一种聚磷酸三氢三钾的生产方法

技术领域

本发明属于聚磷酸三氢三钾的生产领域，具体地说，涉及一种聚磷酸三氢三钾的生产方法。

背景技术

聚磷酸三氢三钾，亦称高磷酸三钾。其分子结构式为：KH

发明内容

针对现有技术中上述的不足，本发明的目的在于提供一种聚磷酸三氢三钾的生产方法，采用该方法，可生产出一种PH值呈中性的特殊功能性肥料，长期施用不会改变土壤性状，不影响环境，解决了聚磷酸三氢三钾工业化生产问题，填补了国内市场空白。

为了达到上述目的，本发明采用的解决方案是：

一种聚磷酸三氢三钾的生产方法，包括以下步骤：

1)将磷酸与氢氧化钾按摩尔比为2-2.04:3缓慢加入反应釜内，加热、搅拌，使液体混合均匀并蒸发水分；

2)控制步骤1)中的混合溶液的PH值为6.7-7.1；

3)将步骤2)中的混合溶液送至蒸发器，继续搅拌、加热浓缩；

4)将步骤3)中的混合溶液浓缩密度达1.8g/ml-1.9g/ml后，进行保温聚合；

5)将步骤4)中的混合溶液送入蒸发槽，经高温闪蒸后，再冷却结晶、粉碎、研磨，即得聚磷酸三氢三钾产品。

进一步地，步骤3)中采用高温蒸汽进行加热浓缩。

进一步地，步骤3)中加热温度至120℃-150℃。

进一步地，步骤4)中保温30分钟。

进一步地，步骤5)中所述高温闪蒸的条件为：温度控制在380-420℃，闪蒸时间为3-5min。

进一步地，步骤5)中冷却时，将溶液流入模具进行冷却，冷却温度至室温。

进一步地，步骤5)中粉碎时将结晶固体粉碎至任意一块任意边长不超过5cm。

进一步地，步骤5)中采用球磨机进行研磨，研磨至固体颗粒粒度为40目-100目。

本发明的有益效果是：

本发明提供了一种制备PH值呈中性的特殊功能性肥料聚磷酸三氢三钾的生产方法，长期施用聚磷酸三氢三钾肥料不会改变土壤性状，不影响环境，解决了聚磷酸三氢三钾工业化生产问题，填补了国内市场空白。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例1得到的聚磷酸三氢三钾产品；

图2为本发明生产聚磷酸三氢三钾的工艺流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本发明实施例提供的一种聚磷酸三氢三钾的生产方法进行具体说明。

一种聚磷酸三氢三钾的生产方法，包括以下步骤：

1)将磷酸与氢氧化钾按摩尔比为2-2.04:3缓慢加入反应釜内，加热、搅拌，使液体混合均匀并蒸发水分；通过将磷酸与氢氧化钾控制在该摩尔比，使得磷酸与氢氧化钾能充分反应，从而得到高纯度的聚磷酸三氢三钾产品；因工业生产用的磷酸和氢氧化钾是液体，将磷酸和氢氧化钾分别通过管道送进反应釜进行反应，控制磷酸和氢氧化钾的加入速率在0.3L/S-0.6L/S，使得液体混合均匀并蒸发水分。

2)控制步骤1)中的混合溶液的PH值为6.7-7.1；实际生产过程中，磷酸与氢氧化钾原料纯度难以精确测量，造成投料摩尔比也难以精确，将PH控制在6.7-7.1之间(若溶液偏酸就加氢氧化钾调和，偏碱就加磷酸调和)，作为反应的监控手段，从而佐证磷酸与氢氧化钾原料的摩尔比在(2-2.04):3。

