CN102847334A

CN102847334A - 一种含碘氢碘酸料液的精馏方法及其设备

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Publication number: CN102847334A
Application number: CN2012103432582A
Authority: CN
Inventors: 陈崧哲; 张平; 王来军; 王仁玲; 徐景明
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2012-09-14
Filing date: 2012-09-14
Publication date: 2013-01-02
Anticipated expiration: 2032-09-14
Also published as: CN102847334B

Abstract

本发明提供一种含碘氢碘酸料液的精馏设备，该设备包括填料塔、塔底再沸器、塔顶冷凝回流装置、进料管线系统、塔顶出料管线系统、塔底出料管线系统和氢碘酸滴灌装置。采用上述设备进行含碘氢碘酸料液的精馏时，首先打开氢碘酸滴灌装置，向填料塔内滴入氢碘酸，在持续滴入氢碘酸的情况下，开始将含碘氢碘酸料液向填料塔进料，并打开塔底再沸器和塔顶冷凝回流装置，当塔顶冷凝回流装置和塔顶出料管线系统能够回流和出料时，关闭氢碘酸滴灌装置，保持含碘氢碘酸料液向填料塔进料，并持续从塔顶和塔底进行出料。采用本发明的精馏设备对含碘氢碘酸料液进行精馏时，能够有效防止含碘氢碘酸料液中I₂凝结于填料塔塔顶而导致的精馏操作失败。

Description

一种含碘氢碘酸料液的精馏方法及其设备

技术领域

本发明涉及化学工程技术领域，尤其涉及一种含碘氢碘酸料液(即碘化氢-碘-水三元溶液，HI-I₂-H₂O)的精馏方法及其设备。

背景技术

含碘氢碘酸料液(即碘化氢-碘-水三元溶液，HI-I₂-H₂O)的精馏操作，在热化学碘硫循环分解水制氢工艺，以及氢碘酸的电化学生产工艺中都会用到。以前者为例，碘硫循环制氢过程中，依靠Bunsen反应生成的氢碘酸，由于加入了过量的碘，形成了HI-I₂-H₂O物相，需要通过精馏操作，才能够获得制氢所需要的HI。

由于HI-I₂-H₂O体系中碘(I₂)极易挥发，在加热至60摄氏度左右时即产生碘蒸气，因此在精馏操作中，特别是精馏装置的开车阶段，精馏釜内的HI-I₂-H₂O在受热蒸发时，碘(I₂)大量挥发，会先于HI、H₂O到达精馏塔顶，在塔顶的冷凝器、回流控制装置等部位大量凝结，形成坚硬致密的碘结晶，在精馏塔内建立起稳定的下降物流之前，I₂蒸汽会持续涌至塔顶，造成冷凝装置结碘失效、管路堵塞，使精馏操作难以进行，如果精馏柱内压力不断增加，甚至会发生物料泄漏、喷射等危险。

而另一方面，大量的实验结果表明，一旦精馏塔内建立起了稳定的上升和下降物流，以及稳定的HI浓度梯度，精馏釜内蒸腾起的I₂蒸气将不会再涌至塔顶，因为精馏塔内含HI的回流液能够有效地溶解I₂并将其带回至精馏釜内。但前提是：精馏塔内建立起稳定物流和HI浓度梯度前，避免I₂在塔顶装置中大量凝结而引起操作失败和泄漏危险。

在HI-I₂-H₂O中含水量较高的情况下(H₂O对HI摩尔比大于6时)，上述的I₂凝结现象尤为明显，这与HI-H₂O的气液平衡关系有关，HI与H₂O之间存在共沸现象(共沸物HI：H₂O摩尔比约为1：5)，H₂O含量较高时，也就是料液中HI浓度低于恒沸点浓度时，在精馏塔开车时塔顶蒸出的料液中HI含量很少，回流液溶解碘并将其冲洗回精馏釜的能力也就很低(I₂仅微溶于水，常温下100g水中仅可溶0.02g碘，但水中含有I^-离子时，由于I₃ ^-的生成，对I₂的溶解能力会大幅度提高)，因此上升的I₂蒸气无法被压制，会越来越多地凝结在塔顶冷凝管和管道壁上。

以上现象和问题使得常规的精馏方法和普通精馏设备难以直接应用于含碘氢碘酸的精馏。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种含碘氢碘酸料液的精馏方法及其设备，使得在精馏过程中，特别是精馏装置开车阶段，含碘氢碘酸料液中上升的I₂蒸汽得到控制，防止其涌至塔顶使冷凝设备失效，并造成管路堵塞等问题。

（二）技术方案

为了解决上述问题，本发明提供一种含碘氢碘酸料液的精馏设备，该设备包括精馏塔、塔底再沸器、塔顶冷凝回流装置、进料管线系统、塔顶出料管线系统、塔底出料管线系统和氢碘酸滴灌装置。

