磷酸的生產(chǎn)工藝及過(guò)濾系統
磷酸的生產(chǎn)工藝及過(guò)濾系統
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及化工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種化學(xué)品的生產(chǎn)工藝及過(guò)濾系統。
背景技術(shù)
[0002]磷酸是一種用途廣泛的基本化工原料，其主要用來(lái)制造高效磷肥和復合肥，如磷酸銨、重過(guò)磷酸鈣、磷酸二氫鉀等，磷酸也是生產(chǎn)飼料添加劑、食品添加劑、水處理劑、阻燃劑、金屬表面處理劑，以及耐火材料等含磷產(chǎn)品的重要原料。生產(chǎn)磷酸的主要原料為磷礦，但是中國的磷礦多為中低品位磷礦，以此為原料生產(chǎn)的磷酸濃度低，雜質(zhì)含量高，品次低，難以滿(mǎn)足中高端市場(chǎng)的需求，同時(shí)也造成了大量資源的浪費。磷酸的主要生產(chǎn)工藝有熱法磷酸工藝和濕法磷酸工藝，其中熱法磷酸工藝是先將磷礦石中的磷還原得到黃磷，然后將黃磷在空氣中燃燒得到五氧化二磷，再將五氧化二磷與水反應得到磷酸，該工藝電耗大、生產(chǎn)成本高，而且生產(chǎn)過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生粉塵和有毒氣體，嚴重污染環(huán)境，因此工業(yè)上已很少采用熱法磷酸工藝生產(chǎn)磷酸；目前工業(yè)上大多是采用濕法磷酸工藝生產(chǎn)制備磷酸，該工藝是采用無(wú)機酸分解磷礦，然后過(guò)濾料漿，分離得到粗磷酸，再經(jīng)過(guò)凈化處理得純度較高的磷酸，其中在粗磷酸的凈化處理主要有萃取法、電滲析法、離子交換法及化學(xué)沉降法等，但是萃取法、電滲析法、離子交換法目前還難以適應大規模的工業(yè)應用，而化學(xué)沉降法既要添加大量的化學(xué)藥劑，又要建大量的沉淀槽，處理時(shí)間長(cháng)、投資大、污染環(huán)境，而且有些雜質(zhì)難以去除，如粗磷酸中的鋁離子，其易生成絮狀物，很難沉淀。
發(fā)明內容
[0003]本發(fā)明的首要目的是提供一種收率高、可靠性高的磷酸生產(chǎn)工藝。
[0004]為實(shí)現上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種磷酸的生產(chǎn)工藝，包括以下步驟:
[0005] SI:超濾粗磷酸溶液，得到初級濾液；
[0006] S2:納濾初級濾液，得到二級濾液和二級濃縮液。
[0007]上述技術(shù)方案產(chǎn)生的有益效果在于:將粗磷酸經(jīng)過(guò)超濾和納濾處理，這樣得到的磷酸產(chǎn)品收率和純度高，而且采用超濾和納濾連續處理粗磷酸，有利于工藝的持續性生產(chǎn)，保證了工藝運行的可靠性。
[0008]本發(fā)明的另外一個(gè)目的是提供一種如上所述工藝的過(guò)濾系統，其特征在于:包括料罐一，超濾單元、納濾單元以及料罐二，所述超濾單元的輸入端連接料罐一的輸出端，超濾單元的初級濾液出口連接納濾單元的輸入端，所述納濾單元的二級濾液出口連接料罐二。采用該過(guò)濾系統可以有效地將粗磷酸進(jìn)行超濾和納濾，得到收率和純度高的磷酸成品。
附圖說(shuō)明
[0009]圖1是過(guò)濾系統的結構示意圖。
具體實(shí)施方式
[0010] 一種磷酸的生產(chǎn)工藝，包括以下步驟:
[0011] SI:超濾粗磷酸溶液，得到初級濾液；
[0012] S2:納濾初級濾液，得到二級濾液和二級濃縮液。
