способ получения экстракционной фосфорной кислоты и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ получения экстракционной фосфорной кислоты, включающий смешение исходного фосфорсодержащего сырья, серной кислоты, оборотной фосфорной кислоты, затравочных кристаллов фосфогипса и промывных вод с получением фосфорнокислой суспензии, отделение из нее фосфогипса, его промывку, вывод продукционной кислоты, отличающийся тем, что, с целью уменьшения потерь фосфорной кислоты и снижения эксплуатационных затрат, перед отделением фосфогипса фосфорнокислую суспензию подвергают первичному отстаиванию с выводом продукционной кислоты в стехиометрических с исходным сырьем количествах, полученную сгущенную фосфорнокислую суспензию фосфогипса смешивают с промывной водой и подвергают вторичному отстаиванию с одновременной противоточной промывкой фосфогипса водой и образованием оборотной фосфорной кислоты с затравочными кристаллами и суспензии фосфогипса, подвергаемой разделению на фильтре на фосфогипс и промывные воды, которые смешивают с исходным сырьем, а также со сгущенной суспензией фосфогипса, причем содержание затравочных кристаллов в оборотной фосфорной кислоте регулируют путем изменения скорости восходящих потоков за счет частичного возврата оборотной фосфорной кислоты.

2. Устройство для получения экстракционной фосфорной кислоты, включающее корпус со штуцерами для подвода и отвода взаимодействующих фаз, верхнюю и нижнюю осадительные камеры, размещенные в корпусе насадочные элементы и источник пульсации, отличающееся тем, что оно снабжено промежуточной осадительной камерой, установленной между верхней осадительной камерой и корпусом, переливной обечайкой и штуцерами с запорными органами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК) путем сернокислотного разложения фоссырья (апатит, фосфориты) и может быть использовано в химической промышленности на предприятиях по производству фосфорных и комплексных удобрений.

Известен традиционный способ получения ЭФК [1] , по которому фоссырье, серная кислота, оборотная фосфорная кислота, промывные воды смешиваются в экстракторе при постоянном перемешивании с образованием фосфорнокисой пульпы (способ-аналог). Пульпа, состоящая в основном из фосфорной кислоты и фосфогипса при соотношении Ж: Т = (3-2,5: 1), подается на разделение и отмывку, которую осуществляюют фильтрацией на карусельном или ленточном вакуум-фильтре с 2-х - 3-ступенчатой промывкой осадка - фосфогипса (устройства-аналог). В результате примерно 1/3 ЭФК от ее общего количества в пульпе отводится в качестве продукционной, а остальная, смешиваясь с промывными водами, направляется в качестве оборотной обратно в экстрактор. К недостаткам способа и устройства для разделения пульпы следует в первую очередь отнести ненадежность стадии фильтрации, особенно при использовании в качестве фоссырья фосфоритов. Трудность фильтрации связана как с получением в экстракторе мелких кристаллов фосфогипса, так и с высокой вязкостью продукционных растворов ЭФК. В результате из-за плохой фильтруемости суспензии продукционная ЭФК может содержать от 1,5 до 3% взвешенных частиц, что снижает качество продуктов переработки экстракционной фосфорной кислоты (аммофос, суперфосфат и т. д. ). Кроме того, из-за плохой отмывки, выбрасываемый в отвалы, фосфогипс содержит до 2-2,5% Р₂О₅, что приводит к большим потерям основного вещества и загрязнению окружающей среды. Вследствие быстрой забивки фильтрующих элементов фосфогипсом (особенно его мелкими фракциями) время непрерывной работы, например, карусельных вакуум-фильтров не превышает в среднем 5-6 сут, после чего необходим трудоемкий планово-профилактический ремонт с заменой фильтроткани.

Известен способ получения ЭФК, предусматривающий улучшение фильтруемости осадка фосфогипса за счет внесения в реакционную смесь (в экстракторе) затравочных кристаллов фосфогипса [2] . При этом достигается укрупнение кристаллов фосфогипса. Способ позволяет улучшить фильтруемость осадка фосфогипса благодаря снижению количества мелких фракций, увеличить коэффициент разложения фоссырья, снизить потери Р₂О₅ с отфильтрованным фосфогипсом (способ-прототип).

