CN1857996A - 用于生产高纯磷酸的节能型磷反应塔 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于生产高纯磷酸的节能型磷反应塔。密闭立式塔体周壁是多根不锈钢管与翅片间隔焊接形成的环形膜式水冷壁，环形膜式水冷壁上端依次与上集箱和上锥形封头相接，上锥形封头端部开有烟气出口管，环形膜式水冷壁下端依次与下集箱和下锥形封头相接；密闭立式塔体下部侧壁倾斜装有喷磷枪接口管，密闭立式塔体底部是与下集箱相连的裙式底座，集汽管两端分别与汽水分离装置和上集箱相连，下降管两端分别与汽水分离装置和下集箱相连；汽水分离装置设有蒸汽出口管和冷水入口管。本发明实现了对磷酸生产过程的余热回收，系统有效热利用率大为提高，可达50％以上，所生产磷酸的纯度可达99％以上；同时膜式水冷壁结构较为简单，便于加工。
Description
技术领域
本发明涉及反应塔，尤其是涉及一种用于生产高纯磷酸的节能型磷反应塔。
背景技术
近年来，随着工业的发展和人民生活水平的提高，高纯磷酸的需求量越来越大。然而目前的高纯磷酸生产，为减缓P2O5高温烟气对设备的腐蚀，所用燃磷塔的周壁都布置了上下两个水冷夹套，以降低壁面温度。通常夹套进口循环水温约35℃，出口水温约50～55℃，这种低温的余热在工业上不但无法利用，反而要配置庞大板式换热器及额外的蒸汽锅炉，以冷却循环水和熔化固态磷。一方面造成能源的浪费，导致高的生产成本；另一方面对环境也造成热污染。因此从节能与环保角度考虑，有必要将现常规夹套燃磷塔改造成具有余热回收功效的节能型磷反应塔，有关这方面的研究已越来越受到国内外磷化工行业的重视。其中日本小林敏司发明的以干燥空气作为氧化剂的磷反应塔是较具代表性的一种，该设备筒体由水冷壁构成，烟气出口颈缩且配有对流蒸发管，可共同回收余热获取高品位热能。但该设备运行过程内壁温度必须控制在360℃以上，否则五氧化二磷烟气会凝华附着在塔壁上，影响传热和减小烟气通道的有效面积，且该设备只能用干燥空气参与黄磷燃烧，因此必须有干燥装置相配套，导致系统能耗偏大。美国Hudson开发了U型结构的磷反应塔，它的燃烧和水合分别在U形炉膛两端进行，这一方面保证炉膛下部有较长的反应空间，使反应充分进行，另一方面能利用一个设备同时获得超磷酸和正磷酸两种产品；设备左右两端的连接通道处设置了一个盘管换热器，内部通入35atm的增压水来吸收磷燃烧热。该设备对进塔空气的湿含量要求严格，只有当H2O和P2O5的摩尔比保持在0.6到0.9之间时，才会在金属壁面形成超磷酸保护膜，但这种超磷酸保护膜因自身也具有腐蚀性，因此并不能从根本上抑制腐蚀。此外，德国伍德公司开发了直接利用普通空气参与黄磷燃烧的反应塔，该设备在常规燃磷塔内部放置一换热器，同时保留原有循环水冷却夹套；生产过程要求换热管表面温度不高于538℃，以形成聚磷酸保护膜减缓腐蚀。由于该设备的内置换热器占据了燃烧空间，不仅使设备相对庞大，而且增加设备投资，且保留常规夹套，有效余热回收率也不会太高。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于生产高纯磷酸的节能型磷反应塔。它在满足正常高纯磷酸产量、质量要求的前提下，能回收黄磷燃烧热，副产饱和蒸汽，满足自身系统及其他生产、生活设施所需热量。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
包括密闭立式塔体、汽水分离装置、集汽管、下降管和裙式底座。密闭立式塔体周壁是多根不锈钢管与翅片间隔焊接形成的环形膜式水冷壁，环形膜式水冷壁上端依次与上集箱和上锥形封头相接，上锥形封头端部开有烟气出口管，环形膜式水冷壁下端依次与下集箱和下锥形封头相接；密闭立式塔体下部侧壁倾斜装有喷磷枪接口管，密闭立式塔体底部是与下集箱相连的裙式底座，集汽管两端分别与汽水分离装置和上集箱相连，下降管两端分别与汽水分离装置和下集箱相连；所述的汽水分离装置设有蒸汽出口管和冷水入口管。
所述的上锥形封头外表面焊有通入低温的循环冷却水介质半管夹套。
所述的喷磷枪接口管是由直径不同的同轴圆管构成的、内管通液态磷和外管通压缩空气的套管，。
同常规夹套燃磷塔相比本发明具有的有益效果是：
