Способ концентрирования экстракционной фосфорной кислоты

 

Изобретение относится к способу концентрирования фосфорной кислоты, включая получение полифосфорной кислоты, и может быть использовано в получении жидких комплексных удобрений. Целью изобретения является снижение энергозатрат и упрощение процесса. Концентрирование фосфорной кислоты, содержащей фтористые соединения, осуществляют обработкой ее перегретыми парами органической жидкости и воды состава, равного гетероазеотропу, с образованием продукта и паров. Пары конденсируют в две ступени, на первой из которых их обрабатывают той же органической жидкостью, которую полностью испаряют и выделяют при этом водный раствор кремнефтористоводородной кислоты, на второй ступени конденсируют охлаждением водой через теплопроводящую поверхность пары воды и органической жидкости, образовавшиеся соответственно при концентрировании кислоты и на первой ступени конденсации, с образованием конденсата, состоящего из воды и органической жидкости, и смеси паров воды и органической жидкости, имеющей температуру и состав гетероазеотропа. Смесь паров перегревают и направляют на концентрирование, конденсат второй ступени разделяют, органическую жидкость охлаждают и направляют на первую ступень конденсации. Снижение энергозатрат на концентрирование составляет 21,2%.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С О1 В 2 24

3, 1 ЙАЬ }1

INlii» Li it;F . i Iô4, „ 1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4261938/23-26 (22) 15 ° 06.87 (46) 23 ° 03.90. Бюл. М" 11 (72) М. С. Гофман, В. Г. Терентьев, Г.Д. Харлампович, И. Г. Бляхер, Т.Л.Кузнецова и А.Л.Итеренэон (53) 661.634.2(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

II 522132, кл. С О1 В 25/234, 197?.

Патент Великобритании N" 1362288, кл. С 01 8 25/18, 1974. (54) СПОСОБ KOHLLÅÍTÐÈÐÎÐÀHÈß ЭКСТРАКЦИОННОЙ фОСфОРНОЙ КИСЛОТЕ1 (57) Изобретение относится к способу концентрирования фосфорной кислоты, включая получение полифосфорной кислоты, и может быть использовано в получении жидких комплексных удобрений. Целью изобретения является снижение энергозатрат и упрощение процесса. Концентрирование фосфорной кислоты, содержащей фтористые соединения, осуществляют обработкой ее перегретыми парами органической жидкосИзобретение относится к способу концентрирования фосфорной кислоты, включая получение полифосфорной кислоты, и может быть использовано в получении жидких комплексных удобрений.

Цель изобретения - снижение знер"

I гозатрат и упрощение процесса.

Пример 1. Обработку 1 т фосфорной кислоты, содержащей 20"; Р iq, проводят смесью паров воды и тплуола, состав которой соответствует точке гетероазеотропа: 19 мас."; воды и

81 мас.б толуола. Вес подаваемой сме„„SU„„1551646 A 1 ти и воды состава, равного гетероаэеотропу, с образованием продукта и паров. Пары конденсируют в две ступени, HB pep 0 3 KoToptIx их обрабатывают той же органической жидкостью, которую полностью испаряют, и выделяют при этом водный раствор кремнефтористоводородной кислоты, на второй ступени конденсируют охлаждением водой через теплопроводящую поверхность пары воды и органической жидкости, образовавшиеся соответственно при концентрировании кислоты и на первой ступени конденсации, с образованием конденсата, состоящего иэ яоды и органической жидкости, и смеси паров воды и органической жидкости, имеющей ® температуру и состав гетероаэеотропа. ф

Смесь паров перегревают и направляют на концентрирование, конденсат второй ступени разделяют, органическую жидкость охлаждают и направляют на пер- ф вую ступень конденсации. Снижение энергозатрат на концентрирование сос- уиже тавляет 21,2 . Ql си паров составляет 4,93 т. Исходную . смесь паров с температурой точки кипения гетероаэеотропа 87 С, перео гревают до 350 С и подают в аппарат непосредственного контакта, Из аппарата отводят 5,60 т смеси паров при

105 С и 0,33 т упаренной кислоты с о концентрацией 60 Р О> при 160 С. На первую стадию конденсации вводят

0,93 т толуола с температурой 40 С, который полностью испаряется в ходе контакта с парами. При этом на первой стадии конденсации получают 0,07 т

1551646 кремнефтористоводородной кислоты с концентрацией 20 1) Б1Гь, Количество сконденсировавшейсг воды для получения концентрированной кремнефтористо3 водородной кислоты четко определяется поданным на первую ступень конденсации количеством толуола, полностью испаряющимся на этой ступени ко ;ленса ции. 10

На вторую стадию конденсации поступают пары в количестве 6,46 т с температурой 90о С и выходят пр« о температуре гетероазеотропа 87 С.

