Содержание к диссертации
Введение
II. Литературный обзор
2.1. Способы очистки ЭФК 8
2.2. Очистка ЭФК органическими растворителями 9
2.3. Механизм экстракции неорганических кислот трибутилфосфатом 13
2.4. Обзор существующих технологий по очистке ЭФК органическими растворителями за рубежом и в России 19
2.5. Подвижная жидкая мембрана в экстракционном процессе 28
2.6. Аппаратурное оформление процессов очистки ЭФК органическими растворителями 32
III. Теоретический анализ проблемы.
3.1. Закономерности экстракции трибутилфосфатом фосфорной кислоты и основных примесей, присутствующих в ЭФК .40
3.2. Основные тенденции при создании экстракционных технологий очистки ЭФК органическими растворителями 42
IV. Экспериментальная часть
4.1. Методики проведения экспериментов
4.1.1. Изучение процесса экстракции ФК 100 % трибутилфосфатом при различных температурах 45
4.1.2. Изучение скоростей расслаивания при экстракции и реэкстракции фосфорной кислоты 48
4.1.3. Изучение совместной экстракции смеси фосфорной, серной и плавиковой кислот 49
4.1.4. Устройство и техническая характеристика центробежного экстрактора ЭЦЗЗФ 50
4.1.5. Изучение кинетики экстракции, реэкстракции фосфорной кислоты и примесных кислот 52
4.1.6. Влияние степени рециркуляции на очистку от сульфатов на стадии промывки экстракта раствором диаммонийфосфата
4.1.7. Мембранный процесс очистки ЭФК на двух ЦЭ 56
4.1.8. Испытания технологической схемы получения очищенной фосфорной кислоты пищевого качества на каскаде экстракционных экстракторов 57
4.1.9. Статистическая обработка результатов 61
4.2. Экстракция фосфорной кислоты трибутилфосфатом 62
4.3. Изучение скоростей расслаивания при экстракции и реэкстракции фосфорной кислоты
4.4. Совместная экстракция смеси фосфорной, серной и плавиковой кислот 78
4.5. Кинетика экстракции и реэкстракции фосфорной кислоты и примесных кислот
4.5.1. Кинетика экстракции и реэкстракции фосфорной кислоты и примесных кислот 88
4.5.2. Совместная экстракция и реэкстракция фосфорной, серной и плавиковой кислот 91
4.6. Влияние степени рециркуляции на очистку от сульфатов на стадии промывки
экстракта раствором диаммонийфосфата 101
V. Выбор и испытания технологических схем очистки ЭФК
5.1. Мембранный процесс очистки ЭФК на центробежных экстракторах 104
5.2. Испытания технологической схемы очистки ЭФК на многоступенчатой установке ЦЭ 1 VI. Выводы к диссертационной работе 133
VII. Список литературы 135
- Обзор существующих технологий по очистке ЭФК органическими растворителями за рубежом и в России
- Основные тенденции при создании экстракционных технологий очистки ЭФК органическими растворителями
- Влияние степени рециркуляции на очистку от сульфатов на стадии промывки экстракта раствором диаммонийфосфата
- Кинетика экстракции и реэкстракции фосфорной кислоты и примесных кислот
Обзор существующих технологий по очистке ЭФК органическими растворителями за рубежом и в России
В качестве экстрагентов чаще всего используются изопропиловый, бутиловый, амиловый, изоамиловый спирты и их смеси [24, 25]. Реэкстракцию ФК из насыщенного экстракта проводят водой и солями. При использовании в качестве экстрагента бутилового спирта заманчивым выглядит способ азеотрогшой перегонки, при котором одновременно с регенерацией экстрагента происходит реэкстракция ФК с её упариванием, а также удаление бутилового спирта из водного раствора ФК. Таким образом можно получить ОФК высокой концентрации, вплоть до 1500г/дм . Преимуществом применения спиртов является их доступность, невысокая стоимость, возможность рекуперации. По опубликованным данным можно сделать вывод, что на опытных и промышленных установках в ряде стран производится около 500 тыс. тонн Р2О5 в год [26].
