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CN116534818B - 一种湿法磷酸生产过程中采用微气泡阻垢的方法 - Google Patents

一种湿法磷酸生产过程中采用微气泡阻垢的方法

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CN116534818B
CN116534818B CN202310432592.3A CN202310432592A CN116534818B CN 116534818 B CN116534818 B CN 116534818B CN 202310432592 A CN202310432592 A CN 202310432592A CN 116534818 B CN116534818 B CN 116534818B
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郑光明
李防
颜坤
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Hubei Three Gorges Laboratory
Yidu Xingfa Chemical Co ltd
Institute of Process Engineering of CAS
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Abstract

本发明提供了一种湿法磷酸生产过程中采用微气泡阻垢的方法，通过在矿浆输送过程中引入微气泡，使管壁或结垢物表面吸附聚集一层微气泡“保护膜”，避免易结垢物质在管壁沉积或持续结垢，同时微气泡表面带有负电荷，可以在微气泡表面富集液相中的杂质离子，避免形成难溶沉淀、导致结垢；此外，矿浆与微气泡均匀混合形成的多相流体，可以剥离沉积在管壁、管道弯头或变径处固体，实现湿法磷酸生产过程中的管道除垢，避免管道堵塞。

Description

一种湿法磷酸生产过程中采用微气泡阻垢的方法
技术领域
本发明属于湿法磷酸技术领域，具体涉及一种湿法磷酸生产过程中采用微气泡阻垢的方法。
背景技术
湿法磷酸生产过程中胶磷矿与硫酸发生酸解反应，不断生成磷酸和磷石膏，磷石膏晶体不断结晶长大，易在管壁、管道弯头或变径处结晶、生长、结垢，影响管道的正常流体输送；此外，胶磷矿中含有大量碳、硅、铝、铁、镁等杂质，在酸解过程中溶解释放到磷酸中，易与钙离子、钾离子、钠离子或氟离子等结合，可能会与磷石膏共沉淀生成难溶的固体，从而在管道或反应器内部结垢，影响管道正常输送或反应器的正常运行。
CN106882776A公开了一种湿法磷酸生产系统以及湿法磷酸生产方法。该湿法磷酸生产系统包括设置依次连通的矿料输送设备、矿浆储槽、矿浆浓密槽、矿浆高位槽、萃取槽、料浆浓密槽、磷酸澄清槽以及磷酸存储槽。通过将料浆浓密槽的稠浆排出口连通于稠浆稀释槽的进料口，使过滤清洗设备不参与磷酸原液过滤，只过滤料浆浓密器分离的稀释料浆，来解决过滤机及相关管道结垢堵塞的问题。上述湿法磷酸生产系统处理管道结垢效果较差，过滤机频繁维修，生产费用较高。
CN210973888U公开了一种湿法磷酸生产系统，采用磷酸回水作为三洗区洗涤用水，采用洁净且高温的冷凝水作为滤布再生区的滤布再生水，通过在三洗液储槽中加入浓硫酸，可以将易结垢的物质沉降下来再在三洗区快速冲洗下来，加入硫酸可提高洗涤效果。上述生产系统结构复杂，磷酸生产成本较高。