[0013]采用上述工藝將粗磷酸經(jīng)過(guò)超濾和納濾處理，這樣得到的磷酸產(chǎn)品收率和純度高，而且采用超濾和納濾連續處理粗磷酸，有利于工藝的持續性生產(chǎn)，保證了工藝運行的可靠性。與現有技術(shù)相比，該工藝可以增加低品次磷礦的利用率，提高磷酸成品的品質(zhì)，同時(shí)減少投資成本和環(huán)境污染，降低能耗。
[0014]作為進(jìn)一步的優(yōu)選方案:所述生產(chǎn)工藝還包括將二級濃縮液送入結晶池，待二級濃縮液結晶后將結晶池中的上層清液循環(huán)進(jìn)行納濾處理。初級濾液在納濾采用的膜元件中的通量較低，這樣就是使得產(chǎn)生的二級濃縮液較多，為避免工藝系統內積聚大量的二級濃縮液造成納濾膜元件的阻塞，本發(fā)明將二級濃縮液直接從工藝系統內排出送入結晶池，這樣可以減少系統內的二級濃縮液，從而保證工藝的連續性生產(chǎn)，進(jìn)一步提高工藝運行的可靠性和穩定性。同時(shí)，待結晶池中的二級濃縮液結晶后將上層清液再循環(huán)進(jìn)行納濾處理，這樣大大的提高磷酸的收率。
[0015]進(jìn)一步的，所述超濾采用的膜元件的截留分子量為1000?10000D，通過(guò)該超濾膜元件可有效地將粗磷酸中的固體懸浮物、絮狀物及部分離子濾除。
[0016]進(jìn)一步的，所述納濾采用的膜元件的截留分子量為100?500D，通過(guò)納濾可將超濾后的濾液中的色素和金屬離子去除。有些雜質(zhì)離子，如鋁離子，其在粗磷酸中易形成絮狀物，采用現有技術(shù)難以除去，而本發(fā)明采用納濾處理可以有效地將鋁離子從磷酸中去除。
[0017]進(jìn)一步的，所述超濾和納濾采用的膜元件的工作溫度為10°C?80°C。一般來(lái)說(shuō)，前道工序生產(chǎn)得出的粗磷酸到達超濾和納濾膜元件時(shí)的溫度在50°C左右，因此控制超濾和納濾膜元件的工作溫度為10°C?80°C，這樣可以將前道工序生產(chǎn)得到的粗磷酸直接進(jìn)行過(guò)濾，有效提高生產(chǎn)效率，當然，采用上述溫度范圍也是綜合考慮了膜元件自身的工作條件，工作溫度太低會(huì )影響溶液的通量，太高易造成膜元件的損壞。優(yōu)選的，超濾和納濾采用的膜元件的*佳工作溫度為40?60°C，這樣的工作溫度范圍既與粗磷酸的溫度接近，又有效保證了膜元件的溶液通量。
[0018]本發(fā)明所述磷酸的過(guò)濾系統，其包括料罐一 10，超濾單元20、納濾單元30以及料罐二 50，所述超濾單元20的輸入端連接料罐一 10的輸出端，超濾單元20的初級濾液出口 21連接納濾單元30的輸入端，所述納濾單元30的二級濾液出口 31連接料罐二50。采用上述過(guò)濾系統可以將粗磷酸經(jīng)過(guò)超濾和納濾處理，得到的磷酸產(chǎn)品收率和純度高。優(yōu)選的，所述過(guò)濾系統還包括結晶池40，所述結晶池40的輸入端連接納濾單元30的二級濃縮液出口 32，結晶池40的上層清液出口41連接納濾單元30的輸入端，將納濾后得到的二級濃縮液排入結晶池40，這樣可以避免過(guò)濾系統內積聚大量的二級濃縮液造成納濾膜元件的阻塞，從而保證工藝的連續性生產(chǎn)，不僅如此，待結晶池中的二級濃縮液自然結晶沉淀后將其上層清液再送入納濾單元30進(jìn)行循環(huán)納濾處理，這樣能進(jìn)一步提高磷酸的收率。
[0019]進(jìn)一步的，所述超濾單元20的初級濃縮液出口 22通向收集處理系統。一般情況下，通過(guò)超濾單元20進(jìn)行超濾截留的初級濃縮液較少，且濃度低，所以實(shí)際生產(chǎn)中可以將超濾截留的初級濃縮液一直內置于過(guò)濾系統中，當然根據粗磷酸中大顆粒雜質(zhì)或懸浮物質(zhì)多少，以及初級濃縮液濃度的大小，也可以如圖1所示，設置外排管路將超濾單元20的初級濃縮液出口 22通向收集處理系統，這樣可以進(jìn)一步保證系統運行的持續性。
