技术领域
[0001] 本发明涉及化工生产技术领域，尤其涉及一种净化湿法磷酸生产工业级、食品级磷酸的方法。
相关背景技术
[0002] 湿法磷酸净化溶剂萃取过程是一个液-液两相传质的过程，萃取设备要达到高的分离效果和强度，依赖于传质速率的提高。而提高传质速率的途径不外乎将分散充分以增大两相接触界面；增大两相湍流程度以提高传质系数；采取逆流方式接触并减少返混以增大传质推动力。
[0003] 目前行业内应用的萃取设备比较多，可归为分级萃取和微分萃取两类。混合澄清器及筛板塔属于分级萃取，填料塔、转盘塔和脉动萃取塔属于微分萃取。但在工业化时均不理想。
[0004] 1、混合澄清器
[0005] 这种设备是最早用于湿法磷酸萃取的设备，也是最普遍的，由混合区和分离区两部分组成。这种设备的操作可靠性强，两相的流量比可在大范围内变动，两相的混合和分离很充分，每级的效率很高，有时可接近理论级。缺点是投资和运转费用高。
[0006] 2、筛板塔
[0007] 轻相从塔顶出，重相从塔底出；有机溶剂从塔下部底进，湿法磷酸从塔上部进。筛板塔中的筛板作用一是使分散相经受反复的分散和集散，强化传质，二是基本清楚了不同板层间液体的返混，提高了传质推动力。
[0008] 筛板塔应用于界面张力较低的系统可以达到较高的效率，但对于界面张力较低的系统，难以实现有效的分散。
[0009] 3、转盘塔
[0010] 转盘塔是一种具有外加能量的萃取塔，转盘由外部电机驱动。轻相从塔顶出，重相从塔底出；有机溶剂从塔下部底进，湿法磷酸从塔上部进。
[0011] 转盘塔具有较高的效率，能满足大生产能力的要求，能力消耗低，在工业应用比较广泛，近年来被大规模的应用在湿法磷酸萃取净化工艺中。缺点是分离效率低，容易出现夹带；
[0012] 4、脉冲塔
[0013] 脉冲塔是一种输入外能，促进液-液体系分散的萃取塔。输入的外加能量促使塔中的介质发生脉冲运动，增强分散液滴内的扰动和相界面的湍流动程度，以提高相际传质速率。
[0014] 脉冲塔的突出优点在于塔内不要专门设置机械搅拌或往返运动结构件，脉冲运动的动源可设置在塔外，避免腐蚀。这种塔的处理能力不高，消耗的功率大，轴向混合亦比无脉冲时有所增加。
具体实施方式
[0036] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0037] 本发明用离心萃取机净化湿法磷酸的方法，包括以下步骤：
[0038] a、预处理：向湿法净化磷酸中加入脱氟剂进行脱氟，再加入活性炭脱色，过滤后向滤液中加入双氧水进行脱色，得到预处理磷酸；
[0039] b、萃取：将预处理磷酸从重相进口进入第一离心萃取机，将萃取剂从轻相进口进入第一离心萃取机进行萃取，所述萃取剂可采用磷酸三丁酯或磷酸丁酯中的一种与稀释剂煤油、MIBK、正丁醇或二异丙醚中的一种的混合物；
[0040] c、洗涤：将步骤b萃取后得到的有机相从轻相进口进入第二离心萃取机，将稀磷酸从重相进口进入第二离心萃取机进行逆流洗涤；
[0041] d、反萃：将步骤c洗涤后的有机相从轻相进口进入第三离心萃取机，将纯水从重相进口进入第三离心萃取机进行反萃；
[0042] e、脱硫：将反萃所得磷酸进入脱硫设备，用脱硫剂与其反应并过滤，滤渣为硫酸盐，滤液为磷酸；
[0043] f、浓缩：将脱硫后的磷酸通过清液泵送入浓缩设备，在真空加热条件下形成浓缩的净化磷酸。
[0044] 其中，具体的工艺参数控制要求为：
[0045] 加入步骤b中的预处理磷酸的浓度为30～40％，预处理磷酸与萃取剂的体积比为1：4～6，萃取温度为20～50℃；
[0046] 步骤c中，有机相与稀磷酸的相体积比15～30：1，洗涤温度为40～65℃；
[0047] 步骤d中，有机相与纯水的相体积比5～8：1，反萃温度为40～65℃。
[0048] 相比于传统工艺中的转盘塔，采用离心萃取机对原料磷酸浓度要求更低，P2O5含量只需30～40％，而转盘塔要求磷酸浓度必须控制在40～58％，由于浓度要求低，对普通半水湿法磷酸仅作简单处理即可满足要求，无额外能耗。由于离心萃取机转速较高，萃取时的相比要求也更低，体积比4：1即可，而转盘塔需要6～8：1。在洗涤和反萃阶段，同样应为高速旋转的离心萃取机可使两相充分混合，萃取效率高，分相效果好，因此所需的相比也相对较低。
