一种湿法生产氟化氢铵工艺及设备的改进方法

摘要

本发明公开了一种湿法生产氟化氢铵工艺及设备的改进方法，包括以下几个步骤：先将一定量的母液打入塑制带冷却盘管反应釜中，再将氨气与无水氟化氢同时通入反应釜中进行反应，直至反应到达终点；再将一定量的母液打入结晶釜中并预热，开启结晶釜搅拌，再将反应好的物料放入结晶釜中，缓慢降温结晶；待物料温度降至常温完全结晶后，放入离心机脱水后再经烘干得到期成品；整个生产系统尾气用母液吸收回用。此方法合成氟化氢铵具有操作方便、收率高、产品质量好、能耗低、结晶颗粒均匀、设备安全性好且使用寿命长、污染小等优点。

说明书

                    技术领域

本发明涉及一种氟化氢铵的生产方法，特别是一种湿法生产氟化氢铵工艺及设备的改进方法。

                    背景技术

氟化氢铵主要用于铝合金的表面处理、化学试剂、玻璃蚀刻剂(常与氢氟酸并用)、发酵工业消毒剂、防腐剂、从氧化铍制金属铍的溶剂以及硅素钢板的表面处理，还用于制造陶瓷和镁合金等。氟化氢铵在工业中应用广泛，具有广阔的市场前景。

氟化氢铵的生产方法有湿法和干法两种。干法是由气态氨和纯氟化氢气体直接合成而得，干法生产成本较高。湿法是以氢氟酸和液氨为原料合成，具有生产设备简单、操作方便、易于控制等优点。在工业上通常采用湿法进行生产。

传统湿法生产氟化氢铵采用在敞开式塑料桶或塑料槽内结晶，这种生产方式存在以下几个问题：一是传热效果欠佳；二是由于结晶时需人工搅拌，安全性较差；三是由于没有对结晶速度进行控制及搅拌不匀，结晶颗粒粗细不均，影响产品质量；四是尾气未加以回收，造成环境污染严重、原料消耗高。

关于湿法生产氟化氢铵的工艺及设备的改进方法，目前还没有相关文献进行报道。

                发明内容

为了解决合成氟化氢铵生产工艺中存在的上述问题，本发明的目的是提供一种消耗低、污染小、产品质量好、粒度均匀、不易结块、设备安全性好、使用寿命长的湿法生产氟化氢铵工艺及设备的改进方法，

本发明的理论依据如下：

1、NH₃+H₂O→NH₄OH

NH₄OH+2HF→NH₄HF₂+H₂O

NH₄OH+NH₄HF₂→2NH₄F+H₂O

以上反应为酸碱中和反应，操作中接近终点时用刚果红试剂测定，至试剂刚呈棕色为终点，此时停止通氨气，并用酸碱滴定测得酸度是否在控制范围内。过量的氨气与氟化氢铵反应生成氟化铵。

2、反应好的物料放入结晶釜，进行缓慢降温。由于氟化氢铵的溶解度随着温度的降低而减小，因此可以利用降温析出氟化氢铵晶体。在连续搅拌的作用下颗粒均匀并呈椭圆状。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案，它主要由反应釜、结晶釜、离心机、母液池、母液泵组成生产工艺系统，具体包括以下几个步骤：

一、反应合成：将母液池中的母液经母液泵打入反应釜中至1/3～1/2液位，第一次反应用去离子水配制饱和氟化氢铵溶液于母液池中，再将氨气NH₃与无水氢氟酸AHF一起按一定的速率缓慢地通入反应釜中，并用冷却水控制反应温度，反应压力为常压，AHF通完后继续通NH₃，直至反应到达终点；

二、结晶过程：将母液池中的母液经母液泵打入结晶釜中，至1/4～1/2液位并开启搅拌，通过结晶釜中的冷却夹套通入热水将结晶釜中的母液预热至50～100℃，再将反应釜中反应好的物料放入结晶釜中，然后在结晶釜中的冷却夹套通入冷却水，将结晶釜中的物料缓慢降温进行结晶，通过冷却水控制降温速度，待物料温度降至常温后，将物料放入离心机进行脱水，再经烘干得到成品。

