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La présente invention concerne un procédé pour la fabrication de l'acide phosphorique et des phosphates alcalins à partir de phosphore élé- mentaire par combustion du phosphore dans une colonne en métal résistant à la corrosion, sans revêtement interne de manière à produire du pentoxyde de phosphore, puis à absorber le pentoxyde de phosphore ou l'anhydride phos- phorique par une pellioule aqueuse d'acide phosphorique ou d'un phosphate alcalin en mouvement le long des parois de la colonne dans laquelle s'effec- tue la combustion du phosphore.
On a déjà décrit divers procédés de production del'acide phospho- rique à partir du phosphore élémentaire, par exemple dans Chemical Enginee- ring Report N 2, "Development of Process and Equipment for the Production of Phosphoric Acid "(Développement d'un procédé et d'un appareillage pour la production d'acide phosphorique).
La combustion du phosphore avec formation d'anhydride phosphorique, dégage une grande quantité de chaleur à laquelle s'ajoute celle qui se dé- gage lors dela réaction de l'anhydride phosphoriqe avec l'eau pour former l'acide phosphorique. Les gaz chauds et l'acide phosrique chaud étant corrosifs, on fabrique couramment de l'acide phosphorique à partir de phos- phore élémentaire en assurant la oombustion du phosphore élémentaire au haut d'une chambre à parois revêtues de graphite, construite comme il est décrit dans le brevet des Etats-Unis n 2.532.322 du 1er juin 1946, les parois de cladite chambre étant refroidies par de l'eau coulant extérieurement, la face interne de la paroi en graphite étant maintenue à une température inférieure à laquelle le graphite s'oxyderait,
les gaz chauds de combustion s'échappant de la chambre à parois de graphite sont ensuite refroidis dans une chambre ad hoc en graphite contenant un grand nombre de tubes de gra phite dans lesquels circule de l'eau, les gaz refroidis étant envoyés dans un appareil d'hydratation dans lequel l'anhydride phosphorique est absorbé et séparé des'gaz par de l'eau ou une solution d'acide phosphorique pulvérisée dans l'appareil et passant en contre-courant des gaz refroidiso Les gaz non-absorbés dans la chambre d'hydratation sont envoyés dans un dispositif de précipitation électrosi attique où le reste de l'acide phosphorique est précipité des gaz. Ce procédé est décrit en détail po 75 à 87 du "Chemical Engineering Report N 2 ci-dessus mentionné.
On a souvent essayé d'absorber'anhydride phosphorique dans la chambre où s'effectue la combustion du phosphore, ainsi qu'il est décrit, par exemple; P 99 à 106 dans le "Chemioal Engineering Report n 2" sus-men- tionné et P 40 et 41 du Rapport Final N 562 du "British Intelligence Objectives Sub Committee" intitulé "The @ Phosphorus Industry at Bit- terfield and Piesteritz" (L'industrie a de du phosphore à Bitterfield et à Piesteritz). Ces essais de production de l'acide phosphorique par absorp- tion de l'anhydride phosphorique par de l'eau ou de l'acide phosphorique en recirculation dans la chambre de combustion du phosphore n'ont pas donné, satisfaction pour diverses raisons.
Quand on utilise des chambres à revête- ment réfractarire l'acide phosphorique est souvent pollué par les matières absorbées à partir des parois réfractaires, il faut en outre assurer un re- froidissement important de l'acide remis en circulation et si l'on essaie d'utiliser des colonnes à parois métalliques sans revêtement, on se heurte à de sérieux problèmes de corrosion et de refroidissement.
Dans le procédé usuel de fabrication des phosphates des métaux al- calins à l'aide de phosphore élémentaire et d'un carbonate ou d'un hydroxy- de d'un métal alcalin comme matières premières, le phosphore est brûlé dans une colonne, comme il a été rappelé ci-dessus, de manière à former de l'an- hydride phosphorique, que l'on refroidit et qu'on fait habituellement absor- ber par de l'eau, dans un appareil d'hydratation séparé, de manière à former de l'acide phosphorique. On met alors en réaction l'acide phosphorique avec
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un carbonate ou un hydroxyde d'un métal alcalin de manière à former le phosphate de métal alcalin en solution, la solution pouvant ensuite être déshydratée pour donner le phosphate désiré à l'état solide.
La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif per- mettant de brûler le phosphore élémentaire dans une colonne de combustion appropriée et de procéder à l'absorption et à la conversion en acide phos- phorique sous forme d'une pellicule circulant sur les parois intérieures de la colonne de combustion cependant que l'extérieur de la colonne est refroi- di et que l'acide en circulation est refroidi à l'extérieur de la colonne, sans diminution de la concentration de l'acide formé, la colonne de combus- tion pouvant être en acier inoxydable ou en un autre métal ou un alliage ré- sistant à la corrosion et étant maintenue à une température suffisamment basse pour éviter la corrosion des parois.
La présente invention a encore pour objet un procédé et un disposi- tif destinés à la production de l'acide phosphorique, dans lesquels la colonne decombustin est refroidie et l'anhydride phosrhorique est absorbé par une pellicule d'acide phosphorique coulant sur les parois intérieures, l'extérieur de la colonne étant refroidi par une pellicule d'eau en mouvement et l'acide étant refroidi à l'extérieur de la colonne, le refroidissement extérieur et le refroidissement intérieur étant combinés pour que l'on ob- tienne des concentrations industrielles en acide phosphorique de 75% ou plus, dans une colonne métallique sans revêtement, les parois de la colonne étant maintenues à une température inférieure à celle pour laquelle l'acier ino- xydable serait attaqué par l'acide phosphorique.
Conformément à la présente invention, on absorbe les vapeurs d'an- hydride phosphoriques produites, par une solution d'un carbonate ou d'un hy- droxyde alcalin coulant le long des parois de la colonne et on cristallise la solution et on procède éventuellement à une déshydratation moléculaire,
La solution de phosphate alcalin est refroidie à l'intérieur de la colonne de combustion, pour obtenir une solution de phosphate alcalin plus voisine de la¯saturation et pour réduire ainsi la quantité d'eau à évaporer ultérieurement pour produire des phosphates cristallisés ; on supprime ain- si l'usage des précipitateurs électrostatiques pour enlever les dernières traces d'acide phosphorique des gaz produits.
La présente invention est décrite plus en détail ci-après, avec référence aux dessins annexés, illustrant deux exemples de réalisation d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus, et dans lesquels :
Figa 1 est un schéma d'une forme préférée de mise en oeuvre de la présente invention pour la production d'acide phosphorique.
Figo 2 est un schéma d'une forme préférée de mise en oeuvre de la présente invention pour la production de phosphates alcalins.
La figure 1 représente un four de combustion brûlant le phosphore élémentaire en anhydride phosphorique, constitué de préférence d'une colonne verticale en acier inxoydable AISI type 316, avec un brûleur de phosphore 2 au sommet, alimenté en phosphore par le tuyau 3 et en air, pour la réduc- tion à l'état très finement divisé du phosphore fondu, par le tuyau 4. Cet air pénétre au sommet de la colonne par des ouvertures.. appropriées 5 en quan- tité suffisante pour assurer la combustion complète du phosphore. On trouve la description détaillée d'un brûleur à phosphore de ce type général dans Chemical Engineering", volo 55, N 10, p. 105, octobre 1948.
