CN1597501A - 用干湿综合法生产三聚磷酸钠的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种用干湿综合法生产三聚磷酸钠的方法，它是对用“中和－聚合”传统技术制造三聚磷酸钠及磷酸盐类产品的生产方法的改进，它是分别采用湿法萃取和干法焙烧综合并用的方法，用少量的磷酸和纯碱分别与磷矿粉和芒硝反应，为“中和－聚合”生产三聚磷酸钠及磷酸盐类产品提供富含P2O5的磷酸萃取液和纯碱浸取液，本发明是用价廉的磷矿粉和芒硝同时替代纯碱和磷酸两项大宗原料，同现有技术相比较，用本发明提出的方法每生产一吨三聚磷酸钠产品，纯碱和磷酸原料的消耗量分别下降200公斤和500公斤，大大降低了生产成本，具有十分显著的经济效益，有极好的推广使用前景。
Description
技术领域：
本发明涉及生产制造三聚磷酸钠及其磷酸盐类产品的方法，属于化工技术领域，具体地说是一种用干湿综合法生产三聚磷酸钠的方法。
背景技术：
三聚磷酸钠及其磷酸盐类产品是化学工业的重要产品，是一种重要的化学添加助剂，它主要应用于洗涤剂、石化、药品和食品工业等众多生产技术领域。长期以来，在化工工业中生产制造三聚磷酸钠及其它磷酸盐类产品一直都是沿用磷酸与烧碱或纯碱进行中和反应后再聚合而成的方法。美国专利US 3322493就公开了一种生成三聚磷酸钠产品的生产技术，它是用磷酸与碱性化合物如氢氧化钠或碳酸钠的水溶液起反应，生成一种含有一分子磷酸二氢钠(一钠)和二分子磷酸氢二钠(二钠)的含水混合物，再加热到350℃以上，除去自由水即可制得三聚磷酸钠的产品。目前，这项技术仍然是化工工业中生产三聚磷酸钠及其磷酸盐类产品的主要传统方法，已经成功使用多年，它的生产设备和工艺技术都已经相当成熟。但是，这种传统方法的最大技术性缺陷是它的生产成本太高，而生产成本太高的主要原因是由它使用的原料结构所决定的，即采用该传统方法生产三聚磷酸钠时所消耗磷酸和纯碱原料的数量大，在市场上购买磷酸和纯碱这两宗原料的费用太高。据中和聚合反应的理论测算和实际生产经验，每生产一吨三聚磷酸钠产品大药需要消耗0.85吨磷酸和0.9吨纯碱原料，而购买磷酸和纯碱这两宗主要原料的材料费已达到三聚磷酸钠产品的市场销售价，致使大多数生产三聚磷酸钠的化工企业都处于必亏无疑的被动局面，有的化工企业甚至被迫停产。显然，只有从根本上调整原料结构才能使生产三聚磷酸钠的化工企业彻底摆脱当前所面临的困境。有的企业已探索性地采用购买黄磷原料来自已生产磷酸，企图以降低购买磷酸原料费用的方式来勉强维持生产，但其经济效益也并不理想，况且采用这种方式势必增大黄磷的市场需求量，而炼制黄磷不仅会消耗大量电能，还会加重环境污染，这种方式是以高耗能和牺牲环境为代价，实在不宜推广使用。中国专利CN1030981C公开了一种名称为“一种三聚磷酸钠的生产方法”的专利技术，它是先将磷酸与氯化钠在高温条件下反应脱除氯化氢并制得聚磷酸盐混合物，然后再加入碳酸钠与其反应，最后制得三聚磷酸钠成品。它的最大特征是采用氯化钠部份地替代碳酸钠原料，虽然这种生产方法能减少碳酸钠原料的消耗量，对降低三聚磷酸钠的生产成本有一定的作用，但是，由于它只能用氯化钠部份地替代碳酸钠原料，只能少量地降低碳酸钠这一宗原料的消耗量，而磷酸原料的消耗量却仍然是居高不下，显然，这种生产方法在原料结构调整、降低生产成本和增加经济效益等方面的成效也并不是十分明显，并且，采用这种方法生产制造三聚磷酸钠时，会有大量的氯化氢有害气体逸出，造成严重的环境污染问题，实在是得不偿失。
