CN101343052B - 一种生产磷酸二氢盐的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种生产磷酸二氢盐的方法，它主要包括将氯化物与过量的磷酸混合，制得料液，将该料液加入到喷雾干燥器中雾化成细小液滴，并与足以使氯化物与磷酸发生复分解反应的热空气瞬间接触加热，使氯化物与磷酸发生复分解反应逸出氯化氢气体，剩余的反应产物经水解，调节pH值，冷却、结晶制得磷酸二氢盐产品。本发明的技术优点在于克服了现有技术的不足，它采用了喷雾干燥器作为核心反应器，将料液雾化成细小液滴，并与高温热空气接触，蒸发比表面积极大，使HCl随水蒸气逸出时间仅为3—8秒，反应转化率高达97％，原料成本大幅降低，料液进出连续，反应设备简单实用，可以实现工业化大生产。

Description

一种生产磷酸二氢盐的方法
技术领域：
本发明涉及一种磷酸二氢盐的生产领域，特别是用磷酸和氯化物在高温下雾化进行复分解反应生产磷酸二氢盐的方法。
背景技术：
目前，磷酸二氢盐的传统生产方法主要是用氢氧化物和磷酸进行酸碱中和反应，如：磷酸二氢钾的生产就是选取氢氧化钾与磷酸为原料，酸碱中和反应直接生产制得磷酸二氢钾，该方法虽然简单，但氢氧化钾原料昂贵，生产成本高，产品附加值低。其他方法如：氯化钾和磷酸复分解低温萃取法，萃取剂损失严重，价格较高，环境污染重；磷酸盐复分解法，磷酸盐价格较贵，流程较长，氯化钾中的氯元素不能得到有效利用。
2001年，CN1324760公开了“一种磷酸二氢钾的生产方法”，该方法的基本原理是：以工业氯化钾与过量磷酸在高温条件下进行复分解反应。首先，氯化钾与磷酸在170～220℃温度条件下生成焦磷酸钾；其次，由焦磷酸钾水溶液水解生成磷酸二氢钾，料液经冷却、结晶得磷酸二氢钾产品。为了解决磷酸、盐酸混酸的强腐蚀问题，其核心反应器采用了浸渍聚四氟乙烯的石墨反应釜，有效解决了反应系统强腐蚀性介质对设备的腐蚀问题，但该系统存在以下缺点：一、核心反应器采用石墨反应釜，为强化反应器的密封性，采用石墨材料整体车制的加工工艺，长径比大，有效容积小，装置很难实现规模化生产；二、反应采用间歇操作，高温反应下生成的氯化氢靠搅拌从液相自然逸出，氯化氢逸出效率低，氯化钾转化时间长达1.5～4小时，严重制约了反应速率，难以适应工业化大生产。
发明内容：
本发明的目的是为了克服CN1324760现有技术的不足，提供一种用氯化物与过量磷酸为原料，直接生产磷酸二氢盐的方法，将氯化物溶解于过量磷酸中配成料液，将喷雾干燥器作为核心反应器，在高温条件下经雾化的料液3～8秒即可完成复分解反应，并迅速的逸出氯化氢气体，转化率可达97％以上，该工艺有效的解决了生产的连续性，并克服了现有技术反应时间长，反应生成的氯化氢难以从反应体系移出的问题。
本发明目的是这样实现的：
本发明的具体工艺是：在料槽内，将氯化物溶解在过量磷酸溶液中，配好的料液通过雾化机在喷雾干燥器内雾化成细小液滴，用足以使氯化物与磷酸发生复方解反应的热空气瞬间接触加热，使氯化物与磷酸发生复分解反应，逸出氯化氢气体，剩余的反应产物经水解、调节PH值、冷却、结晶制得磷酸二氢盐产品。
上述所指的氯化物是指氯化钾或氯化钠中的一种；
上述所指的磷酸与氯化钾的摩尔比为1.05～2.0∶1；
上述所指的喷雾干燥器进气温度在150℃～700℃，出气温度为80℃～400℃。
