Способ получения высококонцентрированной фосфорной кислоты

 

Использование: изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано для производства технических, кормовых и пищевых фосфатов. Сущность изобретения: экстракционную фосфорную кислоту очищают, осветляют и концентрируют путем выпаривания. Отличительной особенностью способа является то, что концентрирование осуществляют одновременно с доочисткой от летучих примесей созданием турбулизированного пленочного течения кислоты по обогреваемой поверхности в течение 5 - 25 с, а температуру обогреваемой поверхности поддерживают в пределах 120 - 800^oС. Обогрев поверхности может быть осуществлен либо водяным паром, либо электрическим током. Положительный эффект заключается в возможности получения высококонцентрированной фосфорной кислоты пищевого качества с высокими технико-экономическими показателями. 2 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к технологии получения высококонцентрированной фосфорной кислоты, полученной экстракционным разложением природных фосфатов с последующей очисткой органическими экстрагентами и концентрированием и может быть использовано в химической промышленности для производства технических, кормовых и пищевых фосфатов.

До сего времени технические, кормовые и пищевые фосфаты получали на основе термической фосфорной кислоты (ТФК), не содержащей примесей входящих в природные фосфаты. Однако, из-за высоких энергетических затрат, себестоимость ТФК в настоящее время значительна и ее производство на территории Российской Федерации прекращено.

Использование экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК) для получения вышеуказанных целевых продуктов связано с необходимостью очистки ЭФК от примесей которые, в одной стороны, затрудняют проведения технологических процессов из-за высокой вязкости кислоты, образования инкрустации на греющих поверхностях и из-за забивки осадками движущихся частей и коммуникаций, с другой - не позволяют получать целевые продукты заданного качества с высоким выходом.

Таким образом, замена термической фосфорной кислоты на экстракционную при получении вышеуказанных целевых продуктов высшего качества предусматривает обязательную очистку от примесей.

Известен способ получения концентрированной фосфорной кислоты /1/ из экстракционной фосфорной кислоты путем комбинированной очистки включающий предварительное концентрирование грязной фосфорной кислоты, очистку органическими экстрагентами полученной кислоты с разбавлением последней до 40 - 55% P₂O₅, повторное концентрирование кислоты до 85 - 92% H₃PO₄, последующее вымораживание кристаллов кислоты при температуре 8 - 12^oC и отделение кристаллов от маточного раствора. Данный способ весьма сложен технически, включает много стадий трудно практически осуществимых. Очистка осуществляется в основном от железа и фтора, однако в продукте остается достаточно высокое содержание сульфатов, препятствующих получению высококачественного продукта. Концентрирование ведется в две стадии с высокими энергозатратами и привлечением сложной аппаратурной схемы. Использование процесса вымораживания связано с применением холодильного цикла (чаще всего с аммиачным хладогентом и необходимостью его утилизации), что очень дорого и трудноосуществимо на практике.

Из известных способов получения очищенной высококонцентрированной фосфорной кислоты наиболее близким по технической сущности является способ, описанный в /2/ и заключающийся в следующем. Экстракционную фосфорную кислоту очищают от примесей природного происхождения жидкостной экстракцией трибутилфосфата. Далее извлекают реэкстракт фосфорной кислоты из трубутилфосфата водой, концентрируют ее до 55 62% P₂O₅ (80 - 85% H₃PO₄) в две стадии и осуществляют обработку кислоты активированным углем и окислителем (перекисью водорода) при температурах 110 - 130^oC для очистки от остатков органической фазы и обесцвечивания.

Лимитирующей стадией по энергозатратам и производительности в данном способе является стадия концентрирования, которая осуществляется в два этапа под атмосферным давлением с противоточным нагревом через стенку. На втором этапе кислоту концентрируют максимум до 62% P₂O₅ (85% H₃PO₄) при температуре 150^oC и выдерживают при этой температуре 1,5 ч. Удельные затраты греющего пара на концентрирование по двум этапам составляет 1,94 Гкал. При концентрировании упариваемый раствор кислоты многократное циркулирует через греющую камеру и испаритель, что ограничивает достижение высокой производительности.

В настоящее время к товарной фосфорной кислоте с точки зрения хранения и транспортировки предъявляются высокие требования по концентрации. Так в мировой практике товарной является фосфорная кислота, содержащая 66 - 70% P₂O₅ (91 - 97% H₃PO₄). Коммерческое название такой кислоты - суперфосфорная. Если такая кислота не очищена от примесей, то ее транспортировка сильно затруднена из-за высокой вязкости и склонности к кристаллизации.

