Diplomová práce se zabývá studiem vlivu reakčních podmínek na rozklad apatitu Kola super kyselinou trihydrogenfosforečnou. Jedná se o výchozí technologickou operaci při výrobě fosforečných hnojiv. Všechny experimenty byly provedeny ve vsádkovém izotermním míchaném reaktoru pro počáteční fázi rozkladu s frakcemi částic apatitu o velikosti 0,160 - 0,200 mm, 0,200 – 0,250 mm, 0,250 – 0,315 mm, 0,315 - 0,400 mm a 0,400 - 0,500 mm v rozmezí teplot 293 až 323 K. K rozkladu byla použita kyselina triydrogenfosforečná o koncentraci 102,4 až 10900 mol.m-3 ve značném přebytku, takže se její koncentrace během reakce prakticky neměnila. Průběh rozkladu byl sledován vážením nezreagovaného zbytku apatitu po přerušení reakce v různých časových intervalech.
Experimentální data byla zpracována pomocí vztahů o…dvozených na základě modelové představy nezreagovaného jádra s použitím kinetické rovnice mocninného typu. Z provedených měření vyplývá, že rychlost reakce v závislosti na koncentraci kyseliny trihydrogenfosforečné vykazuje maximum. Bylo zjištěno, že hodnota řádu reakce roste se zvyšující se teplotou. Řád reakce vzhledem ke kyselině trihydrogenfosforečné se pohyboval v rozmezí 0,27 až 0,50 pro frakci 0,160 - 0,200 mm a 0,28 - 0,51 pro frakci 0,315 - 0,400 mm. Řád reakce vzhledem ke koncentraci H3O+ iontů se pohyboval v rozmezí 0,51 až 0,92 pro frakci 0,160 - 0,200 mm a 0,53 - 0,96 pro frakci 0,315 - 0,400 mm. Z teplotní závislosti reakce byly vyhodnoceny zdánlivé aktivační energie, jejíchž hodnoty se pohybují v rozmezí 29,2 až 45,5 kJ.mol-1 pro frakci 0,160 - 0,200 mm a 30,9 až 46,1 kJ.mol-1 pro frakci 0,315 - 0,400 mm. Z vyhodnocených kinetických parametrů je zřejmé, že jejich hodnota není závislá na velikosti částic apatitu.
Ze získaných údajů rychlosti reakce apatitu s kyselinou trihydrogenfosforečnou, vztažené na jednotku reakční plochy, vyplývá jejich nezávislost na velikosti použitého zrna. Dále bylo zjištěno, že produkt reakce dihydrogenfosforečnan vápenatý má významný brzdící vliv na rozkladnou reakci. Tento brzdící vliv postupně roste s rostoucí koncentrací dihydrogenfosforečnanu vápenatého přítomného v kyselině trihydrogenfosforečné. Ze závislosti logaritmu změny stupně konverze s časem pro počátek reakce na koncentraci rozpuštěného dihydrogenfosforečnanu vápenatého byl vyhodnocen řád reakce vzhledem k této složce. Pro teplotu 303 K, koncentraci kyseliny trihydrogenfosforečné 1075 mol.m-3 a frakci částic 0,200 – 0,250 mm byla jeho hodnota stanovena jako -0,64.
ANNOTATION
This diploma paper deals with the study of the effect of the reaction conditions to the digestion of Kola super apatite by phosphoric acid. This process is initial technological operation in manufacturing of the phosphoric fertilizers. All experiments were carried out in the batch isothermal stirred reactor for the initial phase of the digestion with fractions of apatite particles ranging 0,160 - 0,200 mm, 0,200 – 0,250 mm, 0,250 - 0,315 mm, 0,315 - 0,400 mm and 0,400 – 0,500 mm at temperature of 293 – 323 K. Phosphoric acid of concentration 102,4 – 10900 mol.m-3 was used for the digestion in the great excess that its concentration practically did not change during the reaction. The course of the digestion was observed by weighing of the non-reacted residual of the apatite after discontinui…ng the reaction in different time intervals.
Experimental data were interpreted by relations derived from the shrinking core model with power law kinetic equation. The experimental results showed that the reaction rate in dependence on the phosphoric acid concentration reached maximum at certain value of the phosphoric acid concentration. There was found that the reaction order grew with increasing temperature. Its values evaluated for the phosphoric acid concentration ranged from 0,27 to 0,50 for fraction 0,160 – 0,200 mm and from 0,28 to 0,51 for fraction 0,315 – 0,400 mm. Values of reaction order evaluated for the H3O+ ions concentration ranged from 0,51 to 0,92 for fraction 0,160 – 0,200 mm and from 0,53 to 0,96 for fraction 0,315 – 0,400 mm. The values of apparent activation energy were evaluated from the temperature dependence of the reaction. The activation energy ranged from 29,2 to 45,5 kJ.mol-1 for fraction 0,160 – 0,200 mm and from 30,9 to 46,1 kJ.mol-1 for fraction 0,315 – 0,400 mm. It follows from these kinetic parameters, that their values do not depend on the size of the apatite particles.
From gained data rate of reaction apatite with phosphoric acid related on area unit results their independence on size of used particles. There was found that product of reaction calcium dihydrogen phosphate has a significant dampening influence upon reaction. This dampening influence gradually increases with increasing concentration dissolved calcium dihydrogen phosphate in phosphoric acid. The reaction order value -0,64 was derived for the reaction temperature 303 K, the trihydrogenphosphoric acid concentration 1075 mol.m-3 and the apatite size fraction 0,200 - 0 ,250 mm.
The printed version of the thesis is available at the department where the thesis was produced. Defence protocol and reviews are available at UCT Prague archive.
