CN105271148B - 一种热法磷酸与五氧化二磷耦合生产装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热法磷酸与五氧化二磷耦合生产装置，其包括鼓风机、干燥塔、五氧化二磷燃烧塔、冷析器、热法磷酸燃烧塔、一级吸收塔、二级吸收塔、引风机、文丘里；本装置采用多聚磷酸脱除空气中的水分，干燥后的空气直接用于五氧化二磷的生产，干燥过程中无副产物产生，具有能耗低、运行可靠，占地面积小，设备运行与维修成本低的特点，该工艺流程可闭路循环，实现了循环经济，具有明显的经济效益。
Description
技术领域
本发明专利涉及一种热法磷酸与五氧化二磷耦合生产装置，属于化学工程领域。
背景技术
五氧化二磷在高技术产业领域和工业领域上有着相当广泛的应用途径，是相关磷精细化学品生产的主要原料。五氧化二磷是制造高纯磷酸、磷化物、磷酸酯、磷系阻燃材料的主要原料，在有机合成工业作为合成脱水剂，制糖工业中用作精制剂，涤纶工业中作为静电防止剂，还用于制造五氧化二磷气溶胶、合成药品和光学玻璃等；近年来国外五氧化二磷大量用于制造表面活性剂的中间体：酸式烷基磷酸酯，以它为原料制得的一烷基酯用于重垢液体洗涤剂、纺织纤维用乳化剂、浸润剂、抗静电剂等，二烷基酯用作农药、油基切削液、冷却油、极压添加剂和油品化学的乳化剂、油基涂料的分散剂、化妆品乳化剂、脱模剂等，从而进一步开拓了五氧化二磷的市场。
五氧化二磷连续法生产，其关键要素之一是空气干燥，空气干燥决定了装置产品的质量、开车周期与能源消耗的高低。目前连续法五氧化二磷的空气干燥法主要为硫酸法、固体吸附+冷冻干燥法。硫酸是一种性能良好、广泛应用的干燥剂，但在没有硫酸生产的企业存在以下三个问题，一是硫酸原料的运输存在安全性问题，二是干燥后稀硫酸存在再次运输和销售问题，三是硫酸干燥过程中的腐蚀与安全问题。而采用固体吸附+冷冻干燥的工艺，投资高、能耗高，每生产一吨五氧化二磷，干燥电耗达350kWh。所以仍需对现有的空气干燥方法进行改进，以提供一种经济有效的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种热法磷酸与五氧化二磷耦合生产装置，利用热法磷酸中间产品多聚磷酸的强吸水性，用多聚磷酸作为空气干燥剂，实现两种产品的工艺闭路循环，将五氧化二磷与热法磷酸耦合联产。
本发明装置包括鼓风机1、干燥塔2、五氧化二磷燃烧塔3、冷析器4、热法磷酸燃烧塔5、一级吸收塔6、二级吸收塔7、引风机8、文丘里9，鼓风机1与干燥塔2的气体入口连接，干燥塔2通过五氧化二磷燃烧塔3与冷析器4连接，热法磷酸燃烧塔5与一级吸收塔6连接，一级吸收塔6与干燥塔2连接并形成闭路循环，一级吸收塔6与二级吸收塔7连接，二级吸收塔7通过引风机8与文丘里9连接。
所述干燥塔2为带喷头的空塔或动力波塔。
当采用带喷头的空塔作为干燥塔2时，根据空气中含水量的高低，干燥塔内的喷头可以是一层、两层或三层；空塔气速1.5~4.5m/s，液气比0.002~0.03m3/m3。
当采用动力波塔为干燥塔时，根据空气中含水量的高低，动力波内的喷头可以是一层或两层；空塔气速15~30m/s，液气比0.005~0.05m3/m3，该动力波塔为常规设备，例如采用申请号为201410496526.3中的动力波吸收塔结构。
本发明干燥塔中的喷头10包括中空的喷头主体、双孔涡旋导流器，喷头主体上开有入液口和出液口，双孔涡旋导流器设置在喷头主体内，其中出液口直径是喷头主体直径的1/4～1/2。
所述双孔涡旋导流器由两片S型薄片组成，两薄片交叉设置后形成两个导流孔。
本发明装置中采用工业多聚磷酸作为液体干燥剂，利用多聚磷酸表面的水蒸气分压远低于湿空气中的水蒸气分压的特点，在压力梯度的作用下，将空气中的水分吸收到多聚磷酸内，从而脱除空气中的水分。