[0020]本發(fā)明所述的生產(chǎn)工藝是基于超濾和納濾進(jìn)行的濕法磷酸工藝，采用上述的生產(chǎn)工藝及過(guò)濾系統得到的磷酸收率和除雜率高，通過(guò)后期的濃縮處理，可使磷酸成品滿(mǎn)足工業(yè)級應用，并達到食品級標準。
[0021]為更清楚的說(shuō)明本發(fā)明公開(kāi)的技術(shù)方案，以下通過(guò)6個(gè)實(shí)施例來(lái)作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0022] 實(shí)施例1
[0023]第一步:采用超濾單元20超濾粗磷酸溶液，得到初級濾液；
[0024] 第二步:采用納濾單元30納濾初級濾液，得到二級濾液和二級濃縮液；
[0025]第三步:將二級濃縮液送入結晶池40中，待二級濃縮液結晶后將其上層清液再送回至納濾單元30中進(jìn)行循環(huán)納濾處理；
[0026]其中超濾膜元件的截留分子量為1000?2000D、進(jìn)膜壓力為10?20bar，納濾膜元件的截留分子量為100?300D、進(jìn)膜壓力為20?25bar，超濾和納濾膜元件的工作溫度為10?20°C。經(jīng)計算得知:磷酸收率達95%?97%，雜質(zhì)去除率達80%?85%。
[0027] 實(shí)施例2
[0028]操作步驟同實(shí)施例1，其中超濾膜元件的截留分子量為1000?2000D、進(jìn)膜壓力為10?20bar，納濾膜元件的截留分子量為300?500D、進(jìn)膜壓力為15?25bar，超濾和納濾膜元件的工作溫度為50°C。經(jīng)計算得知:磷酸收率達97%?98%，雜質(zhì)去除率達78%?83%。
[0029] 實(shí)施例3
[0030]操作步驟同實(shí)施例1，其中超濾膜元件的截留分子量為5000?6000D、進(jìn)膜壓力為10?20bar，納濾膜元件的截留分子量為100?300D、進(jìn)膜壓力為10?20bar，超濾和納濾膜元件的工作溫度為40?60°C。經(jīng)計算得知:磷酸收率達95%?98%，雜質(zhì)去除率達80%?84%。[0031 ] 實(shí)施例4
[0032]操作步驟同實(shí)施例1，其中超濾膜元件的截留分子量為5000?6000D、進(jìn)膜壓力為10?20bar，納濾膜元件的截留分子量為300?500D、進(jìn)膜壓力為15?25bar，超濾和納濾膜元件的工作溫度為40?60°C。經(jīng)計算得知:磷酸收率達96%?98%，雜質(zhì)去除率達77%?83%。
[0033] 實(shí)施例5
[0034]操作步驟同實(shí)施例1，其中超濾膜元件的截留分子量為8000?10000D、進(jìn)膜壓力為5?lObar，納濾膜元件的截留分子量為100?300D、進(jìn)膜壓力為15?25bar，超濾和納濾膜元件的工作溫度為60?80°C。經(jīng)計算得知:磷酸收率達98%?99%，雜質(zhì)去除率達74%?83%。
[0035] 實(shí)施例6
[0036]操作步驟同實(shí)施例1，其中超濾膜元件的截留分子量為8000?10000D、進(jìn)膜壓力為5?lObar，納濾膜元件的截留分子量為300?500D、進(jìn)膜壓力為10?20bar，超濾和納濾膜元件的工作溫度為60?80°C。經(jīng)計算得知:磷酸收率達98%?99%，雜質(zhì)去除率達73%?80%。