3)将步骤2)中的混合溶液送至蒸发器，继续搅拌、加热浓缩；将混合溶液继续搅拌、加热浓缩，使得反应更充分的同时，加热蒸发溶液中的水分，将溶液进行浓缩。

4)将步骤3)中的混合溶液浓缩密度达1.8g/ml-1.9g/ml后，进行保温聚合；混合溶液浓缩密度达1.8g/ml-1.9g/ml时，原料已完全达到反应条件，若溶液浓缩密度低于1.8g/ml，产品聚合难度大，聚合度低；浓缩密度高于1.9g/ml，溶液水分含量非常低，同时能耗显著增大，经济效益低。

5)将步骤4)中的混合溶液送入蒸发槽，经高温闪蒸后，再冷却结晶、粉碎、研磨，即得聚磷酸三氢三钾产品。将混合溶液先高温蒸发，从而彻底蒸发掉溶液中的水分，再进行冷却结晶即得到固态高纯度的聚磷酸三氢三钾，最后再进行粉碎、研磨即得细粒径可使用的固态高纯度聚磷酸三氢三钾产品。

进一步地，步骤3)中采用高温蒸汽进行加热浓缩。使用高温蒸汽，可有效再利用化工生产中的蒸汽能源，降低能耗，增大经济效益。

进一步地，步骤3)中加热温度至120℃-150℃。加热温度低于120℃时，蒸发较慢，加热温度高于150℃，能耗超高，经济效益低。

进一步地，步骤4)中保温30分钟。30分钟原料聚合已经完成，若保温时间再延长则徒增能耗。

进一步地，步骤5)中所述高温闪蒸的条件为：温度控制在380-420℃，闪蒸时间为3-5min。将温度控制在380-420℃，闪蒸时间为3-5min，对溶液中的水分进行高温蒸发，从而可以彻底蒸发掉溶液中的水分。

进一步地，步骤5)中冷却时，将溶液流入模具进行冷却，冷却温度至室温。根据冷却模具的大小，从而确定冷却时间，只要将溶液冷却至室温即可；发明人采用40cm*30cm*20cm的模具进行冷却，冷却10小时左右即可。

进一步地，步骤5)中粉碎时将结晶固体粉碎至任意一块任意边长不超过5cm。先将冷却结晶的固体进行初步的粉碎，有利于后续的研磨。

进一步地，步骤5)中采用球磨机进行研磨，研磨至固体颗粒粒度为40目-100目。通过研磨机将固体颗粒粒度研磨至40目-100目，有利于成品的使用效果。

实施例1

1)将2306kg磷酸(质量分数为85％的磷酸)与3500kg氢氧化钾(质量分数为48％的氢氧化钾)缓慢加入反应釜内，在加入的过程中，边搅拌边加热蒸发水分；2)通过添加少量磷酸或氢氧化钾，调整溶液PH值至6.7；3)将上述混合溶液送至蒸发器，继续搅拌、加热浓缩，混合溶液加热至120℃；4)上述混合溶液浓缩密度达1.8g/ml时，继续保温30分钟；5)打开蒸发器底阀，溶液经管道流入蒸发槽，溶液流入蒸发槽后，经380℃高温，闪蒸3分钟，流入模具冷却至室温，冷却后，经脱模、粉碎、研磨，得聚磷酸三氢三钾产品3008kg，其中，粉碎时将结晶固体粉碎至任意一块任意边长不超过5cm，研磨时采用球磨机进行研磨，研磨至固体颗粒粒度为40目。本实施例中聚磷酸三氢三钾产品质量的主要指标如表1所示：

表1实施例1中聚磷酸三氢三钾产品质量

由表1可知，所得的聚磷酸三氢三钾产品的含量为99.12％，水分0.21％，水不容物0.27％，PH值为6.95，本发明制备方法所得聚磷酸三氢三钾产品纯度高，水溶性好，且为PH值呈中性的特殊功能性肥料，长期施用不会改变土壤性状，不影响环境，解决了聚磷酸三氢三钾工业化生产问题，填补了国内市场空白。

