PraktRab_4th

планирования исследований линий двойного насыщения в системе

NH4H2PO4 - (NH4)2HPO4 - NH4Cl - H2O при 20°С сведены в табл. 6. 3 и

изображены на рис. 6. 2.

Задача пятого задания практической работы раздела 7. 7. 1 решается аналогично.

Методом сечений решение этой задачи было описано выше в разделе 6.2.6.

Используя данные о составов двойных и тройного эвтонических растворов в четверной водно-солевой системе, вычислим структуру фазовых областей разреза типа первая соль – вторая соль – S (раствор третьей соли в воде) предполагая прямолинейный характер данной линии моновариантного равновесия. Концентрация раствора S в разрезе подбирается таким образом, чтобы соотношение третьей соли и воды было промежуточным между таковым в тройном и соответствующем двойном эвтонических растворах. Вычисленная структура разреза позволяет оптимизировать выбор минимального числа сечений, определяющих границы интересующих фазовых областей системы.

После экспериментального определения действительного состава двойного эвтонического раствора в разрезе мы и находим точку двойного насыщения на линии моновариантных равновесий в четверной системе.

Шестое задание практической работы 7.7.1 просит предложить способ определения критической температуры возникновения монотектического равновесия в системе NH4H2PO4 - (NH4)2HPO4 - (C2H5)2NH2Cl - H2O, используя данные табл. 7. 31.

	H2O
	45°C
	43°C
45°C	41°C

	43°C	39°C	40°C	E
	41°C	39°C
NH4H2PO4	E12		(C2H5)2NH2Cl

(NH4)2HPO4

Рис. 7. 17. Зависимость состава предельного монотектического равновесия от температуры в системе NH4H2PO4 - (NH4)2HPO4 - (C2H5)2NH2Cl - H2O

Данные табл. 7.31 изобразим на рис. 7. 17 в виде ортогональной проекции на плоскость параллельную двум перекрещивающимся ребрам тетраэдра состава. Координату Y составов расслаивающихся монотектических жидких фаз увеличиваем пропорционально температуре от 39°С. Из рис. 7.17 видно, что расслаивание возникает между 39 и 40°С.

Для более точной оценки нижней критической температуры монотектического равновесия при помощи метода наименьщих квадратов найдем зависимости содержания всех компонентов монотектических расслаивающихся жидких фаз от температуры, продолжим их до взаимного пересечения и определим значения температуры в точках пересечения. Результаты данной обработки сведем в табл. 7.36 и изобразим на рис. 7. 18.

Таблица 7. 36 Результаты вычислений температуры и состава критической точки в системе NH4H2PO4

- (NH4)2HPO4 - (C2H5)2NH2Cl - H2O

(C2H5)2NH2Cl							(NH4)2HPO4										NH4H2PO4								H2O
% мас.	t, °C					% мас.			T, °C							% мас.						t, °C		% мас.		t, °C
20.70	39.66					16.36			39.65						17.97							39.63		44.97		39.65
	% мас.
	43															H2O
	38
	33
	28
	23															(C2H5)2NH2Cl

18	NH4H2PO4
	(NH4)2HPO4

13
39,55	39,60	39,65	39,70	39,75

t, °C

Рис. 7. 18. Изменение содержания компонентов в верхней и нижней фазах в зависимости от температуры в системе NH4H2PO4 - (NH4)2HPO4 - (C2H5)2NH2Cl - H2O

Результаты вычислений показывают, что температуры точек пересечения всех функциональных кривых очень близки. Средняя температура критической точки составляет (39.65±0.025)°С при 95 %-ной вероятности. Таким образом, можно сделать вывод, что монотектическое равновесие в данной системе появляется при температуре вше 39.6°С.

Седьмое задание предлагает, используя данные о растворимости в тройной оконтуривающей системе (NH4)2НPO4 - (C2H5)2NH2Cl – H2O,

вычислить потери фосфора и аммония при синтезе гидрофосфата аммония из хлорида аммония, фосфорной кислоты и диэтиламина при 40 и 45 °С.

