CN108472602A - 混合三通组件和加工 - Google Patents

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Abstract

描述了一种适用于磷酸侵蚀反应的混合三通组件。混合三通组件包括：外管和内管，其中外管具有混合端和三通端，其中在三通端附近形成三通结构以与另外的管道连接；内管包括喷嘴端，所述喷嘴端连接到喷嘴和开口端；其中内管在其内表面上衬有耐腐蚀材料；其中当所述内管组装在所述外管内时，所述喷嘴延伸超出所述外管的混合端至少外管内径的1/3。

Description

混合三通组件和加工
之前的相关申请
本申请要求2016年1月8日提交的U.S.62/276,689(混合三通组件和加工)的优先权，其整体并入此文用于任何目的。
联邦政府资助的研究报告
不适用。
技术领域
本发明大体上涉及一种混合三通组件，更具体地涉及一种在通过硫酸侵蚀磷酸盐岩来生产磷酸的过程中使用的混合三通组件。
背景技术
磷酸是具有化学式H3PO4的无机酸。在许多现代制造业中，磷酸是重要的反应物，例如阳极氧化、生物和化学中的缓冲剂、催化剂，或者甚至燃料电池中的电解质。磷酸是肥料等农产品中的重要成分。
磷酸在工业上通过两种普通的途径生产——热加工和湿加工，其包括两种子方法。在商业领域湿加工占主导地位。更昂贵的热加工生产用于食品工业应用的更纯净的产品。制备磷酸的各种加工的背景有助于理解本发明的重要性。
热加工。通过燃烧元素磷生成五氧化二磷，然后将其溶解在稀磷酸中，得到非常纯的磷酸。该途径产生非常纯的磷酸，因为当从炉中的岩石中提取磷时，存在在岩石中的大部分杂质已被去除。最终得到食品级热磷酸；然而，对于关键应用，可能需要额外的加工来除去砷化物。
元素磷在电炉中生成。在高温下，磷矿石、二氧化硅和碳质材料的混合物产生硅酸钙、磷气(P)和一氧化碳(CO)。来自该反应的P和CO废气在水下冷却以分离固体磷。或者，P和CO废气可以在空气下燃烧产生五氧化二磷和二氧化碳。由于与制备元素磷的相关成本很高，热加工较少在商业领域普及。
湿加工。湿加工磷酸是通过向磷酸三钙岩石中加入硫酸来制备的，磷酸三钙岩石通常在自然界中以磷灰石的形式存在。该反应为：
Ca5(PO4)3X+5H2SO4+10H2O→3H3PO4+5CaSO4·2H2O+HX
其中X可以包括OH、F、Cl和Br。
最初的磷酸溶液可能含有23-33％的P2O5(32-46％的H3PO4)，但可通过蒸发水浓缩以生产含有约54-62％的P2O5(75-85％的H3PO4)的商品级或贸易级磷酸。水进一步蒸发产生P2O5浓度高于70％的过磷酸。
使用硫酸溶解磷矿石产生不溶性硫酸钙(石膏)，将其过滤并作为磷石膏去除。湿加工的酸可以通过去除氟来生产动物级磷酸，或者通过溶剂萃取和除砷来生产食品级磷酸来进一步纯化。
硝酸磷酸盐加工与湿加工类似，不同之处在于它使用硝酸代替硫酸。这种途径的优点是副产品硝酸钙也是一种植物肥料。这种方法很少使用。
二重加工。已经开发出改进的湿加工以提供更好的结晶和更高的产量。二重加工是标准的Speichim单反应器加工的变体，其中磷酸盐岩在两个连续连接的反应器内分两个阶段进行侵蚀。
在反应器中将磷酸盐与硫酸混合以产生磷石膏浆料。搅拌确保了高循环率和混合效率，以获得高产量和优化结晶。通过使用表面散热器或其他闪蒸冷却器装置冷却空气来除去反应的热量。