Le dôme 9 de la colonne 1 est refroidi par de l'eau pulvérisée par la couronne 25 qui est reliée à la conduite d'eau de refroidissement 13 et ce dôme est refroidi à l'intérieur de la colonne par de l'eau arrivant par
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la couronne 26 et pulvérisée contren la paroi intérieure du dôme.
Le rebord
27 disposé sur le pourtour extérieur du dôme maintient une oouche d'eau per- manenteo
Autour de l'extrémité supérieure ouverte de la colonne 1, au-des- sous du dôme, se trouve une rigole 6 constituant un réservoir dans lequel l'acide phosphorique remis en circulation peut être envoyé à l'aide d'une pompe en communication avec le tuyau 7 et des déverseires appropriés indiqués par les lignes pointillées à l'intérieur de la rigole 6 assurent une répar- tition régulière de l'acide le long des parois de la colonne 1.
On peut pul- vériser un supplément d'acide dans le tuyau 7a au moyen des buses espacées
8 situées en un ou plusieurs points des parois de la colonne 1 Les buses
8 peuvent être disposées en une ou dU: rangées et sont de préférence unifor- mément espacées autour de la colonne, L'acide phosphorique déborde par les déversoirs, indiqués en pointillé autour du haut de la colonne 1 à l'intérieur de la rigole 6 et s'écoule le long des parois de la oolonne 1, de haut en bas,
Les buses supplémentaires 8 permettent d'introduire un supplément d'acide phosphorique le long des parois de la colonne, suivant les besoins, pour main- tenir les parois uniformément humides et fournir suffisamment d'acide pour absorber l'anhydride phosphorique.
On peut, si on le veut, pulvériser de l'eau dansla colonne par cer- tains des orifices 8 et des pulvérisateurs d'eau supplémentaires peuvent ê- tre disposée dans le dôme 9 de la colonne. L'acide phosphorique s'écoulant le long des parois de.la colonne absorbe l'anhydride phosphorique et l'eau provenant des vaporisations effectuées dans la colonne et de l'acide phospho- rique ruisselant contre les parois de la colonne est vaporisée, ce qui faci- lite l'hydratation et l'absorption des vapeurs d'anhydride phosphorique dans la solution d'acide phosphorique coulant contre ces parois.
Une certaine hauteur de liquide est maintenue à la base de la tour, à peu près au niveau de la ligne pointillée 10, de manière à disposer d'une couche ou d'une réserve d'acide phosphorique appropriée en vue de la remise en circulation dans la colonne. Cette couche protège la base de la colonne 1 du contact des gaz de combustion et augmente l'absorption de l'anhydridee phosphorique qui s'y produit. Il doit être ttoutefois entendu que le réservoir d'acide phosphorique en vue de la remise en circulation dans la colonne peut être contenu dans un réservoir extérieur à la colonne au lieu de l'être dans une réserve située à la base de là colonne.
L'écoulement de l'acide dans la colonne est de préférence réglé de manière que l'acide phosphorique sorte de la base de la colonne 1 par le tuyau 11 à une température d'environ 70 C et à une concentration d'environ 75% en P04H3 bien qu'on puisse ad libitum obtenir une concentration plus éle- vée.
On fait passer une partie de l'acide extrait dans un réservoir par le tuyau 11a et le reste de l'acide dans les échangeurs de chaleur 12 d'où il sort àe la température d'environ 55 C et est renvoyé par une pompe dans la rigole 6 par le tuyau 7
L'extérieur de la colonne 1 est refroidi par une pellicule d'eau de refroidissement 24 pulvérisée sur le pourtour de la colonne 1 au sommet , par la couronne 24a reliée à la conduite d'eau s de refroidissement 13. l'eau de refroidissement provenant de la conduite 13 est, de préférence à une tem- pérature d'environ 25 C et après avoir coulé sur les parois de la colonne, est envoyée aux égouts ou dans des réservoirs à une température d'environ 60 c
Dans certaines conditions opératoires, le refroidissement dans les échangeurs de chaleur 12 peut devenir inutile.
La vitesse à laquelle le phos- phore est brûlé dans la colonne 1 peut être réduite, si on le veut, au point que la totalité de la chaleur engendrée puisse être soustraite par l'eau coulant sur les parois externes de la colonne et par l'acide coulant sur les
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parois internes de celle-ci sans refroidissement extérieur de l'acide.Ceci peut permettre d'augmenter la concentration de l'acide à sensiblement 85% de manière à réduire son pouvoir corrosif à haute température. Ces varian- tes opératoires entrent dans le cadre de la présente invention.
La vapeur d'eau, les gaz non-condensés et l'anhydride phosphori- que non-absorbé sont retirés à un niveau voisin de la base de la colonne 1 mais un peu au-dessus de cette base, par le tuyau 14 qui débouche au-dessus du niveau du liquide 10 et est de préférence en pente, comme représenté au dessin et passant par le tuyau 15 dans une colonne garnie 16 ou dans un pré cipitateur électrostatique, un laveur ou un autre moyen de retrait des par- ticules au sein d'un courant gazeux.
Dans le laveur 169 les gaz peuvent être mis en contact avec l'acide phosphorique remis en circuit venant du tuyau 17 ou avec de l'eau fournie par le tuyau 18 pour absorber l'anhydride .phos- phorique éventuellement restant et enlever par lavage le reste de l'acide phosphorique. On peut ajouter une quantité suffisante de liquide par le tuyau 17a pour entretenir la concentration désirée en acide de la colonne 1 par écoulement. d'acide phosphorique étendu par la r- ification 17a dans le fond de la colonne.
Dans la colonne 16 le reste de l'anhydride phospho- rique précipite et est recueilli dans le liquide coulant par le tuyau 17 et la colonne 16 Les gaz non-condensés;) après passage par la colonne 16, sont à une température d'environ 50 c L'humidité résiduelle des gaz, en grande- partie constituée par des gouttelettes d'acide phosphorique, peut être emle vée dans le séparateur ad hoc 19 et renvoyée dans le tuyau 17 par le tuyau 20 Les gaz non-absorbés passent alors par le tuyau 21 dans l'aspirateur 22 et sont évacués dans l'atmosphère par la cheminée 23.
Une pression légère- ment négative est entretenue au sommet de la colonne 1 et la pompe de succion 22 maintient un vide suffisant au fond de la colonne pour permettre l'évacua- tion de la vapeur et des gaz par le tuyau 14
En faisant couler simultanément de l'eau sur les parois extérieures de la colonne 1 et de l'acide phosphorique sur les parois intérieures de la colonne il est possible de maintenir les parois de la colonne à une tempé- rature inférieure à celle à laquelle se produirait la corrosion de l'acier inoxydable par 1!acide phosphorique.
