[發明專利]一種制備多聚磷酸的方法

有效

• 申請號: 201410045939.X
• 申請日: 2014-02-08
• 公開（公告）號: CN103832986A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發明（設計）人: 唐希勇;彭永
• 申請（專利權）人: 綿陽啟明星磷化工有限公司
• 主分類號: C01B25/24
• 分類號: C01B25/24
• 代理公司: 四川力久律師事務所 51221
• 代理人: 劉雪蓮;林輝輪

技術領域

本發明涉及磷化工領域，特別涉及一種制備多聚磷酸的方法。

背景技術

20世紀30年代，美國田納西流域管理局研究所發現，在正磷酸（H₃PO₄）和焦磷酸（H₄P₂O₇）之間有一種低共熔組成的液體磷酸。它的ωP₂O₅為76%[折合ω（H₃PO₄）為105%]，其中大約49%P₂O₅以正磷酸形態存在，有42%的為焦磷酸，8%為三聚磷酸（H₅P₃O₁₀），1%為四聚磷酸（H₆P₄O₁₃）存在。這種正磷酸和多聚磷酸的混合液稱為多聚磷酸（poly?phosphoric?acid）。

多聚磷酸又稱四聚磷酸、聚合磷酸或多磷酸，是一種無色透明黏稠狀液體，易潮解、不結晶，具有腐蝕性，能與水混溶水解為正磷酸，屬二極無機酸性腐蝕物品。磷化工業中一般將ω（H₃PO₄）在105%以上的磷酸稱為多聚磷酸，他不同于一般的濃磷酸，實際上是一系列磷酸聚合物的混合物。多聚磷酸在顏料、制藥、香料、皮革和阻燃劑等制造行業有著廣泛的用途，例如在有機合成中作為環化劑、酸化劑和脫水劑等。多聚磷酸還可以作為溶液兼脫水劑，通過42羧酸噻唑與鄰二苯胺的縮合反應，合成噻苯咪唑食品保鮮劑。多聚磷酸不僅是一個重要的化工中間產品，也是一個重要的化工產品，還可以作為磷酸的代用品及分析試劑。

現有技術中，制備多聚磷酸主要是利用蒸汽對石墨換熱管中的質量濃度為80%以上的磷酸和五氧化二磷的混合酸液加熱，混合酸液被加熱至200℃以上，磷酸與五氧化二磷發生聚合反應，聚合后的酸液經凈化后，冷卻、過濾后，得多磷酸成品。上述制備多聚磷酸的方法，存在以下缺點：1、磷酸和五氧化二磷的混合酸液粘度高，容易造成石墨管內發生堵塞，進一步地造成生產事故；2、酸液在換熱管內被加熱，熱量由換熱管壁向換熱管中心傳熱，由于熱酸液粘度高，酸液內部的傳質和傳熱特別小，導致靠近換熱管壁的部分酸液容易發生聚合，制得多聚磷酸，而靠近換熱管中心的部分酸液，溫度較低，難以發生聚合反應，進而導致制得的多聚磷酸產品各組分分布不均勻；3、利用高溫蒸汽（200℃以上的蒸汽）對石墨管加熱，蒸汽的壓力大且壓力易波動，石墨換熱管容易發生破裂，對換熱器材料強度要求高；同時，利用蒸汽對石墨管加熱，生產能耗高，生產成本高；4、利用五氧化二磷生產多聚磷酸，生產成本高、生產工藝復雜。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中所存在的上述不足，提供一種生產工藝簡單，可以利用稀磷酸一步聚合制得高濃度的多聚磷酸的方法，該方法制得的多聚磷酸各組分分布均勻，生產過程中石墨管不易發生破裂，且石墨管道內酸液不易發生堵塞。

為了實現上述發明目的，本發明提供了以下技術方案：

本發明的制備多聚磷酸的方法，包括以下步驟：

（1）稀磷酸由換熱管進酸口進入加熱器內的石墨換熱管內；

石墨換熱管內的稀磷酸與石墨管外的高溫煙道氣換熱后，被加熱至185℃～230℃，被加熱后的熱酸液由換熱管出酸口出加熱器；

所述石墨換熱管在加熱器內呈S型盤繞，所述換熱管進酸口到所述換熱管出酸口，以1～3°的角度向下傾斜；

（2）步驟（1）中出加熱器的熱酸液由分離器進酸管進分離器，分離器內的真空度為-500～-700mmHg；

進分離器的熱酸液在分離器內閃蒸濃縮，濃縮后的酸液由分離器下端的出酸管出分離器，并由濃酸罐進酸口進濃酸罐冷卻、貯存；

閃蒸后的蒸汽由分離器上端的分離器蒸汽出口出分離器。

上述制備多聚磷酸過程，稀磷酸在石墨換熱管內被加熱至185℃～230℃，部分磷酸發生聚合反應，生成多聚磷酸；含多聚磷酸的熱酸液，經換熱管出酸口出加熱器，并進入分離器分離濃縮，濃縮過程中，酸液中的正磷酸進一步脫水縮合，制得高濃度的多聚磷酸，多聚磷酸的質量百分含量高于105%(以H₃PO₄計)。其中，多聚磷酸的分子式為：

其中n=1～4；

稀磷酸聚合生成多聚磷酸的反應式如下：