با انواع روش های تولید اسید فسفریک آشنا شوید!

اسید فسفریک یک اسید معدنی غیر سمی و خورنده با فرمول مولکولی H ₃ PO ₄  است که بسته به خلوص و غلظت، ممکن است در دمای اتاق جامد یا مایع باشد. وقتی جامد است، شکل کریستالی به خود می‌گیرد و وقتی مایع است، به حالت شفاف، بی‌رنگ و چسبناک در می‌آید. برای تولید این اسید ارزشمند عمدتا از دو روش مرسوم؛ سرد (تر) و گرم (حرارتی) استفاده می‌کنند که هر یک مزایا و معایب خاص خود را دارند.

روش سرد یا فرآیند مرطوب، معمولا در دماهای پایین‌تری‌ عمل می‌کند که طی آن، از سنگ فسفات و اسید سولفوریک به عنوان محصول اصلی و از گچ، به عنوان محصول جانبی برای تولید اسید فسفریک استفاده می‌کنند. این روش به خاطر نیاز کمتر به انرژی، دسترسی آسان به مواد خام و خلوص بالای محصول، به ویژه در تولید کودهای شیمیایی و کاربردهای کشاورزی، مورد توجه است. با این حال، روش سرد با چالش‌هایی مانند: مدیریت زباله‌های گچی، آلودگی‌های احتمالی و خوردگی تجهیزات مواجه است. جالب است بدانید که حدود ۸۰ درصد اسید فسفریک جهان به روش مرطوب تولید می‌شود.

در مقابل، روش گرم که به عنوان فرآیند حرارتی یا وولهر شناخته می‌شود، در دماهای بسیار بالاتری (حدود ۱۵۰۰–۱۶۰۰ درجه سانتی‌گراد) عمل می‌کند و منجر به تولید اسید فسفریکی با خلوص بالا از فسفر سفید می‌شود. این روش می‌تواند بازده بالاتری داشته‌باشد و به دامنه وسیع‌تری از مواد اولیه پاسخ دهد، اما به شدت انرژی‌بر است و هزینه‌های تولید و انتشار کربن را دو چندان می‌کند که این معضل نگرانی‌های زیست‌محیطی را به دنبال دارد. از این‌رو، محققان در حال حاضر به دنبال ایجاد نوآوری‌هایی برای بهبود بهره‌وری انرژی در فرآیندهای حرارتی هستند که نشان‌دهنده تأکید رو به رشد جهانی بر پایداری در صنعت است.

انتخاب بین روش‌های سرد و گرم به عواملی مانند: خلوص مورد نظر محصول، هزینه‌های عملیاتی و تأثیرات زیست‌محیطی بستگی دارد. به‌ویژه، صنعت‌گران از نظر پایش اثرات زیست‌محیطی اسید فسفریک به شدت تحت فشار قرار دارند که این سطح از سخت‌گیری برای استفاده از استانداردهای غیر آسیب‌زا در تولید اسید فسفریک، منجر به تغییرات مثبت به سمت شیوه‌های پایدارتر، از جمله مدیریت زباله و بازیابی منابع شده‌است. این تحولات بیانگر تکامل مداوم روش‌های تولید اسید فسفریک در پاسخ به چالش‌های اقتصادی و زیست‌محیطی است.

به‌طور کلی، درک مزایا و معایب روش‌های تولید سرد و گرم برای ذینفعان که به دنبال بهینه‌سازی نقش اسید فسفریک در کاربردهای مختلف، به‌ویژه در کشاورزی، فرآوری غذا، داروسازی و کاربردهای صنعتی هستند، بسیار مهم است

تحلیل مقایسه‌ ای روش‌ های سرد و گرم در تولید اسید فسفریک

همانطور که در ابتدای مقاله اشاره کردیم، روش‌های تولید اسید فسفریک به‌طورکلی به دو دسته سرد و گرم تقسیم می‌شوند که هر یک دارای مجموعه‌ای از مزایا و معایب منحصربه‌خود به شرح زیر هستند:

روش سرد (فرآیند مرطوب) برای تولید اسید فسفریک

فرآیند مرطوب یک روش برجسته‌ی سرد برای تولید اسید فسفریک است که در مقایسه با فرآیندهای حرارتی، در شرایط نسبتا ملایمی عمل می‌کند. در پروسه تولید اسید فسفریک به روش سرد که به عنوان “فرآیند تک‌تانکی” نیز شناخته می‌شود، پروسه ساخت در دماهای پایین‌تری عمل می‌کند و شامل مجموعه‌ای از واکنش‌ها است که معمولا منبع فسفات کمتر واکنشی را شامل می‌شود. این روش شامل مخلوط کردن سنگ فسفات با اسیدهای قوی، به‌ویژه اسید سولفوریک، برای تسهیل یک واکنش حل شدن اسید است که تولید اسید فسفریک و گچ دی هیدرات به عنوان محصول جانبی می‌کند. در روش مرطوب کنترل دما از طریق گردش هوا در محلول در راکتور حاصل می‌شود تا شرایط بهینه برای انجام واکنش فراهم گردد. فرآیند DIPLO شرکت Rhone-Poulenc یک تنوع قابل توجه از این روش است که از دو تانک حمله به صورت سری برای بهبود کارآیی و مدیریت فسفات‌های با درجه پایین استفاده می‌کند.

