов, содержащих в среднем 38— 43% SO2, 2 – 5% Аl2О3, 44 – 48%СаО, 0,5 – 3% Р2О5, 0,5 – 1,0% МgО, 0,5 – 1,0% Fe2О3и другие компоненты. Только на Чимкентском производственном объединении«Фосфор» их образуется около 2 млн. т/год. Решение проблемы рациональнойутилизации фосфорных шлаков и сточных вод является задачей большойгосударственной важности. Однако оно осложняется особенностями химическогосостава таких шкалов. Присутствие в них фтора (примерно до 3,6% в виде СаР2),фосфора (примерно до 3,6% в виде Р2О5), серы не даетвозможности непосредственно применить для утилизации этих шлаков ряд методов,используемых, в частности, при переработке доменных шлаков. В этой связи внашей стране были проведены исследования, направленные в основном напереработку фосфорных шлаков в строительные материалы и изделия из них:разработаны процессы получения гранулированных шлаков, шлакового щебня,шлаковой пемзы, минеральной ваты, литых и других строительных изделий иматериалов. Использование электротермофосфорных шлаков в стране с этими целямипревышает 2 млн. т/год.
Учитывая необходимостьутилизации фтора, который в печном процессе в основном переходит в шлак, иприменения гранулированного шлака, в ряде случаев целесообразно проводитьгидротермическую обработку расплавленных шлаков непосредственно после ихполучения. Химические реакции, протекающие при взаимодействии расплавленныхшлаков с водой или водяным паром, схематично могут быть представлены следующимиуравнениями:
CaF2+ H2O + SiO2 ® 2HF + СаО. SiO2,
Ca3P2+ 3H2O + 3SiO2 ® 2РН3 + 2 СаО. SiO2,
СаS + Н2О + SO2®Н2S + СаО. SiO2, (6)
Кроме того, в такихпроцессах содержащийся в шлаке фосфор образует с кислородом воздуха Р2О5,дополнительные количества которого получаются, возможно, еще и при окислении РН3.Перечисленные процессы протекают, например, при переработке расплавленногофосфорного шлака в шлаковую пемзу с применением
/>
Рис. 11. Схемыпроизводства шлаковой пемзы: a — вододутьевым способом: 1 — шлаковый желоб электропечи; 2—струйный вододутьевой аппарат; 3 — экран; 4 — газоотводные трубы; 5 —газосборная камера; 6 — пластинчатый конвейер; 7 — валковая дробилка; 8—наклонная галерея; 9 — разгрузочная камера; 10— воздуховод; 11 — чашевыйохладитель; 12 — транспортер; 13 — приемный бункер дробильно-сортировочногоузла; б — бассейновым способом: 1 — шлаковый ковш; 2 — шлаковый желоб; 3 — гидрозатвор;4 — толкатель; 5 — стационарный бассейн; 6 — откидная стенка; 7 — газосборнаякамера; 8 — отводная труба; 9 — приямок для шлаковой пемзы; 10 — грейферныйзахват; 11 — приемный бункер дробильно-сортировочного узла струйныхвододутьевых аппаратов. Для проведения данного процесса не требуется разработкиновой аппаратуры, так как для этой цели можно использовать оборудование,проверенное и применяемое при переработке доменных шлаков.
Вспучивание расплавленныхфосфорных шлаков для производства шлаковой пемзы вододутьевым способом можетбыть организовано на установках, выполненных в различных вариантах. Схема однойиз таких установок показана на рис. 11, а.
Расплавленныйшлак дробят струей воды под давлением в вододутьевом аппарате и дополнительноразрушают при ударе об экран, после чего он попадает на настил пластинчатогоконвейера, где вспучивается в результате выделения газов и охлаждается.Застывшие горячие куски шлака конвейером подают в дробилку, где их измельчаютпримерно до размера 100 мм, После этого шлак охлаждают в чашевом охладителе итранспортером передают на последующую переработку. Выделяющиеся при вспучиваниишлака газы отводят из газосборной камеры и галереи через газоотводные трубы.[6]
Наиболее легкую шлаковуюпемзу получают при переработке расплавленных шлаков бассейновым способом.Однако сложность герметизации опрокидных бассейнов существующих типов и отводавыделяющихся в них газов и паров заставляет отказаться от их применения дляпереработки фосфорных шлаков. Для этой цели требуются бассейны иных типов. Так,на рис. 7, б представлена схема получения шлаковой пемзы с применениемстационарного бассейна с толкающим разгружателем.
Производство шлаковойпемзы бассейновым способом является высокоэффективным процессом переработкифосфорных шлаков. Экономическая эффективность использования 1 т шлаков в видешлаковой пемзы по сравнению с керамзитом составляет 10 руб. Вододутьевой способеще эффективнее.
Гранулированныефосфорные шлаки можно использовать как активную минеральную добавку к цементнойшихте до 15%. Их применение в цементной промышленности позволяет снизить расходтоплива на 6—7%. Шлакопортландцемент на основе фосфорных шлаков интенсивнееприобретает в изделиях: прочность, которая превышает прочность обычныхцементов. Экономическая эффективность замены производства 1 т цементногоклинкера производством 1 т гранулированного шлака ориентировочно составляет7,65 руб. Экономически целесообразным являются и производства из фосфорныхшлаков и сточных вод шлакового щебня, минеральной ваты, шлакоситалловых идругих изделий [4-7].
Заключение
Химическая промышленность— одна из наиболее быстро развивающихся отраслей в мире и крупнейшийпотребитель энергии. По темпам роста химическая промышленность опережает многиедругие отрасли. Не исключение производство неорганических веществ, а именнофосфорной кислоты, где образуется огромное количество сточных вод. В даннойработе были рассмотрены основы производства экстракционной фосфорной кислоты испособы очистки сточных вод. Наиболее эффективный способ- получение шлаковойпемзы, которая может использоваться в сельском хозяйстве и строительстве.
Литература
1. КопылевБ.А. и др. Технология экстракционной фосфорной кислоты М.: Химия, 1989. –460с.
2. РодионовА.И. и др. Техника защиты окружающей среды. М.: Химия, 1989. – с. 436 – 460.
3. НаркевичИ.П., Печковский В.В. Утилизация и ликвидация отходов в технологиинеорганических веществ. М.: Химия, 1984, 160 с.
4. А.П.Цыганков, В.Н. Сенин. Циклические процессы в химической технологии. Основы безотходныхпроизводств. М.: Химия, 1988. С. 120 – 131.
5. ПозинМ.Е., Зинюк Р.Ю. Физико-химические основы неорганической технологии. Л.: Химия,1985. – 383 с.
6. Основыхимической технологии. / Под ред. И.П. Мухленова. – М.: Высш. школа, 1991. –452 с.
7. ХарламповичГ.Д., Кудряшова Р.И. Безотходные технологические процессы в химическойпромышленности. М.: Химия, 1978, 280 с.