專利名稱：一種凈化濕法磷酸的生產(chǎn)工藝及其設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磷酸的生產(chǎn)工藝，特別涉及溶劑萃取法進行凈化濕法磷酸的生產(chǎn)工藝技術(shù)和設(shè)備。
背景技術(shù)：
濕法磷酸的凈化工藝主要有化學沉淀法、離子交換法、磷酸濃縮凈化法、溶劑萃取法和結(jié)晶法，目前工業(yè)上一般采用溶劑萃取法。溶劑萃取法的應用已記載在《磷酸、磷肥和復混肥料》(江善襄主編.北京化學工業(yè)出版社，1999.425-426)一書中，該書介紹了法國羅納-普朗克公司采用溶劑萃取法凈化濕法磷酸的Central Liqueur流程。近年來，人們對溶劑萃取法凈化濕法磷酸的生產(chǎn)工藝有一些改進，例如中國專利申請96100962.4號“溶劑沉淀法凈化濕法磷酸”、98800222.1號“濕法磷酸的純化方法”、02133869.8號“一種濕法磷酸凈化處理方法”、03117850號“用濕法磷酸制備工業(yè)級磷酸和食品級磷酸的方法”等。其中“用濕法磷酸制備工業(yè)級磷酸和食品級磷酸的方法”系由貴州宏福實業(yè)開發(fā)有限總公司和四川大學共同研發(fā)的，已經(jīng)取得中試成功，并于2004年10月13日通過了國家教委組織的科技鑒定。該方法將濃縮磷酸經(jīng)過預處理，處理掉其中的部分雜質(zhì)，再用有機溶劑萃取磷酸，使雜質(zhì)不能進入萃取劑，再經(jīng)過洗滌、反萃將磷酸反萃出來成為凈化酸。從運行情況來看，利用TBP作為萃取劑萃取磷酸而對其凈化的工藝流程是可行的。
但是該生產(chǎn)工藝生產(chǎn)能力僅能達到1,000t/a，屬于中試規(guī)模，而且其質(zhì)量隨原酸質(zhì)量的變化波動較大，原材料消耗大，要實現(xiàn)工業(yè)化存在較大困難。迄今為止尚未見到溶劑萃取法凈化濕法磷酸實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種使用溶劑萃取法凈化濕法磷酸實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的工藝技術(shù)，以降低磷酸生產(chǎn)的成本，從而提高磷酸深加工的經(jīng)濟效益。
本發(fā)明的又一目的是提供上述工藝技術(shù)的關(guān)鍵設(shè)備。
為達到上述目的，發(fā)明人在原有的用濕法磷酸制備工業(yè)級磷酸工藝，即工藝步驟依次包括預處理、脫硫、過濾分離、萃取、深脫硫、洗滌、反萃和濃縮的基礎(chǔ)上，采用以下措施(1)在預處理階段設(shè)置一個脫硫脫氟緩沖槽和在萃取槽和洗滌槽中間設(shè)置一個精脫硫除鐵槽以加強脫硫脫氟除鐵；(2)將萃取、洗滌和反萃過程在萃取塔、洗滌塔和反萃塔中進行，以上三個塔均使用旋轉(zhuǎn)振動篩板塔；(3)在洗滌塔與反萃塔之間設(shè)置一個降乳化槽。
采取這些措施的原因在于一是為了增加磷酸在預處理階段的停留時間，使其中雜質(zhì)與加入凈化劑充分反應，不讓雜質(zhì)進入后續(xù)工序進一步影響后續(xù)工序的設(shè)備和生產(chǎn)能力，因此增加一個脫硫脫氟緩沖槽，通過在攪拌的情況下，加入除硫劑，與其中含硫的陰離子反應達到脫硫、脫氟的目的；同時，通過兩相間的進一步接觸，將磷酸萃入有機相，使其中的鐵離子降低，實現(xiàn)充分除鐵。