因此，有必要提供一种方法简单、磷酸生产成本较低且可有效避免湿法磷酸过程磷石膏和易结垢物质的结晶、生长，避免管道除垢、堵塞的湿法磷酸生产过程中采用微气泡阻垢的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种湿法磷酸生产过程中采用微气泡阻垢的方法，通过在矿浆输送过程中引入微气泡，避免易结垢物质在管壁沉积或持续结垢，同时利用微气泡表面带有的负电荷，富集液相中的杂质离子，避免形成难溶沉淀、导致结垢，实现管道除垢，避免管道堵塞。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的目的在于提供一种湿法磷酸生产过程中采用微气泡阻垢的方法，所述方法包括：在用于湿法磷酸生产的输送矿浆管道中引入微气泡，得到含有微气泡的矿浆，实现阻垢。
本发明提供的湿法磷酸生产过程中采用微气泡阻垢的方法，将微气泡引入到矿浆输送过程，微气泡可以在管壁或结垢物表面吸附聚集，从而形成一层“保护膜”，避免易结垢物质在管壁沉积或持续结垢；同时微气泡表面带有负电荷，可以吸附液相中的钙、钾、钠、铝、铁和镁等杂质离子，使其在微气泡表面富集，降低液相中的浓度，从而避免形成难溶沉淀、导致结垢；此外，矿浆与微气泡均匀混合可以形成强剪切力的多相流体，有利于沉积在管壁、管道弯头或变径处固体剥落，实现管道除垢，避免管道堵塞。本发明所述方法操作简单，管道除垢效果好，适合大范围推广应用。
本发明不能采用毫米级的大气泡进行管道除垢，是因为毫米级的大气泡极易在管道内聚合形成大范围的气团，即在矿浆中形成了气体的连续相，难以形成强剪切力的多相流体，不利于流体的稳定运输，更会对输送泵造成严重的汽蚀。
优选地，所述的引入微气泡的方式为向输送矿浆管道插入鼓泡枪，由鼓泡枪喷出微气泡。
优选地，所述鼓泡枪包括高压气体微孔鼓泡枪或高压气体膜式鼓泡枪。
优选地，所述的高压气体微孔鼓泡枪和高压气体膜式鼓泡枪的压力为0.4～0.8MPa，例如可以是0.4MPa、0.45MPa、0.5MPa、0.6MPa、0.7MPa或0.8MPa等。
优选地，所述的微气泡从插入鼓泡枪的位置至输送矿浆管道的易结垢管段的时间为0.5s～15s，例如可以是0.5s、1s、3s、5s、10s、13s或15s等。
优选地，所述的鼓泡枪释放微气泡的位置在鼓泡枪的顶部。
优选地，所述的鼓泡枪的枪头在输送矿浆管道中呈环状均匀分布，既可以实现微气泡可以在管壁吸附聚集，避免易结垢物质在管壁沉积或持续结垢，又可以对管道内液相中的杂质离子进行有效吸附，而且，呈环状均匀分布的枪头喷入的微气泡与矿浆的混合更加均匀，有利于沉积在管壁、管道弯头或变径处固体剥落，实现管道高效除垢。
优选地，分布在外环的枪头与输送矿浆管道中心点的距离为输送矿浆管道半径的3/4～2/3，例如可以是3/4、37/50、7/10、17/25或2/3等。
本发明优选分布在外环的枪头与输送矿浆管道中心点的距离为输送矿浆管道半径的3/4～2/3，这样既可以减少易结垢物质在管壁沉积，又可以对管道内液相中的杂质离子进行有效吸附，进而降低最终沉积在输送矿浆管道管壁的固体厚度。
优选地，分布在内环的枪头与输送矿浆管道中心点的距离为输送矿浆管道半径的1/3～1/2，例如可以是1/3、7/20、19/50、2/5或3/4等。
优选地，外环的枪头和内环的枪头交错分布，有利于微气泡与矿浆的混合更加均匀。
优选地，所述的微气泡所需的气体总流量与矿浆的体积流量之比为1:(12～80)，例如可以是1:12、1:20、1:30、1:50、1:70或1:80等。
本发明优选所述的微气泡所需的气体总流量与矿浆的体积流量之比为1:(12～80)，能大幅度降低最终沉积在输送矿浆管道管壁的固体厚度。当所述的微气泡所需的气体总流量与矿浆的体积流量之比较小，即微气泡的量较少，不能很好地在管壁或结垢物表面形成微气泡“保护膜”，而且微气泡与矿浆混合后无法形成强剪切力的多相流体，不能将沉积在管壁、管道弯头或变径处固体有效剥落；当所述的微气泡所需的气体总流量与矿浆的体积流量之比较大，即微气泡的量较多，微气泡与矿浆混合后也无法形成强剪切力的多相流体，对沉积在管壁、管道弯头或变径处固体去除效果较差。