实施例2

1)将2306kg磷酸(质量分数为85％的磷酸)与3500kg氢氧化钾(质量分数为48％的氢氧化钾)缓慢加入反应釜内，在加入的过程中，边搅拌边加热蒸发水分；2)通过添加少量磷酸或氢氧化钾，调整溶液PH值至7.1；3)将上述混合溶液送至蒸发器，继续搅拌、加热浓缩，混合溶液加热至150℃；4)上述混合溶液浓缩密度达1.9g/ml时，继续保温30分钟；5)打开蒸发器底阀，溶液经管道流入蒸发槽，溶液流入蒸发槽后，经420℃高温，闪蒸5分钟，流入模具冷却至室温，冷却后，经脱模、粉碎、研磨，得聚磷酸三氢三钾产品3122kg，其中，粉碎时将结晶固体粉碎至任意一块任意边长不超过5cm，研磨时采用球磨机进行研磨，研磨至固体颗粒粒度为100目。本实施例中聚磷酸三氢三钾产品质量的主要指标如表2所示：

表2实施例2中聚磷酸三氢三钾产品质量

由表2可知，所得的聚磷酸三氢三钾产品的含量为99.43％，水分0.14％，水不容物0.12％，PH值为7.01，本发明制备方法所得聚磷酸三氢三钾产品纯度高，水溶性好，且为PH值呈中性的特殊功能性肥料，长期施用不会改变土壤性状，不影响环境，解决了聚磷酸三氢三钾工业化生产问题，填补了国内市场空白。

实施例3

1)将2306kg磷酸(质量分数为85％的磷酸)与3500kg氢氧化钾(质量分数为48％的氢氧化钾)缓慢加入反应釜内，在加入的过程中，边搅拌边加热蒸发水分；2)通过添加少量磷酸或氢氧化钾，调整溶液PH值至7.0；3)将上述溶液送至蒸发器，继续、加热浓缩，1小时后溶液升温至126℃；4)上述溶液浓缩1.5小时后密度达1.87g/ml，温度达153℃，保温30分钟；5)打开蒸发器底阀，溶液经管道流入蒸发槽，溶液流入蒸发槽后，经400℃高温，闪蒸4分钟，流入模具冷却至室温，冷却后，经脱模、粉碎、研磨，得聚磷酸三氢三钾产品3027kg，其中，粉碎时将结晶固体粉碎至任意一块任意边长不超过5cm，研磨时采用球磨机进行研磨，研磨至固体颗粒粒度为70目。本实施例中聚磷酸三氢三钾产品质量的主要指标如表3所示：

表3实施例3中聚磷酸三氢三钾产品质量

本实施例中上述质量分数为85％的磷酸一次回收率97.21％，质量分数为48％的氢氧化钾一次回收率96.91％；由表3可知，所得的聚磷酸三氢三钾产品的含量为99.39％，水分0.18％，水不容物0.15％，PH值为6.93，本发明制备方法所得聚磷酸三氢三钾产品纯度高，水溶性好，且为PH值呈中性的特殊功能性肥料，长期施用不会改变土壤性状，不影响环境，解决了聚磷酸三氢三钾工业化生产问题，填补了国内市场空白。

实施例4

1)将2306kg磷酸(质量分数为85％的磷酸)与3500kg(质量分数为48％的氢氧化钾)氢氧化钾缓慢加入反应釜内，在加入的过程中，边搅拌边加热蒸发水分；2)通过添加少量磷酸或氢氧化钾，调整溶液PH值至6.9；3)将上述溶液送至蒸发器，继续加热浓缩，1小时后升温至133℃；4)上述溶液浓缩1小时后密度达1.83g/ml，温度达144℃，保温30分钟；5)打开蒸发器底阀，经管道流入蒸发槽，溶液流入蒸发槽后，经390℃高温闪蒸3分钟，流入模具冷却至室温；6)冷却后，经脱模、粉碎、研磨，得聚磷酸三氢三钾产品2996kg，其中，粉碎时将结晶固体粉碎至任意一块任意边长不超过5cm，研磨时采用球磨机进行研磨，研磨至固体颗粒粒度为60目。本实施例中聚磷酸三氢三钾产品的主要指标如表4所示：

