一种生产甲酸的设备及方法

专利名称：一种生产甲酸的设备及方法
技术领域：
本发明涉及磷酸化领域，尤其是一种采用一体化设备制备甲酸并副产甲酸盐的设备及方法。
背景技术：
已知的是，由甲酸钠制备甲酸，可加入硫酸、磷酸或聚合磷酸、五氧化二磷等酸化助剂酸化制备甲酸，中国专禾U 97103209. 2,200610124470. 4,200610200857. 3、 200710078073.2、 200610200857.3,200810045170.6,200710078073.2,200810070353. 3、 200610124470. 4和200910094683. 0公开了各种酸化助剂酸化甲酸钠制备甲酸的方法，其中，由硫酸酸化甲酸钠制备甲酸，酸化后得到的硫酸钠使用价值较低，而且排出大量的二氧化碳也严重污染环境，这种方法基本上被淘汰；而用磷酸、聚磷酸酸化甲酸钠制甲酸的方法，由于其可联产具有一定使用价值的磷酸二氢钠，进一步生产其他磷酸盐，如三聚磷酸钠和六偏磷酸钠，且污染较小，因此在工业上得以普遍采用。另外，200910060319. 2公开了一种用磷酸酸化甲酸钾制备甲酸的方法。但是，目前用磷酸酸化甲酸盐制备甲酸的工艺，存在如下缺点
一、反应难以控制在现有生产工艺中，大都采用磷酸酸化甲酸盐(甲酸钠或甲酸钾)生产甲酸，磷酸酸化甲酸盐反应剧烈、反应时放出大量的热，导致反应难以控制，使生产难以实现和连续化生产，目前相关专利大多围绕反应控制条件进行，并且目前对反应控制的改进是将混合、酸化、蒸馏三个工序分割开来，导致酸化及蒸馏两工序的上下衔接难以控制；
二、间歇生产目前的制备甲酸的方法是间歇生产，即酸化一批料后下料至蒸馏工序进行蒸馏，然后再酸化再蒸馏或酸化一批料后下料蒸馏接着继续酸化下料一起蒸馏。虽然专利200810045170. 6公开了用酸化助剂将反应和蒸发两个步骤结合起来连续生产，但事实上该文献公开的技术方案是将其两个工序的设备结合起来，通过增长工艺路线及反应时间来达到连续生产，并未从真正意义上将酸化反应和蒸发两个工艺结合起来，达到真正的工艺连续化。该专利文献公开的技术方案中未充分利用反应热，而是将反应与蒸发两个工序从工艺分开，用酸化助剂等将反应料液温度降低，然后再进行加热蒸发，工艺路线复杂，反应时间长，生产效率低；助剂的使用很有可能带入产品中，影响产品质量。专利 200710078073. 2是酸化一批料下料后再做一批料下料蒸馏，酸化反应间歇进行，蒸馏连续且同样存在反应不易控制、反应不均勻。三、副产物价值低传统的成熟制备甲酸的方法中尾气用水洗涤和用氢氧化钠溶液吸收，生成的稀酸作为甲酸配酸使用；而用氢氧化钠溶液吸收溶液返回甲酸钠系统重新合成，不仅没有产生价值，反而还需增加处理费，造成能源浪费，增加生产成本。四、热效率不高现有制备甲酸的方法都未充分利用大量的反应热，造成大量能源消耗。因此，现有的用磷酸酸化甲酸钠或甲酸钾制备甲酸的工艺，由于其存在反应不完全、工艺连续化程度不高、能耗高，制备的甲酸品质不高的问题，副产物价值低，效益不好，使其日趋不能满足国家节能降耗国策的要求以及技术进步的要求，其必将逐步被淘汰。

发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点而提供一种采用一体化设备制备甲酸方法及设备，该方法及设备不仅连续化程度高、能耗低，副产物价值高，而且还具有操作简便的特点。为此本发明提供了一种生产甲酸的设备，所述设备外部为柱形壳，柱形壳横截面下部分为缺口圆形，柱形壳横截面上部分为长方形，该设备包括低速部分、高速部分、加料口、蒸馏出口和排料口 ；加料口和蒸馏出口设置在整个设备柱形壳的上侧面，排料口设置在整个设备柱形壳的下侧面的靠近末端；