مزایای فرآیند مرطوب

1. نیاز کمتر به انرژی: بر خلاف تولید اسید فسفریک به روش حرارتی که نیاز به دماهای بالا و مصرف بیش از اندازه برق دارد، فرآیند مرطوب در دماهای به ‌مراتب پایین‌تری عمل می‌کند که آن را از نظر مصرف انرژی بهینه (کمتر) می‌کند. این کاهش مصرف انرژی در شرایطی که تمرکز جهانی بیش از هر زمان دیگری بر پایداری و کارآیی هزینه‌ها تأکید دارد، بسیار حائز اهمیت است. به‌طورکلی فرآیند سرد معمولا به انرژی کمتری نسبت به روش گرم نیاز دارد که آن را از نظر هزینه‌ای مقرون به صرفه‌تر می‌کند، به‌ویژه زمانی که با مواد کم‌واکنش سروکار دارید.
2. سادگی در عملیات: معمولا کنترل پارامترهای عملیاتی در فرآیند سرد آسان‌تر است و امکان پیاده‌سازی سیستم‌های تولیدی ساده‌تر را فراهم می‌کند.
3. دسترسی به مواد خام: مواد خام لازم برای فرآیند مرطوب مانند سنگ فسفات و اسید سولفوریک، معمولا به راحتی در دسترس هستند که این امر تأمین و کاهش هزینه‌های تولید را تسهیل می‌بخشد.
4. خلوص بالای محصول: این روش می‌تواند اسید فسفریک با خلوصی بالا تولید کند، به‌ویژه زمانی که تحت شرایط عملیاتی خاصی مانند حفظ دماهای حدود ۸۰ درجه سانتی‌گراد بهینه‌سازی شود.
5. تولید کودها: اسید فسفریک تولید شده به‌عنوان ماده اولیه برای تولید کودهای فسفاته‌ای مانند مونو آمونیوم فسفات (MAP) و دی آمونیوم فسفات (DAP) که برای تغذیه و افزایش عملکرد محصولات کشاورزی ضروری هستند، استفاده می‌شود.

معایب فرآیند مرطوب

1. مدیریت گچ: تولید گچ دی هیدرات چالش‌هایی در مدیریت زباله ایجاد می‌کند. این محصول جانبی اغلب نیاز به تلاش‌های قابل توجهی برای بازیابی یا دفع دارد که منجر به پیچیدگی‌های عملیاتی اضافی و نگرانی‌های زیست‌محیطی می‌شود.
2. نگرانی‌های خلوص: با اینکه فرآیند مرطوب می‌تواند خلوص بالایی را به دست آورد، اسید فسفریک تولید شده معمولا حاوی آلودگی‌هایی مانند: آهن، منیزیم و آلومینیوم است که نیاز به مراحل تصفیه بیشتر قبل از استفاده در برخی کاربردها، به‌ویژه در صنایع غذایی و دارویی که خلوص بالا الزامی است، دارد.
3. خوردگی تجهیزات: ماهیت خورنده مواد شیمیایی درگیر در فرآیند مرطوب، به‌ویژه اسید سولفوریک، می‌تواند منجر به خوردگی شدید تجهیزات شود که هزینه‌های نگهداری را افزایش می‌دهد و ممکن است بر طول عمر تأسیسات تولید تأثیر بگذارد.
4. محدودیت گزینه‌های مواد اولیه: فرآیند سرد معمولا به فسفات‌های با واکنش‌پذیری کمتر یا درجه پایین، محدود است که ممکن است نتوانند همان خلوص اسید فسفریک را که منابع با درجه بالاتر تولید می‌کنند، ارائه دهد.
5. بازده پایین‌تر محصول: به دلیل ماهیت واکنش‌های درگیر، فرآیند سرد ممکن است نسبت به همتای گرم خود، بازده کمتری از اسید فسفریک تولید کند.

