CN1201401A - 从湿法磷酸蒸发器排出蒸汽中回收氟化合物的方法 - Google Patents

Abstract

本文涉及从浓缩以“湿法”生产的磷酸时所生成的溶液中去除氟化合物的方法和设备,其特征在于,磷酸浓缩段(2)排出的蒸汽流与喷淋入磷酸浓缩器蒸汽排出管(42)的洗涤液接触,从该排出管排出含冷凝的氟化合物的液体部分,剩余的排出蒸汽流/喷淋洗涤液混合物进入旋流式夹带物分离器(4),其中夹带的洗涤液和冷凝的氟化合物与未冷凝的蒸汽分离,而未冷凝的蒸汽进入气压冷凝器(70),其中通过冷凝实现杂质的进一步分离。在一种称为“FSA单级回收”的实施方案中,酸浓缩器的蒸汽排出导管与夹带物分离器连接,洗涤液经一组喷头喷入蒸汽排出管以与蒸发器排出蒸汽流进行接触。

Description

从湿法磷酸蒸发器排出蒸汽中 回收氟化合物的方法

本发明涉及洗涤方法和设备，更具体而言，涉及用洗涤液洗涤从蒸汽中去除和回收气态化合物，本发明的具体应用包括回收“湿法”磷酸浓缩过程产生的气态氟化合物。

发明背景

“湿法”生产磷酸包括用无机酸，例如硫酸酸浸磷酸盐矿石。在这种方法中磷酸盐矿石予先与稀磷酸混合生成浆液，浆液再送入反应器与硫酸接触，从反应器浆液中分别回收含25-33％P₂O₅的磷酸和硫酸钙沉淀。通常磷酸浓缩到大约54％P₂O₅，但常常希望浓缩到大于或小于54％。酸可在单级蒸发中浓缩，但出于节省热能和设备的原因通常采用2级或多级蒸发。

几乎所有的磷酸盐矿石都含有氟化合物，在酸浸过程以及在稀磷酸浓缩过程中，部分氟主要以氟化硅(SiF₄)和氟化氢(HF)的形式与水蒸汽一道挥发。这些氟化合物需要于以去除和回收。

其后，磷酸浓缩过程中产生的蒸汽用选定的洗涤液洗涤回收氟化合物，在洗涤阶段SiF₄和HF在洗涤液中反应生成化学计量的氟硅酸(H₂SiF₆)。下文中氟硅酸有时称为“FSA”。一般说来，洗涤液中每个摩尔SiF₄生成化学计量氟硅酸(H₂SiF₆)需要放出2摩尔HF。但是，在磷酸的多级蒸发中，其中酸在第1级中浓缩到P₂O₅含量约低于50％，第1级中每2摩尔HF往往能放出多于1摩尔的SiF₄，化学计量过量的SiF₄在下一洗涤器中水解并引起二氧化硅的沉淀，反应被认为按下式进行：

            但是，在第2级蒸发时，对应每个摩尔SiF₄放出多于2摩尔的HF，结果未遇到二氧化硅的沉淀。

1966.9.20发布的属W.R.Parish的美国专利NO.3,273713“从磷酸中去除氟化合物”描述了从磷酸中去除氟化合物的多级方法，该方法可避免在回收氟化合物的过程中产生二氧化硅沉淀。更准确而言，该专利公开了一种从磷酸溶液中去除氟化合物的方法，该方法用含有溶解的氟化氢的洗涤液洗涤从酸浓缩蒸发器流出的含氟蒸汽，该改进方法的特征在于，磷酸利用2个真空蒸发器进行2级浓缩，从每个浓缩级回收的蒸汽在分开的洗涤级中与洗涤液接触。利用洗涤液，即氟化氢水溶液或氟化氢和其它氟化合物，例如SiF₄的水溶液作洗涤液，回收的氟化合物产品为氟硅酸。

美国专利NO.3,273,713描述和提出权利要求的发明是基于将富集HF的第2级洗涤液送入第1级洗涤液(富集SiF₄的)的概念，从而使过量的SiF₄不产生二氧化硅沉淀。由于第2级的洗涤液较少富集硅，所以将第2级洗液引入第1级可能防止硅在第1级产生沉淀。因此，将第2级产品混入第1级产品，可在两级皆得到无沉淀的纯净产品。其中二氧化硅被氟化氢加溶的反应如下：

             

当富集HF的洗涤液从第2级返回第1级洗涤液(含过量的SiF₄)时，氟化氢与SiF₄根据下式反应生成氟硅酸：

             

美国专利NO.3,273,713还建议，外部来源的氟化氢水溶液可就地或与第2级洗涤液一道添加到第1级洗涤液中。美国专利NO.3,273,713发明之要点在于，氟化氢无论是外加的或是从第2级洗涤液来的，它必须加到用于第一级的洗涤液中，以防止二氧化硅沉淀。

美国专利NO.3,273,713所公开的系统的缺点在于，为有效地洗脱氟化合物需要求一些较大和较贵的洗涤塔。此外，这类洗涤塔要求在喷淋室上安装除雾器填料，以去除夹带颗粒，而除雾器的存在则要求降低通过洗涤器的蒸汽流速，后者反过来限止了系统的处理能力。