Quand on procède de manière à obtenir de l'acide phosphorique à 75%, il est désirable d'enlever l'acide phosphori- que à la base de la colonne 1 à environ 70 c de le renvoyer au haut de la colonne à environ 55 C et de décharger les gaz non-condensée et l'anhydride phosphorique inaltéré par le tuyau 14 à environ 75 Ce On peut d'ailleurs adopter d'autres conditions opératoires appropriées, Pour des raisons écono- miques il est bon d'entretenir un taux élevé de combustion dans la colonne 1 et de régler le débit de l'acide et le .éditions de température en consé- quence mais si l'on réduit la vitesse de combustion du phosphore, les besoins en refroidissement sont réduits en proportion.
En opérant comme il est décrit ci-dessus, 95 à 98% de l'anhydride phosphorique produit par la combustion du phosphore au haut de la colonne 1 peuvent être absorbés par l'acide phosphorique qui coule le long des parois de la colonne et la majeure partie de l'anhydride phosphorique résiduel peut être recueillie dans le laveur 16 et dans toute autre installation auxiliai- re de manière que la quantité d'anhydride phosphorique contenu dans les va- peurs déchargées dans l'atmosphère soit réduite à 0,1% environ.
L'usage d'une pellicule d'eau 24 coulant sur les parois extérieu- res de la-colonne 1 permet de maintenir l'acide phosphorique présent à l'in- térieur de la colonne à une température inférieure et à moindre frais que tout autrement. Bien que la température de l'acide phosphorique remis en air- culation puisse être abaissée par refroidissement des parois par l'atmosphè- re et 1=usage d'échangeurs de chaleur plus grands ou la remise en circuit de plus diacide,
le prix de revient serait augmenté par la plus grande dimension des échangeurs et par une plus grande consommation de force par rapport au coût
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de la circulation d'eau de refroidissement 24 sur les parois extérieures de la colonne 1
La pression partielle de la vapeur d'eau sur l'acide phosphorique à 75% est telle que, sans refroidissement simultané de l'acide phosphorique, la température de l'acide serait del'ordre de 110 à 120 C. A cette températu- re, l'acide phosphorique attaque l'acier inoxydable 0 La limite supérieure de température à laquelle l'acier inoxydable peut être utilisé au contact d'acide phosphorique à 75% est de 75 à 80 C et,
en refroidissant les parois de la colonne simultanément par de l'eau coulant à l'extérieur et par de 1 acide phosphorique coulant à l'intérieur, la température des parois et de l'acide coulant à l'intérieur est amintenue au-dessous de celle à laquelle se produirait la corrosion del'aoier inoxydable par de l'acide phosphori- que à 75% ou plus.
La colonne 1 en acier inoxydable présente d'importants avantages par rapport aux colonnes de combustion en graphite ou à revêtement réfrac taire. pans le cas d'une colonne de combustion en graphite, il est nécessai- re de ne refroidir et de ne réchauffer cette colonne que lentement quand son fonctionnement a dû être interrompu pour la nettoyer, la réparer ou pour toute autre raison.
Avec une colonne en acier inoxydable, ce refroidissement ou ce réchauffage lents sont inutiles et la production d'acide phosphorique peut être interrompue et reprise simplement en assurant un écoulement appro- prié de l'acide phosphorique le long de la colonne 1 et à l'intérieur et un écoulement approprié d'eau à l'extérieur de ladite colonne avant de reprendre la combustion du phosphoreo Outre qu'une colonne d'acier inoxydable est moins chère qu'une colonne de graphite ou en matière réfracta-ire,
les problè- mes d'entretien sont simplifiés étant donné que la décharge se fait automati- quement de la colonne à la fois pour ce qui concerne l'acide phosphorique et les gaz non-condensés et l'anhydride phosphorique inaltéré et qu'il est rare d'être obligé de suspendre le fonctionnement du four pour en enlever les résidus ou les dépôts des parois ou de la base et qu'on évite toute pollution de l'acide par les revêtements de la colonne.
Au lieu de la colonne garnie 16 destinée à l'enlèvement de l'anhy- dride phosphorique non-absorbé ou de lacide phosphorique partioulaire exis- tant au sein du courant gazeux quittant la colonne 1, on peut installer un préoipitateur électrostatique ou un laveur approprié quelconque dans lequel on met les gaz en contact avec de l'eau ou de l'acide phosphorique, de manié- re à enlever le brouillard d'acide phosphorique et l'anhydride phosphorique restant éventuellement dans des gaz évacués de la chambre de combustion 1 Le brûleur de phosphore 2 peut également être disposé à la base de la colon- ne 1 et le tuyau de sortie 14 destiné à la vapeur d'eau et aux gaz non-con- densés au voisinage du sommet de la colonne 1
Dans le mode de mise en oeuvre de la, figure 2,
c'est une solution d'un carbonate ou d'un hydroxyde d'un métal alcalin, tel que le sodium,le potassium ou l'ammonium, qui circule à l'intérieur de la colonne 31 de maniè- re à refroidir et absorber l'anhydroque phosphorique et les conditions main- tenues sont telles que, de préférence par évaporation de l'eau de la solution coulant le long des parois de la colonne de combustion du phosphore, la tem- pérature de la solutior alcaline est entretenue au dessous de la température à laquelle se produirait une sérieure corrosion de ].'acier ou de l'acier inoxydable si l'on ne refroidissait pas extérieurement les parois de la colon- ne de combustion du phosphore.
Si nécessaire, la solution de phosphate de métal alcalin produite par réduction directe de l'anhydride phosphorique avec une solution aqueuse de métal alcalin présente dans la colonne de la figure 2, peut être réglée au rapport de la base à 1 acide phosphorique convenable, par exemple par ad-
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dition d'une nouvelle quantité de carbonate ou d'hydroxyde alcalin, avant cristallisation et déshydratation, propre à donner le phosphate de métal al- oalin désirée
L'absorption de l'anhydride phosphorique par la solution de métal alcalin se fait de préférence dans la colonne 31 dans laquelle le phosphore est transformé, par combustion , en anhydrides phosphorique, mais l'absorp- tion par et la réaction de l'anhydridee phosphorique avec la solution alca- line peut se faire en un point- quelconque désiré de l'appareil,
par exemple dans une chambre de contact ou un laveur séparé. Il est préférable que la totalité du refroidissement du liquide absorbant se fasse par évaporation de l'eau dans la colonne de combustion du phosphore ou l'appareil d'hydra- tation dans lequel les vapeurs d'anhydride phosphorique sont mises en contact avec la solution de métal alcalin et par refroidissement par l'atmosphère des parois extérieures de la colonne, de manière à éviter l'usage d'éohangeurs de chaleur extérieurs refroidis par de l'eau.
Dans l'appareil représenté à la figure 2, le phosphore élémentaire provenat du tuyan 32 peut être très finement pulvérisé au moyen d'air provenant du tuyau 33 par la buse 34 et brûlé par un supplément d'air admis au haut de la colonne 31 de manière à produire de l'anhydride phosphorique dans la colonne. Il est préférable de disposer d'ouvertures supplémentaires d'arri- vée d'air de diamètre restreint (non représentées) dans le chapeau 35 autour de la buses 34 et d'utiliser un léger excès d'air.
