一种湿法磷酸两级膜净化一体化装置及其方法与流程

1.本发明涉及湿法磷酸深度净化技术领域，具体涉及一种湿法磷酸两级膜净化一体化装置及其方法。


背景技术：

2.湿法磷酸是磷化工的重要中间产品，也是一种用途广泛的基础化工原料，主要用于制造高效磷肥和复合肥，同时也是饲料添加剂、食品添加剂、阻燃剂等含磷产品的重要原料，不同产品对于磷酸的纯度要求不同。湿法磷酸在生产过程中采用硫酸将磷矿分解过滤后得到初级磷酸，再经过各种净化处理得到不同纯度的磷酸。磷酸中的杂质主要来自原料磷矿中，还有一部分来自生产过程添加的各种药剂等，在净化过程中有萃取法、化学沉淀法、电渗析法、离子交换法等，萃取法和化学沉淀法会再加入化学试剂，引入新的杂质，对环境有污染，而电渗析法、离子交换法等难以适应大规模的工业应用。
3.专利cn103303885a公开了磷酸的生产工艺及过滤系统，过滤系统包括料罐一、超滤单元、纳滤单元以及料罐二，所述超滤单位的输入端连接料罐一的输出端，超滤单位的初级滤液出口连接纳滤单位的输入端，所述纳滤单元的二级滤液出口连接料罐二，具体的通过超滤粗磷酸溶液，得到初级滤液；纳滤初级滤液，得到二级滤液和二级浓缩液。通过超滤和纳滤连续处理粗磷酸，得到品质和纯度较高的磷酸成品，但得到的成品对应的纯度较为单一，要得到更高纯度的磷酸，还要进行进一步的净化，难以满足多种生产的需求。
4.专利cn113772646a公开了一种湿法磷酸两级膜深度净化工艺，包括以下步骤：将湿法磷酸进行预处理，得到预处理湿法磷酸；预处理过程具体为：将湿法磷酸依次进行除氟除硅、脱硫、脱砷脱重金属和除toc处理；通过超滤膜对预处理湿法磷酸进行过滤，得到超滤膜过滤清液a和超滤膜过滤浓缩液b；通过纳滤膜对稀释后的超滤膜过滤清液a进行过滤，得到纳滤膜过滤清液c及纳滤膜过滤浓缩液d。其公开了一种采用两级膜深度净化磷酸的方法，可得到多种磷酸产品，但未公开过滤系统的具体组成。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种湿法磷酸两级膜净化一体化装置及其方法，解决现有工艺得到的磷酸成品纯度较为单一的问题。
6.为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：一种湿法磷酸两级膜净化一体化装置，其特征在于：包括依次连接的预处理装置、超滤装置、第一中转罐、第一纳滤装置、第二中转罐、第二纳滤装置、第三中转罐、第三纳滤装置、产品罐，所述预处理装置包括罐体，罐体顶部盖合有顶盖，罐体内设置有搅拌装置，顶盖一侧的排气口连接有尾气处理装置，顶盖另一侧的进气口与空气提供装置连接，罐体底部设置有排渣口；罐体顶部侧壁设置有出料管，出料管通过泵与超滤装置进料口连接。
7.更进一步的技术方案是所述超滤装置底部设置有浓缩液出口、滤液出口，滤液出口与第一中转罐连接，第一中转罐通过泵与第一纳滤装置连接。
8.更进一步的技术方案是所述第一纳滤装置底部设置有浓缩液出口，顶部设置有滤液出口，滤液出口与第二中转罐连接，第二中转罐通过泵与第二纳滤装置连接。
9.更进一步的技术方案是所述超滤装置使用碳化硅陶瓷超滤膜，孔径为20～50nm，运行压力0.1～0.3mpa。
10.更进一步的技术方案是所述第一纳滤装置、第二纳滤装置、第三纳滤装置均使用耐酸滤膜，运行压力为4.0～6.5mpa，截留分子量为100～200道尔顿。
11.更进一步的技术方案是所述尾气处理装置内设置有电化学脱硫电解池，电化学脱硫电解池由上往下依次由多孔阴极、电解液、多孔阳极构成。
12.更进一步的技术方案是所述电解液为质量浓度55％的k2s和45％的na2s的混合物。