所述设备内部下方为圆柱形内腔，在圆柱形内腔里面设置有低速部分，所述低速部分为低速搅拌装置，包括搅拌轴以及安装于搅拌轴上的搅拌臂，所述搅拌轴长度和圆柱形内腔长度相当，且所述搅拌轴与圆柱形内腔同轴；
所述圆柱形内腔上端开口，用于安装高速部分；所述高速部分设置在设备内部的上面， 其包括高速轴芯和高速外壳，高速外壳前端封闭，在靠近高速外壳前端设置有入料口，所述入料口与加料口对齐；高速轴芯为螺旋、间隙排列的轴芯钢齿；高速外壳包括外壳体，外壳体内侧装有交错、间隙排列的外壳钢齿；轴芯钢齿和外壳钢齿相互配合，用于粉碎块状甲酸盐。本发明的一体化设备，由于轴芯钢齿为螺旋、间隙排列，可以起到输送作用；同时高速部分在旋转过程中，同时还能起到很好的搅拌及粉碎作用。所以，本发明的高速部分可以同时起到粉碎、搅拌、输送一体功能。另外，由于高速外壳体上安装了外壳钢齿，使高转速部不结垢，并增强其粉碎功能，保证了生产连续、反应完全。根据本发明的实施例，在搅拌轴的单个圆周截面上至少设有一个搅拌臂。作为优选，上述搅拌臂顶端装有铲刀，搅拌铲刀离设备内腔侧壁2-10mm。通过铲刀，可以用于铲除黏在设备上的物料和反应产物，防止结垢。根据本发明的实施例，在搅拌轴的单个圆周截面上设有两个以上搅拌臂，所述搅拌臂均布安装于所述圆周截面上，其中两个搅拌臂夹角360除以搅拌臂数量。比如为3个搅拌臂的时候，每两个搅拌臂夹角为120度。根据本发明的实施例，上述搅拌齿沿搅拌轴轴向间隔为20-60cm安装。这样便于搅拌，有利于蒸馏时间控制，也不会增加太多的设备的制造和运行费用。根据本发明的实施例，上述高速外壳体为U形外壳体或圆形外壳体。根据本发明的实施例，所述U形外壳包括外壳前端、外壳末端和U形段，U形段的U 形低于外壳前端。所述U形外壳通过其外壳前端和外壳末端将高速部分固定在设备内部。 其中U形段的U形低于外壳前端，通过这种方式，物料在高速部分反应的时候，其反应生成的甲酸气体可以直接通过U形段流向蒸馏口，从而使得气体更流畅，更利于反应进行。根据本发明的实施例，上述加料口为2个，高速外壳体上入料口为2个，入料口与加料口位置一致。上述两个入料口 一个加料口用于进甲酸盐，另一个加料口用于进磷酸。 用于进磷酸的加料口包括一个喷洒接口，这样可以通过喷洒方式加入磷酸，便于后续搅拌均勻。
根据本发明的实施例，所述高速外壳末端底部设有开口，用于高速反应后的物料进入低速部分。上述高速外壳前端高于高于外壳末端；最好高速外壳相对于水平线成2-20 度夹角，这样既能起到推进物料的作用，也有助于控制速度和设备磨损。根据本发明的实施例，上述轴芯钢齿间隙大小在2cm以上，上述轴芯钢齿间隙大小为3-6cm。本发明通过大量实现发现，轴芯钢齿在间隙排列的时候，其间隙大小在3cm以上其效果会比较好，尤其是当间隙大小为3-6cm时，粉碎、搅拌、输送一体功能最佳，通过数据测试，在高速部分末端反应率高达97%以上。根据本发明的实施例，上述高速部分长度为长度的20-200cm。这样即便于控制反应完全，又便于降低设备制造费用和运行费用。根据本发明的实施例，上述设备的底部内侧靠近出料口的一端低于另外一端，设备底部内侧与水平夹角大在2-10度，即设备内腔腔体轴与水平夹角在2-10度。这样便于反应副产物干粉排出方便。根据本发明的实施例，所述高速部分和低速部分可采用同一个电动机来带动，高速部分和低速部分之间设置有无极变速齿轮箱，无极变速齿轮箱变速使得低速部分转速为高速部分转速转速比任意调整。当用同一电动机来带动的时候，他们之间通过一个变速齿轮箱来实现，采用这种方式可以节约电动机数量。也可以分别单独使用电动机带动，随意调整各自转速满足生产需要。本发明还提供一种利用上述设备生产甲酸的方法，所述方法包括如下步骤 对设备抽真空，使得设备内部压强(绝对)小于0. IMPa ；
对设备预热，使得设备内部温度达到甲酸沸点以上；