Entourant l'extrémité supérieure ouverte de la colonne 31, se trou- ve un chapeau 35 formant réservoir dans lequel on peut envoyer au moyen d'une pompe, en provenance d'un réservoir ad hoc 36 une solution aqueuse d'un mé- tal alcalin, par exemple de carbonate ou d'hydroxyde de sodium, de potassium ou d'ammonium ou une solution de natron. La. solution de métal alcalin coule de préférence par des déversoire appropriés indiqués par les lignes pointil- lées autour du sommet de la colonne 31 et est envoyée au moyen d'une pompe - sous un volume suffisant pour en assurer l'écoulement vers le bas le long des parois de la colonne 31 à partir de son sommet.
On peut, si on le veut, installer au haut du chapeau 35 des conduits supplémentaires 37 de pulvérisa- tion de la solution de métal alcalin, et à des intervalles espacés le long de la colonne dk3manière à pouvoir introduire un supplément de solution alca- line sous forme de pulvérisation en ces points. Les orifices d'entrée 37 ménagées dans les parois de la colonne 31 peuvent être disposés à 90 autour de la colonne ou suivant tout autre disposition assurant une répartition régulière d'une quantité adéquate de solution alcaline dans la colonne.
On peut,si on le véut, pulvériser de l'eau dans la colonne 31 par certains des orifices 37 On peut utiliser une ou plusieurs colonnes 31 et chaque colonne peut être munie d'une ou plusieurs buses de combustion de phosphore 34
L'anhydride phosphorique produit par la combustion du phosphore au sommet de la colonne 31 est absorbé par et réagit avec la solution aqueuse alcaline coulant dans la colonne de manière à produire le phosphate alcalin, qui est remis en circulation dans la colonne jusqu'à absorption de la quan- tité d'anhydride phosphorique voulue.
En raison de la chaleur dégagée par la combustion du phosphore ainsi que de la chaleur provenant de la réaction de la solution alcaline avec l'anhydride phosphorique, l'eau s'évapore de la solution qui s'écoule le long des parois de la colonne et ceci empêche toute élévation de.la température.L'évaporation de cette eau maintient la température de la solution le long des parois d la colonne à un niveau infé- rieur à celui que l'on peut obtenir quand l'anhydride phosphorique est absor- bé par et a réagi avec l'eau de manière à produire del'acide phosphorique, comme il est décrit relativement à la figure 1 La présence de vapeur d'eau dans la colonne, dans le présent procédé,
facilite l'absorption et la réac- tion des vapeurs d'anhydrides phosphorique au moyen de la solution alcaline,
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ce qui permet une meilleure récupération ou absorption de ces vapeurs à l'intérieur de la colonneo
Ainsi, quand on brûle du phosphore avec un excès d'air de 30% et quand on fait circuler une solution aqueuse de carbonate de sodium dans la colonne 31, la pression partielle de la vapeur d'eau dans le courant gazeux est d'environ 0,72 atmosphère, soit environ 550 mmo Ceci correspond à une t température de la solution alcaline en circulation dans la colonne d'envi- ron 97 C, la solution étant initialement une solution contenant 30% environ de C03Na,
c'est-à-dire une solution saturée à 30 C 0 La température est plus basse si la solution est plus étendueo Quand on utilise de l'eau pour obtenir de l'acide, une solution d'acide phosphorique à 75% circulant dans la colon- ne 31 sans refroidissement extérieur de la colonne par l'eau produirait une température de l'ordre de 110 à 120 Co L'acide phosphorique à cette tempéra- ture est très corrosif.
Certains types d'aciers inoxydables tels que l'acier AISI type
316 possèdent une résistance convenable à la corrosion par les solutions de phosphate alcalin à des températures allant jusqu'à 100 C ou plus, mais ces matériaux de construction ne résistent pas à la corrosion parti'acide phospho- rique à 75% à des températures supérieures à 80 Co L'acier inoxydable ou d'autres métaux résistant à la corrosion sont préférables pour la construc- tion de la colonne 310
La solution du phosphate alcalin s'écoule de la colonne 31 qui est exempte de revêtement, par un tuayu 38, en partie en retour au réservoir
36 en vue de sa remise en circuit et en partie par le conduit ramifié 38a dans un appareil 39 de cristallisation ou de déshydratation par la chaleur,
en vue de la déshydratation ou du traitement thermique propre à donner le phosphate alcalin à l'état solide. le phosphate à l'état solide peut petre soumis à un nouveau traitement thermique pour produire des phosphates, à déshydratation moléculaire. On peut, si on le veut, interposer, entre le tuyau 38a et l'appareil 39 de déshydratation et de traitement thermique, un évaporateur ou un appareil de cristallisation.,
Les gaz provenant de la colonne 31 contenant de l'anhydride phospho- rique, de la vapeur d'eau, de l'air, et, dans certains cas, de l'anhydride carbonique,
sont évacués par un tuyau de sortie 40 dans un laveur 41 où ils sont de péférence mis en contact avec une solution aqueuse alcaline fournie par le réservoir 42 et destinée à absorber et enlever les résidus d'anhydride phosphorique présents dans les gaz. Le laveur 41 peut être garni au moyen d'un garnissage ad hoc tel que des fibres de verre ou être constitué par un laveur de Venturi, lesquels assurent un contact intime entre les gaz et la solution alcaline.
La solution provenant du réservoir 42 peut être périodiquement dé- tournée du réservoir 36 pour être mise en circulation dans la colonne 31 ou dans le tuyau 38 en vue de sa déshydratation et de sa conversion en phospha- tes alcaline dans le four 39 On peut alors ajouter une solution appropriée de complément aux réservoirs 36 et 42, suivant les besoins.
Les gaz provenant du laveur 41 passent par un orifice de sortie 43 dans un oondenseur 44 où les gaz sont de préférence aspergés d'eau prove- nant du tuyau 47 pour condenser la majeure partie de la vapeur d'eau et refroi- dir les gaz résiduels au dessous de 80 C, puis passent par le tuyau 45 dans un éjecteur de vapeur d'eau 46 qui maintient un léger vide dans tout le sys- tème.
Les produits condensés et l'eau provenant du condenseur 44 s'écoulent dans un réservoir 48 et de là par un trop-plein dans un lieu de décharge convenable L'évaporation constante de l'eau de la solution alcaline présen- te dans la oolonne 31 augmente la concentration de la solution de phosphate alcalin et ainsi réduit la quantité d'eau à enlever lors de la déshydratation
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et du traitement thermique des phosphates alcalins produits.