При получении чистого гидрофосфата аммония потери его из-за растворения будут минимальными в маточном растворе, представляющем собой двойной эвтонический раствор в системе (NH4)2НPO4 - (C2H5)2NH2Cl

– H2O который имеет следующий состав (% мас.): (NH4)2HPO4 – 0.61; (C2H5)2NH2Cl - 71.01; H2O – 28.38 - при 40°С; (NH4)2НPO4 – 0.60; (C2H5)2NH2Cl – 72.33; H2O – 27.07 - при 45°С.

Потери гидрофосфата аммония при 40 и 45°С из-за растворения составляют соответственно (% отн.):

П40(NH4)2HPO4 = 0.61·2·109.5·100/(71.01·132) = 1.43;

П45(NH4)2HPO4 = 0.60·2·109.5·100/(72.33·132) = 1.38.

Коэффициенты использования фосфора при 40 и 45°С будут

следующими (% отн.):

Кp40= 100 - П40(NH4)2HPO4 = 98.57; Кр45 = 100 - П45(NH4)2HPO4 = 98.62.

Восьмое задание просит, используя данные о растворимости в тройной оконтуривающей системе NH4Н2PO4 - (C2H5)2NH2Cl – H2O, вычислить потери фосфора и аммония при синтезе дигидрофосфата аммония из хлорида аммония, фосфорной кислоты и диэтиламина при 40 и 45 °С.

При получении чистого дигидрофосфата аммония потери его из-за растворения будут минимальны в маточном растворе, представляющем собой двойной эвтонический раствор системы: NН4Н2РО4 - (С2Н5)2NH2Cl - Н2O, который имеет следующий состав (% мас.): NН4Н2РО4 - 3.09;

(C2H5)2NН2С1 - 70.16; H2O - 26.75 - при 40°С; NН4H2PO4 - 3.44; (C2H5)2NH2Cl - 71.30; Н2О - 25.26 - при 45°С (см. табл. 2.10, 2.14 со-

ответственно).

Потери дигидрофосфата аммония из-за растворения в маточном растворе и коэффициенты использования фосфора составляют (% мас.):

П40NH4H2PO4 = 3.09·109.5·100/(70.16·115)=4.19 - при 40°C;

П45NH4H2PO4=3.44·109.5·100/(71.30·115) = 4.59 - при 45°C; Kр40=100 – П40NH4H2PO4 = 95.81 - при 40°C;

Kр45=100 – П45NH4H2PO4 = 95.41 - при 45°C.

В девятом задании необходимо свести в одну таблицу коэффициенты использования фосфора и ионов аммония, определить оптимальные концентрационные условия синтеза индивидуальных фосфатов аммония и их удобрительных смесей (аммофоса и диаммофоса).

При получении смеси гидрофосфата аммония и дигидрофосфата аммония их потери из-за растворения в маточном растворе будут минимальны, если маточный раствор представляет собой тройной эвтонический раствор системы: (NH4)2HPO4 - NH4H2PO4 - (C2H5)2NH2Cl - Н2О, имеющий следующий состав (% мас.): (NH4)2HPO4 - 0.58; NН4Н2РО4 -

2.96; (С2H5)2NН2Сl - 70.13; H2O - 26.33 - при 40°С; (NН4)2НPO4 - 0.73; NH4Н2PO4 - 2.91; (С2Н5)2NН2С1 - 70.95; Н2О - 25.41 - при 45°C. Процесс

получения смеси фосфатов аммония описывается уравнением (7. 1), которое при использовании хлорида аммония, образующегося при получении 1 т кальцинированной соды, имеет следующий вид:

MNH4Cl+H3PO4+M(C2H5)2NH=(M-1)(NH4)2HPO4+(2-M)NH4H2PO4+M(C2H5)2NH2Cl(7.1)

1.0094 1.8491/M 1.9057

2.1698·(2-M)/M 2.4906·(1-M)/M

2.5943

где М - соотношение NН4: Н3PO4 в удобрении. Анализируя уравнение (7. 1), можно отметить, что количества необходимого диэтиламина и образующегося хлорида диэтиламмония не зависят от соотношения М в удобрении и целиком определяются исходным количеством хлорида аммония, эквивалентным 1 т кальцинированной соды. Количества фосфорной кислоты и фосфатов аммония зависят от этого соотношения, являются его функцией.