Известен аппарат для разделения и отмывки от остатка жидкой составляющей [3] , содержащий корпус, верхнюю и нижнюю отстойные камеры, снабженные штуцерами для подвода и вывода взаимодействующих фаз. Внутри корпуса размещены контактные насадочные элементы (массообменные элементы), представляющие собой тарелки с перфорацией типа КРИМЗ ГИАП и т. д. Данные аппараты относятся к классу вибрационных при наличии источника вибрационных воздействий на насадочные элементы (в данном случае подвижны и совершают колебательные движения собственно насадочные элементы) или к классу пульсационных при наложении пульсационных воздействий на столб жидкости в аппарате (при этом насадочные элементы остаются неподвижными, а возвратно-поступательное колебательное движение осуществляет жидкость).

В аппаратах вибро-пульсационного действия для промывки осуществляют ток промывной жидкости (воды) от нижней к верхней отстойной камере.

К достоинствам таких аппаратов следует отнести высокую эффективность отмывки осадков, возможность регулирования скорости восходящего потока промывной жидкости и тем самым регулирование количества и размеров выносимых со сливом взвешенных частиц (гидроклассификация).

К недостаткам способа, выбранного в качестве прототипа, следует отнести то, что не устраняются эксплуатационные трудности, связанные с работой фильтрационного передела, и затраты на ремонт вакум-фильтров, поскольку необходимо фильтровать весь объем получаемой в экстракторе пульпы и отделять фосфогипс от высоковязких (особенно при использовании фосфоритов) продукционных растворов ЭФК. Промывка фосфогипса осуществляется на фильтрующей поверхности вакуум-фильтра через слой фильтруемого осадка, что предопределяет невысокую эффективность отмывки и потери Р₂О₅ с фосфогипсом.

Кроме того, в описанном способе отсутствует возможность классификации затравочных кристаллов фосфогипса по размеру и их количественной дозировки в реакционную зону экстрактора.

К недостаткам аппарата для отмывки осадка, выбранного в качестве прототипа, следует отнести неизбежность разбавления промывной водой слива верхнего отстойника. Поэтому известные конструкции пульсационных колонн неприменимы, когда необходимо не только хорошо отмыть фазу, но и сохранить концентрацию основного вещества в сливе.

Цель изобретения - уменьшение потерь фосфорной кислоты с фосфогипсом и снижение эксплуатационных затрат.

Цель достигается тем, что в способе получения экстракционной фосфорной кислоты фосфорнокислую суспензию подвергают первичному отстаиванию с удалением фосфорной кислоты, соответствующей по количеству образованной по реакции, т. е. на стадии первичного отстаивания удаляют только продукционную кислоту. Полученную при первичном отстаивании сгущенную фосфорнокислую суспензию смешивают с промывной водой и подвергают вторичному отстаиванию с одновременной противоточной промывкой фосфогипса свежей промывкой водой с образованием водной суспензии фосфогипса. Водную суспензию фосфогипса подвергают фильтрации с получением промывных вод.

Полученную при вторичном отстаивании оборотную фосфорную кислоту, содержащую затравочные кристаллы фосфогипса, направляют в реакционную зону экстрактора.

Полученные на стадии фильтрации промывные воды (в данном случае это фильтрат, ибо собственно промывка проведена согласно вышеизложенному ранее) разделяют на два потока, один из которых используют в качестве оборотного для образования водной суспензии фосфогипса (второй поток согласно вышеизложенному смешивают со сгущенной фосфорнокислой суспензией, полученной при первичном отстаивании).

Указанная цель достигается также и тем, что в аппарата для разделения и отмывки фосфогипса, представляющем собой вибро- или пульсоколонну, между верхней осадительной камерой и корпусом колонны размещена промежуточная осадительная камера для смещения сгущенной фосфорнокислой суспензии с промывкой водой и вторичного отстаивания.

Именно заявляемая конструкция аппарата для разделения и отмывки обеспечивает реализацию всех действий и операций, поименованных в отличительной части формулы изобретения на "способ", в одном аппарате, что приводит к достижению указанной цели наиболее рациональным путем, а следовательно, и определяет связь заявляемых изобретений между собой в единый изобретательский замысел.

Сравнение заявляемых технических решений с прототипами позволяет установить соответствие их критерию "Новизна".

При изучении других известных технических решений признаки, отличающие заявляемые изобретения от прототипа, не выявлены, что обеспечивает заявляемому техническому решению соответствие критерию "Существенные отличия".