发明内容：
本发明是在现有技术的基础上提出一种工艺简捷、操作容易、运行安全可靠、所用原料廉价易取、能明显降低制造成本的用干湿综合法生产三聚磷酸钠的方法，它是采用廉价的磷矿粉[它的主要成份为Ca5F(PO4)3、含P2O5约为30％]和工业芒硝[Na2SO4]同时替代纯碱和磷酸两宗原料，在中和反应前，分别采用湿法萃取和干法焙烧的方法，让磷酸和纯碱分别与磷矿粉和工业芒硝充分反应吸收，分别制成富含P2O5成份的磷酸萃取液和纯碱浸取液，再送入中和反应池进行中和反应、聚合生成三聚磷酸钠及其它磷酸盐类产品。它是通过如下技术方案来实现的：
它依次按以下次序的步骤进行：
①用湿法制取富含P2O5的磷酸萃取液
(1)计量配料(按重量计)：
磷酸(H3PO4含量85％) 1份，
磷矿粉 0.8∽4份，
芒硝 0.4∽1份，
(2)湿法萃取：首先将磷酸(H3PO4含量85％)放入萃取反应池内，按磷酸重量的2∽4倍加水稀释后，再按规定的重量配比称取磷矿粉加入萃取反应池内，在搅拌均匀的工况下，通入蒸汽加热，控制萃取反应的温度为60∽95℃、时间为4∽7小时，在萃取反应池内进行如下萃取反应生成Ca(H2PO4)2
(3)吸收反应：再按规定的重量配比称取芒硝加入萃取反应池内，在充分搅拌均匀的工况下进行吸收反应，制得磷酸二氢钠(一钠)溶液：
(4)过滤净化：将制得的磷酸二氢钠(一钠)溶液送入压滤过滤机过滤排弃沉渣后，再将滤液输入存液罐内进一步澄清净化，即制得富含P2O5的磷酸萃取液，供中和反应用，
可将压滤过滤机排出的沉渣集中收集，送入焙烧炉回用焙烧，可充分回收利用沉渣中残存的有用物质成份(如CaHPO4)，可充分回收利用物质资源，进一步降低生产成本，
②用干法制取富含P2O5的纯碱浸取液
(1)称量混料(按重量计)：
纯碱(Na2CO3) 1份，
磷矿粉 1.5∽4份，
按规定的重量配比称取物料送入混料机内搅拌混配成混合物料，
(2)干法焙烧：将混配成的混合物料送入焙烧炉内进行焙烧制成主要成份为Na4P2O7(焦磷酸钠又名四钠)的混合熟料，控制焙烧温度为500∽950℃、焙烧时间为1∽4小时，在焙烧反应过程中翻动混合熟料，可促使焙烧化学反应充分进行：
可将在湿法制取磷酸萃取液的过滤净化步骤中所排出的含有成份为CaHPO4有用物质的沉渣送入焙烧炉内进行回用焙烧，可充分回收利用物质资源，沉渣焙烧化学反应生成的主要物质成份为Na3PO4(三钠)：
(3)浸取水解：将干法焙烧步骤制得的主要成份为Na4P2O7的混合熟料趁热放入浸取水池内，向浸取水池内通入蒸汽加热，控制浸取水解反应温度为60∽95℃、浸取水解反应时间为3∽7小时，在搅拌工况下进行如下浸取水解反应制成主要成份为Na3PO4的溶液，
(4)滤渣净化：将浸取水解步骤制得的主要成份为Na3PO4的溶液送入压滤过滤机过滤排弃沉渣后，再将滤液输入存液罐内进一步澄清净化，即制得富含P2O5的纯碱浸取液，供中和反应用，
③中和反应：将上述用湿法制取的富含P2O5的磷酸萃取液和用干法制取的富含P2O5的纯碱浸取液输入中和反应池内进行如下中和反应，即制得主要含有一分子磷酸二氢钠(一钠)和二分子磷酸氢二钠(二钠)的含水混合物溶液：