开启设备的高速部分和低速部分，高速部分转速为10转/分钟以上，低速设备为1转 /分钟以上；
从加料口按照甲酸盐和磷酸的反应计量加入甲酸盐和磷酸；
从蒸馏出口的甲酸经净化、冷凝后得液态浓甲酸。本发明的方法，将混合、反应和蒸馏集成在一体，缩短了生产周期，平均一个生产周期只有25-65分钟，提高了生产效率；同时， 本发明的方法利用反应放热用于蒸馏的吸热，可以有效的利用热能效率，有效地利用热能， 降低了热能消耗；此外，本发明从加料进入设备，到设备出料即完成了整个生产过程，加料可以连续不断地加入，加入的物料不断沿设备运转到出料口即完成了反应，实现了连续化生产。根据本发明的实施例，上述方法进一步包括，蒸馏后出料口排出的副产物干粉用于制备各种磷酸盐。根据本发明的实施例，上述方法进一步包括，未冷凝下来的及废气带出的甲酸气体用氨水吸收制得价值较高的甲酸铵盐。根据本发明的实施例，上述的磷酸以P2O5计含量达70— 80%的磷酸。根据本发明的实施例，上述的甲酸盐的纯度为92-99. 99%。根据本发明的实施例，上述设备内部压强为0. 03-0. 09MPao根据本发明的实施例，上述设备内部温度为120_160°C。根据本发明的实施例，上述设备高速部分转速为20-500转/分钟。根据本发明的实施例，上述设备低速部分转速为2-50转/分钟。
根据本发明的实施例，上述甲酸盐为甲酸钠或甲酸钾。根据本发明的实施例，上述浓甲酸质量浓度为90%以上。根据本发明的实施例，上述磷酸盐为磷酸钠盐或磷酸钾盐。根据本发明的实施例，上述的氨水为质量浓度5-26%氨水。基于上述一体化设备的生产方法，确保了甲酸生产连续化，能耗大大降低。该方法还取得了高附加值的甲酸铵盐产品，是一种新的甲酸制备工艺，工艺流程从根本上作了改变，将混合、酸化、蒸馏工序统一融为一体，从设计观念上就打破了把各工序分裂的设计理念，并充分利用以前工艺的难点、缺点变为优点，节约能源并使生产真正连续化。所述低速部分和高速部分采用不固定转速比，上述生产甲酸的方法，开始的时候低速部分调整为1转/分钟，不断加大高速部分和低速部分转速，直到反应充分完全的最大转速为止。通过这种方式，其控制方式非常方便，而且转速最高，缩短了生产周期，提高了生产效率。本发明的一体化设备，利用了一体化设备制备高品质甲酸并副产高价值的的甲酸铵盐的方法，不需要助剂及返酸，实现了生产连续化，充分利用反应热用于蒸馏，大大降低了生产能耗，副产物不仅可以生产磷酸钠盐或磷酸钾盐而且还有高价值的甲酸铵盐生成。 工艺简单、设备投资小、能耗低、副产品价值高、产能高、可连续化生产。综上可以看出，本发明不仅连续化程度高、利用反应热来蒸馏产品，大大降低了能耗，从根本上解决原有工艺生产难控制、产品易分解、收得率低、浓度不高的、能耗高、不能连续生产的问题，同时取得了价值较高的甲酸铵盐产品，而且可制备高浓度甲酸，具有操作简便的特点，大大降低了生产成本，提高了经济效益。


本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中 图1是本发明设备的轴向剖面图2是本发明设备的轴向截面图； 图3是高速轴芯示意图； 图4是高速外壳截面示意图； 图5是高速外壳外部轮廓示意图。
具体实施例方式本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。如图1、2、3、4所示的甲酸制造设备，整个设备外部为柱形壳，柱形壳横截面下部分为缺口圆形，柱形壳横截面上部分为长方形，设备柱形壳下部为圆柱形内腔，用于安装低速部分1，圆柱形内腔上端开口，在开口处安装高速部分2。本发明的甲酸制造设备包括低速部分1、高速部分2、加料口 3、蒸馏出口 4和排料口 5。加料口 3和蒸馏出口 4设置在整个设备柱形壳的上侧面，排料口 5设置在整个设备柱形壳的下侧面的靠近末端。