Величины относительных потерь фосфатов аммония из-за растворения в маточном растворе и коэффициенты использования фосфора также зависят от соотношения М (% мас.):

П40(NH4)2HPO4 = М·109.5·0.58·100/(70.13·(98+М·17));

П40NH4H2PO4 = М·109.5·2.96·100/(70.13·(98+М·17));

П45(NH4)2HPO4 = М·109.5·0.73·100/(70.95·(98+М·17));

П45NH4H2PO4 = М·109.5·2.91·100/(70.95·(98+М·17));

К40Р = 100 – П40(NH4)2HPO4 – П40NH4H2PO4;

К45Р = 100 – П45(NH4)2HPO4 – П45NH4H2PO4;

Вычисленные величины относительных потерь фосфатов аммония и коэффициенты использования фосфора для смеси гидрофосфата и дигидрофосфата аммония, отвечающей составу диаммофоса (М=1.8), будут следующими (% мас.):

П40(NH4)2HPO4 + П40NH4H2PO4 = П40(М=1,8)=1.27+6.47=7.74; П45(NH4)2HPO4 + П45NH4H2PO4 = П45(М=1,8)=1.58+6.29=7.87; К40Р (М=1,8) = 100 – 7,74 = 92.26; К45Р (М=1,8) = 100 – 7.87 = 92.13.

Вычисленные величины относительных потерь фосфатов аммония из-за растворения в маточном растворе и коэффициенты использования фосфора для их смеси, отвечающей составу аммофоса (М = 1.1), будут такими (% отн.):

П40(М=1,1) = 0.85 + 4.36 = 5.21; П45(М=1,1) = 1.06 + 4.23 = 5.29;

К40Р (М=1,1) = 100 – 5.21 = 94.79; К45Р (М=1,1) = 100 – 5.29 = 94.71.

Коэффициент использования иона аммония, как это нетрудно показать, в процессе получения фосфатов аммония при стехиометрическом соотношении хлорида аммония, фосфорной кислоты и диэтиламина равен коэффициенту использования фосфора.

Для удобства сопоставления вычисленные значения коэффициентов использования фосфора сведены в табл. 7.37 .

Таблица 7. 37 Равновесные коэффициенты использования фосфора и иона аммония при различных

условиях получения фосфатов аммония

t, ºC	Коэффициент использования (KP / KNH4+ , % отн.)
	М = 1	М = 2	М = 1.1		М = 1.8
	Стехиометрическое соотношение компонентов
40	95.8/95.8	98.6/98.6	94.8/94.8		92.3/92.3
45	95.4/95.4	98.6/98.6	94.7/94.7		92.1/92.1

Анализируя данные табл. 7.37, можно сделать ряд важных с практической точки зрения выводов. Коэффициент использования фосфора при 40°С практически не отличается от того же коэффициента при 45ºC. Получение чистых солей с точки зрения уменьшения потерь фосфора из-за растворения в маточных растворах более выгодно. Знание составов эвтонических растворов позволяет целенаправленно вести синтез удобрений, получать удобрения любого состава, задаваясь минимальными потерями фосфатов аммония.

Десятое задание просит вычислить составы ИСК для получения фосфатов аммония и их удобрительных смесей с максимальным выходом в кристаллическом виде из из хлорида аммония, фосфорной кислоты и диэтиламина при 40 и 45 °С.

Составы ИСК рассчитываются по уравнению (7. 1) по известным составам эвтонических растворов при учете того факта, что вся использованная вода и диэтиламин в виде хлорида диэтиламмония остаются в маточном растворе. Необходимые количества хлорида аммония, фосфорной кислоты и диэтиламина являются стехиометрическими.