CN114653085A - 一种四氯化锗生产装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及化工技术的技术领域，公开了一种四氯化锗生产装置及方法，装置包括：加料罐、蒸馏机构、精馏柱、出料摆头、第一冷凝器、第二冷凝器、前馏分罐、取样瓶、第三冷凝器、产品罐、吸收瓶、氮气分配器、冷冻机以及控制器，其中，取样瓶与产品罐并联设置，取样瓶连通出料摆头和产品罐的管道为U型管；基于上述装置先解离粗四氯化锗中的水分，再去除装置内的空气，以及粗四氯化锗中低沸点的杂质，得到四氯化锗产品。本发明的四氯化锗生产装置及方法，工艺简单，操作方便，在一套生产装置中即可完成所有步骤，可以很好地去除四氯化锗中的杂质得到高纯度产品。
Description
技术领域
本发明涉及化工技术的技术领域，特别是涉及一种四氯化锗生产装置及方法。
背景技术
四氯化锗化学式GeCl4，无色液体，熔点为－49.5℃(α型)或－52℃(β型)，沸点84.0℃，相对密度1.844330，折光率1.464，遇水分解生成二氧化锗和氯化氢。高纯四氯化锗是高品级石英系光纤不可缺少的关键原料，用作石英系光纤中的主要掺杂剂，其用途是提高光纤的折射指数，降低光损耗，进而提高光纤的传输距离。由于掺杂剂是进入到光纤纤芯中的，其含量和分布决定着光纤的重要性能指标，其质量高低将直接影响着是否能够获得高质量的光纤。因此，对四氯化锗中金属杂质(Fe、Mn、Cr、Cu、Co等)和含氢杂质(HCl、OH、CH)的含量要求极低。
然而，在传统的四氯化锗生产过程中，因生产装置密闭性原因容易出现四氯化锗溶液与空气接触，进而会吸收空气中的水分而发生化学反应，产生一定量的氯化氢(HCl)等含氢杂质，从而造成得到的四氯化锗的纯度不高，而这些杂质的存在又是导致光信号传输过程中被吸收损耗的主要原因，从而直接影响到光纤的质量。
发明内容
本发明的目的是：提供一种四氯化锗生产装置及方法，克服现有技术缺陷，提高四氯化锗的精馏纯度。
为了实现上述目的，本发明提供了一种四氯化锗生产装置，包括：
加料罐，所述加料罐内设有紫外线灯；
蒸馏机构，所述蒸馏机构与所述加料罐连接；
精馏柱，所述精馏柱与所述蒸馏机构的出汽口连接；
出料摆头，所述出料摆头与所述精馏柱远离所述蒸馏机构的一端连接；
第一冷凝器，所述第一冷凝器与所述出料摆头远离所述精馏柱的一端连接；
第二冷凝器，所述第二冷凝器与所述第一冷凝器远离所述出料摆头的一端连通；
前馏分罐，所述第二冷凝器与所述前馏分罐连接；
取样瓶，所述取样瓶与所述出料摆头连接；
第三冷凝器，所述第三冷凝器与所述出料摆头连接；
产品罐，所述产品罐与所述第三冷凝器连接；
吸收瓶，所述前馏分罐和产品罐与所述吸收瓶连通；
氮气分配器，所述氮气分配器与所述加料罐、蒸馏机构、精馏柱、出料摆头、前馏分罐、取样瓶和产品罐连接；
冷冻机，所述冷冻机与所述第一冷凝器、第二冷凝器和第三冷凝器连接；以及
控制器，所述控制器与所述蒸馏机构、出料摆头、氮气分配器和冷冻机控制连接；
其中，所述取样瓶与所述产品罐并联设置，所述取样瓶连通所述出料摆头和产品罐的管道为U型管。
作为优选方案，所述出料摆头通过第一管道与所述第二冷凝器和前馏分罐之间的管道连接，所述第一管道与所述出料摆头和取样瓶之间的管道并联设置。
作为优选方案，所述取样瓶通过第二管道与所述第二冷凝器和前馏分罐之间的管道连接。
作为优选方案，所述氮气分配器包括压力表、减压阀和流量计，所述加料罐、蒸馏机构、精馏柱、出料摆头、前馏分罐、取样瓶和产品罐的进气阀均连接有所述流量计，所述压力表、减压阀和流量计均与所述控制器控制连接。
作为优选方案，所述蒸馏机构设有温度传感器，所述温度传感器与所述控制器信号连接。
作为优选方案，所述蒸馏机构包括加热器和蒸馏釜，所述蒸馏釜与所述加热器热传导连接。
作为优选方案，所述加热器为柔性电加热器，所述加热器包括四组电加热丝，四组所述电加热丝通过聚氨酯套固定，四组所述电加热丝分别与所述控制器控制连接。