高速部分2包括高速轴芯21 (如图3所示)和高速外壳22 (如图4所示)。高速轴芯为螺旋、间隙排列的轴芯钢齿23。高速外壳22包括U形外壳体M，U形外壳内侧装有交错、间隙安装了外壳钢齿25。轴芯钢齿23和外壳钢齿25相互配合，可以用于起到粉碎块状甲酸盐的作用；同时，由于轴芯钢齿23为螺旋、间隙排列，可以起到输送作用。同时高速部分在旋转过程中，还能起到很好的搅拌粉碎作用。所以，本发明的高速部分可以同时起到粉碎、搅拌、输送一体功能。另外，由于U形外壳体M上安装了外壳钢齿25，使高转速部不结垢，并增强其粉碎功能，保证了生产连续、反应完全。需要说明的是，U形外壳体也可以采用圆筒形外壳体替换。只要能够容纳轴芯，且能保证轴芯能够正常旋转的外壳都可以。外壳靠近加料口为外壳前端，另外一段为外壳末端。其中，外壳前端有入料口 26，其安装的时候与加料口 3对齐，便于物料(甲酸盐和磷酸)加入。其中入料口也可以采用多个，比如2个，每个入料口用于加不同物料，一个用于加磷酸，一个用于加甲酸盐，这时对应的设备应当包括多个加料口，且与高速壳体上的入料口对应。作为优选方式，一个入料口处设置一个喷洒接口，使得加入磷酸采用喷洒方式加入，这样更便于后续工序的处理，尤其是便于搅拌均勻。需要说明的是，采用U形外壳的时候，其U形开口处整体作为一个入料口。当采用U形外壳体的时候，优选其U形壳体(如图5所示)包括外壳末端41、U形段42和外壳前端43，其中U形段42的U形口处低于外壳前端43。该U形壳体的外壳前端有一密封挡板， 通过密封挡板将U形外壳前端固定在设备顶端面，同时也能防止加入物料直接掉入低速部分，U形外壳末端固定在设备的端面上，通过U形外壳前端和末端将高速部分固定在设备内部。由于其中U形段42的U形低于外壳前端43，通过这种方式，物料在高速部分反应的时候，其反应生成的甲酸气体可以直接通过U形段流向蒸馏口，从而使得气体更流畅，更利于反应进行。当然，U形段也可以和外壳前端一样高，其效果虽然没有上述的方法好，但是也可以作为一种备选方式。高速外壳的前端采取封闭方式，这样便于加入的物料直接进入慢速部分。高速外壳末端靠近设备的一端侧面上设有一出口 44。另外，作为一种优选方式，高速外壳前端在安装的时候，尽量略高于高于外壳末端，这样更加有助于物料流动。试验发现，如果外壳前端高于外壳末端太多，物料推进速度太快，不利于充分反应，而且转动过程中容易磨损设备； 如果太低，难以起到很好地推进效果。通过试验发现，高速外壳相对于水平线成2-20度夹角最佳，其既能起到推进物料的作用，也有助于控制速度和设备磨损。本发明通过大量实现发现，轴芯钢齿23在间隙排列的时候，其间隙大小在2cm以上其效果会比较好，尤其是当间隙大小为3-6cm时，粉碎、搅拌、输送一体功能最佳，通过数据测试，在高速部分末端反应率高达97%以上。另外，对于整个高速部分，其长度会影响设备的运转，设备太长，需要运转时间长， 设备制造费用高和维护费用都很高；其长度太短，又不利于反应充分，难以达到反应完全的目的。本发明中选用长度的20-200cm，这样即便于控制反应完全，又便于降低设备制造费用和运行费用。低速部分1为一低速搅拌装置，包括搅拌轴31和安装于搅拌轴上的搅拌臂32。低速部分1旋转过程中，一方面搅拌反应物，另外也可以推进物料反应后的产物向排料口 5方向流动。作为进一步改进，在搅拌臂32顶端装有铲刀33，铲刀离设备内腔侧壁大概2-10mm 比较合适，可以用于铲除黏在设备上的物料和反应产物，防止结垢。作为进一步改进，整个设备的底部，靠近出料口一端略低于另外一端，优选其夹角大概在2-10度效果最好，这样便于反应产物排除方便。对于搅拌臂32的设置，在每个圆周截面上可以安装一个或多个，如果安装多个搅拌臂的时候，优选各个搅拌臂相对于搅拌轴31均布安装。