روش‌ گرم (فرآیند حرارتی) برای تولید اسید فسفریک

فرآیند حرارتی که به عنوان فرآیند وولهر نیز شناخته می‌شود، روشی انرژی‌بر برای تولید فسفر سفید (P4) و سپس اسید فسفریک (H3PO4) است. این فرآیند معمولا شامل واکنش سنگ فسفات (PR) با کربن (کک) و سیلیس (SiO2) در دماهای بالا (حدود ۱۵۰۰ تا ۱۶۰۰ درجه سانتی‌گراد) است که منجر به تولید اکسیدهای فسفر می‌شود. تولید اسید فسفریک از فسفر سفید از طریق واکنش‌های بیشتر با اکسیژن و آب انجام می‌شود و محصول نهایی معمولا نسبت به آنچه که از روش‌های مرطوب به دست می‌آید، دارای خلوص بالاتری است. روش حرارتی عمدتا شامل گرم کردن سنگ فسفات با کک و سیلیس است که منجر به تولید فسفر سفید می‌شود و سپس می‌توان آن را از طریق واکنش‌های مختلف به اسید فسفریک تبدیل کرد. فرآیند حرارتی اصولا بسیار انرژی‌بر است.

بیشتر بخوانیم! از کاربرد اسید فسفریک و سیترات سدیم در صنایع غذایی چه می دانید؟

مزایای فرآیند حرارتی

1. تولید اسید با خلوص بالا: یکی از مزایای بارز این فرآیند، تولید اسید فسفریک با خلوص بالا است که برای تولید مواد شیمیایی با کیفیت بالا، داروها و محصولات غذایی ضروری است.
2. پایداری زیست‌محیطی: این روش همچنین از نظر پایداری زیست‌محیطی و هزینه‌ اثربخشی نسبت به سنتز تری‌فنیل فسفین (TPP) از تری کلرید فسفر (PCl3) و دفع اکسید فسفین (TPPO) به عنوان زباله، قابل توجه است.
3. نوآوری‌های کاتالیستی: روش‌های کاتالیستی و الکتروشیمیایی نوید بهبود بهره‌وری و کاهش مصرف انرژی مرتبط با فرآیند حرارتی را می‌دهند.
4. انعطاف‌پذیری بیشتر در مواد اولیه: این روش می‌تواند دامنه وسیع‌تری از منابع فسفات، از جمله فسفات‌های معدنی با درجه بالا را در بر بگیرد، بنابراین گزینه‌های تولید متنوع‌تری را فراهم می‌کند.

معایب فرآیند حرارتی

1. مصرف انرژی بالا: با وجود مزایایی که نام بردیم، فرآیند حرارتی معایب قابل توجهی نیز دارد که مصرف زیاد انرژی و انتشار کربن جزو بارزترین آ‌ها است. دماهای بالایی که برای این روش لازم است، نیاز به مقدار زیادی برق دارد که منجر به افزایش هزینه‌های تولید و نگرانی‌های زیست‌محیطی می‌شود.
2. جستجوی بهبود: محققان به طور فعال در حال جستجوی بهبود در طراحی کوره‌های الکتریکی و بررسی منابع انرژی تجدیدپذیر برای کاهش این مسائل هستند.
3. نیاز به صرف انرژی بیشتر: فرآیند گرم منجر به مصرف انرژی به مراتب بیشتری می‌شود که می‌تواند هزینه‌های تولید را افزایش دهد. این مورد با توجه به نوسانات قیمت سنگ فسفات، منجر به استقبال کمتر از شیوه تولید اسید فسفریک به روش حرارتی می‌شود.
4. کنترل عملیاتی پیچیده: مدیریت فرآیند گرم به طور ذاتی پیچیده‌تر است و نیاز به تجهیزات و سیستم‌های کنترل پیشرفته‌تری برای مدیریت دماها و فشارهای بالا دارد.

بیشتر بخوانیم! هر آنچه درباره اسید فسفریک 85 درصد خوراکی باید بدانید

سخن آخر

اسید فسفریک ماده‌ای همه‌کاره است که فارغ از روش تولید (گرم یا سرد)، در انواع گریدهای صنعتی و خوراکی با درجات خلوص متفاوت تهیه و تولید می‌شود. این محصول شیمیایی چندمنظوره در صنایع گوناگون اعم از: تولید کودهای فسفاته، تصفیه آب، لوازم عکاسی، فیلم و مواد شیمیایی عکس، رنگ و پوشش، محصولات کاغذی، محصولات برقی و الکترونیکی، تولید فرآورده‌های غذایی و نوشیدنی‌ها گازدار، سوخت و سایر محصولات مرتبط به کار برده می‌شود. ما در شرکت بازرگانی پرسال، امکان خرید مستقیم اسید فسفریک خوراکی  را با بالاترین درجه کیفی و قیمت رقابتی برای عموم خریداران عزیز فراهم نموده‌ایم. شما می‌توانید این محصول کاربردی را با تضمین اصالت کالا به صورت آنلاینثبت سفارش نمایید.