优选地，所述的微气泡的直径为1～500μm，例如可以是1μm、10μm、50μm、100μm、300μm、400μm或500μm等。
优选地，所述的微气泡内的气体包括空气、氮气、氦气或氩气中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合包括空气和氮气的组合，氦气和氩气的组合或氮气和氦气的组合。
本发明所述的数值范围不仅包括上述例举的点值，还包括没有例举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
作为本发明优选地技术方案，所述方法包括：在湿法磷酸生产过程中，将压力为0.4～0.8MPa的高压气体微孔鼓泡枪或高压气体膜式鼓泡枪插入输送矿浆管道中，引入直径为1～500μm的微气泡，得到含有微气泡的矿浆，实现阻垢；
所述的微气泡从插入鼓泡枪的位置至输送矿浆管道的易结垢管段的时间为0.5s～15s；所述的鼓泡枪释放微气泡的位置在顶部，所述的鼓泡枪的枪头在输送矿浆管道中呈环状均匀分布；分布在外环的枪头与输送矿浆管道中心点的距离为输送矿浆管道半径的3/4～2/3；分布在内环的枪头与输送矿浆管道中心点的距离为输送矿浆管道半径的1/3～1/2；外环的枪头和内环的枪头交错分布；所述的微气泡所需的气体总流量与矿浆的体积流量之比为1:(12～80)；所述的微气泡内的气体包括空气、氮气、氦气或氩气中的任意一种或至少两种的组合。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明采用微气泡强化湿法磷酸生产过程输送矿浆管道除垢，通过在矿浆输送过程引入微气泡，避免管壁沉积或结垢，强化剥离沉积在管壁、管道弯头或变径处固体，实现管道除垢、阻垢，避免管道堵塞。
附图说明
图1为本发明中输送矿浆管道插入鼓泡枪的截面示意图。
图中：1-输送矿浆管道；2-鼓泡枪；3-内环鼓泡枪的枪头；4-外环鼓泡枪的枪头。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
如图1所示，本发明提供一种湿法磷酸生产过程中采用微气泡阻垢的方法，具体地，所述方法包括：在湿法磷酸生产过程中，将压力为0.4～0.8MPa的高压气体微孔鼓泡枪或高压气体膜式鼓泡枪插入输送矿浆管道中，引入直径为1～500μm的微气泡，得到含有微气泡的矿浆，实现阻垢；
所述的微气泡从插入鼓泡枪的位置至输送矿浆管道的易结垢管段的时间为0.5s～15s；所述的鼓泡枪释放微气泡的位置在顶部，所述的鼓泡枪的枪头在输送矿浆管道中呈环状均匀分布；分布在外环的枪头与输送矿浆管道中心点的距离为输送矿浆管道半径的3/4～2/3；分布在内环的枪头与输送矿浆管道中心点的距离为输送矿浆管道半径的1/3～1/2；外环的枪头和内环的枪头交错分布；所述的微气泡所需的气体总流量与矿浆的体积流量之比为1:(12～80)；所述的微气泡内的气体包括空气、氮气、氦气或氩气中的任意一种或至少两种的组合。
实施例1
本实施例提供一种湿法磷酸生产过程中采用微气泡阻垢的方法，所述方法包括：在湿法磷酸生产过程中，将压力为0.4MPa的高压气体微孔鼓泡枪或高压气体膜式鼓泡枪插入输送矿浆管道中，引入直径为1～200μm的微气泡，得到含有微气泡的矿浆，实现阻垢；
所述的微气泡从插入鼓泡枪的位置至输送矿浆管道的易结垢管段的时间为6s；所述的鼓泡枪释放微气泡的位置在顶部，所述的鼓泡枪的枪头在输送矿浆管道中呈环状均匀分布；分布在外环的枪头与输送矿浆管道中心点的距离为输送矿浆管道半径的3/4；分布在内环的枪头与输送矿浆管道中心点的距离为输送矿浆管道半径的1/2；外环的枪头和内环的枪头交错分布；所述的微气泡所需的气体总流量与矿浆的体积流量之比为1:30；所述的微气泡内的气体为空气。
实施例2
