CS231173B2

CS231173B2 - Equipment for electrothermal polycondensation of phosphoric acid

Info

Publication number: CS231173B2
Application number: CS81691A
Authority: CS
Inventors: Andrzej Muszko; Janina Machej; Zbigniew Kalinowski; Kazimierz Zagrodnik; Wojciech Sobocinski
Original assignee: Inst Chemii Nieorganicznej
Priority date: 1980-02-01
Filing date: 1981-01-30
Publication date: 1984-10-15
Also published as: CS69181A2; PL221771A2; SU1210675A3; PL120789B2

Abstract

Zařízení pro elektrotermickou polykondenzaci kyseliny fosforečné je napájeno střídavým elektrickým proudem a podle vynálezu sestůvé z uzavřené nádrže, která obsahuje axiálně uloženou vnitřní elektrodu a vyznačuje se tím, že nádrž je složena z nejméně dvou soustředěně umístěných pracovních sekcí, oddělených přepážkami. Vnitřní přepážka, oddělující vnitřní sekci od mezilehlé sekce, současně slouží jako vnějěí elektroda zařízení na dodévku střídavého elektrického proudu do kondenzované kyseliny fosforečné. Jednotlivé sekce jsou navzájem propojeny kanály, které umožňují průchod kyseliny z jedné sekce do druhé. Přívod surové kyseliny je umístěn na vnějěí sekci, zatímco odběrové potrubí vyrobená kyseliny polyfosforečné je umístěno ve vnitřní sekci. Hladina kyseliny ve vnitřní sekci je nižší než v ostatních sekcích, výhodně o 20 až 30 milimetrů. U nádrží, které obsahují nejméně tři pracovní sekce jsou kanály, spojujíéí vnější sekci s mezilehlou sekci nebo mezilehle sekce navzájem, umístěny níže než kanál, který spojuje vnitřní sekci s nejbližší mezilehlou sekcí. K pracovní sekci, s výjimkou vnitřní sekce, je připojen systém sestávající z chlazeného potrubí a čerpadla, kterým se odtahuje část kyseliny anebo se ochlazená kyselina recykluje do stejné nebo jiné sekce, s výjimkou vnitřní sekce.The electrothermal polycondensation apparatus for phosphoric acid is fed by an alternating current and according to the invention consists of a closed tank which comprises an axially mounted inner electrode and characterized in that the tank is composed of at least two concentrically positioned working sections separated by partitions. At the same time, the inner partition separating the inner section from the intermediate section serves as an external electrode of the AC power supply device to the condensed phosphoric acid. The individual sections are interconnected by channels that allow the passage of acid from one section to another. The raw acid feed is placed on the outer section while the polyphosphoric acid feed line is placed in the inner section. The acid level in the inner section is lower than in the other sections, preferably 20 to 30 millimeters. In tanks that contain at least three working sections, the channels connecting the outer section to the intermediate section or the intermediate sections are located lower than the channel that connects the inner section to the nearest intermediate section. To the working section, with the exception of the inner section, there is a system consisting of a chilled pipe and a pump to draw off part of the acid or to recycle the cooled acid to the same or another section except the inner section.

Description

Vynález se týká zařízeaí pro elektrotermickou polykondenzaci kyseliny fosforečné, které je napájeno střídavým proudem. Kyselina polyfosforečné, tj. kyselina, která vedle ortoforem obsahuje též polymerní formy, například pyro- a tripoly-formy a podobně, se používá při mnoha postupech jako surovina nebo katalyzátor.>The invention relates to an apparatus for electrothermal polycondensation of phosphoric acid which is supplied with alternating current. Polyphosphoric acid, an acid which, in addition to the orthoforms, also contains polymeric forms, such as pyro- and tripoly-forms and the like, is used in many processes as a raw material or as a catalyst.>

Obsah PgO^ v kyselině polyfosforečné obvykle převyšuje 70 %, ačkoliv pro některé aplikace je žádoucí vyěěí koncentrace, například 80 %.The PgO 4 content of polyphosphoric acid usually exceeds 70%, although for some applications a higher concentration, for example 80%, is desirable.

Obsah polymerních forem ae,zvyšuje se zvyěující se koncentrací kyseliny a orto-forma prakticky zaniká při obsahu PgO^ přibližně 80 %.The content of polymeric forms ae increases with increasing acid concentration and the ortho-form practically ceases at a PgO content of about 80%.

