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Concentration de l’acide phosphorique Concentration de H3PO4 Principes de base

Concentration de l’acide phosphorique Concentration de H3PO4 Principes de base Principe de fonctionnement Clarification Fluor Incrustation Principes de base de la concentration Condensats Acide faible Eau évaporée Acide concentré produit Vapeur BP PRINCIPES DE BASE Principes de base de la concentration • L’acide sortie filtre titre 28 % P2O5 • Que ce soit pour l’exporter ou pour l’utiliser sur site comme réactif, il faut le concentrer • Elimination d’une partie de l’eau de dilution par évaporation sous vide PRINCIPES DE BASE • L’acide faible est mélangé à une grande quantité d’acide concentré en circulation constante, puis est chauffé. • Il va y subir une augmentation de température amenant la tension de vapeur de l’eau contenue dans le mélange à une valeur supérieure à la pression absolue fixée dans l’évaporateur: il va y avoir ébullition de l’eau PRINCIPES DE BASE Principes de base de la concentration • Il existe pour chaque acide une relation liant le P2O5, la température et la pression absolue dans un évaporateur • Cette relation est fonction de la teneur en impuretés de l’acide (principalement sulfates) • Cette relation servira pour le contrôle de l ’évaporateur PRINCIPES DE BASE Principes de base de la concentration 29.2% P2O5 39.1% P2O5 46.7% P2O5 50% P2O5 53% P2O5 56% P2O5 °C Pression de vapeur de l’acide phosphorique à différentes concentrations mm Hg PRINCIPES DE BASE • Relation (teneur P2O5 - VIDE - TEMPERATURE) • Relation fonction de la teneur en impuretés de l’acide (principalement sulfates) Principes de base de la concentration PRINCIPES DE BASE Concentration avec tubes en acier inox et récupération fluor PRINCIPES DE BASE Concentration avec tubes en carbone et récupération fluor PRINCIPES DE BASE Echangeur concentration Echangeur concentration Séparateur Principe de fonctionnement de la concentration PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT Condenseur & Groupe de Vide Acide Faible Alim. [%P2O5]1 Daf] kg/m3 [Taf] °C [Pabs] [Faf] m3/h kg/h [H2O] [Faf] = [X kg/h P2O5] / [%P2O5]1 kg/h [H20] = [Faf] - [Fac] kg/h Vapeur BP [Tac]2 [Pvap] bars abs [Tvap] °C [∆ ∆ ∆ ∆Tac] Acide Conc. Produit [Fvap] kg/h [%P2O5]2 [Tac]1 [Dac] kg/m3 [Tac]1 °C [Fac] m3/h Condensats kg/h [Tcond] °C [Fac] = [X kg/h P2O5] / [%P2O5]2 kg/h [Fcirc] m3/h [Fvap] = [~1.25] x [H2O] kg/h Chaleur = [∼ ∼ ∼ ∼518] kcal/kg vap] x [Fvap] = [~0.5267 kcal/kg acide/°C] x [Fcirc] x [Dac] x [∆ ∆ ∆ ∆Tac] kcal/h [∆ ∆ ∆ ∆Tac] °C = [Tac]2 - [Tac]1 = f ([H2O]) : si [H2O] = 0 [∆ ∆ ∆ ∆Tac] = 0 si [H2O] = nominal [∆ ∆ ∆ ∆Tac] = nominal si [H20] > nominal [∆ ∆ ∆ ∆Tac] > nominal Pression Absolue Torrs / Bar [% P2O5] dans l'Evaporateur % P2O5 acide Conc. [Pabs] 53 % P2O5 [Dac] P2 54 % P2O5 55 % P2O5 P1 P3 °C T3 T1 T2 [Tac]1 Température d'ébullition de l'acide Si : Effet : [Tac]1 = T1 & [Pabs] = P1 Point d'équilibre pour acide à 54 % P2O5 OK [Tac]1 ⇒ ⇒ ⇒ ⇒ T2 & [Pabs] = P1 Augmentation du titre vers 55 % P2O5 correction [Tac]1 ⇒ ⇒ ⇒ ⇒ T3 & [Pabs] = P1 Diminution du titre vers 53 % P2O5 correction [Tac]1 = T1 & [Pabs] ⇒ ⇒ ⇒ ⇒ P2 Diminution du titre vers 53 % P2O5 correction [Tac]1 = T1 & [Pabs] ⇒ ⇒ ⇒ ⇒ P3 Augmentation du titre vers 55 % P2O5 correction PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT Problèmes d’incrustation Incrustations • Durant la concentration de l’acide, les constantes de solubilité de diverses produits diminuent. Principalement: Na2SiF6, K2SiF6 and CaSO4 • Il en résulte une production de solides qui peuvent incruster les parois des tubes de l’échangeur PROBLEMES D’INCRUSTATION Incrustations • Ces incrustations, si elles sont trop importantes, gênent la bonne marche de l’installation. • Il faut donc les enlever régulièrement. • Lavage régulier de l’installation. PROBLEMES D’INCRUSTATION Incrustations • Si température d’entrée de la vapeur dans l’échangeur trop élévée => Grand ∆T => Incrustation de la surface des tubes par CaSO4 (car réaction endothermique pour CaSO4) PROBLEMES D’INCRUSTATION Incrustations: réduction • Actions à prendre pour réduire les incrustations: Placer l’échangeur sous une charge hydrostatique suffisante évite l’ébullition de l’acide dans les tubes pas de surconcentrations et pas de vibrations dans les tubes PROBLEMES D’INCRUSTATION Introduire l’acide dilué à la circulation d’acide concentré après passage dans l’échangeur • évite de déposer les sels apportés par l’acide faible directement sur les tubes de l’échangeur • évite la mise en ébullition de l’acide car l’acide à évaporer est “déjà concentré” PROBLEMES