磷酸的生產(chǎn)工藝及過濾系統(tǒng)
磷酸的生產(chǎn)工藝及過濾系統(tǒng)
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)工藝及過濾系統(tǒng)。
背景技術(shù)
[0002]磷酸是一種用途廣泛的基本化工原料，其主要用來制造高效磷肥和復(fù)合肥，如磷酸銨、重過磷酸鈣、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，難以滿足中高端市場的需求，同時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(yīng)得到磷酸，該工藝電耗大、生產(chǎn)成本高，而且生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生粉塵和有毒氣體，嚴(yán)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，該工藝是采用無機(jī)酸分解磷礦，然后過濾料漿，分離得到粗磷酸，再經(jīng)過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(yīng)大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)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，處理時間長、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(nèi)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]為實現(xiàn)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(xù)處理粗磷酸，有利于工藝的持續(xù)性生產(chǎn)，保證了工藝運行的可靠性。
[0008]本發(fā)明的另外一個目的是提供一種如上所述工藝的過濾系統(tǒng)，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。采用該過濾系統(tǒng)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。
附圖說明
[0009]圖1是過濾系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
[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(xù)處理粗磷酸，有利于工藝的持續(xù)性生產(chǎn)，保證了工藝運行的可靠性。與現(xiàn)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(jié)晶池，待二級濃縮液結(jié)晶后將結(jié)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(tǒng)內(nèi)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(tǒng)內(nèi)排出送入結(jié)晶池，這樣可以減少系統(tǒng)內(nèi)的二級濃縮液，從而保證工藝的連續(xù)性生產(chǎn)，進(jìn)一步提高工藝運行的可靠性和穩(wěn)定性。同時，待結(jié)晶池中的二級濃縮液結(jié)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(xiàn)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。一般來說，前道工序生產(chǎn)得出的粗磷酸到達(dá)超濾和納濾膜元件時的溫度在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)行過濾，有效提高生產(chǎn)效率，當(dāng)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)明所述磷酸的過濾系統(tǒng)，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。采用上述過濾系統(tǒng)可以將粗磷酸經(jīng)過超濾和納濾處理，得到的磷酸產(chǎn)品收率和純度高。優(yōu)選的，所述過濾系統(tǒng)還包括結(jié)晶池40，所述結(jié)晶池40的輸入端連接納濾單元30的二級濃縮液出口 32，結(jié)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(jié)晶池40，這樣可以避免過濾系統(tǒng)內(nèi)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(xù)性生產(chǎn)，不僅如此，待結(jié)晶池中的二級濃縮液自然結(jié)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(tǒng)。一般情況下，通過超濾單元20進(jìn)行超濾截留的初級濃縮液較少，且濃度低，所以實際生產(chǎn)中可以將超濾截留的初級濃縮液一直內(nèi)置于過濾系統(tǒng)中，當(dāng)然根據(jù)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(shè)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(tǒng)，這樣可以進(jìn)一步保證系統(tǒng)運行的持續(xù)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)工藝及過濾系統(tǒng)得到的磷酸收率和除雜率高，通過后期的濃縮處理，可使磷酸成品滿足工業(yè)級應(yīng)用，并達(dá)到食品級標(biāo)準(zhǔn)。
[0021]為更清楚的說明本發(fā)明公開的技術(shù)方案，以下通過6個實施例來作進(jìn)一步的說明。
[0022] 實施例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(jié)晶池40中，待二級濃縮液結(jié)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(dá)95%?97%，雜質(zhì)去除率達(dá)80%?85%。
[0027] 實施例2
[0028]操作步驟同實施例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(dá)97%?98%，雜質(zhì)去除率達(dá)78%?83%。
[0029] 實施例3
[0030]操作步驟同實施例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(dá)95%?98%，雜質(zhì)去除率達(dá)80%?84%。[0031 ] 實施例4
[0032]操作步驟同實施例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(dá)96%?98%，雜質(zhì)去除率達(dá)77%?83%。
[0033] 實施例5
[0034]操作步驟同實施例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(dá)98%?99%，雜質(zhì)去除率達(dá)74%?83%。
[0035] 實施例6
[0036]操作步驟同實施例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(dá)98%?99%，雜質(zhì)去除率達(dá)73%?80%。