CN207680074U - 一种高纯硒减压精馏提纯装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种高纯硒减压精馏提纯装置，属于高纯材料提纯装置技术领域。所述装置包括原料釜，精馏柱，产品单元，尾气处理单元以及真空单元；所述原料釜上设置有进料口，所述精馏柱内从下到上设置有大直径填料层，中空层以及小直径填料层；所述产品单元包括产品分流管以及产品釜；所述尾气处理单元包括尾气管以及废料收集瓶；所述真空单元包括抽气管以及真空系统，所述抽气管通入废料收集瓶；所述原料釜、大直径填料层、中空层、小直径填料层、产品分流管、产品釜外部设置有加热系统。本实用新型硒减压精馏提纯装置精馏柱设置两段填料层，并带有外置回流管型，可以有效解决现有提纯装置无法有效分离低沸点杂质、生产效率低等技术难题。

Description

一种高纯硒减压精馏提纯装置

技术领域

本实用新型属于高纯材料提纯装置技术领域，特别涉及一种高纯硒减压精馏提纯装置，本实用新型装置应用于99.999％、99.9999％高纯硒的生产。

背景技术

硒是半金属，在元素周期表中属6A族，原子序数34，原子量78.96。红色的单斜晶体和灰色的六方晶体是硒的同素异形体，红硒在受热后，会迅速变成灰硒，灰硒的熔点为217℃。灰硒的重要特征是它具有典型的半导体性能，用于无线电的检波和整流。硒整流器具有耐高温、耐负荷、电稳定性好等特点。硒对光非常敏感，据测定，在充足阳光照射下，硒的导电率比黑暗时大一千倍，硒被用于制造光敏电阻和光电管，在自动控制、电视制造等方面有着广泛的用途。

硒是一种重要的半导体材料，高纯硒主要用于电子、医疗领域，如半导体器件、光电及热电器件、含硒太阳能电池、激光器件、激光和红外光导材料等。硒的化合物应用较为广泛，如硒化锌，硒化锌材料应用于制作全反射镜、半反射镜、扩束镜、平场透镜、中红外镜片、远红外10.6um/CO₂大小功率激光器上各种平凸透镜、凸凹月牙切割透镜等，广泛应用于激光、医学、天文学和红外夜视等领域中。随着对各种含硒材料纯度要求的提高以及控制杂质的种类增加，对高纯硒的纯度要求越来越高。如半导体材料要求硒中各杂志含量均小于0.1ppm。未来硒在国民经济中的重要地位依然较为突出，市场需求稳步上升，如何利用有限的硒资源制备高纯硒，是迫在眉睫。

硒的提纯方法较多，主要包括蒸馏法、结晶法、化学法和联合法。工业上，单级蒸馏主要应用于对于硒中金属杂质的初步，生产纯度不高于4N，而精馏是制备高纯硒应用最为广泛的方法。精馏提纯分为常压精馏、减压精馏、加压精馏，高纯硒采用减压精馏。现有减压精馏提纯装置精馏柱为一段填料层、无外置回流管等，存在以下主要问题：

1、生产效率低：为防止精馏柱内出现液泛现象，通过降低原料釜温，减少蒸发量。

2、对原料要求较高：低沸点杂质较高的硒原料，如汞、硫，分离效果差，一段填料层有效分离高沸点杂质，低沸点杂质跟随硒液体进入产品釜内，影响产品质量。

实用新型内容

为解决现有硒减压精馏提纯装置存在问题，本实用新型提供两段填料层，并带有外置回流管的减压精馏提纯装置，可以有效解决现有硒减压精馏提纯装置无法有效分离低沸点杂质、生产效率低等技术难题。

