Note d'application :
Acide phosphorique par voie humide (H3PO4)
Produits finaux classiques
L'acide phosphorique est utilisé dans différentes applications industrielles, notamment pour la fabrication des :
• Engrais agricoles phosphatés
• Détergents
• Pesticides
• Revêtements métalliques
• Additifs alimentaires
• Boissons
• Produits pharmaceutiques
• Produits dentaires
• Produits cosmétiques et de soins de la peau
Introduction
L'acide phosphorique (H₃PO₄) est un produit chimique industriel essentiel qui convient à de multiples applications. Bien qu'il soit le plus souvent associé à la production d'engrais phosphatés, ses propriétés légèrement acides et non toxiques sont également très appréciées dans l'industrie alimentaire, des boissons, pharmaceutique et dans le secteur des produits cosmétiques.
La méthode de production d'acide phosphorique la plus fréquemment utilisée est le processus humide, au cours duquel la roche phosphatée réagit avec l'acide sulfurique (H₂SO₄) pour former de l'acide phosphorique (H₃PO₄) et un sous-produit, du gypse.
Pour exprimer la concentration d'acide phosphorique, l'hémipentoxyde de phosphore (% P₂O₅) est généralement préféré à H₃PO₄. On distingue deux qualités principales :
- Qualité commerciale (marchande) : 40 à 54 % de P₂O₅
- Haute qualité : 75 à 85 % de P₂O₅
Aperçu du processus humide
Le processus humide comprend trois étapes principales : réaction, filtration et concentration.
Réaction
La roche phosphatée est d'abord broyée et introduite dans un réacteur, où elle réagit avec l'acide sulfurique. Il s'agit de la phase d'acidulation. Au cours de cette réaction, le phosphate tricalcique de la roche est transformé en acide phosphorique et en sulfate de calcium (CaSO₄), communément appelé gypse.Il est essentiel de maintenir la concentration d'acide sulfurique entre 93 et 98 % pour obtenir des performances optimales. Cette concentration garantit la bonne dissolution de la roche phosphatée, est propice à la formation des cristaux de gypse qui assurent l'efficacité de la filtration et réduit au minimum la quantité d'eau à éliminer pour obtenir la concentration d'acide requise.
- Filtration
Après la réaction, la barbotine résultante contient environ 30 % de matière solide, principalement du gypse et des résidus de roche. La filtration sépare ces solides de l'acide phosphorique pour créer une solution à 32 % de P₂O₅ (≈50 % de H₃PO₄).
- Concentration
L'acide phosphorique est ensuite concentré par évaporation pour obtenir une qualité commerciale d'environ 54 % de P₂O₅ (≈70 % de H₃PO₄). Dans certains cas, une purification supplémentaire est réalisée afin d'éliminer les impuretés, par exemple si l'acide est destiné à l'industrie alimentaire, pharmaceutique ou à une utilisation industrielle spéciale.
Instrumentation et installation : Entrée/sortie du réacteur
Le réfractomètre de procédé PR53GP Vaisala Polaris™ permet de surveiller les concentrations d'acide en ligne pendant toute la durée du processus humide, éliminant ainsi le besoin d'échantillonnage et de titrage manuels.
- Mesure de la concentration d'acide sulfurique à l'entrée du réacteur :
Chargé de surveiller l'alimentation en acide sulfurique, le réfractomètre maintient la concentration à un niveau constant (93 à 98 %), optimal pour une acidulation efficace et réduire la consommation d'énergie de l'évaporateur. Il permet également de gérer la charge thermique du réacteur et la cristallisation du gypse, des valeurs qui influencent les performances de la filtration et le rendement global du processus.
- Mesure de l'acide phosphorique à la sortie du réacteur :
Installé en aval du réacteur, le réfractomètre assure la surveillance continue de la concentration d'acide phosphorique brut. Cela permet de vérifier l'efficacité de la transformation, de détecter rapidement les défauts du processus et de maintenir des conditions stables pour la filtration et l'évaporation en aval. Étant donné que la mesure n'est pas affectée par le gypse en suspension ou la roche qui n'a pas réagi, il assure la fiabilité du contrôle même dans les conditions difficiles de barbotine.
Instrumentation et installation : sortie du clarificateur et de l'évaporateur
- Mesure de l'acide phosphorique en aval du clarificateur :
Le réfractomètre surveille la concentration d'acide clarifié pour assurer des conditions d'alimentation stables et optimales à l'évaporateur. Cela permet d'assurer l'efficacité des performances de l'évaporation, évite les situations avec surcharge ou sous-alimentation et aide à maintenir la qualité du produit à un niveau stable en aval.
- Surveillance de la concentration finale d'acide phosphorique à la sortie de l'évaporateur :
La surveillance continue de la concentration finale d'acide phosphorique permet d'automatiser le contrôle de l'évaporateur. Ceci garantit la qualité constante du produit tout en optimisant la consommation de vapeur. Autrement dit, une amélioration de l'efficacité énergétique et une réduction des coûts d'exploitation
Solution – Un réfractomètre en ligne robuste
Les réfractomètres Vaisala Polaris PR53GC et PR53GP sont conçus pour les environnements industriels exigeants. Le PR53GC est idéal pour les petites tuyauteries et les lignes de dérivation, tandis que le PR53GP offre une installation flexible dans des conduites de différentes dimensions, en utilisant des brides standard.
La sortie du réfractomètre de mesure peut être configurée dans l'unité préférée : % d'acide sulfurique, % d'acide phosphorique, % de P₂O₅ ou indice de réfraction.
Caractéristiques :
- Détection numérique et fonctionnement sans entretien – Haute exactitude avec stabilité à long terme sans pièce mobile, sans dérive et sans besoin de réétalonnage fréquent.
- Mesure continue en temps réel – pour le contrôle immédiat du processus.
- Intégration transparente – Il est installé facilement en utilisant des brides standard ou un couplage L et convient aux sorties analogiques et numériques (4 à 20 mA, HART, Modbus RTU, Modbus TCP/IP) pour une connexion directe aux systèmes DCS ou PLC.
- Immunisé contre les bulles et les solides en suspension – Fournit des résultats stables grâce à la mesure sélective de la phase liquide, même des barbotines difficiles, hautement abrasives et corrosives.
- Certifié pour les zones dangereuses (certifié Ex) — Peut être installé dans les atmosphères explosibles.
Produits et services
Réfractomètre de procédé compact Polaris PR53GC
Réfractomètre de procédé Polaris PR53GP
