Brevet FR2265676A1 — publié le 19751024

La présente invention a pour objet un nouveau procédé économique de concentration de l'acide phosphorique. L'acide phosphorique vert produit par attaque sulfurique du phosphate naturel est habituellement commercialisé à une teneur de 53-55 % P205. Il arrive également que la concentration recherchée soit de l'ordre de 40 % F205, par exemple pour la fabrication de tripoly phosphate de soude, ou de 65 % P2O5, par exemple pour la fabrication de polyphosphate d'ammoniaque. Or, il se trouve que les procédés de fabrication courants, à de rares exceptions près, limitent la teneur de l'acide produit à 26-33 ffi P205 (procédé classique au dihydrate, ainsi que la plupart des procédés au semi-hydrate). Il est donc nécessaire de concentrer, si l'on veut donner à l'acide commercial la teneur souhaitée de 40, 54 ou 65 ffi P20v, suivant le cas. Cette opération de concentration est traditionnellement réalisée par évaporation sous vide ou par contact direct avec des gaz chauds. Toutefois, ce dernier procédé, par contact direct des gaz chauds, tend à disparaître à cause des problèmes écologiques qu'il pose. Il conviendra donc d'étudier le cas de l'évaporation sous vide en circulation forcée avec échauffement du liquide par surface. Suivant la capacité demandée ou la souplesse recherchée, une installation de concentration comporte un ou plusieurs ensembles de concentration de type connu, qui fonctionnent soit en série liquide, soit en parallèle côté liquide, chacun d'eux assurant une production d'acide à la concentration finale désirée. Dans chacun de ces cas, les échangeurs sont chauffés en parallèle en vapeur vive. Les concentrateurs de type classique sont des gros consommateurs de vapeur vive et d'eau de réfrigération. Ils demandent 1,86 tonne de vapeur et 86,5 m3 d'eau de condensation à 200C, pour concentrer 3,33 tonnes d'acide phosphorique à 30 % P205, soit l tonne de P205 à la température de 40 C, jusqu'à une teneur de 54 ffi po 2 5 La vapeur est souvent disponible dans un atelier de fabrication d'acide sulfurique voisin, mais, même en ce cas, les diffé rentes affectations possibles de vapeur dans une usine chimique doivent inciter l'industriel à l'économiser autant que faire se peut. La recherche de l'économie est également valable pour la consommation d'eau. Par ailleurs, le principe de.l'évaporation en multiple effet est couramment utilisé dans l'industrie chimique. Il consiste à utiliser la vapeur d'évaporation d'un concentrateur au chauffage d'un autre concentrateur fonctionnant à une température inférieure. Les calories de la vapeur du premier effet (vapeur de chaudière, par exemple) accomplissent ainsi plusieurs fois leur effet. Dans le cas de l'acide phosphorique vert, plusieurs contreindications ont fait, jusqu a présent, écarter cette technique - le niveau thermique en tête est limité par la technologie des matériaux spéciaux mis en oeuvre : élastomères, tissus polyesters imprégnés de résines, matériaux thermodurcissables, tels que le Kestra. - les élévations du point d'ébullition de l'acide phosphorique croissent de façon très importante avec la concentration en P205 de l'acide. - les buées d'évaporation contiennent des composants volatils à base de fluor et de silice, ainsi que des entraînements vesiculaires. Ces composants de l'acide engendrent donc un salissement externe des surfaces d'échange servant à la condensation des vapeurs d'évaporation. Le procédé inventé par la demanderesse est destiné à améliorer de façon importante le bilan énergétique d'un atelier de concentration phosphorique, en respectant les impératifs spécifiques à la technologie et à l'exploitation de ce genre d'installation. L'invention a plus particulièrement pour objet de fournir un procédé de concentration de l'acide phosphorique en circulation forcée et sous vide, caractérisé par le fait que l'évaporation est réalisée en deux stades, pour obtenir, après le deuxième stade, une concentration intermédiaire comprise entre 38 et 48 ffi P205, la concentration finale 54 ou 65 % P205, désirée, pouvant