除此之外，用于酸侵蚀反应的设备包括混合三通组件，其中将浓硫酸稀释并引入反应器中以便于处理。然而，稀释伴随着大量热量，这使得酸混合三通组件更容易受到已有腐蚀性的硫酸的损害，尤其是在喷射浓硫酸的喷嘴处。
混合三通具有同心的内管和外管，其终止于喷嘴，来自内管和由内外同心管形成的同心腔的流体在喷嘴处混合。浓硫酸通过内管引入，并且用引入同心腔的反应器中回收的回流酸或循环酸稀释。已提出在喷嘴上涂聚四氟乙烯(PTFE)，或在即将混合的区域使用PTFE衬里管，以减少对管道的腐蚀性损害。然而，由于喷嘴喷射固有的湍流，这种改进仍然不能避免在内管和外管的混合端滞留的硫酸。更具体地，在内管和外管之间的空间处的湍流使得不可能从喷嘴排出全部的硫酸，留下至少一些残留硫酸滞留在管道中，最终会对管道造成损害。
进一步，传统的PTFE衬里与内管不够紧密地配合，以防止硫酸渗入衬里和管道之间的间隙。这个问题在硫酸稀释/混合引起的高温下特别普遍，其中因热膨胀间隙会进一步扩大。这些问题都会导致迅速蚀薄的混合三通组件，其需要更换。
因此，需要的是改进混合三通组件，使其具有更好的耐腐蚀性和更长的使用周期。
发明内容
本发明是解决上述问题的改进。混合三通组件包括：外管和内管，其中外管具有混合端和三通端，其中在三通端附近形成三通结构以与另外的管道连接；内管包括喷嘴端，所述喷嘴端连接到喷嘴和开口端；其中内管在其内表面上衬有耐腐蚀材料；其中当所述内管组装在所述外管内时，所述喷嘴延伸超出所述外管的混合端至少外管内径的1/3，更优选至少为外管内径的2/5。或者，喷嘴延伸超过外管的混合端至少4英寸(101.6mm)，更优选至少为6英寸(152.4mm)，甚至更优选至少为8英寸(203.2mm)。
在一个实施例中，本发明描述了一种混合三通组件，包括：外管和内管，其中外管具有混合端和三通端，其中三通端附近形成三通结构并且具有至少一个回流酸入口以与另外的管道连接；内管包括喷嘴端，所述喷嘴端连接到喷嘴和酸入口；其中内管在其内表面上衬有耐腐蚀材料；其中当所述内管同心地组装在所述外管内时，所述喷嘴延伸超出所述外管的混合端至少外管内径的1/3，或者至少4英寸。
在该实施例中，外管由高密度聚乙烯(HDPE)制成。内管由耐腐蚀合金制成，优选为镍-钼-铬锻造合金，并且更优选为由美国印第安纳州科科莫Haynes International股份有限公司制造生产的C-276。
该实施例中的耐腐蚀材料为聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯、聚偏二氟乙烯(优选美国宾夕法尼亚州费城Arkema股份有限公司制造生产的PVDF)或其组合，更优选为PTFE。为了达到最佳的耐腐蚀性并延长设备寿命，内管在其整体长度上优选衬有耐腐蚀材料。
在该实施例中，喷嘴由与PTFE内管相同的耐腐蚀材料制成。
此外，内管优选在其外表面上覆盖有防腐蚀材料。防腐蚀材料可以是能够耐受硫酸和/或磷酸腐蚀的任何已知材料，并且在优选的实施方案中为橡胶。
在该实施例中，喷嘴可延伸超出外管的混合端至少外管内径的2/5，或至少6英寸。
此外，为了获得更好的使用寿命，在喷嘴、内管和耐腐蚀材料衬里之间提供了紧密配合，从而使最少量的酸与内管接触，从而避免了大量的腐蚀。