[0049] 对于离心萃取机，由于常用的萃取设备萃取效率低，占地面积大，而离心萃取机尺寸小，单台离心萃取效率高，因此本申请采用的第一离心萃取机、第二离心萃取机和第三离心萃取机均为三台离心萃取机串联的三级萃取机构，采用三级逆流萃取便能增加萃取路径，减少萃取时间，从而提高萃取效果。若需要进一步提高萃取率则可以增加离心萃取机数量，为了提供足够的离心力来使有机相和水相实现混合、分相，各级离心萃取机的转速应不低于3000r/min。
[0050] 在整个生产过程中，为了节能减排，提高物料使用率，设置了物料循环工艺和热量循环工艺。整个工艺过程如图1所示，其中物料循环工艺包括：将步骤c中洗涤后产生的洗涤酸与步骤b中的预处理磷酸混合后进行萃取；步骤d中反萃所得的磷酸取其中一部分用作步骤c中的稀磷酸；步骤d中反萃所得的溶剂用作步骤b中的萃取剂。热量循环工艺包括：将步骤d反萃所得的高温溶剂在与步骤b产生的含酸溶剂换热后用作萃取剂，换热后的含酸溶剂通过蒸汽加热后进入步骤c进行洗涤。
[0051] 下面通过具体实施例对本发明作进一步说明。
[0052] 实施例一：
[0053] 预处理酸指标如下表：
[0054]原料名称 P2O5％ CaO％ MgO％ Fe2O3％ Al2O3％ F％ SO42-％ 比重
预处理酸 39.02 0.074 1.76 0.32 0.2 0.083 3.62 1.47
[0055] 1、萃取：配制含有磷酸三丁酯和煤油的混合溶剂，比重为0.93，离心萃取机转速至3000r/min后，预处理酸经计量泵以555ml/min送入第一级萃取离心机重相入口，混合溶剂用计量泵以2220ml/min送入第三级萃取离心机轻相入口，进行三级逆流萃取，萃取相比4：
1，温度为20℃-25℃，萃余酸通过第三级重相出口排出；含酸溶剂通过第一级萃取离心机轻相出口排出后通过换热器与循环溶剂进行换热，再通过蒸汽加热后进入洗涤段；
[0056] 2、洗涤：离心萃取机转速至3000r/min后，反萃后所得稀酸进入洗涤段第一级萃取离心机重相入口，来自萃取段加热后的含酸溶剂进入第三级萃取离心机轻相入口，进行三级逆流洗涤，洗涤相比20：1，温度为40-45℃，洗涤酸通过第三级重相出口排出与预处理酸混合；洗涤后的含酸溶剂从第一级萃取离心机轻相出口排出，进入反萃段；
[0057] 3、反萃：离心萃取机转速至3000r/min后，纯水进入反萃段第一级萃取离心机重相入口，来自洗涤段的含酸溶剂进入第三级萃取离心机轻相入口，进行三级逆流反萃，反萃相比5：1，温度为40-45℃，反萃后稀酸通过第三级重相出口排出后收集进入后端脱氟、浓缩处理；反萃后的溶剂从第一级萃取离心机轻相出口排出，进入一级换热器与萃取后溶剂换热后进入萃取段循环使用。
[0058] 运行时间24小时，消耗预处理酸1174.82kg，产出萃余酸470.13kg，折算萃取率77.92％，具体如下表：
[0059]
[0060]
[0061] 所得稀磷酸指标如下：
[0062]P2O5％ Ca％ Fe％ Mg％ F％ SO42-％ As％ 色度 比重
22.03 未检出 0.0004 未检出 0.007 0.24 0.0002 小于20 1.19
[0063] 实施例二：
[0064] 预处理酸指标如下表：
[0065]原料名称 P2O5％ CaO％ MgO％ Fe2O3％ Al2O3％ F％ SO42-％ 比重
预处理酸 39.02 0.074 1.76 0.32 0.2 0.083 3.62 1.47
[0066] 1、萃取：配制含有磷酸三丁酯和煤油的混合溶剂，比重为0.93，离心萃取机转速至3000r/min后，预处理酸经计量泵以555ml/min送入第一级萃取离心机重相入口，混合溶剂用计量泵以2220ml/min送入第三级萃取离心机轻相入口，进行三级逆流萃取，萃取相比4：
