專利名稱：流態(tài)化磷酸噴霧一步法生產(chǎn)正磷酸鈣鹽的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)正磷酸鈣鹽的方法，特別是涉及用于飼料、食品、藥品、牙膏和電子材料的二水磷酸氫鈣CaHPO4·2H2O、無水磷酸氫鈣CaHPO4、一水磷酸二氫鈣Ca(H2PO4)2·H2O和無水磷酸二氫鈣Ca(H2PO4)2等正磷酸鈣鹽的生產(chǎn)。
現(xiàn)有二水磷酸氫鈣CaHPO4·2H2O的生產(chǎn)方法主要有濕法和干法兩類。濕法又分為采用濕法磷酸飼肥聯(lián)產(chǎn)的兩段沉淀法(王勵生，萬先達，廖華書·磷復肥及磷酸鹽工藝學，成都科技大學出版社，1993，p..334～335)和采用熱法磷酸的一段連續(xù)沉淀法(И.Н.Постнйков著，蔡孝戴譯·熱法磷酸為基礎(chǔ)的鹽和肥料，化學工業(yè)出版社，1976，p.232～243)，其共同特點是使磷酸與石灰石粉懸浮液或石灰乳反應生成二水磷酸氫鈣CaHPO4·2H2O結(jié)晶。反應到達終點后或噴霧干燥、或過濾脫水后再行干燥，干燥溫度不允許超過100℃。此法持續(xù)過程長，所需設備多，操作復雜，反應末期固體顆粒表面被不透性的產(chǎn)物結(jié)晶薄膜包裹，反應速度極慢，而且干燥的能耗也高?，F(xiàn)有的干法工藝主要是采用高濃度的熱法磷酸與石灰石粉或石灰粉直接在強烈攪拌的混合機中混合后反應與陳化，陳化期間需要再混合。熟化后的物料經(jīng)回轉(zhuǎn)窯干燥，破碎機粉碎，篩分后得到產(chǎn)品(陳嘉浦，譚光薰主編·磷酸鹽的生產(chǎn)與應用，成都科技大學出版社，1989，p.120～121)。此法也需要較多的設備和生產(chǎn)場地、較長的生產(chǎn)周期和較高的能耗，盡管投料可以準確計量控制，但液固兩相難于充分混合因而反應不徹底產(chǎn)品成分復雜，還可能會含較多的游離磷酸。
現(xiàn)有無水磷酸氫鈣CaHPO4的生產(chǎn)方法主要是在得到干燥的二水磷酸氫鈣CaHPO4·2H2O結(jié)晶后在115～120℃溫度下脫去結(jié)晶水而成。
現(xiàn)有一水磷酸二氫鈣Ca(H2PO4)2·H2O的生產(chǎn)方法有濕法和干法兩類。濕法(US1818114；kirk-Othmer，Encyclopedia of Chemical Technology，3rdEd.，Vol.17，p.467～468)主要是采用磷酸和石灰乳中和的稀料漿噴霧干燥或糊狀料漿轉(zhuǎn)筒干燥、破碎、篩分得到產(chǎn)品。此法所需設備多，干燥能耗高。干法(M.E.波任·無機鹽工藝學，化學工業(yè)出版社，1981，p.181；CN1076592)是在強烈的機械混合條件下使60％以上濃度的磷酸與石灰或石灰石粉中和，生成的團狀物經(jīng)干燥、磨細、篩分后得到產(chǎn)品。此法也需要較多的設備和生產(chǎn)場地、較長的生產(chǎn)周期，盡管投料可以準確計量控制，但液固兩相難于充分混合因而反應不徹底，產(chǎn)品質(zhì)量不容易控制，通常含一定量的二水磷酸氫鈣CaHPO4·2H2O或游離磷酸。
現(xiàn)有無水磷酸二氫鈣Ca(H2PO4)4的生產(chǎn)方法主要是在獲得干燥的一水磷酸二氫鈣Ca(H2PO4)2·H2O結(jié)晶后在125～140℃溫度下脫去結(jié)晶水而成。
本發(fā)明公開一種采用磷酸和石灰石粉或石灰粉為原料的流態(tài)化磷酸噴霧一步法生產(chǎn)正磷酸鈣鹽的方法，目的是使從計量投料開始直到產(chǎn)品輸出為止所有生產(chǎn)過程均在同一臺全封閉的振動流化床中連續(xù)化進行，并且很方便地調(diào)整投料比和工藝操作參數(shù)即可用同一臺裝置生產(chǎn)二水磷酸氫鈣CaHPO4·2H2O、無水磷酸氫鈣CaHPO4、一水磷酸二氫鈣Ca(H2PO4)2·H2O和無水磷酸二氫鈣Ca(H2PO4)2等正磷酸鈣鹽產(chǎn)品，產(chǎn)品均勻、疏松，流動性好。
本發(fā)明的主要發(fā)明思想是構(gòu)成高分散性能的磷酸、石灰或石灰石粉氣-液-固三相反應體系。提出的磷酸噴霧和石灰或石灰石粉氣固流態(tài)化反應體系可以把液體介質(zhì)均勻地分布到幾乎每一個參與反應的固體顆粒表面，反應的結(jié)果放出CO2容易逸出表面進入氣相，形成的多孔表面層容易脫落從而使表面更新，因此具有很高的反應速率。同時該體系固相具有很好的流動性，使得完成反應后的物料保持其流化狀態(tài)直接進行干燥，然后同樣在流化狀態(tài)下進行氣流粉碎達到要求的粒度。