可选的，所述氢碘酸滴灌装置包括氢碘酸储罐，以及将氢碘酸向精馏塔注入的注入管线系统，所述注入管线系统上配有流量调节装置。

可选的，所述精馏塔为填料塔。

可选的，所述注入管线系统在填料塔上的注入点位于进料管线系统在填料塔上的注入点以上的位置。

可选的，所述流量调节装置为流量调节阀门或计量泵。

可选的，所述氢碘酸储罐中氢碘酸的浓度为0.1mol/L～9mol/L。

本发明还提供一种含碘氢碘酸料液的精馏方法，包括以下步骤：

S1.打开氢碘酸滴灌装置，向填料塔内滴入氢碘酸；

S2.在持续滴入氢碘酸的情况下，将含碘氢碘酸料液通过进料管线系统注入填料塔内；

S3.打开塔底再沸器和塔顶冷凝回流装置；

S4.当塔顶冷凝回流装置和塔顶出料管线系统能够回流和出料时，关闭氢碘酸滴灌装置；

S5.保持含碘氢碘酸料液向填料塔进料，并持续从塔顶和塔底进行出料。

（三）有益效果

采用本发明的方法和设备对含碘氢碘酸料液进行精馏时，由于在开车阶段预先向精馏塔内提供HI溶液(即氢碘酸滴灌液)，有效压制从精馏釜蒸腾出来的I₂蒸汽，直至精馏塔内建立稳定的上升和下降物流以及稳定的HI浓度梯度，从而避免I₂在塔顶冷凝装置上发生凝结，并最终依靠待浓缩的进塔物料自身实现对I₂蒸汽的压制，此时即可停止氢碘酸滴灌，开始稳定的精馏操作。因此本发明提供的含碘氢碘酸料液的精馏方法及其设备能够有效防止含碘氢碘酸料液中I₂凝结于精馏塔顶而导致的精馏操作失败。

附图说明

图1是本发明一种含碘氢碘酸的精馏设备的结构示意图。

图中，1：填料塔；2：塔底再沸器；3：塔顶冷凝回流装置；4：进料管线系统；5：塔顶出料管线系统；6：塔底出料管线系统；7：氢碘酸储罐；8：注入管线系统。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的含碘氢碘酸料液的精馏方法及其设备的具体实施方式做进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。

本发明提出的含碘氢碘酸料液的精馏方法，是在一套特殊的精馏设备中进行，如图1所示。该设备包括精馏塔、塔底再沸器2、塔顶冷凝回流装置3、进料管线系统4、塔顶出料管线系统5、塔底出料管线系统6和氢碘酸滴灌装置，所述精馏塔为填料塔1。

其中，氢碘酸滴灌装置包括氢碘酸储罐7以及将氢碘酸向填料塔注入的注入管线系统8。所述注入管线系统8在填料塔1上的注入点位于进料管线系统4在填料塔1上的注入点以上的位置。注入管线系统8上配有流量调节装置。所述流量调节装置为流量调节阀门或计量泵。

本发明中，氢碘酸储罐中氢碘酸的浓度为0.1mol/L～9mol/L，填料塔内径为2.5～50cm，填料塔中的填料为Ф(3~10)mm*（10～50）mm的玻璃弹簧填料或陶瓷环填料，填料层高度为0.5～3m，含碘氢碘酸料液的进料口距塔顶的距离为0.3～2.5m。

实施例一

如图1所示，在本实施例中，填料塔内径为5cm，内装填料为Ф3mm*20mm的玻璃弹簧填料，填料层高度为1m，含碘氢碘酸料液的进料口距塔顶0.8m，向填料塔滴灌氢碘酸(即HI的水溶液)的注入管线系统8在塔上的入口位于塔顶。待精馏的含碘氢碘酸料液组成为HI:H₂O:I₂=1:7.5:1.5，氢碘酸储罐7中的氢碘酸溶液浓度为[HI]＝6.0mol/L。

在对上述含碘氢碘酸料液精馏处理之前，首先打开氢碘酸滴灌装置，以10ml/min速率向塔内滴入浓度为6.0mol/L的氢碘酸，持续5min，使塔内填料含有氢碘酸料液；此后将氢碘酸滴加速率改为5ml/min，在此条件下，对精馏设备实施开车操作，即：将含碘氢碘酸料液输送至填料塔1中，开始进料操作，并打开塔底再沸器2和塔顶冷凝回流装置3，进料温度为110℃，速率为15ml/min，15min后，塔顶冷凝回流装置3和塔顶出料管线系统5能够回流和出料时，关闭氢碘酸滴灌装置，此时由于塔内的回流已经建立，有了较为稳定的上升和下降物流，以及稳定的HI的浓度梯度，I₂蒸气已被压制，无法上窜至塔顶部，因此可以进行正常的浓缩精馏，此时保持填料塔进料，并持续从塔顶和塔底进行出料，20min后，采出物料组成基本稳定，塔顶馏出物为仅含有痕量I₂的浓度为0.05mol/L的氢碘酸溶液，塔底采出料液组成为HI:H₂O:I₂=1:5.5:1.49。可以看出输入设备的料液获得了有效的浓缩，在塔顶采出料液接近纯水，而塔底采出的是浓缩的含碘氢碘酸料液。