二是由于現(xiàn)有技術(shù)中萃取槽、洗滌槽材質(zhì)不耐萃取劑的腐蝕；同時萃取槽、洗滌槽屬于敞口容器，萃取劑會揮發(fā)，對操作人員以及環(huán)境都會有一定的影響。為解決這一難題，發(fā)明人經(jīng)過研究，確定必須用塔代替槽。而現(xiàn)有的化工用塔并不適用于本發(fā)明的濕法磷酸凈化工藝。因此，發(fā)明人根據(jù)工藝需要和實踐經(jīng)驗自行開發(fā)設(shè)計了旋轉(zhuǎn)振動篩板塔。
三是增加一個降乳化槽可以將洗滌過程中有機相產(chǎn)生的乳化現(xiàn)象通過相對靜止加以消除，以減少有機相中夾帶磷酸，從而減輕萃取劑的后處理，提高其利用率和降低萃取劑的消耗。
本發(fā)明使用的旋轉(zhuǎn)振動篩板塔是發(fā)明人根據(jù)工藝需要和實踐經(jīng)驗自行開發(fā)設(shè)計的專用設(shè)備，也是本發(fā)明的關(guān)鍵設(shè)備。該塔由上澄清室、塔身、下澄清室組成；塔頂有蓋板；上澄清室與塔身間用下錐體連接，下澄清室與塔身間用上錐體連接；塔身內(nèi)裝有篩板；上澄清室有磷酸(重相)進口管，下澄清室內(nèi)有萃取劑TBP(輕相)進口管，外有玻璃液位計；塔中有轉(zhuǎn)動軸；塔身外有兩組B型耳式支座。
萃取塔采用磷酸(重相)從中上部進料，萃取劑TBP(輕相)從中下部進料，萃取后分相中的重相從下部出料，輕相從上部出料；萃取劑利用其密度差，迅速向上流動，通過塔內(nèi)篩板上的孔均勻分布，與從中上部進入過濾酸充分接觸萃取，將過濾酸中的磷酸萃取進入有機相，之后有機相從塔頂部溢出，而萃余酸則從底部排出至萃余酸槽。洗滌塔、反萃塔的設(shè)計原理與萃取塔一致，重相從中上部進料，輕相從中下部進料，洗滌后分相中的重相從下部出料，輕相從上部出料。
為了實現(xiàn)較大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)，除了萃取上述措施外，還應當在其他工序采取一些相應的措施。例如，用作原料的濃磷酸從濃磷酸酸生產(chǎn)裝置直接引入，以避免磷石膏進入管道和系統(tǒng)，防止管線堵塞；采用足夠的板框式過濾機，保證過濾的能力等。
經(jīng)過采用上述措施之后，形成了本發(fā)明的濕法磷酸凈化工藝，它包括預處理階段和凈化階段。
在預處理階段，來自酸槽的濃磷酸經(jīng)計量后進入脫硫脫色槽，磷礦粉、碳酸鈣計量后進入脫硫脫色槽，磷礦粉與磷酸中的游離SO3反應，生成CaSO4·2H2O達到脫硫的目的，碳酸鈣還與F-反應生成CaF2沉淀；碳酸鈉、硅藻土計量后加入脫硫脫色槽與磷酸中的氟硅酸(鹽)反應生產(chǎn)氟硅酸鈉沉淀；同時活性炭定量加入脫硫脫色槽與磷酸進行脫色反應，脫除磷酸的色素，料漿進入緩沖槽進一步反應。料漿輸送泵將料漿送去板框壓濾機過濾，過濾后的磷酸進入過濾酸中間槽，濾餅卸下后放入濾渣堆放點待處理，沖洗液去污水槽，用泵打回濕法磷酸裝置磷石膏再漿槽。
在凈化階段，過濾酸經(jīng)計量后進入萃取塔，來自TBP中間槽的萃取劑計量后逆向加入萃取塔，磷酸與TBP相互分散接觸，在振動篩板的攪動下充分混合，大部分磷酸進入萃取劑形成有機相，雜質(zhì)則進入萃余酸中，從萃取塔底部排到萃余酸中間槽，用泵送濕法磷酸裝置反應器。被H3PO4飽和的萃取劑有機相從萃取塔排出，進入精脫硫除鐵槽，脫硫、鐵后的有機相用泵送入洗滌塔，與逆向進入的凈化磷酸在振動篩板的攪動下充分混合進行洗滌，磷酸中的雜質(zhì)被洗滌除去，洗滌酸流進萃余酸槽。出洗滌塔的有機相經(jīng)降乳化槽后進入反萃塔，從下部加入，脫鹽水從反萃塔上部加入，有機相與脫鹽水在塔內(nèi)逆向接觸，在振動篩板的攪動下充分混合，有機相中的磷酸被萃入水相，得到25％P2O5左右濃度的凈化磷酸，大部分送去產(chǎn)品酸貯槽，少部分凈化磷酸去洗滌塔；分離后的萃取劑進入TBP中間槽，由TBP輸送泵送入萃取塔循環(huán)使用。
