مقدمه

اسیدفسفریک صنعتی تولید شده بـا روش تـر(Wet- Process) کـه محصـول واکـنش سـنگ معـدنفسفات و اسیدسولفوریک است، به منظور         خالصسازی و بدستآوردن اسیدفسفریک در      درجـههـایخوراکی و  دارویی و… بوسیله سرمایش مستقیم کریستاله شد.   بررسی های انجام شده بوسیله آزمایش نشان داد که کریستالیزاسیون مستقیم به دلیـل افـزایش شـدیدویسکوزیته در دماهای پایین تر از C)002-) امکـان پـذیر نیسـت. همچنـین آزمایشـات نشـان داد کـهناخالصیهای موجود در اسیدفسفریک صنعتی مانند کلسیم، منیزیم، آهن و آلومینیوم که از طریق سنگ معدن فسفات و اسیدفسفریک وارد محصول مـی شـوند، مقاومـت اسـید را بـرای رسـیدن بـه ناحیـهفوق اشباع و کریستالیزاسیون به شدت افزایش می دهند و اسد در دماهای پایین بـه      تـودهای سـخت ومنجمد تبدیل میشود . برای جلوگیری از این امر قبل از اینکه پدیده    تودهای شدن اتفاق بیفتد در دمـایC 051- از   دانـههـایاسیدفسفریک (Seeds) استفاده می کنیم. در این صورت فوق اشـباعی صـرفاً در جهـت رشـد دانـه هـامصرف می شود و از هسته زائی اولیه (Primery nucleation) که عاملی مهم در افـزایش ویسـکوزیتهاست جلوگیری میشود. برای کاهش ویسکوزیته در حین سـرمایش از محلولهـای    بـیاثـر ماننـد آبمقطر و اسیدسولفوریک استفاده شد.

فهرست مطالب

فصل 1: مقدمه (خصوصیات فیزیکی و شیمیایی اسیدفسفریک)

خصوصیات فیزیکی: اسیدفسفریک به صـورت بـدون آب و خـالص4H3PO بـاmp = 42/35 0C و 98= Mw و 3p =1/88 g/cm به فرم کریستالهای بی رنگ و قابل حل در آب می باشـد . اسیدفسـفریکآبدار با فرمول H3PO4.1/2H2O نیز شناخته شده است. شـکل1-1 دیـاگرام فـازیH3PO+H2O رانشان میدهد.اسیدفسفریک به طور نامحدود درآب قابل حل می باشد. این ماده در سه غلظت استاندارد در دسترسمی باشد:

   75%   H3PO4   With     54.3%   P2O5   ,   mp=-200C

80%   H3PO4 With     58.0%   P2O5     ,   mp=00C

85% H3PO4   With     61.6%   P2O5     , mp=210C

اسید 85% (3(p=1.687g/cm شربتی مانند اسـت، دارای ویسـکوزیته بـالایی مـی باشـد و در شـرایط سرمای زیاد (super cool) نگهداری میشود. اسید بی آب را میتوان از اسید 85% با تبخیر در دمـای 08 درجه سانتیگراد بدست آورد  .جداول (1-4) و )5-1( ظرفیت گرمایی اسیدفسفریک را در دماها و غلظتهای مختلف نشان می دهند.  سایر خصوصیات فیزیکی اسیدفسفریک نظیـر گرمـای تشـکیل و ذوب اسیدفسـفریک، فشـار بخـار محلولهای اسیدفسفریک، نقطه جوش و انجماد و گرمای رقیق سازی در شکلها و جـداول زیـر نشـانداده شده است.   در این غلظت بدلیل داشتن مخلوطی از ارتوفسفریک اسید و پیروفسفریک اسید نمی توان نقطه نقطه جـوش دقیقـی ارائـه داد. (2) در 532 فرنهایت فشاربخار 760 میلی متر جیوه میباشد. (3) ویسکوزیته محلول بسیار بالا میباشد و به صورت توده شیشهای است درجه. این جداول نشان می دهند که دانسیته اسیدفسفریک در محدوده دمایی C0100-52 تقریباً ثابت بـاقی می ماند. همچنین با استفاده از این جداول می ـوان دریافت که ایـن قـانون بـرای گرمـای مخصـوص(Specific heat) نیز صحیح است.خصوصیات شیمیایی: ارتوفسفریک اسید به صورت سه ظرفیتی (tribasic) می باشد. ثوابت تفکیـک به قرار زیر می باشند:با این پایه و base محلول آبی دی هیدروژن فسفات دارای قدرت اسیدی ضعیف می باشد و بـه دنبـال آن محلول آبی هیدروژن فسفات و سپس سومین فسفات دارای قـدرت اسـیدی ضـعیفتر و یـا دارای قدرت بیشتری میباشند.

