浅谈食品级磷酸脱砷后处理装置的设计

浅谈食品级磷酸脱砷后处理装置的设计

胡玉凤

昆明兰德设计有限公司   云南省昆明市   650000

摘要：采用了一个5000t/a食品级磷酸工业装置的实际案例,就其脱砷后的原物料分析、固液分离等的主要工艺问题展开了分析研究,并对其过滤、脱硫过程的设计、设备的选择作了较为详尽的阐述。

关键词：食品级磷酸；脱砷，过滤；脱硫

1过滤系统的设计

1.1过滤过程原理

过滤是指在悬浮物中，利用可渗透介质对固体粒子进行截留的固液分离。为了获得经过滤料的滤液，必须在滤料两侧设置一个压差AP，原理上是由推力产生的，见图1。有四种推动力：重力，真空，压力和离心力。

在工程实际中,通常使用二类过滤方法:表层滤波和深层滤波。表层滤波又叫做滤饼过滤,即在滤材的一侧以滤饼的形态沉淀;而深层滤波则是以固体颗粒形态沉淀在滤材中。在表面过滤时，初始压差较小，而孔隙尺寸较大的则会涌向孔洞。这样，就会产生更窄的流道，把一部分较小的微粒从进料液体中分离出去，成为滤饼。

图1悬浮液过滤推动力示意图

在深滤时，固体粒子比滤料的孔径要小，所以它们会通过重力、扩散、惯性等因素，被吸附在滤料的内部表面。深层过滤工艺初始压差通常高于表层过滤工艺，而在深度过滤过程中，由于连续收集固体粒子，深层过滤压力差异会增大。深滤清器通常是用来进行纯化，将含有少量固相量的悬浮液中的微小固体粒子进行分离。从以上分析可知，在食品磷肥中，不能单纯地采用表层或深层过滤，应同时进行。

1.2过滤设备选型

目前，在化工及其他工业领域，使用了多种过滤设备，目前已经发展到可以过滤微米大小的固体粒子，并能承受不同的温度及不同的腐蚀性介质，使得过滤技术越来越成熟，对过滤技术的要求也越来越高。当前，尽管有多种过滤设备可用于工业化生产，但对于适用于生产工艺条件、经济实用的滤清器的研究和应用还很少。由于其过滤材料的特性是：固体含量低，粘度高，悬浮物粒度大（0.5-5 mm)，而且是凝胶状，液体腐蚀性很大，目前国内的食品用磷酸主要是小型（5000 t/a)，所以筛选的原则是高效、小型、经济、操作简单。依据上述原理，并结合滤料的物理性质，对现有部分常用的部分过滤器进行了分析和筛选。

(1)板框式压滤机

其工作原理是利用压力和过滤板将材料的固-液分离。因为85%的磷酸具有很高的粘性，砷渣是一种可压缩的固体，在0.5-0.6 MPa的工作压力下，会发生挤压，从而阻碍过滤，同时也很难形成一定的滤膜，而且，现有的滤板材料都不能承受磷酸的强腐蚀性，并且不能长时间的连续使用，作业难度很大，因此，这种过滤机不宜采用热法过滤磷酸盐中的砷渣。

(2)连续水平带式真空过滤机

连续水平带式真空过滤设备有:托盘式；排水带式;滤布间歇移动等。一般使用的都是平带式真空盘片过滤机,其好处在于滤饼清洗能力较好,过滤布也容易经常清洁,而固体颗粒也不易阻塞过滤布的缝隙,因此效率较高。但是，现有的过滤材料还达不到1微米以下的粒度要求，并且每单位过滤区域占用更多的空间和更多的滤布。

(3)离心式过滤机

离心过滤,是指运用离心式过滤机使固态粒子和漂浮液分开的过程。漂浮液在转鼓内,运用离心式过滤机将固液分开。离心式过滤机要求较高的固定液体质量及比重,同时其大小与形态也对过滤器效率有很重要的关系。砷渣悬浮物粒径较大、形态不规范,且与砷渣中磷酸的重比小,且85%磷酸粘度高,难以通过离心过滤达到固液分离。

(4)预敷层转鼓真空过滤机

悬浮液是透过多孔滤料，将固体粒子吸附在水中，以达到将悬浮物与液体分离的目的。在多孔滤料上方聚集的固体微粒形成层称为滤饼。随着过滤作业的持续进行，滤饼的厚度和液阻也随之增加。在过滤饼的两边压力差增加的情况下，固体粒子的形态和空隙都没有改变，称为非压缩滤饼；随着滤饼两侧压力差的增加，固体粒子的形态和间隙发生了明显的改变，并且每一层的液体阻力都会增加。在可压缩滤饼中，由于颗粒之间的孔隙较窄或者固体粒子太致密，在滤压差较大时会阻塞液体通道。在悬浮液中添加一种质地松散且坚硬的固体微粒，如助滤剂，在过滤时产生一种松散的、不可压缩的滤饼，这样，滤料就能顺利地流过。预涂层式转鼓式真空过滤机就是以此为基础，研制出一种适用于精密制品的过滤装置，它兼具了表层和深层的双重功能。