本发明之目标和概述

本发明的第一个基本目标在于提供一种改进的洗涤设备，该设备用于各种要求用合适的洗涤液洗涤蒸汽流出物的处理系统，以便吸收那些可溶于洗涤液的挥发化合物。

本发明的第二个基本目标在于提供一种改进的从磷酸溶液中去除氟化合物的方法和系统。

另一个目标在于提供一种改进的设备，以洗涤从真空蒸发器回收的蒸汽。

本发明再一个目标在于提供一种改进的处理稀磷酸的方法和设备，以便去除夹带物质和生产较高浓度的磷酸。

本发明更具体的目标在于提供一种用于洗涤来自磷酸蒸发器的蒸汽流出物的设备。

本发明的另一具体目标在于提供一种浓缩“湿法”稀磷酸的改进方法，该方法包括的步骤有：稀酸在真空蒸发器中进行真空浓缩，产生含有挥发氟化合物的第一蒸汽流和由较浓酸组成的第二液体流；然后在新型的高速设备中用选定的洗涤液洗涤蒸汽流，使氟化合物得到有效去除。

本发明再一个具体目标在于提供一种从磷酸浓缩器流出的蒸汽中去除氟化合物的改进方法和设备，该改进方法和设备之特征为将洗涤液喷淋入浓缩器的蒸汽排出导管中。

在本发明的优选实施方案中，这些和另外一些目标是通过下列步骤达到的：(1)使从磷酸浓缩级排出的蒸汽流与喷淋入磷酸浓缩器蒸汽排出导管中的洗涤液进行接触；和(2)使排出蒸汽流/喷淋洗涤液的混合物通入旋流式夹带物分离器，其中洗涤液和冷凝的氟化合物与未凝结的蒸汽进行分离，未凝结的蒸汽通入气压冷凝器实现补充冷凝分离。所有残余的未凝结气体或蒸汽从冷凝器流出，以排放或进一步处理。在下面一种被称为“单级FSA回收”的优选实施方案中，蒸发器的蒸汽排出管与夹带物分离器联接，洗涤液通过将液体经一喷淋头喷淋入蒸汽排出导管而与蒸发器排出蒸汽流相接触。在下面第二个被称为“双级FSA回收”的优选实施方案中，夹带物分离器被洗涤器/夹带物分离容器的组合所代替，而且第二排喷淋头用于将补充洗涤液引入蒸汽进口管之上的洗涤器/夹带物分离器中。虽然本发明的叙述和说明只涉及单级的酸浓缩处理系统，但应理解，本发明亦可应用于多级的酸浓缩处理系统，即采用两个或更多个真空蒸发器的系统。

其余特点和优点将通过附图及以下的详细叙述明显地展现或反映出来。

附图

图1表示实施本发明的磷酸浓缩系统，该系统包括单一蒸发器级及与之配套的单级FSA回收系统；

图2表示实施本发明的磷酸浓缩系统，该系统包括单一蒸发器级及与之配套的双级FSA回收系统；

图3表示实施本发明的磷酸浓缩系统，该系统包括两个蒸发器级，每级各配套有单级FSA回收系统；

图4表示本发明之一种优选实施方案，该方案包括两个蒸发器级，每级各配套有双级FSA回收系统；以及

图5表示以前用于回收挥发性氟化合物的普通型洗涤器如何适用于本发明。

这些图未标注尺寸，其目的仅在于说明本发明之一般特性。因此，如不加特殊说明，图中所示的相对尺寸和比例在任何情况下不能构成本发明的定式和限制。在某些图中，相似的部件标以相似的数字，例如，部件68和68A-D在结构上或功能上是相似的。在一些图(例如图1和2)中，一些导管，例如42和60用双线绘制，说明它们具有相当大的内径，而在另一些图(例如图3和4)，同样的部件都用单线表示。

优选实施方案的描述

参看图1，所示系统包括真空蒸发单元1，该单元可采用各种形式的蒸发器，但优选包括公开于1983.3.1属Donaldl M.Windham的名称为“蒸发器的旋流式夹带物分离器”的美国专利NO.4,375,386中所公开的蒸发器。该专利的技术众所周知，引此作为参考。

关于图1，更具体的是，所示蒸发单元包括顶端封闭的蒸发器2，而在其底端则有一出口管与下降段导管或管6相连。后者经泵8和回流管10与料液导管12相连，该管与容器2的进口相接。新鲜稀酸进料管14与料液导管12相接。容器2具有位于进口管12上面和下面的两个侧出口，与之相接的分别为连接管线18和20。与管线18相接的侧出口拟用作溢流出口，其位置在蒸发器予期的沸腾液位24之上，而与管线20相接的第二个出口则位于液位24之下。虽然未示出，但显然容器2设置有加热装置，优选此装置与回流管10组合在一起，使容器中液体保持在沸腾温度。同样很显然，容器是在真空下操作，这将下面作进一步描述。

侧出口管线18和20与酸产品管26相接，后者在(1)蒸发器为单级或最后一级蒸发器的情况下通向磷酸产品贮缶(未示出)；或在(2)蒸发器系统具有一个以上的蒸发器，容器2又不是最后一级的情况下通入下一蒸发器级。管线26与两侧出口管线18和20的相连的高度决定容器2中的液位24。管线26上可装置泵(未示出)以便于将浓酸液体产品送去贮存或送入另一蒸发级。

位于液位24上部的空间32起闪蒸室的作用。从闪蒸室流出的蒸汽离开容器，然后进行氟化合物回收处理。在普通蒸发器中，蒸汽从闪蒸室经蒸发容器上端的出口流出。虽然可用普通蒸发器实现本发明，但优先选用装有夹带物分离器的蒸发单元，使夹带液体从流出蒸汽(可含有水蒸汽和氟化合物)中分离，从而减少由系统回收的浓磷酸的杂质。分离器4位于空间32的上端。已知的各种类型的夹带物分离器可与容器2联用，但优选地使用美国专利NO.4,375,386之旋流式夹带物分离器。由于夹带物分离器已众所周知，并由于蒸发单元的形式对本发明又非关键，所以附图中未对夹带物分离器4和蒸发容器的具体结构细节进行描述。但是，为保证本发明所公开的技术的完整性及对其正确理解，本发明特将Windham的美国专利NO.4,375,386中有关夹带物分离器的技术引此为参考。