Среди экстрагентов, не смешивающихся с водой, наиболее эффективным экстрагентом для очистки ЭФК, по мнению многих исследователей, является три-бутилфосфат (ТБФ) [27, 28]. Несмотря на то, что ёмкость его несколько ниже по сравнению с другими классами экстрагентов, имеющими бутильный радикал (ДБАА, ТБФО, ВиОН), ТБФ имеет ряд существенных преимуществ. По сравнению с бутиловым спиртом он значительно менее растворим в водных и кислых растворах (Рвион= 75г/л, РТБФ=0,4г/л). По сравнению с амином не образует третьих фаз в области средних концентраций кислоты, имеет большую ёмкость по фосфорной кислоте и, что ценно, меньшую по серной. По сравнению с триалкил-фосфиноксидом меньшую вязкость и стоимость. Кроме того, ТБФ отвечает следующим требованиям, предъявляемым к экстрагентам: - стабилен при взаимодействии с исходными растворами ЭФК; - не полимеризуется и не окисляется кислородом воздуха, мало подвергается гидролизу; - не пожароопасен, Т воспламенения = 462С [29]. ТБФ обладает высокой селективностью по отношению к ФК в широком интервале её концентраций. Часто ТБФ используется в смеси с разбавителями, в качестве которых выступают керосин, бензол, октан и другие. Это позволяет понизить вязкость экстрагента и улучшить гидродинамические характеристики процесса. Поскольку скорость разделения фаз зависит в большой степени от физико-химических свойств сплошной фазы (в данном случае - ТБФ) и интенсивности взаимодействия капель друг с другом [30], то необходимо снижать вязкость экстрагента за счёт добавления разбавителей. Нейтральные разбавители, однако, приводят к снижению коэффициентов распределения фосфорной кислоты пропорционально [26] уменьшению концентрации ТБФ, табл.2.
В качестве разбавителей могут быть использованы другие экстрагенты (спирты, кетоны), увеличивающие коэффициент распределения ФК. Но при использовании низкомолекулярных спиртов, хорошо растворимых в воде, происходит их вымывание в водную фазу, что приводит к дополнительным расходам на очистку реэкстракта от экстрагента. 2.3. Механизм экстракции неорганических кислот трибутилфосфатом
Установлено, что извлечение кислот трибутилфосфатом происходит по гидратно-сольватному механизму за счёт взаимодействия молекул экстрагента с Тидратной оболочкой ионов распределяемого электролита [31]. Поэтому экстракция -сопровождается ростом содержания воды в органической фазе, что подтверждается увеличением объёма экстратента во время экстракций.
Неорганические кислоты экстрагируются нейтральными органическими растворителями (S), к числу которых относится ТБФ, с образованием гидратосолъва-тов HA nH20 mS, где пит- соответственно гидратные и сольватные числа, величина которых меняется в зависимости от условий экстракции. Непостоянство содьватных и гидратных чисел является причиной трудности определения состава комплексов и стехиометрии гидрато-сольватов. Органический растворитель соль-аатирует катиенную часть экстрагируемого соединения, то есть экстрагируются ионные ассоциаты состава [НзО пН20 гг)8]+А\ Степень гидратации зависит от природы экстрагируемой кислоты, экстрагента, а также от концентрации кислоты.
Состав водных растворов ФК разнороден: наряду с иедиссоциированными молекулами ортофосфорной кислоты присутствует её димерная форма, протоны, анионы H2PCV и H5p20g". Рост коэффициента распределения с увеличением концентрации ФК в системе Н3РО4 - НгО - ТБФ [32] связывают с увеличением содержания димерных молекул в растворе, которые в большей степени экстрагируются растворителем. С ростом концентрации ФК в водном растворе количество H5P2CV резко увеличивается и, начиная с 6 М, превышает концентрацию недиссоцииро-ванной кислоты.
Извлечение кислот может происходить не только в гидроксониевой форме, но и в виде соединений с симметричной (или близкой к симметричной) водородной связью протона атомами кислорода двух молекул экстрагента
Изучение ЙК = спектров различных экстрактов доказало, что равновесие ме жду формами, в которых находится протон в органической фазе, зависит от основности экстрагента и концентраций кислоты [33].