être obtenue dans un appareil indépendant. Le procédé selon la présente invention est en outre remarquable par les points suivants - la vapeur d'évaporation obtenue dans le premier stade, où l'on introduit l'acide faible, est lavée avec une solution diluée avant d'entre utilisée comme agent de chauffage dans le deuxième stade - le deuxième stade d'évaporation peut être constitué par un ou plusieurs évaporateurs - la concentration dans le premier stade est limitée entre 33 et 37 9a P205, pour obtenir une température d'évaporation compatible avec une bonne tenue à la corrosion chimique des matériaux connus - les buées lavées obtenues dans le premier stade assurent le réchauffage de l'acide faible alimenté, s'il est froid ;; - l'adjonction d'un évaporateur finisseur permet d'obtenir un acide concentré jades teneurs de 54 et 65 ffi P205. L'invention vise également une installation de concentration pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, ladite installation comportant deux ensembles de concentration, chacun d'eux étant constitué par un ou plusieurs échangeurs, séparateurs, pompes de circulation, condenseurs, bacs de reprise, pompes de reprise, épurateurs de vapeur, réchauffeurs. La présente invention sera mieux-comprise à la lecture de la description non limitative suivante faite en se référant au dessin annexé sur lequel - la figure 1- est un schéma d'une installation classique de concentration d'acide phosphorique vert ; - la figure 2 est un schéma d'une installation de concentration d'acide phosphorique selon la présente invention ; et, - la figure 3 est un schéma d'une variante d'installation de concentration diacide phosphorique selon l'invention. Sur cette figure, le circuit d'acide est indiqué en trait plein et le circuit de vapeur et buées en tirets. Le poste de concentration classique comporte (fig. t) un échangeur 1, un séparateur 2, une pompe de circulation 3, un condenseur 4, un bac de reprise 5, une pompe de reprise 6. L'échangeur t est chauffé à la vapeur vive. L'acide faible est introduit dans le circuit constitué par le séparateur 2, le circulateur 3 et l'échangeur 1. La vapeur d'évaporation du séparateur 2 est condensée dans le condenseur 4. Un groupe de vide assure l'extraction des incondensables. L'acide concentré est repris par la pompe 6 dans le bsc 5. Pour la mise en oeuvre du procédé selon la présente invention, on associe (fig. 2) deux ensembles de concentration tels que ceux qui sont re-présentés en fig. t, de manière -à ce que la vapeur d'évaporation obtenue dans le groupe où l'on introduit l'acide faible à 30 % P205 puisse être utilisée pour le chauffage de l'échangeur d'un autre groupe où l'on produit un acide à une concentration comprise entre 38 et 48-% P205. Pour obtenir la concentration commerciale de 54 % P205, on doit ajouter un ensemble finisseur alimenté en vapeur vive.L'évaporation principale de l'eau de l'acide, entre 30 et 48 % P205 est donc réalisée en deux stades qui doivent être soigneusement étudiés et les problèmes énumérés ci-dessus peuvent être résolus de la façon suivante a) la température de l'acide dans le premier stade (groupe des appareils 1, 2, 3) est relativement peu élevée du fait que c'est à ce stade que l'on introduit l'acide faible à basse température d'ébullition. Pour diminuer encore l'écart de température entre la vapeur -obtenue au premier stade et l'acide semi-concentré obtenu dans le deuxième stade (groupe des appareils 9, 10, 11), il est possible de prévoir déux groupes 2 et 2' (fig. 3) pour réaliser l'évaporation du deuxième stade. b) la concentration de l'acide dans le deuxième stade de concentration est volontairement réduite à 38 - 48 fio P205, pour limiter la température de l'acide. c) la vapeur d'évaporation obtenue à la sortie du premier stade dans le séparateur 2 du premier groupe (fig. t) est épurée selon le-procédé revendiqué dans le brevet nO 664 517 du 23 novembre 1928, de la demanderesse, dans un épurateur à ruissellement dénommé laveur 4, par une solution aqueuse diluée. Cette vapeur d'évaporation contient, en