作为优选方案，所述第一冷凝器的换热面积为1.2㎡－1.7㎡，所述第二冷凝器的换热面积为0.5㎡－0.7㎡，所述第三冷凝器的换热面积为0.2㎡－0.4㎡。
作为优选方案，所述吸收瓶内装有浓硫酸。
作为优选方案，所述冷冻机与所述第一冷凝器、第二冷凝器和第三冷凝器的连接管道设有聚氨酯保温棉。
为了实现上述目的，本发明提供了一种四氯化锗生产方法，基于上述四氯化锗生产装置，包括如下步骤：
S1、向所述加料罐内加入粗四氯化锗原料，排气并去除水分；
S2、对所述蒸馏机构、精馏柱、出料摆头、前馏分罐、取样瓶和产品罐进行排气；
S3、将所述粗四氯化锗原料倒入蒸馏机构；
S4、所述冷冻机向所述第一冷凝器、第二冷凝器和第三冷凝器的冷凝管内注入冷冻水；
S5、将所述蒸馏机构内的液体加热至(75±1)℃，进行脱氯，所述脱氯的时间为2h±5min；
S6、将所述蒸馏机构内的液体加热至温度为80℃－85℃，通过所述出料摆头连通所述精馏柱和前馏分罐，以回流比为(6：28)－(8：30)收集前馏分；
S7、当所述前馏分罐内的液体体积达到(4±1)L，精馏得到的四氯化锗以与步骤S6相同的回流比流入所述取样瓶；
S8、打开所述取样瓶底部的取样口取样，进行样品检测，若样品检测合格，则将精馏得到的四氯化锗流入所述产品罐，若样品检测不合格，则将精馏得到的四氯化锗流入所述前馏分罐；
S9、当所述蒸馏机构内的液体体积为8L－15L时，停止加热，以及恢复所述出料摆头，通入氮气进行降温，当蒸馏机构的温度小于85℃时，进行下一次精馏操作。
作为优选方案，在步骤S6中，控制器包括回流计时器，通过所述回流计时器可设定回流比。
作为优选方案，在步骤S5中，通过所述蒸馏机构的温度传感器检测液体温度，并与设定温度值对比，若液体温度高于设定温度值，则停止加热。
作为优选方案，步骤S5至S8过程中，所述前馏分罐和产品罐的为尾气通入所述吸收瓶。
本发明实施例与现有技术相比，其有益效果在于：
1、本发明实施例的四氯化锗生产装置，通过在加料罐设有紫外线灯，可对原料中存在的少量水分解离为H2和O2，从而提高四氯化锗纯度；取样瓶连通出料摆头和产品罐的管道为U型管，在精馏柱出现负压尾气倒吸时，可通过U型管内的液态四氯化锗，最大程度封堵管道中的尾气，防止精馏柱因负压尾气串入污染产品。
2、本发明实施例的四氯化锗生产方法，先去除原料中的水分、装置中的空气、以及沸点低于四氯化锗的杂质，再将蒸馏机构内的液体加热至80℃－85℃，得到纯度较高的四氯化锗蒸汽，经过检测与冷凝，最后合格的产品将流入产品罐内。本发明实施例的四氯化锗生产方法，工艺简单，可防止水分与四氯化锗发生反应，并很好地去除四氯化锗中的杂质得到高纯度产品。
附图说明
图1是本发明实施例的整体结构示意图；
图2是本发明实施例出料摆头的结构示意图。
图中：
1、加料罐；2、蒸馏釜；3、加热器；4、精馏柱；5、出料摆头；51、分液漏斗；52、电磁铁；6、第一冷凝器；7、第二冷凝器；8、前馏分罐；9、取样瓶；10、第三冷凝器；11、产品罐；12、吸收瓶；13、氮气分配器；131、减压阀；132、压力表；133、流量计；14、冷冻机；15、控制器；16、紫外线灯；17、U型管；18、第一管道；19、第二管道；20、温度传感器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，应当理解的是，本发明中采用术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，应当理解的是，本发明中采用术语“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是焊接连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，本发明实施例优选实施例的一种四氯化锗生产装置，包括：