尽管如此，为保证对夹带物分离器4的充分理解，图1表示出夹带物分离器，该分离器包括沿容器轴线安装的垂直管段34，管34的底端经肘形弯管段36和水平管段38与蒸汽排出导管42相接。管段34，36和38组成夹带物分离器的一部分、并分别相当于美国专利NO.4,375,386图中所示的部件21，23和22。位于容器2中的垂直管段34的顶端是开口的，并作为排出管42的蒸汽吸入口。夹带物分离器还包括图中用44表示的螺旋板，后者相当于美国专利NO.4,375,386中所示的螺旋板26。螺旋板44围绕垂直管段34并固定在这管段和容器壁上。

分离器有较大的蒸汽入口，后者是在螺旋板下缘和直接位于其上面的并与下缘隔开的螺旋板部分之间所组成的开孔，再加上一较大的蒸汽出口，后者是在螺旋板上缘和直接位于其下面的并与上缘隔开的螺旋板部分之间所组成的开孔。

如断面图所示，螺旋板可径向地与容器2和管段34的轴向呈直角延伸，但优选是在径向相对于管段34的轴向呈倾斜，以使重力引起液体在螺旋板上不但能沿螺旋板向下移动到分离器的较大蒸汽入口，而且能径向离开管段移动到容器壁的内表面。

螺旋板44包括螺旋槽(未示出)，它(a)位于螺旋板外缘靠近容器2壁的内表面，及(b)相当于美国专利NO.4,375,386中叙述的槽28。槽的底端与侧口46交汇，后者与外排液管48相接，而该排液管相当于美国专利NO.4,375,386中所示的排液管34。排液管48与下降段导管6相接，使收集在夹带物分离器槽中的液体能在低于液位24的地点返回容器。夹带物分离器结构的进一步细节可见美国专利NO.4,375,386。

如上所述，新鲜的稀磷酸(典型的约含26-32％P₂O₅)经酸进料管14打入容器2，同时循环磷酸液经泵8和返回管10打入进口导管12。

出口导管42与FSA回收塔的进口或者与根据本发明提供的容器50的进口相连。夹带物分离器52安装在容器46内部，以分离经导管42进入的蒸汽中所夹带的液体。各种夹带物分离器皆可应用，但优选的是旋流式夹带物分离器，类似于美国专利NO.4,375,386中所公开的那种分离器。因此，分离器52包括沿容器50轴向安装的垂直管段54，肘形弯管段56和水平管段58，这些管段相当美国专利NO.4,375,386的21，23和22等部件。垂直管段54的上端是开口的，并作为蒸汽吸入口。水平管段58位于导管42的高度之上，其外端与蒸汽排出导管60相联，而后者又与气压冷凝器70的蒸汽入口相联。该冷凝器可采用本领域技术人员所知的各种形式。

分离器52亦包括螺旋板62，后者在结构和功能方面都相当于美国专利NO.4,375,386中所示的螺旋板26。螺旋板62围绕管段54并固定在该管段和容器50的周壁上。分离器拥有较大的蒸汽入口，后者是在其螺旋板下缘和直接位于其上面的并与该下缘隔开的螺旋板部分之间所组成的开孔，再加上较大的蒸汽出口，后者是在螺旋板上缘和直接位于其下面的并与上缘隔开的螺旋板部分之间所组成的开孔。

如断面图所示，螺旋板62可径向地与容器50和管段54的轴向呈直角延伸。但优选是螺旋板62在径向与管段54呈倾斜，以使重力引起液体在螺旋板上不但能沿螺旋板向下移动到分离器的较大蒸汽入口，而且能径向离开管段54移动到容器50周壁的内表面。螺旋板62亦有螺旋槽(未示出)，该槽位于其外缘靠近容器50壁的内表面的地方，并相当于美国专利NO.4,375,386中所描述的槽28。槽的底端与侧排放口64交汇，后者与排液管66相联，该排液管相当于上述美国专利所示的排液管34，并拟经该管将冷凝液排入FSA再循环缶68。分离器52的结构细节可见美国专利NO.4,375,386。

由排出导管42引出之蒸汽在容器50中得到快速膨胀，这种快速膨胀的发生是因为容器50提供了较大的膨胀空间，亦因为容器50与气压冷凝器70相通而在减压下运行。作为这种膨胀的结果，蒸汽受到绝热冷却，从而使水蒸汽氟硅酸及其它氟化合物冷凝。部分冷凝液收集在容器50之底端，并经容器的底部出口及排液管线80按选定的流量排入再循环缶68。另外，在旋流式分离器52的螺旋板槽中回收的冷凝液经排液管66排入缶68。

按照本发明，多个喷淋头72安装在排出导管42内。由此很显然，在典型的商业规模的酸浓缩工厂中，每一蒸发器的蒸汽排出导管的尺寸会相当大，典型的内径在3-6英尺。每一个喷淋头72由一个或多个喷嘴组成(未示出)，其定位要使喷淋流逆向对准从蒸发单元排出的蒸汽。在不偏离本发明的原则的情况下，喷淋头的数目，每个喷淋头的喷嘴数目和排列可以变化。喷淋头通过供料管线74与泵76相连，而后者又与FSA循环缶68的出口连接、泵76按选定流量运行，将液体从缶68打入喷淋头72，从而使液体喷淋入导管42，并完成蒸汽洗涤功能。该系统还包括输送管82向贮缶68添加补给水，以及与管线74相连的管84从系统引出FSA产品。