Způsob koncentrace a polykondenzaoe kyseliny fosforečné je vysokoteplotním procesem, který se provádí ve speciálně projektovaných zařízeních.The method of concentration and polycondensation of phosphoric acid is a high temperature process carried out in specially designed facilities.

Patent USA. č. 3 777 008 popisuje zařízení pro elektrotermickou polykondenzaci kyseliny fosforečné ve formě otevřeného průtočného kanálu, jehož boční svislé stěny jsou vyrobeny z grafitu a tvoří elektrody připojené ke zdroji jednofázového střídavého proudu. Tyto elektrody jsou umístěny paralelně u přítoku kyseliny fosforečné do zařízení, zatímco u výstupu kyseliny polyfosforečné ze zařízení, zatímco u výstupu kyseliny polyfosforečné ze zařízení jsou konvergentní. Kanál je uspořádán tak, že jeho nejnižěí bod je situován u výpusti vyráběné kyseliny fosforečné. Takováto otevřená konstrukce zařízení je vzhledem k zamoření okolí elektrolyzeru agresivními parami nebezpečná pro obsluhu.U.S. Patent. No. 3,777,008 discloses a device for electrothermal polycondensation of phosphoric acid in the form of an open flow channel, whose side vertical walls are made of graphite and form electrodes connected to a single-phase alternating current source. These electrodes are placed in parallel at the phosphoric acid inlet of the device, while at the polyphosphoric acid outlet of the device, while at the polyphosphoric acid outlet of the device, they are convergent. The channel is arranged such that its lowest point is situated at the outlet of the phosphoric acid produced. Such an open design of the device is hazardous to the operator due to the aggressive vapor contamination of the electrolyzer environment.

Z důvodu zlepšení pracovních podmínek bylo navrženo vzduchotěsné zařízení, které je popsáno v polském patentu č. P-197 244. Toto zařízení se skládá z nádrže uzavřené vlkem, kte ré je od tělesa nádrže odizolováno. Těleso sestává ze dvou vrstev. Vnější vrstva vyrobené z elektricky nevodivého materiálu tvoří plášt, zatímco vnitřní vrstva, částečně nebo zcela vyrobená z elektricky vodivého materiálu, tvoří jednu elektrodu. Druhá elektroda je umístěna podél osy nádrže. V tomto zařízení se dosahuje obsahu P₂°5 ^v kyselině polyfosforečné, získané při teplotě 300 až 320 °C, maximálně 70 až 73 %. Pro získání kyseliny o-vyěěí koncentraci je třeba zvýšit pracovní teplotu; například na vytvořeni kyseliny polyfosforečné o obsahu 78 až 80 % P₂0,- j® hutná polymerizační teplota 450 °C,.In order to improve working conditions, an airtight device has been proposed which is described in Polish Patent No. P-197 244. This device consists of a tank enclosed by a wolf which is insulated from the tank body. The body consists of two layers. The outer layer made of the electrically non-conductive material forms a sheath, while the inner layer, partially or wholly made of the electrically conductive material, forms one electrode. The second electrode is located along the axis of the tank. In this apparatus, a P ₂ ° 5 content ^{in the} polyphosphoric acid obtained at a temperature of 300 to 320 ° C is achieved, at most 70 to 73%. In order to obtain a higher concentration of acid, the working temperature must be increased; for example, to form a polyphosphoric acid having a content of 78 to 80% P ₂ O, a dense polymerization temperature of 450 ° C.

Provedení uvedeného postupu v tomto zařízení a při takto vysokých teplotách není možné z důvodu působení koroze, které negativně ovlivňuje pevnost pláště a bezpečnost zařízení. Vedle toho se zařízení vyznačuje vysokou spotřebou elektrická energie z důvodu relativně vysokých ztrát sáláním tepla.It is not possible to carry out the process in this apparatus and at such high temperatures due to corrosion which negatively affects the strength of the jacket and the safety of the apparatus. In addition, the device is characterized by high electricity consumption due to relatively high heat radiation losses.

Za účelem eliminace shora uvedených nevýhod byla provedena řada konstrukčních pokusů s cílem oddělit vysokoteplotní a vysoce korozivní póly kondenzační zónu umístěnou mezi elektrodami od vnější konstrukce zařízení. Ukázalo se , žé za těchto obzvláště nepříznivých podmínek je nejoptimálnějším řešením oddělení této zóny prostřednictvím zpracovávané kyseliny fosforečné. Tohoto řešeni bylo použito v zařízeni pro elektrotermickou polykondenzaci podle vynálezu.In order to eliminate the above disadvantages, a number of design attempts have been made to separate the high temperature and high corrosion poles of the condensation zone located between the electrodes from the outer structure of the device. Under these particularly unfavorable conditions, it has been shown that the most optimal solution is the separation of this zone by the phosphoric acid to be treated. This solution was used in the electrothermal polycondensation device of the invention.