上述所指的喷雾干燥器内逸出的氯化氢气体，经水或碱吸收处理制成盐酸或氯酸盐。
上述所指的剩余反应产物是指含有磷酸、正磷酸盐、焦磷酸盐的混合物。
上述所指的水解槽水解温度为60～120℃。
上述所指的调节PH值是指用氢氧化钾、碳酸钾、氢氧化钠、碳酸钠中的一种与过量的磷酸中和生成同类型磷酸二氢盐。
上述所指的水解料液经冷却、结晶，分离磷酸二氢盐后的母液，返回水解工序或者是结晶工序。经若干次循环后，母液及产品中的金属离子杂质较高时，弃之，用着其他用途。
本发明的技术方案与CN1324760的工艺比较具有以下几个突出的特征：
1、CN1324760的工艺中，采用导热油间壁加热方式，传热速率低，料液在石墨釜内通过搅拌传质，传质效率低，水蒸汽与反应生成的氯化氢逸出液面的方式属气、液分离，蒸发面积小，HCl逸出速度慢，严重影响氯化物与磷酸反应的速度，反应时间长达1.5～4小时，产量低，不适于大生产；本发明将喷雾干燥器作为核心反应器，将料液雾化并与高温热气接触，蒸发比表面积极大，HCl气体随水蒸气瞬间逸出，通常逸出时间为3～8秒，反应转化率高达97％，生产效率高。
2、CN1324760的工艺中，核心反应器为防止磷酸与盐酸的腐蚀，采用浸渍聚四氟乙烯的石墨反应釜，为保证反应器的密封性，石墨为整体车制，长径比大，容积小，且不能连续化生产；本发明采用防腐后的大型喷雾干燥器，容积大，热空气与雾化成无数小液滴的料液直接接触，传质、传热速率高，反应时间短，料液进出连续，可以实现工业化大生产。
本发明由于采用过量磷酸和氯化物进行复分解反应生产磷酸二氢盐，原料成本大幅降低，回收HCl可得盐酸，所用反应设备简单实用，解决了复分解法由于反应器不能大型化、加热传质效率低而不能实现工业化的难题。
本发明的原理：
用氯化物与磷酸进行复分解反应生成含有磷酸、磷酸二氢盐、焦磷酸二氢盐和氯化氢，然后焦磷酸二氢盐加水和氢氧化钾水解中和成磷酸二氢盐，逸出的氯化氢用水或碱液吸收成盐酸或氯酸盐。
Figure G2008100459498D00031
Figure G2008100459498D00032
Figure G2008100459498D00033
Figure G2008100459498D00034
R为K或Na离子
附图说明：
图1为一种生产磷酸二氢盐的方法的工艺流程图。
具体实施例：
以下结合附图并通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步的说明：
实施例1：
将含K2O59.7％；Cl-46.73％的氯化钾加入到含P2O524.88％的磷酸溶液中，在配料槽中搅拌均匀，调整H3PO4/KCl的摩尔比为1.3。将料液输送至喷雾干燥塔进行雾化，用高温空气进行加热，控制雾化机进料量与进口空气的温度，检测雾化干燥塔进口温度为700℃，塔出口温度为400℃，在此温度下氯化钾与磷酸完成复分解反应，塔底物料流入水解槽，向水解槽加氢氧化钾水溶液，检测水解槽温度为108℃，使焦磷酸钾水解成磷酸二氢钾，控制氢氧化钾的加入量，使水解液PH为4.4～ 4.6，中和磷酸后的水解液溢流至冷却结晶器，冷却结晶，结晶物料溢流至活塞式离心机，离心出的结晶体经流化床干燥得磷酸二氢钾成品，离心母液返回水解槽循环利用，逸出的氯化氢气体经水洗涤吸收制得盐酸。
表1磷酸二氢钾产品质量指标
  
