[发明专利]微反应器中直接结晶制备磷酸二氢铵的方法

说明书

本发明提供了一种微反应器中直接结晶制备磷酸二氢铵的方法，即将高浓磷酸和氨水溶液连续地通入微反应器，在微反应器中进行反应得到磷酸二氢铵溶液，并利用反应热使溶液温度升高并部分汽化，反应后溶液降温，溶质析出，得到磷酸二氢铵晶体产品。本发明工艺流程简洁、过程能耗低、可快速工业化，所得产品粒径均一、晶形整齐、纯度高。

技术领域

本发明属于无机化工技术领域，涉及磷酸二氢铵——一种常用磷氮复合肥的制备方法，具体地说是一种利用微反应器系统直接制备高纯度磷酸二氢铵晶体，并通过充分利用反应热以实现节能降耗的方法。

背景技术

磷酸二氢铵作为一种常用的氮磷复合肥，在现代农业中具有广泛的应用，对于提高农作物产量发挥了无可替代的作用。工业上常用氨水(或液氨)与磷酸反应制得。该反应属于简单的酸碱中和反应：

NH₃+H₃PO₄＝NH₄H₂PO₄

该反应是放热反应。由于磷酸是三元酸，在不同的原料配比下，还可发生如下反应：

2NH₃+H₃PO₄＝(NH₄)₂HPO₄

3NH₃+H₃PO₄＝(NH₄)₃PO₄

由于传统工艺常用釜式反应器进行反应，很难精确控制反应釜中每一个局部区域的原料配比，因此容易生成磷酸氢二铵、磷酸三铵等产物，导致产物不纯。另外，磷酸二氢铵生产主要包括三个强放热过程。由于传统设备传热、传质效果差，氨水很容易汽化，导致管道震动剧烈，且容易发生危险。此外，由于氨具有挥发性，传统工艺还具有不环保、不利于操作人员身体健康等缺点。因此急需一种更优化的工艺流程以克服这些缺点，实现低成本大规模制备高纯度磷酸二氢铵。

与传统过程相比，微化工系统具有体积小、易于调控、无振动、无噪音、污染零排放等优点，并将原来的间歇生产改成连续生产，易于操作，可以克服上述缺点，实现磷酸二氢铵生产过程的连续化、可控化、高效化和绿色化。具体而言，应用微化工系统可以实现：(1)强化混合速度；(2)精确控制反应配比；(3)生产过程的绿色化。基于此，将微化工系统应用于磷酸二氢铵的生产，便具有较大的现实意义。

中科院大连化物所微化工技术研究组在世界上首次将微通道反应技术应用于磷酸二氢铵的工业生产过程中，建成了处理量8-10万吨的微化工系统(相关专利：一种用于铵盐生产的微反应系统及应用，200910013439.7，陈光文、焦凤军、李恒强、袁权)。然而该系统最终产品为磷酸二氢铵质量分数为20％的水溶液，欲获得晶体产品，则需在微反应系统后增加一个蒸发结晶单元，额外增加了能耗，使微反应系统相比于传统工艺的优势大打折扣。本发明即该技术的改进，其初衷即是在微反应系统的基础上进一步降低能耗，充分将反应热用于水分的蒸发，以达到直接生成晶体产品的结果；同时，利用磷酸二氢铵在高温下溶解度大的性质避免微通道反应设备的堵塞。

发明内容

本发明目的是提供一种微反应器中直接结晶制备磷酸二氢铵的方法及工艺。

为实现该目的，本发明人进行深入研究，发现利用磷酸二氢铵在不同温度下的溶解度差，以及反应强放热的特点，利用反应热使反应体系升温到较高温度，蒸发反应产物中的水分，并同时提高产物在溶液中的过饱和度，再通过降温反应产物可直接结晶出产品。