Výěe uvedené nedostatky odstraňuje zařízení pro elektrotermickou polykondenzaci kyseliny fosforečné, které obsahuje uzavřenou nádrž,s vnitřní elektrodou, uloženou podél její osy, podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že nádrž sestává z nejméně dvou soustředěně umístěných pracovních sekcí.The aforementioned drawbacks are overcome by a device for electrothermal polycondensation of phosphoric acid comprising a closed tank with an internal electrode disposed along its axis, according to the invention, characterized in that the tank consists of at least two concentrically arranged working sections.

Jednotlivé sekce jsou navzájem odděleny přepážkami, z nichž vnitřní přepážka, oddělující vnitřní sekci od mezilehlá sekce, tvoří současně vnější elektrodu zařízení pro dodávku střídavého elektrického proudu do upravované kyseliny fosforečné. Příslušné pracovní sekce jsou navzájem propojeny libovolně tvarovanými kanály, která umožňují proudění kyseliny z jed né sekce do druhé. Přívod surové kyseliny je umístěn ve vnější sekci, zatímco vytvořená kyselina polyfosforečné se odvádí odběrovým potrubím z vnitřní sekce. Podle vynálezu je vý3 hodné, když hladina kyseliny ve vnitřní sekci je nižSí než v ostatních sekcích, a to zejména o 20 až .30 milimetrů a u nádrží, které mají nejméně tři pracovní sekce, jsou kanály, spojující vnější sekci s mezilehlou sekcí nebo mezilehlé sekce navzájem, umístěny níže než kanál, který spojuje vnitřní sekci s nejbližší mezilehlou sekcí.The individual sections are separated from each other by partitions, of which the inner partition separating the inner section from the intermediate section simultaneously forms the outer electrode of the device for supplying alternating electric current to the phosphoric acid being treated. The respective working sections are interconnected by arbitrarily shaped channels which allow the acid to flow from one section to the other. The raw acid feed is located in the outer section, while the polyphosphoric acid formed is withdrawn from the inner section through a sampling line. According to the invention, it is advantageous if the acid level in the inner section is lower than in the other sections, in particular by 20 to 30 millimeters, and in tanks having at least three working sections there are channels connecting the outer section to the intermediate section or intermediate sections located below the channel that connects the inner section to the nearest intermediate section.

Podle vynálezu je rovněž výhodné, že k pracovní sekci s výjimkou vnitřní sekce je připojen systém, který sestává z chlazeného potrubí a čerpadla. Další znak vynálezu spočívá v tom, že ve vnější přepážce, která odděluje vnější sekci od mezilehlé sekce, je vytvořen dutý prostor, který je vyplněn tepelně izolačním materiálem.According to the invention, it is also advantageous that a system consisting of a cooled pipe and a pump is connected to the working section except the inner section. A further feature of the invention is that a hollow space is formed in the outer partition which separates the outer section from the intermediate section and is filled with a heat insulating material.

Při použití konstrukce zařízení podle vynálezu je výhodné to, že se dosáhne možnosti udržovat relativně nízkou teplotu v rozmězí 100 až 200 °C ve vnější sekci a dále lze dosáhnout polykondenzační teploty 400 až 500 °C ve vnitřní sekci a uskutečnit výrobu kyseliny polyfosforečné s koncentrací 80 % PgO,.. Nízká teplota a nízká koncentrace kyseliny ve vnitřní sekci zaručují, na rozdíl od zařízení podle dosavadního stavu techniky, ochranu vnější konstrukce proti agresivnímu působeni koncentrované kyseliny při vysoké teplotě.When using the construction of the device according to the invention, it is advantageous that the possibility of maintaining a relatively low temperature in the range of 100 to 200 ° C in the outer section is achieved and a polycondensation temperature of 400 to 500 ° C in the inner section can be achieved and polyphosphoric acid 80 The low temperature and low acid concentration in the inner section guarantee, unlike the prior art devices, protection of the outer structure against the aggressive action of the concentrated acid at high temperature.

