Способ очистки желтого фосфора от мышьяка Советский патент 1992 года по МПК C01B25/47 

Изобретение относится к очистке желтого фосфора.

Желтый фосфор, получаемый электротермическим путем, содержит в виде примесей 0,02-0,04% мышьяка. Содержание мышьяка в ряде производных фосфора - один из главных показателей их качества. На экспорт может поставляться только фосфор с содержанием мышьяка 0,01 %. Другая основная примесь фосфора - органические вещества, в основном высококипящие ароматические соединения; флуорантен. бен- зантрацен, пирен и др. Органические примеси в фосфоре не позволяют получать из него качественные фосфороорганиче- ские соединения.

Кроме того, в фосфоре содержатся также нерастворимые в бензоле примеси (металлы, оксиды и др.).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому способу является способ, согласно которому фосфор непрерывно подают в теплообменник, где его нагревают до 200°С при давлении 80-120 мм рт.ст. (режим кипения под вакуумом), пары отделяют и направляют в зону фракционирования, где также поддерживают вакуум 80-120 мм рт.ст. и температуру не выше 200°С. В зоне фракционирования происходит противоточ- ная промывка пара фосфора стекающей флегмой, после чего фосфор поступает на конденсацию и часть конденсата выводят в качестве целевого продукта, часть возвращается в виде флегмы. Степень отбора определяется величиной флегмового числа. При исходной концентрации мышьяка был получен продукт с 0,0061% и разделенным кубовым остатком: из испарительной камеры с 0,0495% мышьяка и из низа келонны с 0,0311%.о

Недостатками способа являются: низкая производительность процесса в целом (производительность зоны фракционирования до 80 кг на м3 объема в час. выход чистого продукта в час, % от исходного 28,1).

1i

сл

С

vi ел

Јь О

ел

Это объясняется тем, что скорость прохождения паров фосфора через систему определяется разницей давления в колонне и остаточным давлением в зоне конденсации (при температуре конденсации 60°С оста- точное давление 0,41 мм рт.ст);

процесс осуществляется в режиме, способствующем переходу в газовую фазу, а затем в дистиллят органических примесей практически без их разложения. Снижение содержания органических примесей в готовом продукте по сравнению с исходным составляет 20%.

Целью предлагаемого изобретения является повышение производительности процесса и снижение примесей в целевом продукте.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе очистки желтого фосфора от мышьяка в непрерывном режиме, включающем нагревание фосфора до температуры кипения, отделение пара от жидкого фосфора и его фракционирования, конденсацию очищенного фосфора, вывод Целевого продукта и кубового остатка в за- данном соотношении, нагревание фосфора до температуры кипения, отделение пара от жидкого фосфора и его фракционирование ведут при нормальном давлении и скорости съема целевого продукта 100-200 кг/ч с 1 м3 зоны фракционирования.

Отличительным признаком предлагае: мого изобретения является проведение нагревания фосфора до температуры кипения, отделения пара от жидкого фосфора и его фракционирования при нормальном давлении.

Другим отличительным признаком является скорость съема целевого продукта 100-200 кг/ч с 1 м3 зоны фракционирования.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. Основным фактором, определяющим скорость прохождения пара через зону фракционирования, а следовательно, и производительность процесса в целом, является перепад давлений в колонне и зоне конденсации. В условиях прототипа давления пара в колонне 80-120 мм рт.ст., остаточное давление в зоне конденсации 0,41 мм; в предлагаемом способе при том же конечном давлении исходное равно 760 мм. Естественно, прохождение пара при том же аппаратурном оформлении принципиально ускоряется Одновременно с повышением температуры кипения фос- ф ора(при нормальном давлении температура кипения фосфора равна 280°С происходит активное разложение органических примесей в газовой фазе на более простые соединения, не конденсирующиеся

0

5

0

5 0

5

0

0

5

5

вместе с фосфором. Движение пара в зоне фракционирования должно быть достаточно быстрым, чтобы не только обеспечить высокую производительность процесса, но и воспрепятствовать образованию красного фосфора на насадке или тарелках.

Сопоставительный анализ предлагаемого способа и известных способов очистки желтого фосфора от мышьяка представлен в табл.1

При м е р 1, Способ осуществляли на установке, состоящей из кварцевого реактора, помещенного под углом в трубчатую печь. Пар фосфора проходил через обратный холодильник, заполненный насадкой и частично конденсировался в калибровочной пробирке, помещенной в горячую (60°С) воду. Объем зоны фракционирования составлял около 79 см3.

На описанной установке были воспроизведены условия прототипа температура кипения фосфора 200°С при давлении 120 мм рт.ст., скорость фракционирования 80 г/ч на 1 л объема зоны (скорость фракционирования регулировали путем изменения теплоподвода к испарителю).

При исходном содержании мышьяка в фосфоре 0,0322 мае %, содержание в конечном продукте составило 0,0044 мае %. Содержание органических веществ в исходном фосфоре 0,21 мас.%, содержание в конечном продукте 0,15-0.16 мае %. Выход готового продукта в час, %, от исходного 49.