Цель изобретения достигается последовательным отстаиванием пульпы, причем отстаивание сопровождается противоточной промывкой осадка с регулируемой скоростью восходящего потока промывной воды, что позволяет осуществить одновременную гидроклассификацию кристаллов фосфогипса и вносить в экстрактор вместе с оборотной ЭФК определенное количество затравочных кристаллов фосфогипса. В результате проведения описанного процесса на фильтрацию подают не фосфорнокислую пульпу, а суспензию фосфогипса в воде или в слабом (до 0,5% Р₂О₅) растворе ЭФК. Этим определяется снижение потерь ЭФК с фосфогипсом.

Подача в экстрактор регулируемого количества затравочных кристаллов фосфогипса, способствующая их укрупнению и выравниванию габитуса, снижение вязкости жидкой фазы в суспензии, подаваемой на фильтрацию, приводит к значительному росту интенсивности фильтрационного процесса и сокращению поверхности фильтрации. При этом снижаются затраты на обслуживание и ремонт фильтров.

На чертеже приведена технологическая схема предлагаемого способа.

Смешение фосфорсодержащего сырья, серной кислоты, оборотной фосфорной кислоты, затравочных кристаллов и промывных вод реализуется в экстракторе. Полученную в последнем фосфорнокислую суспензию подают в верхнюю осадительную камеру 2 пульсационной колонны. В верхней осадительной камере 2 суспензия претерпевает первичное отстаивание, в результате которого получают продукционную фосфорную кислоту, соответствующую по количеству образованной при реакции в экстракторе значительная часть жидкой составляющей суспензии - фосфорной кислоты не уходит в слив, так как необходима далее для образования оборотной фосфорной кислоты, что снижает величину поверхности зеркала жидкости при первичном отстаивании, и следовательно, габариты верхней отстойной камеры). Более густая, чем исходная, фосфорнокислая суспензия далее поступает в промежуточную осадительную камеру 3, снабженную переливной обечайкой 4 и штуцером 5 для подвода промывной воды, штуцером 6 для подвода части оборотного потока фосфорной кислоты и штуцером 7 для отвода всего потока обратной фосфорной кислоты. Указанные штуцеры имеют запорные органы (не обозначены). При смешении сгущенной в ходе первичного отстаивания фосфорнокислой суспензии и промывной воды, а также жидкостного потока, реализующего противоточную промывку, и поступающего в промежуточную осадительную камеру 3 из нижней осадительной камеры 8 по корпусу колонны 9, образуется оборотная фосфорная кислота, содержащая затравочные кристаллы фосфогипса, которая поступает в экстрактор 1 через штуцер 7. При движении твердых частиц суспензии под действием силы тяжести вниз и промывного потока вверх происходит отмывка фосфогипса, интенсифицируемая установкой в корпусе колонны 9 насадочных элементов 10 и в изображенной схеме пульсационным воздействием на столб суспензии в колонне, осуществляемой связанной с источником сжатого воздуха пульсационной камерой 11. Из нижней осадительной камеры 8 через штуцер 12 водная суспензия фосфогипса (или суспензия фосфогипса в слабом растворе фосфорной кислоты) направляется на фильтр 13. В данной схеме по заявке промывка на фильтре не имеет места. Отделенный на фильтре фосфогипс поступает далее в отвалы. Промывная вода через штуцер 5 поступает в промежуточную осадительную камеру 3. Свежую промывную воду подают через штуцеры 14 и 15 в нижнюю осадительную камеру 8, где часть ее далее движется вверх по корпусу колонны, а другая часть формирует водную суспензию фосфогипса (очевидно, что свежая вода может быть подана и через один штуцер). Если необходимо увеличить Ж: Т выгружаемой через штуцер 12 водной суспензии фосфогипса, промывная вода частично может быть подана в нижнюю осадительную камеру в виде циркуляционного потока (не показано).

