工业级磷酸一铵制备食品级聚偏磷酸钾的工艺研究

摘要

随着环境和能源问题的日益严重，使用耗能更低、污染更小的工艺更有利于磷化学工业的健康发展。根据磷化工企业中磷酸及磷酸盐质量差、环境污染严重的问题，结合热法路线生产优质磷酸、磷酸盐成本高的现状，开展湿法磷酸的下游高附加值精细磷酸盐新产品、新工艺的开发。聚偏磷酸钾是一种具有市场前景和开发价值的精细磷酸盐，其市场需求将不断攀升。目前生产聚偏磷酸钾的原料磷酸二氢钾多为热法磷酸和氯化钾为原料制备，成本较高。本论文开发了以湿法磷酸为原料，制备高纯度工业级磷酸二氢钾的技术，在此基础上使用磷酸二氢钾脱水聚合进一步制备食品级聚偏磷酸钾，该工艺路线制备聚偏磷酸钾产品具有更大的成本优势。且此方法除聚偏磷酸钾外只有水的生成，符合高原子利用率的现代化工趋势。
　　本文的主要研究内容包括三个部分：第一部分，以工业级磷酸一铵为原料与氢氧化钾复分解反应结晶制备磷酸二氢钾，研究分析了反应时间、搅拌速度、原料浓度和加入速率对磷酸二氢钾产品粒度分布的影响，探讨了磷酸二氢钾反应结晶机理，筛选出较优的反应结晶工艺。第二部分，通过对磷酸二氢钾中氟离子、硫酸根离子、砷离子的除杂，得到最佳工艺条件，探讨了磷酸二氢钾脱水缩合机理。第三部分，直接使用熔融态磷酸二氢钾脱水制备食品级聚偏磷酸钾，研究分析反应时间、升温速率、反应温度对聚偏磷酸钾磷含量、收率以及粘度的影响，获得了制备合格食品级聚偏磷酸钾的条件并对聚偏磷酸钾的改性进行研究。主要得到以下结论：
　　1）以工业级磷酸一铵为原料与氢氧化钾复分解反应结晶制备磷酸二氢钾工艺分为反应结晶和冷却结晶两个阶段，而磷酸二氢钾产品粒度主要受反应阶段控制。反应时间、搅拌速度、原料浓度和加入速率对磷酸二氢钾产品粒度分布的有明显的影响，通过各因素间合理的控制，可以制备出晶型规整，分布均匀，平均粒径较大的磷酸二氢钾产品。制备工业级磷酸二氢钾的最佳工艺：将质量分数50％磷酸一铵（2mol）加入到反应结晶器内，再将质量分数48%氢氧化钾（2mol）溶液在30分钟匀速加入与磷酸一铵混合进行复分解反应，控制搅拌转速为300r/min，控制浓缩密度为1.8。
　　研究磷酸二氢钾的粒度分布和形貌，而过饱和度是控制磷酸二氢钾产品粒度分布的最关键因素，过饱和度对磷酸二氢钾晶体生长速率的影响远大于成核速率。磷酸二氢钾的生长速率与粒度无关，平均生长速率约为3.3μm/min。反应过程中磷酸二氢钾正12面体先均匀生长，到一定时间只有侧棱柱长生长而棱锥长停止生长。
　　2）磷酸二氢钾除杂工艺中除去砷离子、硫酸根离子、氟离子的最佳工艺：除氟工艺在反应温度为50℃，反应时间为3.5h，磷酸用量为磷酸二氢钾（mol）∶磷酸（mol）=0.125；除硫酸根工艺在反应温度为45℃，反应时间为120min，碳酸钡用量为1.6∶1；除砷工艺磷酸二氢钾（mol）：氢卤酸（mol）小于16.7，反应转速大于250r/min，反应时间大于45min。并且磷酸二氢钾会在230℃到250℃温度间都存在着磷酸二氢钾的熔融，当温度超过250℃之后，磷酸二氢钾开始脱水生成聚偏磷酸钾。
　　3）使用熔融态磷酸二氢钾制备食品级聚偏磷酸钾，研究分析反应时间、升温速率、反应温度对聚偏磷酸钾磷含量、收率并没有影响，对聚偏磷酸钾的黏度有影响。制备聚偏磷酸钾的最佳工艺：反应时间为4h及以上，温度为500℃到700℃，升温速率为大于10℃/min。并且可以通过改变P/K来获得高黏度产物。

目录

OLE_LINK16

OLE_LINK69

OLE_LINK29

OLE_LINK46

OLE_LINK31

OLE_LINK44

OLE_LINK52

OLE_LINK2

OLE_LINK66

OLE_LINK61

OLE_LINK64

OLE_LINK15

OLE_LINK54

OLE_LINK68

OLE_LINK55

OLE_LINK4

OLE_LINK56

OLE_LINK22

OLE_LINK59

OLE_LINK60

OLE_LINK5

OLE_LINK12

OLE_LINK62

OLE_LINK63

OLE_LINK7

OLE_LINK23

OLE_LINK19

OLE_LINK27

OLE_LINK65

OLE_LINK17

OLE_LINK9

OLE_LINK10

OLE_LINK13

OLE_LINK18

OLE_LINK20

OLE_LINK25

OLE_LINK26

OLE_LINK67