对于一般的甲酸盐和磷酸反应， 一般选用每个圆周截面上安装1-4个搅拌臂就能起到很好的效果。另外，在搅拌轴31的轴向，搅拌臂可以根据需要来设置间隔，但是最好设置轴向间隔为20-60cm比较好，这样便于搅拌充分，有利于反应时间控制，也不会增加太多的设备的制造和运作费用。其中慢速部分长度和整个设备内腔长度相当，这样一方面可以承接高速部分部分的来料，又能运输到出料口。一般整个设备内腔的长度在3米以上。为了整个设备的运行，高速部分安装在整个设备的上部，低速设备安装在整个设备的下部。反应物料从加料口加入，进入高速部分前端，在高速部分粉碎、搅拌、推进下，从高速部分末端出来，在重力作用下直接掉入低速部分，通过低速部分搅拌和推进后，反应产物从出料口排除。在整个设备运行过程中，物料进来后，在高速部分和低速部分都不断搅拌、反应、蒸发，从而物料从进料口进入，到出料口排除，反应和蒸发同时进行。比如用甲酸钠和磷酸反应的时候，在整个过程中，甲酸钠和磷酸不断搅拌、反应和蒸发，物料通过加料口进入直到从出料口排出，最后反应的甲酸从蒸馏出口 4蒸馏出去，剩下的磷酸钠盐从排料口排出。本发明的设备运行过程中，高速部分一般旋转速度为10转/分钟以上，最好在 20-500转每分钟，低速部分转速为高速二十分之一至五分之一左右，优选为2-50转/分钟。需要说明的是，在实际运行过程中，可以根据物料的情况对转速进行调整，当加料比较多，反应不够充分的时候，可以降低转速，延长反应时间；当加料比较少的时候，可以适当提高转速，缩短反应时间，有助于缩短生产周期，提高效率。另外，本发明高速部分和低速部分可以分别用一个电动机来带动，也可以用同一个电动机来带动，当用同一电动机来带动的时候，他们之间通过一个无极变速齿轮箱来实现，采用这种方式不仅可以节约电动机数量，而且有助于控制他们之间的转动速度。本发明将磷酸和甲酸盐按磷酸和甲酸盐的反应配比计量同时直接连续均勻从一体化设备的加料口 3加入，一体化设备处于负压状态，设备内温度高于甲酸沸点，在高转速部分2处发生酸化反应的同时进行瞬间蒸发，反应生成的大部分甲酸由其自身反应热将其蒸起从蒸馏出口 4蒸出进入净化、冷凝系统及后续处理；因采用了螺旋间隙排列的钢齿的高转速部件确保了反应完全，物料的移动。物料经充分反应后大部分甲酸被自身反应热蒸发，余下的少量甲酸随干粉料掉入慢转速部分1进行进一步蒸馏，物料通过慢转速部分后就完全蒸干，经一体化设备排料口 5排出，用于来生产各种磷酸盐；甲酸气体经冷凝后得浓甲酸，未被冷凝下来的以及被废气带出的甲酸气体经氨水吸收后生成甲酸铵盐溶液，甲酸铵盐溶液经浓缩、结晶制得产成品。本发明的设备反应和蒸发为一体，反应放出大量的热可以直接用于蒸馏消耗的热量，可以有效地提高热量利用，降低了能耗。相比以前的生产方式，热能消耗只需要原来的十分之二左右。而且，通过该装置，反应不需要控制，操作非常简便。基于本发明设备制造甲酸的方法，其具体步骤为
对设备抽真空，使得设备内部压强小于0. IMPa,由于设备内处于负压状态，有助于物料的加入。对设备预热，使得设备内部温度达到甲酸沸点以上；由于反应和蒸馏在一体化设备内完成，所以温度一开始就保证在甲酸沸点之上，有助于反应的甲酸蒸气及时进行蒸馏。开启设备的高速部分和低速部分，高速部分转速为10转/分钟以上，低速设备为 1转/分钟以上；