1-1-2- تولید

از دو روش برای تولید صنعتی اسیدفسـفریک اسـتفاده مـیشـود : روش مرطـوب(Wet process)  و روش حرارتــی (Thermal). در روش اول ســنگ معــدن فســفات بــا اسیدفســفریک و بنــدرت بــا اسیدفسفریک و اسیدکلریدریک شستشوی اسیدی داده می شـود و اسیدفسـفریک حاصـل مـی شـود . اسیدفسفریک حاصل از این فرآیند دارای ناخالصیهای متعددی می باشـد کـه از طریـق سـنگ معـدن فسفات و اسیدسولفوریک وارد محل ـول مـی شـوند . امـا مزیـت روش تـر ایـن اسـت کـه مـی تـوان اسیدفسفریک و در مقیاسهای وسیعی تولید کرد.   در روش حرارتی برای تولید اسیدفسفریک، عنصر فسفر را از منـابع مختلـف طبیعـی و یـا از سـنگمعدن فسفات استخراج کرده و سپس در کوره های الکتریکی بسـیار مقـاوم آنـرا اکسـید مـی کننـد . از هیدرولیز اکسید فسفر اسیدفسفریک حاصل می شود. این فرآیند بسـیار هزینـه بـر اسـت و جوابگـوی مصارف فراوان اسیدفسفریک نمی باشد. اما مزیت این روش خلوص قابل توجه اسیدفسفریک حاصله می باشد.

1-1- اسیدفسفریک ——————————————————2

1-1-1- خصوصیات ————————————————–2

1-1-2تولید ——————————————————8

: دیاگرام فازی اسیدفسفریک ـ  آب

: دیاگرام فازی اسیدفسفریک ـ آب

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

 فصل دوم

2-1- مواد خام برای تولید اسیدفسفریک —————————————13

2-2- اصول شیمیایی فرآیند تر   ———————————————14

2-2-1- ناخالصیها —————————————————16

2-2-2- اورانیوم و مواد رادیو اکتیو—————————————–17

2-3- فرآیندهای تولید ————————————————— 17

2-3-1- فرآیند دیهیدرات (DH)   ———–ا——————————18

2-3-2- مراحل فرآیند دی هیدرات   —————————————-18

2-3-3- فرآیند دمی هیدرات (HH) ———–ا—————————–22

2-3-4- فرآیند کریستالیزاسیون مجدد   ————————————–24

2-3-5- فرآیند (HRC)   ———————————ا————–24

2-3-6- فرآیند (HDH) ———————ا————————–25

 2-4- حذف آلاینده ها —————————————————-26

2-5- تثبت و پایدارسازی اسیدفسفریک حاصل از فرآیند تر ————————–28

فصل3: کریستالیزاسیون

کریستالیزاسیون یکی از قدیمی ترین و متداولترین عملیات مهندسی شیمی است که از آن بهره بـرداری اقتصادی فراوان شده است. از جمله کاربردهای آن می توان به طور اعم از صنایع داروسازی، بیولوژی و شیمی تجزیه نام برد و بطور اخص در صنایع معدنی، تولید شکر، فسفات آمونیـوم، کلـرور سـدیم، سولفات آمونیم کاربرد دارد. از ویژگیهای این روش تولید مواد خالص و جامد می باشد. مصـرف کـم انرژی در این روش اقبال محققین و صنایع را به استفاده و جـایگزینی کریستالیزاسـیون یـا بعضـی از پروسه های دیگر جداسـازی افـزایش داده اسـت. عـلاوه بـر ایـن روش کریستالیزاسـیون بخصـوص کریستالیزاسیون واکنشی استفاده گسترده ای در تصفیه و حـذف ناخالصـی و مـواد زائـد از پسـابهای صنعتی شده است.

3-2- تئوری کریستالیزاسیون

قبل از وارد شدن به بحث علمی کریستالیزاسیون نیاز به تعریف یک سـری مفـاهیم مـی باشـد کـه در پایین آمده است.

3-2-1- حلالیت

هرگاه در دمای ثابت از جسمی به یک حلال بیفزائیم غلظت آن جسم در محلول بـه تـدریج افـزایش می یابد، این افزایش اغلب تا میزان خاصی ادامه می یابـد و پـس از آن افـزایش بیشـتر جسـم اول در غلظت محلول تغییری ایجاد نمی کند، بلکه این جسم تشکیل فاز دومی را خواهد داد. میزان مـاکزیمم غلظت به عواملی چون دما، فشار و ناخالصیهای موجود در محیط بستگی دارد. در انحلال مواد جامد ١. Solubility در مایعات خالص تأثیر فشار معمولاً ناچیز است و بنابراین میزان ماکزیمم غلظت که بـه آن حلالیـت نیز گفته میشود به دما بستگی خواهد داشت.