加料罐1，加料罐1内设有紫外线灯16；
蒸馏机构，蒸馏机构与加料罐1连接；
精馏柱4，精馏柱4与蒸馏机构的出汽口连接；
出料摆头5，出料摆头5与精馏柱4远离蒸馏机构的一端连接；
第一冷凝器6，第一冷凝器6与出料摆头5远离精馏柱4的一端连接；
第二冷凝器7，第二冷凝器7与第一冷凝器6远离出料摆头5的一端连通；
前馏分罐8，第二冷凝器7与前馏分罐8连接；
取样瓶9，取样瓶9与出料摆头5连接；
第三冷凝器10，第三冷凝器10与出料摆头5连接；
产品罐11，产品罐11与第三冷凝器10连接；
吸收瓶12，前馏分罐8和产品罐11与吸收瓶12连通；
氮气分配器13，氮气分配器13与加料罐1、蒸馏机构、精馏柱4、出料摆头5、前馏分罐8、取样瓶9和产品罐11连接；
冷冻机14，冷冻机14与第一冷凝器6、第二冷凝器7和第三冷凝器10连接；以及
控制器15，控制器15与蒸馏机构、出料摆头5、氮气分配器13和冷冻机14控制连接；
其中，取样瓶9与产品罐11并联设置，取样瓶9连通出料摆头5和产品罐11的管道为U型管17。
在本发明的四氯化锗生产装置，通过在加料罐1设有紫外线灯16，可对原料中存在的少量水分解离为H2和O2，从而提高四氯化锗纯度；取样瓶9连通出料摆头5和产品罐11的管道为U型管17，在精馏柱4出现负压尾气倒吸时，可通过U型管17内的液态四氯化锗，最大程度封堵管道中的尾气，防止精馏柱4因负压尾气串入污染产品。
具体的，加料罐1、蒸馏机构的蒸馏釜2、精馏柱4、出料摆头5、第一冷凝器6、第二冷凝器7、前馏分罐8、取样瓶9、第三冷凝器10、产品罐11和吸收瓶12之间采用PVDF管(聚偏氟乙烯管)和玻璃钢材质法兰盘连接，管道之间的法兰盘连接时采用钛螺栓固定；氮气分配器13通过PFA软管(铁氟龙管)分别与加料罐1、蒸馏机构、精馏柱4、出料摆头5、前馏分罐8、取样瓶9和产品罐11的进气阀连接；冷冻机14的冷冻水温度设置为－20℃，冷冻机14通过PPR管(三型聚丙烯管)分别与第一冷凝器6、第二冷凝器7和第三冷凝器10的冷凝管进出口连接，且使用聚氨酯保温棉将PPR管包裹；整个装置通过304不锈钢管组成成井字型框架支撑。
此外，加料罐1、蒸馏釜2、精馏柱4、第一冷凝器6、第二冷凝器7、前馏分罐8、第三冷凝器10和产品罐11均采用3.3高硼硅玻璃制造，耐温范围+450℃到－100℃；加料罐1和蒸馏釜2的有效容积均为100L，且设有刻度线；紫外线灯16设置于加料罐1的右侧，紫外线灯16的功率为40W，可产生波长为253.7nm紫外光。
进一步的，如图1和图2所示，出料摆头5通过第一管道18与第二冷凝器7和前馏分罐8之间的管道连接，第一管道18与出料摆头5和取样瓶9之间的管道并联设置。具体的，除了经过第一冷凝器6顶部的管道将杂质流向第二冷凝器7后进入前馏分罐8，还可通过第一管道18将被第一冷凝器6冷凝后的杂质液体流入前馏分罐8：在第一管道18以及出料摆头5和取样瓶9之间的管道均设有阀门，当还没达到蒸馏釜2的沸点时，原料中的低沸点的杂质形成蒸汽，并通过第一冷凝器6冷凝经出料摆头5流入第一管道18中，打开第一管道18的阀门，即可将杂质流入前馏分罐8内，其中，出料摆头5为出料电磁摆头，包括电磁铁52和分液漏斗51，分液漏斗51通过钽丝固定，在分液漏斗51的下方设有两个出口，一个出口通向精馏柱4，另一个出口通向第一管道18所在侧的管道，控制器15可控制电磁铁52通断电，通过分液漏斗51使冷凝后的杂质液体流进第一管道18。通过两种方式将杂质液体流入前馏分罐8，可去除不同沸点的杂质，防止先被第一冷凝器6冷凝的杂质液体回流至蒸馏机构内。
进一步的，取样瓶9通过第二管道19与第二冷凝器7和前馏分罐8之间的管道连接。当检测取样瓶9内的样品不合格时，打开第二管道19上的阀门，关闭取样瓶9和产品罐11的阀门，使不合格的四氯化锗流入前馏分罐8内，防止不合格的四氯化锗进入产品罐11内。
