กรดฟอสฟอริกคืออะไร และใช้ทำอะไร? การใช้งานทางอุตสาหกรรม คุณสมบัติหลัก และการผลิต

คุณสมบัติที่สำคัญและการใช้งานทางอุตสาหกรรม

สารประกอบนี้มีสูตรโมเลกุล H₃PO₄ และมีน้ำหนักโมเลกุลประมาณ 98 กรัม/โมล มันเป็นกรดไตรโปรติก ซึ่งหมายความว่าอะตอมไฮโดรเจนที่แตกตัวเป็นไอออนได้สามอะตอมของมันสามารถแยกตัวออกเป็นระยะๆ พฤติกรรมในสารละลายขึ้นอยู่กับความเข้มข้น อุณหภูมิ และสภาพแวดล้อมทางเคมี คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้มีประโยชน์ในกระบวนการที่ต้องการการควบคุมความเป็นกรดหรือการก่อตัวของสารประกอบฟอสเฟต

แอปพลิเคชัน	ฟังก์ชั่นทางอุตสาหกรรม	ข้อกำหนดที่สำคัญ
การผลิตปุ๋ย	จัดหาฟอสเฟตสำหรับการผลิตผลิตภัณฑ์ เช่น โมโนแอมโมเนียมฟอสเฟต (MAP) และไดแอมโมเนียมฟอสเฟต (DAP)	ความพร้อมใช้ของฟอสเฟต การควบคุมสิ่งเจือปน ความเข้มข้น และความเข้ากันได้กับกระบวนการปฏิกิริยาขั้นปลายน้ำ
การแปรรูปอาหารและเครื่องดื่ม	ทำหน้าที่เป็นตัวควบคุมความเป็นกรดหรือสารปรับความเป็นกรดในสูตรที่กำหนด	วัสดุเกรดอาหาร การปฏิบัติตามกฎระเบียบที่เกี่ยวข้อง การตรวจสอบย้อนกลับ และการควบคุมสิ่งเจือปนที่เกี่ยวข้อง
การบำบัดด้วยโลหะ	รองรับการทำความสะอาด การกำจัดสนิม และการรักษาพื้นผิวที่เลือก	ความเข้ากันได้ของพื้นผิว เงื่อนไขการบำบัด ข้อกำหนดในการล้าง และการจัดการสารละลายที่ใช้แล้ว
การบำบัดน้ำ	สามารถใช้กับการปรับ pH และการควบคุมการกัดกร่อนที่เลือกได้	เคมีของน้ำ การควบคุมการจ่ายสาร ความเข้ากันได้กับอุปกรณ์บำบัด และข้อกำหนดในการปล่อยทิ้งที่เกี่ยวข้อง
สารเคมีฟอสเฟต	ทำหน้าที่เป็นวัตถุดิบตั้งต้นสำหรับเกลือฟอสเฟตและผลิตภัณฑ์เคมีที่มีฟอสฟอรัสที่เลือกสรร	ปริมาณสัมพันธ์ของปฏิกิริยา ความบริสุทธิ์ของฟีด ข้อกำหนดในการแปลง และการแยกขั้นปลายน้ำ

เส้นทางการผลิต: กระบวนการเปียกและกระบวนการความร้อน

เส้นทางอุตสาหกรรมที่จัดตั้งขึ้นสองเส้นทางคือกระบวนการเปียกและกระบวนการทางความร้อน โดยมีความแตกต่างกันในเรื่องวัตถุดิบตั้งต้น ลำดับปฏิกิริยา โปรไฟล์สิ่งเจือปน และข้อกำหนดการทำให้บริสุทธิ์ขั้นปลายน้ำ เส้นทางที่เหมาะสมขึ้นอยู่กับข้อกำหนดของผลิตภัณฑ์ วัตถุดิบที่มีอยู่ เศรษฐศาสตร์ ภาระผูกพันด้านสิ่งแวดล้อม และตลาดที่ต้องการ

การผลิตแบบกระบวนการเปียก

โดยทั่วไปกระบวนการเปียกจะทำปฏิกิริยาหินฟอสเฟตกับกรดซัลฟิวริก ปฏิกิริยานี้จะปล่อยกรดฟอสฟอริกออกมาเป็นของเหลวและสร้างของแข็งที่มีแคลเซียมซัลเฟต สารละลายที่ได้จะถูกแยกออกจากกันโดยการกรอง ในขณะที่การล้างสามารถดึงฟอสเฟตที่ละลายน้ำได้เพิ่มเติมจากกากที่เป็นของแข็ง กรดที่นำกลับมาใช้ใหม่อาจผ่านการทำให้กระจ่าง ทำให้บริสุทธิ์ หรือทำให้เข้มข้น ขึ้นอยู่กับเกรดผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ

