磷酸是一种无机酸,是极为重要的化工原料,广泛用于饲料、阻燃剂、食品工业、水处理行业、电子工业、洗涤剂行业等多个领域。磷酸的主要生产方法有湿法和热法,以及利用黄磷氧化燃烧的热能作为磷矿还原所需热能的窑法磷酸。湿法磷酸比热法磷酸耗能低,但其产品的纯度不高。利用热法生产出的磷酸纯度高,进一步加工可以用于液晶、芯片的高纯电子级磷酸,食品级、医药级、牙膏级磷酸盐等,但是生产过程中的耗能高和热能回收利用率低一直是热法磷酸生产所要集中解决的问题。云南省化工研究院开发的“黄磷燃烧热能回收与利用装置及其热法磷酸生产系统”专利技术在行业得到大力推广,推动了热法磷酸生产与节能技术的进步。但由于对黄磷燃烧过程中燃磷塔内P4010与H20形成的物质结构及其生成条件缺乏系统研究,限制了高品位热能的利用和工程技术的进一步发展。本论文利用加热挥发的五氧化二磷与氮气带入的水进行反应,然后冷凝收集产物的方法来模拟工业中黄磷燃烧后生成P4010与空气中带入的少量水分进行反应的实际过程。根据整个实验过程的条件要求设计制作了一台实验室小型设备,利用此设备通过调整五氧化二磷与水的比例以及反应温度,获得了类似工业生产装置上的结膜物。本文首先对不同晶型的五氧化二磷进行加热与挥发速率研究实验,确定六方晶型即h-P2O5为反应实验的原料。通过对工业生产中投磷量及反应停留时间的计算,设计制作了一整套实验小型反应器。通过对磷燃烧生成结膜物的初步探索,选择了反应温度及H20/P4010质量比两个实验影响因素进行实验,所选定的范围分别为450-870℃和1：32-1：2。通过对特定条件下的反应生成物进行五氧化二磷含量测定及热重、X-射线衍射等的分析,得出：温度较低时结膜物分为白色层和透明层,温度相对较高时产物分为白色层、半透明层及透明层。其中白色层主要含量为五氧化二磷,半透明层主要为五氧化二磷以及微量的正磷酸等,透明层主要以新物质为主,同时也含有微量的焦磷酸和偏磷酸,在对产物的各层分析中指出了五氧化二磷与水反应生成新物质的可能。通过时间控制实验得出产物先生成白色层,然后为透明层,最后在一定条件下白色层与透明层反应形成半透明层。通过临界点实验发现：在研究范围内设备顶盖上始终都有产物生成,因此无需担心设备顶盖的腐蚀情况,同时将生产中含水量较大的情况与之对比也得出,生产过程中结膜物始终会在内壁形成从而也会保护塔壁。通过以上信息,结合热力学及反应结构式初步分析了产物的形成机理,对实验室利用五氧化二磷与水的反应来模拟黄磷燃烧生成结膜物的方法提出了进一步的意见和建议。