CN102502549B

CN102502549B - 磷酸连续分离纯化装置及其在制备食品级磷酸中的应用

Info

Publication number: CN102502549B
Application number: CN201110332453.0A
Authority: CN
Inventors: 陈葵; 陈爱梅; 朱家文; 武斌; 纪利俊; 吴艳阳; 盛勇
Original assignee: East China University of Science and Technology
Current assignee: East China University of Science and Technology
Priority date: 2011-10-27
Filing date: 2011-10-27
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2031-10-27
Also published as: CN102502549A

Abstract

本发明涉及一种连续分离纯化磷酸的装置及其在由“湿法磷酸”制备食品级磷酸中的应用。本发明所提供分离纯化磷酸的装置，将固液分离和洗涤集中在一个设备中(即重力洗涤塔)，它实际上包括一个完整的产品-母液分离过程(即高效的逆流洗涤过程)，且设备能连续操作。采用本发明所提供的磷酸分离纯化装置在分离“湿法磷酸”时，其对杂质去除率高，所得到的产品能达到食品级磷酸的要求。此外，本发明所提供的装置还有具有体积小、结构简单、能连续操作、运行稳定及生产能耗低等优点。

Description

磷酸连续分离纯化装置及其在制备食品级磷酸中的应用

技术领域

本发明涉及一种连续分离纯化磷酸的装置及其在制备食品级磷酸中的应用，具体地说，涉及一种连续分离纯化磷酸的装置及其在由“湿法磷酸”制备食品级磷酸中的应用。

背景技术

目前，世界性能源短缺，使热法磷酸的生产成本不断上升；因而“湿法磷酸”已逐步取代“热法磷酸”。

“湿法磷酸”是用无机酸(主要是硫酸)与磷矿石酸化反应制得，其中的杂质含量相当高。“湿法磷酸”必须通过纯化后才能满足工业、食品添加剂、电子或医药等领域的要求。

现有“湿法磷酸”的纯化技术主要有：结晶法、离子交换法、电渗析法、沉淀法或多硫化物沉淀法、浓缩净化法及溶剂萃取法等。其中结晶法，由于其具有工艺流程短、投资费用低且操作过程污染小、及得到的产品纯度高等优点，备受关注。

然而，含杂质较多的“湿法磷酸”直接溶液结晶相当困难(可能因“湿法磷酸”中的杂质起到催化作用，正磷酸加热后生成高分子聚磷酸使粘度急剧增加而难以析出晶体)。在现有技术中，如果从“湿法磷酸”直接结晶纯化到食品级磷酸必须经三次以上重结晶，工艺复杂、收率较低(一般两次重结晶收率约为6.7％，三次重结晶后则更低)、且难以实现规模化生产。因此，提供一种工艺简单、收率较高，且易于实现规模化生产的、由“湿法磷酸”制备食品级磷酸的方法就成为本发明需要解决的技术问题。

发明内容

本发明目的之一在于，提供一种连续分离纯化磷酸的装置；

本发明目的之二在于，提供一种上述装置在由“湿法磷酸”制备食品级磷酸中的应用。

本发明所述连续分离纯化磷酸的装置，其主要由：带有搅拌和控温装置的结晶器、晶浆输送器、带有熔融段的重力洗涤塔和带有加热装置的储槽组成；

其中，所述的晶浆输送器为一内置晶浆输送装置的密闭圆柱形容器，在所述密闭圆柱形容器的下部和上部分别设有连接口；

所述带有熔融段的重力洗涤塔内置搅拌装置，其熔融段设置于所述重力洗涤塔的一端(通常情况下，所述的重力洗涤塔以垂直方式放置，此时，熔融段设置在所述的重力洗涤塔底部)，且通过内置多孔隔板与带有加热装置的储槽相连通(熔融段与储槽可共用一个加热装置)；

所述结晶器的底部设有连接口，该连接口通过连接管与所述晶浆输送器的下部连接口相连通，所述晶浆输送器上部连接口通过连接管与所述重力洗涤塔另一端(非熔融段端，通常情况下，是所述重力洗涤塔上部)相连通。