ความท้าทายทางวิศวกรรมที่สำคัญ ได้แก่ ความแปรปรวนของหินฟอสเฟต การควบคุมปฏิกิริยา การจัดการสารละลาย ประสิทธิภาพการกรอง ประสิทธิภาพการซัก และการจัดการสารตกค้างที่มียิปซั่ม สารประกอบที่มีฟลูออไรด์และสิ่งสกปรกอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับวัตถุดิบอาจส่งผลต่อการบำบัดก๊าซ การจัดการน้ำเสีย และคุณภาพของผลิตภัณฑ์

การผลิตด้วยกระบวนการความร้อน

เส้นทางความร้อนเริ่มต้นด้วยธาตุฟอสฟอรัส ฟอสฟอรัสจะถูกออกซิไดซ์เป็นฟอสฟอรัสออกไซด์ ซึ่งจากนั้นจะถูกทำให้ชุ่มชื้นหรือดูดซึมเข้าไปในน้ำเพื่อสร้างกรด ความเข้มข้นหรือขั้นตอนการตกแต่งภายหลังจะขึ้นอยู่กับข้อกำหนดเฉพาะของเป้าหมายและสภาพของกระแสผลิตภัณฑ์

เนื่องจากเส้นทางนี้ใช้ธาตุฟอสฟอรัสมากกว่าการใช้กรดฟอสเฟต-หิน วัตถุดิบตั้งต้นและสิ่งเจือปนจึงแตกต่างจากกระบวนการแบบเปียก อย่างไรก็ตาม การจัดการฟอสฟอรัส ออกซิเดชัน การกำจัดความร้อน การดูดซับ การบรรจุ และการจัดการก๊าซนอกนั้น จำเป็นต้องมีวิศวกรรมอย่างระมัดระวัง เส้นทางควรได้รับการประเมินโดยเทียบกับความบริสุทธิ์ที่ต้องการ ตลอดจนต้นทุนและความพร้อมของวัตถุดิบที่เหมาะสม

การกำหนดค่าวัตถุดิบและอุปกรณ์หลัก

การเลือกอุปกรณ์ควรเป็นไปตามเส้นทางกระบวนการและข้อกำหนดของผลิตภัณฑ์ แผนภาพผังกระบวนการและความสมดุลของวัสดุช่วยสร้างการทำงานของหน่วยที่จำเป็นก่อนที่จะกำหนดขนาดรายการอุปกรณ์แต่ละรายการ องค์ประกอบวัตถุดิบ สภาพการทำงาน คุณสมบัติของสารละลาย การสัมผัสการกัดกร่อน และอัตราการผลิตเป้าหมาย ล้วนส่งผลต่อการกำหนดค่าขั้นสุดท้าย

พื้นที่กระบวนการ	อุปกรณ์หรือระบบทั่วไป	เน้นด้านวิศวกรรม
การเตรียมวัตถุดิบ	การจัดการอาหารสัตว์ การจัดเก็บ การลำเลียง และการเตรียมอุปกรณ์ที่เหมาะสมกับวัตถุดิบที่เลือก	ความสม่ำเสมอในการป้อน การควบคุมฝุ่นหรือการรั่วไหล ความปลอดภัยในการจัดการ และความต่อเนื่องในการจัดหา
ปฏิกิริยาหรือออกซิเดชัน	ถังปฏิกิริยาและระบบป้อนที่เกี่ยวข้อง การจัดการความร้อน และการควบคุมกระบวนการ ที่เลือกตามเส้นทาง	การควบคุมปฏิกิริยา เวลาคงอยู่ การถ่ายเทความร้อน การกักเก็บ และความเข้ากันได้ของวัสดุ
การแยกของแข็งและของเหลว	ตัวกรอง ระบบล้าง อุปกรณ์ถ่ายเทของเหลว และถังที่เกี่ยวข้องตามที่กระบวนการเปียกต้องการ	ปริมาณของแข็ง อัตราการกรอง การล้างเค้ก การนำกลับคืน และการจัดการของเสีย
การทำให้บริสุทธิ์และความเข้มข้น	อุปกรณ์ทำให้กระจ่าง ทำให้บริสุทธิ์ หรือทำให้เข้มข้นตามที่กำหนดโดยข้อกำหนดเฉพาะของผลิตภัณฑ์	ขีดจำกัดความไม่บริสุทธิ์ หน้าที่ความร้อน ความเสี่ยงจากการตกสะเก็ดหรือการสะสม และความเข้มข้นสุดท้าย
การจัดเก็บและโอนผลิตภัณฑ์	ถังเก็บ ปั๊ม ท่อ ท่อ วาล์ว และการเตรียมการบรรทุกที่ใช้ร่วมกันได้	ความเข้ากันได้ของสารเคมี การบรรจุ การเข้าถึงการบำรุงรักษา และความน่าเชื่อถือในการถ่ายโอน