在另一个实施例中，描述了一种混合三通组件，包括：外管和内管，其中外管具有混合端和三通端，其中在三通端附近形成三通结构以与另外的管道连接，其中外管由高密度聚乙烯(HDPE)制成；内管包括喷嘴端，所述喷嘴端连接到喷嘴和开口端，其中内管由镍-钼-铬合金制成；其中所述内管在其内表面上衬有包含聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯、聚偏二氟乙烯或其组合的耐腐蚀材料；其中当所述内管组装在所述外管内时，所述喷嘴延伸超出所述外管的混合端至少外管内径的1/3。
在又另一个实施例中，描述了一种在反应罐中生产磷酸的方法，其将混合三通组件连接到反应罐上，该方法包括以下步骤：将磷酸盐岩引入反应罐中，所述反应罐含有从闪蒸冷却器供应的反应器浆料；通过混合三通组件的内管将新鲜硫酸引入到反应罐中，其中硫酸与磷酸盐岩反应以产生含有磷酸(P2O5)的产物浆料；回收来自产物浆料的回流酸，其中回流酸通过混合三通组件的外管与在步骤b)中的硫酸混合。
在该实施方案中，反应器浆料的温度保持在80℃或更低，更优选为75℃或更低，以避免PTFE的任何燃烧或损害。
而且，回流酸包含约20-25％的磷酸，更优选为约21％的磷酸，以稀释包含约98％的H2SO4的新鲜硫酸。
因为喷嘴处的稀释会产生大量的热量，从而可能损坏管道和喷嘴，为了实现最佳条件，新鲜硫酸的温度为60℃或更低。而且，喷嘴周围的温度保持在90℃或更低，更优选保持在约80℃。
这种新型设计已被证明是一种非常有效的工具，用于将磷酸侵蚀反应器中的浓硫酸与来自下游过滤器的再循环酸完全混合。在反应器中发生混合的地方存在极其不稳定的放热反应。这种混合三通的尖端集中了大量的热量和非常腐蚀性的稀硫酸。PTFE(聚四氟乙烯)、橡胶衬里和高镍合金管的组合，以保护和延长我们新型混合三通和组件的内管寿命。
本发明的混合三通组件将使用用于内管的合适材料(例如Schedule 40管)进行组装，其具有合适的厚度以实现最佳强度和成本效益，例如壁厚为.375"作为基础金属。该管的任何焊接优选符合美国试验材料学会(ASTM)的程序，并且所有焊缝都将使用染料渗透剂和PMI测试进行非破坏性检查。在一个优选实施例中，该组件中的所有材料都需要化学物质和物理管道特性的材料测试报告。在制造之后，内管的外表面最好采用橡胶衬里或使用1/4”厚的橡胶涂覆，例如来自Blair HotlineEnduraflexTM(美国俄亥俄州塞维利亚Blair Rubber公司)的橡胶，其然后热固化以增加额外的耐腐蚀性和耐磨性。为了保护内管的内表面，精密加工1/2”厚的聚四氟乙烯(PTFE)纯净铁氟龙挤压管，以便在哈氏合金管的尖端和特氟龙管之间提供紧密过盈配合。
聚四氟乙烯是一种四氟乙烯合成的含氟聚合物，其具有众多应用。它是完全由碳和氟组成的高分子量化合物。PTFE是疏水的，即水和含水的物质都不会润湿PTFE，这使其适用于充满酸性溶液的恶劣环境。PTFE对任何固体都具有最低的摩擦系数之一，因此也适用于抗磨损涂层。PTFE非常不活泼，部分原因是碳-氟键的强度。
特氟龙管为哈氏合金管提供了额外的防腐保护，并且如果维持尖端的特氟隆密封件，则可显著地延长混合三通的预期使用寿命。这种特氟龙内管的精确配合、将其固定的独特方法以及延伸到管道的特氟隆喷嘴，都有助于改进本发明的混合三通组件。
新型混合三通组件的外管接收来自下游过滤器的再循环酸，以为内部哈氏合金管提供稀释和冷却效果。保持再循环酸与硫酸的最佳比例是磷酸有效生产的重要考虑因素。保持循环酸的持续流动对于分散来自硫酸的反应热也很关键。如果流量中断，混合三通的尖端将很快被大量的热量“烧掉”，并大大缩短混合三通组件的预期使用寿命。
