[发明专利]混合三通组件和加工

说明书

描述了一种适用于磷酸侵蚀反应的混合三通组件。混合三通组件包括：外管和内管，其中外管具有混合端和三通端，其中在三通端附近形成三通结构以与另外的管道连接；内管包括喷嘴端，所述喷嘴端连接到喷嘴和开口端；其中内管在其内表面上衬有耐腐蚀材料；其中当所述内管组装在所述外管内时，所述喷嘴延伸超出所述外管的混合端至少外管内径的1/3。

之前的相关申请

本申请要求2016年1月8日提交的U.S.62/276,689(混合三通组件和加工)的优先权，其整体并入此文用于任何目的。

联邦政府资助的研究报告

不适用。

技术领域

本发明大体上涉及一种混合三通组件，更具体地涉及一种在通过硫酸侵蚀磷酸盐岩来生产磷酸的过程中使用的混合三通组件。

背景技术

磷酸是具有化学式H₃PO₄的无机酸。在许多现代制造业中，磷酸是重要的反应物，例如阳极氧化、生物和化学中的缓冲剂、催化剂，或者甚至燃料电池中的电解质。磷酸是肥料等农产品中的重要成分。

磷酸在工业上通过两种普通的途径生产——热加工和湿加工，其包括两种子方法。在商业领域湿加工占主导地位。更昂贵的热加工生产用于食品工业应用的更纯净的产品。制备磷酸的各种加工的背景有助于理解本发明的重要性。

热加工。通过燃烧元素磷生成五氧化二磷，然后将其溶解在稀磷酸中，得到非常纯的磷酸。该途径产生非常纯的磷酸，因为当从炉中的岩石中提取磷时，存在在岩石中的大部分杂质已被去除。最终得到食品级热磷酸；然而，对于关键应用，可能需要额外的加工来除去砷化物。

元素磷在电炉中生成。在高温下，磷矿石、二氧化硅和碳质材料的混合物产生硅酸钙、磷气(P)和一氧化碳(CO)。来自该反应的P和CO废气在水下冷却以分离固体磷。或者，P和CO废气可以在空气下燃烧产生五氧化二磷和二氧化碳。由于与制备元素磷的相关成本很高，热加工较少在商业领域普及。

湿加工。湿加工磷酸是通过向磷酸三钙岩石中加入硫酸来制备的，磷酸三钙岩石通常在自然界中以磷灰石的形式存在。该反应为：

Ca₅(PO₄)₃X+5H₂SO₄+10H₂O→3H₃PO₄+5CaSO₄·2H₂O+HX

其中X可以包括OH、F、Cl和Br。

最初的磷酸溶液可能含有23-33％的P₂O₅(32-46％的H₃PO₄)，但可通过蒸发水浓缩以生产含有约54-62％的P₂O₅(75-85％的H₃PO₄)的商品级或贸易级磷酸。水进一步蒸发产生P₂O₅浓度高于70％的过磷酸。

使用硫酸溶解磷矿石产生不溶性硫酸钙(石膏)，将其过滤并作为磷石膏去除。湿加工的酸可以通过去除氟来生产动物级磷酸，或者通过溶剂萃取和除砷来生产食品级磷酸来进一步纯化。

硝酸磷酸盐加工与湿加工类似，不同之处在于它使用硝酸代替硫酸。这种途径的优点是副产品硝酸钙也是一种植物肥料。这种方法很少使用。

二重加工。已经开发出改进的湿加工以提供更好的结晶和更高的产量。二重加工是标准的Speichim单反应器加工的变体，其中磷酸盐岩在两个连续连接的反应器内分两个阶段进行侵蚀。