Способ и автоклав для получения фосфорной кислоты окислением фосфора водой

 

Ф-Д -i г. 3A. A (!.

Класс Ыт;34№ 43883

ABTOPCHOE СВИДЕТЕЛЬСТВО НА ИЗОБРЕТЕНИЕ

ОПИСЯНИЕ способа и автоклава для непрерывного получения фосфорной кислоты окислением фосфора водой.

К авторскому свидетельству В. Л. Волкова и A. М. Гинстлннга, заявленному 4 января 1935 года (спр. о перв. № 1б0301).

0 выдаче авторского свидетельства опубликовано 31 августа 1935 года. (89) Известно, что реакция окисления фосфора водой по способу акад. Ипатьева протекает в основном по уравнению:

Р, +- 16 H2,Π—:). 4Н, PO4+ 1 OH (1) в жидкой фазе при температуре около 300 с выделением Я 1000 калорий тепла на

1 кг фосфора. В целях отвода тепла реакции, согласно способу, составляющему предмет настоящего изобретения, процесс ведут на кипу, отводя тепло в виде скрытой теплоты пара.

Для поддержания во4ы при указанной температуре в жидкой фазе процесс необходимо вести под несколькэ превышающим парциальную упругость водяных паров при данной температуре давлением Р=75 — 100 атм.

В указанных условиях необходимо также вести процесс в присутствии катализатора †раство соли никеля в количестве 1в/в 310 от веса фосфора.

Практически реакция образования фосфорной кислоты (1) сопровождается побочными реакциями:

Р„+12 Н,О - 4Н, РО,+бН2

Р4+8Н20 - 2На РОа+2РНа+2Нг (3) образования фосфористой кислоты и фосфористого водорода, которые загрязняют продукты реакции, так что фосфорная кислота может содержать до 5%

Н,РО, и водород — до 1", РН3.

Условием успешного протекания процесса является также подача реагентов в реакционную зону в виде устойчивой эмульсии, для чего соотношение подаваемых количеств воды и фосфора дол5 7 жно лежать в пределах — — — что

1 1 значительно превышает стехиометриче/2323 ское соотношение

На основании учета изложенных выше условий проведения процесса предлагается для получения фосфорной кислоты в промышленных масштабах по указанному методу нижеописанный автоклав, изображенный на чертеже в разрезе.

Автоклав представляет собой установленную вертикально колонну, рассчитанную на рабочее давление процесса порядка 100 атм. и снабженную двумя крышками. Нижняя крышка имеет три канала 1, 2, 7 для отдельного ввода нагретой (цо температуры реакции) воды, расплавленного фосфора и холодного раствора катализатора (катализатор подается отдельно в холодном виде во избежание гидролиза соли Ni на пути к реактору). Каналы 2 и 1 — фосфорный и водяной — соединяются далее вместе и заканчиваются. уширением, в котором помещен эмулы атор 3 (фосфор смешизается с водой непосредственно перед зоной реакции и сразу по вступлении его в нагретую крышку во избежание взаимодействия реагентов до поступления в аппарат и превращения фосфора в красную модификацию).

Внутренность колонны представляет собой цилиндрическое пространство, верхняя часть которого заполнена кислотоупорной керамической насадкой 6 .для улавливания механически увлекаемых газом частиц жидкости.

Верхняя крышка колонны имеет два канала 4 и 8: первый, соединенный с загнутой вверх трубкой 5 для поддержания жидкости в автоклаве на определенном уровне, выше которого находится пространство, заполненное в процессе работы водородом, служит для вывода кислоты, второй — для выпуска водорода и водяного пара.

Весь аппарат для предохранения его от коррозии футерован внутри серебром.

Внутренний объем автоклава рассчитывается в соответствии. с его производительностью на пребывание реагентов в реакционной зоне в течение времени, необходимого для полного завершения реакции (1 — 2 минуты).

Действие аппарата состоит в следующем. Поступающая в нижнюю часть колонны эмульсия фосфора в воде встречается с катализатором, причем начинается процесс реакции, сопровождающийся, как указано выше, выделением водорода и тепла. За счет выделяющейся теплоты реакции происходит испарение некоторого количества воды, которая в виде пара вместе с водородом поднимается в верхнюю часть аппарата, создавая условия для интенсивного перемешивания жидкой реакционной массы.

При этом происходит повышение концентрации получающейся кислоты с соответственным повышением температуры процесса.

Процесс реакции происходит на всем пути движения жидкости по высоте колонны до уровня слива кислоты, где происходит полное превращение фосфора, Водород и водяной пар перед выходом из колонны проходят насадку, где оставляют механически увлеченные частицы жидкости. Введенный в колонну ,катализатор в процессе реакции выпадает во взвешенном состоянии в виде фосфида никеля и уносится отходящей кислотой.

Таким образом, по всей высоте колонны до уровня слива кислоты имеет место режим кипения реакционной жидкости, причем температура кипения, в соответствии с повышением концентрации кислоты к выходу из колонны, повышается.

Основными преимуществами данной конструкции являются: а) максимальное использование объема аппарата (не используется для реакции только объем, занимаемый насадкой)", б) отсутствие в аппарате каких-либо вспомогательных устройств для отвода теплоты реакции, что приводит к минимальным затратам материалов на изготовление аппарата; в) возможность рекуперации, как теплоты реакции, уносимой водяным паром и водородом, так и самой парообразной воды для подачи ее вновь на реакцию; г) простота полной разборки àïïàрата и доступность всех деталей его для осмотра и ремонта.

П редм ет изобретения.

1, Способ непрерывного получения фосфорной кислоты окислением фосфора водой под давлением, отличающийся тем, что, в целях отвода теплоты реакции в виде скрытой теплоты испарения воды, процесс окисления ведут на кипу.

2. Нвтоклав для осуществления способа, означенного в п. 1, отличающийся тем, что расположенный в нижней крышке канал 1 для ввода фосфора соединен в толще самой крышки с каналом 2 для ввода воды, который при выходе в автоклав снабжен эмульгатором 3, а расположенный в верхней крышке канал 4 для отвода фосфорной кислоты соединен с помещенной внутри автоклава загнутой вверх трубкой 5 для отвода фосфорной кислоты.

3. Форма выполнения автоклава, означенного в п. 1, отличающаяся тем, что в верхней части он снабжен брызгоотделительной насадкой 6.