气压冷凝器70为普通设计，并包括从顶端引入冷却水的液体入口86、蒸汽入口87和蒸汽出口88，后者位于蒸汽入口和液体入口之间，排液口90位于其低端，并连到到管线94通往合适的排放装置。出口88经管92与真空泵(未示出)相联。优选以蒸汽喷射型真空泵形成真空。管92亦用作从冷凝器排出未凝结蒸汽并将其输送到合适的排放装置的作用。

下面将叙述上述系统的操作。冷凝器70，从而蒸发器单元以及夹带物分离器皆是在减压下，即小于大气压下操作。蒸发器单元的减压可通过水和氟在蒸发器容器中的闪蒸以使稀酸得到浓缩。蒸汽含有磷酸微滴和水蒸汽。蒸汽进入分离器4的较大蒸汽入口，很快地在螺旋板44的上表面围绕中心管段34移动，按螺旋路径到分离器的较大蒸汽出口。蒸汽带着夹带液滴在旋流作用的高速下通过分离器，对夹带液滴产生的离心力使其径向投射到容器壁的内表面和上述外缘槽中，从而使其与旋流移动的蒸汽分离，该蒸汽反向到达分离器的顶部并进入中心管段36。蒸汽从蒸发器容器经导管42在塔容器50和冷凝器70中由蒸汽喷射型真空泵(未示出)造成的真空的抽吸作用下排出。被旋流作用分离的部分液滴收集在螺旋板的表面上，并可沿着螺旋板向下移动到夹带物分离器入口，从那里能反回入蒸汽室32。

当蒸汽流沿导管42移动时，由泵76打入的洗涤液以喷淋头72对准喷淋。洗涤液包括主要含有氟硅酸的水溶液，并还含有磷酸和其它被洗脱的含氟化合物。所得到的蒸汽/洗涤液混合物经过FSA回收塔50，混合物在此被旋风作用分离，主要包含洗涤液和溶解的含氟化合物的液体部分被回收并经管66和80输送到循环缶80，而回收的蒸汽部分则经排出导管60输送到冷凝器70。在冷凝器70中，经液流入口86打入的冷却水冷凝所有剩余的水蒸汽及其它未冷凝氟化合物的蒸汽。冷凝物经排液口90和导管94输送到排放装置。任何仍未冷凝之蒸汽或气体经蒸汽排出口88排出系统之外。

在FSA回收容器50中，从蒸发器单元出来的蒸汽进入夹带物分离器的较大的入口(即在螺旋板62下缘和紧靠这下缘上部的螺旋板部分之间所形成的开孔)，并沿着螺旋路径快速在螺旋板上表面围绕中心管段54移动。蒸汽以高速在旋流作用下经分离器52移动，对夹带液滴产生离心力，使其很快地径向投射到容器50的内表面和其上面的螺旋缘槽中(见上述)，从而将这些液滴从旋流移动的蒸汽中分离出来，蒸汽则反向到达分离器的顶端并向下流入中心管段54。取决于蒸汽的速度，部分液滴亦可能在重力的影响下沉积在螺旋板的上表面。这些沉积的液滴以及任何收集在容器内表面的液滴在重力的作用下会落入缘槽中或者返回位于分离器下面的蒸汽室，而不是移动到中心管段54进口端的高度，其结果由于旋流作用分离出的夹带物在蒸汽到达中心管段54的上进口端时，不能与蒸汽重新组合在一起。

上面操作的结果，排出导管42中的蒸汽流中绝大部分氟化合物(基本上为FSA)作为冷凝液经夹带物分离器50从蒸汽流中分离，而未凝结的氟化合物则经管92从系统排出。

图2表明可如何将本发明修变以便提供多级洗涤。图2所示的系统与图1所示的相同，但下列措施除外：(1)回收从排出导管42来的第1级FSA液体产品，并将此产品再循环用作洗涤此排出导管中的另外的新蒸汽，和(2)从FSA塔容器50回收另外的(第2级)FSA产品，并用此FSA产品作此容器中的洗涤液、有时部分第2级FSA产品(即从FSA塔容器50中回收的FSA产品流)返到第一级FSA循环缶与用于洗涤排出导管42的蒸汽的第1级FSA产品混合。

更具体而言，在喷淋头72和FSA塔50的蒸汽入口之间的一个点上，导管100将排出蒸汽导管42与FSA循环缶68A(对于图2的实施方案之目的，缶68A在下面称为“第1级再循环缶”)联结。管100从排出导管42排出液流并将其输送到缶68A，该液流包括被吸收的氟硅酸和其它氟化合物的蒸汽加上经管线74送来的回收洗涤液(“第1级FSA产品”)。缶68A与泵76A相连，该泵的作用是从缶68A排出液体，并将其经管线74送入喷淋头72作洗涤液。用泵76A经管线84从缶68A排出的部分液体作为最终FSA产品。

在图2的实施方案中，一个或更多的喷淋102加到FSA容器50中。每个喷淋头可能包括一个或更多的喷嘴。如果每个喷淋头所包括一个以上的喷嘴，则优选将喷嘴排列成环形，以保证在容器整个截面上液/蒸汽完全接触。如果采用一个以上的喷淋头，则数个喷淋头安置在容器50的不同高度上。在不偏离本发明的原则下，喷淋头的数目以及每个喷淋头的喷嘴数目皆可在不偏离本发明的原则下变化。喷淋头定位在分离器52和与导管42连接的进口高度之间的空间内。喷淋头102供给的液体与经导管42向上流动的蒸汽呈逆流引入容器50。