上述装置在由“湿法磷酸”制备食品级磷酸中的应用，其特征在于，首先将浓度为80wt％～86wt％的“湿法磷酸”的酸液置于上述结晶器中，加入适量晶种，在4℃～22℃条件下结晶1小时～2小时；然后将所得晶浆经上述晶浆输送器输送至上述重力洗涤塔中，晶体沉降速度快，在熔融段形成一定高度的晶体床层，所述重力洗涤塔(下部)的熔融段温度设置为30℃～35℃；晶体经熔融段熔融后进入储槽，部分作为产品(食品级磷酸)采出，部分返回至所述的重力洗涤塔中，对沉降的晶体逆流洗涤，其回流比为0.8～8.0。

附图说明

图1为一种本发明所述连续分离纯化磷酸装置的示意图；

其中：1-原料酸储槽，2-脉冲泵，3-液面控制继电器，4-冷却管，5-温度计，6-结晶器，7-电机，8-结晶器搅拌桨，9-晶浆输送器搅拌桨，10-晶浆输送器，11-不锈钢丝搅拌桨，12-重力洗涤塔，13-熔融段，14-储槽，15-低温恒温槽(A)，16-低温恒温槽(B)，17-超级恒温槽，18-蠕动泵；19-母液溢流口；20-重力洗涤塔的母液富集区；

图2为一种本发明所述多孔隔板的示意图；

图3为一种本发明所述重力洗涤塔的示意图。

具体实施方式

在本发明一个优选的技术方案中，所述的结晶器与晶浆输送器以一定的高度差方式排列，即结晶器底部与晶浆输送器底部的高度差(ΔH)为28cm～40cm。

在本发明另一个优选的技术方案中，所述结晶器为圆柱形，其内直径为D1，且D1与晶浆输送器的内直径(D2)的比值为4～5(即

)。

在本发明又一个优选的技术方案中，D1与所述重力洗涤塔的内直径(D3)的比值为4～9(即

)；

其中：所述的D3是：所述重力洗涤塔除去其母液富集区后剩余部分的内直径。

在本发明又一个优选的技术方案中，所述重力洗涤塔的母液富集区的内直径(D3’)与D3的比值为2(即

)。

在本发明又一个优选的技术方案中，所述重力洗涤塔的母液富集区的高度(h)不超过整个重力洗涤塔高度的17％。

在本发明又一个优选的技术方案中，所述重力洗涤塔的“高径”(D3)比(值)大于10；

其中所述“高”是指：所述重力洗涤塔的总高，所述的“径”是指D3。

在本发明又一个优选的技术方案中，所述多孔隔板的(开)孔密度为(1个～3个)/cm²，所开小孔的直径以1.0mm～1.5mm为宜。

在本发明又一个优选的技术方案中，在所述的晶浆输送器中，所述的晶浆输送装置为螺旋式搅拌桨。

在本发明又一个优选的技术方案中，所述重力洗涤塔的内置搅拌装置为不锈钢丝搅拌桨，且所述重力洗涤塔的内壁(指内直径为D3的部分)与所述不锈钢丝搅拌桨之间的距离(d)为1毫米～2毫米，如此，能更好地消除所述重力洗涤塔的内壁的结晶垢，防止晶体在其内壁生长。

下面结合说明书附图，阐述利用上述装置制备食品级磷酸的方法，所述的方法包括如下步骤：

(1)在常压(1atm)条件，首先将置于原料酸储槽1中的浓度为80wt％～86wt％的“湿法磷酸”的酸液，由脉冲泵2经冷却管4预冷注入结晶器6中，酸液进入结晶器6的流率优选20毫升/分～30毫升/分，通过液面控制继电器3控制结晶器6中的液位、并使其恒定，在结晶器6中加入适量晶种(晶种的加入量优选为：结晶器6中酸液总质量的1wt‰～2wt‰)，在4℃～22℃(结晶器6的内温)条件下结晶1小时～2小时，得晶浆；

