CN211198613U - 一种低磷酸损耗的磷酸浓缩系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种低磷酸损耗的磷酸浓缩系统，包括酸加热器、蒸发器和浓缩循环泵，所述酸加热器、蒸发器和浓缩循环泵依次相接形成循环回路；所述蒸发器顶部通过第一出气管连接有磷酸回收装置，所述磷酸回收装置顶部设有第二出气管，磷酸回收装置的底部通过回液管与所述浓缩循环泵连接。在磷酸蒸发浓缩装置后的管路上加设磷酸回收装置，将雾沫夹带状态的氟硅酸与磷酸分离，并引导分离出的磷酸汇集并流到产品出料管中，使磷酸充分地回收利用，避免磷酸浓缩过程中磷酸的流失损耗，节约了磷酸原料，使磷酸浓缩系统的运行更加环保，物料利用率更高，降低了磷酸生产成本。

Description

一种低磷酸损耗的磷酸浓缩系统

技术领域

本实用新型涉及磷酸蒸发浓缩系统，具体涉及一种低磷酸损耗的磷酸浓缩系统。

背景技术

目前工业上普遍使用的磷酸制备工艺是湿法磷酸制备。但采用湿法磷酸制备出的磷酸浓度较低，因此还需要对磷酸进行提浓除杂，将磷酸的浓度从45％提升至56％以上，才能满足下游的工业使用所需。

磷酸浓缩技术多采用强制循环真空闪蒸，稀磷酸加热器中加热，再送入蒸发器进行闪蒸，以氟硅酸为主的杂质析出并排走，闪蒸后得到的循环酸再经循环泵回送入酸加热器循环加热，不断循环蒸发浓缩的过程，直到磷酸浓缩到规定的浓度要求后，将其引出并送入下游加工工序。

问题在于，磷酸浓缩系统采用的强制循环真空方式，在蒸发浓缩的过程中逸出的氟硅酸会不可避免地带走部分磷酸，容易形成雾沫夹带，使得磷酸在浓缩系统中浓缩时会有一定比例的损失折耗。

实用新型内容

有鉴于此，本申请提供一种低磷酸损耗的磷酸浓缩系统，在磷酸蒸发浓缩装置后的管路上加设磷酸回收装置，将雾沫夹带状态的氟硅酸与磷酸分离，并引导分离出的磷酸汇集到产品出料管中，避免了磷酸流失损耗。

为解决以上技术问题，本实用新型提供的技术方案是一种低磷酸损耗的磷酸浓缩系统，包括酸加热器、蒸发器和浓缩循环泵，所述酸加热器、蒸发器和浓缩循环泵依次相接形成循环回路；所述蒸发器侧壁连接有用于供给稀磷酸的蒸发给料管和用于输出浓磷酸的产品出料管；所述蒸发器顶部通过第一出气管连接有磷酸回收装置，所述磷酸回收装置顶部设有第二出气管，磷酸回收装置的底部通过回液管与所述产品出料管连接。

优选的，所述磷酸回收装置包括圆柱型的筒体和圆拱形的顶盖，所述顶盖与筒体连接；所述第一出气管平行于筒体侧壁的切线方向与筒体的侧壁连接；所述第二出气管贯穿顶盖设置，所述第二出气管在筒体内的端口位置低于所述第一出气管与筒体的连接口。

优选的，设所述第二出气管位于筒体内的端口到筒体顶部的距离为h₁，所述第一出气管的轴线到筒体顶部的距离为h₂，则h₁＞2h₂。

优选的，所述第一出气管与所述筒体侧壁的连接处设有筒体强化板，所述筒体强化板贴合所述第一出气管和筒体的外侧壁设置。

优选的，所述筒体底部与圆锥形的导流封头连接，所述导流封头的端部朝下；所述回液管与导流封头的端部连通。

优选的，所述导流封头的侧壁为复合结构，所述复合结构从内到外包括碳砖层、耐酸胶泥层和胶板层。

作为优选实施方案，碳砖层为高灰碳砖层。

作为优选实施方案，耐酸胶泥层为由硅酸钠、乙二胺和树脂填料组成的耐酸胶泥层。

作为优选实施方案，胶板层为天然橡胶材质的胶板层。

优选的，所述复合结构中，碳砖层、耐酸胶泥层和胶板层的厚度比例为30:3:4。

优选的，所述复合结构还包括壳层，所述壳层包覆在胶板层外侧，所述碳砖层、耐酸胶泥层。胶板层和壳层的厚度比例为30:3:4:18。

作为优选实施方案，壳层为不锈钢结构层。

优选的，导流封头的锥度为1:1-2。

优选的，所述酸加热器通过进液管与蒸发器的侧壁连通，所述蒸发给料管与进液管连接；所述产品出料管包括分别与蒸发器连接的第一出料管和第二出料管；所述第一出料管与蒸发器连接处的高度与进液管和蒸发器连接处的高度相同，所述第二出料管与蒸发器连接的位置位于第一出料管与蒸发器连接处的上方；所述浓缩循环泵通过集液管与蒸发器连通；所述蒸发器包括圆柱形的罐体，所述罐体的顶部和底部均与圆拱形端头连接，所述第一出气管和集液管均从圆拱形端头的圆心部分穿出。