本实用新型目的通过以下技术方案来实现：

一种高纯硒减压精馏提纯装置，所述装置包括原料釜，精馏柱，产品单元，尾气处理单元以及真空单元；

所述原料釜上设置有进料口；

所述精馏柱内从下到上设置有大直径填料层，中空层以及小直径填料层；

所述产品单元包括与精馏柱中空层连通的产品分流管以及与产品分流管连通的产品釜；

所述尾气处理单元包括与精馏柱顶部连通的尾气管以及废料收集瓶；

所述真空单元包括抽气管以及与抽气管连通的真空系统，所述抽气管通入废料收集瓶；

所述原料釜、大直径填料层、中空层、小直径填料层、产品分流管、产品釜外部设置有加热系统。

作为本实用新型所述一种高纯硒减压蒸馏提纯装置的一个具体实施例，所述装置还包括对加热系统进行控制的温度控制器以及对真空单元进行控制的真空控制器。

作为本实用新型所述一种高纯硒减压蒸馏提纯装置的一个具体实施例，所述装置还设置有与原料釜连通的外置回流管，且外置回流管通过放料三通阀与中空层及产品分流管连通。

作为本实用新型所述一种高纯硒减压蒸馏提纯装置的一个具体实施例，所述外置回流管外部设置有加热系统。

作为本实用新型所述一种高纯硒减压蒸馏提纯装置的一个具体实施例，所述加热系统为电阻丝加热带以及其外部包裹的保温材料构成。

作为本实用新型所述一种高纯硒减压蒸馏提纯装置的一个具体实施例，所述电阻丝加热带上设置有热电偶，热电偶和电阻丝通过总电源开关接入温度控制器。

作为本实用新型所述一种高纯硒减压蒸馏提纯装置的一个具体实施例，所述抽气管上设置有放气三通阀，且放气三通阀上设置有氩气管。

作为本实用新型所述一种高纯硒减压蒸馏提纯装置的一个具体实施例，所述原料釜底部设置有残料放料管，所述产品釜底部设置有产品放料管。

作为本实用新型所述一种高纯硒减压蒸馏提纯装置的一个具体实施例，所述废料收集瓶内装有小直径填料。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型高纯硒减压精馏提纯装置将精馏柱内的填料层分作两段，并带有外置回流管可以防止精馏柱内出现泛液现象，使蒸发量增大，有效提高生产效率；同时还可以实现低沸点杂质和硒液体的有效分离，解决现有的一段填料层无法有效分离低沸点杂质的问题，显著提高硒产品的纯度。

附图说明

图1为本实用新型高纯硒减压精馏提纯装置的结构示意图。

附图标记：1-残料放料管，2-原料釜，3-进料口，4-大直径填料层，5-中空层，6-小直径填料层，7-尾气管，8-抽气管，9-废料收集瓶，10-放料三通阀，11-外置回流管，12-产品分流管，13-产品釜，14-产品放料管，15-放气三通阀，16-氩气管，17-真空系统，18-精馏柱。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

下面结合具体结构及原理对本实用新型高纯硒减压精馏提纯装置进行详细解释说明。

一种高纯硒减压精馏提纯装置，所述装置包括原料釜2，精馏柱18，产品单元，尾气处理单元以及真空单元。

本实用新型高纯硒减压精馏提纯装置中，原料釜2用来提供放置原料硒的容器，防止硒在蒸馏过程中受到污染，保证物料的纯度；精馏柱18作为硒提纯的主要部件，其内堆填这不规则的填料，可以使气液两相达到良好的传质效果；产品单元用来对硒减压整理的产品进行收集，尾气处理单元用来对尾气进行处理；真空单元提供硒减压精馏提纯所需要的减压环境，保证减压精馏的正常运行，达到硒进行提纯的目的。

具体地，所述原料釜2上设置有进料口3。原料通过进料口3装入原料釜2内，当原料硒放置完毕以后，进料口3采用盲板在抽真空条件下进行密封。

所述精馏柱18内从下到上设置有大直径填料层4，中空层5以及小直径填料层6。为了消除避流和沟通现象，本实用新型将精馏柱18内的将填料层分作两段，分别为大直径填料层4、小直径填料层6，可以防止精馏柱18内出现泛液现象，使蒸发量增大，有效提高生产效率；同时还可以实现低沸点杂质和硒液体的有效分离，解决现有的一段填料层无法有效分离低沸点杂质的问题，显著提高硒产品的纯度。

所述产品单元包括与精馏柱18中空层5连通的产品分流管12以及与产品分流管12连通的产品釜13。提纯后的硒在产品分流管12内由气相转化为液相后流至产品釜13内；产品釜13为高纯硒产品的存放容器，其对原料硒没有污染，保证物料的纯度。

所述尾气处理单元包括与精馏柱18顶部连通的尾气管7以及废料收集瓶9；尾气管7用来对尾气的走向进行控制，并将尾气通入废料收集瓶9内进行处理。进一步，所述废料收集瓶9内装有小直径填料，收集尾气内残留物料，避免污染真空系统17。填料的具体种类可以根据使用需求来选定，只要能实现本实用新型对尾气进行吸收处理的目的即可。

所述真空单元包括抽气管8以及与抽气管8连通的真空系统17，所述抽气管8通入废料收集瓶9。真空系统17用来实现整个装置的减压状态，通过抽气管8与装置连通。进一步，所述真空系统17优选为一级真空系统17，实现系统真空度达到10^-1Pa。