在容器50底部出口回收的液体部分经管线80送入第2再循环缶68B(“第2级循环缶”)。该液体部分包含经喷淋头102送入的洗涤液和在容器50中形成的冷凝液。分离器50缘槽中收集的冷凝液亦经管线66送入缶68B。补给水亦可经管线82进入供料缶68B。第2缶68B通过第2泵76B和管线104联结到第2级喷淋头102，籍此，积累在缶68B中的液体再循环到喷淋头102，用于洗涤容器50中的蒸汽。作为一种选择，可将部分液体用泵78B经管线108返回第一级再循环缶68A。磷酸产品和FSA产品分别经管线26和84回收。

图3和4说明如何将本发明应用于利用二个蒸发器级的磷酸浓缩系统。在这些图中未将安装在蒸发器蒸汽出口导管中的喷淋头画在42A和42B之中，但显然该喷淋头象喷淋头72那样安装在那些导管中。同样，某些其它部件，例如泵8被略去，只是为了简化图。但是，显然图3和4所示的设备包括基本的操作部件，例如泵8或经管线6和10再循环的酸液的加热装置以及类似于冷凝器70的若干冷凝器和类似于与冷凝器连接的真空泵的真空装置。

图3表明一种利用两个蒸发器容器2A和2B和两个单级FSA回收系统的酸浓缩方法，使本发明具体化。

优选的蒸发器2A和2B在其顶端设有夹带物分离器段，类似于图1所示蒸发器2的具体方案。

在图3的系统中，从第1蒸发器2A回收的酸液产品经管线26A送入第2蒸发器2B进一步浓缩。在第1蒸发器2A中闪蒸所产生的蒸汽经蒸汽排出导管42A送入夹带物分离器50A。导管42A中排出的部分液体经管线100A送入再循环缶68C。来自夹带物分离器容器50A的液体经管线66A和80A送入再循环缶68C，从该缶用泵76C回收液体，并经管线74A作为洗涤液送入喷淋头(未示出)，它与上述喷淋头72一样位于导管42A中。来自分离器容器50A出来的蒸汽送入类似于冷凝器70的冷凝器(未示出)中。

在蒸发器2B中产生的浓酸经管线26B回收并送往贮缶。来自蒸发器2B的蒸汽流在导管42B中被洗涤，再进入第2夹带物分离器容器50B。导管42B中的部分液体经管线100B排出，并送入再循环缶68D。冷凝液从分离器50B经管线66B和80B回收并送入再循环缶68D。缶68D中的液体用泵76D经管线74B送入位于导管42B中按喷淋头72方式放置的喷淋头(未示出)中，并在其中起洗涤液的作用。缶68D中剩余的液体经管线84B送入缶68C，使送入导管42A的洗涤液富集氟的含量。FSA产品从缶68C经管线84A回收。

图4表示的酸浓缩方法类似于图3，但每个双级FSA回收系统配套一台蒸发器。在这种情况下，缶68E和68G相当于图2的缶68A，而缶68F和68H则相当于图2的缶68B。与之类似，泵76E和76G相当于图2的泵76A，泵76F和76H相当于图2的泵76B。聚集在再循环缶68F中的液体用泵76F经管线104A打入夹带物分离器50A中的一个或多个喷淋头102A，而聚集在缶68H中的液体则用泵76H经管线104B打入夹带物分离器50B的一个或多个喷淋头102B。如图3之实施方案一样，最终FSA产品从缶68E经管线84A回收，酸产品从蒸发器2B经管线26B回收。

在图1-4的实施方案中，含有氟化合物，主要是氟硅酸但也含有其它氟化合物，例如氟化氢的洗涤液，根据系统所用之真空度，会保持在大约100-150°F。在包含2个蒸发器级的系统中，通常第1级和第2级在不同的真空度和不同的温度范围内操作，因为被浓缩酸中P₂O₅的含量不同。在任何情况下，每级洗涤液的温度最好与被洗涤的蒸汽的温度基本相同。洗涤液的温度的提高，足以使在导管42，42A和42B中所发生的水蒸汽冷凝减到最小，然而蒸汽中的氟化合物也充分被吸收。通常使用的真空大于22英寸汞。采用22-28英寸汞的真空要求的温度约为100-150°F。

通常，将洗涤液中溶解的氟化合物的浓度保持在大约25％(以FSA计)以下是适当的，以获得良好的洗涤效率，其条件是FSA回收系统只采用一个洗涤级，即图1和3的系统。如果再循环洗涤液中氟化合物，例如氟硅酸或其盐类的浓度过高，则液体中氟化合物的蒸汽压就变成足够大，以致在单个洗涤级中去除的氟量将减少。一般说来，要在高浓再循环液体和很稀的液体之间保持一种折中使得一方面不需处理大体积的氟化合物稀水溶液，另一方面又不使过量的氟化合物流失到冷凝液中。但是，应认识到在某些情况下，采用氟硅酸大于25％的洗涤水溶液亦可能是恰当的，即使氟的回收不那么有效。优选采用双级FSA洗涤系统，如图2和4所示，因为这种系统可使氟化合物的回收达90-95％的范围。