④过滤排渣：将中和反应步骤制得的主要含有一分子磷酸二氢钠(一钠)和二分子磷酸氢二钠(二钠)的含水混合物溶液经压滤过滤机过滤排渣后即制成主要含有一分子磷酸二氢钠(一钠)和二分子磷酸氢二钠(二钠)的含水混合物澄清液体，
⑤喷雾干燥：将过滤排渣步骤制得的主要含有一分子磷酸二氢钠(一钠)和二分子磷酸氢二钠(二钠)的含水混合物澄清液体送入喷雾干燥机进行干燥，即制成主要含有一分子磷酸二氢钠(一钠)和二分子磷酸氢二钠(二钠)的粉状混合物，
⑥聚合生成：将喷雾干燥步骤制得的主要含有一分子磷酸二氢钠(一钠)和二分子磷酸氢二钠(二钠)的粉状混合物送入聚合炉进行聚合反应，聚合生成三聚磷酸钠固体产品。
⑦包装入库：将聚合生成的三聚磷酸钠固体产品经包装机计量分袋包装入库即可。
用本发明提出的干湿综合法同样适用于单独生产NaH2PO4(一钠)、Na2HPO4(二钠)、Na3PO4(三钠)和Na4P2O7(四钠)等其它聚磷酸盐类产品。
附图说明：
附图是本发明的生产工流程图。
具体实施方式：
实施例一：
本发明提出的的用干湿综合法生产三聚磷酸钠的方法，它依次按以下次序的步骤进行：
①用湿法制取富含P2O5的磷酸萃取液：
(1)计量配料(按重量计)：
磷酸(H3PO4含量85％) 1份，
磷矿粉 1份，
芒硝 0.5份，
(2)湿法萃取：将磷酸(H3PO4含量85％)放入萃取反应池内，按磷酸重量的2倍加水稀释后，再按规定的重量配比称取磷矿粉加入萃取反应池内，在搅拌均匀的工况下，通入蒸汽加热，控制萃取反应的温度为90℃、时间为6小时，在萃取反应池内进行如下萃取反应生成Ca(H2PO4)2，其其反应式如下：
(3)吸收反应：再按规定的重量配比称取芒硝加入萃取反应池内，在充分搅拌均匀的工况下进行吸收反应，生成磷酸二氢钠(一钠)溶液，其其反应式如下：
(4)过滤净化：将制得的磷酸二氢钠(一钠)溶液送入压滤过滤机过滤排弃沉渣后，再将滤液输入存液罐内进一步澄清净化，即制得富含P2O5的磷酸萃取液，供中和反应用，将压滤过滤机排出的沉渣集中收集，送入焙烧炉回用焙烧，可充分回收利用沉渣中残存的有用物质成份(如CaHPO4)，能进一步降低生产成本。
②用干法制取富含P2O5的纯碱浸取液：
(1)称量混料(按重量计)：
纯碱(Na2CO3) 1份，
磷矿粉 2份，
按规定的重量配比称取物料送入混料机内搅拌混配成混合物料，
(2)干法焙烧：将混配成的混合物料送入焙烧炉内进行焙烧制成主要成份为Na4P2O7(焦磷酸钠又名四钠)的混合熟料，控制焙烧温度为900℃、焙烧时间为3小时，在焙烧反应过程中不断翻动混合熟料，可促使焙烧化学反应充分进行，其反应式如下：
可将在湿法制取磷酸萃取液的过滤净化步骤中所排出的含有成份为CaHPO4有用物质的沉渣配入混合物料中送入焙烧炉内进行回用焙烧，可充分回收利用物质资源，沉渣焙烧化学反应生成的主要物质成份为Na3PO4(三钠)，其反应式如下：
(3)浸取水解：将干法焙烧步骤制得的主要成份为Na4P2O7的混合熟料趁热放入浸取水池内，向浸取水池内通入蒸汽加热，控制浸取水解反应温度为90℃、浸取水解反应时间为6小时，在搅拌工况下进行如下浸取水解反应制成主要成份为Na3PO4的溶液，其反应式如下：
(4)滤渣净化：将浸取水解步骤制得的主要成份为Na3PO4的溶液送入压滤过滤机过滤排弃沉渣后，再将滤液输入存液罐内进一步澄清净化，即制得富含P2O5的纯碱浸取液，供中和反应用，