所述原料釜2、大直径填料层4、中空层5、小直径填料层6、产品分流管12、产品釜13外部设置有加热系统。原料釜2、产品分流管12、产品釜13外设置有加热系统，可以实现对存放物料硒的加热和保温功能；且分别对精馏柱18柱体三段(大直径填料层4控温、中空层5、小直径填料层6)加热控温，分区控温可以提高硒与杂质分离效率。

进一步，所述装置还包括对加热系统进行控制的温度控制器以及对真空单元进行控制的真空控制器。本实用新型温度控制器以及真空控制器为技术领域内常规手段，只要能实现对加热系统以及真空系统进行控制的目的即可。

进一步，所述装置还设置有与原料釜2连通的外置回流管11，且外置回流管11通过放料三通阀10与中空层5及产品分流管12连通。更进一步，外置回流管11的外部设置有加热系统。硒由气相转化为液相后通过外置回流管11回流到装料釜内；放料三通阀10与外置回流管11、产品分流管12、精馏柱18的中空层5连通，通过放料三通阀10控制回流液相硒流向，实现去头、控制分流比的功能。

进一步，所述加热系统为电阻丝加热带以及其外部包裹的保温材料构成。电阻丝加热带用来进行加热，从而实现对原料釜2、产品釜13、精馏柱18、外置回流管11以及产品分流管12的加热保温功能。保温材料用来对电阻丝加热带进行保温，从而保证其内部具有恒定所需的温度。更进一步，所述电阻丝加热带上设置有热电偶，热电偶和电阻丝通过总电源开关接入温度控制器。热电偶用来对电阻丝加热带上的温度进行监控，并将结果传入至温度控制器，并通过温度控制器对电阻丝加热带总电源进行控制，当温度低于设定温度时，电源接通，电阻丝加热带进行加热，当温度高于设定温度时，电源断开，停止加热。本领域技术人员也可以根据具体使用需求对加热系统及其控制进行调整，只要能实现对各部件的加热、保温功能即可。

本实用新型电阻丝加热带为六段，分别缠绕于原料釜2、产品釜13、产品分流管12、小直径填料层6、中空层5、大直径填料层4以及外置回流管11的外部，其中大直径填料层4及外置回流管11共用一段电阻丝加热带。

进一步，所述抽气管8上设置有放气三通阀15，且放气三通阀15上设置有氩气管16。氩气管16用来输送高纯氩气，放气三通阀15与氩气管16、抽气管8连接，通过放气三通阀15控制抽气与放气转换，采用放气三通阀15控制放气过程向装置内部通入高纯氩气，保证产品纯度，同时可以使系统内外压力达到平衡。

进一步，所述原料釜2底部设置有残料放料管1，所述产品釜13底部设置有产品放料管14。硒残料液体从残料放料管1流出，控制残料放料管1温度将硒凝固，可密封液体硒流出；硒产品液体从产品放料口流出，控制产品放料管14温度将硒凝固，可密封液体硒流出。

本实用新型高纯硒减压精馏提纯装置的具体工作过程如下：

启动控制电源总开关，打开加热带开关，通过温度控制器恒定温度，原料釜2温度控制略高于硒熔点，其他五段加热带不进行加热，打开进料口3，原料硒溶液放入原料釜2中，若首次进料，则在进料前通过进料口3放入少量硒，流至残料放料管1内凝固密封。完成进料后使用盲板密封进料口3、残料放料口以及产品放料口。启动真空系统17，调节放气三通阀15至抽真空处，真空度达到10Pa启动产品釜13、精馏柱18三段(小直径填料层6、中空层5、大直径填料层4)、产品分流管12共计五段电阻丝加热带电源开关，通过温控器控制各段温度，待各段温度达到设定温度后，调节放料三通阀10至连接外置回流管11，进行全回流，分离低沸点杂质，全回流结束后将放料三通阀10调节至连接产品分流管12馏出硒产品，通过调节原料釜2温度控制硒馏出量，当原料釜2中残料量约10％时，关闭精馏柱18三段段、产品分流管12的加热开关，调整原料釜2、产品釜13温度略高于硒熔点进行恒温。精馏柱18三段、产品分流管12温度降低至室温时，调节放气三通阀15至连接氩气管16，向系统内充入氩气，关闭真空系统17，系统内外压力平衡，对产品放料管14进行加热，将产品放入坩埚中，停止对产品放料管14加热，待产品放完后产品放料管14内残留少量的硒凝固密封，残液通过残料放料管1放出过程同上。关闭原料釜2、产品加热开关，关闭总电源，生产过程结束。