本实施例提供一种湿法磷酸生产过程中采用微气泡阻垢的方法，所述方法包括：在湿法磷酸生产过程中，将压力为0.8MPa的高压气体微孔鼓泡枪或高压气体膜式鼓泡枪插入输送矿浆管道中，引入直径为1～500μm的微气泡，得到含有微气泡的矿浆，实现阻垢；
所述的微气泡从插入鼓泡枪的位置至输送矿浆管道的易结垢管段的时间为0.5s；所述的鼓泡枪释放微气泡的位置在顶部，所述的鼓泡枪的枪头在输送矿浆管道中呈环状均匀分布；分布在外环的枪头与输送矿浆管道中心点的距离为输送矿浆管道半径的2/3；分布在内环的枪头与输送矿浆管道中心点的距离为输送矿浆管道半径的1/3；外环的枪头和内环的枪头交错分布；所述的微气泡所需的气体总流量与矿浆的体积流量之比为1:12；所述的微气泡内的气体为氮气。
实施例3
本实施例提供一种湿法磷酸生产过程中采用微气泡阻垢的方法，所述方法包括：在湿法磷酸生产过程中，将压力为0.5MPa的高压气体微孔鼓泡枪或高压气体膜式鼓泡枪插入输送矿浆管道中，引入直径为1～300μm的微气泡，得到含有微气泡的矿浆，实现阻垢；
所述的微气泡从插入鼓泡枪的位置至输送矿浆管道的易结垢管段的时间为15s；所述的鼓泡枪释放微气泡的位置在顶部，所述的鼓泡枪的枪头在输送矿浆管道中呈环状均匀分布；分布在外环的枪头与输送矿浆管道中心点的距离为输送矿浆管道半径的3/4；分布在内环的枪头与输送矿浆管道中心点的距离为输送矿浆管道半径的1/3；外环的枪头和内环的枪头交错分布；所述的微气泡所需的气体总流量与矿浆的体积流量之比为1:80；所述的微气泡内的气体为50％氦气和50％氩气混合气。
实施例4
本实施例提供一种湿法磷酸生产过程中采用微气泡阻垢的方法，所述方法除了微气泡所需的气体总流量与矿浆的体积流量之比为1:5外，其他的条件与实施例1相同。
实施例5
本实施例提供一种湿法磷酸生产过程中采用微气泡阻垢的方法，所述方法除了微气泡所需的气体总流量与矿浆的体积流量之比为1:120外，其他的条件与实施例1相同。
实施例6
本实施例提供一种湿法磷酸生产过程中采用微气泡阻垢的方法，所述方法除了删掉分布在外环的枪头，仅留下分布在内环的枪头在输送矿浆管道中呈一个圆形均匀分布外，其他的条件与实施例1相同。
实施例7
本实施例提供一种湿法磷酸生产过程中采用微气泡阻垢的方法，所述方法除了分布在外环的枪头与输送矿浆管道中心点的距离为输送矿浆管道半径的3/5外，其他的条件与实施例1相同。
实施例8
本实施例提供一种湿法磷酸生产过程中采用微气泡阻垢的方法，所述方法除了分布在外环的枪头与输送矿浆管道中心点的距离为输送矿浆管道半径的9/10外，其他的条件与实施例1相同。
对比例1
本对比例提供一种湿法磷酸生产过程中采用微气泡阻垢的方法，所述方法除了引入相同气量的直径为1～50mm的气泡外，其他的条件均与实施例1相同。
将上述实施例与对比例沉积在输送矿浆管道管壁的固体厚度结果列于表1。
表1
从表1可以看出以下几点：
(1)综合实施例1～3可以看出，本发明提供的湿法磷酸生产过程中采用微气泡阻垢的方法可有效避免管壁沉积或结垢，强化剥离沉积在管壁、管道弯头或变径处固体，最终沉积在输送矿浆管道管壁上的固体厚度较小；
(2)综合实施例1与实施例4～5可以看出，实施例4微气泡所需的气体总流量与矿浆的体积流量之比为1:5，微气泡的量较多，微气泡与矿浆混合后无法形成强剪切力的多相流体，对沉积在管壁、管道弯头或变径处固体去除效果较差，最终沉积在输送矿浆管道管壁上的固体厚度为1.55cm；实施例5微气泡所需的气体总流量与矿浆的体积流量之比为1:120，微气泡的量较少，不能很好地在管壁或结垢物表面形成微气泡“保护膜”，而且微气泡与矿浆混合后无法形成强剪切力的多相流体，最终沉积在输送矿浆管道管壁上的固体厚度为1.46cm；