多聚磷酸作为液体干燥剂的质量百分比浓度为100%~120%（以H3PO4计）。
根据磷酸浓度的不同，多聚磷酸的酸温控制在100~200℃。
本装置采用多聚磷酸作为干燥剂的脱水率为95% ~99%。
本发明提供一种五氧化二磷与热法磷酸耦合联产装置，可以实现两种产品的工艺闭路循环；多聚磷酸是热法磷酸生产工艺过程的中间产物，在其产出后先进入干燥塔进行空气干燥，然后返回进入下一工序，而干燥后的空气脱水率高、质量好，可直接通入五氧化二磷生产装置进行利用。与其他方法相比，该耦合装置不但可以降低干燥设备的制造以及维护费用，而且还可提高工业生产的安全性，无副产物，脱水效率高，能耗低，处理气体大，安全可靠，占地面积小，无副产物，设备运行与维修成本低，同时提高了五氧化二磷产品的质量，具有显著的经济效益。
附图说明
图1为本发明热法磷酸与五氧化二磷耦合生产装置的结构示意图；
图2为本发明喷头中部剖面结构示意图；
图3为本发明双孔涡旋导流器结构示意图；
图中：1-鼓风机；2-干燥塔；3-五氧化二磷燃烧塔；4-冷析器；5-热法磷酸燃烧塔；6-一级吸收塔；7-二级吸收塔；8-引风机；9-文丘里；10-喷头；11-薄片；12-导流孔；13-双孔涡旋导流器；14-入液口；15-出液口；16-喷头主体。
具体实施方式
下面通过附图和实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围不局限于所述内容。
实施例1：如图1所示，本热法磷酸与五氧化二磷耦合生产装置包括鼓风机1、干燥塔2、五氧化二磷燃烧塔3、冷析器4、热法磷酸燃烧塔5、一级吸收塔6、二级吸收塔7、引风机8、文丘里9，鼓风机1与干燥塔2的气体入口连接，干燥塔2通过五氧化二磷燃烧塔3与冷析器4连接，热法磷酸燃烧塔5与一级吸收塔6连接，一级吸收塔6与干燥塔2连接并形成闭路循环，一级吸收塔6与二级吸收塔7连接，通过引风机8与文丘里9连接；其中干燥塔2为带喷头的空塔，干燥塔内的喷头10设置三层，每层2个，干燥塔中的喷头10包括中空的喷头主体16、双孔涡旋导流器13，喷头主体上开有入液口14和出液口15，双孔涡旋导流器设置在喷头主体内，其中出液口15直径是喷头主体16直径的1/2，双孔涡旋导流器由两片S型薄片11组成，两薄片交叉设置后形成两个导流孔12；
使用时，黄磷与自然空气在热法磷酸燃烧塔5燃烧，燃烧形成的五氧化二磷进入一级吸收塔6吸收得到多聚磷酸，多聚磷酸送至干燥塔2通过喷头10雾化，喷淋速度快，雾化均匀，使空气与质量百分比浓度115%多聚磷酸逆流接触，多聚磷酸自上而下喷洒，自然空气自下而上流动，控制空塔气速2.5m/s，液气比0.03m3/m3，酸温160℃，干燥空气再进入五氧化二磷燃烧塔3与黄磷燃烧反应，生成的五氧化二磷气体经冷析器4冷析得到固体产品五氧化二磷；经干燥后的多聚磷酸由干燥塔2再返回至一级吸收塔6提浓，形成闭路循环，在热法磷酸生产中，经一级吸收塔6吸收后的气体依次进入二级吸收塔7、经引风机8进入文丘里9吸收除雾，从二级吸收塔产出85%磷酸，经吸收后的尾气排空。
实施例2：本热法磷酸与五氧化二磷耦合生产装置包括鼓风机1、干燥塔2、五氧化二磷燃烧塔3、冷析器4、热法磷酸燃烧塔5、一级吸收塔6、二级吸收塔7、引风机8、文丘里9，鼓风机1与干燥塔2的气体入口连接，干燥塔2通过五氧化二磷燃烧塔3与冷析器4连接，热法磷酸燃烧塔5与一级吸收塔6连接，一级吸收塔6与干燥塔2连接并形成闭路循环，一级吸收塔6与二级吸收塔7连接，通过引风机8与文丘里9连接；其中干燥塔2为带喷头的空塔，干燥塔内的喷头10设置2层，每层2个，干燥塔中的喷头10包括中空的喷头主体16、双孔涡旋导流器13，喷头主体上开有入液口14和出液口15，双孔涡旋导流器设置在喷头主体内，其中出液口15直径是喷头主体16直径的1/3，双孔涡旋导流器由两片S型薄片11组成，两薄片交叉设置后形成两个导流孔12；