进一步的，氮气分配器13包括压力表132、减压阀131和流量计133，加料罐1、蒸馏机构、精馏柱4、出料摆头5、前馏分罐8、取样瓶9和产品罐11的进气阀均连接有流量计133，压力表132、减压阀131和流量计133均与控制器15控制连接。通过压力表132和减压阀131可控制氮气的进气压力，并通过流量计133控制氮气的流量，在工作时通入氮气，可有效的隔绝空气，防止与四氯化锗发生反应产生杂质。
进一步的，蒸馏机构设有温度传感器20，温度传感器20与控制器15信号连接。具体的，温度传感器20为PT100温度传感器，材质为不锈钢且外包裹有聚四氟乙烯(Poly tetrafluoroethylene，简写为PTFE)，测量范围为－100℃～+600℃，在控制器15上设有温度显示件，且蒸馏机构设有高温声光报警组件，通过设定高温报警的温度值，在蒸馏机构内的液体达到设定的温度值时进行声光报警，并同时停止加热。
进一步的，蒸馏机构包括加热器3和蒸馏釜2，蒸馏釜2与加热器3热传导连接。蒸馏釜2通过DN200法兰式接口连接精馏柱4，在工作时，通过加热器3加热蒸馏釜2，使蒸馏釜2内的液体温度上升至四氯化锗沸点温度，得到四氯化锗蒸汽进入精馏柱4。其中，精馏柱4内部放置有拉西环填料以减缓蒸馏气体的流速，外部包裹聚氨酯保温套。
具体的，加热器3为柔性电加热器，加热器3包括四组电加热丝，四组电加热丝通过聚氨酯套固定，四组电加热丝分别与控制器15控制连接。加热器3的加热功率为8KW，通过一个承载框对加热器3进行机械紧固，通过四个吊环螺栓支撑，四组电加热丝具有独立的温度显示件，可分别控制温度，四组电加热丝沿蒸馏釜2底部往上逐层围设在蒸馏釜2外周，当蒸馏釜2内的液体下降至某层电加热丝的位置以下，则可通过控制器15关闭该层电加热丝。
具体的，第一冷凝器6的换热面积为1.2㎡－1.7㎡，优选为1.5㎡，第二冷凝器7的换热面积为0.5㎡－0.7㎡，优选为0.6㎡，第三冷凝器10的换热面积为0.2㎡－0.4㎡，优选为0.3㎡。
进一步的，吸收瓶12内装有浓硫酸。具体的，吸收瓶12与碱液吸收塔连接，在前馏分罐8和产品罐11设有尾气出口，产生的尾气先进入吸收瓶12内被浓硫酸吸收，再进入碱液吸收塔。通过吸收瓶12和碱液吸收塔可有效避免外界水分进入装置与四氯化锗发生化学反应，影响四氯化锗的纯度，也大大提高了装置密封的可靠性。另外也可以减少碱液吸收塔中的辅料投入，减少碱液回收压力，同时可提高精馏回收率0.5 1％。减少进入碱液吸收塔的尾气量，可使碱液的使用时间延长30％。
本发明实施例优选实施例的一种四氯化锗生产方法，基于上述四氯化锗生产装置，包括如下步骤：
S1、向加料罐1内加入粗四氯化锗原料，排气并去除水分；通过压力表132和减压阀131控制氮气的进气压力为0.4bar－0.5bar，打开加料罐1的进气阀，通过流量计133控制氮气流量为25L/h－30L/h，再打开紫外线灯16照射，静置12h，使粗四氯化锗中存在的少量水分解离为H2和O2。
S2、对蒸馏机构、精馏柱4、出料摆头5、前馏分罐8、取样瓶9和产品罐11进行排气；打开蒸馏机构、精馏柱4、出料摆头5、前馏分罐8、取样瓶9和产品罐11的进气阀，通过流量计133控制氮气流量为25L/h－30L/h，排气时间为5min。
S3、将粗四氯化锗原料倒入蒸馏机构；当蒸馏机构的蒸馏釜2内液体达到(95±5)L，停止加入，在添加过程中，观察蒸馏釜2上的刻度，多次加料。
S4、冷冻机14向第一冷凝器6、第二冷凝器7和第三冷凝器10的冷凝管内注入冷冻水；设置冷冻机14的冷冻水温度为－20℃。
S5、将蒸馏机构内的液体加热至(75±1)℃，进行脱氯，脱氯的时间为2h±5min；控制加热器3的加热温度为300℃－400℃，控制器15设置报警温度为120℃，当温度传感器20检测到蒸馏釜2的液体温度高于报警温度值，则声光报警并切断加热器3电源，停止加热。