С повышением концентрации фосфорной кислоты в исходном растворе происходит также увеличение её доли в экстрагируемом комплексе при одновременном снижении гидратного числа [32], табл.4. Очевидно, процесс экстракции фосфорной кислоты трибутилфосфатом можно поделить на три стадии в зависимости от равновесной концентрации кислоты в водной фазе. В интервале концентраций 0-И М/л увеличивается соотношение Н20:ТБФ в органической фазе и при Сфк = 4М/л достигает максимального значения - 2, а мольное соотношение компонентов в экстрагируемом комплексе будет приблизительно следующим Н20: Н3Р04 : ТБФ = 6 : 1 : 3. При этом происходит быстрый рост коэффициента распределения фосфорной кислоты. В диапазоне равновесных концентраций фосфорной кислоты в водной фазе от 4 до 10 М/л происходит выравнивание мольных долей компонентов экстрагируемого комплекса за счёт вытеснения воды из органической фазы молекулами кислоты, и в районе концентрации 10 М/л НгСиНзРО ТБФ = 1. В этом диапазоне концентраций коэффициент распределения изменяется незначительно. При равновесных концентрациях ФК в водной фазе свыше 10 М/л происходит дальнейшее увеличение Доли ФК в экстрагируемом комплексе, что связано, очевидно, с увеличением концентрации димерных и полимерных форм ФК. При Сфк=16 М/л Н20:НзР04:ТБФ = 1:4:1. Коэффициент распределения в этом интервале концентраций изменяется от 0,30 до 0,49.
Основные тенденции при создании экстракционных технологий очистки ЭФК органическими растворителями
В ходе экспериментов в центробежном экстракторе перегородки устанавливали под углами, которым соответствует степень рециркуляции промывного раствора 5, 10 и 15.В качестве промывного раствора использовали водные растворы диаммонийфосфата (ДАФ) с концентрациями 1,5 и 3 М/л.
Опыты по определению влияния степени рециркуляции водного раствора ДАФ на очистку от сульфатов проводили на ЭЦЗЗФ следующим образом. При включённом электродвигателе подавали в экстрактор тяжёлую (водную) фазу с заданным расходом. Выход на стационарный режим по рециркулируемой фазе определялся равенством потоков этой фазы на входе в аппарат и на выходе из него. После достижения стационарного режима по рециркулируемой фазе в аппарат подавали органическую фазу с заданным расходом. По истечении пятикратного обмена объёма, равного суммарной производительности по обеим фазам, аппарат выходил на стационарный режим работы. После этого отбирали 2-3 пробы органической фазы на анализ и определяли в них содержание ФК, СК и ПК по методикам, описанным ранее.
Способ очистки ЭФК с помощью подвижной жидкой мембраны является альтернативным традиционному многоступенчатому процессу и организуется следующим образом. Два аппарата при включённом электродвигателе заполняются водной фазой: один аппарат - раствором ЭФК, другой - дистиллированной водой - до появления водной фазы на выходе из аппаратов. После этого начинается подача органической фазы с заданным расходом.
Контроль за расходом реагентов осуществляли по их убыли в мерных цилиндрах через каждые 30 минут. Одновременно с этим измеряли объём рафината и реэкс-тракта на выходе из аппаратов и определяли их температуру с помощью термометра и плотность с помощью ареометра. Постоянство значений плотности рафината и ре-экстракта во времени являлось показателем выхода процесса на стационарный режим. После выхода на стационарный режим отбирали пробы рафината и реэкстрак-та для анализа на содержание фосфорной кислоты и примесей. Результаты всех из 57 мерений в процессе эксперимента заносшшсь в таблицу с параметрами потоков, их плотности и температуры.
Экстрагент циркулирует между двумя экстракционными аппаратами, и его уровень в ёмкости для подачи в аппарат должен оставаться постоянным.
В качестве исходного раствора использовали ЭФК с пониженным содержанием сульфатов (обессульфаченная), в качестве экстрагента - 100%-ный ТБФ или 80%-ный ТБФ в керосине, в качестве реэкстрагирующего раствора - дистиллированную воду.
Испытания технологической схемы получения очищенной фосфорной кислоты пищевого качества на каскаде экстракционных экстракторов Для получения очищенной ФК пищевого качества отрабатывались различные технологические режимы работы экстракционного каскада, состоящего из 12 ступеней.