ตารางจะอธิบายหมวดหมู่อุปกรณ์ทั่วไป ไม่ใช่แพ็คเกจแบบตายตัวที่ใช้กับสถานที่ทุกแห่ง โรงงานที่ใช้กระบวนการเปียกอาจต้องการระบบการกรองและการจัดการสารตกค้างจำนวนมาก ในขณะที่โรงงานที่ใช้กระบวนการความร้อนมีความต้องการที่แตกต่างกันในการจัดการฟอสฟอรัส ออกซิเดชัน การดูดซับ และการบรรจุก๊าซ การกำหนดขนาดอุปกรณ์ขั้นสุดท้ายต้องใช้ข้อมูลกระบวนการเฉพาะโครงการ

วัสดุก่อสร้าง สาธารณูปโภค และการควบคุมกระบวนการ

การเลือกใช้วัสดุต้องคำนึงถึงความเข้มข้นของกรด อุณหภูมิ สิ่งเจือปน สภาพการไหล และการมีอยู่ของของแข็งแขวนลอย ไม่สามารถประเมินความต้านทานการกัดกร่อนได้จากชื่อทางเคมีเพียงอย่างเดียว วัสดุที่เหมาะสมสำหรับตำแหน่งกระบวนการหนึ่งอาจไม่เหมาะกับตำแหน่งอื่น โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อความเข้มข้นเปลี่ยนแปลง การเสียดสี การสะสมตัว หรืออุณหภูมิสูงขึ้น

ความเข้ากันได้ของวัสดุ

ซัพพลายเออร์อุปกรณ์และผู้ออกแบบโรงงานควรตรวจสอบองค์ประกอบทางเคมีและกรอบปฏิบัติการสำหรับส่วนประกอบแต่ละส่วนที่เปียก วัสดุบุถัง วัสดุที่เป็นโลหะ ซีล ส่วนประกอบปั๊ม ภายในวาล์ว และวัสดุท่อส่ง จำเป็นต้องมีการประเมินเฉพาะการใช้งาน การตรวจสอบควรพิจารณาถึงอัตราการกัดกร่อน การกัดเซาะ วงจรความร้อน ความเครียดทางกล และการเข้าถึงการบำรุงรักษา แทนที่จะอาศัยคำแนะนำวัสดุทั่วไป

สาธารณูปโภคและเครื่องมือวัด

ข้อกำหนดด้านสาธารณูปโภคอาจรวมถึงพลังงานไฟฟ้า น้ำในกระบวนการผลิต การทำความเย็น การทำความร้อนหรือไอน้ำ บริการอากาศอัด และการบำบัดน้ำเสีย ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับเส้นทางของกระบวนการ ความต้องการที่แท้จริงควรคำนวณจากการออกแบบกระบวนการและหน้าที่ของอุปกรณ์ แทนที่จะประเมินจากคำอธิบายโรงงานทั่วไป

เครื่องมือวัดควรสนับสนุนตัวแปรวิกฤตของกระบวนการที่เลือก สิ่งเหล่านี้อาจรวมถึงอุณหภูมิ ความดัน ระดับของเหลว การไหล การวัดที่เกี่ยวข้องกับความเข้มข้น และสถานะการทำงานของอุปกรณ์ ฟังก์ชันอินเทอร์ล็อก สัญญาณเตือน และการปิดระบบควรถูกกำหนดผ่านการทบทวนอันตรายของกระบวนการและการออกแบบระบบควบคุม วิธีการตรวจวัดต้องเหมาะสมกับสภาพแวดล้อมทางเคมีและช่วงการทำงานที่คาดหวังด้วย