其中，结晶器6的温度可通过低温恒温槽(A)15予以控制，结晶器6的内温可由温度计5读出，结晶器6中搅拌的转速为200rpm～300rpm，结晶器6中酸液的液位宜控制在与晶浆输送器10出口(与重力洗涤塔12连通口)同高；

(2)将由步骤(1)所得晶浆经晶浆输送器10输送至重力洗涤塔12中，晶浆输送器10中螺旋式搅拌桨的转速为40rpm～70rpm，重力洗涤塔12的熔融段13温度设置为30℃～35℃，在重力洗涤塔12中，晶体沉降速度快，在熔融段13形成一定厚度的晶体床层，晶体熔融后进入带有加热装置的储槽14(储槽14的温度的选择以确保储槽14中不出现结晶为准)中，储槽14中部分酸液作为目标物(食品级磷酸)采出，部分酸液由蠕动泵18返回至的重力洗涤塔12中，对沉降的晶体逆流洗涤，其回流比为0.8～8.0，洗涤后富含杂质的母液进入重力洗涤塔的母液富集区(20)，并通过溢流口(19)采出；

其中，重力洗涤塔12的温度可由低温恒温槽(B)16控制，优选的控制温度为3℃～21℃，熔融段13和储槽14的温度由超级恒温槽17所控。

本发明所提供分离纯化磷酸的装置，将固液分离和洗涤集中在一个设备(即重力洗涤塔)中，它实际上包括一个完整的产品-母液分离过程(即高效的逆流洗涤过程)，且设备能连续操作。采用本发明所提供的磷酸分离纯化装置在分离“湿法磷酸”时，其对杂质去除率高，所得到的产品能达到食品级磷酸的要求。

此外，本发明所提供的装置还有具有体积小、结构简单、能连续操作、运行稳定及生产能耗低等优点。

下面通过实施例对本发明做进一步阐述，其目的仅在于更好理解的内容。因此，所举之例并不限制本发明的保护范围。

实施例1

4770g湿法磷酸，H₃PO₄浓度85.58wt％，20℃下加入晶种7.24g，保持框式搅拌桨搅拌速度200rpm，操作1.50h，进料流率18.50ml/min，保持螺旋式搅拌桨搅拌速度67rpm，晶浆中的晶体沿塔壁沉降，洗涤塔温度为19.50℃，晶体在塔底形成17cm的晶体床层，在30℃熔融后，一部分作为产品移出，产品流率为2.90mL/min，另一部分作为洗涤液以2.23mL/min，返回至塔中，回流比为0.78，杂质含量高的母液以15.77mL/min从塔顶溢流出。13h后连续设备达到稳态，取样分析得到食品级磷酸组成列于表1中。此结晶操作P₂O₅质量收率为16.33％。

表1

实施例2

4650g湿法磷酸，H₃PO₄浓度82.18％wt，7℃下加入晶种6.35g，保持框式搅拌桨搅拌速度200rpm，操作1.50h，进料流率16.09ml/min，保持螺旋式搅拌桨搅拌速度45rpm，晶浆中的晶体沿塔壁沉降，洗涤塔温度为6℃，晶体在塔底形成5cm的晶体床层，在29.20℃熔融后，一部分作为产品移出，产品流率为2.51mL/min，另一部分作为洗涤液以3.38mL/min，返回至塔中，回流比为1.34，杂质含量高的母液以13.39mL/min从塔顶溢流出。13h后连续设备达到稳态，取样分析得到食品级磷酸组成列于表2中。此结晶操作P₂O₅质量收率为16.84％。