Классическая экстракционная схема очистки состоит из следующих операций: экстракция, промывка, реэкстракция, регенерация экстрагента. В нашем случае каскад состоял из 12 ступеней: по 4 ступени - на каждую операцию - плюс один аппарат на щелочную регенерацию экстрагента. В качестве аппаратурного оформления использовали экстракторы ЭЦЗЗФ, техническая характеристика которых дана в табл. 12 п.4.
Настройка центробежного экстрактора на работу с различными по плотности жидкостями осуществлялась с помощью изменения длины трубок "L" вывода легкой фазы. Длина трубок вывода легкой фазы 7, рис.9, определяет положение поверхности раздела фаз (R-ПРФ) в роторе, рис.11, при этом конструкция позволяет произвести доработку длины трубок (путем их подрезки) для настройки аппарата на различные по плотности технологические растворы. Длина трубок вывода легкой фазы "L" в камере разделения с некоторыми допущениями может рассчитываться по формулам:
К-ПРФ=( 0,8 - 0,85)R - радиус поверхности раздела фаз, рл - плотность легкой фазы, рл - плотность тяжелой фазы. Для выбранной технологической схемы и при заданных технологических потоках на всех операциях, по программе рассчитывались концентрации и соответствующие им плотности органической и водной фаз на каждой ступени. По соотношению плотностей по формулам (16, 17) рассчитывалась длина трубки вывода лёгкой фазы L, после чего в каждую ступень устанавливалась трубочка определённого размера.
Для ускорения пуска каскада в каждую ступень заливали 40 мл (объём, достаточный для закрытия гидрозатвора в роторе) раствора водной фазы: ЭФК в зону экстракции, ДАФ в зону промывки и ОФК в зону реэкстракции с концентрациями, соответствующими рассчитанным по программе. После этого включали электродвигатели экстракторов и подавали все технологические растворы с заданными расходами.
Установка выходит на рабочий режим после 5-кратного обмена объема растворов на всех ступенях. Условием выхода процесса на стационарный режим является постоянство плотностей реэкстракта и рафината. После этого отбирают пробы на анализ.
Контроль за работой каскада осуществляется следующим способом: подача всех растворов велась из мерных ёмкостей, и каждые 30 минут измерялось количество убывшего раствора и сравнивалось с заданным расходом. При необходимости осуществляли корректировку потоков. Параллельно измерялись объёмы рафината и реэкстракта за истекшие 30 минут, их плотность, температура. Технологические параметры, измеренные во время опыта, заносятся в протокол испытаний.
Перед остановкой каскада в обязательном порядке должна быть прекращена подача всех растворов. При переходе на другой режим аппараты не опорожнялись, изменялись только технологические потоки. В случае значительного изменения плотностей фаз или появления значительных уносов в органическую или водную фазы производится остановка всех ЦЭ и дополнительная регулировка длины трубочек выхода лёгкой фазы.
Влияние степени рециркуляции на очистку от сульфатов на стадии промывки экстракта раствором диаммонийфосфата
По сравнению с экстракцией чистой ФК её экстракция в смеси с СК и ПК проходит медленнее, несмотря на то, что при совместной экстракции Кд, рассчитанный для равновесных условий, выше, чем в случае индивидуальной экстракции. Следовательно, с одной стороны, примесные кислоты действуют выса-ливающе на процесс экстракции целевого компонента, с другой - замедляют протекание этого процесса во времени. По всей видимости, это связано с конкурирующими процессами массопереноса при наличии серной и плавиковой кислот на границе раздела фаз.
Реэкстракция трёх кислот водой из органической фазы протекает по-другому: СК также, как и ФК, в первые минуты быстро реэкстрагируется (т 100%), а ПК «отстаёт» на реэкстракции, и степень достижения равновесия для неё в первые 2 минуты составляет-85+90%. В последующие 10-15 минут концентрации всех трёх кислот достигают равновесных значений, причём величина степени достижения равновесия для СК и ФК снижается, а для ПК - возрастает с увеличением времени контакта фаз, табл.30.
