Способ получения монокальцийфосфата

Изобретение относится к технологии получения кормовых фосфатов кальция, конкретно к производству монокальцийфосфата. Способ включает смешение экстракционной фосфорной кислоты с кальцийсодержащим компонентом в присутствии ретура, гранулирование и сушку продукта. Процесс смешения ведут в две стадии, на первую из которых подают экстракционную фосфорную кислоту концентрацией 62-65% Р₂О₅ и процесс ведут при ретурности, равной 1:0,3-0,5, до достижения степени разложения кальцийсодержащего сырья, равной 0,89-0,92 на этой стадии, вторую стадию смешения совмещают с гранулированием и ведут ее в скоростном смесителе при добавлении воды до доведения влажности смеси до 9,5-13%, скорость и время смешения регулируют таким образом, чтобы получить степень разложения кальцийсодержащего сырья, равную 0,93-0,99, а температуру на последующей стадии сушки поддерживают 105-115°С. Технический результат состоит в упрощении процесса, снижении энергозатрат с получением продукта с высоким содержанием в нем P₂O₅ в водорастворимой форме и низким содержанием фтора. 1 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к технологии получения кормовых фосфатов кальция, конкретно к производству монокальцийфосфата.

Известен способ получения ортофосфата кальция однозамещенного, включающий упаривание фосфорной кислоты до содержания P₂O₅ 65-67,5% с последующей нейтрализацией ее карбонатом кальция. Исходное молярное соотношение СаО/Р₂О₅ равно (0,95-1,0):1. Полученную массу измельчают до размера частиц не более 0,1 мм (Патент РФ №2172717 кл. С 01 В 25/32, 2001 г.).

Однако по этому способу получают в основном мелкодисперсный продукт, который используется в пищевой промышленности. Применение его в качестве кормового средства достаточно сложно в силу его высокой пылимости и сегрегации с другими кормовыми добавками и натуральными кормами.

Наиболее близким к описываемому по технической сущности и достигаемому результату является другой известный способ получения кормовых фосфатов кальция, включающий смешение экстракционной фосфорной кислоты с кальцийсодержащим компонентом в присутствии ретура, гранулирование и сушку продукта.

По этому способу в качестве кальцийсодержащего компонента используют карбонат кальция или известь, а экстракционная фосфорная кислота, подаваемая на смешение, содержит 45% Р₂О₅ и 0,3% F. Смешение ведут при мольном отношении СаО:Р₂О₃, равном 1,3-1,6. На этом этапе получают в основном дикальцийфосфат. На стадию смешения подают часть ретура полученного после стадии грануляции и сушки продукта. Смесь подают на стадию грануляции и сушки, после чего обрабатывают экстракционной фосфорной кислотой до получения монокальцийфосфата и снова проводят сушку при температуре 145-170°С. Такой прием позволяет снизить содержание фтора в продукте до 0,15-0,2% (А. С. СССР №1463733 кл. С 01 В 25/32, 1989 г.).

Технологически способ достаточно громоздок и длителен, так как требует организации двух стадий смешения и двух стадий сушки продукта. Ретурность процесса достаточно высока (1:3). Все это требует дополнительных энергозатрат и затрат на аппаратурное оформление. Кроме того, способ не позволяет в процессе производства изменять и регулировать размер гранул в зависимости от требований заказчика.

Нами была поставлена задача создать многотоннажное производство кормового фосфата кальция, лишенного вышеперечисленных недостатков, и при этом получить продукт с высоким содержанием в нем P₂О₅ в водорастворимой форме и низким содержанием фтора в готовом продукте.