Известные способы получения суперфосфорной кислоты осуществляются только в два этапа. На первом этапе концентрирование ведут до 50 - 54% P₂O₅ на втором - до 64 - 70% P₂O₅, причем на втором этапе концентрирование ведут при повышенных температурах /3/. Даже при упарке под вакуумом минимальная температура для достижения такой концентрации около 200^oC, что значительно затрудняет подбор конструкционных материалов для аппаратуры. При этом используют греющий пар высокого давления (3 - 4 Мпа), что усложняет аппаратурно-технологическую схему. Общие приведенные энергозатраты по двум этапам концентрирования составляют 350-400 кг.у.т/т P₂O₅.

Технической задачей предложенного способа является достижение глубоких степеней концентрирования, упрощение технологической схемы, интенсификация процесса, снижение энергозатрат на стадии концентрирования, а также снижение содержания примесей в продукционной фосфорной кислоте.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения высококонцентирированной фосфорной кислоты, включающем очистку и осветление экстракционной фосфорной кислоты с последующим концентрированием ее путем выпаривания, предлагается концентрирование осуществлять одновременно с доочисткой от летучих примесей созданием турбулизированного пленочного течения кислоты по обогреваемой поверхности в течение 5 - 25 с, а температуру обогреваемой поверхности поддерживать в пределах 120 - 800^oC. Обогрев поверхности предлагается осуществлять либо водяным паром, либо электрическим током.

Одновременное концентрирование и доочистка позволяют снизить энергозатраты процесса. Создание турбулизированного пленочного течения кислоты по обогреваемой поверхности в течение 5 - 25с позволяют добиться максимальной концентрации кислоты и в максимальной степени очистить кислоту от летучих примесей. Поддержание температуры обогреваемой поверхности в указанных пределах одновременно с обеспечением указанного временного интервала позволяют добиться максимальной производительности процесса.

Изобретение осуществляют следующим образом. ЭФК предварительно очищенную жидкостной экстракцией трибутилфосфатом и содержащую 38 - 40% P₂O₅ (52 - 55% H₃PO₄) концентрируют в тубулизированной пленке при нагреве через стенку. При этом за счет развития высокой межфазовой поверхности нагрева при турбулизации пленки и за счет увеличения давления насыщенных паров воды над пленкой кислоты достигается практически за один проход кислоты через испаритель в течение 5 - 25 с концентрация 66 - 70% P₂O₅ (92 - 97% H₃PO₄). Одновременно снижается содержание примесей летучих компонентов, таких как фтор, трибутилфосфат и др. В качестве теплоносителя, обогревающего поверхность можно использовать горячий воздух, пар, электрический ток.

Пример осуществления способа. В верхнюю часть роторно-пленочного испарителя подавали предварительно очищенную трибутилфосфатом фосфорную кислоту концентрацией 40,5% P₂O₅ (55,9% H₃PO₄). Расход кислоты поддерживали 200 кг/ч. В паровую рубашку испарителя подавали греющий пар под давлением 0,6 МПа с температурой 185^oC и расходом 130 кг/ч. В испарителе с помощью ротора с шарнирно закрепленными на нем лопатками, и имеющего скорость вращения 85 об/мин, создавали турбулизированную пленку кислоты. Температура греющей поверхности составляла 145^oC, кислотная пленка находилась на греющей поверхности в течение 9 с. Вторичный пар отводили из верхней части испарителя и подавали на конденсацию Продукционную кислоту выводили из нижней части испарителя и отправляли потребителю. В результате получали суперфосфорную кислоту концентрации 95,2% (69% P₂O₅) с содержанием примесей: железо (0,03 мас.%), сульфат ионы )0,25 мас.%), фтор (0,08 мас.%).

Использование изобретения позволит получать высококонцентрированную фосфорную кислоту пищевого качества с высокими технико-экономическими показателями.

Источники информации.

1. Патент Великобритании N 1436115, кл. C 01 B 25/46, 1976.

2. Патент СССР N 1526579, кл. C 01 B 25/46, БИ N 44-1989.

3. Рабочий проект ГИПРОХИМа на производство ЖКЧ на Череповецком ПО "Аммофос" N 4-22130-00ХПЗ, 1989.

Формула изобретения

1. Способ получения высококонцентрированной фосфорной кислоты, включающий очистку и осветление экстракционной фосфорной кислоты с последующим концентрированием ее путем выпаривания, отличающийся тем, что концентрирование осуществляют одновременно с доочисткой от летучих примесей созданием турбулизованного пленочного течения кислоты по обогреваемой поверхности в течение 5 - 25 с, а температуру обогреваемой поверхности поддерживают в пределах 120 - 800^oС.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обогрев поверхности осуществляют водяным паром.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что обогрев поверхности осуществляют электрическим током.