表4实施例4中聚磷酸三氢三钾产品质量

本实施例中上述质量分数为85％的磷酸一次回收率95.63％，48％的氢氧化钾一次回收率96.13％；由表4可知，所得的聚磷酸三氢三钾产品的含量为99.19％，水分0.13％，水不溶物0.14％，PH值为7.09，本发明制备方法所得聚磷酸三氢三钾产品纯度高，水溶性好，且为PH值呈中性的特殊功能性肥料，长期施用不会改变土壤性状，不影响环境，解决了聚磷酸三氢三钾工业化生产问题，填补了国内市场空白。

实施例5

1)将2306kg磷酸(质量分数为85％的磷酸)与3500kg(质量分数为48％的氢氧化钾)氢氧化钾缓慢加入反应釜内，在加入的过程中，边搅拌边加热蒸发水分；2)通过添加少量磷酸或氢氧化钾，调整溶液PH值至7.0；3)将上述溶液送至蒸发器，继续加热浓缩，1小时后升温至140℃；4)上述溶液浓缩1小时后密度达1.85g/ml，温度达150℃，保温30分钟；5)打开蒸发器底阀，经管道流入蒸发槽。上述溶液流入蒸发槽后，经400℃高温闪蒸3分钟，流入模具冷却至室温，冷却后，经脱模、粉碎、研磨，得聚磷酸三氢三钾产品3058kg，其中，粉碎时将结晶固体粉碎至任意一块任意边长不超过5cm，研磨时采用球磨机进行研磨，研磨至固体颗粒粒度为80目。本实施例中聚磷酸三氢三钾产品的主要指标如表5所示：

表5实施例5中聚磷酸三氢三钾产品质量

本实施例中上述质量分数为85％的磷酸一次回收率98.06％，质量分数为48％的氢氧化钾一次回收率98.31％；由表5可知，所得的聚磷酸三氢三钾产品的含量为99.52％，水分0.17％，水不容物0.08％，PH值为7.05，本发明制备方法所得聚磷酸三氢三钾产品纯度高，水溶性好，且为PH值呈中性的特殊功能性肥料，长期施用不会改变土壤性状，不影响环境，解决了聚磷酸三氢三钾工业化生产问题，填补了国内市场空白。

对比例1

1)将1300kg磷酸(质量分数为85％的磷酸)与5500kg氢氧化钾(质量分数为48％的氢氧化钾)缓慢加入反应釜内，在加入的过程中，边搅拌边加热蒸发水分；2)通过添加少量磷酸或氢氧化钾，调整溶液PH值至7.0；3)将上述溶液送至蒸发器，继续、加热浓缩，1小时后溶液升温至126℃；4)上述溶液浓缩1.5小时后密度达1.8g/ml，温度达153℃，保温30分钟；5)打开蒸发器底阀，溶液经管道流入蒸发槽，溶液流入蒸发槽后，经400℃高温，闪蒸3分钟，流入模具冷却至室温，冷却后，经脱模、粉碎、研磨，得聚磷酸三氢三钾产品2152kg。本对比例中聚磷酸三氢三钾产品的纯度为85.41％。

对比例2

1)将3000kg磷酸(质量分数为85％的磷酸)与3000kg氢氧化钾(质量分数为48％的氢氧化钾)缓慢加入反应釜内，在加入的过程中，边搅拌边加热蒸发水分；2)通过添加少量磷酸或氢氧化钾，调整溶液PH值至7.0；3)将上述溶液送至蒸发器，继续、加热浓缩，1小时后溶液升温至126℃；4)上述溶液浓缩1.5小时后密度达1.8g/ml，温度达153℃，保温30分钟；5)打开蒸发器底阀，溶液经管道流入蒸发槽，溶液流入蒸发槽后，经400℃高温，闪蒸3分钟，流入模具冷却，冷却后，经脱模、粉碎、研磨，得聚磷酸三氢三钾产品3027kg。本对比例中聚磷酸三氢三钾产品的纯度为86.23％。