使用本發(fā)明的工藝技術(shù)及裝置，不僅可使?jié)穹姿醿艋瘜崿F(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，凈化的濕法磷酸達到工業(yè)級磷酸的質(zhì)量標準，而且由于本發(fā)明的塔綜合了往復式振動篩板塔、轉(zhuǎn)盤塔、攪拌塔等萃取設(shè)備的優(yōu)點，能夠?qū)崿F(xiàn)塔板的往復運動和回轉(zhuǎn)運動，同時還能夠?qū)崿F(xiàn)塔內(nèi)液體的攪拌，可使有機物的揮發(fā)面積減小，減少有機物的揮發(fā)，避免設(shè)備的泄漏，使消耗可以大幅度降低，從而降低凈化成本。


圖1為本發(fā)明的凈化濕法磷酸的生產(chǎn)工藝流程示意方框圖；圖2為本發(fā)明使用的旋轉(zhuǎn)振動篩板塔結(jié)構(gòu)圖，圖中1為下澄清室，2為玻璃液位計，3為輕相分布頭，4為支承塔板，5為B型耳式支座，6為轉(zhuǎn)動軸支承，7為塔身，8為轉(zhuǎn)動軸，9為塔板，10為拉桿，11為重相分布管，12為溢流口，13為蓋板，14為上澄清室，15為重相進口，16為萃取劑分布管，17為萃取劑(輕相)進口，18為萃余相出口，19為主定位管，20為輔助定位管，21為分布板。
具體實施例方式
實施例15,000噸/年濕法磷酸凈化的具體工藝流程如下來自酸槽的濃度約48％P2O5濃磷酸經(jīng)計量后進入脫硫脫色槽，脫硫劑磷礦粉、碳酸鈣計量后進入脫硫脫色槽，在60～75℃下，磷礦粉與磷酸中的游離SO3反應，生成CaSO4·2H2O達到脫硫的目的，碳酸鈣還與F-反應生成CaF2沉淀；脫色劑碳酸鈉、硅藻土計量后加入脫硫脫色槽與磷酸中的氟硅酸(鹽)反應生產(chǎn)氟硅酸鈉沉淀；同時活性炭定量加入脫硫脫色槽與磷酸進行脫色反應，脫除磷酸的色素，料漿進入緩沖槽進一步反應。料漿輸送泵將料漿送去板框壓濾機過濾，過濾后的磷酸進入過濾酸中間槽，濾餅卸下后放入濾渣堆放點待處理，沖洗液去污水槽，用泵打回濕法磷酸裝置磷石膏再漿槽。
過濾酸經(jīng)計量后進入萃取塔，來自TBP中間槽的萃取劑TBP，比重0.93，計量后逆向加入萃取塔。在50～65℃下，磷酸與TBP相互分散接觸，在振動篩板的攪動下充分混合，大部分磷酸進入萃取劑形成比重為0.997的有機相，雜質(zhì)則進入萃余酸中，從萃取塔底部排到萃余酸中間槽，用泵送濕法磷酸裝置反應器。被H3PO4飽和的萃取劑有機相從萃取塔排出，進入精脫硫除鐵槽，脫硫、鐵后的有機相用泵送入洗滌塔，與逆向進入濃度為25％P2O5的凈化磷酸在振動篩板的攪動下充分混合進行洗滌，磷酸中的雜質(zhì)被洗滌除去，洗滌酸流進萃余酸槽。出洗滌塔的有機相經(jīng)降乳化槽后進入反萃塔，從下部加入，脫鹽水從反萃塔上部加入，有機相與脫鹽水在塔內(nèi)逆向接觸，在振動篩板的攪動下充分混合，有機相中的磷酸被萃入水相，得到25％P2O5左右濃度的凈化磷酸，大部分送去產(chǎn)品酸貯槽，少部分凈化磷酸去洗滌塔；分離后的萃取劑進入TBP中間槽，由TBP輸送泵送入萃取塔循環(huán)使用。萃取塔、洗滌塔、反萃塔的頻率在19～30之間。
本實施例所制備的工業(yè)級磷酸，有關(guān)組分的含量如下表

實施例25,000噸/年濕法磷酸凈化生產(chǎn)工藝所用的旋轉(zhuǎn)振動篩板塔如附圖2所示。