下面结合具体示例对本实用新型高纯硒减压精馏提纯装置进行具体说明：

示例1

启动原料加热开关，设定原料釜2温度为250℃，将50Kg4N硒原料熔化后通过进料口3放入原料釜2中，采用盲板密封进料口3、残料放料口、产品放料口，启动真空系统17，放气三通阀15调节至抽真空处，放料三通阀10调节至与产品分流管12连接，真空度达到10Pa后，启动产品釜13、精馏柱18三段、产品分流管12共计五段段电阻丝加热带电源开关，产品釜13温度设定为260℃，精馏柱18下段大直径填料层4温度设定为360℃，精馏柱18中段温度设定为330℃，精馏柱18上段小直径填料层6温度设定为280℃，产品分流管12温度设定为260℃，各段温度均达到设定温度后恒温，将原料釜2温度设定调整为400℃。将放料三通阀10调节至连通外置回流管11，进行精馏提纯的全回流过程，分离低沸点杂质，如Hg、S，依据原料中Hg、S等杂质含量确定全回流时间，以3-5h为宜。全回流结束调节放料三通阀10，馏出硒流向产品分流管12，通过放料三通阀10调节及原料釜2温度调整，控制馏出硒量为2Kg/h，持续22h，原料釜2内残余硒量约6Kg，将放料三通阀10调节至连通外置回流管11，原料釜2温度设定调整为250℃，产品釜13温度设定调整为250℃，关闭精馏柱18三段、产品分流管12电阻丝加热带电源开关。待精馏柱183段、产品分流管12温度降低至室温后，调节放气三通阀15至连接氩气管16处，关闭真空系统17，通入氩气，精馏系统内部压力与外部大气压平衡关闭氩气阀门，停止充入氩气。采用外部加热方式将产品放料管14加热，底部放置坩埚，产品放料管14硒溶液流出至坩埚内，停止对产品放料管14加热，待产品放完后产品放料管14内残留少量的硒凝固密封，残液通过残料放料管1放出过程同上，关闭原料釜2、产品加热开关，关闭总电源，生产过程结束。

本示例1中使用的4N硒原料虽满足标准《YS/T 223-2007》，但汞含量较高，约15ppm。但采用本实用新型减压精馏提纯装置生产出5N高纯硒质量满足标准《YS/T 816-2012》，其中汞含量降低至0.1ppm，单炉产量达到44Kg，成品率88％，处于行业领先水平。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高纯硒减压精馏提纯装置，其特征在于，所述装置包括原料釜，精馏柱，产品单元，尾气处理单元以及真空单元；

所述原料釜上设置有进料口；

所述精馏柱内从下到上设置有大直径填料层，中空层以及小直径填料层；

所述产品单元包括与精馏柱中空层连通的产品分流管以及与产品分流管连通的产品釜；

所述尾气处理单元包括与精馏柱顶部连通的尾气管以及废料收集瓶；

所述真空单元包括抽气管以及与抽气管连通的真空系统，所述抽气管通入废料收集瓶；

所述原料釜、大直径填料层、中空层、小直径填料层、产品分流管、产品釜外部设置有加热系统。

2.如权利要求1所述一种高纯硒减压精馏提纯装置，其特征在于，所述装置还包括对加热系统进行控制的温度控制器以及对真空单元进行控制的真空控制器。

3.如权利要求1所述一种高纯硒减压精馏提纯装置，其特征在于，所述装置还设置有与原料釜连通的外置回流管，且外置回流管通过放料三通阀与中空层及产品分流管连通。

4.如权利要求3所述一种高纯硒减压精馏提纯装置，其特征在于，所述外置回流管外部设置有加热系统。

5.如权利要求1或4所述一种高纯硒减压精馏提纯装置，其特征在于，所述加热系统为电阻丝加热带以及其外部包裹的保温材料构成。

6.如权利要求5所述一种高纯硒减压精馏提纯装置，其特征在于，所述电阻丝加热带上设置有热电偶，热电偶和电阻丝通过总电源开关接入温度控制器。

7.如权利要求1所述一种高纯硒减压精馏提纯装置，其特征在于，所述抽气管上设置有放气三通阀，且放气三通阀上设置有氩气管。

8.如权利要求1所述一种高纯硒减压精馏提纯装置，其特征在于，所述原料釜底部设置有残料放料管，所述产品釜底部设置有产品放料管。

9.如权利要求1所述一种高纯硒减压精馏提纯装置，其特征在于，所述废料收集瓶内装有小直径填料。