磷酸的生產工藝及過濾系統
磷酸的生產工藝及過濾系統
技術領域
[0001]本發明涉及化工技術領域，具體涉及一種化學品的生產工藝及過濾系統。
背景技術
[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合肥，如磷酸銨、重過磷酸鈣、磷酸二氫鉀等，磷酸也是生產飼料添加劑、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品的重要原料。生產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，以此為原料生產的磷酸濃度低，雜質含量高，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、生產成本高，而且生產過程中會產生粉塵和有毒氣體，嚴重污染環境，因此工業上已很少采用熱法磷酸工藝生產磷酸；目前工業上大多是采用濕法磷酸工藝生產制備磷酸，該工藝是采用無機酸分解磷礦，然后過濾料漿，分離得到粗磷酸，再經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應用，而化學沉降法既要添加大量的化學藥劑，又要建大量的沉淀槽，處理時間長、投資大、污染環境，而且有些雜質難以去除，如粗磷酸中的鋁離子，其易生成絮狀物，很難沉淀。
發明內容
[0003]本發明的首要目的是提供一種收率高、可靠性高的磷酸生產工藝。
[0004]為實現上述目的，本發明采用的技術方案是:一種磷酸的生產工藝，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]上述技術方案產生的有益效果在于:將粗磷酸經過超濾和納濾處理，這樣得到的磷酸產品收率和純度高，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，保證了工藝運行的可靠性。
[0008]本發明的另外一個目的是提供一種如上所述工藝的過濾系統，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。采用該過濾系統可以有效地將粗磷酸進行超濾和納濾，得到收率和純度高的磷酸成品。
附圖說明
[0009]圖1是過濾系統的結構示意圖。
具體實施方式
[0010] 一種磷酸的生產工藝，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過超濾和納濾處理，這樣得到的磷酸產品收率和純度高，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，保證了工藝運行的可靠性。與現有技術相比，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，同時減少投資成本和環境污染，降低能耗。
[0014]作為進一步的優選方案:所述生產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進行納濾處理。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，進一步提高工藝運行的可靠性和穩定性。同時，待結晶池中的二級濃縮液結晶后將上層清液再循環進行納濾處理，這樣大大的提高磷酸的收率。
[0015]進一步的，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。有些雜質離子，如鋁離子，其在粗磷酸中易形成絮狀物，采用現有技術難以除去，而本發明采用納濾處理可以有效地將鋁離子從磷酸中去除。
[0017]進一步的，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，前道工序生產得出的粗磷酸到達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得到的粗磷酸直接進行過濾，有效提高生產效率，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，工作溫度太低會影響溶液的通量，太高易造成膜元件的損壞。優選的，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]本發明所述磷酸的過濾系統，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。采用上述過濾系統可以將粗磷酸經過超濾和納濾處理，得到的磷酸產品收率和純度高。優選的，所述過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，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進行循環納濾處理，這樣能進一步提高磷酸的收率。
[0019]進一步的，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，通過超濾單元20進行超濾截留的初級濃縮液較少，且濃度低，所以實際生產中可以將超濾截留的初級濃縮液一直內置于過濾系統中，當然根據粗磷酸中大顆粒雜質或懸浮物質多少，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，這樣可以進一步保證系統運行的持續性。
[0020]本發明所述的生產工藝是基于超濾和納濾進行的濕法磷酸工藝，采用上述的生產工藝及過濾系統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級應用，并達到食品級標準。
[0021]為更清楚的說明本發明公開的技術方案，以下通過6個實施例來作進一步的說明。
[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中進行循環納濾處理；
[0026]其中超濾膜元件的截留分子量為1000?2000D、進膜壓力為10?20bar，納濾膜元件的截留分子量為100?300D、進膜壓力為20?25bar，超濾和納濾膜元件的工作溫度為10?20°C。經計算得知:磷酸收率達95%?97%，雜質去除率達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、進膜壓力為10?20bar，納濾膜元件的截留分子量為300?500D、進膜壓力為15?25bar，超濾和納濾膜元件的工作溫度為50°C。經計算得知:磷酸收率達97%?98%，雜質去除率達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、進膜壓力為10?20bar，納濾膜元件的截留分子量為100?300D、進膜壓力為10?20bar，超濾和納濾膜元件的工作溫度為40?60°C。經計算得知:磷酸收率達95%?98%，雜質去除率達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、進膜壓力為10?20bar，納濾膜元件的截留分子量為300?500D、進膜壓力為15?25bar，超濾和納濾膜元件的工作溫度為40?60°C。經計算得知:磷酸收率達96%?98%，雜質去除率達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、進膜壓力為5?lObar，納濾膜元件的截留分子量為100?300D、進膜壓力為15?25bar，超濾和納濾膜元件的工作溫度為60?80°C。經計算得知:磷酸收率達98%?99%，雜質去除率達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、進膜壓力為5?lObar，納濾膜元件的截留分子量為300?500D、進膜壓力為10?20bar，超濾和納濾膜元件的工作溫度為60?80°C。經計算得知:磷酸收率達98%?99%，雜質去除率達73%?80%。