HDPE用于外管材料，因其具有可用性、成本低和经过验证的在磷酸加工中固有的处理腐蚀、磨损和抗性的能力。HDPE制成的外管和哈氏合金、铁氟龙和橡胶衬里组合的内管的组合，设计用于许多化肥厂以及其他应用，外管新型的喷嘴设计可将内管的混合端延伸到外管之外。
内管从外管延伸一定长度以允许稀硫酸更好地流动和扩散到主侵蚀罐中，其可以与磷酸盐岩反应以产生磷酸。没有适当延伸的传统设计将硫酸滞留在HDPE外管的混合端，可能导致升高的温度，从而可能缩短整个混合三通组件的使用寿命。
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短语“基本上由...组成”排除了其他的材料元素，但允许实质上不改变本发明的性质的非物质元素的内含物。
本文使用以下缩写：
缩写 术语
HDPE 高密度聚乙烯
PTFE 聚四氟乙烯
PP 聚丙烯
Kynar 聚偏二氟乙烯
附图说明
图1为磷酸制造的示意图。
图2为管道的横截面图，其中具有混合三通组件的放置视图。
图3A为传统混合三通组件的内管横截面图。
图3B为传统混合三通组件的外管横截面图。
图3C为示出了内管的位置的传统混合三通组件的横截面图。
图3D为聚焦于喷嘴和内管的放大图。
图4A为本发明混合三通组件的外管横截面图。
图4B为本发明混合三通组件的内管横截面图。
图4C为聚焦于喷嘴的放大图。
具体实施方式
本发明提供了一种新型的混合三通组件，其专门设计用于改善组件的预期使用寿命以及在生产磷酸时提供更好的混合结果。参照附图对新型混合三通进行详细描述。附图不一定按比例绘制并且附图用于说明目的。
有五种通常用于磷酸生产的工艺，其中包括：二水合物(DH)加工、半水合物加工(HH)、双半水合物(DHH)加工、(单级)半二水合物(HDH)加工和(双级)半二水合物加工。不同的岩石和石膏处理系统需要不同的加工。其中，DH加工是最常用的加工。
在典型的DH加工中，如图1所示，包括四个阶段：研磨、反应、过滤和浓缩阶段。研磨阶段未在图1中示出，因为某些等级的商业岩石不需要研磨。
在反应阶段，如图1所示，磷酸三钙通过与浓硫酸反应转化为磷酸和不溶性硫酸钙。混合三通组件用于磷酸生产中的磷酸反应和过滤加工。在第一反应器室11中，加入来自(下文描述的)闪蒸冷却器的磷酸盐岩和反应器浆料。硫酸在混合三通中用来自DH过滤器的回流酸稀释，然后加入到反应器的第二反应器室12中。在第三反应器室13中，闪蒸冷却器循环泵(未示出)将反应器浆料送至用于将反应器酱料温度保持在80℃的闪蒸冷却器。反应器室在循环中保持搅拌反应体积。
二水合物沉淀的操作条件是在70-80℃下26-32％的P2O5。通过使反应器浆料经过闪蒸冷却器来控制该温度，该闪蒸冷却器也使浆料脱气且使其更易于泵送。然后将冷却的反应器浆料加回到反应器的第一室11中。
在过滤阶段，磷酸从硫酸钙二水合物中分离。通常情况下，每生产一吨产物酸就会产生五吨石膏。因此，反应器浆料首先被DH过滤器15过滤以回收25％至30％的P2O5的产物酸。然后使用两个逆流水洗涤17、17'来洗涤来自DH过滤器15的石膏块。来自第二洗涤17'的滤液作为回流酸被抽入反应器。产物酸18被输送用于下游处理，并且处理所得到的DH石膏19。
在浓缩阶段，通过使酸与来自燃烧器的热燃烧气体接触来蒸发液态水。