(3)综合实施例1与实施例6～8可以看出，实施例6中仅留下分布在内环的枪头在输送矿浆管道中呈一个圆形均匀分布，实施例7分布在外环的枪头与输送矿浆管道中心点的距离为输送矿浆管道半径的3/5，实施例8分布在外环的枪头与输送矿浆管道中心点的距离为输送矿浆管道半径的9/10，对输送矿浆管道的阻垢效果均较差，最终沉积在输送矿浆管道管壁上的固体厚度较大；
(5)综合实施例1与对比例1可以看出，对比例1引入相同气量的直径为1～50mm的气泡，由于毫米级的大气泡极易在管道内聚合形成大范围的气团，即在矿浆中形成了气体的连续相，难以形成强剪切力的多相流体，最终沉积在输送矿浆管道管壁的固体厚度为5.66cm；而且毫米级的大气泡的引入不利于流体的稳定运输，更会对输送泵造成严重的汽蚀。
综上所述，本发明提供的湿法磷酸生产过程中采用微气泡阻垢的方法通过在矿浆输送过程引入微气泡，避免管壁沉积或结垢，强化剥离沉积在管壁、管道弯头或变径处固体，实现管道除垢、阻垢，避免管道堵塞，适合大范围推广应用。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (8)

1.一种湿法磷酸生产过程中采用微气泡阻垢的方法，其特征在于，所述方法包括：在用于湿法磷酸生产的输送矿浆管道中引入微气泡，得到含有微气泡的矿浆，实现阻垢；所述的引入微气泡的方式为向输送矿浆管道插入鼓泡枪，由鼓泡枪喷出微气泡；
所述的鼓泡枪的枪头在输送矿浆管道中呈环状均匀分布；
分布在外环的枪头与输送矿浆管道中心点的距离为输送矿浆管道半径的3/4~2/3；
分布在内环的枪头与输送矿浆管道中心点的距离为输送矿浆管道半径的1/3~1/2；
所述的微气泡所需的气体总流量与矿浆的体积流量之比为1:(12~80)；
所述的微气泡的直径为1~500μm。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述鼓泡枪包括高压气体微孔鼓泡枪或高压气体膜式鼓泡枪。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的高压气体微孔鼓泡枪和高压气体膜式鼓泡枪的压力为0.4~0.8MPa。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的微气泡从插入鼓泡枪的位置至输送矿浆管道的易结垢管段的时间为0.5s~15s。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的鼓泡枪释放微气泡的位置在鼓泡枪的顶部。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，外环的枪头和内环的枪头交错分布。
7.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述的微气泡内的气体包括空气、氮气、氦气或氩气中的任意一种或至少两种的组合。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括：在湿法磷酸生产过程中，将压力为0.4~0.8MPa的高压气体微孔鼓泡枪或高压气体膜式鼓泡枪插入输送矿浆管道中，引入直径为1~500μm的微气泡，得到含有微气泡的矿浆，实现阻垢；
所述的微气泡从插入鼓泡枪的位置至输送矿浆管道的易结垢管段的时间为0.5s~15s；所述的鼓泡枪释放微气泡的位置在顶部，所述的鼓泡枪的枪头在输送矿浆管道中呈环状均匀分布；分布在外环的枪头与输送矿浆管道中心点的距离为输送矿浆管道半径的3/4~2/3；分布在内环的枪头与输送矿浆管道中心点的距离为输送矿浆管道半径的1/3~1/2；外环的枪头和内环的枪头交错分布；所述的微气泡所需的气体总流量与矿浆的体积流量之比为1:(12~80)；所述的微气泡内的气体包括空气、氮气、氦气或氩气中的任意一种或至少两种的组合。
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