对比例3

1)将2306kg磷酸(质量分数为85％的磷酸)与3500kg氢氧化钾(质量分数为48％的氢氧化钾)缓慢加入反应釜内，在加入的过程中，边搅拌边加热蒸发水分；2)通过添加少量磷酸或氢氧化钾，调整溶液PH值至7.0；3)将上述溶液送至蒸发器，继续、加热浓缩，1小时后溶液升温至126℃；4)上述溶液浓缩密度达1.5g/ml，温度达153℃，保温20分钟；5)打开蒸发器底阀，溶液经管道流入蒸发槽，溶液流入蒸发槽后，经400℃高温，闪蒸3分钟，流入模具冷却，冷却后，经脱模、粉碎、研磨，得聚磷酸三氢三钾产品2683kg。本对比例中聚磷酸三氢三钾产品的纯度为82.63％。

对比例4

1)将2306kg磷酸(质量分数为85％的磷酸)与3500kg氢氧化钾(质量分数为48％的氢氧化钾)缓慢加入反应釜内，在加入的过程中，边搅拌边加热蒸发水分；2)通过添加少量磷酸或氢氧化钾，调整溶液PH值至7.0；3)将上述溶液送至蒸发器，继续、加热浓缩，1小时后溶液升温至126℃；4)上述溶液浓缩密度达2.3g/ml，温度达150℃，保温40分钟；5)打开蒸发器底阀，溶液经管道流入蒸发槽，溶液流入蒸发槽后，经400℃高温，闪蒸3分钟，流入模具冷却，冷却后，经脱模、粉碎、研磨，得聚磷酸三氢三钾产品3018kg。本对比例中聚磷酸三氢三钾产品的纯度为99.13％，但生产过程中能耗显著增大，经济效益低。

实验例1

实验方法：将实施例1-5与对比例1-2设置对实验组1-7；考虑磷酸与氢氧化钾的摩尔比对制备聚磷酸三氢三钾的影响，结果如表6所示：

表6磷酸与氢氧化钾的摩尔比对制备聚磷酸三氢三钾的影响

由表6可知，本发明控制磷酸与氢氧化钾的摩尔比为2:3，使得磷酸与氢氧化钾能充分反应，得到聚磷酸三氢三钾产品纯度更高，当磷酸与氢氧化钾的摩尔比大于或小于本发明的摩尔比时，所得聚磷酸三氢三钾产品纯度明显降低。

实验例2

实验方法：将实施例1-5与对比例3-4设置对实验组1-7；考虑溶液聚合密度对制备聚磷酸三氢三钾的影响，结果如表7所示：

表7溶液聚合密度对制备聚磷酸三氢三钾的影响

由表7可知，本发明控制溶液聚合密度为1.8g/ml-1.9g/ml，使得磷酸与氢氧化钾能充分聚合反应，当溶液浓缩密度低于1.8g/ml，产品聚合难度大，聚合度低，所得聚磷酸三氢三钾产品纯度明显降低；当浓缩密度高于1.9g/ml，所得聚磷酸三氢三钾产品纯度变化不明显，并没有得到显著提高，但生产过程中能耗显著增大，经济效益低。因此，溶液聚合密度为1.8g/ml-1.9g/ml时，可以有效控制溶液聚合反应，得到高纯度的聚磷酸三氢三钾产品，且不会造成生产能耗的增加，提高了经济效益。

综上所述，本发明提供的聚磷酸三氢三钾产品的生产方法，制备了一种PH值呈中性的特殊功能性肥料聚磷酸三氢三钾，长期施用不会改变土壤性状，不影响环境，解决了聚磷酸三氢三钾工业化生产问题，填补了国内市场空白。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。