混合三通组件用于供应硫酸，并将酸返回到反应器中。这稀释了硫酸，以控制排放点处的局部浓度和温度，这有助于避免生成磷酸盐岩涂层并且可以减少柠檬酸盐不溶物(CI)的损失。请参考图2，其显示了本发明混合三通的示意图。混合三通由两个同心管211、221组成。来自过滤器的回流酸流被分开，并通过供给外部高密度聚乙烯(HDPE)管211的两个侧入口231、232进入。硫酸通过供给内部哈氏合金管221的顶部喷嘴220进入。内部哈氏合金管221内衬有聚四氟乙烯，其中内管的表面用222表示。涂覆表面贯穿管道内部的整个长度，并延伸超过形成排放喷嘴223的外管211。槽225以放射状排列，用于排出硫酸，硫酸与来自DH过滤器15(如图1所示)的回流酸混合，以确保完全的混合。来自DH过滤器15的回流酸流入由内管的外表面和外管的内表面形成的圆柱形空间。哈氏合金管221具有外部橡胶涂层227，以防止回流酸流中的固体引起的腐蚀和磨损。带有橡胶涂层的“翅片”228沿着内管连接以保持其在中心对齐。
请参照图3A-3C，其显示了传统的混合三通组件，其中图3A示出了内管321，图3B示出了外管331，并且图3C示出了当内管和外管311组装在一起时的组件300。传统的混合三通组件300包括具有混合端313的外管311，和具有喷嘴323的内管321，该喷嘴323与外管311的混合端313对应。典型地，内管321具有200mm(8”)的较小凸缘325以及450mm(18”)的较大凸缘327，较小凸缘325由其内衬有1”厚的聚四氟乙烯表面衬里325的哈氏合金C-276P制成，较大凸缘327由316不锈钢制成，两个凸缘325、327间隔150mm(6”)。从较大凸缘327到喷嘴端323，内部可以具有3020mm(9到19.983英尺)的长度。内管321例如可以具有200mm(8”)的内径，该内径由Schedule 40(“SCH 40”)哈氏合金C-276制成，具有厚度为0.375”的壁，在内侧具有1/2”厚的内部聚四氟乙烯衬里，并且在外侧具有1/4”的高温橡胶涂层。喷嘴323可以是本领域使用的标准喷嘴，或者是用于特定用途的定制喷嘴。
在图3B中示出了外管311，其作为包括两个侧连接器315的1200mm(37.28”)的完全延伸。侧连接器315的直径为203.2mm(8”)，并用于进一步连接到其他管道。外管311还具有直径为950mm(37.4”)的外凸缘317。
在图3C中，组件300示出了与外管311组装的内管321。结果表明，即使当内管321完全插入外管311中时，喷嘴323仍留在外管311内，因为凸缘327防止内管321从混合端313突出，从而防止喷嘴323从混合端313突出。这会降低混合效率，同时很长一段时间在外管311内留有一定量的硫酸，会对其中的管道和衬里造成损害。
进一步参照仅示出内管321和内管的喷嘴部分323的图3D。如图3B所示，传统的混合三通组件在内管321内松散地配合PTFE衬里，在两者之间留下可允许硫酸渗入的间隙。在喷嘴323和内管321的端部之间可以发现类似的间隙，因此也允许硫酸渗入间隙并损坏内管。这些缺点在本申请的新型设计中得到解决。
图4A-B示出了混合三通组件400的部件，其通常包括外管411和待插入外管411中的内管421。内管以与图3C所示类似的方式插入外管中。外管411在一端具有混合端413，并且在另一端具有止挡凸缘415的三通端，其中三通结构位于止挡凸缘415附近，用于连接到接收回流酸的另外的管道。
