Способ и автоклав для получения фосфорной кислоты окислением фосфора водой Советский патент 1935 года по МПК C01B25/20 

Известно, что реакция окисления фосфора водой по способу акад. Ипатьева протекает в основном по уравнению: Р., + 1б НзО - 4НзРО4 + 1ОН,(1) в жидкой фазе при температуре около 300° с выделением ЙЮОО калорий тепла на 1 кг фосфора. В целях отвода тепла реакции, согласно способу, составляющему предмет настоящего изобретения, процесс ведут на кипу, отводя тепло в виде скрытой теплоты пара. Для поддержания воДы при указанной температуре в жидкой фазе процесс необходимо вести под несколько превышающим парциальную упругость водяных паров при данной температуре давлением -100 атм. В указанных условиях необходимо также вести процесс в присутствии катализатора-раствора соли никеля в количестве IO/Q NiO от веса фосфора. Практически реакция образования фосфорной кислоты (1) сопровождается побочными реакциями: P, + 12HjO - 4НзРОзН-6Н2 Р4 + 8Н2О- 2H3POj + 2PH, + 2H2 (3) образования фосфористой кислоты и фосфористого водорода, которые загрязняют продукты реакции, так что фосфорная кислота может содержать до 5% НзРО., и водород-до Р о РНд. Условием успешного протекания процесса является также подача реагентов в реакционную зону в виде устойчивой эмульсии, для чего соотношение подаваемых количеств воды и фосфора дол5 7 жно лежать в пределах -jр , что значительно превышает стехиометрическое соотношение На основании учета изложенных выше условий проведения процесса предлагается для получения фосфорной кислоты в промышленных масштабах по указанному методу нижеописанный автоклав, изображенный на чертеже в разрезе. Автоклав представляет собой установленную вертикально колонну, рассчитанную на рабочее давление процесса порядка 100 атм. и снабженную двумя крышками. Нижняя крышка имеет три канала /, 2, 7 для отдельного ввода нагретой (до температуры реакции) воды, расплавленного фосфора и холодного раствора катализатора (катализатор подается отдельно в холодном виде во избежание гидролиза соли Ni на пути к реактору). Каналы 2 и /-фосфорный и водяной-соединяются далее вместе и заканчиваются, уширением, в котором помещен эмульгатор 5 (фосфор смешивается с водой непосредственно перед зоной реакции и сразу по вступлении его в нагретую крышку во избежание взаимодействия реагентов до поступления в аппарат и превращения фосфора в красную модификацию).

Внутренность колонны представляет собой цилиндрическое пространство, верхняя часть которого заполнена кислотоупорной керамической насадкой 6 ,для улавливания механически увлекаемых газом частиц жидкости.

Верхняя крышка колонны имеет два канала 4 8: первый, соединенный с загнутой вверх трубкой 5 для поддержания жидкости в автоклаве на определенном уровне, выше которого находится пространство, заполненное в процессе работы водородом, служит для вывода кислоты, второй-для выпуска водорода и водяного пара.

Весь аппарат для предохранения его от коррозии футерован внутри серебром.

Внутренний объем автоклава рассчитывается в соответствии, с его производительностью на пребывание реагентов S реакционной зоне в течение времени, необходимого для полного завершения реакции (1-2 минуты).

Действие аппарата состоит в следующем. Поступающая в нижнюю часть колонны эмульсия фосфора в воде встречается с катализатором, причем начинается процесс реакции, сопровождающийся, как указано выше, выделением водорода и тепла. За счет выделяющейся теплоты реакции происходит испарение некоторого количества воды, которая в виде пара вместе с водородом поднимается в верхнюю часть аппарата, создавая условия для интенсивного перемешивания жидкой реакционной массы. При этом происходит повышение концентрации получающейся кислоты с соответственным повышением температуры 1роцесса.

Процесс реакции происходит на всем лути движения жидкости по высоте колонны до уровня слива кислоты, где происходит полное превращение фосфора.

Водород и водяной пар .перед выходом из колонны проходят насадку, где оставляют механически увлеченные частицы жидкости. Введенный в колонну .катализатор в процессе реакции выпадает во взвешенном состоянии в виде фосфида никеля и уносится отходящей кислотой.

Таким образом, по всей высоте колонны до уровня слива кислоты имеет место режим кипения реакционной жидкости, причем температура кипения, в соответствии с повышением концентрации кислоты к выходу из колонны, повышается.

Основными преимуществами данной конструкции являются:

а)максимальное использование объема аппарата (не используется для реакции только объем, занимаемый насадкой);

б)отсутствие в аппарате каких-либо вспомогательных устройств для отвода теплоты реакции, что приводит к минимальным затратам материалов на изготовление аппарата;

в)возможность рекуперации, как теплоты реакции, уносимой водяным паром и водородом, так и самой парообразной воды для подачи ее вновь на реакцию;

г)простота полной разборки annapara и доступность всех деталей его для осмотра и ремонта.

Предмет изобретения.

1.Способ непрерывного получения фосфорной кислоты окислением фосфора водой под давлением, отличающийся тем, что, в целях отвода теплоты реакции в виде скрытой теплоты испарения воды, процесс окисления ведут на кипу.

2.Лвтоклав для осуществления способа, означенного в п. 1, отличающийся тем, что расположенный в нижней крышке канал / для ввода фосфора соединен в толще самой крышки с каналом 2 для ввода воды, который при выходе в автоклав снабжен эмульгатором 3, а расположенный в верхней крышке канал 4 для отвода фосфорной кислоты соединен с помещенной внутри автоклава загнутой вверх трубкой 5 для отвода фосфорной кислоты.

3.Форма выполнения автоклава, означенного в п. 1, отличающаяся тем, что в верхней части он снабжен брызгоотделительной насадкой 6.

авторскому свидетельству В. Л. Волкова и А. М. Гинстлинга № 43883

7