Кинетику экстракции фосфорной кислоты совместно с серной и плавиковой кислотами изучали также на ЦЭ. Данные, приведённые в табл.31, получены при экстракции исходного раствора следующего состава: Сфк=8,0 М/л, Сск=0,5 М/л,Спк=0,11 М/л. При экстракции смеси кислот наблюдались схожие с описанными выше кинетические особенности. Быстро экстрагирующаяся ПК постепенно вытесняется из органической фазы по мере накопления целевого компонента - ФК, рис.31. Экстракция ФК при совместной экстракции с СК и ПК практически завершается за 35 40 секунд. Дня чистой ФК время достижения равновесия составляло 20 - 25 секунд, что говорит о снижении скорости экстракции в присутствии примесных компонентов.
Равновесие 4,64 0,360 0,026 С практической точки зрения интерес представляют первые 20-К30 секунд контакта фаз. В течение этого времени извлечение СК несколько ниже извлечения ФК. Таким образом, устанавливая в аппаратах определённое время контакта фаз за счёт подбора объёма камеры смешения или суммарного потока органического и водного растворов, можно добиться лучшей очистки ЭФК от серной кислоты на стадии экстракции. 120
Равновесие 2,24 0,088 0,016 При совместной реэкстракции кислот водой, табл.32, наблюдалось значительное отставание в массопереходе плавиковой кислоты, рис.32. Реэкстракция ФК и СК проходит за 10 секунд, в течение которых ПК реэкстрагируется лишь на 60 65%. Если при совместной экстракции степень достижения равновесия ПК в первые 15 с. больше степени достижения равновесия ФК и СК в среднем на 15 - 20%, то на реэкстракции плавиковая кислота имеет значения л, на 20 + 40% меньшие, чем соэкстрагирующиеся кислоты. Следовательно, на стадии реэкстракции можно использовать кинетический фактор для улучшения очистки от ПК. Это также объясняет тот факт, что во время реэкстракции на каскаде ЦЭ фосфорная и серная кислоты реэкстрагируются преимущественно на первой ступени, а реэкстракция плавиковой кислоты происходит более или менее равномерно на 3-4 ступенях. Изучение кинетики экстракции кислот из раствора ЭФК подтвердило тенденции, наблюдаемые при исследовании кинетики экстракции из модельных смесей трёх кислот, табл.33, рис.33.
Однако при экстракции ФК из ЭФК происходит более быстрый массопе-реход. Так, например, при экстракции из модельной смеси трёх кислот за 46 с контакта фаз из водной фазы в органическую переходит 97,6% ФК, в то время как за 36 с при экстракции ФК из ЭФК экстрагируется 98,7% ФК. Очевидно, ускорение массоперехода ФК при экстракции из ЭФК связано с наличием разнообразных солевых примесей и ПАВ. По литературным данным [97] влияние ПАВ на массопередачу из одной фазы в другую неоднозначно. Оно может состоять: в блокировке поверхности раздела, если адсорбируемый монослой заполняет всю поверхность, в инициировании или ускорении спонтанной поверхностной конвекции, в ускорении или торможении переноса ионов через границу раздела фаз, если ПАВ ионогенное. В данном конкретном случае определить влияние ПАВ на кинетику экстракции практически невозможно, так как ЭФК - многокомпонентная система. Поэтому следует говорить о суммарном эффекте всех примесей, приводящем к ускорению процессов экстракции фосфорной кислоты, а также примесных серной и плавиковой кислот.
Следует отметить также увеличение скорости экстракции СК из ЭФК по сравнению с экстракцией из модельной смеси. Так, при т =14 с экстрагируется 78,6% СК из модельной смеси, азат = 12с- 90,5% СК из ЭФК. В случае экстракции из ЭФК отставание в массопереходе СК от ФК практически отсутствует.
Текущая концентрация плавиковой кислоты в первые 10-15 с превышает равновесную концентрацию. В последующие 20 - 25 с. её концентрации в фазах достигают равновесных значений, что, по-видимому, связано с увеличением содержания ФК в экстракте.