KH<sub>2</sub>PO<sub>4</sub> 水分 PH 水不溶物％ 氯化物％ Fe(ppm) 砷(ppm) 重金属(ppm)
98.3 1.2 4.5 0.2 0.12 20 25 15
实施例2：
将浓度为35％的氯化钾溶液加入到含P2O540.3％的磷酸溶液中，在配料槽中搅拌均匀，调整H3PO4/KCI摩尔比为2.0。将料液输送至喷雾干燥塔进行雾化，用高温空气进行加热，控制雾化机进料量与进口空气的温度，检测雾化干燥塔进口温度为450℃，塔出口温度为298℃，在此温度下氯化钾与磷酸完成复分解反应，塔底物料流入水解槽，向水解槽加碳酸钾水溶液，检测水解槽的温度为120℃，使生成的焦磷酸钾水解成磷酸二氢钾，控制碳酸钾的加入量，使水解液PH为4.4～4.6，中和过量磷酸的水解液溢流至冷却结晶器，冷却结晶，结晶物料溢流至活塞式离心机，离心出的结晶体经流化床干燥得磷酸二氢钾成品，离心母液返回水解槽循环利用，逸出的氯化氢气体经水洗涤吸收制得盐酸。
表2 磷酸二氢钾产品质量指标
  
KH<sub>2</sub>PO<sub>4</sub> 水分 PH 水不溶物％ 氯化物％ Fe(ppm) 砷(ppm) 重金属(ppm)
98.4 1.8 4.6 0.1 0.15 17 25 18
实施例3：
将含量为98.9％的工业氯化钠加入到含P2O523.98％的磷酸溶液中，在配料槽中搅拌均匀，调整H3PO4/NaCI摩尔比为1.05。将料液输送至喷雾干燥塔进行雾化，用高温空气进行加热，控制雾化机进料量与进口空气的温度，检测雾化干燥塔进口温度为430℃，塔出口温度为250℃，在此温度下氯化钠与磷酸完成复分解反应，塔底物料流入水解槽，向水解槽加氢氧化钠水溶液，检测水解槽的温度为96℃，使生成的焦磷酸钠 水解成磷酸二氢钠，控制氢氧化钠的加入量，使水解液PH为4.1～4.7，中和过量磷酸的水解液溢流至冷却结晶器，冷却结晶，结晶物料溢流至活塞式离心机，离心出的结晶体经流化床干燥得磷酸二氢钠产品，离心母液返回水解槽循环利用，逸出的氯化氢气体经水洗涤吸收制得盐酸。
表3磷酸二氢钠产品质量指标
  
NaH<sub>2</sub>PO<sub>4</sub> 氟化物 PH 水不溶物％ 氯化物％ 硫酸盐％ 砷(ppm) 重金属(ppm)
98.4 0.003 4.3 0.04 0.011 0.14 4 18
实施例4：
将含量为98.0％的工业氯化钠加入到含P2O525.62％的磷酸溶液中，在配料槽中搅拌均匀，调整H3PO4/NaCl摩尔比为2.0。将料液输送至喷雾干燥塔进行雾化，用高温空气进行加热，控制雾化机进料量与进口空气的温度，检测雾化干燥塔进口温度为150℃，干燥塔出口温度为83℃，在此温度下氯化钠与磷酸完成复分解反应，塔底物料流入水解槽，向水解槽加氢氧化钠水溶液，检测水解槽的温度为61℃，控制氢氧化钠的加入量，使料液PH为4.1～4.7，中和过量磷酸的料液溢流至冷却结晶器，冷却结晶，结晶物料溢流至活塞式离心机，离心出的结晶体经流化床干燥得磷酸二氢钠产品，离心母液返回水解槽循环利用，逸出的氯化氢气体经水洗涤吸收制得盐酸。
表4磷酸二氢钠产品质量指标
  
NaH<sub>2</sub>PO<sub>4</sub> 氟化物 PH 水不溶物％ 氯化物％ 硫酸盐 砷(ppm) 重金属(ppm)
98.2 0.002 4.5 0.02 0.008 0.11 3 15

Claims (6)

1.一种生产磷酸二氢盐的方法，其特征在于：将氯化物加入到过量的磷酸溶液中混合、溶解制得料液，将该料液加入到喷雾干燥器中雾化成细小液滴，并与足以使氯化物与磷酸发生复分解反应的热空气瞬间接触加热，使氯化物与磷酸发生复分解反应，逸出氯化氢气体，剩余的反应产物经水解、调节pH值、冷却、结晶制得磷酸二氢盐产品；其中所述磷酸与氯化物的摩尔比为1.05-2.0∶1，所述的喷雾干燥器进气温度在150℃～700℃，出气温度为80℃～400℃。
2.根据权利要求1所述的一种生产磷酸二氢盐的方法，其特征在于所述的氯化物是指氯化钾或氯化钠中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种生产磷酸二氢盐的方法，其特征在于所述的氯化氢气体经水或碱吸收制成盐酸或氯酸盐。
4.根据权利要求1所述的一种生产磷酸二氢盐的方法，其特征在于所述的剩余反应产物是指含有磷酸、正磷酸盐、焦磷酸盐的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种生产磷酸二氢盐的方法，其特征在于所述的水解温度在60℃-120℃。
6.根据权利要求1所述的一种生产磷酸二氢盐的方法，其特征在于所述的调节pH值是指用氢氧化钾、碳酸钾、氢氧化钠、碳酸钠中的一种与过量的磷酸中和生成同类型磷酸二氢盐。
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