U zařízení podle vynálezu může být výrazně snížena spotřeba energie. Snížení spotřeby je umožněno tím, že se mezi jednotlivými sekcemi vytvoří teplotní gradienty, které způsobují tok tepla z vnitřní sekce, která má nejvyšší teplotu, do dalších sekcí, kde se toto teplo využije.In the device according to the invention, the energy consumption can be significantly reduced. Consumption reduction is made possible by the creation of temperature gradients between the sections which cause heat flow from the inner section having the highest temperature to the other sections where the heat is used.

Zařízení podle vynálezu též zaručuje výhodnější pracovní podmínky pro obsluhující personál z hlediska bezpečnosti práce. Důvodem je výrazně nižší teplota zařízení a také, v případě porušení krytu, značně nižší teploty a nižší koncentrace par kyseliny, unikajících ze zařízení. Použití systému chlazených potrubí a čerpadla umožňuje vedle teplotní regulace vnější sekce a popřípadě i mezilehlých sekcí i současnou výrobu kyseliny polyfosforečné v různých koncentracích.The device according to the invention also guarantees more favorable working conditions for the operating personnel in terms of occupational safety. This is due to the considerably lower temperature of the device and also, in case of housing failure, considerably lower temperatures and lower acid vapor concentrations escaping from the device. The use of a chilled pipe and pump system allows, in addition to the temperature control of the outer section and possibly of the intermediate sections, the simultaneous production of polyphosphoric acid in various concentrations.

Příkladné provedení zařízení podle vynálezu je dále popsáno za pomoci přiloženého výkresu, ve kterém je schématicky zobrazeno zařízení obsahující tři sekce.An exemplary embodiment of the device according to the invention is further described with reference to the accompanying drawing, in which a device comprising three sections is schematically shown.

Zařízení obsahuje plášl J. vyrobený z oceli odolné proti kyselině, který poskytuje konstrukci mechanickou pevnost, keramickou izolační vrstvu 2. působící jako tepelný a elektrický izolátor, obložení 3. o dostatečné tepelné a chemické odolnosti, vnější přepážku £ oddělující vnější sekci £ od mezilehlé sekce _B, vnitřní přepážku £, která současně slouží jako vnější elektroda a odděluje uvedenou mezilehlou sekci B od vnitřní sekce A, vnitřní elektrodu £ upevněnou v pouzdře 2 a elektrickou izolaci g. Zařízení je též vybaveno kanály g na odtahování par z uvedené vnitřní sekce A, kanály 10 pro spojení vnitřní sekce A s mezilehlou sekcí g přívodem 11 surové kyseliny, odběrovým potrubím 12 produktu, teplotními detektory lj v jednotlivých sekcích, víkem 14 vybaveným výstupem 15 par z uvedeného zeřízení a kanály l£ propojujícími uvedenou mezilehlou sekci g s vnější sekcí £. Vnější přepážka 1 obsahuje dutý prostor 17 pro umístění tepelné izolace.The apparatus comprises a housing 11 made of acid-resistant steel which provides mechanical strength to the structure, a ceramic insulating layer 2 acting as a thermal and electrical insulator, a lining 3 of sufficient thermal and chemical resistance, an outer partition 6 separating the outer section 8 from the intermediate section B, an internal partition 6 which simultaneously serves as an external electrode and separates said intermediate section B from the internal section A, the internal electrode 6 mounted in the housing 2, and the electrical insulation g. channels 10 for connecting the inner section A to the intermediate section g with the raw acid inlet 11, the product line 12, temperature detectors 11 in each section, a lid 14 equipped with a vapor outlet 15 of said apparatus and channels 16 connecting said intermediate section g with the outer section 6. The outer partition 1 comprises a hollow space 17 for accommodating thermal insulation.

Systém chlazeného potrubí 18 a čerpadla 19. napojený do vnější sekce £ umožňuje odtahování části kyseliny z těto sekce nebo případné recyklování ochlazené kyseliny do uvedené sekce nebo do mezilehlé sekce B.The refrigerated piping system 18 and pump 19 connected to the outer section 6 allow the removal of a portion of the acid from the section or possibly recycle the cooled acid to said section or to the intermediate section B.

Třícestný kohout 20 se používá pro odvádění odtahované kyseliny jako vedlejšího produktu.The three-way valve 20 is used to remove the extracted acid as a by-product.

