способ очистки экстракционной фосфорной кислоты

Формула изобретения

1. Способ очистки экстракционной фосфорной кислоты, включающий ступенчатую экстракцию фосфорной кислоты трибутилфосфатом при объемном соотношении органической и водной фаз, равном (2,5-5) : 1, температуре 30-50°С и числе ступеней 1-6, промывку экстракта при 30-60°С промывным раствором с выводом последнего и реэкстракцию фосфорной кислоты из экстракта при 40-80°С с получением продукционной кислоты, которые осуществляют путем смешения водной и органической фаз с образованием эмульсии в режиме пульсации, а также разделение водной и органической фаз после каждой стадии, отличающийся тем, что промывку проводят смесью воды с промывной фосфорной кислотой со стадии промывки в режиме рециркуляции растворов с кратностью 0,7-8 и процесс ведут до достижения массовой доли P₂O₅ в промытом экстракте 6-11%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что промывку экстракта проводят в 1-3 ступени.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу получения фосфорной кислоты с низким содержанием примесей, используемой в производстве фосфорных солей технической и пищевой квалификации.

Известен способ очистки ЭФК, включающий ступенчатую экстракцию фосфорной кислоты ТБФ при температуре 30-50^oC и реэкстракцию фосфорной кислоты из органической фазы с образованием эмульсии под воздействием воздуха в режиме пульсации, а также разделение водной и органической фаз после стадии экстракции и реэкстракции. На стадии экстракции объемное соотношение органической и водной фаз (V_о:V_в) равно 3:1, процесс осуществляют в режиме пульсации с интенсивностью 400-1600 мм/мин при температуре 30-50^oC. На стадии реэкстракции объемное соотношение органической и водной фаз - 4:1, интенсивность пульсации - 400-1600 мм/мин. При этом получают фосфорную кислоту с концентрацией ₂O₅ 37-40%, с содержанием Fe 0,015- 0,02% и SO₄ 0,15-0,2%. Выход продукта - 50% (Патент РФ N 2075436, кл. C 01 B 25/46, 1994).

Недостатками способа являются повышенное содержание железа и сульфатов, что не позволяет использовать ее в производстве фосфорных солей пищевой квалификации, а также низкий выход товарной продукции.

Наиболее близким к описываемому по технической сущности и достигаемому результату является другой известный способ очистки фосфорной кислоты, включающий ступенчатую экстракцию фосфорной кислоты ТБФ при объемном соотношении органической и водной фаз, равном (2,5-5):1, температуре 30-50^oC и числе ступеней 1-6, промывку экстракта при 30-60^oC с выводом промывного раствора и реэкстракцию фосфорной кислоты из экстракта при 40-80^oC с получением продукционной кислоты, которые осуществляют путем смешения водной и органической фаз с образованием эмульсии в режиме пульсации, а также разделение водной и органической фаз после каждой стадии.

По этому способу экстракцию проводят при объемном соотношении органической и водной фаз, равном (2,5-5,5):1, числе ступеней 1-6 в режиме пульсации в колонном аппарате при интенсивности 100-600 мм/мин. Промывку ведут в 2-5 ступеней в режиме пульсации с интенсивностью 200-1200 мм/мин при температуре 30-60^oC. В качестве промывного раствора используют продукционную кислоту с концентрацией 35-50% P₂O₅, взятой в количестве 25-65% от ее общей массы со стадии водной реэкстракции. После промывки получают промытый экстракт, содержащий 12-15% P₂O₅. Образованную эмульсию разделяют, отделенную промывную кислоту выводят, а экстракт обрабатывают на стадии реэкстракции водой в пульсационной колонне, имеющей 3-8 ступеней, при интенсивности пульсации 400-1600 мм/мин с получением продукционной кислоты концентрацией 35-45% P₂O₅ (Патент РФ N 2149830, C 01 В 25/46, 1999).

Главными недостатками способа являются следующие.

- Малая доля продукционной кислоты (не превышающая 35%), соответствующая по содержанию железа и сульфатов кислоте пищевой квалификации (не более 95 ч. Fe и не более 190 ч. SO₄ на млн.ч. P₂O₅) при широком диапазоне (содержание железа в кислоте колеблется от 25 до 300 ч., а содержание сульфатов от 250 до 2000 ч. на млн. P₂O₅) качественных показателей продукционной кислоты.

- Высокая доля продукции, выводимая со стадии водной реэкстракции на стадию водной промывки (25-65%).

Кроме того, проведение промывки с большим количеством ступеней влечет за собой увеличение металлоемкости оборудования и усложнение процесса.

Нами поставлена задача увеличения выхода продукционной кислоты пищевой квалификации за счет стабилизации ее качества и достижения высокой степени очистки, а также за счет снижения потерь ее с отводимыми промывными растворами, упрощения процесса, снижения его металлоемкости.

Поставленная задача решается в предложенном способе очистки экстракционной фосфорной кислоты, включающем ступенчатую экстракцию фосфорной кислоты ТБФ при объемном соотношении органической и водной фаз, равном (2,5-5):1, температуре 30-50^oC и числе ступеней экстракции 1-6, промывку экстракта при 30-60^oC промывным раствором с выводом промывного раствора и реэкстракцию фосфорной кислоты из экстракта при 40-80^oC с получением продукционной кислоты, которые осуществляют путем смешения водной и органической фаз с образованием эмульсии в режиме пульсации, а также разделения водной и органической фаз после каждой стадии.

