固體亞磷酸真空冷卻結(jié)晶工藝

李翠娥

(河南清水源科技股份有限公司，河南 濟(jì)源 459000)

固體亞磷酸，化學(xué)式為H3PO3，分子量82.00，無(wú)色晶體，有強(qiáng)吸濕性和潮解性，易溶于水和醇，在空氣中能夠緩慢氧化成正磷酸，有腐蝕性。主要用于生產(chǎn)阻燃劑，水處理劑、表面活性劑及食品添加劑[1-2]，主要采用三氯化磷(PCl3)水解的方法制得液體亞磷酸，液體亞磷酸經(jīng)濃縮，冷卻、結(jié)晶脫去制得高純度的固體亞磷酸。隨著市場(chǎng)對(duì)亞磷酸固體產(chǎn)品需求量持續(xù)增大，為提高固體亞磷酸產(chǎn)量，急需對(duì)目前固體亞磷酸結(jié)晶工藝進(jìn)行優(yōu)化，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)顯示，目前亞磷酸冷卻結(jié)晶工藝存在結(jié)晶釜容易結(jié)疤、影響結(jié)晶換熱進(jìn)而影響產(chǎn)量的缺點(diǎn)，且大塊的晶疤也影響亞磷酸離心效果，增加固體亞磷酸的含水量，進(jìn)而影響產(chǎn)品質(zhì)量；經(jīng)查閱資料，決定采用固體亞磷酸真空冷卻結(jié)晶工藝替代冷卻結(jié)晶工藝。通過(guò)一系列的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，及持續(xù)改進(jìn)、優(yōu)化，總結(jié)出了固體亞磷酸的真空冷卻結(jié)晶工藝及參數(shù)。

1 工藝流程簡(jiǎn)圖

1.1 亞磷酸真空冷卻結(jié)晶工藝思路

將三氯化磷水解得到的亞磷酸溶液泵入濃縮釜，進(jìn)行負(fù)壓濃縮，濃縮到亞磷酸含量93%～94%，放料經(jīng)結(jié)晶冷卻器冷卻至70～80℃，然后保持恒定流量連續(xù)進(jìn)入負(fù)壓結(jié)晶釜，結(jié)晶釜內(nèi)維持較高的真空度，使反應(yīng)釜內(nèi)溶液的沸點(diǎn)低于進(jìn)料溫度，溫度高的亞磷酸濃溶液在器中閃蒸，并使使溫度冷卻到與結(jié)晶釜內(nèi)壓力相對(duì)應(yīng)的平衡溫度[3-5]。結(jié)晶釜內(nèi)負(fù)壓的形成用機(jī)械真空泵實(shí)現(xiàn)。結(jié)晶釜內(nèi)的氣體抽出后經(jīng)冷凝器將水蒸氣加以冷暖，同時(shí)排出結(jié)晶釜內(nèi)的不凝氣體；結(jié)晶釜內(nèi)的晶漿連續(xù)放料至離心機(jī)進(jìn)行離心，得到亞磷酸固體產(chǎn)品。

1.2 亞磷酸真空冷卻結(jié)晶工藝流程

圖1 固體亞磷酸真空冷卻結(jié)晶工藝流程簡(jiǎn)圖

2 固體亞磷酸真空冷卻結(jié)晶定性小試

2.1 試驗(yàn)過(guò)程

用99%固體亞磷酸200g，加15g純水配制93%亞磷酸溶液，電熱爐加熱使溶液升溫至43℃，倒入四口燒瓶，加沸石，帶負(fù)壓，絕壓4kPa條件下結(jié)晶1h，溫度從43℃降至38℃，試驗(yàn)過(guò)程結(jié)晶現(xiàn)象明顯。

圖2 固體亞磷酸真空冷卻結(jié)晶溫度-時(shí)間圖

2.2 試驗(yàn)總結(jié)

小試的試驗(yàn)現(xiàn)象證明，93%亞磷酸溶液，在溫度43℃，絕壓4KPa條件下，能達(dá)到真空冷卻結(jié)晶的效果。

3 固體亞磷酸真空冷卻結(jié)晶中試

根據(jù)圖1固體亞磷酸真空冷卻結(jié)晶工藝流程圖，對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行改造后，參照小試的工藝條件：93%亞磷酸溶液，在溫度43℃，絕壓4kPa進(jìn)行中試，達(dá)到了真空冷卻結(jié)晶的效果，工藝可行。通過(guò)調(diào)整工藝參數(shù)，得出93%～94%亞磷酸溶液，在溫度35～45℃，在絕壓3～5kPa條件下，均能達(dá)到真空冷卻、結(jié)晶的效果?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)觀察，該固體亞磷酸真空冷卻結(jié)晶工藝，結(jié)晶釜內(nèi)不結(jié)疤，能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)進(jìn)料，連續(xù)出料，沒(méi)有晶疤落入離心機(jī)，也使得固體亞磷酸的品質(zhì)更加穩(wěn)定。

4 總結(jié)

為解決固體亞磷酸夾套冷卻結(jié)晶工藝的產(chǎn)能低、易結(jié)疤，產(chǎn)品品質(zhì)不穩(wěn)定的穩(wěn)定，本文嘗試開(kāi)發(fā)新的固體亞磷酸負(fù)壓冷卻結(jié)晶工藝來(lái)解決這些問(wèn)題。通過(guò)實(shí)驗(yàn)室小試、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中試得出以下結(jié)論：

(1)93%～94%亞磷酸溶液，在溫度35～45℃，在絕壓3～5KPa條件下，均能達(dá)到真空冷卻、結(jié)晶的效果；

(2)固體亞磷酸負(fù)壓冷卻結(jié)晶工藝解決了傳統(tǒng)夾套冷卻結(jié)晶工藝，結(jié)晶釜內(nèi)易結(jié)疤，產(chǎn)品品質(zhì)不穩(wěn)定的問(wèn)題，且能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)進(jìn)料，連續(xù)出料。該工藝大大增加了固體亞磷酸的產(chǎn)能，并提高了工藝的安全性和產(chǎn)品品質(zhì)的穩(wěn)定性。