Возможно, особенности поведения ПК, которые мы наблюдаем при изучении кинетики экстракции и реэкстракции смеси трёх кислот, связаны с её механизмом экстракции, несколько отличным от механизма экстракции ФК и СК. Известно, что в отличие от ФК и СК, которые экстрагируются с образованием комплекса Х п(Н20) т(ТБФ), ПК экстрагируется в виде сольватов НР пТБФ. В процессе экстракции неорганических кислот трибутилфосфатом на границе раздела фаз происходит процесс сольватации с одновременным изменением структуры гидратной оболочки. Предполагают, что более сложные и, соответственно, более медленные процессы (образование - разрушение молекулы кислоты с соответствующими изменениями структуры гидратной оболочки) протекают со стороны водной фазы. Последующая сольватация кислот молекулами ТБФ является более простым и быстрым процессом. Очевидно, для ПК процесс сольватации при переходе из водной фазы в органическую протекают значительно быстрее, чем «переодевание» ФК и СК. На реэкстракции быстрее происходят процессы десольвата-ции и гидратации ФК и СК. Понимание подобных явлений осложняется тем, что при совместной экстракции (реэкстракции) нескольких кислот диффузионный перенос сопровождается смещением ионных равновесий в водной фазе. В зависимости от соотношения между константой скорости реакции и коэффициентом массопереноса режим экстрагирования может быть диффузионным, переходным или кинетическим [96]. В кинетическом режиме объёмная реакция протекает равномерно по всему объёму реакционной фазы. При этом скорость экстракции не зависит ни от поверхности фазового контакта, ни от интенсивности перемешивания. В переходном режиме зона объёмной реакции располагается вблизи поверхности раздела фаз. Ширина этой зоны, а вместе с ней и скорость экстракции определяются как скоростью диффузии, так и скоростью химической реакции. При диффузионном режиме зона реакции становится настолько узкой, что её можно отождествить с поверхностью, которая либо совпадает с границей раздела фаз, либо располагается параллельно ей на некотором расстоянии. Скорость экстракции в этом режиме зависит от гидродинамической обстановки, поскольку от неё зависит и скорость переноса веществ в зону реакции, и площадь межфазной поверхности.
При изменении гидродинамических условий в аппарате за счёт увеличения объёма камеры смешения с 8 до 25 мл при прежнем режиме перемешивания п = 2740 об/мин. и постоянном диаметре мешалки мы наблюдаем изменение скорости экстракции кислот, табл. 34, рис.34. Приуменьшении соотношения сім/ dc, где им - диаметр мешалки, dc - диаметр камеры смешения, уменьшается величина межфазной поверхности и, как следствие, снижается скорость экстракции.
Ещё более существенное увеличение скорости массопереноса мы наблюдали при переходе от перемешивания на магнитной мешалке на интенсивное перемешивание в ЦЭ. Это позволяет сделать вывод о том, что скорость рассматриваемых процессов определяется диффузионной кинетикой. То есть процессы мас-сопередачи протекают преимущественно в областях, непосредственно прилегающих к поверхности раздела фаз, и скорость процесса лимитируется скоростью диффузии.
Кинетика экстракции и реэкстракции фосфорной кислоты и примесных кислот
В опыте 1 в связи с высоким содержанием СК в исходной ЭФК и высаливающим действием высоких концентраций ФК на экстракцию серной кислоты, а также из-за низкого содержания ДАФ в промывном растворе, получено чрезвычайно низкая очистка от серной кислоты. Степень извлечения СК составила 27,6%, для сравнения, во всех предыдущих опытах она находилась в пределах 0,04 3,91%. Очистка от фторидов не отличается от показателей всех предыдущих экспериментов, несмотря на их высокую концентрацию в упаренной кислоте. В данном случае очистка от ПК достигается увеличением содержания ФК в экстракте и реэкстракте.
В опыте 2 использована ЭФК с пониженным содержанием сульфатов и фторидов. Увеличено число промывных ступеней с 4-х до семи, а концентрация ДАФ в промывном растворе увеличена до 3,0 М/л. Всё это привело к глубокой очистке реэкстракта от сульфатов. Насыщение экстракта ФК на седьмой промыв 131 ной ступени привело к хорошей очистке от фторидов. В результате получен ре-экстракт, соответствующий ОФК пищевой квалификации. Следует, однако, отметить, что работа каскада экстракторов при использовании упаренной кислоты весьма нестабильна. Уменьшение потока на стадии промывки до 35 мл/ч повлекло выпадение осадков на этой операции. Видимо, увеличившаяся в результате упаривания концентрация катионов в исходном растворе приводит к повышению содержания катионных примесей в экстракте, что и приводит к выпадению осадков на стадии промывки при низком значении промывного потока. Очевидно, чтобы избежать подобных явлений, приводящих к нарушению технологического режима, необходимо увеличивать поток промывного раствора. Кроме того, в ступени ввода исходного раствора образуются черные смолянистые осадки, приводящие к забивке перетоков.
