Способ очистки экстракционной фосфорной кислоты

 

Изобретение относится к химической технологии, в частности, к очистке фосфорной кислоты. Сущность изобретения заключается в многоступенчатой экстракции фосфорной кислоты органическим растворителем - трибутилфосфатом с последующим разделением водной и органической фаз и реэкстракцией фосфорной кислоты из органической фазы воды. Причем экстракцию и реэкстракцию осуществляют путем смещения водной и органической фаз с образованием эмульсии под воздействием воздуха в режиме пульсации с интенсивностью пульсации 400-1600 мм/мин при температуре экстракции 30-50^oC и температуре реэкстракции 40-80^oC. Экстракцию и реэкстракцию ведут в пульсационных колоннах, в которых не менее половины рабочей зоны работает с образованием эмульсии типа "вода-в-масле" на стадии экстракции и эмульсии типа "масло-в-воде" на стадии реэкстракции. В пульсационных колоннах используют тарельчатую насадку с площадью свободного сечения 40-60%. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к способам получения фосфорной кислоты с низким содержанием примесей, предназначенной для производства жидких комплексных удобрений, технических, пищевых и кормовых фосфатов.

Экстракционная фосфорная кислота (ЭФК), получаемая сернокислотным разложением природных фосфатов, содержит значительное количество примесей, для удаления которых используются, в частности, методы очистки органическими растворителями.

Известен способ очистки ЭФК путем излучения ее из водного раствора органическим экстрагентом раствором трибутилфосфата (ТБФ) в керосине или в гексане, с последующим отделением органической фазы и выделением из нее очищенной фосфорной кислоты [1] Процесс ведут в колонных аппаратах в противотоке, однако без дополнительной интенсификации процесса диспергирования. Степень извлечения полезного компонента регулируется лишь изменением соотношения органической и водной фаз. Недостатком способа является слабая эффективность в связи с отсутствием механизма, позволяющего влиять на степень диспергирования, и следовательно на степень извлечения продукта. Кроме того, в данных условиях для достижения высокой производительности процесса могут быть использованы только разбавленные растворы ЭФК (до 43% P₂0₅) и растворы ТБФ в керосине, имеющие невысокую вязкость.

Ближайшим аналогом является способ очистки ЭФК, включающий многоступенчатую экстракцию фосфорной кислоты 50%-ным раствором ТБФ в керосине с последующим разделением водной и органической фаз и реэкстракцией фосфорной кислоты из органической фазы водой [2] Процесс осуществления при диспергировании несмешивающих фаз в смесителях-отстойниках ящичного типа с помощью турбинных мешалок, которые одновременно осуществляют и транспорт реагентов со ступени на ступень. Процесс экстракции включает 3-6 ступеней, реэкстракции 8 ступеней. Каждая ступень проводится в отдельном аппарате, имеющем камеру смешения с турбинной мешалкой и камеру отстаивания при комнатной температуре.

Недостатком данного способа является невысокая эффективность, обусловленная, прежде всего, невозможностью одновременного повышения производительности (при большой скорости вращения мешалки, осуществляющей транспорт) и достижения оптимальной степени диспергирования фаз. При сильном диспергировании в отстойной зоне образуется стабильная эмульсия, которая медленно расслаивается при комнатной температуре, что ведет в конечном итоге к потерям экстрагента и загрязнению им продукта. Повышение же температуры для улучшения условий расслаивания эмульсий в используемых аппаратах технически трудно осуществимо. Кроме того, применение растворов ТБФ в керосине вследствие их пожароопасности делает невозможным повышение температуры в рабочей зоне выше 28^oC. Использование разбавленных растворов в данном процессе связано с тем, что при увеличении вязкости органического растворителя и фосфорной кислоты резко снижается производительность аппаратов из-за увеличения времени расслаивания эмульсий.

Опыт работы по данному способу показывает, что максимальная удельная производительность, которая может быть достигнута, составляет 5.6 м³/м²·ч. При этом потери экстрагента с рафинатом составляет 45-70 мг/л и с очищенной кислотой 150-220 мг/л.