Задача решена в предлагаемом способе получения монокальцийфосфата, включающем смешение экстракционной фосфорной кислоты с кальцийсодержащим компонентом в присутствии ретура, гранулирование и сушку продукта. По этому способу процесс смешения ведут в две стадии, на первую из которых подают экстракционную фосфорную кислоту концентрацией 62-65% P₂O₅ и процесс ведут при ретурности, равной 1:0,3-0,5, до достижения степени разложения кальцийсодержащего сырья на этой стадии, равной 0,89-0,92, вторую стадию смешения совмещают с гранулированием и ведут ее в скоростном смесителе при добавлении воды до доведения влажности смеси до 9,5-13%, (на первой стадии влажность смеси составляет 4-5%). Скорость и время смешения регулируют таким образом, чтобы получить степень разложения кальцийсодержащего сырья, равную 0,93-0,99, а температуру на последующей стадии сушки поддерживают 105-115°С. В качестве кальцийсодержащего компонента используют либо карбонат кальция, либо смесь его с известью, количество которой в смеси не превышает 15% от общей массы кальцийсодержащего сырья.

Первую стадию смешения проводят в двухвальном смесителе при скорости 0,5-0,8 м/с. В смеситель вводят концентрированную фосфорную кислоту, кальцийсодержащий компонент и весь необходимый ретур. Влажность смеси составляет 4-5%. При протекании реакции идет интенсивное выделение СО₂ и за счет этого разрыхление массы. Проведение первой стадии позволяет снять пенообразование и соответственно дает возможность использовать скоростные смесители небольшого реакционного объема. Режимные показатели первой стадии направлены, с одной стороны, для наибольшего выделения CO₂ на этой стадии (степень необходимого разложения сырья), с другой стороны, получение массы, позволяющей создать на следующей стадии наилучшие условия для грануляции продукта. Доведение влажности смеси на второй стадии процесса, совмещающей смешение, при котором происходит доразложение кальцийсодержащего сырья, и гранулирование продукта, до 9,5-13%, является необходимым и достаточным для получения кондиционного гранулированного продукта. Снижение ее ниже уровня 9,5% ухудшает условия гранулирования, а увеличение выше 13% вызовет увеличение энергозатрат на стадии сушки и снижает выход товарной фракции.

В данном технологическом процессе могут быть использованы различные конструкции скоростных смесителей, различных объемов, с различными скоростными характеристиками. В связи с этим экспериментально подбираются такие их показатели, как скорость и время процесса, и регламентирующей величиной во всех случаях является степень разложения кальцийсодержащего сырья. Поддержание температуры материала при сушке 105-115°С необходимо и достаточно для получения готового продукта с требуемой конечной влажностью 1,0-3,5%.

Способ предполагает использование в качестве кальцийсодержащего сырья смеси карбоната кальция с известью. Однако количество извести не должно превышать 15% от общей массы кальцийсодержащего сырья, так как за счет роста температуры разложения образуются полифосфаты кальция, что приводит к снижению усвояемого Р в продукте.

Использование предложенного способа позволяет создать интенсивное многотоннажное производство, позволяющее использовать скоростные смесители различного типа с малым реакционным объемом. Практически в разработанной технологии решена проблема пенообразования в скоростном смесителе. Малая ретурность процесса позволяет не только уменьшить объемы оборудования, но и значительно снизить энергозатраты на производство. Кроме того, в полученном продукте фосфор находится в основном в водорастворимой форме, гранулы обладают повышенной прочностью. Все вышесказанное позволяет использовать его в качестве кормовых добавок и делает производство их высоко рентабельным.

Способ проиллюстрирован следующими примерами.

Пример 1. В двухвальный смеситель подают 6279,6 кг/час Н₃РО₄ 62%, 3000 кг/час 96,8% карбоната кальция и 2740, 8 кг/час ретура (Ретурность 1:0,3). Скорость смешения 0,5 м/с. Влажность полученной смеси 4%. Процесс ведут в течение 1 мин. Степень разложения карбонатного сырья составляет 0,89. На этой стадии из смеси вместе с парами воды выделяется 2368,1 кг СО₂. Полученную массу в количестве 12020,4 кг/час подают в скоростной смеситель объемом ≈400 л. Окружная скорость вращения составляет 12,5 м/с. Время пребывания 2-3 мин. В смеситель подают 591,2 кг/час Н₂О. Влажность смеси составляет 9,5%. В результате получают гранулированный продукт со степенью разложения кальций содержащего сырья 0,99, который направляют в сушильный барабан. Температура сушки 105°С. Высушенный продукт направляют на классификацию и охлаждение. Ретур, полученный после классификации, подают в двухвальный смеситель.

