白 潔，祝 杰，葉世超，謝 琤，辛楊楊

(四川大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，四川成都 610065)

膜分散萃取凈化濕法磷酸的實(shí)驗(yàn)研究

白 潔，祝 杰，葉世超，謝 琤，辛楊楊

(四川大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，四川成都 610065)

采用名義孔徑為20μm的燒結(jié)網(wǎng)作為分散介質(zhì)，以水 /磷酸 /TBP+異丙醚和水/磷酸/TBP+煤油為體系，研究了磷酸濃度、混合液總流量、相比及不同萃取劑對(duì)萃取率的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:萃取率隨磷酸濃度的增高而增高;隨流量的變化而影響較小;隨相比的增加而增加;在相同條件下的萃取效果是:TBP+異丙醚(25%)＞TBP+異丙醚(50%)＞TBP+煤油。

膜分散;濕法磷酸;萃取

0 引言

在對(duì)濕法磷酸進(jìn)行凈化過(guò)程中，萃取過(guò)程的強(qiáng)化主要是通過(guò)增大兩相的接觸面積;或者增大萃取過(guò)程的湍動(dòng)程度，以增大傳質(zhì)系數(shù)。通過(guò)增大兩相的湍動(dòng)易造成兩相的乳化，從而不利于萃取過(guò)程的進(jìn)行。因此如何增大傳質(zhì)面積成了研究的熱點(diǎn)。陳桂光、駱廣生等［1-2］采用一相通過(guò)微孔陶瓷管分散;柳丹等［3］研究了脈沖篩板萃取塔使兩相分散;林沖等［4］采用轉(zhuǎn)盤(pán)萃取塔使兩相更充分地分散;黃美英等［5］研究了往復(fù)振動(dòng)篩板塔的萃取性能，并成功應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn);徐建洪、駱廣生等［6-8］研究了膜分散萃取過(guò)程的作用機(jī)理;馬巖龍［9］研究了正交設(shè)計(jì)在膜分散萃取濕法磷酸中的應(yīng)用;張則光等［10］研究了水/磷酸/TBP+煤油的實(shí)驗(yàn)體系中各種單因素對(duì)萃取單級(jí)效率的影響。本文以孔徑為20μm的不銹鋼纖維燒結(jié)膜為分散介質(zhì)，形成微米量級(jí)的液滴［11］，研究了磷酸濃度、混合液總流量、相比及復(fù)合萃取劑對(duì)萃取特性的影響，以期對(duì)放大設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)原理與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

萃取實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，實(shí)驗(yàn)用萃取器用有機(jī)玻璃制成，萃取室包括兩個(gè)部分，一部分是固定體積的萃取室，長(zhǎng)×寬×高=160mm×20mm×1.7 mm，一部分是外界管件，可以調(diào)整體積大小，不銹鋼纖維燒結(jié)膜尺寸為20 mm×20 mm，采用名義孔徑為20μm燒結(jié)膜進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。磷酸溶液和萃取劑由儲(chǔ)槽，通過(guò)蠕動(dòng)泵的作用，在燒結(jié)膜前混合，并通過(guò)燒結(jié)膜被分散?；旌弦毫鹘?jīng)萃取室后進(jìn)入澄清室進(jìn)行分層，系統(tǒng)穩(wěn)定后，每30 s接取一次萃取室流出的混合液，澄清后分離兩相進(jìn)行分析測(cè)試，取兩次的算術(shù)平均值為測(cè)定結(jié)果。

反萃采用蒸餾水對(duì)萃取相進(jìn)行反萃，實(shí)驗(yàn)裝置與萃取實(shí)驗(yàn)裝置相同，只是在操作過(guò)程中，以蒸餾水儲(chǔ)槽代替磷酸儲(chǔ)槽，以蒸餾水作為連續(xù)相，以含有磷酸的萃取相作為分散相。其他操作類(lèi)似。

圖1 微萃取實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖

1.2 分析方法

水相中磷酸的含量用NaOH滴定，以百里酚酞作為指示劑，取平行測(cè)定結(jié)果的算術(shù)平均值為測(cè)定結(jié)果。平行測(cè)定結(jié)果的絕對(duì)差值不大于0.2%。萃取相中磷酸的含量通過(guò)物料衡算得到。萃取結(jié)果采用萃取率表示。定義為

式中，E為萃取率，%。

2 萃取實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 磷酸濃度對(duì)萃取過(guò)程的影響

圖2為不同磷酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)萃取率的影響，萃取劑為T(mén)BP+異丙醚(體積分?jǐn)?shù)為50%)。從圖中可以看出磷酸濃度較高的，其萃取率也較高。出現(xiàn)這種情況的原因，主要是隨著磷酸濃度的增大，在萃取過(guò)程中的傳質(zhì)推動(dòng)力也會(huì)增大，萃取率提高。