三、尾气回收：整个生产过程中产生的尾气排至吸收系统，用一定温度的母液循环吸收后回用，循环液温度控制30～60℃。

反应釜加入氨气与无水氢氟酸的摩尔配比控制在0.5～0.6。

所述反应釜的反应温度控制在50～110℃。

所述反应釜的反应终点PH值控制在2～5。

所述结晶釜中物料的结晶降温速度控制在0～4℃/h。

所述的反应釜采用带冷却盘管的塑制反应釜。

所述结晶釜采用钢制内衬PE、带冷却夹套、密闭式的结晶釜。

采用上述工艺及设备后，有以下几个优点：一是消耗低；二是污染小；三是结晶设备传热效果好、使用寿命长；四是产品质量好，粒度均匀；五是操作方便，劳动强度低，安全性高。

                 附图说明

图1为本发明的工艺流程示意图。

                 具体实施方式

图1所示为湿法生产氟化氢铵的工艺及设备改进方法的工艺流程简图，下面结合具体实施方案对本发明简述如下：

将母液池4中的母液经母液泵5打入带冷却盘管的3m³塑制反应釜1中至1/3～1/2液位，第一次反应用去离子水配制饱和氟化氢铵溶液于母液池4中，再将NH₃与AHF一起分别以50Kg/h、280Kg/h的速率缓慢地通入反应釜1中，控制氨气与无水氢氟酸的摩尔配比0.5～0.6，并用冷却水量控制反应温度50～110℃，反应压力为常压。AHF通完后继续通NH₃，直至反应到达终点，反应过程中随时用刚果红试剂测定，至试剂刚呈棕色为终点，此时停止通NH₃。

将母液池4中的母液经母液泵5打入5m³结晶釜2中，至1/4～1/2液位并开启搅拌，往结晶釜2的冷却夹套中通入热水将母液预热至50～100℃，再将反应釜1中反应好的物料放入钢制内衬PE、带冷却夹套、密闭式的结晶釜2中，然后往结晶釜2的冷却夹套中通入冷却水，缓慢降温进行结晶，通过控制冷却水量来控制降温速度在0～4℃/h。待物料温度降至常温后，将物料放入离心机3进行脱水，再经烘干得到成品。

整个生产过程中产生的尾气排至吸收系统，用一定温度的母液循环吸收后回用，循环液温度控制30～60℃。

实施例1

依上述工艺流程及步骤，往反应釜1通入900Kg AHF、390KgNH₃，反应温度95℃，反应终点PH值为3.2时，结晶釜2中母液温度80℃，降温速度1～2℃/h。得到的氟化氢铵产品产量、质量和消耗情况见表一。

表一

产量T产品外观    主含量    原料消耗T/T氟化氢铵1.259细度均匀、透明、椭圆形粒状晶体    99.0％    AHF    NH₃    0.715    0.308

实施例2

按实施例1的操作步骤，反应终点PH值为2、3、4、5四个条件，其它条件不变时，所氟化氢铵产品产量、质量和消耗情况见表二。

表二

 PH值 产量 T  产品外观  主含量    原料消耗T/T氟化氢铵 2 1.270  细度均匀、透明、  椭圆形粒状晶体  99.3％    AHF    NH₃    0.763    0.302 3 1.264  细度均匀、透明、  椭圆形粒状晶体  99.0％    AHF    NH₃    0.720    0.306 4 1.242  细度均匀、透明、  椭圆形粒状晶体  98.8％    AHF    NH₃    0.711    0.315 5 1.213  细度均匀、透明、  椭圆形粒状晶体  97.5％    AHF    NH₃    0.709    0.328

结论：其它条件不变，改变反应终点PH控制值时，产品的外观无变化；随着反应终点PH控制值的增大，产量减小，主含量降低，AHF酸耗降低，NH₃消耗升高；因此反应终点PH值最好控制在3～4。

实施例3

按实施例1的操作步骤，控制结晶降温速度0～1、1～2、2～3、3～4℃/h四个条件，其它条件不变时，所得氟化氢铵产品产量、质量和消耗情况见表三。

表三

  降温速度℃/h  产量T  产品外观  主含量    原料消耗T/T氟化氢铵  0～1    1.258    细度均匀、透明、  椭圆形粒状晶体  99.1％      AHF      NH₃      0.713    0.311  1～2    1.260     细度较均匀、透  明、椭圆形粒状  晶体  99.3％      AHF      NH₃      0.714    0.309  2～3   1.261    细度不均、菱形  状、椭圆形粒状  晶体  99.2％     AHF     NH₃     0.718     0.307   3～4    1.256     细度不均、针状、  菱形状晶体  99.0％      AHF      NH₃      0.712    0.315

结论：改变结晶降温速度，对产品的产量、主含量、原料消耗无影响；但随着降温速度加快，产品细度不均，易结块，形状不一，且结晶釜易结壁。因此降温速度最好控制在0～2℃/h。