S6、将蒸馏机构内的液体加热至温度为80℃－85℃，通过出料摆头5连通精馏柱4和前馏分罐8，以回流比为(6：28)－(8：30)收集前馏分；优选回流比为8：30，控制器15控制电磁铁52通电，并打开第一管道18和前馏分罐8的阀门，使精馏柱4与前馏分罐8连通，通过出料摆头5调节回流比，收集前馏分。其中，电磁铁52的控制电路中串联有时间继电器，控制器15包括回流计时器，回流计时器控制时间继电器的吸合，从而使分液漏斗51产生摆动，便可以在任意时间段内设定精馏柱4的回流量，能够准确调节精馏柱4内回流量与采出量的比例。
S7、当前馏分罐8内的液体体积达到(4±1)L，精馏得到的四氯化锗以与步骤S6相同的回流比流入取样瓶9；关闭第一管道18的阀门，打开出料摆头5和取样瓶9之间的管道阀门以及取样瓶9的阀门，精馏得到的四氯化锗以回流比8：30进入取样瓶9。
S8、打开取样瓶9底部的取样口取样，进行样品检测，若样品检测合格，则将精馏得到的四氯化锗流入产品罐11，若样品检测不合格，则将精馏得到的四氯化锗流入前馏分罐8；
S9、当蒸馏机构内的液体体积为8L－15L时，停止加热，以及恢复出料摆头5，通入氮气进行降温，当蒸馏机构的温度小于85℃时，进行下一次精馏操作。其中，氮气压力为0.2bar－0.5bar，降温时间为30min－60min。
在本发明的四氯化锗生产方法，先去除原料中的水分、装置中的空气、以及沸点低于四氯化锗的杂质，再将蒸馏机构内的液体加热至80℃－85℃，得到纯度较高的四氯化锗蒸汽，经过检测与冷凝，最后合格的产品将流入产品罐11内。本发明实施例的四氯化锗生产方法，工艺简单，可防止水分与四氯化锗发生反应，并很好地去除四氯化锗中的杂质得到高纯度产品。
在四氯化锗的生产过程中，须先通过步骤S1－S6进行除杂，才可获得纯度较高的四氯化锗产品，并在四氯化锗进入产品罐11前先对其进行检测，防止不合格的产品进入产品罐11，保证产品的纯度，因此，步骤S1－S9密不可分。
进一步的，步骤S5至S8过程中，前馏分罐8和产品罐11的为尾气通入吸收瓶12。
综上，本发明实施例提供一种四氯化锗生产装置及方法，工艺简单，操作方便，在一套生产装置中即可完成所有步骤，可以很好地去除四氯化锗中的杂质得到高纯度产品。生产装置安装方便，需要维护时卸下螺栓及法兰即可，维护简单，具有很高的使用安全性和便利性。
以上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，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (14)
1.一种四氯化锗生产装置，其特征在于，包括：
加料罐，所述加料罐内设有紫外线灯；
蒸馏机构，所述蒸馏机构与所述加料罐连接；
精馏柱，所述精馏柱与所述蒸馏机构的出汽口连接；
出料摆头，所述出料摆头与所述精馏柱远离所述蒸馏机构的一端连接；
第一冷凝器，所述第一冷凝器与所述出料摆头远离所述精馏柱的一端连接；
第二冷凝器，所述第二冷凝器与所述第一冷凝器远离所述出料摆头的一端连通；
前馏分罐，所述第二冷凝器与所述前馏分罐连接；
取样瓶，所述取样瓶与所述出料摆头连接；
第三冷凝器，所述第三冷凝器与所述出料摆头连接；
产品罐，所述产品罐与所述第三冷凝器连接；
吸收瓶，所述前馏分罐和产品罐与所述吸收瓶连通；
氮气分配器，所述氮气分配器与所述加料罐、蒸馏机构、精馏柱、出料摆头、前馏分罐、取样瓶和产品罐连接；
冷冻机，所述冷冻机与所述第一冷凝器、第二冷凝器和第三冷凝器连接；以及
控制器，所述控制器与所述蒸馏机构、出料摆头、氮气分配器和冷冻机控制连接；
其中，所述取样瓶与所述产品罐并联设置，所述取样瓶连通所述出料摆头和产品罐的管道为U型管。
2.根据权利要求1所述的四氯化锗生产装置，其特征在于：所述出料摆头通过第一管道与所述第二冷凝器和前馏分罐之间的管道连接，所述第一管道与所述出料摆头和取样瓶之间的管道并联设置。
3.根据权利要求1所述的四氯化锗生产装置，其特征在于：所述取样瓶通过第二管道与所述第二冷凝器和前馏分罐之间的管道连接。