圖2 磷酸濃度對(duì)萃取率的影響

2.2 混合液總流量對(duì)萃取率的影響

磷酸萃取的萃取率隨有總流量的變化趨勢(shì)見(jiàn)圖3。由圖3可以看出，對(duì)于3種不同的萃取劑，萃取率受流量改變的影響較小。這是因?yàn)樵谳腿∵^(guò)程中，微反應(yīng)器內(nèi)沒(méi)有返混現(xiàn)象的發(fā)生，傳質(zhì)速度快，所需時(shí)間短，在總流量為2 500 mL/min即停留時(shí)間為2.1s時(shí)已完成了萃取傳質(zhì)過(guò)程，故在總流量為1 000～2 500 mL/min的范圍萃取率受流量改變的影響較小。

圖3 流量對(duì)萃取率的影響

2.3 相比對(duì)萃取率的影響

相比對(duì)萃取率的影響見(jiàn)圖4。由圖4可以看出，萃取率隨相比的增大而提高，但提高幅度逐漸減小，曲線(xiàn)斜率逐漸降低。這是因?yàn)檩腿┝康脑黾颖厝粚?dǎo)致萃取出磷酸的量增加，故萃取率隨相比的增大而提高;但是相比的增大使得對(duì)于體積一定的萃取劑在萃取過(guò)程中的濃度差降低，平均傳質(zhì)推動(dòng)力下降，所以萃取率并不隨著相比的增大而線(xiàn)性提高。

圖4 相比對(duì)萃取率的影響

2.4 不同萃取劑的對(duì)比

圖5是在不同萃取劑下的萃取曲線(xiàn)對(duì)比圖。從圖中可以看出，在相同條件下的萃取效果是:TBP+異丙醚(25%)＞TBP+異丙醚(50%)＞TBP+煤油。出現(xiàn)這樣現(xiàn)象的原因是:對(duì)于TBP/煤油/水萃取體系而言，煤油加入的目的是作為稀釋劑，降低TBP的黏度，使其在混合過(guò)程中更有利于充分混合接觸，同時(shí)具有較好的分相性，在后續(xù)的澄清過(guò)程中能較快分層。但是煤油本身并沒(méi)有對(duì)磷酸的萃取能力，煤油的含量越高則意味著萃取效果的降低。不同于煤油的是，異丙醚本身有著對(duì)磷酸的萃取能力，同時(shí)其自身黏度低，能與TBP互溶，故也能起到稀釋劑的作用。同時(shí)我們從圖上也可以看到含25%異丙醚的萃取體系萃取率要高于含50%異丙醚的萃取體系。

圖5 不同萃取劑的對(duì)比曲線(xiàn)

3 小結(jié)

由萃取過(guò)程的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知:①萃取率隨磷酸濃度的提高相比的增大而提高。②萃取率在混合液總流量為1 000～2 500 mL/min的范圍內(nèi)受流量變化的影響較小，這是由于在微反應(yīng)器中無(wú)返混現(xiàn)象，傳質(zhì)速度快，傳質(zhì)達(dá)到平衡所需停留時(shí)間短。③以異丙醚取代煤油雖然能得到更高的萃取率，但異丙醚本身是易揮發(fā)，是易燃易爆的危險(xiǎn)化學(xué)品，在后續(xù)的放大試驗(yàn)中要使用TBP-異丙醚體系為萃取劑時(shí)，應(yīng)注意安全。

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Research on Purifying W et-process Phosphoric Acid by M embrane Dispersion Extraction

BAI Jie，ZHU Jie，YE Shi-chao，XIE Chen，XIN Yang-yang
(College of Chemical Engineering，Sichuan university，Chengdu 610065，China)

The 20μm stainless steel fiber sintered membrane is used as dispersion media to study the effects of phase ratio，using the system ofwater/phosphate acid/TBP+Isopropyl ether and water/phosphate acid/TBP+kerosene，the effects of phosphoric acid concentration，volume flow，phase ratio and different extractant on the extraction，are studied.The results shows that the extraction efficiency is increased with the raising of phosphoric acid concentration;barely changed when the volume flow changed;raised with the increasing of phase ratio;under the same condition，the extraction efficiency of different extractant is TBP+Isopropyl ether(25%)＞TBP+isopropyl ether(50%)＞TBP+kerosene.

membrane dispersion;wet-process phosphoric acid;extraction

TQ126.35

A

1003-3467(2013)05-0038-03

2013-01-21

白 潔(1987-)，女，在讀碩士，從事傳質(zhì)分離研究工作，電話(huà):13568929404;通訊作者:葉世超(1956-)，男，博士，博導(dǎo)，從事磷酸凈化、氣體吸收等研究工作，E-mail:shichaoye@sina.com。