本申请与现有技术相比，其有益效果为：

蒸发器中挥发逸出的氟硅酸夹带有部分磷酸，以雾沫夹带的状态从第一出气管流出。在蒸发器和后续工序之间设置磷酸回收装置，第一出气管将氟硅酸导入磷酸回收装置中，除去氟硅酸夹带的磷酸液滴后通过第二出气管将氟硅酸输送至后续工序。分离出的磷酸液滴汇集后通过回液管流向产品出料管，确保了磷酸物料的充分利用。

从第一出气管流入的氟硅酸气相具有一定的流速。第一出气管平行于筒体侧壁的切线方向设置，氟硅酸气相进入后，沿着圆柱形的筒体进行圆周运动，形成漩涡并在重力作用下向筒体底部流动。由于气相的流速在不断的回转运动中被消耗掉，气相对液滴的裹挟能力下降。氟硅酸气相中裹挟的磷酸在重力和筒体内壁摩擦力的作用下沉降，与氟硅酸分离，高效且彻底地实现了气液雾沫分离。流动到底部的氟硅酸气相逐渐填充筒体并上升，到达第二出气管后，沿着第二出气管流出，向后续工段输送。将顶盖设置为圆拱形，能更好地与筒体形状相匹配，使磷酸回收装置的内壁尽可能平滑过渡，气相在磷酸回收装置中流动时不易出现扰流，确保了雾沫分离的效果。

第一出气管与筒体的侧壁连接，因此第一出气管的半径必然不大于h₂。第二出气管的端口到筒体顶部的距离h₁大于两倍的h₂，所以第二出气管的端口低于第一出气管在筒体上的整个连接口。从第一出气管进入的氟硅酸气体无法直接进入第二出气管中，只能沿着筒体形成缓降环流，再从筒体中心上升进入第二出气管中，确保了氟硅酸气体中裹挟的磷酸液滴能被充分分离，使雾沫分离更为彻底。

所述筒体底部设置圆锥形的导流封头，与圆柱形筒体适配，磷酸回收装置的内部平滑过渡，避免干扰气相流动形成乱流，引起雾沫分离不彻底。朝下的圆锥形使分离出的磷酸液滴向导流封头端部流动，便于汇聚成股并通过回液管流向产品出料管，统一进行收集和后续处理。

导流封头的侧壁采用具有一定厚度比例关系的碳砖层、耐酸胶泥层和胶板层，在具有抗酸腐蚀的情况下又具有足够的结构强度，使得导流封头的性能指标能维持较长的时间，具有良好的使用寿命。

高灰碳砖层体积结构变化小，化学性质稳定，耐腐蚀耐磨损性能优秀，在侧壁的最内层设置高灰碳砖层与磷酸接触，可以避免与磷酸发生反应而腐蚀或向磷酸中混入杂质。由硅酸钠、乙二胺和树脂填料组成的耐酸胶泥层具有良好的致密性，即使有磷酸从高灰碳砖层发生浸渗，耐酸胶泥层也能将磷酸隔绝阻挡，确保导流封头侧壁的隔绝效果。天然橡胶材质的胶板层在耐酸胶泥层外包覆设置，减少耐酸胶泥层的氧化变性，并提供一定的结构支撑，使侧壁在受到一定的应力时也能保持结构稳定。在胶板层外设置不不锈钢材质的壳层，更进一步提升侧壁的结构强度，使导流封头在承受较大的应力作用时依然能维持稳定的隔绝导流作用。

导流封头的锥度过小，分离并沉积到导流封头上的磷酸流动较缓，不能及时汇集并送入回液管中。导流封头的锥度过大，磷酸回收装置的结构尺寸过大，且气相的流动路径过长，不利于设备运行状态的及时响应。

从进液管进入蒸发器的磷酸由于经过了加热及闪蒸浓缩，与蒸发器中已有的磷酸成分比例上具有一定不同。第一出料管和第二出料管从蒸发器不同的高度引流浓磷酸成品，然后再在产品出料管中进行混合，减少蒸发器中液层扰动而导致的成分浓度波动，尽可能使输送到后续工段的磷酸浓度均匀稳定。