实施例二

如图1所示，在本实施例中，填料塔内径为10cm，内装填料为Ф3mm*30mm的玻璃弹簧填料，填料层高度为1.5m，含碘氢碘酸料液的进料口距塔顶1m，向填料塔滴灌氢碘酸(即HI的水溶液)的注入管线系统8在塔上的入口距塔顶0.5m。待精馏的含碘氢碘酸料液组成为HI:H₂O:I₂=1:10:1.5，氢碘酸储罐7中的氢碘酸溶液浓度为[HI]＝3.0mol/L。

在对上述含碘氢碘酸料液精馏处理之前，首先打开氢碘酸滴灌装置，以20ml/min速率向塔内滴入浓度为3.0mol/L的氢碘酸，持续5min后，保持10ml/min的滴注速率，在塔顶持续滴入氢碘酸的情况下，对精馏设备实施开车操作，即：将含碘氢碘酸料液输送至填料塔1中，开始进料操作，并打开塔底再沸器2和塔顶冷凝回流装置3，进料温度为100℃，速率为50ml/min，20min后，塔顶冷凝回流装置3和塔顶出料管线系统5能够回流和出料时，关闭氢碘酸滴灌装置，保持填料塔1进料，并持续从塔顶和塔底进行出料，25min后，采出物料组成基本稳定，塔顶馏出物仅含有痕量I₂的浓度为0.02mol/L的氢碘酸溶液，塔底采出料液组成为HI:H₂O:I₂=1:5.5:1.49。可以看出输入设备的料液获得了有效的浓缩，在塔顶采出料液接近纯水，而塔底采出的是浓缩的含碘氢碘酸料液。

实施例三

如图1所示，在本实施例中，填料塔内径为15cm，内装填料为Ф3mm*30mm的玻璃弹簧填料，填料层高度为2m，含碘氢碘酸料液的进料口距塔顶1m，向填料塔滴灌氢碘酸(即HI的水溶液)的注入管线系统8在塔上的入口距塔顶0.5m。待精馏的含碘氢碘酸料液组成为HI:H₂O:I₂=1:4:1.5，氢碘酸储罐7中的氢碘酸溶液浓度为[HI]＝0.5mol/L。

在对上述含碘氢碘酸料液精馏处理之前，首先打开氢碘酸滴灌装置，以30ml/min速率向塔内滴入浓度为0.5mol/L的氢碘酸，持续5min后，保持10ml/min的滴注速率，使塔内填料含有氢碘酸料液；在塔顶持续滴入氢碘酸的情况下，对精馏设备实施开车操作，即：将含碘氢碘酸料液输送至填料塔1中，开始进料操作，并打开塔底再沸器2和塔顶冷凝回流装置3，进料温度为80℃，速率为150ml/min，10min后，塔顶冷凝回流装置3和塔顶出料管线系统5能够回流和出料时，关闭氢碘酸滴灌装置，保持填料塔1进料并持续从塔顶和塔底进行出料，25min后，采出物料组成基本稳定，塔顶馏出物不含I₂，为浓度10.1mol/L的氢碘酸溶液，塔底采出料液组成为HI:H₂O:I₂=1:5.1:3.5。可以看出输入设备的料液获得了有效的浓缩，塔顶采出料液为高浓度的无碘氢碘酸，而塔底采出的是高碘含量氢碘酸。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种含碘氢碘酸料液的精馏设备，该设备包括精馏塔、塔底再沸器（2）、塔顶冷凝回流装置（3）、进料管线系统（4）、塔顶出料管线系统（5）和塔底出料管线系统（6），其特征在于，所述含碘氢碘酸料液的精馏设备还包括氢碘酸滴灌装置。

2.根据权利要求1所述的含碘氢碘酸料液的精馏设备，其特征在于，所述氢碘酸滴灌装置包括氢碘酸储罐（7），以及将氢碘酸向精馏塔注入的注入管线系统（8），所述注入管线系统（8）上配有流量调节装置。

3.根据权利要求2所述的含碘氢碘酸料液的精馏设备，其特征在于，所述精馏塔为填料塔（1）。

4.根据权利要求3所述的含碘氢碘酸料液的精馏设备，其特征在于，所述注入管线系统（8）在填料塔（1）上的注入点位于进料管线系统（4）在填料塔（1）上的注入点以上的位置。

5.根据权利要求2所述的含碘氢碘酸料液的精馏设备，其特征在于，所述流量调节装置为流量调节阀门或计量泵。

6.根据权利要求2所述的含碘氢碘酸料液的精馏设备，其特征在于，所述氢碘酸储罐（7）中氢碘酸的浓度为0.1mol/L～9mol/L。

7.一种含碘氢碘酸料液的精馏方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.打开氢碘酸滴灌装置，向填料塔（1）内滴入氢碘酸；

S2.在持续滴入氢碘酸的情况下，将含碘氢碘酸料液通过进料管线系统（4）注入填料塔（1）内；

S3.打开塔底再沸器（2）和塔顶冷凝回流装置（3）；

S4.当塔顶冷凝回流装置（3）和塔顶出料管线系统（5）能够回流和出料时，关闭氢碘酸滴灌装置；

S5.保持含碘氢碘酸料液向填料塔（1）进料，并持续从塔顶和塔底进行出料。