П р и м е р 1. В экстрактор подают 47 кг/ч фоссырья (фосфориты Каратау), 45 кг/ч 93% -ной серной кислоты и 215 кг/ч оборотного раствора фосфорной кислоты (14,8% Р₂О₅), содержащего 3 мас. % затравочных кристаллов. В результате реакции получают = 300 кг/ч фосфорнокислой пульпы с Ж: Т = 2,5: 1, а из экстрактора испаряется 7 кг/ч паров воды и фтористых соединений. Полученная фосфорнокислая пульпа подается в верхнюю отстойную зону в количестве 300 кг/ч, где осуществляется ее первичное отстаивание с получением в сливе 65 кг/ч 21% -ной экстракционной фосфорной кислоты. При диаметре верхней отстойной части 0,5 м скорость восходящего потока составляет 0,3 м/ч. Сгущенная пульпа поступает в промежуточную отстойную зону, где разбавляется оборотной промывной водой. Снизу противотоком к оседающему фосфогипсу в отстойник поступает поток промывной воды, ждущий из ствола колонны. Промежуточный отстойник выполняет роль как отстойника, так и смесителя, откуда в качестве слива отводится 215 кг/ч оборотной фосфорной кислоты с концентрацией 14,8% Р₂О₅. При диаметре промежуточной отстойной зоны 0,75 м и указанных потоках, скорость восходящего потока составляет 0,4 м/ч, что обеспечивает вынос со сливом 6 кг/ч (3% твердого в оборотной ЭФК) кристаллов фосфогипса. Оборотный раствор ЭФК направляется в экстрактор, а осаждающийся фосфогипс из промежуточной отстойной зоны попадает в зону основной отмывки (колонная часть аппарата). По колонне D = 0,2 м за счет подачи в ее нижнюю часть 10 л/ч свежей промывной воды формируется восходящий поток со скоростью 0,3 м/ч, который, с одной стороны, препятствует распространению собственно фосфорной кислоты в зону отмывки, с другой - пропускает осадок фосфогипса, поскольку все кристаллы со скоростью осаждения меньше 09,4 м/ч вынесены со сливом промежуточного отстойника. Промывка фосфогипса в колонной части аппарата осуществляется при наличии восходящего потока промывной воды за счет возвратно-поступательных колебаний (пульсации) столба суспензии на массобменных элементах (тарелки "кримз"). Высота промывной зоны (колонной части аппарата) составляет 8,8 м. Отмытый фосфогипс поступает в нижнюю отстойную зону, куда подается 90 л/ч промывной воды для разбавления суспензии до Ж: Т = 1,15: 1 и транспортировки ее на фильтрацию. С фильтра снимается 120 кг/ч отмытого осадка фосфогипса с влажностью 33% и содержанием в жидкой фазе 0,5 % Р₂О₅, а отфильтрованные промывные воды в количестве 52 кг/ч направляются на разбавление в промежуточную отстойную зону.

П р и м е р 2. В экстрактор подают 47 кг/ч фоссырья, 45 кг/ч 93% -ной серной кислоты и 215 кг/ч оборотного раствора фосфорной кислоты, содержащего 6 мас. % затравочных кристаллов фосфогипса. В результате реакции получают 300 кг/ч фосфорнокислой пульпы с Ж: Т = 2: 1, а из экстрактора испаряется 7 кг/ч паров воды и фтористых соединений.

Полученная пульпа в количестве 300 кг/ч направляется в верхнюю отстойную зону, откуда при скорости восходящего потока 0,3 м/ч сливается 65 кг/ч 21% ЭФК. Сгущенная пульпа поступает в промежуточную отстойную зону, куда помимо оборотного потока промывной воды с фильтра и промывной воды с низа колонны возвращается 50 кг/ч оборотной фосфорной кислоты, что обеспечивает скорость восходящего потока в промежуточном отстойнике 0,5 м/ч. В колонне за счет подачи в ее нижнюю часть 10 л/ч промывной воды формируется восходящая скорость 0,3 м/ч. В сливе промежуточной отстойной зоны имеется 265 кг/ч оборотной фосфорной кислоты с концентрацией 15% Р₂О₅ и содержанием 6 мас. % кристаллов фосфогипса, 50 кг/ч оборотной ЭФК возвращается в промежуточный отстойник.

После отмывки в колонне на массообменных элементах при наличии пульсации водная суспензия фосфогипса разбавляется в нижнем отстойнике 90 кг/ч свежей промывной воды и 50 кг/ч промывной воды, получаемой после фильтрации фосфогипса. Полученная суспензия направляется на фильтрацию, откуда снимают 120 кг/ч фосфогипса.

Отфильтрованные промывные воды в количестве 106 кг/ч делятся на два потока, один из которых (50 кг/ч) направляется в нижнюю отстойную зону для разбавления водной суспензии фосфогипса, а второй подается в промежуточную отстойную зону.

Способ позволяет значительно интенсифицировать процесс фильтрации, снизить необходимые поверхности фильтрации, увеличить межремонтные пробеги фильтров, а следовательно, и эксплуатационные затраты. (56) 1. Копылев В. И. Технология экстракционной фосфорной кислоты, Л. : Химия, 1972.

2. Патент АНР N 138292, кл. С 01 В 25/223, 1988.

3. Карпачева С. М. и Рябчиков Б. Е. Пульсационная аппаратура в химической технологии. М. : Химия, 1983, с. 142.