3-2-2- فوق اشباع

گرچه نمی توان با افزایش جسمی به یک حلال هرگز به غلظتی بیش از میزان حلالیـت دسـت یافـت لیکن ممکن است در بعضی شرایط محلولی با غلظت بـیش از میـزان اشـباع را ایجـاد نمـود. چنـین محلولی را فوق اشباع می گویند. محلول فوق اشباع طبعاً پایدار نیست و تمایل دارد که غلظت خود را با خارج نمودن میزان اضافی از جسم حل شده به میزان اشباع (حلالیت) تقلیل دهد.

شکل 2-1 تقسیم دو منطقه زیر اشباع و فوق اشباع را توسط منحنی حلالیت نشان می دهد. مثال زیـر تولید محلول فوق اشباع را توسط سرد نمودن (تبرید) تشریح می کند. اگر محلـول اشـباعی را کـه در وضعیت 1 قرار دارد (شکل 2-1) با سرد کردن ناگهانی به وضعیت 2 برسانیم محلول تمایـل خواهـد داشت با خارج نمودن جسم حل شده (بصورت کریستال) و کاهش غلظت به وضعیت 3 برسد.  

 3-2-4- هسته زائی3

به هم پیوستن مولکولهای فاز محلول تحت تأثیر جاذبههای بین مولکولی را هستهزایی میگویند. ایـن پدیده ممکن است در حضور کریستالهایی از جنس هسته رخ دهد که در آنصـورت هسـتهزایـی را از نوع ثانویه نامگذاری میکنند و در غیر اینصورت هستهزایی از نوع اولیه خواهد بود.   هسته زایی اولیه خود به دو دسته هموژن و هتروژن تقسـیم مـی شـود . در هسـته زایـی اولیـه هتـروژن مولکوها با استفاده از ذرات معلق خارج در فاز محلول یا در دیواره کریستالیزور مجتمع گشته ایجـاد هسته می نمایند.

 3-2-5- رشد کریستالها

رسوب مولکولهای ماده فوق اشباع بر روی کریستالهایی از آن ماده که در محیط وجود دارد منجر بـه بزرگ شدن آن کریستالها یا پدیده رشد میشود .

3-2-6- تقسیم بندی ناحیه فوق اشباع

ناحیه فوق اشباع توسط منحنی فوق اشباع به دو ناحیـه شـبه پایـدار(Metastable Zone) و ناپایـدار(Labile Zone) تقسیم میشود. در ناحیه شبه پایدار میـزان فـوق اشـباع اجـازه هسـته زایـی اولیـه را نمی دهد و خروج مولکولهای ماده فوق اشباع تنها بصورت رشد (رسوب بر روی کریستالهایی کـه در محیط وجود دارند) یا با مکانیسم هستهزایی ثانویه امکانپذیر است. در ناحیه ناپایدار امکان هستهزایی اولیه نیز وجود دارد. برخلاف منحنی اشباع که نمودار یـک تابعیـت ترمودینـامیکی مـی باشـد محـل منحنـی فـوق اشـباع حساسیت زیادی به شرایط هیدرودینامیکی کریستالیزور دارد همچنین وجود ذراتی از اجسام خارجی در سیستم که امکان هسته زایی اولیه هتروژن را (که معمولاً نیاز بـه فـوق اشـباع کمتـری دارد) پـیش  می آورد در نزدیک نمودن منحنی های فوق اشباع و اشباع نقش بسـزایی دارد از آنجـا کـه در صـنعت معمولاً سعی مـی شـود کـه از تولیـد کریسـتالهای ریـز (زیـر 100 میکـرون ) اجتنـاب شـود هـدایت کریستالیزاسیون در ناحیه شبه پایدار از اهمیت ویژهای برخوردار خواهد شد.