13.更进一步的技术方案是所述罐体、出料管均采用904l或2205双相不锈钢材料。
14.更进一步的技术方案是所述装置净化湿法磷酸的方法包括如下步骤：
15.s1.打开所有控制阀，将待处理湿法磷酸注入预处理装置及管道后，关闭所有控制阀，开启搅拌装置和尾气处理装置，同时将原料磷酸和预处理用的沉淀剂加入罐体内，充分反应；
16.s2.开启超滤装置并预热至50～55℃，开启泵，使经预处理后的磷酸进入超滤装置内进行过滤，过滤时间为30～40min，滤液进入第一中转罐内；
17.s3.开启第一纳滤装置并预热至50～55℃，开启泵，使第一中转罐清液进入第一纳滤装置内进行纳滤，过滤时间为40～45min，滤液进入第二中转罐内；
18.s4.开启第二纳滤装置并预热至50～55℃，开启泵，使第二中转罐清液进入第一纳滤装置内进行纳滤，过滤时间为40～45min，滤液进入第三中转罐内；
19.s5.开启第三纳滤装置并预热至50～55℃，开启泵，使第三中转罐清液进入第三纳滤装置内进行纳滤，过滤时间为40～45min，滤液进入产品罐内；
20.s6.待所有控制阀和泵均开启后，进行连续化生产；停止生产时，依照上述顺序，依次关闭控制阀直至第三纳滤装置；
21.s8.生产结束后，向超滤装置、第一纳滤装置、第二纳滤装置、第三纳滤装置加纯水至2/3处，养护膜组件。
22.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
23.1.将预处理装置、超滤装置、三级纳滤装置集成于一体，大大简化了工序，降低了能耗，大幅提升了净化产出效率。同时，在净化过程中设有尾气处理装置，有利于环境保护。
24.2.整个处理过程不涉及高温高压，安全系数较高；使用用电化学吸收脱除h2s工艺流程简单，投资不大，易操作且操作温度相对较低。
25.3.上述装置在超滤及纳滤装置部分均采用耐腐蚀膜材料，管道及罐体均采用904l或2205双相不锈钢等耐腐蚀材料，使得设备在有一定温度腐蚀性极强的含氟磷酸中长久稳定运行，同时产出多个不同型号的净化磷酸产品，有效实现湿法磷酸的梯级高值化利用。
附图说明
26.图1为本发明的结构示意图。
27.图2为本发明中预处理装置的结构示意图。
28.图中：1-预处理装置，101-罐体，102-搅拌装置，103-排渣口，2-超滤装置，3-第一
中转罐，4-第一纳滤装置，5-第二中转罐，6-第二纳滤装置，7-第三中转罐，8-第三纳滤装置，9-产品罐，10-尾气处理装置。
具体实施方式
29.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
30.图1示出了一种湿法磷酸两级膜净化一体化装置，包括依次连接的预处理装置1、超滤装置2、第一中转罐3、第一纳滤装置4、第二中转罐5、第二纳滤装置6、第三中转罐7、第三纳滤装置8、产品罐9。
31.如图2所示，所述预处理装置1包括罐体101，罐体101顶部盖合有顶盖，罐体101内设置有搅拌装置102，顶盖一侧的排气口连接有尾气处理装置10，顶盖另一侧的进气口与空气提供装置连接，罐体1底部设置有排渣口103；罐体1顶部侧壁设置有出料管，出料管通过泵与超滤装置2进料口连接。
32.所述超滤装置2底部设置有浓缩液出口、滤液出口，滤液出口与第一中转罐3连接，第一中转罐3通过泵与第一纳滤装置4连接。
33.所述第一纳滤装置4底部设置有浓缩液出口，顶部设置有滤液出口，滤液出口与第二中转罐5连接，第二中转罐5通过泵与第二纳滤装置6连接。
34.所述第二纳滤装置6底部设置有浓缩液出口，顶部设置有滤液出口，滤液出口与第三中转罐7连接，第三中转罐7通过泵与第三纳滤装置8连接。
35.所述第三纳滤装置8底部设置有浓缩液出口，顶部设置有滤液出口，滤液出口与产品罐9连接。