การควบคุมคุณภาพ การจัดเก็บ และการจัดการ

ข้อมูลจำเพาะของผลิตภัณฑ์ควรกำหนดคุณลักษณะด้านคุณภาพที่สำคัญต่อการใช้งานที่ต้องการ สิ่งเหล่านี้อาจรวมถึงความเข้มข้น ปริมาณฟอสเฟต ขีดจำกัดของสิ่งเจือปน ของแข็งแขวนลอย สี และคุณลักษณะการวิเคราะห์อื่นๆ ที่เกี่ยวข้อง ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับเกรดและความต้องการของลูกค้า วิธีการสุ่มตัวอย่างและขั้นตอนการทดสอบควรสอดคล้องกันทั้งในด้านการผลิต การจัดเก็บ และการขนส่ง

สำหรับวัสดุในกระบวนการเปียก สิ่งเจือปนจากวัตถุดิบตั้งต้นสามารถผ่านกระบวนการและส่งผลต่อขั้นตอนการบำบัดที่จำเป็นเพื่อให้ได้เกรดเป้าหมาย ในกรณีที่มีจุดประสงค์ด้านอาหารหรือการใช้งานที่มีการควบคุมอย่างเข้มงวด ข้อกำหนดการทำให้บริสุทธิ์ การตรวจสอบย้อนกลับ และการประกันคุณภาพอาจมีความต้องการมากกว่าข้อกำหนดสำหรับการใช้ในอุตสาหกรรมทั่วไป ไม่ควรจัดประเภทผลิตภัณฑ์ว่าเหมาะสมกับการใช้งานที่ได้รับการควบคุมเพียงเพราะความเข้มข้นของมันตรงตามค่าที่ระบุ

ข้อควรพิจารณาในการจัดเก็บและถ่ายโอน

ระบบการจัดเก็บควรได้รับการออกแบบตามความเข้มข้นที่แท้จริง ช่วงอุณหภูมิ วิธีการจัดส่ง และสินค้าคงคลังที่คาดหวัง วัสดุของถัง การจัดการการระบายอากาศ การกักเก็บสำรอง การเลือกปั๊ม การออกแบบวาล์ว และการเชื่อมต่อในการบรรทุก ควรได้รับการประเมินร่วมกัน สารละลายเข้มข้นสามารถแสดงการเปลี่ยนแปลงพฤติกรรมทางกายภาพขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ รวมถึงการตกผลึกภายใต้เงื่อนไขบางประการ ดังนั้นควรตรวจสอบสภาวะการจัดเก็บและการถ่ายโอนโดยเทียบกับข้อกำหนดเฉพาะของผลิตภัณฑ์

ขั้นตอนการจัดการควรคำนึงถึงการสัมผัสของเหลวที่มีฤทธิ์กัดกร่อน การป้องกันการกระเซ็น การควบคุมการรั่วไหล การตอบสนองฉุกเฉิน การเคลื่อนย้ายอย่างปลอดภัย และการฝึกอบรมบุคลากร แผนผังโรงงานควรแยกวัสดุที่เข้ากันไม่ได้และจัดให้มีการเข้าถึงอุปกรณ์ฉุกเฉินอย่างเหมาะสม น้ำเสีย น้ำล้าง และสารตกค้างในกระบวนการต้องได้รับการประเมินตามองค์ประกอบและข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อมที่เกี่ยวข้อง

การตรวจสอบการจัดซื้อจัดจ้างก่อนสั่งซื้อสายการผลิต

ใบเสนอราคาในสายการผลิตควรได้รับการประเมินโดยเทียบกับขอบเขตกระบวนการที่กำหนดไว้ แทนที่จะเป็นกำลังการผลิตหัวข้อข่าวเพียงอย่างเดียว ก่อนที่จะเปรียบเทียบซัพพลายเออร์ ผู้ซื้อควรเตรียมพื้นฐานการออกแบบที่อธิบายวัตถุดิบ ผลิตภัณฑ์เป้าหมาย ขีดจำกัดคุณภาพ ตารางการปฏิบัติงาน สภาพของไซต์งาน สาธารณูปโภค และภาระผูกพันด้านสิ่งแวดล้อม