③中和反应：将上述用湿法制取的富含P2O5的磷酸萃取液和用干法制取的富含P2O5的纯碱浸取液输入中和反应池内进行如下中和反应，即制得主要含有一分子磷酸二氢钠(一钠)和二分子磷酸氢二钠(二钠)的含水混合物溶液：
④过滤排渣：将中和反应步骤制得的主要含有一分子磷酸二氢钠(一钠)和二分子磷酸氢二钠(二钠)的含水混合物溶液经压滤过滤机过滤排渣后即制成主要含有一分子磷酸二氢钠(一钠)和二分子磷酸氢二钠(二钠)的含水混合物澄清液体。
⑤喷雾干燥：将过滤排渣步骤制得的主要含有一分子磷酸二氢钠(一钠)和二分子磷酸氢二钠(二钠)的含水混合物澄清液体送入喷雾干燥机进行干燥，即制成主要含有一分子磷酸二氢钠(一钠)和二分子磷酸氢二钠(二钠)的粉状混合物。
⑥聚合生成：将喷雾干燥步骤制得的主要含有一分子磷酸二氢钠(一钠)和二分子磷酸氢二钠(二钠)的粉状混合物送入聚合炉进行聚合反应，聚合生成三聚磷酸钠固体产品。
⑦包装入库：将聚合生成的三聚磷酸钠固体产品经包装机计量分袋包装入库即可。
实施例二：
本发明提出的的用干湿综合法生产三聚磷酸钠的方法，它依次按以下次序的步骤进行：
①用湿法制取富含P2O5的磷酸萃取液
(1)计量配料(按重量计)：
磷酸(H3PO4含量85％) 1份，
磷矿粉 3份，
芒硝 1份，
(2)湿法萃取：首先将磷酸(H3PO4含量85％)放入萃取反应池内，按磷酸重量的4倍加水稀释后，再按规定的重量配比称取磷矿粉加入萃取反应池内，在搅拌均匀的工况下，通入蒸汽加热，控制萃取反应的温度为65℃、时间为4小时，在萃取反应池内进行如下萃取反应生成Ca(H2PO4)2，其反应式如下：
(3)吸收反应：再按规定的重量配比称取芒硝加入萃取反应池内，在充分搅拌均匀的工况下进行吸收反应，生成磷酸二氢钠(一钠)溶液，其反应式如下：
(4)过滤净化：将制得的磷酸二氢钠(一钠)溶液送入压滤过滤机过滤排弃沉渣后，再将滤液输入存液罐内进一步澄清净化，即制得富含P2O5的磷酸萃取液，供中和反应用。
③用干法制取富含P2O5的纯碱浸取液
(1)称量混料(按重量计)：
纯碱(Na2CO3) 1份，
磷矿粉 4份，
按规定的重量配比称取物料送入混料机内搅拌混配成混合物料，
(2)干法焙烧：将混配成的混合物料送入焙烧炉内进行焙烧制成主要成份为Na4P2O7(焦磷酸钠又名四钠)的混合熟料，控制焙烧温度为600℃、焙烧时间为2小时，在焙烧反应过程中翻动混合熟料，可促使焙烧化学反应充分进行，其反应式如下：
(3)浸取水解：将干法焙烧步骤制得的主要成份为Na4P2O7的混合熟料趁热放入浸取水池内，向浸取水池内通入蒸汽加热，控制浸取水解反应温度为65℃、浸取水解反应时间为4小时，在搅拌工况下进行如下浸取水解反应制成主要成份为Na3PO4的溶液：
(4)滤渣净化：将浸取水解步骤制得的主要成份为Na3PO4的溶液送入压滤过滤机过滤排弃沉渣后，即制得富含P2O5的纯碱浸取液，再将滤液输入存液罐内进一步澄清净化，供中和反应用，
③中和反应：将上述用湿法制取富的含P2O5的磷酸萃取液和用干法制取的富含P2O5的纯碱浸取液输入中和反应池内进行如下中和反应，即制得主要含有一分子磷酸二氢钠(一钠)和二分子磷酸氢二钠(二钠)的含水混合物溶液，其反应式如下：
④过滤排渣：将中和反应步骤制得的主要含有一分子磷酸二氢钠(一钠)和二分子磷酸氢二钠(二钠)的含水混合物溶液经压滤过滤机过滤排渣后即制成主要含有一分子磷酸二氢钠(一钠)和二分子磷酸氢二钠(二钠)的含水混合物澄清液体，