图5表示本发明的另一种实施方案，该方案用于类似于美国专利NO.3,273,713中所示的普通FSA回收系统。在这种情况下，用于分离从第1或第2级蒸发器排出的蒸汽中的FSA产品的普通的洗涤塔或容器，例如美国专利3,273,713所示的洗涤塔17A或17B，经改进将该塔与旋流式夹带物分离器配接，后者的结构及特性类似于图1描述的分离器。更具体地说，普通洗涤容器140(类似于美国专利NO.3,273,713所示的17A和17B)的顶部蒸汽出口与类似于图1所示的容器50的夹带物分离器144连接。洗涤器容器140拥有一个或多个喷淋头146(与喷淋头102相当)，其位置使洗涤液喷入正好位于与蒸汽导管42相连的容器蒸汽进口上面的蒸汽室中。洗涤液从容器140经管线148回收，管线148从容器的底部出口连到再循环缶68。在此缶中溶液用泵76经管线150送到喷淋头146，FSA产品则经管线152回收。如果如美国专利NO.3,273,713所示，如果洗涤器是双蒸发器系统第二级的一个部分，则管线152可用于从缶68E将溶液输送到与第一级蒸发器相连的洗涤器中，如该专利所设想那样，其目的在于减小二氧化硅沉淀的可能性。

在图5的实施方案中，在洗涤塔140进行逆流洗涤后的剩余蒸汽进入夹带物分离器容器144，在其中对所夹带的液体进行旋流分离。容器144拥有螺旋板/缘槽结构154，类似于图1所示的夹带物容器50中的结构。夹带物分离器容器144中围绕螺旋板的缘槽所收集的夹带液的冷凝液经回收并经管线156返回到缶68。分离后的蒸汽从来自夹带物分离器容器144的分离后的蒸汽经排出导管158送入冷凝器(未示出)，它类似于美国专利NO.3,273,713所示的26A，26B。

图5的实施方案对于将本发明应用于现有磷酸浓缩系统是有利的，该系统如美国专利NO.3,273,713所示采用普通洗涤器回收FSA。将现有的FSA回收设备的普通洗涤器用夹带物分离器按图5所示的方案加以改进所带来的优点在于，能在现有的洗涤器中采用高的蒸汽流速而不会影响FSA的总回收效率。

兹列举下面几个例子说明本发明。这些具体例子不应看作是对所附权利要求中所界定的本发明的限制。浓度以重量制表示。例1

本例采用图1所示的FSA回收系统。稀磷酸(约27％P₂O₅和2.5％氟)连续进入蒸发器2，其操作压力约为3英寸汞柱绝对压力，温度约为185°F。在蒸发器中稀磷酸受到闪蒸，其结果产生两股物流：(a)从蒸发器2经排出导管42排出的蒸汽流含有高达3.5％氟化合物；和(b)经管线26从蒸发器排出的浓酸(约54％P₂O₅)产品流。排出导管42的直径约为6英尺，导管中蒸汽流速在150-250英尺/秒。出口导管42中的蒸汽在该导管中用水溶液形式的洗涤液(主要含有氟硅酸和较少量其它氟化合物，例如SiF₄和HF)洗涤，洗涤液经管线74和喷淋头72送入。经管线74送入之洗涤液中氟化合物浓度约为25％(以FSA计)，送入流量约为1100加仑/分。进入夹带物分离器容器50的洗涤过的蒸汽中的氟浓度降至0.8％。夹带物分离器容器50的操作压力约为2.5英寸汞柱绝对压，高度为36英尺，内径为16英尺。夹带物分离器52排出的和进入气压冷凝器70的蒸汽流含有约0.8％氟。缶68中液体的温度约为120°F，按要求加入补给水，使缶68中氟浓度(以FSA计)约为25％。这种25％FSA产品的一部分经管线84回收，而剩余部分则再循环到导管42中的喷淋头72。应该指出，送入管线74和84的水溶液很少含或不含磷酸。从蒸发器经导管42流出的蒸汽的大约75％的氟含量(以FSA计)经喷淋和夹带物分离器回收。例2

本例采用示于图2的双FSA回收系统。蒸发器和夹带物分离器的操作条件与例1相同。同样，磷酸料液中P₂O₅浓度，从缶68A回收的FSA产品中氟化合物浓度，从蒸发器容器排入导管42的蒸汽中氟浓度，由导管42送入夹带物分离器容器50的蒸汽中氟浓度皆与例1相同。但是，从夹带物分离器送入冷凝器70的蒸汽含有约0.1％氟，管线104和108中氟浓度按FSA计约为15％，以及缶68A和68B中液体的温度分别为120°F和110°F。进入导管42的蒸汽的氟化合物含量的95％被喷淋和夹带物分离器回收。例3

本例采用示于图3的FSA回收系统。蒸发器2A和2B的尺寸相近。出口导管42A和42B的尺寸亦相近。稀磷酸(约27％P₂O₅和2.5％氟)连续送入蒸发器2A，其操作压力约为6.5英寸汞柱绝对压，温度约为185°F。第2蒸发器2B的操作温度与之相同，但压力约为3.0英寸汞柱绝对压。夹带物蒸发器50A和50B的尺寸相近、操作压力分别为6.0和2.5英寸汞柱绝对压。从蒸发器2A回收的两股出口物流为(1)含有约2.7％氟的进入导管42A的蒸汽流；和(2)从蒸发器经管线26A排出的浓缩酸产品流(40％P₂O₅)。排出导管42A的直径为6英尺，其中蒸汽的流速在150-250英尺/秒。排出导管42A中的蒸汽在该管中用氟硅酸水溶液形式的洗涤液洗涤，该洗涤液经管线74A和置于该导管中的喷淋头送入，后者类似于喷淋头72。经管线74送入的洗涤液中的氟浓度约为25％(以FSA计)。在经管线100去除液体之后，洗涤后的蒸汽进入夹带物容器50A，其中氟含量降至1.5％。容器50A和50B的高度皆为36英尺，内径为16英尺。离开夹带物分离器50A并进入气压冷凝器70A的蒸汽流含有大约1.5％氟。从分离器容器50A经排液管线66A和底部管线80A回收并在缶68C中贮存的冷凝液中的氟化合物浓度约为25％FSA，其温度约为140°F。补给水按要求加入到缶68D，使送入喷淋头74A的洗涤液中FSA的浓度和FSA产品的浓度保持在大约25％。蒸发器2A的40％酸产品在蒸发器2B中浓缩到约54％P₂O₅。从蒸发器容器2B经导管42B排出的蒸汽含氟约为5.0％，但与经管线74B送入导管42B中的洗涤液接触之后，蒸汽中氟浓度降至大约0.15％。从冷凝器70B流出的蒸汽流中氟含量大约为0.15％。缶68D中回收的液体中氟含量约为15％FSA。此液体之一部分在导管42B中用作洗涤液，剩余部分用泵76D送入缶68C。从蒸发器2A和2B流出蒸汽的氟含量的约70％通过喷淋和夹带物分离器50A和50B回收，而管线84A中的产品流之FSA浓度约为25％。例4