附图说明

图1为本实用新型低磷酸损耗的磷酸浓缩系统实施例一的示意图；

图2为本实用新型低磷酸损耗的磷酸浓缩系统实施例二的示意图；

图3为实施例二中磷酸回收装置的结构示意图；

图4为实施例二中导流封头的侧壁的层结构示意图。

附图标记：酸加热器11、进液管111、蒸发器12、第一出气管121、浓缩循环泵13、集液管131、蒸发给料管21、产品出料管22、第一出料管221、第二出料管 222、磷酸回收装置3、第二出气管31、回液管32、筒体33、顶盖34、筒体强化板 35、导流封头36、碳砖层361、耐酸胶泥层362、胶板层363、壳层364。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

实施例一

请参考图1，本实施例提供一种低磷酸损耗的磷酸浓缩系统，包括酸加热器11、蒸发器12和浓缩循环泵13，酸加热器11、蒸发器12和浓缩循环泵13依次相接形成循环回路；蒸发器12侧壁连接有用于供给稀磷酸的蒸发给料管21和用于输出浓磷酸的产品出料管22；蒸发器12顶部通过第一出气管121连接有磷酸回收装置3，磷酸回收装置3顶部设有第二出气管31，磷酸回收装置3的底部通过回液管32与产品出料管22连接。

酸加热器11通过进液管111与蒸发器12的侧壁连通，蒸发给料管21与进液管 111连接；浓缩循环泵13通过集液管131与蒸发器12连通；蒸发器12包括圆柱形的罐体，罐体的顶部和底部均与圆拱形端头连接，第一出气管121和集液管131均从圆拱形端头的圆心部分穿出。

本实施例提供的低磷酸损耗的磷酸浓缩系统运行时，蒸发给料管21将稀磷酸输送到进液管111中再送至蒸发器12，由蒸发器12通过集液管131流入浓缩循环泵13，再泵送至酸加热器11中；磷酸在酸加热器11中加热后通过进液管111再次进入蒸发器12中，形成稀磷酸的循环流动。磷酸经过酸加热器11时被加热，进入蒸发器12后其中混杂的氟硅酸分离逸出并从第一出气管121流出。随着氟硅酸不断逸出，磷酸被不断浓缩提纯，最终制备为浓磷酸成品。制得的浓磷酸成品通过产品出料管22送出。氟硅酸通过第一出气管121流到磷酸回收装置3中，在磷酸回收装置 3中进行气液分离，将呈雾沫夹带状态的氟硅酸和磷酸分离开。去除了磷酸液滴的氟硅酸通过第二次出气管31送至后续的工序；在磷酸回收装置3中留存下来的磷酸液滴流入回液管32再混合到产品出料管22中，作为磷酸成品送出。

实施例二

请参考图2，本实施例提供一种低磷酸损耗的磷酸浓缩系统，包括酸加热器11、蒸发器12和浓缩循环泵13，酸加热器11、蒸发器12和浓缩循环泵13依次相接形成循环回路。蒸发器12侧壁连接有用于供给稀磷酸的蒸发给料管21和用于输出浓磷酸的产品出料管22；蒸发器12顶部通过第一出气管121连接有磷酸回收装置3，磷酸回收装置3顶部设有第二出气管31，磷酸回收装置3的底部通过回液管32与产品出料管22连接。

请参考图3，磷酸回收装置3包括圆柱型的筒体33和圆拱形的顶盖34，顶盖 34与筒体33连接；第一出气管121平行于筒体33侧壁的切线方向与筒体33的侧壁连接；第二出气管31贯穿顶盖34设置，第二出气管31在筒体33内的端口位置低于第一出气管121与筒体33的连接口。第一出气管121与筒体33侧壁的连接处设有筒体强化板35，筒体强化板35贴合第一出气管121和筒体33的外侧壁设置。设第二出气管31位于筒体33内的端口到筒体33顶部的距离为h₁，第一出气管121 的轴线到筒体33顶部的距离为h₂，则h₁＞2h₂。

筒体33底部与圆锥形的导流封头36连接，导流封头36的端部朝下；回液管 32与导流封头36的端部连通；导流封头36的锥度为1:1-2。

请参考图4，导流封头36的侧壁为复合结构，所述复合结构从内到外包括碳砖层361、耐酸胶泥层362、胶板层363和壳层364；碳砖层361、耐酸胶泥层362、胶板层363和壳层364的厚度比例为30:3:4:18。