⑤喷雾干燥：将过滤排渣步骤制得的主要含有一分子磷酸二氢钠(一钠)和二分子磷酸氢二钠(二钠)的含水混合物澄清液体送入喷雾干燥机进行干燥，即制成主要含有一分子磷酸二氢钠(一钠)和二分子磷酸氢二钠(二钠)的粉状混合物，
⑥聚合生成：将喷雾干燥步骤制得的主要含有一分子磷酸二氢钠(一钠)和二分子磷酸氢二钠(二钠)的粉状混合物送入聚合炉进行聚合反应，聚合生成三聚磷酸钠固体产品。
⑦包装入库：将聚合生成的三聚磷酸钠固体产品经包装机计量分袋包装入库即可。
用本发明提出的干湿综合法同样适用于单独生产NaH2PO4(一钠)、Na2HPO4(二钠)、Na3PO4(三钠)和Na4P2O7(四钠)等其它聚磷酸盐类产品。
Claims (3)
1.一种用干湿综合法生产三聚磷酸钠的方法，它依次按以下次序的步骤进行：
①中和反应：将磷酸萃取液和纯碱浸取液输入中和反应池内进行中和反应，制得主要含有一分子磷酸二氢钠(一钠)和二分子磷酸氢二钠(二钠)的含水混合物溶液，
②过滤排渣：将中和反应制得的含水混合物溶液经过滤排渣，制成主要含有一分子磷酸二氢钠(一钠)和二分子磷酸氢二钠(二钠)的含水混合物澄清液体，
③喷雾干燥：将过滤排渣制得的含水混合物澄清液体进行喷雾干燥，制成主要含有一分子磷酸二氢钠(一钠)和二分子磷酸氢二钠(二钠)的粉状混合物，
④聚合生成：将喷雾干燥制得的粉状混合物送入聚合炉进行聚合反应，聚合生成三聚磷酸钠固体产品，
其特征在于：
在中和反应步骤中所用的磷酸萃取液，是采用依次按如下次序的步骤进行的湿法制取的富含P2O5的磷酸萃取液：
(1)计量配料(按重量计)：
磷酸(H3PO4含量85％) 1份，
磷矿粉 0.8∽4份，
芒硝 0.4∽1份，
(2)湿法萃取：将磷酸(H3PO4含量85％)放入萃取反应池内，按磷酸重量的2∽4倍加水稀释后，按规定的重量配比加入磷矿粉进行萃取反应，控制温度为60∽95℃、时间为4∽7小时，
(3)吸收反应：再按规定的重量配比加入芒硝进行吸收反应，制得磷酸二氢钠(一钠)溶液，
(4)过滤净化：将制得的磷酸二氢钠(一钠)溶液过滤排弃沉渣，制得磷酸萃取液，
在中和反应步骤中所用的纯碱浸取液，是采用依次按如下次序的步骤进行的干法制取的富含P2O5的纯碱浸取液：
(1)称量混料(按重量计)：
纯碱(Na2CO3) 1份，
磷矿粉 1.5∽4份，
(2)干法焙烧：将按规定的重量配比称取物料送入焙烧炉内烧制成混合熟料，控制焙烧温度为500∽950℃、焙烧时间为1∽4小时，
(3)浸取水解；将烧制成的混合熟料放入浸取水池内，进行浸取水解反应，控制温度为60∽95℃、时间为3∽7小时，
(4)滤渣净化：将浸取水解反应制得的溶液过滤排弃沉渣，制得纯碱浸取液供中和反应步骤用。
2.根据权利要求1所述的用干湿综合法生产三聚磷酸钠的方法，其特征在于：将湿法制取磷酸萃取液方法的过滤净化步骤中所排弃的沉渣送入焙烧炉进行回用焙烧。
3.根据权利要求1或2所述的用干湿综合法生产三聚磷酸钠的方法，其特征在于：适用于生产NaH2PO4(一钠)、Na2HPO4(二钠)、Na3PO4(三钠)和Na4P2O7(四钠)聚磷酸盐类产品。
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