本例采用示于图4的双蒸发器和双FSA回收系统。两个蒸发器和两个夹带物分离器的操作条件与例3的相同。同样，导管42A和42B和容器2A和2B，50A和50B的尺寸亦与例3的相同。稀磷酸(约27％P₂O₅和2.5％氟)连续进入蒸发器2A。从蒸发器2A经排出导管42A回收的蒸汽流含有2.7％氟，经管线26A回收的酸产品流的磷酸浓度约为40％P₂O₅。经管线74A送入出口导管42A中的洗涤液的氟化合物浓度约为25％FSA。经管线100去除液体之后的剩余蒸汽中的氟含量约为1.5％。离开夹带物分离器容器50A，并进入气压冷凝器70A的蒸汽流约含0.55％氟。从分离器容器50A经排液管线66A和底部管线80A回收并贮存于缶68F中的冷凝液中FSA的浓度约为20％，其温度约为140°F。缶68F中液体的一部分经管线104A再循环到分离器容器50A中的喷嘴102A，剩余部分再循环到从导管42A经管线100收集液体的缶68E中。缶68E中液体的一部分经泵76E和管线74A再循环到导管42A中之喷淋头，以洗涤此导管内之蒸汽流，而剩余部分则经管线84A引出作为FSA产品。

约含54％P₂O₅的磷酸产品从蒸发器2B经管线26B回收。从蒸发器2B进入导管42B的蒸汽约含5.0％氟。在导管42B中洗涤之后进入夹带物分离器容器50B的蒸汽的氟含量约为0.15％。从夹带物分离器容器50B回收于缶68H中的冷凝液的FSA浓度约为1.0％，其温度约为110°F。缶68H中液体的一部分返回到容器50B的内喷淋头102B，而剩余部分则返回到缶68G，其中FSA浓度为约12.5％温度维持在120°F。缶68G中液体之一部分送入导管42B中之喷淋头，而剩余部分则经管线84B返回到缶68F。从蒸发器2A和2B流出蒸汽的约90％氟含量作为FSA产品回收。

本发明的基本优点是利用便于回收FSA的夹带物分离器使有可能提高蒸汽流速，从而增大FSA回收级(或多级)的蒸汽通过量。同样，类似于美国专利NO.3,273,713所描述的那类FSA回收系统需要大的洗涤容器，后者昂贵而且限制蒸汽能被洗涤的流速。本发明用较小且较不昂贵的夹带物分离器代替大洗涤器从而克服了上述限制。本发明用实例的方式表明可用高约36英尺，直径为16英尺的夹带物分离器容器代替典型的总高度为42英尺，直径约为22.5英尺的FSA洗涤容器(例如Parish的美国专利NO.3,273,713中所公开之方法中采用的容器)，并能达到相当的FSA回收。更具体而言，本发明可用低的设备投资费用取得至少与Parish方法相同的FSA回收效率。优选采用示于图2和4的双级FSA回收系统，因为它能相当大地增加回收的氟化合物量。本发明的另一优点是它提示(图5)，用将各个洗涤器的蒸汽出口与上述类型的夹带物分离器相组合的方式对现有的含有洗涤器的FSA回收系统加以改造，其结果会使通过洗涤器的蒸汽流速(从而使其通过量)增加而又不使氟化合物回收的百分率下降(事实上，利用图5所示的夹带物分离器与普通洗涤器的组合方式可增加回收的氟化合物的总量)。

很明显，在不偏离本发明之原理和范围下，如上所示可对发明作很多变更和改变。例如，示于图1的虚线100表明，在导管42和缶68之间可连续排液管线以提高洗涤液的回收。同样，图2，4和5所示的洗涤器/夹带物组合设备除用于涉及磷酸或氟化合物过程外，还可用于其它不同的过程中。因此，只有那些在说明书后的权利要求中指明的限制才是强加的。

Claims (12)

1.一种浓缩以“湿法”生产的磷酸的方法，其中该酸经浓缩，并产生含有水蒸汽和含有主要以HF和SiF₆形式存在的氟化合物的蒸汽，接着该蒸汽被回收，并使其与选定的液体相接触以吸收该氟化合物，该方法的改进包括使蒸汽经排出导管进入旋流式夹带物分离器；将选定的液体喷入该排出导管，以与该蒸汽相接触；以及从该夹带物分离器分别回收氟化合物含量已降低的蒸汽部分和富集有所吸收的氟化合物的液体部分。

2.根据权利要求1的方法，其中所述选定液体的至少一部分包括该液体部分。

3.根据权利要求1的方法，其中旋流式夹带物分离器为容器的一部分，该容器还具有与该夹带物分离器连接的蒸汽洗涤段，蒸汽经排出导管进入该蒸汽洗涤段，接着该蒸汽洗涤段中之蒸汽被喷入该蒸汽洗涤段以与该蒸汽相接触的另一选定液体所洗涤。