本發(fā)明的主要特點是在單臺振動流化床中實現(xiàn)上述全部發(fā)明思想，如附

圖1。而且很方便地調(diào)整投料比和工藝操作參數(shù)即可在同一臺裝置中生產(chǎn)二水磷酸氫鈣CaHPO4·2H2O、無水磷酸氫鈣CaHPO4、一水磷酸二氫鈣Ca(H2PO4)2·H2O和無水磷酸二氫鈣Ca(H2PO4)2等正磷酸鈣鹽產(chǎn)品，產(chǎn)品均勻、疏松，流動性好。
本發(fā)明的技術(shù)要點是全部生產(chǎn)過程均在同一臺分區(qū)操作的振動流化床中完成，如附圖1。雜質(zhì)含量符合要求、計量的磷酸(55～85％)經(jīng)二流體式噴嘴霧化后與計量的石灰或石灰石粉(20～120μm)混合后從設備的一端進入床層，依次連續(xù)通過床內(nèi)各區(qū)完成反應、干燥和粉碎，成品從設備的另一端連續(xù)排出，直接進行計量包裝?？諝饧訜帷⒄{(diào)溫后分三路從下部進入床層，由床層上方經(jīng)總管引至粉塵分離裝置，達到環(huán)保要求后排空。
與現(xiàn)有濕法或干法技術(shù)相比，本發(fā)明工藝流程短，操作步驟和設備少，生產(chǎn)過程連續(xù)化進行，自動化程度高，勞動強度小，能耗和操作費用低，裝置緊湊全封閉無環(huán)境污染，對原料磷酸濃度適應范圍寬廣，55％～85％濃度均可。因此能夠較大幅度地降低生產(chǎn)成本，設備投資減少至少1/3。
下面結(jié)合附圖1給出本發(fā)明的實施例，并通過實施例對本發(fā)明做進一步的詳細描述。
實施例1生產(chǎn)二水磷酸氫鈣CaHPO4·2H2O1.來自儲槽1凈化的55％泥磷酸(氟、砷及重金屬含量符合食品或飼料要求)經(jīng)流量計2計量后與來自料斗3經(jīng)計量加料器4的石灰石礦粉(20～120μm，氟、砷及重金屬含量符合食品或飼料要求)按180∶100(w∶w)的比例在噴霧混合器5中由0.2～0.5MPa的壓縮空氣充分混合后進入振動流化床6的(I)區(qū)；2.混合物在振動流化床6的(I)區(qū)發(fā)生激烈的中和反應，放出二氧化碳，生成二水磷酸氫鈣CaHPO4·2H2O的結(jié)晶；經(jīng)加熱器8的熱空氣由冷空氣副線調(diào)溫到100～110℃由下部進入振動流化床6的(I)區(qū)，表觀氣速0.4～0.8m/s維持該區(qū)的流態(tài)化；3.物料在(I)區(qū)完成反應后自動流入(II)區(qū)，經(jīng)加熱器8的熱空氣由冷空氣副線調(diào)溫到90～100℃由下部進入振動流化床6的(II)區(qū)，表觀氣速0.3～0.6m/s維持該區(qū)的流態(tài)化并使物料干燥；4.干燥后的物料由(II)區(qū)自動流入(III)區(qū)，冷空氣由下部進入振動流化床6的(III)區(qū)，表觀氣速0.2～0.4m/s維持該區(qū)的流態(tài)化并使物料冷卻，引入0.5～1.0MPa的壓縮空氣射流粉碎物料至100μm以下排出至計量包裝器7；5.由床層上部集氣管將含粉塵的氣體引至分離器9，氣體達到排放標準后放空，收集到的粉塵可作為產(chǎn)品。得到的產(chǎn)品二水磷酸氫鈣CaHPO4·2H2O為粒度小于100μm的疏松球型顆粒，主含量大于98％(干基)，水含量小于3％，氟、砷及重金屬含量符合食品或飼料要求。實施例2生產(chǎn)無水磷酸氫鈣CaHPO4實施例2生產(chǎn)無水磷酸氫鈣CaHPO4的步驟與實施例1生產(chǎn)二水磷酸氫鈣CaHPO4·2H2O的步驟完全相同。各步驟的操作參數(shù)，除第3步由下部進入振動流化床6(II)區(qū)的空氣要調(diào)溫到115～120℃以脫去二水磷酸氫鈣CaHPO4·2H2O中的兩分子結(jié)晶水使之轉(zhuǎn)化為無水磷酸氫鈣CaHPO4產(chǎn)品而外，其它也完全相同。得到的產(chǎn)品無水磷酸氫鈣CaHPO4為粒度小于100μm的疏松球型顆粒，主含量大于98％(干基)，水含量小于3％，氟、砷及重金屬含量符合食品或飼料要求。實施例3生產(chǎn)一水磷酸二氫鈣Ca(H2PO4)2·H2O1.來自儲槽1凈化的85％熱法磷酸(氟、砷及重金屬含量符合食品或飼料要求)經(jīng)流量計2計量后與來自料斗3經(jīng)計量加料器4的石灰石礦粉(20～120μm，氟、砷及重金屬含量符合食品或飼料要求)按235∶100(w∶w)的比例在噴霧混合器5中由0.2～0.5MPa的壓縮空氣充分混合后進入振動流化床6的(I)區(qū)；2.