Nota applicativa:
Acido fosforico da processo a umido (H3PO4)
Prodotti finali tipici
L'acido fosforico vanta diversi impieghi industriali, tra cui la produzione di:
• Fertilizzanti fosfatici per l'agricoltura
• Detergenti
• Pesticidi
• Rivestimenti metallici
• Additivi alimentari
• Bevande
• Prodotti farmaceutici
• Prodotti odontoiatrici
• Cosmetici e prodotti skincare
Introduzione
L'acido fosforico (H₃PO₄) è un composto chimico chiave con un'ampia gamma di impieghi. Anche se associato principalmente alla produzione di fertilizzanti fosfatici, le sue proprietà moderatamente acide e non tossiche lo rendono prezioso anche nei settori food & beverage, farmaceutico e cosmetico.
Il metodo più comune per produrre l'acido fosforico è il processo a umido, che prevede la reazione della roccia fosfatica con l'acido solforico (H₂SO₄) per ottenere l'acido fosforico (H₃PO₄) e il gesso come sottoprodotto.
La concentrazione di acido fosforico viene in genere espressa come anidride fosforica (% di P₂O₅) e non come H₃PO₄. I due gradi principali sono:
- Qualità commerciale: 40 - 54% di P₂O₅
- Qualità elevata: 75 - 85% di P₂O₅
Panoramica del processo a umido
Il processo a umido prevede tre fasi principali: reazione, filtrazione e concentrazione.
Reazione
La roccia fosfatica viene prima macinata e immessa in un reattore, dove avviene la reazione con l'acido solforico. Questa fase è nota come acidulazione. Durante questa reazione, il fosfato tricalcico presente nella roccia viene convertito in acido fosforico e solfato di calcio (CaSO₄), noto comunemente come gesso.Per garantire prestazioni ottimali del processo, è fondamentale mantenere la concentrazione di acido solforico tra il 93 e il 98%. In questo modo, si assicura la dissoluzione efficace della roccia fosfatica, si favorisce la formazione corretta dei cristalli di gesso per una filtrazione efficiente e si riduce al minimo il carico d'acqua da rimuovere durante la concentrazione di acido.
- Filtrazione
Dopo la reazione, la sospensione risultante contiene circa il 30% di materiale solido, principalmente gesso e roccia che non ha reagito. La filtrazione separa i solidi dall'acido fosforico, ottenendo una soluzione al 32% di P₂O₅ (≈50% di H₃PO₄).
- Concentrazione
L'acido fosforico viene quindi concentrato mediante evaporazione per ottenere una qualità commerciale di circa il 54% di P₂O₅ (≈70% di H₃PO₄). In alcuni casi, è possibile eseguire un'ulteriore purificazione per rimuovere le impurità, soprattutto se l'acido è destinato ai settori alimentare, farmaceutico o altamente specializzati.
Strumentazione e installazione: ingresso e uscita del reattore
Il rifrattometro di processo PR53GP Polaris™ di Vaisala consente il monitoraggio in linea delle concentrazioni di acido durante l'intero processo a umido, eliminando la necessità di campionamenti e titolazioni manuali.
- Misurazione della concentrazione di acido solforico all'ingresso del reattore:
installato per monitorare l'acido solforico nella fase di ingresso, il rifrattometro garantisce una concentrazione costante (93 - 98%), rendendo più efficiente l'acidulazione e riducendo al minimo il consumo energetico dell'evaporatore. Favorisce, inoltre, la gestione del carico termico del reattore e della cristallizzazione del gesso, entrambi determinanti per le prestazioni di filtrazione e la resa complessiva del processo.
- Misurazione dell'acido fosforico all'uscita del reattore:
installato dopo il reattore, il rifrattometro assicura il monitoraggio continuo della concentrazione di acido fosforico grezzo. In questo modo è possibile verificare l'efficienza della conversione, rilevare tempestivamente eventuali anomalie nel processo e mantenere condizioni stabili della filtrazione e dell'evaporazione a valle. Poiché la misurazione non è condizionata dalla presenza di gesso sospeso o roccia che non ha reagito, assicura un controllo affidabile anche in presenza di sospensioni.
Strumentazione e installazione: chiarificatore e uscita dell'evaporatore
- Misurazione dell'acido fosforico dopo il chiarificatore:
il rifrattometro monitora la concentrazione dell'acido chiarificato per garantire condizioni stabili e ottimali all'ingresso dell'evaporatore. Questo favorisce l'efficienza del processo di evaporazione, evita situazioni di sovraccarico o alimentazione insufficiente e permette di mantenere costante la qualità del prodotto a valle.
- Monitoraggio della concentrazione dell'acido fosforico finale all'uscita dell'evaporatore:
il monitoraggio continuo della concentrazione dell'acido fosforico finale consente il controllo automatizzato dell'evaporatore. In questo modo, si garantisce una qualità costante del prodotto e si riduce l'uso del vapore, abbattendo così il consumo energetico e i costi di esercizio
Soluzione: un rifrattometro in linea affidabile
I rifrattometri Polaris PR53GC e PR53GP di Vaisala sono progettati per gli ambienti industriali più impegnativi. Il PR53GC è ideale per tubazioni di piccole dimensioni e linee di bypass, mentre il PR53GP offre la flessibilità necessaria per l’installazione in una vasta gamma di tubi di diverse dimensioni tramite flange standard.
L’uscita di misura del rifrattometro può essere configurata nell’unità preferita: % di acido solforico, % di acido fosforico, % di P₂O₅ o indice di rifrazione.
Caratteristiche:
- Rilevamento digitale ed esigenze di manutenzione minime: precisione elevata con stabilità a lungo termine senza parti mobili, senza deriva e senza necessità di frequenti ricalibrazioni.
- Misurazione continua in tempo reale, per un controllo immediato del processo.
- Integrazione perfetta: può essere installato facilmente con flange standard o morsetti di tipo L e supporta uscite analogiche e digitali (4 - 20 mA, HART, Modbus RTU, Modbus TCP/IP) per il collegamento diretto a sistemi DCS o PLC.
- Insensibile alle bolle e ai solidi sospesi: le letture sono stabili grazie alla misurazione selettiva della fase liquida, anche in presenza di sospensioni altamente abrasive e corrosive.
- Certificato per aree pericolose (certificato Ex): idoneo per l'installazione in atmosfere esplosive.
Prodotti e servizi
Rifrattometro di processo compatto Polaris PR53GC
Rifrattometro di processo Polaris PR53GP