从加料口按照甲酸盐和磷酸的反应计量加入甲酸盐和磷酸； 从蒸馏出口的甲酸经净化、冷凝后得液态浓甲酸。本发明的方法，将反应和蒸馏集成在一体，缩短了生产周期，平均一个生产周期只有25-65分钟，有助于连续化生产，提高了效率；同时，本发明的方法利用的放热用于蒸馏的吸热，可以有效的利用热能效率，降低了热能消耗。为了控制简单，作为进一步优选，在开启设备的高速部分和低速部分的时候，高速部分转速为10转/分钟，低速设备为1转/分钟，然后不断加大转速，在增加转速过程中， 测试反应物料反应是否充分，直到调整到最大产能的转速为此。根据本发明的实施例，上述方法进一步包括，蒸馏后出料口排出的副产物干粉用于制备各种磷酸盐。根据本发明的实施例，上述方法进一步包括，未冷凝下来的及废气带出的甲酸气体用氨水吸收制得价值较高的甲酸铵盐。由于其未冷凝下来的及废气带出的甲酸气体用氨水吸收制得价值较高的甲酸铵盐，提高了其经济附加值。实施例1
第一步，将以(P2O5重量含量计76%)的磷酸和纯度(质量百分数)为95. 5%甲酸钠按磷酸和甲酸钠的反应剂量同时直接连续均勻加入到一体化设备中，一体化设备内保持160°C， 绝对压力为0. 04、. 06Mpa直接就将甲酸蒸出，甲酸经净化、冷凝处理得95%的浓甲酸。第二步，制备磷酸钠盐蒸出甲酸的副产物排出一体化设备后，调节该副产物的使 Na2CVP2O5的摩尔比为1. 667 士 0. 003，送入聚合炉中，经聚合、冷却、粉碎、包装即得三聚磷酸钠成品。第三步，甲酸铵盐制备未被冷凝下来的以及被废气带出的甲酸气体经浓度为 16%的氨水吸收后生成甲酸铵盐溶液！甲酸铵盐溶液经浓缩、结晶制得产成品。试验结果在高速部分50转每分，低速部分6转每分，一个生产周期大概35分钟， 只有以前生产周期的五分之一，热耗为原来的十分之二。实施例2
第一步，将以(P2O5重量含量计78%)的磷酸和纯度(质量百分数)为98. 5%甲酸钠按磷酸和甲酸钠的反应剂量同时直接连续均勻加入到一体化设备中，一体化设备内保持120°C， 绝对压力为0. 05、. 09Mpa直接就将甲酸蒸出，甲酸经净化、冷凝处理得97%的浓甲酸第二步，制备磷酸钠盐蒸出甲酸的副产物排出反应器后，调节该副产物的Na2CVP2O5 的摩尔比为1.0士0. 003，送入聚合炉中，经聚合、冷却、粉碎、包装即得六偏磷酸钠成品。第三步，甲酸铵盐制备未被冷凝下来的以及被废气带出的甲酸气体经浓度为 20%的氨水吸收后生成甲酸铵盐溶液！甲酸铵盐溶液经浓缩、结晶制得产成品。在高速部分80转每分，低速部分9转每分，一个生产周期大概20分钟，只有以生产周期的大约五分之一，热耗为原来的十分之一。实施例3
第一步，将以(P2O5重量含量计78%)的磷酸和纯度(质量百分数)为98. 5%甲酸钾按磷酸和甲酸钾的反应剂量同时直接连续均勻加入到一体化设备中，一体化设备内保持130°C， 绝对压力为0. 03、. 05Mpa直接就将甲酸蒸出，甲酸经净化、冷凝处理得97%的浓甲酸
第二步，制备磷酸钾盐蒸出甲酸的副产物排出反应器后，调节该副产物的K2CVP2O5的摩尔比为1.0士0. 003，送入聚合炉中，经聚合、冷却、粉碎、包装即得酸式焦磷酸酸钾成品。第三步，甲酸铵盐制备未被冷凝下来的以及被废气带出的甲酸气体经浓度为 20%的氨水吸收后生成甲酸铵盐溶液！甲酸铵盐溶液经浓缩、结晶制得产成品。在高速部分80转每分，低速部分7转每分，一个生产周期大概30分钟，只有以生产周期的大约四分之一，热耗为原来的十分之一。实施例4
第一步，将以(P2O5重量含量计76%)的磷酸和纯度(质量百分数)为98. 0%甲酸钾按磷酸和甲酸钾的反应剂量同时直接连续均勻加入到一体化设备中，一体化设备内保持150°C， 绝对压力为0. 03、. 05Mpa直接就将甲酸蒸出，甲酸经净化、冷凝处理得97%的浓甲酸