4.根据权利要求1的方法，还包括部分回收液体部分的步骤。

5.根据权利要求4的方法，还包括将液体的另一部分再循环到排出导管以用作选定液体或选定液体的一部分步骤。

6.一种浓缩以“湿法”制备的磷酸的方法中，其中该酸在真空下于浓缩器中浓缩，并产生含有水蒸汽和含有主要以HF和SiF₆形式存在的氟化合物的蒸汽，接着该蒸汽用液体洗涤以吸收该氟化合物，该方法的改进包括使来自浓缩器的蒸汽经排出导管进入旋流式夹带物分离器；将选定的液体喷入该排出导管以与该蒸汽接触，从而使氟化合物被该液体吸收以形成富集液体；从该夹带物分离器分别回收未被吸收的第一蒸汽物流和富集的液第二物流；以及将该富集液的一部分再用作蒸汽的洗涤液。

7.一种为洗涤蒸汽流以从该物流中去除所选定的化合物的设备，该设备包括：

具有上端和下端以及界定的室的容器；

该容器的第一开口将含有选定化合物的蒸汽引入该室，而该选定的化合物为应通过洗涤作用被去除之化合物，该第一开口位于该容器的上端和下端之间的第一选定水平高度上；

该容器的第二开口将气体流排出该室，该第二开口位于该容器上端和该第一水平高度之间的第二选定水平高度上；

该容器的第三开口将液体流排出该室，该第三开口位于该第一开口之下的第三选定水平高度上；

在该容器上端和第一开口水平高度之间的室内的喷淋装置将液体洗涤介质引入该室，其流向与经第一开口引入的蒸汽流呈逆流，以完成所选定化合物的洗涤；以及

位于喷淋装置和第二开口之间的定义为夹带物分离器的装置，在蒸汽上升到高于该喷淋装置水平时以完成蒸汽中夹带的液体洗涤介质和任何选定化合物的分离，该夹带物分离器包括如下两种装置：(i)与第二开口相连的蒸汽排出管线以从该分离器排出蒸汽；(ii)与第三开口相连的液体排出管线，以使夹带于该蒸汽中的经分离器的作用被分离出的液体经第三开口从该容器排出。

8.在一种浓缩磷酸的系统中，其中来自浓缩酸蒸发器单元的蒸汽流出物中含有未冷凝的氟化合物，该系统中的一种为洗涤该流出物以从该流出物中去除所选定的化合物的设备，该设备包括：

具有上端和下端以及界定的室的容器；

该容器的第一开口将蒸汽流引入该室，该第一开口位于该容器的上端和下端之间的第一选定水平高度上；

该容器的第二开口将蒸汽流排出该室，该第二开口位于该容器上端和该第一水平高度之间的第二选定水平高度上；

该容器的第三开口将液体流排出该室，该第三开口位于该第一开口之下的第三选定水平高度上；

在该容器上端和第一开口水平高度之间的室内的喷淋装置将液体洗涤介质引入该室，其流向与第一开口引入的蒸汽流呈逆流，以完成所选定化合物的洗涤；以及

位于喷淋装置和第二开口之间的定义为夹带物分离器的装置，在蒸汽上升到高于该喷淋装置水平时以完成蒸汽中夹带的液体洗涤介质和任何选定化合物的分离，该夹带物分离器包括如下两种装置：(i)与第二开口相连的蒸汽排出管线以从该分离器排出蒸汽；(ii)与第三开口相连的液体排出管线，以使夹带于该蒸汽中的经分离器的作用被分离出的液体经第三开口从该容器排出。

9.在以“湿法”生产的稀磷酸的浓缩方法中，其中该稀酸在真空下于第一浓缩器中浓缩，产生第一较浓的酸液流和含有水蒸汽和含有主要以HF和SiF₆形式存在的氟化合物的第一蒸汽流，接着该第一浓酸液流在真空下于第二浓缩器中浓缩，产生第二更高浓的酸液流和含有水蒸汽和氟化合物的第二蒸汽流，再接着该第一和第二蒸汽流用液体洗涤以吸收该氟化合物，该方法的改进包括：使第一和第二蒸汽流经第一和第二排出导管分别进入第一和第二夹带物分离器；将第一和第二洗涤液分别喷淋入第一和第二排出导管，使其与第一和第二蒸汽流接触；从第一夹带物分离器中回收未被吸收的第一蒸汽流和含有冷凝氟化合物的第一液流；从第二夹带物分离器中回收未被吸收的第二蒸汽流和含有冷凝氟化合物的第二液流；将该第一液流的一部分再循环到第一排出导管用作第一洗涤液；以及将该第二液流的一部分再循环到第二排出导管用作第二洗涤液。

10.根据权利要求9的方法，其中第二液体的一部分与第一液体混合，以形成第一洗涤液。

11.根据权利要求9的方法，其中该第一夹带物分离器是与其相连的第一容器的一部分，该容器经第一导管从第一浓缩器接收蒸汽，其次还包括将第三洗涤液喷入该第一容器的步骤，以对来自第一浓缩器的蒸汽在其进入第一夹带物分离器之前对其完成进一步洗涤。

12.根据权利要求11的方法，其中该第二夹带物分离器是与其相连的第二容器的一部分，该容器经该容器导管从第二浓缩器接收蒸汽，其次还包括将第三洗涤液喷入该第二容器的步骤，以对来自第二浓缩器的蒸汽在其进入该第二夹带物分离器之前对其完成进一步洗涤。

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