دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب

دانشکده تحصیلات تکمیلی

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد

مهندسی شیمی – طراحی فرآیند

عنوان:

کریستالیزاسیون اسید فسفریک به وسیله سرمایش مستقیم

چکیده

اسید فسفریک صنعتی تولید با روش تر (Wet- Process) که محصول واکنش سنگ معدن فسفات و اسید سولفوریک است، به منظور خالص سازی و به دست آوردن اسید فسفریک در درجه های خوراکی و دارویی و… به وسیله سرمایش مستقیم کریستاله شد.

بررسی های انجام شده به وسیله آزمایش نشان داد که کریستالیزاسیون مستقیم به دلیل افزایش شدید ویسکوزیته در دماهای پایین تر از (20- درجه سانتیگراد) امکان پذیر نیست. همچنین آزمایشات نسان داد که ناخالصی های موجود در اسید فسفریک صنعتی مانند کلسیم، منیزیم، آهن و آلومینیوم که از طریق سنگ معدن فسفات و اسید فسفریک وارد محصول می شوند، مقاومت اسید را برای رسیدن به ناحیه فوق اشباع و کریستالیزاسیون به شدت افزایش می دهند و اسید در دماهای پایین به توده ای سخت و منجمد تبدیل می شود.

برای جلوگیری از این امر قبل از اینکه پدیده توده ای شدن اتفاق بیفتد در دمای 15- درجه سانتیگراد از دانه های اسید فسفریک (Seeds) استفاده می کنیم. در این صورت فوق اشباعی صرفا در جهت رشد دانه ها مصرف می شود و از هسته زائی اولیه (Primery nucleation) که عاملی مهم در افزایش ویسکوزیته است جلوگیری می شود. برای کاهش ویسکوزیته در حین سرمایش از محلول های بی اثر مانند آب مقطر و اسید سولفوریک استفاده شد.

در انتها نیز کریستالیزوری برای تولید یک تن اسید سولفوریک در روز به همراه سیستم سرمایش آن با استفاده از داده های به دست آمده طراحی شده است.

فصل اول: خصوصیات فیزیکی و شیمیایی اسیدفسفریک

1-1- اسید فسفریک

1-1-1- خصوصیات

خصوصیات فیزیکی: اسید فسفریک به صورت بدون آب و خالص H3PO4 با mp=42/35 درجه سانتیگراد و Mw=98 و p=1/88g/cm3 به فرم کریستال های بی رنگ و قابل حل در آب می باشد. اسید فسفریک آبدار با فرمول 1/2H2O , H3PO4 نیز شناخته شده است. شکل 1-1 دیاگرام فازی H3PO+H2O را نشان می دهد.

اسید فسفریک به طور نامحدود در آب قابل حل می باشد. این ماده در سه غلظت استاندارد در دسترس می باشد.

75% H3PO4 with 54,3% P2O5 , mp=-20 ‘C

80% H3PO4 with 58,0% P2O5 , mp=0 ‘C

85% H3PO4 with 61,6% P2O5 , mp=21 ‘C

اسید 85% (p=1,687g/cm3) شربتی مانند است، دارای ویسکوزیته بالایی می باشد و در شرایط سرمای زیاد (super cool) نگهداری می شود. اسید بی آب را می تواند از اسید 85% با تبخیر در دمای 80 درجه سانتیگراد به دست آورد.

جدول (1-2) و (1-3) نیز تغییرات دانسیته اسید فسفریک را در غلظت های مختلف و در محدوده دمایی 10 – 40 درجه سانتیگراد نشان می دهند.

جدول (1-4) و (1-5) ظرفیت گرمایی اسید فسفریک را در دماها و غلظت های مختلف نشان می دهند.

سایر خصوصیات فیزیکی اسید فسفریک نظیر گرمای تشکیل و ذوب اسید فسفریک، فشار بخار محلول های اسید فسفریک، نقطه جوش و انجماد و گرمای رقیق سازی در شکل ها و جداول زیر نشان داده شده است.

این جداول نشان می دهند که دانسیته اسید فسفریک در محدوده دمایی 25 – 100 درجه سانتیگراد تقریبا ثابت باقی می ماند. همچنین با استفاده از این جداول می توان دریافت که این قانون برای گرمای مخصوص (Specific heat) نیز صحیح است.

خصوصیات شیمیایی: ارتو فسفریک اسید به صورت سه ظرفیتی (tribasic) می باشد. ثوابت تفکیک به قرار زیر می باشد.

با این پایه base محلول آبی دی هیدروژن فسفات دارای قدرت اسیدی ضعیف می باشد و به دنبال آن محلول آبی هیدروژن فسفات و سپس سومین فسفات دارای قدرت اسیدی ضعیف تر و یا دارای قدرت بیشتری می باشند.

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.