第二步，制备磷酸钾盐蒸出甲酸的副产物排出反应器后，调节该副产物WK2CVP2O5的摩尔比为2.0士0. 003，送入聚合炉中，经聚合、冷却、粉碎、包装即得焦磷酸酸钾成品。第三步，甲酸铵盐制备未被冷凝下来的以及被废气带出的甲酸气体经浓度为 20%的氨水吸收后生成甲酸铵盐溶液！甲酸铵盐溶液经浓缩、结晶制得产成品。在高速部分50转每分，低速部分4转每分，一个生产周期大概45分钟，只有以生产周期的大约三分之一，热耗为原来的十分之二。需要说明的是，本设备采取了密封措施，便于设备内保持负压状态。另外，本发明需要外部保温加热，比如在开始运行时，需要预热，在设备运行过程，设备温度过低的时候， 也需要加热，加热方式可以采用常规的加热方式。通过试验发明，相同物料设备高速部分和低速部分运转速度越高，其生产周期越短，但是在生产中，只需要需要通过检测反应是否充分来调整转速，确保反应能够反应完全，又尽可能缩短生产周期。另外，对于温度的控制，一般只要在甲酸沸点之上蒸馏就很快，温度越高越有助于蒸馏，但是温度过高，需要更多的热耗，不助于节约热耗，同时导致甲酸分解。所以一般温度在120-160摄氏度比较好。这里需要说明的，设备外部需要做保温处理，以便于设备内部热量外传损耗。设备一般保持负压比较适合加入物料，但是负压太多，对设备的密封要求及其抽真空设备要求都比较高。在研究中通过发现，只要设备小于0. IMPa (压强)，物料加入比较容易，而且对设备要求也不高。
本发明并不局限于前述的具体实施方式
。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
权利要求
1.一种生产甲酸的设备，其特征在于，所述设备外部为柱形壳，柱形壳横截面下部分为缺口圆形，柱形壳横截面上部分为长方形，该设备包括低速部分、高速部分、加料口、蒸馏出口和排料口 ；加料口和蒸馏出口设置在整个设备柱形壳的上侧面，排料口设置在整个设备柱形壳的下侧面的靠近末端；所述设备内部下方为圆柱形内腔，在圆柱形内腔里面设置有低速部分，所述低速部分为低速搅拌装置，包括搅拌轴以及安装于搅拌轴上的搅拌臂，所述搅拌轴长度和圆柱形内腔长度相当，且所述搅拌轴与圆柱形内腔同轴；所述圆柱形内腔上端开口，用于安装高速部分；所述高速部分设置在设备内部的上面， 其包括高速轴芯和高速外壳，高速外壳前端封闭，在靠近高速外壳前端设置有入料口，所述入料口与加料口对齐；高速轴芯为螺旋、间隙排列的轴芯钢齿；高速外壳包括外壳体，外壳体内侧装有交错、间隙排列的外壳钢齿；轴芯钢齿和外壳钢齿相互配合，用于粉碎块状甲酸盐。
2.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，在搅拌轴的单个圆周截面上至少设有一个搅拌臂，所述搅拌臂顶端装有搅拌铲刀。
3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述搅拌铲刀离设备内腔侧壁2-10mm。
4.如权利要求3所述的设备，其特征在于，在搅拌轴的单个圆周截面上设有两个以上搅拌臂，所述搅拌臂均布安装于所述圆周截面上。
5.如权利要求4所述的设备，其特征在于，所述搅拌臂沿搅拌轴轴向间隔为20-60cm。
6.如权利要求1至5之一所述的设备，其特征在于，所述高速外壳体为U形外壳体。
7.如权利要求1至5之一所述的设备，其特征在于，所述高速外壳体为圆形外壳体。
8.如权利要求1至5之一所述的设备，其特征在于所述加料口为2个，高速外壳体上入料口为2个，入料口与加料口位置一致。
9.如权利要求8所述的设备，其特征在于，所述两个入料口一个加料口用于进甲酸盐，另一个加料口用于进磷酸。
10.如权利要求9所述的设备，其特征在于，用于进磷酸的加料口包括一个喷洒接口。
11.如权利要求1至9之一所述的设备，其特征在于，所述高速外壳末端底部设有开口， 用于高速反应后的物料进入低速部分。
12.如权利要求11之一所述的设备，其特征在于，所述高速外壳前端高于高速外壳末端。
13.如权利要求12所述的设备，其特征在于，所述高速外壳相对于水平线成2-20度夹
14.如权利要求1至13之一所述的设备，其特征在于，所述轴芯钢齿间隙大小在2cm以上。