如图4B所示，内管421在一端具有喷嘴423，并且具有与外管411的止挡凸缘415对应的止挡凸缘425。在内管上的喷嘴的另一端是用于引入硫酸的开口424，使得当插入外管411时，内管421将在其中具有预定位置。喷嘴具有至少4个大约1”宽的半圆形径向槽431。在该实施例中，槽距离喷嘴427的端部大约2”放置，其中两个相邻的槽围绕圆周重叠至少30度。内管421还包括朝向喷嘴423的喷嘴止挡件426，以防止喷嘴423缩回到内管421中。
外管411的内径可以根据应用和加工的规模而变化。在该实施例中，内径约为14.531”(369.08mm)，但可以根据需要改变。内管的相应直径和尺寸也会改变。
内管421的外径可以根据外管411而变化，以提供合适的流动状态。在该实施例中，外径是8英寸(203.2mm)。此外，设置环形间隔件429或对准翅片以将内管421保持在外管411的中心。间隔件或对准翅片可以涂覆橡胶。
图4B显示了带有切口的内管，以显示制造中使用的材料层。内管421的外表面，优选从止挡凸缘425到喷嘴止挡件426，被橡胶428或其他合适的材料覆盖，以抵抗酸腐蚀。橡胶层的厚度可以根据技术需要而变化。在该实施例中，橡胶是美国俄亥俄州布莱尔橡胶公司的EnduraflexTM Hotline橡胶，其厚度约为1/4英寸。然而，橡胶428的厚度和长度覆盖范围可以根据不同的加工而变化。
内管421由耐腐蚀合金制成，同时由于其较小的直径，特别是在高温环境下的热膨胀而保持足够的机械完整性。在该实施例中，Sch 40用于内管421。合金是一种镍-钼-铬锻造合金，通常被认为是一种多用途耐腐蚀合金。具有所需的耐腐蚀性以及合适的平均热膨胀系数。然而，只要能够保持所需的耐腐蚀性和机械完整性，也可以使用其他合适的合金或材料。
内管421在其整个长度上在内表面还衬有PTFE 430，以提供额外的耐腐蚀性和耐磨性。PTFE衬里从开口424的一端一直延伸到喷嘴423附近的喷嘴止挡件426，使得内管421的内部完全免受任何可能由酸中任何杂质引起的腐蚀以及磨损。其他合适的衬里材料可以包括例如聚丙烯、聚偏二氟乙烯或其组合。
应该注意的是，与仅喷嘴衬有PTFE的现有技术相反，内管421的整个长度都衬有PTFE以提供组件更长的寿命。另外，通过精确测量焊接到内管顶端的内管内部止挡件426的内径，然后将PTFE喷嘴的外径优选加工到大约1/100英寸以内，然后将喷嘴压入内部止动环426，并且通过使用抗腐蚀弹簧来加强密封件以实现严密的密封同时耐受较宽的温度范围和化学侵蚀。这种紧配合通过不让任何酸流入PTFE衬里430和内管421之间可能产生的任何间隙中，有助于实现最大的耐腐蚀性。
现在参考图4C，其显示了混合三通组件在混合端413附近的部分。外管411为点线，以与从混合端413向外的喷嘴423的突起形成对照。该组件的另一个重要特征是：喷嘴423的端部427至少延伸超过外管411的混合端413距离D，以便改善硫酸在反应器容器内的扩散。这种改进有效地消除了在外管411的底部滞留非常热/稀释的硫酸的可能性，从而防止混合三通组件的损耗。喷嘴423延伸超过外管411的混合端413的距离D，至少为外管411的内径的1/3，以有效地防止硫酸的滞留。更优选地，距离D至少为外管411的内径的2/5。在管411的内径约为14.5”(368.3mm)的该实施例中，距离D至少为6”(152.4mm)。
或者，距离D至少为超出外管的末端4”(101.6mm)，更优选为6”(152.4mm)，甚至更优选为8”(203.2mm)，以获得最佳混合效果以及保护喷嘴免受燃烧。