1，温度为35℃-40℃，萃余酸通过第三级重相出口排出；含酸溶剂通过第一级萃取离心机轻相出口排出后通过换热器与循环溶剂进行换热，再通过蒸汽加热后进入洗涤段；
[0067] 2、洗涤：离心萃取机转速至3000r/min后，反萃后所得稀酸进入洗涤段第一级萃取离心机重相入口，来自萃取段加热后的含酸溶剂进入第三级萃取离心机轻相入口，进行三级逆流洗涤，洗涤相比25：1，温度为60-65℃，洗涤酸通过第三级重相出口排出与预处理酸混合；洗涤后的含酸溶剂从第一级萃取离心机轻相出口排出，进入反萃段；
[0068] 3、反萃：离心萃取机转速至3000r/min后，纯水进入反萃段第一级萃取离心机重相入口，来自洗涤段的含酸溶剂进入第三级萃取离心机轻相入口，进行三级逆流反萃，反萃相比5：1，温度为60-65℃，反萃后稀酸通过第三级重相出口排出后收集进入后端脱氟、浓缩处理；反萃后的溶剂从第一级萃取离心机轻相出口排出，进入一级换热器与萃取后溶剂换热后进入萃取段循环使用。
[0069] 运行时间24小时，消耗预处理酸1174.82kg，产出萃余酸503.19kg，折算萃取率75.5％，具体如下表：
[0070]消耗脱色酸kg 消耗脱色酸P2O5％ 萃余酸质量kg 萃余酸P2O5％ 萃取率％
1174.82 39.02 503.19 22.32 75.5
[0071] 所得稀磷酸指标如下：
[0072]P2O5％ Ca％ Fe％ Mg％ F％ SO42-％ As％ 色度 比重
23.23 未检出 0.0006 未检出 0.01 0.58 0.0005 小于20 1.20
[0073] 实施例二：
[0074] 预处理酸指标如下表：
[0075]原料名称 P2O5％ CaO％ MgO％ Fe2O3％ Al2O3％ F％ SO42-％ 比重
预处理酸 39.02 0.074 1.76 0.32 0.2 0.083 3.62 1.47
[0076] 1、萃取：配制含有磷酸三丁酯和煤油的混合溶剂，比重为0.93，离心萃取机转速至3000r/min后，预处理酸经计量泵以370ml/min送入第一级萃取离心机重相入口，混合溶剂用计量泵以2220ml/min送入第三级萃取离心机轻相入口，进行三级逆流萃取，萃取相比6：
1，温度为45℃-50℃，萃余酸通过第三级重相出口排出；含酸溶剂通过第一级萃取离心机轻相出口排出后通过换热器与循环溶剂进行换热，再通过蒸汽加热后进入洗涤段；
[0077] 2、洗涤：离心萃取机转速至3000r/min后，反萃后所得稀酸进入洗涤段第一级萃取离心机重相入口，来自萃取段加热后的含酸溶剂进入第三级萃取离心机轻相入口，进行三级逆流洗涤，洗涤相比15：1，温度为60-65℃，洗涤酸通过第三级重相出口排出与预处理酸混合；洗涤后的含酸溶剂从第一级萃取离心机轻相出口排出，进入反萃段；
[0078] 3、反萃：离心萃取机转速至3000r/min后，纯水进入反萃段第一级萃取离心机重相入口，来自洗涤段的含酸溶剂进入第三级萃取离心机轻相入口，进行三级逆流反萃，反萃相比8：1，温度为60-65℃，反萃后稀酸通过第三级重相出口排出后收集进入后端脱氟、浓缩处理；反萃后的溶剂从第一级萃取离心机轻相出口排出，进入一级换热器与萃取后溶剂换热后进入萃取段循环使用。
[0079] 运行时间24小时，消耗预处理酸783.22kg，产出萃余酸285.83kg，折算萃取率79.63％，具体如下表。
[0080]消耗脱色酸kg 消耗脱色酸P2O5％ 萃余酸质量kg 萃余酸P2O5％ 萃取率％
783.22 39.02 285.83 21.78 79.63
[0081] 所得稀磷酸指标如下：
[0082]P2O5％ Ca％ Fe％ Mg％ F％ SO42-％ As％ 色度 比重
19.95 未检出 0.0002 未检出 0.006 0.18 0.0003 小于20 1.18
[0083] 综上所述，采用本工艺能够保证较高的萃取率，并且分相效果好，与转盘塔等相比，能实现快速分相且无夹带，具有很好的实用性和应用前景。