Вторую стадию конденсации осуществля- 15 ют в теплообменнике, охлаждаемом водой ° На этой стадии иэ пара удаляют

0,6 т воды и 0,93 т толуола, поступившие в пар соответственно при концентрировании и на первой ступени конденсации. Оставшийся пар представляет собой смесь паров воды и толуола, которая имеет температуру и состав гетероазеотропа, Пар перегревают до 350 С и возвращают в процесс концентрирования кислоты. Конденсат второй ступени разделяют, Толуол охо лаждают до 40 С «возвращают на первую ступень конденсации паров. 8 концентрированной фосфорной и кремнефтористоводородной кислотах отсутствуют примеси толуола, Таким образом, в изобретении осуществлен замкнутый цикл по пару беэ полной его конденсации после упарки.

Это возможно только при использовании З> в качестве теплоносителя смеси паров воды и органического агента в азеотропном соотношении. Использование изобретения ведет к значительной экономии энергии, получению незагрязненных органикой продукционных Фосфорной и кремнефтористоводородной кислот.

По известному способу Фосфорную кислоту концентрируют от 30-40 до 70 нагревом до 120 С и обработкой перегретыми парами бензина, нерастворимого в воде и имеющего т. кип. 90-120 С.

Пары бензина выносят из концентратора пары воды и фтористые соединения.

Смесь паров обрабатывают на первой ступени конденсации водой с образованием водного раствора кремнефтористоводородной кислоты. На второй ступени конденсируют, охлаждая водой в теплообменнике и получая конденсат, Конденсат первой и второй ступени смешивают, отделяют раствор кремнефтористоводородной кислоты от бенэина, который испаряют, полученные пары перегревают «возвращают в процесс.

Упроще «е процесса согласно изобретению "=,выключается в исключении конденса ци« органической жидкости до ж«диого состояния ° а экономия энергозатрат — в исключении испарения органической жидкости, Пример 2. Проводят расчет энергc.çàòðàò на концентрирование кислотыы по известному « предлагаемому способам.

Для упрощения расчетов предполагаем, что бензин представляе-. собой чистый н-0К-.ан (предположен«е, обьi,но применяемое к технике). Являясь гетероазеогропобразующим агентом, н-октан в смеси с водой образует гетероаэеотроп с т,кип, — 89 Г при весовом проценте в парах н-октана 75 Oi; (мольный процент — 32,3). При упариван«и

250 см- фосфорной кислоты (317,5 г при P, = 1,27 г/см ) от 40 до 74,5:;, удаляют 147 г воды. 8ес 343 смз бензина (н-октана) при П = 0,7 г/смз составляет 240 г. Таким образом, в паре после дистилляции содержится

62/ н-октана, т.е. его состав близок составу гетероазеотропа. Согласно известному способу исходную кислоту нагревают вначале упаренной кисло" той, а затем парами, отходящими из колонны. Нагрев ее в соответствии с температурой конденса ции гетероазео тропа возможен до 89 С, на что необходимо

317,5 г х 0,73 ккал/(г С) х (89 — 25) С = 14,8 ккал.

Отходящая кислота при предельном охлаждении до 30 С может отдать (317, 5 - 147) г х 0,48 ккал/(кг С) х х (118 — 30) С = 7,? ккал.

Следовательно, на нагрев исходной кислоты пар отдает 7,6 ккал.

Отходящими парами согласно известному способу нагревают поступающий на испарение бензин, на что требуется

343 смз х 0,7 г/см- x 0,6 ккал/

/(кг С) х (89 - 25) Г = 9,2 ккал

На нагрев бензина до температуры кипения необходимо

343 — ì х 0,7 г/см х0,,6 ккал/

/(кг С) х (115 - 89) С - 3,8 ккал.