4.根据权利要求1所述的四氯化锗生产装置，其特征在于：所述氮气分配器包括压力表、减压阀和流量计，所述加料罐、蒸馏机构、精馏柱、出料摆头、前馏分罐、取样瓶和产品罐的进气阀均连接有所述流量计，所述压力表、减压阀和流量计均与所述控制器控制连接。
5.根据权利要求1所述的四氯化锗生产装置，其特征在于：所述蒸馏机构设有温度传感器，所述温度传感器与所述控制器信号连接。
6.根据权利要求1所述的四氯化锗生产装置，其特征在于：所述蒸馏机构包括加热器和蒸馏釜，所述蒸馏釜与所述加热器热传导连接。
7.根据权利要求6所述的四氯化锗生产装置，其特征在于：所述加热器为柔性电加热器，所述加热器包括四组电加热丝，四组所述电加热丝通过聚氨酯套固定，四组所述电加热丝分别与所述控制器控制连接。
8.根据权利要求1所述的四氯化锗生产装置，其特征在于：所述第一冷凝器的换热面积为1.2㎡－1.7㎡，所述第二冷凝器的换热面积为0.5㎡－0.7㎡，所述第三冷凝器的换热面积为0.2㎡－0.4㎡。
9.根据权利要求1所述的四氯化锗生产装置，其特征在于：所述吸收瓶内装有浓硫酸。
10.根据权利要求1所述的四氯化锗生产装置，其特征在于：所述冷冻机与所述第一冷凝器、第二冷凝器和第三冷凝器的连接管道设有聚氨酯保温棉。
11.一种四氯化锗生产方法，其特征在于：基于如权利要求1－10任一项所述的四氯化锗生产装置，包括如下步骤：
S1、向所述加料罐内加入粗四氯化锗原料，排气并去除水分；
S2、对所述蒸馏机构、精馏柱、出料摆头、前馏分罐、取样瓶和产品罐进行排气；
S3、将所述粗四氯化锗原料倒入蒸馏机构；
S4、所述冷冻机向所述第一冷凝器、第二冷凝器和第三冷凝器的冷凝管内注入冷冻水；
S5、将所述蒸馏机构内的液体加热至(75±1)℃，进行脱氯，所述脱氯的时间为2h±5min；
S6、将所述蒸馏机构内的液体加热至温度为80℃－85℃，通过所述出料摆头连通所述精馏柱和前馏分罐，以回流比为(6：28)－(8：30)收集前馏分；
S7、当所述前馏分罐内的液体体积达到(4±1)L，精馏得到的四氯化锗以与步骤S6相同的回流比流入所述取样瓶；
S8、打开所述取样瓶底部的取样口取样，进行样品检测，若样品检测合格，则将精馏得到的四氯化锗流入所述产品罐，若样品检测不合格，则将精馏得到的四氯化锗流入所述前馏分罐；
S9、当所述蒸馏机构内的液体体积为8L－15L时，停止加热，以及恢复所述出料摆头，通入氮气进行降温，当蒸馏机构的温度小于85℃时，进行下一次精馏操作。
12.根据权利要求11所述的四氯化锗生产方法，其特征在于：在步骤S6中，控制器包括回流计时器，通过所述回流计时器可设定回流比。
13.根据权利要求11所述的四氯化锗生产方法，其特征在于：在步骤S5中，通过所述蒸馏机构的温度传感器检测液体温度，并与设定温度值对比，若液体温度高于设定温度值，则停止加热。
14.根据权利要求11所述的四氯化锗生产方法，其特征在于：在步骤S5至S8过程中，所述前馏分罐和产品罐的为尾气通入所述吸收瓶。
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Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4270998A (en) * | 1978-10-11 | 1981-06-02 | Bayer Aktiengesellschaft | Process for the preparation of optionally substituted acetonitriles monohalogenated in the α-position |
| EP0892001A1 (en) * | 1997-07-15 | 1999-01-20 | Asahi Kasei Kogyo Kabushiki Kaisha | Method for producing an aromatic polycarbonate having improved melt stability |
