目前生產(chǎn)三聚磷酸鈉(STPP)基本上采用兩種工藝路線:①.用熱法磷酸與純堿中和,稱為熱法磷酸工藝;②用濕法磷酸與純堿中和,稱為濕法磷酸工藝。由于熱法磷酸能耗比較高,加之濕法磷酸凈化技術(shù)日益完善,因此濕法磷酸生產(chǎn)STPP近10年來發(fā)展很快。
在三聚磷酸鈉生產(chǎn)中,如果由正磷酸鈉鹽先制得無水磷酸鈉鹽,再縮聚成STPP,稱為兩步法;如果直接從正磷酸鈉鹽溶液制得成品STPP,則稱為一步法。因此,STPP生產(chǎn)流程有熱法磷酸一步法和兩步法,濕法磷酸一步法和兩步法。
1、熱法磷酸生產(chǎn)三聚磷酸鈉工藝
用熱法磷酸生產(chǎn)STPP,主要生產(chǎn)過程包括磷酸的制備、磷酸的中和、磷酸鈉鹽的干燥縮聚,以及尾氣的回收和排放等。熱法磷酸由黃磷氧化水合反應(yīng)制得。磷酸中和,目前國(guó)內(nèi)外太都采用間歇法,即粗中和調(diào)整(精調(diào))間歇進(jìn)行。中和時(shí)應(yīng)注意如下幾點(diǎn):
①.中和操作
可以先酸后堿,或先堿后酸。但不管采用哪種方式,投料速度要均勻適當(dāng),因?yàn)橹泻头磻?yīng)會(huì)產(chǎn)生大量的CO2氣體和水蒸氣,應(yīng)防止溢料泛漿,需注意。
②.加堿方式
一是加入預(yù)先配制好的堿液。一般是在碳鋼制的溶堿槽中加水,升溫至40~50℃,攪拌,投入適量的純堿,制得含堿量50%的純堿液,放入中和槽供磷酸中和用。二是固體純堿中和。磷酸從高位槽計(jì)量后放入不銹鋼中和槽中,開動(dòng)攪拌機(jī),將固體純堿加入H3PO4中進(jìn)行中和。由于國(guó)產(chǎn)純堿屬輕質(zhì)堿,相對(duì)密度為0.56~0.74,因此投料要均勻,避免局部發(fā)生過堿現(xiàn)象,析出Na2HPO4固體包裹了純堿,阻礙其進(jìn)一步反應(yīng)。
③.控制好中和度
投料停止后,煮沸30分鐘,以使中和反應(yīng)充分,控制反應(yīng)終點(diǎn)pH值6.5~7.0。中和液料漿相對(duì)密度為1.50~1.60,然后加入適量(0.5%~1%)NH4NO3,制得合格的正磷酸鈉鹽中和液以備聚合之用。
將中和后的混合正磷酸鈉鹽溶液(含干鹽約40%~50%)用泵送至高位槽中,然后由高位槽放出經(jīng)壓縮空氣壓經(jīng)噴嘴噴入噴霧干燥塔中進(jìn)行干燥,干燥塔的熱爐氣系由重油燃燒爐或由其他熱源供給,進(jìn)塔溫度為600℃~700℃,與物料并流,干燥后的粉狀磷酸鈉鹽,大部分從塔底卸出,少部分被出口爐氣帶走,通過旋風(fēng)除塵器回收,爐氣送去洗滌后放空。
從噴霧干燥塔塔底卸出和旋風(fēng)除塵器回收的正磷酸鈉鹽,由斗式提升機(jī)送到料倉,然后進(jìn)入回轉(zhuǎn)聚合爐中進(jìn)行煅燒聚合,所用的爐氣由重油燃燒或由其他熱源供給,爐氣溫度為600~700℃,物料聚合溫度為350~450℃,在爐內(nèi)停留時(shí)間為30~60分鐘。聚合生成的三聚磷酸鈉,經(jīng)冷卻即為成品,送去包裝。
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2、濕法磷酸生產(chǎn)三聚磷酸鈉工藝
用濕法磷酸生產(chǎn)STPP,其工藝過程主要有濕法磷酸的制備及其凈化、中和、濃縮、聚合,以及尾氣的回收和排放等。濕法磷酸須經(jīng)過脫氟、脫硫等凈化處理。因?yàn)榱姿嶂兴碾s質(zhì)不僅使成品中STPP,含量下降,而且對(duì)脫水縮聚過程起著反催化作用。在化學(xué)凈化濕法磷酸時(shí),先用純堿脫除磷酸中的氟,控制溶液pH為4.2~5.0,使其成為Na2SiF6沉淀析出。脫氟分離(或未分離)的濕法磷酸用BaCO3脫硫,根據(jù)磷酸中SO42-的含量確定BaCO3的投入量,保持脫硫溫度60~80℃,維持反應(yīng)時(shí)間15分鐘,使SO42-含量小于0.15%。須要時(shí)用Na2S(或P2S5)進(jìn)行脫砷和除重金屬離子。
濕法磷酸的中和操作不僅局限于先酸后堿,或先堿后酸,事實(shí)上,它還可以實(shí)現(xiàn)酸堿同時(shí)投加。這使得中和過程更加靈活,可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求進(jìn)行優(yōu)化。當(dāng)預(yù)先制備的純堿溶液(濃度為35%)與磷酸在加熱攪拌的條件下進(jìn)行中和時(shí),pH值被控制在6.5。這一酸堿中和過程不僅使得磷酸中的金屬離子如Ca2+,Mg2+,Al3+,F(xiàn)e3+等形成磷酸鹽沉淀,還為后續(xù)的壓濾分離提供了便利。
這些沉淀物被我們稱之為堿渣,它們中的大部分成分是磷酸鹽。別小看這些堿渣,它們可是的綜合利用的好東西。通過堿(燒堿)溶法制取Na3PO4,或者添加NH4NO3、鉀鹽等制成NPK復(fù)混肥料,都是堿渣的典型應(yīng)用。
在完成壓濾分離后,我們會(huì)對(duì)濾液進(jìn)行調(diào)整,使其中的中和度符合生產(chǎn)要求。這樣一來,我們便可以將調(diào)整壓濾后的磷酸鈉鹽中和液(相對(duì)密度約為1.20)送入單效、雙效或三效真空蒸發(fā)器進(jìn)行濃縮。在真空度為53.3~60kPa的條件下,料漿被濃縮至相對(duì)密度約為1.50。此時(shí),適量加入NH4NO3,然后將中和液送至干燥聚合工段,以進(jìn)行下一步的生產(chǎn)。
通過這種方式,我們不僅充分利用了濕法磷酸生產(chǎn)中的各種物質(zhì),還使得整個(gè)生產(chǎn)過程更加綠色。這種酸堿中和操作在濕法磷酸生產(chǎn)中的重要性不言而喻,它為我們的生產(chǎn)帶來了極大的便利,同時(shí)也為我們的環(huán)境減輕了負(fù)擔(dān)。