Проводили также несколько опытов с использованием обессульфаченной ЭФК, в которой содержание сульфат-ионов в 3,3 раза ниже, чем в ЗФК-ІІ, и в 6 раз ниже по сравнению с ЭФК-Т (табл.45).
Цель эксперимента - возможность получения конечного продукта пищевого качества при снижении концентрации ДАФ в промывном растворе до 1,5 М/л.» Из результатов, представленных в таблице 52, следует, что при использовании в качестве исходной ЭФК кислоты с низким содержанием сульфатов (обес-сульфаченной) можно даже при использовании 1,5-молярного раствора диаммонийфосфата на промывке получить реэкстракт фосфорной кислоты пищевой квалификации. По результатам исследований можно сделать следующие выводы: 1. Лучшими характеристиками обладает технологическая схема очистки ЭФК трибутилфосфатом, состоящая из 12 центробежных экстракторов. На каждую операцию отводится по 4 ступени. 2. Установлено, что оптимальное отношение исходных потоков фаз Qo : QB составляет: на экстракции - 5,5 -=- 6,5, на промывке - 15 20, на реэкстракции -4,0 - 5,5. 3. Допустимый унос исходной ЭФК с органической фазой на стадии экстракции не должен превышать 0,5 об.%. 4. В качестве промывного раствора на операции промывки необходимо использовать водные и фосфорнокислые растворы диаммонийфосфата различной концентрации. Концентрация ДАФ в промывном растворе должна быть такой, чтобы отношение концентраций ионов NH/ : SO42" было большим или равным 10. 5. В случае применения фосфорнокислых растворов ДАФ на промывке про исходит дополнительная очистка от плавиковой кислоты вследствие дополни тельного насыщения экстракта фосфорной кислотой. 6. Использование в качестве исходного раствора упаренной ЭФК приводит к получению более концентрированного реэкстракта и рафината, но одновременно с этим - к нарушению режима работы аппарата за счёт образования осадков на стадии экстракции и промывки.
Изучено взаимное влияние фосфорной, серной и плавиковой кислот на коэффициенты распределения при их совместной экстракции 100% трибутилфосфа-том. Установлено, что при равновесной концентрации ФК в водной фазе, равной 5,5- -6,0 М/л, коэффициент распределения плавиковой кислоты имеет минимальное значение, равное 0,10 Ю,13.
Впервые получены данные по кинетике экстракции и реэкетракции только фосфорной кислоты, а также в смеси с серной и плавиковой кислотами. Эти данные можно использовать при выборе условий и оборудования для улучшения очистки от серной и плавиковой кислот.
На основании результатов исследований предложена аппаратурно-технологическая схема процесса очистки ЭФК и проверена на модельной установке, состоящей из 12 центробежных экстракторов. Результаты испытаний могут быть положены в основу технологического регламента по организации очистки ЭФК.
Результаты исследования гидродинамических и кинетических закономерностей изучаемых процессов подтверждают преимущества использования цен-троивлсных экстракторов в качестве их аппаратурного оформления.
Впервые предложен мембранно-экстракционный способ очистки ЭФК с использованием центробежных экстракторов. Проведены стендовые испытания по очистке ЭФК мембранно-зкетракционным способом на одно- и двухступенчатом модуле. Показано, что в результате проведення мембранного процесса можно получить ОФК технической квалификации с использованием лишь двух центробежных экстракторов.
Показано хорошее соответствие экспериментальных данных расчётным, полученным с использованием математической модели.
В качестве приложения к работе даны исходные данные для проектирования производства очищенной фосфорной кислоты технической и пищевой квалификации путём экстракционной очистки трибутилфосфатом на центробежных экстракторах.