Пример2.В печь, нагретую до 400°С, помещали реактор с 14,0 г фосфора, содержащего 0,30% мышьяка и 0,21% органических веществ, (в примерах 3-6 использовали фосфор такого же качества).

Через два часа опыт прекратили. В остатке было 6,1 г фосфора с явной примесью красного фосфора, однако на насадке красного фосфора не было. Съем пара из зоны фракционирования составил около 50 г с литра объема в час.

Выход фосфора 28,2% от исходного в час. Содержание мышьяка в.дистилляте 0,0021%; в остатке 0,066%, органических веществ соответственно 0,0084% и 0,36%.

ПримерЗ. В печь, нагретую до 500°С, помещали реактор с 18,91 г. Задавалась скорость фракционирования около 100 г/л в час. Через 92 мин проконтролировали ход опыта. В остатке содержалось 6,8 г фосфора с содержанием мышьяка 0,079%, органических веществ 0,26%. В дистилляте мышьяка было 0,0022%, органических веществ 0,0086%. Выход фосфора 64% от исходного в час.

Пример 4. В печь, нагретую до 600°С, помещали реактор с 24,09 г фосфора, Ход опыта проконтролировали через 42 мин. Скорость фракционирования составила около 150 г в час с литра объема колонки. В остатке содержалось 15, 79 г фосфора с содержанием мышьяка 0,044%. органических веществ 0,29%, В дистилляте содержалось 0,0030% мышьяка, 0,0088% органических веществ. Выход фосфора 68,8% от исходного в час.

Пример 5. В лечь, нагретую до 700°С, помещали реактор с 25,6 г фосфора. Опыт прервали через 25 мин, в остатке было 19,1 г фосфора: расход пара в зоне фракционирования около 200 г на литр объема в час. В остатке заметны следы красного фосфора. Производительность весьма высока при удовлетворительном качестве полученного продукта: выход фосфора в час 72,5% от исходного. Содержание ,0041 %. органических веществ 0,0094%. В остатке 25% органических веществ и 0,039% мышьяка.

Примерб. В печь, нагретую до 800°С, помещали реактор с 19,6 г фосфора. Чтобы избежать образования красного фосфора в зоне кипения, опыт прервали через 8 мин. В остатке было 17,0 i. скорость фракционирования 250 г/л в час. Красного фосфора в остатке не было, однако содержание мышьяка в дистилляте повысилось по сравнению с другими опытами: пар прошел разделительную зону слишком быстро. Содержание в дистилляте мышьяка 0,0083%, органических веществ 0,0099%; в остатке 0,033% мышьяка, 0,23% органических веществ. Выход фосфора 99,7% от исходного в час.

Полученные данные, характеризующие влияние параметров процесса очистки на

Формула изобретения Способ очистки желтого фосфора от мышьяка в непрерывном режиме, включающий нагревание фосфора до температуры кипения, отделение пара от жидкого фосфора, его фракционирование, конденсацию очищенного фосфора, съем целевого продукта о т л и ч а непроизводительность способа и качество получаемого продукта, представлены в табл.2.

Как видно из табл.2, уменьшение скоро- сти съема целевого продукта менее 100 кг/ч на 1 м зоны фракционирования при достижении высоких показателей качества приводит к снижению выхода продукта (выход на уровне прототипа).

Предлагаемый способ обладает следующими преимуществами по сравнению с прототипом:

процесс интенсифицирован за счет увеличения разницы давлений в зоне пара и конденсации; выход целевого продукта повышается с 49% по прототипу до 64-73% по предлагаемому способу;

понижено содержание органических

примесей в дистилляте за счет разложения

при более высокой температуре и давлении;

содержание органических веществ в конечном продукте снижается на 55-59% (в прототипе на 20%);

не требуется вакуумирования. Заявляемый способ дает возможность:

интенсифицировать процесс за счет увеличения разницы давлений в зоне пара и конденсации; выход целевого продукта повышается с 49% по прототипу до 64-73% по- предлагаемому способу;

получать фосфор с пониженным содержанием органических примесей за счет разложения их при более высокой температуре

и давлении; содержание органических веществ в конечном продукте снижается на 55-59% (в прототипе на 20%);

упростить технологический процесс за счет проведения процесса без вакуумирования,

щ и и с я тем, что, с целью повышения производительности процесса и снижения примесей в целевом продукте, нагревание фосфора, отделение пара и его

фракционирование осуществляют при нормальном давлении при скорости съема целевого продукта 100-200 кг/ч с 1 м3 объема зоны фракционирования.

Таблица1

Продолжение табл. 1

Таблица 2

Способ очистки желтого фосфора от мышьяка внепрерывном режиме. Сущность способа: нагревание фосфора до температуры кипения при нормальном давлении. Отделение пара от жидкого фосфора. Фракционирование паров. Конденсация и съем целевого продукта со скоростью 100- 200 кг/ч с 1 м3 зоны фракционирования. Содержание мышьяка в продукте 0,0021 мас.%. 2 табл.