(1)将水冷夹套换成膜式水冷壁后，实现了对高纯磷酸生产过程的余热回收，系统有效热利用率大为提高，可达50％以上；同时膜式水冷壁结构较为简单，便于加工制造。
(2)整个燃磷塔重量采用裙座支撑。工作时炉体的热膨胀可向上自由伸展。此外集汽管两端与汽包及上集箱的连接、下降管两端与汽包及下集箱的连接都设有弯头，可作为热补偿器，自动补偿各部件热膨胀量不一致的差别。
(3)根据各组成部件的功能与生产要求不同，合理选材，在确保安全的前提下，兼顾了设备经济性。其中膜式水冷壁、喷磷枪、集汽管、上下集箱、上下封头都采用抗磷酸及其聚合物腐蚀的超低碳不锈钢制造，汽水分离装置、裙座等其它部件则采用普通碳素结构钢制造。
因此该节能型磷反应塔能充分满足工艺要求，保证磷的燃烧，产生足量P2O5烟气，所生产磷酸的纯度可达到99％以上。
附图说明
附图是本发明的结构原理示意图。
图中：1、密闭立式塔体，1.1、烟气出口管，1.2、上锥形封头，1.3、环形膜式水冷壁，1.4、下锥形封头，1.5、上集箱，1.6、喷磷枪接口管，1.7、下集箱，2、汽水分离装置，2.1、冷水入口管，2.2、蒸汽出口管，3、集汽管，4、下降管，5、裙式底座。
具体实施方式
如附图所示，本发明包括密闭立式塔体1、汽水分离装置2、集汽管3、下降管4和裙式底座5。密闭立式塔体1周壁是多根不锈钢管与翅片间隔焊接形成的环形膜式水冷壁1.3，环形膜式水冷壁1.3上端依次与上集箱1.5和上锥形封头1.2相接，上锥形封头1.2端部开有烟气出口管1.1，环形膜式水冷壁1.3下端依次与下集箱1.7和下锥形封头1.4相接；密闭立式塔体1下部侧壁倾斜装有喷磷枪接口管1.6，密闭立式塔体1底部是与下集箱1.7相连的裙式底座5，集汽管3两端分别与汽水分离装置2和上集箱1.5相连，下降管4两端分别与汽水分离装置2和下集箱1.7相连；所述的汽水分离装置2设有蒸汽出口管2.2和冷水入口管2.1。
所述的上锥形封头1.2外表面焊有通入低温的循环冷却水介质半管夹套。
所述的喷磷枪接口管1.6是由直径不同的同轴圆管构成的、内管通液态磷和外管通压缩空气的套管，。
工作过程中，液态单质磷与助燃空气在压缩空气的作用下，经喷磷枪接口管1.6自动进入节能型反应塔的塔体1内燃烧，在生成五氧化二磷的同时释放出大量热能。这些热能以辐射换热方式被设置于膜式水冷壁1.3的循环水吸收。水冷壁1.3内的水因吸收热量而汽化，形成汽水混合的两相流体，它的密度要比位于同一水平面的下降管4内的水密度小，这种密度差形成了工作介质在汽水分离装置2-下降管4-下集箱1.7-水冷壁1.3-上集箱1.5-集汽管3-汽水分离装置2之间自然循环的驱动力。节能型反应塔回收余热生产的蒸汽最后经汽水分离后排出。底部裙座5还可兼作下锥形封头1.4的冷却水箱。
Claims (3)
1.一种用于生产高纯磷酸的节能型磷反应塔，其特征在于：包括密闭立式塔体(1)、汽水分离装置(2)、集汽管(3)、下降管(4)和裙式底座(5)；密闭立式塔体(1)周壁是多根不锈钢管与翅片间隔焊接形成的环形膜式水冷壁(1.3)，环形膜式水冷壁(1.3)上端依次与上集箱(1.5)和上锥形封头(1.2)相接，上锥形封头(1.2)端部开有烟气出口管(1.1)，环形膜式水冷壁(1.3)下端依次与下集箱(1.7)和下锥形封头(1.4)相接；密闭立式塔体(1)下部侧壁倾斜装有喷磷枪接口管(1.6)，密闭立式塔体(1)底部是与下集箱(1.7)相连的裙式底座(5)，集汽管(3)两端分别与汽水分离装置(2)和上集箱(1.5)相连，下降管(4)两端分别与汽水分离装置(2)和下集箱(1.7)相连；所述的汽水分离装置(2)设有蒸汽出口管(2.2)和冷水入口管(2.1)。
2.根据权利要求1所述的一种用于生产高纯磷酸的节能型磷反应塔，其特征在于：所述的上锥形封头(1.2)外表面焊有通入低温的循环冷却水介质半管夹套。
3.根据权利要求1所述的一种用于生产高纯磷酸的节能型磷反应塔，其特征在于：所述的喷磷枪接口管(1.6)是由直径不同的同轴圆管构成、内管通液态磷和外管通压缩空气的套管。
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