В основу изобретения положена задача разработать высокоэффективный способ очистки ЭФК трибутилфосфата, позволяющий получать более чистый продукт с меньшими потерями экстрагента и интенсифицировать процесс за счет создания условий для переработки более концентрированных реагентов.

Поставленная задача решается предлагаемым способом, включающим ступенчатую экструкцию фосфорной кислоты органическими растворителем - трибутилфосфатом, с последующим разделением водной и органической фаз и реэкстракцией фосфорной кислоты из органической фазы водой, в котором смешение водной и органической фаз ведут с образованием эмульсии под воздействием воздуха в режиме пульсации с интенсивностью пульсации 400-1600 мм/мин при температуре экстракции 30-50^oC и температуре реэкстракции 40-80^oC.

Основным отличием предлагаемого способа является создание на стадиях экстракции и реэкстракции пульсационного режима с указанными параметрами, в результате чего образуются нестабильные эмульсии, которые быстро расслаиваются и обеспечивают чистоту продукта.

Для поддержания указанных режимов на стадиях экстракции и реэкстракции используют пульсационные колонны.

Причем процесс массопереноса целесообразно осуществлять при такой работе пульсации колонн, когда не менее половины рабочей зоны аппарата на экстракции работает с образованием эмульсии типа "вода-в-масле", а на реэкстракции эмульсии типа "масло-в-воде", при этом оставшаяся часть рабочей зоны аппаратов работает с образованием эмульсии типа "масло-в-воде" на экстракции и "вода-в-масле" на реэкстракции.

Такая организация процесса способствует уменьшению уноса экстрагента и получению более чистой продукционной кислоты.

Целесообразно в пульсационных колоннах использовать тарельчатую насадку с площадью свободного сечения 40-60% Это дополнительно обеспечивает повышение производительности процесса и облегчает условия диспергирования при работе с концентрированными растворами.

Процесс осуществляют следующим образом.

ЭФК с массовой концентрацией 20-50% P₂0₅ направляют на экстракцию в нижнюю часть пульсационной колонны, снабженной насадкой. Сверху противотоком кислоте подают 100%-ный ТБФ. В рабочей части колонны создают режим пульсации воздухом с интенсивностью 400-1600 мм/мин и поддерживают температуру 30-50^oC. В этих условиях диспергирование фаз идет с образованием неустойчивой эмульсии, которая легко разрушается, попадая в отстойные зоны вверху и внизу колонны. Процесс целесообразно вести таким образом, чтобы не менее половины рабочей зоны аппарата работало в режиме эмульсии типа "вода-в-масле", а оставшаяся часть "масло-в-воде". Расширение зоны сплошной органической фазы ("вода-в-масле") способствует более полному насыщению экстракта фосфорной кислотой и меньшим потерям растворителя с рафинатом. Из нижней отстойной зоны выводят рафинат, который может быть использован в производстве удобрения. Из верхней отстойной зоны выводят экстракт и подают его на стадию реэкстракции, которая осуществляется также в пульсационной колонне с насадкой. Сверху поступает вода, снизу экстракт. В этой колонне за счет установления пульсационного режима с интенсивностью пульсации 400-1600 мм/мин поддержании температуры 40-80^oC создают условия для интенсивного массообмена. Причем не менее половины рабочей зоны колонны работает в режиме эмульсии типа "масло-в-воде", а оставшаяся часть - "вода-в-масле". Расширение зоны сплошной водной фазы (эмульсии типа "масло-в-воде" на этой стадии позволяет снизить унос экстрагента с кислотой и улучшить качество получаемого продукта. После отстаивания в нижней отстойной зоне очищенную фосфорную кислоту выводят из аппарата. Из верхней отстойной зоны выводят регенерированный экстрагент, который затем возвращают на стадию экстракции.

Процесс позволяет достичь удельный производительности 20-60 м³/м²·ч. Потери экстрагента с рафинатом составляют 20-40 мг/л, с очищенной кислотой 20-60 мг/л.

Сравнение предлагаемого способа с известным показывает, что он обладает рядом преимуществ, обеспечивающих процессу более высокие технические характеристики: 1. Создание условий, при которых быстро и эффективно протекают процессы диспергирования, массопередачи и расслаивания, позволяет увеличить удельную производительность аппаратов до 20-60 м³/м²·ч.