延伸的喷嘴减少了由硫酸稀释导致的燃烧管道，特别是在喷嘴附近的混合区域周围，这直接有助于延长混合三通组件的使用寿命。
本公开还描述了通过使用本发明的混合三通组件生产硫酸的方法。该方法包括将磷酸盐岩引入反应罐中，该反应罐还含有从闪蒸冷却器供应的反应器浆料；通过混合三通组件的内管将新鲜硫酸引入反应罐中，其中硫酸与磷酸盐岩反应以产生含有磷酸(P2O5)的产物浆料。进一步回收来自产物浆料的回流酸，其中回流酸通过混合三通组件的外管与硫酸混合。上述混合三通组件提供了耐腐蚀特性，提高了生产加工的效率并降低了维护成本。
本发明还描述了一种混合三通组件，其包括具有混合端和三通端的外管，其中在三通端附近形成三通结构并具有至少一个回流酸入口以与另外的管道连接。混合三通组件还包括内管，其具有连接到喷嘴和酸入口的喷嘴端，其中内管在其内表面上衬有耐腐蚀材料。在组件中，当内管同心地装配在外管内时，喷嘴延伸超出外管的混合端至少1/3的外管内径或至少4英寸。
根据本发明的混合三通组件，其中外管由防腐蚀材料制成，例如高密度聚乙烯(HDPE)。
根据本发明的混合三通组件，其中内管由耐腐蚀合金制成，其可以是镍-钼-铬锻造合金，并且更优选为
根据本公开的混合三通组件，其中耐腐蚀材料为聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯、聚偏二氟乙烯或其组合，并且更优选为PTFE。
根据本发明的混合三通组件，其中内管在内管的整个长度上都衬有耐腐蚀材料。
根据本发明的混合三通组件，其中喷嘴由耐腐蚀材料制成。
根据本公开的混合三通组件，其中内管在其外表面上覆盖有防腐蚀材料，其可以是橡胶。
根据本发明的混合三通组件，其中喷嘴延伸超出外管的混合端至少为外管的内径的2/5。例如，如果外管的内径是10英寸，则喷嘴延伸超过外管的混合端至少4英寸。或者可选地，不管外管的内径如何，喷嘴延伸超出外管的混合端至少6英寸。
根据本发明的混合三通组件，其中在喷嘴、内管和耐腐蚀材料衬里之间提供紧密配合。优选地，喷嘴、内管和耐腐蚀材料衬里之间的间隙小于1/100英寸。
此外，新鲜硫酸的成本相当高，因此在反应中有效地使用硫酸以及再循环硫酸的最佳方法将影响生产磷酸的总成本。有效使用硫酸将降低总体成本。而且，减少过热造成的废料和损害也将提高工艺效率并降低生产成本，减少不需要的副产品如硫酸钙。这些优点通过延长喷嘴实现，可有效减少局部热量产生并消除酸的滞留。而且，由于组件上的耗损较少，更换混合三通组件的可能性降低。
尽管上面已经详细描述了本发明，应当理解的是，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种改变、替换和变更。本领域技术人员可能能够研究优选实施例，并且识别实践本发明的其他方式，其不完全如本文所述。发明人的意图是本发明的变化和等同物在权利要求的范围内，而说明书、摘要和附图不用于限制本发明的范围。本发明具体旨在与所附权利要求及其等同物一样宽泛。

Claims (25)

1.一种混合三通组件，包括：
a)外管，其具有混合端和三通端，其中在三通端附近形成三通结构，并且具有至少一个回流酸入口以与另外的管道连接；
b)内管，其包括喷嘴端，所述喷嘴端连接到喷嘴和酸入口；
其中内管在其内表面上衬有耐腐蚀材料；
其中当所述内管同心地组装在所述外管内时，所述喷嘴延伸超出所述外管的混合端至少外管内径的1/3，或者至少4英寸。