表2

Claims

1.一种连续分离纯化磷酸的装置，其主要由：带有搅拌和控温装置的结晶器、晶浆输送器、带有熔融段的重力洗涤塔和带有加热装置的储槽组成；

所述带有熔融段的重力洗涤塔内置搅拌装置，其熔融段设置于所述重力洗涤塔的一端，且通过内置多孔隔板与带有加热装置的储槽相连通；

所述结晶器的底部设有连接口，该连接口通过连接管与所述晶浆输送器的下部连接口相连通，所述晶浆输送器上部连接口通过连接管与所述重力洗涤塔另一端相连通；

所述的结晶器与晶浆输送器以一定的高度差方式排列，即结晶器底部与晶浆输送器底部的高度差(ΔH)为28cm～40cm。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，其中所述重力洗涤塔的内直径为D3、其母液富集区的内直径为D3′，且

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，其中所述重力洗涤塔的母液富集区的高度(h)不超过整个重力洗涤塔高度的17％。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，其中所述重力洗涤塔的“高径”比大于10；所述“高”是指：所述重力洗涤塔的总高，所述的“径”是指D3。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，其中所述重力洗涤塔的内置搅拌装置为不锈钢丝搅拌桨，且所述重力洗涤塔的内壁与所述不锈钢丝搅拌桨之间的距离(d)为1毫米～2毫米。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，其中所述结晶器为圆柱形，其内直径为D1；所述晶浆输送器的内直径为D2，且

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，其中在所述的晶浆输送器中，所用的晶浆输送装置为螺旋式搅拌桨。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，其中

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，其中所用的多孔隔板的开孔密度为1个/cm²～3个/cm²。

10.如权利要求1～9中任意一项所述的装置在由“湿法磷酸”制备食品级磷酸中的应用，其特征在于，首先将浓度为80wt％～86wt％的“湿法磷酸”的酸液置于上述结晶器中，加入适量晶种，在4℃～22℃条件下结晶1小时～2小时；然后将所得晶浆经上述晶浆输送器输送至上述重力洗涤塔中，晶体沉降速度快，在熔融段形成一定高度的晶体床层，所述重力洗涤塔下部的熔融段温度设置为30℃～35℃；晶体经熔融段熔融后进入储槽，部分作为产品采出，部分返回至所述的重力洗涤塔中，对沉降的晶体逆流洗涤，其回流比为0.8～8.0。

11.如权利要求10所述的应用，起其特征在于，其中所述的由“湿法磷酸”制备食品级磷酸的方法包括如下步骤：

(1)在常压条件，首先将置于原料酸储槽(1)中的浓度为80wt％～86wt％的“湿法磷酸”的酸液，由脉冲泵(2)经冷却管(4)注入结晶器(6)中，酸液进入结晶器(6)的流率20毫升/分～30毫升/分，通过液面控制继电器(3)控制结晶器(6)中的液位、并使其恒定，在结晶器(6)中加入晶种，晶种的加入量为：结晶器(6)中酸液总质量的1wt％～2wt％，在结晶器(6)的内温为4℃～22℃条件下，结晶1小时～2小时，得晶浆；

其中，结晶器(6)的温度可通过低温恒温槽(A)(15)予以控制，结晶器(6)的内温可由温度计5读出，结晶器(6)中搅拌的转速为200rpm～300rpm，结晶器(6)中酸液的液位控制在与晶浆输送器(10)出口同高；

(2)将由步骤(1)所得晶浆经晶浆输送器(10)输送至重力洗涤塔(12)中，晶浆输送器(10)中螺旋式搅拌桨的转速为40rpm～70rpm，晶体沉降速度快，在熔融段(13)形成一定高度的晶体床层，重力洗涤塔(12)的熔融段(13)温度设置为30℃～35℃，熔融段(13)的晶体熔融后进入带有加热装置的储槽(14)中，储槽(14)中部分酸液作为目标物采出，部分酸液由蠕动泵(18)返回至的重力洗涤塔(12)中，对沉降的晶体逆流洗涤，其回流比为0.8～8.0，洗涤后富含杂质的母液进入母液富集区(20)，并通过溢流口(19)采出；

其中，重力洗涤塔12的温度可由低温恒温槽(B)(16)控制，温度为3℃～21℃，熔融段13和储槽14的温度由超级恒温槽17所控。