使用时，黄磷与自然空气在热法磷酸燃烧塔5燃烧，燃烧形成的五氧化二磷进入一级吸收塔6吸收得到多聚磷酸，多聚磷酸送至干燥塔2通过喷头雾化，使空气与质量百分比浓度105%多聚磷酸逆流接触，多聚磷酸自上而下喷洒，自然空气自下而上流动，控制空塔气速1.5m/s，液气比0.005m3/m3，酸温130℃，干燥空气再进入五氧化二磷燃烧塔3与黄磷燃烧反应，生成的五氧化二磷气体经冷析器4冷析得到固体产品五氧化二磷；经干燥后的多聚磷酸再返回至一级吸收塔6提浓，形成闭路循环，在热法磷酸生产中，经一级吸收塔6吸收后的气体依次进入二级吸收塔7、经引风机8进入文丘里9吸收除雾，从二级吸收塔产出85%磷酸，经吸收后的尾气排空。
实施例3：本热法磷酸与五氧化二磷耦合生产装置包括鼓风机1、干燥塔2、五氧化二磷燃烧塔3、冷析器4、热法磷酸燃烧塔5、一级吸收塔6、二级吸收塔7、引风机8、文丘里9，鼓风机1与干燥塔2的气体入口连接，干燥塔2通过五氧化二磷燃烧塔3与冷析器4连接，热法磷酸燃烧塔5与一级吸收塔6连接，一级吸收塔6与干燥塔2连接并形成闭路循环，一级吸收塔6与二级吸收塔7连接，通过引风机8与文丘里9连接；其中干燥塔2为带喷头的动力波塔（结构同申请号为201410496526.3中的动力波吸收塔结构），干燥塔内的喷头10设置二层，每层1个，干燥塔中的喷头10包括中空的喷头主体16、双孔涡旋导流器13，喷头主体上开有入液口14和出液口15，双孔涡旋导流器设置在喷头主体内，其中出液口15直径是喷头主体16直径的1/4，双孔涡旋导流器由两片S型薄片11组成，两薄片交叉设置后形成两个导流孔12；
使用时，黄磷与自然空气在热法磷酸燃烧塔5燃烧，燃烧形成的五氧化二磷进入一级吸收塔6吸收得到多聚磷酸，多聚磷酸送至动力波塔自下而上与从上而下的空气逆流接触，控制多聚磷酸酸浓118%，空塔气速25m/s，液气比0.05m3/m3，酸温200℃，干燥空气再进入五氧化二磷燃烧塔3与黄磷燃烧反应，生成的五氧化二磷气体经冷析器4冷析得到固体产品五氧化二磷；经干燥后的多聚磷酸再返回至一级吸收塔6提浓，形成闭路循环，在热法磷酸生产中，经一级吸收塔6吸收后的气体依次进入二级吸收塔7、经引风机8进入文丘里9吸收除雾，从二级吸收塔产出85%磷酸，经吸收后的尾气排空。
Claims (3)
1.一种热法磷酸与五氧化二磷耦合生产装置，其特征在于：包括鼓风机（1）、干燥塔（2）、五氧化二磷燃烧塔（3）、冷析器（4）、热法磷酸燃烧塔（5）、一级吸收塔（6）、二级吸收塔（7）、引风机（8）、文丘里（9），鼓风机（1）与干燥塔（2）的气体入口连接，干燥塔（2）通过五氧化二磷燃烧塔（3）与冷析器（4）连接，热法磷酸燃烧塔（5）与一级吸收塔（6）连接，一级吸收塔（6）与干燥塔（2）连接并形成闭路循环，一级吸收塔（6）与二级吸收塔（7）连接，二级吸收塔（7）通过引风机（8）与文丘里（9）连接；
上述干燥塔（2）为带喷头（10）的空塔或动力波塔；喷头（10）包括中空的喷头主体、双孔涡旋导流器，喷头主体上开有入液口和出液口，双孔涡旋导流器设置在喷头主体内；双孔涡旋导流器由两片S型薄片组成，两薄片交叉设置后形成两个导流孔；出液口直径是喷头主体直径的1/4～1/2。
2.根据权利要求1所述的热法磷酸与五氧化二磷耦合生产装置，其特征在于：干燥塔（2）为带喷头（10）的空塔时，干燥塔内的喷头设置一层、两层或三层，空塔气速1.5~4.5m/s，液气比0.002~0.03m3/m3。
3.根据权利要求1所述的热法磷酸与五氧化二磷耦合生产装置，其特征在于：干燥塔（2）为动力波塔时，塔内的喷头（10）是一层或两层，空塔气速15~30m/s，液气比0.005~0.05m3/m3。
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