Le procédé est très souple et peut être appliqué à la production des phosphates de sodium, de potassium et d'ammonium de compositions diver- ses suivant les réactions types :
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1. P4 + 5 02 = 2 P20 5 2. 3 P205 + 5 C03NsL2 + ° R20 :: 4 P04Na2R + 2 P04NaH2 + 5 C02 3 a 4 P04Na2H + 2 POlaR2 ... 2 P3010Na5 + 4 H20 4 P205 + 6 NaOH + 3 H20 = 2 PO 4 Na 3 + 6 H20
Si on utilise une solution de natron à titre de base, une réaction possible est :
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5Ó 10 C03Na2oC03NaR" 2 EgO + 9 P205 - 12 F0 4 NaE + 6 PO 4 NaR 2 + 20 C02 + 13 HO On peut faire intervenir d'autres proportions de natron et d'autres réactions.
On peut dans certains cas, faire appel au phosphate trisodique en tant que solution absorbante, conformément aux réactions :
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4 PO 4 Na 3 + P205 + 3 H20 = 6 P04Na2H
2 PO4Na2H + P2O5 + 3 H20 = 4 P04NaH2 On peut utiliser le carbonate ou l'hydroxyde de potassium ou d'ammonium à la place du carbonate ou de l'hydroxyde de sodium.
On peut,à partir des phosphates monosodiques et (ou) disodique pro- duits par le présent procédé, préparer d'autres phosphates alcalins tels que le tripolyphosphate de sodium et le pyrophosphate tétrasodique par un traitement thermique convenable conformément aux procédés bien connus.
UN exemple particulier d'une manière de produire le tripolyphospha- te de sodium comporte la circulation continue d'une solution de carbonate de sodium dans la colonne 31 jusqu'à ce qu'une quantité suffisante d'anhydride phosphorique ait été convertie en un mélange de phosphate disodique et de p phosphate monosodique suivant le rapport de 2/1, puis l'envoi dela solution
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dans un réservoir ou dans un appareil de cristaHisatiom ét de chauffage 39 où l'application d'un traitement thermique approprié convertit le mélange en
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tri:
pol7Phosphate" On ajoute une solution de carbonate de sodium dans le réser- voir 36 suivant les besoins parlé tuyau 49
La solution de métal alcalin remise en circulation coulant le long des parois de la colonne 31 absorbe rapidement l'anhydride phosphorique et est convertie en phosphate alcalin, lequel est remis en circulation jusqu'à
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absorption la quantité désirée d* anhydride phosphorique, puis est envoyée dans un réservoir ou dans un appareil de cstsllfsati#iet de déshydratation cependant qu'un supplément de solution d.è:;
métal alcalin est ajouté au réservoir 36 par le tuyau 49
Les avantages du procédé illustré et décrit relativement à la figu- re 2 sont nombreux .En utilisant une solution aqueuse alcaline et en réglant sa concentration et son écoulement au contact des gaz contenant de l'anhy- dride phosphorique, celui-ci est absorbé et réagit directement avec la solu- tion aqueuse alcaline, une température plus basse est maintenue le long des parois de la colonne 31, la corrosion est plus faible, on utilise des maté- riaux de construction meilleur marché et un refroidissement extérieur -de la
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solution basique en circulation est inutile pour entretenir les conditions opératoires appropriéeso Selon une variante entrant dans le cadre général de la présente invention, la solution alcaline,
au lieu de couler le long des parois de la colonne 31, peut être mise en réaction avec l'anhydride} ) phosphorique gazeux dans une chambre séparée dela colonne de combustion ou dans un grand laveur de même construction que le laveur 41. Il est cepen- dant préférable de mettre en réaction l'anhydride'phosphorique avec la solu- tion de métal alcalin coulant le long des parois d'une oolonne telle que la oolonne 31 car ce mode opératoire favorise la réaction et en même temps ré soud le problème du maintien des parois de la colonne au dessous de la tempé- rature à laquelle on se heurte à de sérieux problèmes de corrosion.
L'expression de solutin aqueuse alcaline constituée par un car- bonate ou un hydroxyde de sodium, de potassium ou d'ammonium" désigne ici à la fois les hydroxydes et carbonates normaux de sodium, de potassium et d'ammonium et le bicarbonate de sodium, des sesquicarbonates de sodium et le natron.
Le procédé et le dispositif décrits ci-dessus sont naturellement susceptibles de variantes sans qu'on s'écarte pour autant du cadre et. de 1 esprdt de la présente invention.
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The present invention relates to a process for the manufacture of phosphoric acid and alkali phosphates from elemental phosphorus by burning the phosphorus in a corrosion resistant metal column without an internal coating so as to produce phosphorus pentoxide. , then absorbing the phosphorus pentoxide or phosphorus anhydride by an aqueous film of phosphoric acid or an alkaline phosphate moving along the walls of the column in which the phosphorus combustion takes place.
Various methods of producing phosphoric acid from elemental phosphorus have already been described, for example in Chemical Engineering Report No. 2, "Development of Process and Equipment for the Production of Phosphoric Acid". and an apparatus for the production of phosphoric acid).
The combustion of phosphorus with the formation of phosphorus pentoxide gives off a large quantity of heat to which is added that which is given off during the reaction of phosphoric anhydride with water to form phosphoric acid. Since hot gases and hot phosric acid are corrosive, phosphoric acid is commonly made from elemental phosphorus by providing combustion of elemental phosphorus at the top of a chamber with graphite-lined walls, constructed as is. described in United States Patent No. 2,532,322 of June 1, 1946, the walls of the cladite chamber being cooled by water flowing outwardly, the inner face of the graphite wall being maintained at a temperature below which the graphite would oxidize,
the hot combustion gases escaping from the graphite-walled chamber are then cooled in a special graphite chamber containing a large number of graphite tubes in which water circulates, the cooled gases being sent to an apparatus hydration in which the phosphoric anhydride is absorbed and separated from the gases by water or a phosphoric acid solution sprayed into the apparatus and passing in countercurrent of the cooled gases o The gases not absorbed in the chamber hydration are sent to an electrosi-attic precipitation device where the rest of the phosphoric acid is precipitated from the gases. This process is described in detail at item 75-87 of the above-mentioned Chemical Engineering Report No. 2.
Many attempts have been made to absorb phosphorus pentoxide in the chamber where the phosphorus combustion takes place, as described, for example; P 99 to 106 in the above-mentioned "Chemioal Engineering Report n 2" and P 40 and 41 of the Final Report N 562 of the "British Intelligence Objectives Sub Committee" entitled "The @ Phosphorus Industry at Bitterfield and Piesteritz" ( The industry has phosphorus in Bitterfield and Piesteritz). These attempts to produce phosphoric acid by absorption of phosphoric anhydride by water or phosphoric acid recirculating in the phosphorus combustion chamber have not been satisfactory for various reasons.
When using refractory lined chambers the phosphoric acid is often polluted by the material absorbed from the refractory walls, it is also necessary to ensure a significant cooling of the recirculated acid and if one tries to use columns with metal walls without coating, one comes up against serious problems of corrosion and cooling.
