[实用新型]一种多聚磷酸生产系统

说明书

技术领域

本实用新型属于磷化工技术领域，特别涉及一种多聚磷酸生产系统，尤其涉及一种高聚合、低砷含量的多聚磷酸生产系统。

背景技术

20世纪30年代，美国田纳西流域管理局研究发现，在正磷酸(H₃PO₄)和焦磷酸(H₄P₂O₇)之间有一种低共熔组成的液体磷酸。它的w (P₂O₅) 为76%，其中大约有49%的P₂O₅以正磷酸形态存在，有42%为焦磷酸、8%为三聚磷酸(H₅P₃O₁₀)、1%为四聚磷酸(H₆P₄O₁₃)存在。这种正磷酸与聚磷酸的混合液称为多聚磷酸(polyphosphoric acid)。它的分子结构是以线型开链配置为基础的，所以也称为线型缩合磷酸。多聚磷酸又称四聚磷酸、聚合磷酸或多磷酸，多聚磷酸是一种无色透明黏稠状液体，易潮解，不结晶，有腐蚀性，能与水混溶水解为正磷酸。它不同于一般的浓磷酸，实际上是一系列磷酸聚合物的混和物。

多聚磷酸在颜料、制药、香料、皮革、阻燃剂制造等行业中有着广泛的用途，例如在有机合成中作为环化剂、酸化剂和脱水剂等。多聚磷酸还可以作为溶液兼脱水剂，通过4-2羧酸噻唑与邻苯二胺的缩合反应，合成噻苯咪唑食品保鲜剂。多聚磷酸不仅是一个重要的化工中间产品，也是一个重要的化工产品，还可作为磷酸的代用品等。多聚磷酸作为磷化工新的基础原料酸，与热法磷酸相比具有无法比拟的优点。1、过冷性质，即使在低温条件下储存，仍保持液态；2、腐蚀性小；3、运输等量P₂O₅的运输费用比普通磷酸要省40%；5、缩合磷酸成分对金属离子具有很好的螯合作用。为此多聚磷酸在许多领域正逐步代替工业磷酸而被广泛使用。

多聚磷酸的工业生产方法主要有热法和湿法两种。热法主要是基于传统的热法磷酸生产装置，差别仅在于补充冷却的工艺方式；湿法主要是将湿法磷酸经单级或多级蒸发器加热浓缩，除去水分得到。两者相比较，湿法的特点是产品成本相对较低，但是产品杂质含量较高，使用受到限制，主要用于生产农业用化肥及制取饲料磷酸盐；热法的工艺特点是产品质量好，杂质含量低，但价格较贵，主要用于制取各种工业用磷化工产品。我国对多聚磷酸的研究才刚刚起步，主要采用热法磷酸生产多聚磷酸。在湿法磷酸的生产过程中，磷矿石和硫酸反应产生的料浆经过滤、浓缩来提高磷酸的浓度。通常酸的浓缩是在不同类型的真空蒸发器中进行，尽管去保证受热均匀，由于高温及传热不均匀性，酸在浓缩过程中难免会产生局部过热，使加热容器表面出现沉淀结垢。

多聚磷酸的制取方法基于保密的原因，国内外有关资料报道相对较少，一般用高温浓缩法，这种方法对温度、真空度及装置的要求都比较高，国内常用85% H₃PO₄磷酸加五氧化二磷的方法制取。国外资料还显示，在高温浓缩过程中易发生过热现象，极易形成白色沉淀物附着在反应器壁上。现有的多聚磷酸工艺如下。

1、加热浓缩法：高温加热浓缩法是在一个发生器或浸入式的火炉中产生1000^oC者更高温度的热气，热气被导入发生器中与酸充分接触而使其浓缩。这个方法存在很多缺点，比如：热气温度过高的时候，会携带大量的酸微粒需要处理，这些微粒易形成气溶胶；在实际操作中难于收集，导致酸的损失、设备腐蚀严重和大气污染。同时由于要用1000^oC的热烟气，故能耗高，而且酸在高温条件下易发生局部过热现象，在发生器内易形成沉淀物，影响发生器的长期稳定运行。

2、电能法：将电作用于被放置在装有酸的容器中的电极上，电流在电极之间流动并瞬间转化成热量，使酸沸腾产生水蒸气和其他可能存在磷酸中的可挥发性物质，随着电流的通入沸腾继续进行，使磷酸变得越来越浓。据美国专利2839408 报道，磷酸可以通过放置在其中的直流电极电解浓缩，并产生氢气和氧气。这个过程明显的缺点是产生的氢气和氧气不能很好地分离，非常容易爆炸；在用此方法浓缩湿法磷酸的过程中，氟化合物会污染氢气和氧气，这将削弱它们作为原料的有效性；同时，可能导致磷酸中的杂质在电极表面析出，影响电极的功能。