По этому способу промывку ведут смесью воды с фосфорной кислотой в режиме рециркуляции промывных растворов с кратностью 0,7-8. Процесс промывки ведут до достижения массовой доли P₂O₅ в промытом экстракте 6-11%. В качестве фосфорной кислоты, добавляемой в воду, берут промывную кислоту со стадии промывки. Промывку можно проводить в 1-3 ступени.

Сущность способа заключается в следующем. Экстракт со стадии экстракции, содержащий фосфорную кислоту и примеси (Fe, SO₄ и др.), направляют на стадию промывки, куда подают промывной раствор, фазы перемешивают, разделяют, промывную кислоту выводят как продукт технического качества, из промытого экстракта на стадии водной реэкстракции получают продукционную кислоту. Основным отличием способа является изменение условий проведения стадии промывки. Для того, чтобы снизить содержание примесей в экстракте и, тем самым, стабилизировать качество полученной кислоты, исходя из конкретных условий производства и качества исходной кислоты, предложено проводить промывку смесью воды с фосфорной кислотой, выводимой со стадии промывки, в режиме рециркуляции растворов при определенной кратности. Под кратностью рециркуляции в рассматриваемом процессе подразумевается величина, равная отношению массы промывного раствора к массе выводимой промывной кислоты в качестве технического продукта.

При проведении процесса промывки без рециркуляции отношение массы промывного раствора к массе выводимой промывной кислоты составляет 0,5-0,65. При этом промывной раствор не достигает равновесия с органическим раствором по удаляемым примесям. И именно кратность рециркуляции, равная 0,7-8, позволяет вести процесс промывки в условиях, приближающихся к равновесию не только по фосфорной кислоте, но и по примесям.

При кратности меньше чем 0,7 наблюдается большой расход промывных растворов и, как следствие, снижается выход чистой продукционной кислоты. При кратности больше чем 8 промывная кислота, выводимая со стадии промывки, содержит значительное количество примесей, не позволяющее использовать ее как продукт технического качества.

Для достижения поставленной цели ведение процесса промывки в режиме рециркуляции растворов не является единственно необходимым условием. Кроме него для достижения поставленной цели необходимо вести процесс промывки при определенной температуре, числе ступеней, параметрах пульсационного режима, соотношения фаз и концентрации фосфорной кислоты в промывном растворе, совокупность которых позволяет достичь массовой доли P₂O₅ в промытом экстракте 6-11%. Концентрацию фосфорной кислоты в промывном растворе регулируют количеством воды, добавляемой в рецикл в таком количестве, таким образом, чтобы массовая доля P₂O₅ в нем составляла 2-30%. Снижение концентрации фосфорной кислоты в промывном растворе ниже 2% (до использования только воды) приводит к положительному результату по качеству чистой кислоты, однако при этом сокращается выход чистой продукционной кислоты и уменьшается концентрация P₂O₅ в продукционных кислотах, что приводит к увеличению затрат на их концентрирование до получения товарных кислот.

При массовой доле P₂O₅ в экстракте меньше 6% возможно хорошее разделение компонентов, однако и в этом случае снижается содержание P₂O₅ в продукционной кислоте пищевого качества и увеличиваются затраты на ее концентрирование. При массовой доле P₂O₅ в экстракте больше чем 11% значительно снижается коэффициент разделения компонентов, что приводит к ухудшению качества продукционной кислоты (табл. 1).

Использование предлагаемого способа позволяет обеспечить более высокие технические характеристики предлагаемого процесса:

- полностью исключить вывод продукционной кислоты со стадии реэкстракции на стадию промывки;

- повысить выход продукции более высокого качества на 15-25% при снижении выхода продукции технического качества;

- стабилизировать качество продукции посредством сужения интервала содержания примесей в продукционной фосфорной кислоте

- упростить процесс промывки за счет снижения количества ступеней с 2-5 до 1-3;

- снизить металлоемкость оборудования.

Способ проиллюстрирован примером, другие примеры осуществления способа представлены в табл. 2.

Пример. 15597 кг экстракта, содержащего 2152 кг P₂O₅, обрабатывают в одну ступень 16818 кг промывного раствора, представляющего собой смесь 3042 кг воды и 13776 кг промывной кислоты (ретура) в условиях рециркуляции при кратности 3,7, температуре 40^oC. Промывку ведут до достижения массовой доли P₂O₄ в промытом экстракте 7,2% P₂O₅. В результате промывки после разделения фаз получают 18508 кг промывной кислоты, содержащей 24,4% P₂O₅, и промытый экстракт. 13776 кг промывной кислоты возвращают на стадию промывки новой порции экстракта, где используют ее в качестве ретура, остальное количество выводят как продукт технической квалификации. Промытый экстракт направляют на стадию водной реэкстракции, после которой получают 877 кг P₂O₅ в виде продукционной кислоты, которая содержит 17 ч. Fe и 283 ч. SO₄ на млн.ч. P₂O₄. Выход продукционной кислоты от общего количества очищенной составляет 44%.