In the usual process for the manufacture of alkali metal phosphates using elemental phosphorus and a carbonate or hydroxide of an alkali metal as raw materials, the phosphorus is burnt in a column, as it was recalled above, so as to form phosphoric anhydride, which is cooled and which is usually absorbed by water, in a separate hydration apparatus, so to form phosphoric acid. Phosphoric acid is then reacted with
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an alkali metal carbonate or hydroxide so as to form the alkali metal phosphate in solution, the solution then being dehydrated to give the desired phosphate in a solid state.
The object of the present invention is a process and a device making it possible to burn elemental phosphorus in a suitable combustion column and to carry out the absorption and conversion into phosphoric acid in the form of a film circulating on the particles. internal walls of the combustion column while the outside of the column is cooled and the circulating acid is cooled outside the column, without decreasing the concentration of the acid formed, the column of The combustion may be stainless steel or another corrosion resistant metal or alloy and being maintained at a temperature low enough to prevent corrosion of the walls.
A further object of the present invention is a process and a device for the production of phosphoric acid, in which the combustion column is cooled and the phosphoric anhydride is absorbed by a film of phosphoric acid flowing on the inner walls. , the outside of the column being cooled by a film of moving water and the acid being cooled outside the column, the outside cooling and the inside cooling being combined to obtain concentrations industrial phosphoric acid of 75% or more, in an uncoated metal column, the walls of the column being maintained at a temperature lower than that at which the stainless steel would be attacked by phosphoric acid.
In accordance with the present invention, the phosphoric anhydride vapors produced are absorbed by a solution of a carbonate or an alkali hydroxide flowing along the walls of the column and the solution is crystallized and one proceeds optionally. molecular dehydration,
The alkaline phosphate solution is cooled inside the combustion column, to obtain an alkaline phosphate solution closer to saturation and thus to reduce the amount of water to be evaporated subsequently to produce crystallized phosphates; the use of electrostatic precipitators to remove the last traces of phosphoric acid from the gases produced is thus eliminated.
The present invention is described in more detail below, with reference to the accompanying drawings, illustrating two embodiments of a device for implementing the above method, and in which:
Figa 1 is a diagram of a preferred embodiment of the present invention for the production of phosphoric acid.
Figo 2 is a schematic of a preferred embodiment of the present invention for the production of alkaline phosphates.
Figure 1 shows a combustion furnace burning elemental phosphorus in phosphorus pentoxide, preferably consisting of a vertical column in stainless steel AISI type 316, with a phosphorus burner 2 at the top, supplied with phosphorus by pipe 3 and air , for the reduction to the very finely divided state of the molten phosphorus, through pipe 4. This air enters the top of the column through suitable openings 5 in sufficient quantity to assure complete combustion of the phosphorus. The detailed description of a phosphorus burner of this general type is found in Chemical Engineering ", volo 55, No. 10, p. 105, October 1948.
The dome 9 of the column 1 is cooled by water sprayed by the crown 25 which is connected to the cooling water pipe 13 and this dome is cooled inside the column by the water arriving by
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the crown 26 and sprayed against the inner wall of the dome.
The flange
27 arranged on the outer perimeter of the dome maintains a permanent water ooucheo
Around the open upper end of column 1, below the dome, is a channel 6 constituting a reservoir into which the recirculated phosphoric acid can be sent using a pump in communication. with the pipe 7 and suitable outflows indicated by the dotted lines inside the channel 6 ensure an even distribution of the acid along the walls of the column 1.
Additional acid can be sprayed into pipe 7a by means of the spaced nozzles.
8 located at one or more points on the walls of the column 1 The nozzles
8 can be arranged in one or two: rows and are preferably evenly spaced around the column, The phosphoric acid overflows through the weirs, indicated in dotted lines around the top of column 1 inside channel 6 and flows along the walls of column 1, from top to bottom,
The additional nozzles 8 allow additional phosphoric acid to be introduced along the walls of the column, as needed, to keep the walls uniformly moist and provide sufficient acid to absorb the phosphoric anhydride.
Water may be sprayed into the column if desired from some of the ports 8 and additional water sprayers may be disposed in the dome 9 of the column. The phosphoric acid flowing along the walls of the column absorbs the phosphoric anhydride and the water from the vaporizations carried out in the column and phosphoric acid streaming against the walls of the column is vaporized, this which facilitates hydration and absorption of the phosphoric anhydride vapors in the phosphoric acid solution flowing against these walls.
A certain height of liquid is maintained at the base of the tower, approximately at the level of the dotted line 10, so as to have a suitable layer or reserve of phosphoric acid for recirculation. in the column. This layer protects the base of column 1 from contact with combustion gases and increases the absorption of the phosphorus pentoxide which occurs there. It should be understood, however, that the phosphoric acid reservoir for recirculation in the column may be contained in a reservoir external to the column instead of being in a reserve located at the base of the column.
The flow of acid through the column is preferably controlled so that the phosphoric acid exits the base of column 1 through pipe 11 at a temperature of about 70 ° C and a concentration of about 75%. in PO4H3, although a higher concentration can ad libitum.
Part of the acid extracted in a tank is passed through pipe 11a and the remainder of the acid in the heat exchangers 12 from where it leaves at a temperature of about 55 C and is returned by a pump to channel 6 through pipe 7
The exterior of column 1 is cooled by a film of cooling water 24 sprayed around the periphery of column 1 at the top, by crown 24a connected to the cooling water pipe 13. the cooling water from line 13 is preferably at a temperature of about 25 C and after pouring over the walls of the column is sent to sewers or into tanks at a temperature of about 60 C
Under certain operating conditions, cooling in the heat exchangers 12 may become unnecessary.
The rate at which phosphorus is burned in column 1 can be reduced, if desired, so that all of the heat generated can be removed by the water flowing down the outer walls of the column and by the 'acid flowing on
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internal walls thereof without external cooling of the acid. This can increase the concentration of the acid to substantially 85% so as to reduce its corrosiveness at high temperature. These operating variations fall within the scope of the present invention.
The water vapor, the non-condensed gases and the unabsorbed phosphoric anhydride are withdrawn at a level close to the base of column 1 but a little above this base, through pipe 14 which opens out. above the level of the liquid 10 and is preferably sloping, as shown in the drawing and passing through the pipe 15 in a packed column 16 or in an electrostatic precipitator, a scrubber or other means for removing particles at the bottom. within a gas stream.
In the scrubber 169 the gases can be contacted with the re-energized phosphoric acid coming from the pipe 17 or with the water supplied by the pipe 18 to absorb any remaining phosphoric anhydride and wash off the phosphoric acid. remainder of phosphoric acid. A sufficient quantity of liquid can be added through pipe 17a to maintain the desired concentration of acid in column 1 by flow. phosphoric acid extended by connection 17a at the bottom of the column.
In column 16 the rest of the phosphoric anhydride precipitates and is collected in the liquid flowing through pipe 17 and column 16 The non-condensed gases;) after passing through column 16 are at a temperature of approximately 50 c Residual moisture in the gases, largely formed by droplets of phosphoric acid, can be removed in the ad hoc separator 19 and returned to pipe 17 through pipe 20 The non-absorbed gases then pass through the pipe 21 in the vacuum cleaner 22 and are discharged into the atmosphere through the chimney 23.