通过对各种过滤方法的综合比较，结合磷酸盐废渣悬浮剂的特点及产品质量，提出了预涂层转鼓式真空过滤工艺，可达到食品级磷酸的过滤要求。

图2预数层转鼓真空过滤机示意图

本机系开式、外滤面、下料、刮刀自动卸料、在转鼓表面预涂滤料以过滤。请看图2。

在转鼓的表面涂覆有硅藻土、珍珠岩、纤维素、石棉等多种助滤剂。从化学质、物理、过滤等方面来看，硅藻土是最好的滤料，它可以在滤料的表面上形成一种新型的滤料，该滤料的结构复杂、孔道复杂。在过滤过程中,液体经过了硅藻土的助滤层,大颗粒停留在了助滤层的表面上,小颗粒则流入助滤层中,在曲折、交错的孔道中被吸收,因而得到了高品质的澄清滤液。因为助滤层中微细的不规则通道较多,并且在过滤层内散布紧密,因而能够吸收并包容较多的细微粒子,因而能够在很长的一个时期里维持特定的过滤效率只有堵塞了大量的孔隙后，滤膜的滤速才会大幅下降，此时需要更换新的滤膜，为下一周期做好准备。

预涂层型转鼓式真空过滤器既适用于高浓度砷渣的固相含量浓度较小、颗粒极细、胶状容易阻塞滤布的物理特性,也适用于连续性作业的工艺流程,在设备与材料的部分选用了0Cr18Ni9Ti的361L材料,可适应于高浓度磷酸的强腐蚀性条件。

2脱硫系统

在工业磷酸盐中加入脱硫剂P2S5后,生成H2S9,与磷酸中的H2S进行化学反应,使之完全溶于磷酸中,从而保证与磷酸中的砷能进行完全的反应,产品中P2S5的理论剂量约为磷酸中理论剂量的3-5倍,而过量H2S的出现将导致去砷后的磷酸溶液呈现出混浊的黄色,并具有“臭鸡蛋”的味道。所以,为了要得到优质的食品磷酸酯,就需要对其进行高效、彻底的去除。目前，我国多数生产企业对硫化氢的去除均采用“噪气”。该方法技术上比较落后，无法实现大规模连续生产，对环保也有一定的影响。通过对西德伍德公司技术的消化和吸收，结合国内的食品磷酸生产实际，总结出一种新的连续脱硫技术，目前已经在5000吨/a食品五钠项目的设计中得到应用。

2.1脱硫系统流程的确定

在间歇式“通风”脱硫过程中，每罐的脱硫操作时间为6-7个小时，运行温度约为90℃。连续烟气脱硫应处理好效率与品质之间的矛盾，既要达到产品的品质，也要确保高效，而要解决问题的办法就是增大气液界面，并适当地提高操作温度。这两种方法的目标都是提高氢在液相中的流速，前者可以通过选用适当的塔设备实现，但后者受到设备和管道材料等因素的制约。因此，该流程采用二段式循环喷淋脱硫，热风强制上吹的工艺路线。脱硫塔中的拉西环填料由两层陶瓷制成。

2.2脱硫系统流程简述

过滤后的滤液通过喷射泵进入一段脱硫塔的上部，与热风进行反向流动，将夹带在液相中的H2S除去，再通过循环喷射泵进入塔中段和第二脱硫塔的上段，这样循环，直到产品完全脱硫，滤液清沏，就是成品，然后用食物酸菜打入储罐。热风吹出的硫化氢气体的浓度在0.03-0.05mg/m³之间，经15米高的烟囱进行了稀释，其排放量远小于国家规定的10mg/m³。

2.3自控水平及主要控制方来

在食品磷磷化后处理中，应按照先进、适度、可靠的原则进行控制。集中显示温度、压力、流量，并联锁报警，对进塔煤气进行温度控制，通过调整电热元件的工作参数，将其控制在（70±5）℃。同时，对脱硫塔内液槽的液面进行了集中显示，并对温度进行了预警，保证了设备的安全、稳定。

结语：

云南省在过去十几年内,相继引入了十几个在国外领先的生产工艺与工艺,使其在磷产品生产设计等方面都走在了国内前列。不过,当前我国在研究、引进和设计精细磷酸化产品方面尚有不少工作要做,而磷再处理设备设计人员也必须从当前的先进技术上加以消化吸收。

参考文献

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