| CN101234780A (zh) * | 2008-03-05 | 2008-08-06 | 云南驰宏锌锗股份有限公司 | 一种光纤用四氯化锗的生产方法 |
| CN102976395A (zh) * | 2012-11-19 | 2013-03-20 | 云南驰宏锌锗股份有限公司 | 光纤用四氯化锗的生产系统 |
| CN205308119U (zh) * | 2016-01-08 | 2016-06-15 | 昆明汇泉高纯半导材料有限公司 | 一种酸雾吸收塔 |
| CN209138009U (zh) * | 2018-11-27 | 2019-07-23 | 云南驰宏国际锗业有限公司 | 一种四氯化锗复蒸装置 |
| CN211585277U (zh) * | 2019-10-24 | 2020-09-29 | 云南驰宏国际锗业有限公司 | 一种高效率四氯化锗精馏塔 |
| CN111957064A (zh) * | 2020-09-10 | 2020-11-20 | 天津中科拓新科技有限公司 | 一种光纤级四氯化锗的合成与精制方法及装置 |
| CN213912411U (zh) * | 2020-12-08 | 2021-08-10 | 云南东昌金属加工有限公司 | 一种提高四氯化锗精馏回收率的装置 |
-
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Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4270998A (en) * | 1978-10-11 | 1981-06-02 | Bayer Aktiengesellschaft | Process for the preparation of optionally substituted acetonitriles monohalogenated in the α-position |
| EP0892001A1 (en) * | 1997-07-15 | 1999-01-20 | Asahi Kasei Kogyo Kabushiki Kaisha | Method for producing an aromatic polycarbonate having improved melt stability |
| CN101234780A (zh) * | 2008-03-05 | 2008-08-06 | 云南驰宏锌锗股份有限公司 | 一种光纤用四氯化锗的生产方法 |
| CN102976395A (zh) * | 2012-11-19 | 2013-03-20 | 云南驰宏锌锗股份有限公司 | 光纤用四氯化锗的生产系统 |
| CN205308119U (zh) * | 2016-01-08 | 2016-06-15 | 昆明汇泉高纯半导材料有限公司 | 一种酸雾吸收塔 |
| CN209138009U (zh) * | 2018-11-27 | 2019-07-23 | 云南驰宏国际锗业有限公司 | 一种四氯化锗复蒸装置 |
| CN211585277U (zh) * | 2019-10-24 | 2020-09-29 | 云南驰宏国际锗业有限公司 | 一种高效率四氯化锗精馏塔 |
| CN111957064A (zh) * | 2020-09-10 | 2020-11-20 | 天津中科拓新科技有限公司 | 一种光纤级四氯化锗的合成与精制方法及装置 |
| CN213912411U (zh) * | 2020-12-08 | 2021-08-10 | 云南东昌金属加工有限公司 | 一种提高四氯化锗精馏回收率的装置 |
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