2. Увеличение температуры экстракции до 30-50^oC и температуры реэкстракции до 40-60^oC позволяет наиболее полно и эффективно осуществлять процессы массопередачи и одновременно интенсифицировать разрушение эмульсий и расслаивание органической и водной фаз. Поддержание таких температур в колоннах обеспечивается с помощью водяных рубашек вокруг рабочей зоны, а использование в качестве экстрагента 100%-ного ТБФ позволяет безопасно вести работы в данных условиях.

3. Использование пульсационный колонн с тарельчатой насадкой, имеющей площадь свободного сечения 40-60% дает возможность вести процесс с достаточно вязкими растворами и эффективно очищать ЭФК с массовой концентрацией до 50% P205 при использовании 100%-ного ТБФ.

Пример 1.

В пульсационную насадочную колонну со свободным сечением 40% подают ЭФК с массовой концентрацией 47.7% P₂0₅, полученную из апатитового концентрата. В качестве примесей ЭФК содержит полуторные с окислы железа, алюминия, сульфат-ионы, фтор, оксиды магния и кальция. Противотоком кислоте подают 100%-ный ТБФ. Соотношение органической и водной фаз на стадии экстракции поддерживают 3: 1. В рабочей зоне колонны создают режим пульсации с интенсивностью 450 мм/мин и поддерживают температуру 35^oC. Тип эмульсии в рабочей зоне аппарата "вода-в-масле". Из колонны выводят экстракт с массовой концентрацией фосфорной кислоты 14,0% P₂0₅ и рафинат с массовой концентрацией 35% P₂0₅. Рафинат направляют в производство фосфорных удобрений, а экстракт на стадию реэкстракции. Реэкстракцию осуществляют в пульсационной насадочной колонне с площадью свободного сечения 40% Противотоком экстракту подают воду при соотношении органической и водной фаз 4:1. В рабочей зоне создают режим пульсации с интенсивностью 1300 мм/мин и поддерживают температуру 60^oC. Тип эмульсии в рабочей зоне - "масло-в-воде". Из колонны выводят регенерированный экстрагент с остаточным содержанием фосфорной кислоты 0,85% P₂0₅, который возвращают на стадии экстракции, и продукт очищенную фосфорную кислоту с массовой концентрацией 40,2% P₂0₅.

Достигаемая удельная производительность составляет 30 м³/м²·ч. Потери экстрагента с рафинатом составляют 37,5 мг/л, с очищенной кислотой 44 мг/л.

Пример 2.

ЭФК того же состава, что в примере 1, подвергают очистке, осуществляемой аналогично примеру 1 в пульсационных колоннах, работающих таким образом, что половина объема рабочей зоны на экстракции и на реэкстракции работает в режиме эмульсии типа "вода-в-масле", другая половина в режиме "масло-в-воде".

Достигаемая удельная производительность составляет 20 м³/м²·ч. Потери ТБФ с выводимыми из экстрактора рафинатом составляют 25 мг/л. Потери ТБФ с очищенной фосфорной кислотой 50.2 мг/л.

Другие примеры осуществления способа представлены в таблице.

Формула изобретения

1. Способ очистки экстракционной фосфорной кислоты, включающий ступенчатую экстракцию фосфорной кислоты органическим растворителем - трибутилфосфатом, с последующим разделением водной и органической фаз и реэкстракцией фосфорной кислоты из органической фазы водой, отличающийся тем, что экстракцию и реэкстракцию осуществляют путем смешения водной и органической фаз с образованием эмульсии под воздействием воздуха в режиме пульсации с интенсивностью пульсации 400 1600 мм/мин при температуре экстракции 30 50^oС и температуре реэкстракции 40 80^oС.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что экстракцию и реэкстракцию ведут в пульсационных колоннах, в которых не менее половины рабочей зоны работает с образованием эмульсии типа "вода в масле" на стадии экстракции и эмульсии типа "масло в воде" на стадии реэкстракции.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что в пульсационных колоннах используют тарельчатую насадку с площадью свободного сечения 40 60%

РИСУНКИ

Рисунок 1