混合物在振動流化床6的(I)區(qū)發(fā)生激烈的中和反應，放出二氧化碳，生成一水磷酸二氫鈣Ca(H2PO4)2·H2O的結(jié)晶；經(jīng)加熱器8的熱空氣由冷空氣副線調(diào)溫到100～110℃由下部進入振動流化床6的(I)區(qū)，表觀氣速0.4～0.8m/s維持該區(qū)的流態(tài)化；3.物料在(I)區(qū)完成反應后自動流入(II)區(qū)，經(jīng)加熱器8的熱空氣由冷空氣副線調(diào)溫到80～90℃由下部進入振動流化床6的(II)區(qū)，表觀氣速0.3～0.6m/s維持該區(qū)的流態(tài)化并使物料干燥；4.干燥后的物料由(II)區(qū)自動流入(III)區(qū)，冷空氣由下部進入振動流化床6的(III)區(qū)，表觀氣速0.2～0.4m/s維持該區(qū)的流態(tài)化并使物料冷卻，引入0.5～1.0MPa的壓縮空氣射流粉碎物料至100μm以下排出至計量包裝器7；5.由床層上部集氣管將含粉塵的氣體引至分離器9，氣體達到排放標準后放空，收集到的粉塵可作為產(chǎn)品。得到的產(chǎn)品一水磷酸二氫鈣Ca(H2PO4)2·H2O為粒度小于100μm的疏松球型顆粒，主含量大于98％(干基)，水含量小于3％，氟、砷及重金屬含量符合食品或飼料要求。實施例4生產(chǎn)無水磷酸二氫鈣Ca(H2PO4)2實施例4生產(chǎn)無水磷酸二氫鈣Ca(H2PO4)2的步驟與實施例3生產(chǎn)一水磷酸二氫鈣Ca(H2PO4)2·H2O的步驟完全相同。各步驟的操作參數(shù)，除第3步由下部進入振動流化床6(II)區(qū)的空氣要調(diào)溫到125～135℃以脫去一水磷酸二氫鈣Ca(H2PO4)2·H2O中的一分子結(jié)晶水使之轉(zhuǎn)化為無水磷酸二氫鈣Ca(H2PO4)2產(chǎn)品而外，其它也完全相同。得到的產(chǎn)品無水磷酸二氫鈣Ca(H2PO4)2為粒度小于100μm的疏松球型顆粒，主含量大于98％(干基)，水含量小于3％，氟、砷及重金屬含量符合食品或飼料要求。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)正磷酸鈣鹽的方法，產(chǎn)品包括二水磷酸氫鈣CaHPO4·2H2O、無水磷酸氫鈣CaHPO4、一水磷酸二氫鈣Ca(H2PO4)2·H2O和無水磷酸二氫鈣Ca(H2PO4)2。采用50～80％熱法或濕法磷酸與20～120μm的石灰或石灰石粉直接混合反應，其特征是集原料磷酸和固相物料的混合、反應、陳化、干燥、粉碎為一步，全部生產(chǎn)過程均在一臺振動流化床中連續(xù)化進行，無返料，裝置全封閉無環(huán)境污染。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)正磷酸鈣鹽的方法，其特征是實現(xiàn)磷酸噴霧和固相粉體物料均勻混合、不結(jié)塊、不粘壁的多相流態(tài)化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的生產(chǎn)正磷酸鈣鹽的方法，其特征是滿足磷酸與石灰或石灰石粉中和反應、陳化、干燥、粉碎所需停留時間的振動流化床分區(qū)的方法。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的生產(chǎn)正磷酸鈣鹽的方法，其特征是在振動流化床中引入氣流粉碎使產(chǎn)品達到所需的細度。
全文摘要
一種從磷酸和石灰或石灰石粉生產(chǎn)正磷酸鈣鹽的方法，其主要技術(shù)特點是磷酸噴霧與粉體流化混合反應，從投料到產(chǎn)品輸出全部過程均在一臺全封閉的振動流化床中完成，無返料，產(chǎn)品均勻呈疏松顆粒狀。比現(xiàn)有技術(shù)至少省去了脫水干燥、破碎篩分或造粒等單元操作及設備。采用本發(fā)明可以用同一臺裝置生產(chǎn)下列正磷酸鈣鹽系列產(chǎn)品二水磷酸氫鈣CaHPO
文檔編號C01B25/32GK1239706SQ9811208
公開日1999年12月29日 申請日期1998年6月18日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月18日
發(fā)明者朱家驊, 夏素蘭, 張劍 申請人:四川聯(lián)合大學