2.根据权利要求1所述的混合三通组件，其中所述外管由高密度聚乙烯(HDPE)制成。
3.根据权利要求1所述的混合三通组件，其中所述内管由耐腐蚀合金制成。
4.根据权利要求3所述的混合三通组件，其中所述耐腐蚀合金为镍-钼-铬锻造合金。
5.根据权利要求3所述的混合三通组件，其中所述耐腐蚀合金为C-276。
6.根据权利要求1所述的混合三通组件，其中所述耐腐蚀材料为聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯、聚偏二氟乙烯或其组合。
7.根据权利要求6所述的混合三通组件，其中所述耐腐蚀材料为PTFE。
8.根据权利要求1所述的混合三通组件，其中所述内管在内管的整个长度上都衬有耐腐蚀材料。
9.根据权利要求1所述的混合三通组件，其中所述喷嘴由耐腐蚀材料制成。
10.根据权利要求1所述的混合三通组件，其中所述内管在其外表面上覆盖有防腐蚀材料。
11.根据权利要求10所述的混合三通组件，其中所述防腐蚀材料为橡胶。
12.根据权利要求1所述的混合三通组件，其中喷嘴延伸超出外管的混合端至少外管内径的2/5。
13.根据权利要求1所述的混合三通组件，其中喷嘴延伸超出外管的混合端至少6英寸。
14.根据权利要求1所述的混合三通组件，其中在喷嘴、内管和耐腐蚀材料衬里之间提供紧密配合。
15.一种混合三通组件，包括：
a)外管，其具有混合端和三通端，其中在三通端附近形成三通结构以与另外的管道连接，其中外管由高密度聚乙烯(HDPE)制成；
b)内管，其包括喷嘴端，所述喷嘴端连接到喷嘴和开口端，
其中内管由镍-钼-铬合金制成；
其中所述内管在其内表面上衬有包含聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯、聚偏二氟乙烯或其组合的耐腐蚀材料；
其中当所述内管组装在所述外管内时，所述喷嘴延伸超出所述外管的混合端至少外管内径的1/3。
16.根据权利要求15所述的混合三通组件，其中所述镍-钼-铬合金为C-276。
17.根据权利要求15所述的混合三通组件，其中所述内管在内管的整个长度上都衬有PTFE。
18.根据权利要求15所述的混合三通组件，其中所述喷嘴延伸超出外管的混合端至少外管内径的2/5。
19.根据权利要求15所述的混合三通组件，其中在喷嘴、内管和耐腐蚀材料衬里之间提供紧密配合。
20.一种在反应罐中生产磷酸的方法，其中将权利要求1的混合三通组件安装在反应罐上，该方法包括以下步骤：
a)将磷酸盐岩引入反应罐中，所述反应罐含有从闪蒸冷却器供应的反应器浆料；
b)通过混合三通组件的内管将新鲜硫酸引入到反应罐中，其中硫酸与磷酸盐岩反应以产生含有磷酸(P2O5)的产物浆料；
c)回收来自产物浆料的回流酸，
其中回流酸通过混合三通组件的外管与在步骤b)中的硫酸混合。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述反应器浆料保持在80℃或更低。
22.根据权利要求20所述的方法，其中所述回流酸包含约20-25％的磷酸。
23.根据权利要求20所述的方法，其中所述新鲜硫酸包含约98％的H2SO4。
24.根据权利要求20所述的方法，其中所述新鲜硫酸的温度为60℃或更低。
25.根据权利要求20所述的方法，其中所述喷嘴周围的温度保持在90℃或更低。
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