Skutečná polykondenzace kyseliny fosforečné se provádí ve vnitřní sekci A, kdé dochází k průchodu střídavého elektrického proudu mezi elektrodou tvořenou vnitřní přepážkou £ a vnitřní elektrodou _6. Produkt, to znamená kyselina polyfosforečná, se získává z vnitřní sekce A pomocí odběrového potrubí 12. kterým se reguluje hladina kyseliny v uvedené sekci,, zatímco částečně zakoncentrovaná a zahřátá kyselina fosforečná je dodávána do mezilehlé sekce B kanály 10. Surová kyselina se dodává do vnější sekce £ prostřednictvím přívodu 11. v táto sekci dochází k prvotnímu zahřátí a k částečnému odpaření vody. Kontinuální přívod z vnějěí sekce £ do mezilehlé sekce B kanály 16 ve vnější přepážce Tepelný tok vnější přepážkou A. se ůá upravit umístěním materiálů s příslušnými izolačními vlastnostmi do dutého prostoru 17. Obložení vnější přepážka J a povrch chlazeného potrubí 18. čerpadla 19 a třícestného kohoutu 20 jsou provedeny z uhlíkových plastů o malé pórovitosti, vnější struktury jsou vyrobeny z oceli odolné proti kyselině. Pro měření teploty je zařízení vybaveno senzory.The actual polycondensation of phosphoric acid is carried out in the inner section A, where the alternating current is passed between the electrode formed by the inner partition 6 and the inner electrode 6. The product, i.e. polyphosphoric acid, is obtained from the inner section A by means of a sampling line 12 which regulates the acid level in said section, while the partially concentrated and heated phosphoric acid is supplied to the intermediate section B via channels 10. The crude acid is supplied to the external section 6 through the inlet 11 in this section, the water is initially heated and partially evaporated. Continuous inlet from outside section 6 to intermediate section B through channels 16 in outer bulkhead Heat flow through outer bulkhead A can be adjusted by placing materials with appropriate insulating properties in the cavity 17. Lining outer bulkhead J and surface of cooled pipe 18 of pump 19 and three-way cock 20 are made of low porosity carbon plastics, the outer structures are made of acid-resistant steel. The device is equipped with sensors for temperature measurement.

Příklad:Example:

Vnitřní sekce A : teplota 450 °C; koncentrace 80 % P₂O^Inner section A: temperature 450 ° C; concentration of 80% P ₂ O ^

Mezilehlá sekce B : teplota 320 °C; koncentrace 74 % ^ř2°5Intermediate section B: temperature 320 ° C; concentration 74% ^ø 2 ° 5

Vnější sekce C : teplota 200 °C; koncentrace 62 % ^P2°5Outer section C: temperature 200 ° C; concentration 62% ^P 2 ° 5

Provozní parametry zařízení o daných objemech a odpařovacích plochách jednotlivých sekcí mohou být upraveny změnou dvou počátečních parametrů; průtokem přiváděné surové kyseliny a elektrickým zatížením. Tímto způsobem může být získána vysoce koncentrovaná kyselina polyfosforečná, například až do obsahu 80 % ^P2°5’ ^relativně nízké teplotě a nízké koncentraci kyseliny ve vnější sekci.The operating parameters of equipment of given volumes and evaporation areas of individual sections can be adjusted by changing two initial parameters; the flow rate of the raw acid supplied and the electrical load. In this way, highly concentrated polyphosphoric acid can be obtained, for example up to 80% ^P 2 ° 5 'of ^relatively low temperature and low acid concentration in the outer section.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

r. Apparatus for electrothermal polycondensation of phosphoric acid, comprising a closed tank with an internal electrode positioned along its axis, characterized in that the tank consists of at least two concentrically positioned working sections (A, B, C) separated by an outer partition (4) and an inner partition (5), of which the inner partition (5) separating the inner section (A) from the intermediate section (B) simultaneously forms the outer electrode of the device, both electrodes being connected to an AC power source, and the working sections (A, B, C) are interconnected by channels (10, 16) for flow of acid from one section to another, the raw acid inlet (11) being located in the outer section (C) and the sampling line (12) of the produced polyphosphoric acid being connected to the inner section (A) .

Device according to claim 1, characterized in that the acid level in the inner section (A) is lower than the acid level in the other sections, preferably by 20 to 30 mm, and in the tanks containing at least three working sections, the channels (16). ) connecting the outer section (C) to the intermediate section (B) or the intermediate sections positioned below each other than the channel (10) connecting the inner section (A) to the nearest intermediate section (B).

Device according to claim 1 or 2, characterized in that a system consisting of a cooled pipe (18) and a pump (19) is connected to the working section except the inner section (A).

Device according to claim 1 or 2, characterized in that a hollow space (17) comprising a material with thermal insulating properties is formed in the outer partition (4) separating the outer section (G) from the intermediate section (B).