В результате получают 9316,1 кг/час готового продукта, содержащего Р_общ 22,7%, Р_{водорастворим} 21%, Са_общ 14,8%, F 0,18%. Прочность гранул 23 кг/см².

Пример 2. В двухвальный смеситель подают 6279,6 кг/час Н₃РО₄ 63%, 3000 кг/час 96,8% карбоната кальция и 3554,9 кг/час ретура (Ретурность 1:0,4). Скорость смешения 0,6 м/с. Влажность полученной смеси 4,5%. Процесс ведут в течение 1 мин. Степень разложения карбонатного сырья составляет 0,9. На этой стадии из смеси вместе с парами воды выделяется 2527,7 кг СО₂. Полученную массу в количестве 12674,9 кг/час подают в скоростной смеситель объемом ≈400 л. Окружная скорость вращения составляет 20,0 м/с. Время пребывания 2-3 мин. В смеситель подают 625,5 кг/час Н₂О. Влажность смеси составляет 11%. В результате получают гранулированный продукт со степенью разложения кальцийсодержащего сырья 0,93, который направляют в сушильный барабан. Температура сушки 110°С. Высушенный продукт направляют на классификацию и охлаждение. Ретур, полученный после классификации, подают в двухвальный смеситель.

В результате получают 8887,3 кг/час готового продукта, содержащего Р_общ 22,7%, Р_{водорастворим} 21%, Са_общ 14,8%, F 0,18%. Прочность гранул 32 кг/см².

Пример 3. В двухвальный смеситель подают 6279,6 кг/час Н₃РО₄ 65%, 3000 кг/час 96,8% карбоната кальция и 4599,9 кг/час ретура (Ретурность 1:0,5). Скорость смешения 0,8 м/с. Влажность полученной смеси 5%. Процесс ведут в течение 1 мин. Степень разложения карбонатного сырья составляет 0,92. На этой стадии из смеси вместе с парами воды выделяется 2447,9 кг СО₂. Полученную массу в количестве 13799,7 кг/час подают в скоростной смеситель объемом ≈400 л. Окружная скорость вращения составляет 25,2 м/с. Время пребывания 2-3 мин. В смеситель подают 1268,9 кг/час Н₂О. Влажность смеси составляет 13%. В результате получают гранулированный продукт со степенью разложения кальций содержащего сырья 0,97, который направляют в сушильный барабан. Температура сушки 115°С. Высушенный продукт направляют на классификацию и охлаждение. Ретур, полученный после классификации, подают в двухвальный смеситель.

В результате получают 8874,5 кг/час готового продукта, содержащего Р_общ 22,7%, Р_{водорастворим} 21%, Са_общ 14,8%, F 0,18%. Прочность гранул 35 кг/см².

1. Способ получения монокальцийфосфата, включающий смешение экстракционной фосфорной кислоты с кальцийсодержащим компонентом в присутствии ретура, гранулирование и сушку продукта, отличающийся тем, что процесс смешения ведут в две стадии, на первую из которых подают экстракционную фосфорную кислоту концентрацией 62-65% Р₂О₅ и процесс ведут при ретурности, равной 1:0,3-0,5, до достижения степени разложения кальцийсодержащего сырья, равной 0,89-0,92 на этой стадии, вторую стадию смешения совмещают с гранулированием и ведут ее в скоростном смесителе при добавлении воды до доведения влажности смеси до 9,5-13%, скорость и время смешения регулируют таким образом, чтобы получить степень разложения кальцийсодержащего сырья, равную 0,93-0,99, а температуру на последующей стадии сушки поддерживают 105-115°С.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве кальцийсодержащего компонента используют либо карбонат кальция, либо смесь его с известью, количество которой в смеси не превышает 15% от общей массы кальцийсодержащего сырья.