3-1- اهمیت کریستالیزاسون ———————————————–32

3-2- تئوری کریستالیزاسون   ———————————————–32

3-2-1- حلالیت —————————————————–32

3-2-2- فوق اشباع —————————————————34

3-2-3- بیان ریاضی میزان فوق اشباع —————————————34

3-2-4- هسته زایی —————————————————34

3-2-5- رشد کریستال ها   ———————————————–35

3-2-6- تقسیم بندی ناحیه فوق اشباع —————————————35

3-2-7- بیان ریاضی شدت رشد و هسته زایی ———————————-36

3-3- هندسه ذره ——————————————————-36

3-3-1- تعیین   دانهبندی ذرات با استفاده از دستگاه Coulter Counter ——–ا———37

3-3-2- تعیین دان هبندی ذرات با استفاده از ستون الکها —————————38

3-4- دانسیته جمعیتی   —————————————————39

     3-5- ممنتم    دانهبندی   —————————————————-40

3-6- معادله بیلان جمعیتی در حالت کلی ————————————–42

3-7- مکانیزم کریستالیزاسیون ———————————————–43

3-8- تعیین اثر هیدرودینامیک با استفاده از تئوری کلموگوروف   ———————–45

3-9- تعیین اثر هیدرودینامیک با استفاده از تئوری سرعت حدی ———————–46

3-01- روش تجربی تعیین ضریب انتقال جرم در ظروف دارای همزن ——————-48

  3-11- محاسبه ضریب انتقال جرم از طریق      دادههای تجربی —————————52

3-21- تعیین دانه بندی محصولات یک کریستالیزور ——————————–53

     3-21-1- تعیین دانه بندی محصول یک کریستالیزور با استفاده از بیلان جرمMcCabe LLaw -ا——–54

3-21-2- تعیین دانه بندی محصول کریستالیزور ناپیوسته به روش S-Plaine analysis   —ا———-55

نمایش شماتیک نواحی پایدار، ناپایدار و شبه پایدار

نمایش شماتیک نواحی پایدار، ناپایدار و شبه پایدار

فهرست جداول

1-1- تغییرات ویسکوزیته سیستماتیک اسید فسفریک در غلظتها و دماهای مختلف ———–3

1-2- تغییرات دانسیته اسید فسفریک در غلظتهای کمتر از 06% ———-ا————–4

1-3- تغییرات دانسیته اسید فسفریک در غلظتهای بالاتر از 06% —————ا———4

1-4- تغییرات ظرفیت گرمایی اسید فسفریک در دماهای پایین تر از 100درجه سانتگیراد ——–5

1-5- تغییرات ظرفیت گرمایی اسید فسفریک در دماهای پایین تر از 100درجه سانتگیراد ——–5

1-6- گرمای تشکیل و ذوب اسید فسفریک   ————————————6

1-7- گرمای تشکیل و ذوب اسید فسفریک   ————————————-6

1-8- محلولهای فشار بخار اسید فسفریک   ————————————–6

1-9- نقاط جوش و انجماد اسید فسفریک ————————————–7

1-01- چند نمونه از کاربرد اسید فسفریک ————————————–11

2-1- آنالیز شیمیایی سنگ فسفاتهای مختلف ————————————41

2-2- توزیع فلوئور در فرآیندهای دی هیدرات و هیهیدرات ————————–72

3-1- مقادیر F،fv،fs برای اشکال هندسی مختلف ———————————73

فهرست اشکال

1-1- دیاگرام فازی اسید فسفریک- آب—————————————-1

1-2- تغییرات ویسکوزیته اسید فسفریک در غلظتها و دمای مختلف ———————2

1-3- دانسیته محلولهای اسید فسفریک —————————————–7

1-4- شمای کلی تولید اسید فسفریک به روش فرآیند تر —————————–01

2-1- وابستگی کریستالیزاسیون سولفات کلسیم هیدرات به دما و غلظت ——————51

2-2- وابستگی تعالی سولفات کلسیم به غلظت اسید فسفریک ————————-61

2-3- فرآیند دی هیدرات ————————————————–02

2-4- تغلیظ اسید فسفریک همراه با سیستم چرخش خورآن —————————12

2-5- فرآیند همی- دی هیدرات ———————————————52

2-6- فرآیند دی- همی هیدرات ———————————————62

3-1- منحنی شماتیک حلالیت ———————————————-33

3-2- بیان میزان فوق اشباع با منحنی غلظت ————————————-43

3-3- نمایش شماتیک نواحی پایدار، ناپایدار و شبه پایدار —————————-53

 3-5- منحنی توزیع وزنی ذرات———————————————-04

3-6- منحنی شماتیک دانسیته جمعیتی ذرات ————————————-04

3-7- نمودار یک کریستالیزور ———————————————–24

3-8- مکانیزم رشد کریستال و مراحل اتصال جرم ———————————44

3-9- منحنی تعیین مقدار تا ————————————————84

3-01- اثر سرعت همزن بر ضریب انتقال جرم————————————05

3-11- منحنی تغییرات عدد توانی با عدد رینولدز ———————————-15


 


مقطع کارشناسی ارشد

بلافاصاله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


فایل pdf غیر قابل ویرایش

قیمت25000تومان

فایل pdf همراه با فایل word

قیمت35000تومان