Slightly negative pressure is maintained at the top of column 1 and suction pump 22 maintains sufficient vacuum at the bottom of the column to allow vapor and gas to escape through pipe 14.
By simultaneously running water on the outer walls of column 1 and phosphoric acid on the inner walls of the column it is possible to maintain the walls of the column at a temperature lower than that at which the would cause corrosion of stainless steel by phosphoric acid.
When proceeding to obtain 75% phosphoric acid, it is desirable to remove the phosphoric acid at the bottom of column 1 at about 70 ° C to return it to the top of the column at about 55 ° C. C and discharge the non-condensed gas and unaltered phosphoric anhydride through pipe 14 to approximately 75 Ce. It is also possible to adopt other suitable operating conditions. For economic reasons it is good to maintain a rate high combustion rate in column 1 and adjust the acid flow rate and temperature changes accordingly, but if the phosphorus burn rate is reduced the cooling requirements are correspondingly reduced.
By operating as described above, 95-98% of the phosphorus pentoxide produced by the combustion of phosphorus at the top of column 1 can be absorbed by the phosphoric acid flowing down the walls of the column and the most of the residual phosphorus pentoxide can be collected in scrubber 16 and in any other auxiliary installation so that the quantity of phosphorus pentoxide contained in the vapors discharged into the atmosphere is reduced to 0.1% about.
The use of a film of water 24 flowing on the outer walls of the column 1 makes it possible to keep the phosphoric acid present inside the column at a lower temperature and at less cost than anything else. other. Although the temperature of the re-circulated phosphoric acid can be lowered by cooling the walls by the atmosphere and 1 = using larger heat exchangers or re-cycling more diacid,
the cost price would be increased by the larger size of the exchangers and by a greater consumption of force compared to the cost
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cooling water circulation 24 on the outer walls of column 1
The partial pressure of water vapor on 75% phosphoric acid is such that, without simultaneous cooling of the phosphoric acid, the temperature of the acid would be of the order of 110 to 120 C. At this temperature. re, phosphoric acid attacks stainless steel 0 The upper temperature limit at which stainless steel can be used in contact with 75% phosphoric acid is 75 to 80 C and,
by cooling the walls of the column simultaneously with water flowing on the outside and with phosphoric acid flowing on the inside, the temperature of the walls and of the acid flowing inside is brought down below that at which corrosion of stainless steel by 75% or more phosphoric acid would occur.
The stainless steel column 1 has significant advantages over graphite or refractory lined combustion columns. In the case of a graphite combustion column, it is necessary to cool and heat this column only slowly when its operation has had to be interrupted for cleaning, repairing or for any other reason.
With a stainless steel column this slow cooling or reheating is unnecessary and the production of phosphoric acid can be interrupted and resumed simply by ensuring proper flow of phosphoric acid along column 1 and back to the top. interior and an appropriate flow of water outside said column before resuming the combustion of phosphorus Besides a stainless steel column is less expensive than a column of graphite or refractory material,
the maintenance problems are simplified since the discharge takes place automatically from the column both for the phosphoric acid and the uncondensed gases and unaltered phosphoric anhydride and is It is rare to have to suspend the operation of the furnace to remove residues or deposits from the walls or the base and that any pollution of the acid by the coatings of the column is avoided.
Instead of the packed column 16 intended for the removal of unabsorbed phosphoric anhydride or partial phosphoric acid existing in the gas stream leaving column 1, an electrostatic pre-precipitator or a suitable washer can be installed. in which the gases are brought into contact with water or phosphoric acid, so as to remove the phosphoric acid mist and phosphoric anhydride possibly remaining in the gases discharged from the combustion chamber 1 The phosphorus burner 2 can also be arranged at the base of column 1 and the outlet pipe 14 for steam and non-condensed gases near the top of column 1.
In the mode of implementation of, FIG. 2,
it is a solution of a carbonate or a hydroxide of an alkali metal, such as sodium, potassium or ammonium, which circulates inside the column 31 so as to cool and absorb the phosphorus anhydrous and the conditions maintained are such that, preferably by evaporation of the water from the solution flowing along the walls of the phosphorus combustion column, the temperature of the alkaline solution is maintained below of the temperature at which serious corrosion of steel or stainless steel would occur if the walls of the phosphorus combustion column were not cooled externally.
If necessary, the alkali metal phosphate solution produced by direct reduction of phosphoric anhydride with an aqueous alkali metal solution present in the column of Figure 2, can be adjusted to the ratio of base to 1 suitable phosphoric acid, by example by ad-
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addition of a new quantity of carbonate or alkali metal hydroxide, before crystallization and dehydration, suitable to give the desired alkali metal phosphate
The absorption of phosphorus pentoxide by the alkali metal solution takes place preferably in column 31 in which the phosphorus is converted, by combustion, into phosphorus pentoxide, but the absorption by and the reaction of the anhydridee phosphoric acid with the alkaline solution can be done at any desired point of the apparatus,
for example in a contact chamber or a separate washer. It is preferable that all of the cooling of the absorbent liquid is by evaporation of the water in the phosphorus combustion column or the hydration apparatus in which the phosphorus pentoxide vapors are contacted with the solution. of alkali metal and by atmospheric cooling of the outer walls of the column, so as to avoid the use of outdoor heat exchangers cooled by water.
In the apparatus shown in FIG. 2, the elemental phosphorus from the pipe 32 can be very finely sprayed by means of air coming from the pipe 33 through the nozzle 34 and burned by an additional air admitted at the top of the column 31 so as to produce phosphorus pentoxide in the column. It is preferred to have additional small diameter air inlet openings (not shown) in the cap 35 around the nozzle 34 and to use a slight excess of air.
Surrounding the open upper end of column 31, there is a cap 35 forming a reservoir into which it is possible to send by means of a pump, from an ad hoc reservoir 36 an aqueous solution of a metal. alkaline, for example sodium, potassium or ammonium carbonate or hydroxide or a solution of natron. The alkali metal solution preferably flows through suitable overflows indicated by the dotted lines around the top of column 31 and is sent by means of a pump - in sufficient volume to assure downward flow. along the walls of the column 31 from its top.
Additional lines 37 for spraying the alkali metal solution can be installed at the top of the bonnet 35 if desired, and at spaced intervals along the column so that additional alkali solution can be introduced. as a spray at these points. The inlet orifices 37 formed in the walls of the column 31 can be arranged at 90 ° around the column or according to any other arrangement ensuring an even distribution of an adequate quantity of alkaline solution in the column.
If desired, water can be sprayed into column 31 through some of the orifices 37 One or more columns 31 can be used and each column can be provided with one or more phosphorus combustion nozzles 34
Phosphorus anhydride produced by the combustion of phosphorus at the top of column 31 is absorbed by and reacts with the aqueous alkaline solution flowing through the column to produce the alkaline phosphate, which is recirculated through the column until absorption. of the desired amount of phosphorus pentoxide.