D’INCRUSTATION Incrustations: réduction – Assurer un grand débit de circulation d’acide concentré pour maintenir une faible différence de température ∆T sur l’évaporateur • cela permet d’augmenter la vitesse dans les tubes ce qui diminue la vitesse d’incrustation • cela permet également de travailler avec une faible différence de température entre l’entrée et la sortie de l’échangeur; ce qui diminue la vitesse d’incrustation. PROBLEMES D’INCRUSTATION Incrustations: réduction – Les incrustations peuvent également être limitées en travaillant avec 2-3% de solides dans l’évaporateur. Ces solides ont un double rôle: • ils servent de germes lors de la précipitation des impuretés • ils nettoient l’échangeur lors de leur passage (par érosion) PROBLEMES D’INCRUSTATION Incrustations: réduction Dégagement du Fluor Pompe à vide H2O de refroid. Condensats Pompe axiale Evap. H2O Acide Faible Acide Conc. Vapeur Condensats Evap. F • Lors de la concentration, SiF4 / HF évaporés • Peuvent avoir un impact négatif sur l’environnement • Peuvent produire des incrustations dans le condenseur / section de refroidissement • Peut être utilisé dans des applications industrielles Concentration DEGAGEMENT DU FLUOR Evaporation du Fluor • L’acide phosphorique avant concentration contient habituellement de l’acide fluosilicique en solution • Durant la concentration, cette solution est chauffée => libération de vapeur d’eau mais aussi HF et SiF4 selon la réaction: H2SiF6 + heat => 2 HF + SiF4 DEGAGEMENT DU FLUOR • Ces composés sont abosrbés dans l’eau comme solution de FSA dans la tour de récupération Fluor • L’absorption obéit à un certain équilibre. Il existe un équilibre entre la teneur en fluor des gaz et la teneur en fluor de la solution de FSA. Cet équilibre dépend de plusieurs paramètres: • Pression partielle de HF et de SiF4 • Présence de silice active dans l’acide • Température • Titre de l’acide phosphorique Evaporation du Fluor DEGAGEMENT DU FLUOR Récupération Fluor Prayon - PFD Evaporateur Séparateur Goutelettes Tour Lavage Cuve FSA Séparateur Goutelettes Condenseur DEGAGEMENT DU FLUOR • Si la quantité de silice active est trop faible, il y a un excès de HF par rapport à H2SiF6 => la teneur en H2SiF6 dans l’acide diminue en même temps que la teneur en HF augmente. • Le titre P2O5 de l’acide influence la solubilité de l’acide fluosilicique et la solubilité des fluosilicates. Evaporation du Fluor DEGAGEMENT DU FLUOR CONCENTRATION: sans récupération fluor Pompe à vide H2O de refroidissement Acide Conc. Acide faible Vapeur Condensats Pompe axiale Echangeur Evaporateur Condensats Evap H2O Evap F DEGAGEMENT DU FLUOR CONCENTRATION: Courbe d’absorption du fluor 10 15 18 20 22 30 0 % H2SiF6 Kg F / Kg H2O ratio 1 ratio 2 F absorbé F non absorbé P abs.. 1.0x 1.3x 2.2x DEGAGEMENT DU FLUOR CONCENTRATION: Récupération Fluor / Simple étage Système de vide H2O de refroidissement Acide Conc. Acide faible Vapeur Condensats Pompe axiale Echangeur Evaporateur Condensats Evap. H2O Evap. F 18 % H2SiF6 F non absorbé Séparateur P2O5 [ 1.0 X ] DEGAGEMENT DU FLUOR Philosophie de Contrôle DEGAGEMENT DU FLUOR Evaporateur Condenseur T1 Stockage DI LI XV 1 XV 2 Eau P1 Temps FSA densité 80.0 82.0 84.0 86.0 88.0 90.0 92.0 94.0 96.0 98.0 100.0 0 5 10 15 20 25 30 % H2SIF6 Theoretical recovery (%) Avantage du système batch Début du cycle Fin du Cycle Efficacité vs %H2SiF6 DEGAGEMENT DU FLUOR CONCENTRATION Courbe d’absorption Fluor 10 15 18 20 22 30 0 % H2SiF6 Kg F / Kg H2O F absorbé F non absorbé abs. Press. 1x 1.7x DEGAGEMENT DU FLUOR Système de vide H2O de refroid. Acid Conc. Acide faible Vapeur BP Cond. Pompe axiale Echangeur Evaporateur Condensats Evap. H2O Evap. F 22 % H2SiF6 F non absorbé Séparateur P2O5 [ 1.7 X ] Haut titre CONCENTRATION: Récupération Fluor / Simple étage DEGAGEMENT DU FLUOR Pompe à vide H2O de refroid. Acide Conc. Acide faible Vapeur Cond. Pompe axiale Echangeur Conden. H2O Evap. F Evap. 22 % H2SiF6 Pertes F (Haut titre) 5 % H2SiF6 Separateur P2O5 [ 0.6 X ] CONCENTRATION: Récupération Fluor / Double étage DEGAGEMENT DU FLUOR Pulvérisateur « FSA » • Equipement propriétaire • Grande ouverture – Faible risque de bouchage • Pulvérisation homogène – Grande efficacité à cause du faible risque de chemins préférentiels DEGAGEMENT DU FLUOR Praysep • Reduit la quantité de P2O5 dans le FSA • Evite que le FSA produit parte au condenseur Gas outlet Gas inlet Liquid outlet Gutter DEGAGEMENT DU FLUOR Clarification Clarification Acide Faible Clarification de l’acide faible • L’acide sortant de la filtration contient des solides (gypse, sel fluoré et uploads/Finance/10-1-concentration.pdf