15.如权利要求14所述的设备，其特征在于，所述轴芯钢齿间隙大小为3-6cm。
16.如权利要求1至15之一所述的设备，其特征在于，所述高速部分长度为20-200cm。
17.如权利要求16所述的设备，其特征在于，所述设备的底部内侧靠近出料口的一端低于另外一端。
18.如权利要求17所述的设备，其特征在于，所述设备底部内侧与水平夹角大在2-10 度。
19.一种用1至18所述设备生产甲酸的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤 对设备抽真空，使得设备内部压强小于0. IMPa ；对设备预热，使得设备内部温度达到甲酸沸点以上；开启设备的高速部分和低速部分，高速部分转速为10转/分钟以上，低速设备为1转 /分钟以上；从加料口按照甲酸盐和磷酸的反应计量加入甲酸盐和磷酸； 从蒸馏出口的甲酸经净化、冷凝后得液态浓甲酸。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括，蒸馏后从出料口排出的副产物干粉用于制备各种磷酸盐。
21.如权利要求19或20所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括，未冷凝下来的甲酸及废气带出的甲酸气体用氨水吸收制得甲酸铵盐。
22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述的磷酸以P2O5计含量达70—80%的磷酸。
23.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述的甲酸盐的纯度为92-99.99%。
24.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述设备内部压强为0.03-0. 09Mpao
25.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述设备内部温度为120-160°C。
26.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述设备高速部分转速为20-500转/分钟。
27.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述设备低速部分转速为2-50转/分钟。
28.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述甲酸盐为甲酸钠或甲酸钾。
29.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述浓甲酸质量浓度为90%以上。
30.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述磷酸盐为磷酸钠盐或磷酸钾盐。
31.如权利要求22至30之一所述的方法，其特征在于，所述的氨水为质量浓度5-26% 氨水。
全文摘要
本发明公开了一种生产甲酸的设备，该设备包括低速部分、高速部分、加料口、蒸馏出口和排料口。本发明还提供了一种生产甲酸的方法。本发明的设备和方法不仅连续化程度高、利用反应热来蒸馏产品，大大降低了能耗，从根本上解决原有工艺生产难控制、产品易分解、收得率低、浓度不高的、能耗高、不能连续生产的问题，同时取得了价值较高的甲酸铵盐产品，而且可制备高浓度甲酸，具有操作简便的特点，大大降低了生产成本，提高了经济效益。
文档编号B01J19/18GK102225326SQ201110110288
公开日2011年10月26日 申请日期2011年4月29日 优先权日2011年4月29日
发明者张明 申请人:张明