Due to the heat given off by the combustion of phosphorus as well as the heat from the reaction of the alkaline solution with phosphorus pentoxide, water evaporates from the solution flowing along the walls of the column. and this prevents any rise in temperature. The evaporation of this water maintains the temperature of the solution along the walls of the column at a level lower than that which can be obtained when the phosphorus pentoxide is absorbed. - Bé par and reacted with water to produce phosphoric acid, as described in relation to Figure 1 The presence of water vapor in the column, in the present process,
facilitates the absorption and reaction of the phosphorus pentoxide vapors by means of the alkaline solution,
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which allows better recovery or absorption of these vapors inside the column
Thus, when phosphorus is burned with an excess of air of 30% and when an aqueous solution of sodium carbonate is circulated in column 31, the partial pressure of water vapor in the gas stream is approximately 0.72 atmospheres, or approximately 550 mmo This corresponds to a t temperature of the alkaline solution circulating in the column of approximately 97 C, the solution initially being a solution containing approximately 30% of C03Na,
that is to say a saturated solution at 30 C 0 The temperature is lower if the solution is more extensive o When water is used to obtain acid, a solution of phosphoric acid at 75% circulating in column 31 without external cooling of the column with water would produce a temperature of the order of 110 to 120 Co. Phosphoric acid at this temperature is very corrosive.
Some types of stainless steels such as type AISI steel
316 have adequate resistance to corrosion by alkali phosphate solutions at temperatures up to 100 ° C or higher, but these building materials do not resist corrosion by 75% phosphoric acid at higher temperatures. to 80 Co Stainless steel or other corrosion resistant metals are preferable for the construction of the column 310
The solution of the alkaline phosphate flows from the column 31 which is free of coating, through a tuayu 38, partly back to the reservoir
36 with a view to its reconnection and partly through the branched conduit 38a in an apparatus 39 for crystallization or dehydration by heat,
with a view to dehydration or heat treatment suitable for giving the alkaline phosphate in the solid state. the phosphate in the solid state can be subjected to a further heat treatment to produce phosphates, molecularly dehydrated. It is possible, if desired, to interpose, between the pipe 38a and the dehydration and heat treatment apparatus 39, an evaporator or a crystallization apparatus.,
The gases from column 31 containing phosphoric anhydride, water vapor, air, and, in some cases, carbon dioxide,
are discharged through an outlet pipe 40 into a scrubber 41 where they are preferably brought into contact with an alkaline aqueous solution supplied by the reservoir 42 and intended to absorb and remove the phosphorus pentoxide residues present in the gases. The scrubber 41 can be lined by means of an ad hoc lining such as glass fibers or be constituted by a Venturi scrubber, which ensure intimate contact between the gases and the alkaline solution.
The solution from the reservoir 42 can be periodically diverted from the reservoir 36 to be circulated in the column 31 or in the pipe 38 for its dehydration and its conversion to alkaline phosphates in the oven 39. add an appropriate complement solution to reservoirs 36 and 42, as required.
The gases from the scrubber 41 pass through an outlet 43 into a condenser 44 where the gases are preferably sprayed with water from the pipe 47 to condense most of the water vapor and cool the gases. residuals below 80 ° C., then pass through pipe 45 into a water vapor ejector 46 which maintains a slight vacuum throughout the system.
The condensed products and the water coming from the condenser 44 flow into a tank 48 and from there through an overflow to a suitable discharge site The constant evaporation of the water from the alkaline solution present in the column 31 increases the concentration of the alkaline phosphate solution and thus reduces the amount of water to be removed during dehydration
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and heat treatment of the alkaline phosphates produced.
The process is very flexible and can be applied to the production of sodium, potassium and ammonium phosphates of various compositions according to the typical reactions:
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1. P4 + 5 02 = 2 P20 5 2. 3 P205 + 5 C03NsL2 + ° R20 :: 4 P04Na2R + 2 P04NaH2 + 5 C02 3 a 4 P04Na2H + 2 POlaR2 ... 2 P3010Na5 + 4 H20 4 P205 + 6 NaOH + 3 H20 = 2 PO 4 Na 3 + 6 H20
If natron solution is used as a base, one possible reaction is:
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5Ó 10 C03Na2oC03NaR "2 EgO + 9 P205 - 12 F0 4 NaE + 6 PO 4 NaR 2 + 20 C02 + 13 HO Other proportions of natron and other reactions can be involved.
In some cases, trisodium phosphate can be used as an absorbent solution, in accordance with the reactions:
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4 PO 4 Na 3 + P205 + 3 H20 = 6 P04Na2H
2 PO4Na2H + P2O5 + 3H20 = 4 P04NaH2 Potassium or ammonium carbonate or hydroxide can be used instead of sodium carbonate or hydroxide.
From the monosodium and (or) disodium phosphates produced by the present process, other alkali phosphates such as sodium tripolyphosphate and tetrasodium pyrophosphate can be prepared by suitable heat treatment according to well known methods.
A particular example of one way of producing sodium tripolyphosphate involves continuously circulating a sodium carbonate solution through column 31 until a sufficient amount of phosphorus pentoxide has been converted to a mixture. of disodium phosphate and monosodium p phosphate in the ratio of 2/1, then sending the solution
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in a tank or in a heating and cristaHisatiom apparatus 39 where the application of an appropriate heat treatment converts the mixture into
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sorting:
pol7Phosphate "A sodium carbonate solution is added to tank 36 as required by pipe 49
The recirculated alkali metal solution flowing along the walls of column 31 rapidly absorbs phosphorus pentoxide and is converted to alkali metal phosphate, which is recirculated to
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absorption the desired amount of phosphorus pentoxide, then is sent to a tank or to a cstsllfsati # iand dehydration apparatus while additional solution d.è :;
alkali metal is added to tank 36 through pipe 49
The advantages of the process illustrated and described in relation to FIG. 2 are numerous. By using an aqueous alkaline solution and by controlling its concentration and its flow in contact with gases containing phosphoric anhydride, the latter is absorbed and reacts directly with the aqueous alkaline solution, a lower temperature is maintained along the walls of column 31, corrosion is lower, cheaper construction materials are used and external cooling of the column is used.
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basic solution in circulation is unnecessary to maintain the appropriate operating conditions According to a variant coming within the general scope of the present invention, the alkaline solution,
instead of flowing along the walls of column 31, can be reacted with gaseous phosphoric anhydride in a separate chamber from the combustion column or in a large scrubber of the same construction as scrubber 41. It is however - However preferable to react the phosphoric anhydride with the alkali metal solution flowing along the walls of a column such as column 31 because this procedure promotes the reaction and at the same time solves the problem of maintaining the walls of the column below the temperature at which serious corrosion problems are encountered.
The expression alkaline aqueous solutin consisting of a sodium, potassium or ammonium carbonate or hydroxide "denotes herein both the normal hydroxides and carbonates of sodium, potassium and ammonium and sodium bicarbonate. , sodium sesquicarbonates and natron.
The method and the device described above are naturally open to variations without departing from the scope and. of the spirit of the present invention.