Лекция 3.

Лекция 3.

Обоснование ТР производства ЭФК.

Выбор ТР на основании данных о хим. равновесии

CaSO₄_е ↔ Са_е²⁺ + SO₄^2- _е; ∆H< 0 (3.1)

Анализ данных по химическому равновесию позволяет ответить на вопрос о возможности осуществления процесса.Позволяет определить равновесный состав реакционной смеси во время химического равновесия, а также позволяет управлять составом реакционной смеси в момент равновесия.

Для оценки влияния технологических параметров на состояние химического равновесия используют качественную и количественную оценки.

Изменять значение равновесной концентрации вещества в растворе- значит управлять величиной предела растворимости.

Нас интересует состояние реакционной системы, когда образуется осадок (ФГ).

Растворимое соединение выпадает в осадок при условии:

С_Меⁿ⁺_,e∙C_А^m-_,_e > ПР/(γ_Меⁿ⁺∙γ_А^m-) (3.2) , где

γ- соответствующие значения коэффициентов активности ионов.

Учитывают реальные силы взаимодействия ионов по сравнению с идеальными растворами.

Таблица 3.1. Некоторые значения ПР.

соединения	СаСО₃	ZnS	PbCO₃	CdS	CaF₂	FeS
ПР	3.1∙10^-9	1.6∙10^-24	1.5∙10^-13	1∙10^-29	4·10^-11	4·10^-19

Пути управления процессом (р-ция 3.1) за счет смещения химического равновесия.

1 прием.

Добавление H₂SO₄ в реакционную смесь в экстракторе.

Хим. равновесие смещается влево (Са_е²⁺↓) , движущая сила процесса увеличивается:

(∆_ДСС)ДС = С_раб_.– С_равн.

Рис. 3.1.а) Характер зависимости С_Са²⁺_,еот Т.

С_Са²⁺_,_e

С_с(Т)

1- без дополнительных примесей;

2- с избытком H₂SO₄;

∆H< 0 , ↑Т приводит к смещению химического равновесия влево, т. е. растворимость в-ва ↓.

Рис. 3.1. б).

С_Са²⁺_,е

3- ход кривой растворимости при добавке H₃PO₄.

С увеличением концентрации H₃PO₄в реакционной смеси, растворимость ФГ↑.

ДС = С_раб_.– Се ↓.

Выбор ТР на основании данных о химической кинетике.

Химическая реакция (3.1) – гетерогенная, многостадийная.

Для описания кинетики используется модель с фронтальным перемещением зоны реакции и непрореагировавшим ядром (МФПЗРиНЯ).

Основные допущения:

Рассматривается единичная шарообразная частица ФГ в потоке жидкой реакционной смеси.

рис.3.2. Распределение концентраций веществ вблизи шарообразной частицы:

Реакционная смесь – сложная 3-х фазная система, динамическая, где тв. фаза- частицы образующегося ФГ;неразложившиеся частицы апатита;

жидкая фаза- фосфорная, серная кислоты;

газовая фаза- гидриды.

Лимитирующая стадия всего процесса – кристаллизация фосфогипса.

Условные обозначения к рис. 3.2:

С_Са²⁺_,ν, С_Са²⁺_,s, С_Са²⁺_,e – концентрация ионов Са²⁺ в объеме реакционной смеси, на поверхности твердой частицы ФГ и равновесная.

R- наружний радиус тв. ч-цы ФГ

δ – толщина пограничного слоя- это диффузионный слой, в котором сосредоточено основное сопротивление массопереносу.

R_соп = 1/β или R= 1/β_г (β- коэффициент массоотдачи)

Согласно МФПЗРиНЯ можно выделить основные стадии:

1. Внешняя диффузия ионов кальция из объема РС к наружней поверхности тв. ч-цы ФГ (кривая 1-2)

W_г = - 1/S·dW_j/dτ (3.3)

S- поверхность раздела фаз

Уравнение (3.3) для 1 стадии:

Wг = β(С_Са²⁺_,ν– С_Са²⁺_,s) (3.4)

β≈D/δ

Пути управления скоростью на 1 стадии:

Измельчение δ↓→β↑

При этом средний размер частиц ФГ уменьшается, соотвктственно фильтрующие свойства осадка фосфогипса ухудшаются (увеличивается проскок твердых частиц через слой фильтрующего материала).

12 Следующая ⇒