หัวข้อการจัดซื้อจัดจ้าง	คำถามที่ต้องแก้ไข
ข้อมูลจำเพาะของผลิตภัณฑ์	ผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปต้องเป็นไปตามความเข้มข้น ขีดจำกัดความไม่บริสุทธิ์ คุณสมบัติทางกายภาพ และการใช้งานเฉพาะด้านใด
พื้นฐานวัตถุดิบ	อะไรคือองค์ประกอบวัตถุดิบที่คาดหวัง ความแปรปรวน เงื่อนไขการจัดหา และข้อกำหนดในการควบคุมคุณภาพ?
ขอบเขตกระบวนการ	ระบบการเตรียม ปฏิกิริยา การแยก การทำบริสุทธิ์ การทำให้เข้มข้น การจัดเก็บ และการถ่ายโอนใดที่รวมหรือไม่รวมไว้
การควบคุมสิ่งแวดล้อม	น้ำเสีย สิ่งตกค้างจากกระบวนการ ฝุ่น กระแสที่มีฟลูออไรด์ หรือการปล่อยก๊าซเรือนกระจกเฉพาะเส้นทางอื่น ๆ จะถูกรวบรวมและบำบัดอย่างไร
ยูทิลิตี้และเค้าโครง	จำเป็นต้องมีโหลดสาธารณูปโภค สภาพอาคาร การเข้าถึงอุปกรณ์ ความจุในการจัดเก็บ และอินเทอร์เฟซของไซต์งานใดบ้าง
การส่งมอบและการว่าจ้าง	เอกสารทางวิศวกรรม จุดตรวจสอบ ความรับผิดชอบในการติดตั้ง กิจกรรมการทดสอบเดินเครื่อง การฝึกอบรม และการสนับสนุนด้านเทคนิคใดบ้างที่รวมอยู่ในสัญญา

ใบเสนอราคาควรระบุขีดจำกัดของแบตเตอรี่ รายการอุปกรณ์ สมมติฐานการออกแบบ มาตรฐานที่บังคับใช้ ข้อยกเว้นขอบเขต และรายการที่ผู้ซื้อจัดหา นอกจากนี้ควรแยกแยะเกณฑ์ประสิทธิภาพที่รับประกันจากข้อมูลการออกแบบที่บ่งชี้ด้วย ทำให้ข้อเสนอที่แข่งขันกันง่ายต่อการเปรียบเทียบและลดความเสี่ยงที่ระบบสาธารณูปโภค สิ่งแวดล้อม หรือระบบเสริมจะสูญหาย

การประเมินโรงงานที่สมบูรณ์

โรงงานผลิตเคมีภัณฑ์เป็นระบบบูรณาการ อุปกรณ์ปฏิกิริยาไม่สามารถประเมินได้โดยอิสระจากการเตรียมอาหารสัตว์ การแยก การจัดเก็บ สาธารณูปโภค การรักษาสิ่งแวดล้อม และการจัดส่งผลิตภัณฑ์ ตัวอย่างเช่น การเพิ่มปริมาณงานของปฏิกิริยาอาจทำให้มีความต้องการเพิ่มเติมเกี่ยวกับการกรอง การทำความเย็น ความเข้มข้นขั้นปลายน้ำ หรือการจัดการสารตกค้าง การทำงานของหน่วยจำกัดจึงสามารถกำหนดขีดความสามารถจริงของทั้งสายการผลิตได้

การตรวจสอบทางวิศวกรรมควรติดตามการไหลของวัสดุทั้งหมดตั้งแต่การรับวัตถุดิบไปจนถึงการจัดเก็บผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปและการบำบัดของเสีย การทบทวนควรยืนยันว่าความสมดุลของกระบวนการ หน้าที่ของอุปกรณ์ ปรัชญาการควบคุม และระบบสิ่งแวดล้อมมีความสอดคล้องกัน การเข้าถึงการบำรุงรักษา ปริมาณงานของผู้ปฏิบัติงาน ข้อกำหนดในการทำความสะอาด อะไหล่ และความยืดหยุ่นในการปฏิบัติงานในอนาคต ยังส่งผลต่อความเหมาะสมในระยะยาวของการออกแบบอีกด้วย

ลำดับนี้เป็นพื้นฐานที่มีโครงสร้างสำหรับการประเมินทางเทคนิคก่อนที่จะมีการสรุปข้อกำหนดทางการค้า นอกจากนี้ยังช่วยแยกแยะขอบเขตทางวิศวกรรมที่สมบูรณ์จากรายการอุปกรณ์หลักๆ ที่อาจทำให้ส่วนติดต่อโรงงานที่สำคัญไม่ได้รับการแก้ไข