36.其中，为提高装置的使用寿命，所述超滤装置2使用碳化硅陶瓷超滤膜，孔径为20～50nm，运行压力0.1～0.3mpa。经超滤过滤后湿法磷酸固含量降低了99％以上，酸液澄清度明显提升。第一纳滤装置4、第二纳滤装置6、第三纳滤装置8均使用耐酸滤膜，运行压力为4.0～6.5mpa，截留分子量为100～200道尔顿。经纳滤膜过滤后的湿法磷酸酸液色泽呈无色透明，质量显著提升，过滤后铬、铅、铁、钙等浓度均满足食品级磷酸标准。而罐体101、出料管等壳体和管道中所有与湿法磷酸接触的部分均采用904l或2205双相不锈钢材料，使用耐腐蚀材料，确保整体装备可在湿法磷酸中长久稳定运行。
37.为使得尾气处理效果更为明显，过程中通过进气口输入空气，将尾气排出至尾气处理装置10中，尾气处理装置10内设置有电化学脱硫电解池，电化学脱硫电解池由上往下依次由多孔阴极、电解液、多孔阳极构成。电解液为质量浓度55％的k2s和45％的na2s的混合物，与其他碱金属的硫化物相比较，它在反应过程中较稳定，也几乎不与其他副产物反应，如h2o、h2、co2和硫蒸气等。采用电化学干法氧化法吸收处理，装备主体为电化学脱硫电解池，含有h2s的污染气体进入电解池的阴极，h2s被还原生成h2和s
2－
，硫离子在阳极反应放出硫蒸气，回收处理。
38.上述装置净化湿法磷酸的方法包括如下步骤：
39.s1.打开所有控制阀，将待处理湿法磷酸注入预处理装置及管道后，关闭所有控制阀，开启搅拌装置102和尾气处理装置10，同时将原料磷酸和预处理用的沉淀剂加入罐体
101内，充分反应；
40.s2.开启超滤装置2并预热至55℃，开启泵，使经预处理后的磷酸进入超滤装置2内进行过滤，过滤时间为30min，滤液进入第一中转罐3内；
41.s3.开启第一纳滤装置4并预热至55℃，开启泵，使第一中转罐3清液进入第一纳滤装置4内进行纳滤，过滤时间为45min，滤液进入第二中转罐5内；
42.s4.开启第二纳滤装置6并预热至55℃，开启泵，使第二中转罐5清液进入第一纳滤装置6内进行纳滤，过滤时间为45min，滤液进入第三中转罐7内；
43.s5.开启第三纳滤装置8并预热至55℃，开启泵，使第三中转罐7清液进入第三纳滤装置8内进行纳滤，过滤时间为45min，滤液进入产品罐9内；
44.s6.待所有控制阀和泵均开启后，进行连续化生产；停止生产时，依照上述顺序，依次关闭控制阀直至第三纳滤装置8；
45.s8.生产结束后，向超滤装置2、第一纳滤装置4、第二纳滤装置6、第三纳滤装置8加纯水至2/3处，养护膜组件。
46.根据所需可获得不同品位净化酸,经预处理后初级净化磷酸，经超滤装置2制得含固量为0的超滤清液，经第一纳滤装置4可制得一次纳滤清液，经第二纳滤装置6可获得更高纯度的深度二次纳滤清液，经第三纳滤装置8过滤后可获得更高纯度的三次纳滤清液，四种不同品位的磷酸产品可根据需要分别加以利用，也可经浓缩调节后可作为工业磷酸、食品级磷酸产品外售(各阶段组分含量如下表)。
47.表1各阶段净化成分分析结果(ω％)
[0048][0049]
尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本技术公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本技术公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件或布局进行多种变形和改进。除了对组成部件或布局进行的变形和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。