該塔由上澄清室14、塔身7、下澄清室1組成，總高11,908mm；塔頂有蓋板13；上澄清室14與塔身7間用下錐體連接，下澄清室1與塔身7間用上錐體連接；塔身7外徑800mm，內(nèi)裝有篩板9共70～115塊，篩孔直徑12mm；上澄清室14有磷酸(重相)進口管15，下澄清室1內(nèi)有萃取劑(輕相)進口管17，外有玻璃液位計2；塔中有轉(zhuǎn)動軸8；塔身外有兩組B型耳式支座6。
權(quán)利要求
1 一種溶劑萃取法凈化濕法磷酸的生產(chǎn)工藝，工藝步驟依次包括預處理、脫硫、過濾分離、萃取、深脫硫、洗滌、反萃和濃縮，本發(fā)明的特征包括(1)在預處理階段設(shè)置一個脫硫脫氟緩沖槽和在萃取槽和洗滌槽中間設(shè)置一個精脫硫除鐵槽；(2)將萃取、洗滌和反萃過程均在旋轉(zhuǎn)振動篩板塔中進行；(3)在洗滌塔與反萃塔之間設(shè)置一個降乳化槽。
2 如權(quán)利要求1所述的凈化濕法磷酸的生產(chǎn)工藝，其特征在于主要工藝指標控制為原料磷酸濃度約48％P2O5；脫硫槽、緩沖槽、脫鹽水的溫度60～75℃；萃取塔、洗滌塔、反萃塔溫度50～65℃；凈化磷酸濃度25％P2O5，有機相比重0.997，TBP比重0.93；萃取塔、洗滌塔、反萃塔的頻率在19～30之間。
3 如權(quán)利要求1所述的凈化濕法磷酸的設(shè)備，其特征在于所用的專用設(shè)備為旋轉(zhuǎn)振動篩板塔，該塔由上澄清室(14)、塔身(7)、下澄清室(1)組成；塔頂有蓋板(13)；上澄清室(14)與塔身(7)間用下錐體連接，下澄清室(1)與塔身(7)間用上錐體連接；塔身(7)內(nèi)裝有篩板；上澄清室(14)有磷酸進口管(15)，下澄清室(1)內(nèi)有萃取劑進口管(17)，外有玻璃液位計(2)；塔中有轉(zhuǎn)動軸(8)；塔身(7)外有兩組B型耳式支座(6)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種凈化濕法磷酸的生產(chǎn)工藝及其設(shè)備，涉及溶劑萃取法凈化濕法磷酸的工藝技術(shù)。本發(fā)明在原有的用濕法磷酸制備工業(yè)級磷酸工藝的基礎(chǔ)上，采用以下措施(1)在預處理階段設(shè)置一個脫硫脫氟緩沖槽和在萃取槽和洗滌槽中間設(shè)置一個精脫硫除鐵槽以加強脫硫脫氟除鐵；(2)將萃取、洗滌和反萃過程均在旋轉(zhuǎn)振動篩板塔中進行；(3)在洗滌塔與反萃塔之間設(shè)置一個降乳化槽。本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)振動篩板塔是根據(jù)工藝需要和實踐經(jīng)驗自行開發(fā)設(shè)計的專用設(shè)備，也是本發(fā)明的關(guān)鍵設(shè)備。使用本發(fā)明的工藝技術(shù)及設(shè)備，不僅可使?jié)穹姿醿艋瘜崿F(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，凈化的濕法磷酸達到工業(yè)級磷酸的質(zhì)量標準，而且可大幅度降低消耗，降低凈化成本。
文檔編號C01B25/234GK1654317SQ200410081600
公開日2005年8月17日 申請日期2004年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月24日
發(fā)明者王邵東, 馮勝波, 禹志宏 申請人:貴州宏福實業(yè)開發(fā)有限總公司