8 дальнейшем расчете не учитывается из-эа малой величины тепло на перегрев паров бензина, но не учитывается и таяло на нагрев кислоты в колонке дистилляции, 51646

10

0 887 кг 0 43ã. ккал/(кгоС) 8 С

1 а 1 са 41,6 r н-октана

73,3 ккал/кг

На испарение воды з фосФорной кислоты требуется (тепло подводится непосредственно в коло,.ку)

0,147 кг ° 540 ккал/кг = 79:3 ккал

На собственно испарение бензина необходимо затратить при теплоте парообразования = 73,3 ккал/кг

343 смз. 0,! r/c 73 3 = 17 6

° I

Для проведения процесса по известному способу необходимо затратить

100,7 ккал (н- 317,5 г исходной кислоты) . Расчет теплозатрат по предлагаемому способу проводят следующим образом.

Смесь паров гетероазеотропобразующего органического агента í-октана о и воды при 350 С поступает на концентрацию фосфорной кислоты, имеющей исходную концентрацию 401 П РО, Исходная фосфорная кислота в количестве

250 см также поступает нагретой до

89 С, как и в известном способе, При выводе из кислоты соединений фтора в количестве 4,5 r необходимо сконденсировать 17,8 г воды для получения 20 Н В:Г

Для конденса ции указанного количества воды вводят на первую ступень конденсации дополнительно 131 г н-октана. В сумме на первую ступень конденсации вводят 172,7 г н-октана.

После первой ступени конденсации получают 1031,9 г смеси паров (720,7 r н-октана и 311,7 г воды)с содержанием

69,8 вес.1 н-октана, На второй стадии конденсации удаляют еще 71,6 г воды и 230,3 г паров гетероазеотропного состава (т.е. 172, 7 г н-октана, который был введен и полностью испарен на первой стадии конденсации, и

57,6 г воды), На двух стадиях конденсации выведено 14 7 г воды, т.е. всей воды, поступившей при испарении кислоты.

В итоге получено 730 г паровой смеси с составом гетероазеотропного и при температуре гетероазеотропа

89 С. Пары перегревают до 350 С и вновь вводят в процесс. Итак, тепло

Нагрев проходит вначале нагретой отходящей кислотой, а далее отходящими парами, Конечная кислота выходит из колонки с температурой -120 С. Паровая смесь покидает колонку с температурой

100 С, Тепло, необходимое на концентрирование (на испарение воды) составляет ориентировочно 79,3 ккал.

При рассчитанной по правилу аддитивности величине теплоемкости паров, равной 0,435 ккал/(кг С) на концентрирование подают

79 3

------ -1-------) = 730 г

0,435 |350 — 100) паровой смеси гетероазеотропного состава (547,5 г н-октана B 182,5 г воды) .

На выходе из колонны концентрирования пар содержит 547,5 r паров н-октана и 329, 5 г паров воды (62, 4 вес. н-октана. Конденсация паров воды из данной смеси начинается при t 92 С, Следовательно, для охлаждения пара подают вводят в процесс только на стадии перегрева паров в количестве 79,3 ккал.

Согласно предлагаемому способу экономия тепла составляет 21,4 ккал или 21,21, при упаривании 1 т кислоты экономия — 67,400 ккал, при мощности производства 1 50 т B год пп Р О

<о экономия соста вляет 3, 5 ..10 ккал/год. формула изобретения

Способ концентрирования экстракционной фосфорной кислоты, содержащей фтористые соединения, включающий обработку ее теплоносителем s виде перегретых паров гетероазеотропообразующей органической жидкости с последующей конденсацией паров органической жидкости и воды в две ступени. на первой из которых их обрабатывают охлаждающим агентом при непосредствен. ном контакте с выделением водного раствора кремнефтористоводородной кислоты, на второй ступени охлаждают косвенным теплообменом с водой с последующим выделением и перегревом паров органической жидкости и возвра1551646

Составитель Г.Целивев

Техред И.Дидыв

Редактор Н.Лазаренко

Корректор C.éåêìàð Заказ 304

Тираж 409

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по нэобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-иэдательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 том их в процесс, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью снижения энергозатрат и упрощения процесса, охлаждение на второй ступени ведут до температуры гетероазеотропа, смесь паров после второй ступени конденсации перегревают и направляют на обработку в качестве теплоносителя, конденсат второй ступени разделяют, органическую жидкость охлаждают и напра вляют на пер вую ступень конден5 сации в качестве охлаждающего агента, причем конденсацию на первой ступени .ведут при полном, испарении охлаждающего агента.