effet, des impuretés volatiles telles-que le fluor, la silice et leurs composés dont la teneur dans les buées est d'autant plus faible que la concentration de l'acide est elle-même moins élevée. C'est précisément ce qui est obtenu dans le procédé selon l'invention puisque la concentration de l'acide est voisine de 35 fo P205 (comprise entre 33 et 37 % P2o5). Bien que le rendement de lavage de buées d'évaporation soit excellent, si l'on opère avec une solution dilée d'acides fluorhydrique et hydrofluosilicique provenant des composés volatils de l'acide, le procédé revendiqué propose une méthode de lavage périodique particulièrement simple, étant donné qu' il suffit d'envoyer de la vapeur vive dans l'échangeur 9 du deuxième stade, durant un temps très court qui est celui qui est consacré au lavage de l'intérieur des tubes. De plus, pour améliorer encore le bilan énergétique de l'installation, la demanderesse a prévu (fig. 3) un réchauffeur R placé sur la tuyauterie d'entrée de l'acide faible qui est alimenté en vapeur de chauffage par un prélèvement de la vapeur d'évaporation obtenue dans le premier stade, à la sortie du laveur 4. On remarquera que l'amélioration de la consommation de vapeur n'entratne pas d'augmentation de la consommation d'énergie sous une autre forme, en particulier de l'énergie électrique qui est inférieure à celle que nécessite une installation d'évaporation dans laquelle chaque groupe concentre l'acide à la teneur finale. L'économie réalisée sur la vapeur affecte donc intégralement l'économie énergétique globale du procédé selon l'invention. Il est évident que l'invention n'est pas limitée à la forme et au mode de réalisation décrit ci-dessus mais qu'elle englobe toutes les modifications et variantes issues du même principe de base. REVEND ICAT I ONS 1. Procédé de concentration de l'acide phosphorique en circulation forcée et sous vide, caractérisé par le fait que léva- poration est réalisée en deux stades, pour obtenir, après le deuxième stade, une concentration intermédiaire comprise entre 38 et 48 P205, la concentration finale, 54 ou 65 % P205, désirée, pouvant être obtenue dans un appareil indépendant. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la vapeur d'évaporation obtenue dans le premier stade, où l'on introduit l'acide faible, est lavée avec une solution diluée avant d'être utilisée comme agent de chauffage dans le deuxième stade. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel le deuxième stade d'évaporation peut être constitué par un ou plusieurs évaporateurs. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel la concentration dans le premier stade est limitée entre 33 et 37 % P205, pour obtenir une température d'évaporation compatible avec une bonne tenue à la corrosion chimique des matériaux connus. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 4, dans lequel les buées lavées obtenues dans le premier stade assurent le réchauffage de l'acide faible alimenté, s'il est froid. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 4 ou 5, dans lequel l'adjonction d'un évaporateur finisseur permet d'obtenir un acide concentré à des teneurs de 54 et 65 % P205. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 4, 5 ou 6, permettant~d'obtenir une réduction d'environ 40 fio de la consommation de vapeur de chaudière, utilisée pour le chauffage, dans le cas d'obtention d'acide à 54 % P205 et une réduction plus élevée encore, pour une concentration finale inférieure. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 4, 5, 6 ou 7, permettant d'obtenir une réduction de 35 fio environ de la consommation d'eau de condensation dans le cas d'obtention d'acide à 54 r P205 et une réduction plus élevée encore, pour une concentration finale inférieure. 9. Installation de concentration pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, comportant deux ensembles de concentration, chacun d'eux étant constitué par un ou plusieurs échangeurs, séparateurs, pompes de circulation, condenseurs, bacs de reprise, pompes de reprise, épurateurs de vapeurs réchauffeurs.