碳砖层361为高灰碳砖层；耐酸胶泥层362为由硅酸钠、乙二胺和树脂填料组成的耐酸胶泥层；胶板层363为天然橡胶材质的胶板层；壳层364为不锈钢结构层。

酸加热器11通过进液管111与蒸发器12的侧壁连通，蒸发给料管21与进液管 111连接；产品出料管22包括分别与蒸发器2连接的第一出料管221和第二出料管 222；第一出料管221与蒸发器12连接处的高度与进液管111和蒸发器12连接处的高度相同，第二出料管222与蒸发器12连接的位置位于第一出料管221与蒸发器 12连接处的上方；浓缩循环泵13通过集液管131与蒸发器12连通；蒸发器12包括圆柱形的罐体，所述罐体的顶部和底部均与圆拱形端头连接，第一出气管121和集液管131均从圆拱形端头的圆心部分穿出。

本实施例提供的低磷酸损耗的磷酸浓缩系统运行时，蒸发给料管21将稀磷酸输送到进液管111中再送至蒸发器12，由蒸发器12通过集液管131流入浓缩循环泵13，再泵送至酸加热器11中；磷酸在酸加热器11中加热后通过进液管111再次进入蒸发器12中，形成稀磷酸的循环流动。磷酸经过酸加热器11时被加热，进入蒸发器12后其中混杂的氟硅酸分离逸出并从第一出气管121流出。随着氟硅酸不断逸出，磷酸被不断浓缩提纯，最终制备为浓磷酸成品。制得的浓磷酸成品通过产品出料管22送出。

氟硅酸通过第一出气管121流到磷酸回收装置3的筒体33中，雾沫夹带的氟硅酸在筒体33内形成逐渐下沉的环流，对磷酸的夹带作用减弱。磷酸液滴在重力或同体3侧壁摩擦力的作用下与氟硅酸分离，留存在筒体33中，呈雾沫夹带状态的氟硅酸和磷酸实现了分离。去除了磷酸液滴的氟硅酸通过第二次出气管31送至后续的工序；磷酸液滴在重力的作用下流动，通过导流封头36引导汇集，经过回液管32流到产品出料管22，作为磷酸成品通过产品出料管22送出。

本实施例提供的低磷酸损耗的磷酸浓缩系统，在蒸发器12后设置磷酸回收装置3，并在筒体33内部使第二出气管31的端口位置低于第一出气管121，使氟硅酸气相必须经过下降环流再上升的流动路径才能从第二出气管31中流出，气相中裹挟的磷酸液滴在此过程中充分分离，解决了雾沫夹带情况对后续工序的影响。分离出的磷酸通过导流封头36汇集导流，经过回液管32流入产品出料管22，使被氟硅酸夹带出的磷酸得到了回收利用，没有造成磷酸物料的损耗浪费，保证了原料的高效利用。

采用具有一定厚度比例关系的碳砖层361、耐酸胶泥层362、胶板层363和壳层 364构成导流封头36的侧壁，使导流封头36在具有抗酸腐蚀的情况下又具有良好的密封性和足够的结构强度。导流封头的性能指标能维持较长的时间，在承受较大的应力作用时依然能维持稳定的隔绝导流作用，具有较长的使用寿命，持续对磷酸浓缩过程中的雾沫夹带情况进行气液分离并引流回收磷酸液滴，有效降低了磷酸浓缩工序的磷酸流失损耗，具有明显的经济效益。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本实用新型的限制，本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种低磷酸损耗的磷酸浓缩系统，其特征在于，包括酸加热器、蒸发器和浓缩循环泵，所述酸加热器、蒸发器和浓缩循环泵依次相接形成循环回路；所述蒸发器侧壁连接有用于供给稀磷酸的蒸发给料管和用于输出浓磷酸的产品出料管；所述蒸发器顶部通过第一出气管连接有磷酸回收装置，所述磷酸回收装置顶部设有第二出气管，磷酸回收装置的底部通过回液管与所述产品出料管连接。

2.如权利要求1所述的低磷酸损耗的磷酸浓缩系统，其特征在于，所述磷酸回收装置包括圆柱型的筒体和圆拱形的顶盖，所述顶盖与筒体连接；所述第一出气管平行于筒体侧壁的切线方向与筒体的侧壁连接；所述第二出气管贯穿顶盖设置，所述第二出气管在筒体内的端口位置低于所述第一出气管与筒体的连接口。

3.如权利要求2所述的低磷酸损耗的磷酸浓缩系统，其特征在于，设所述第二出气管位于筒体内的端口到筒体顶部的距离为h₁，所述第一出气管的轴线到筒体顶部的距离为h₂，则h₁＞2h₂。

4.如权利要求2所述的低磷酸损耗的磷酸浓缩系统，其特征在于，所述第一出气管与所述筒体侧壁的连接处设有筒体强化板，所述筒体强化板贴合所述第一出气管和筒体的外侧壁设置。

5.如权利要求2所述的低磷酸损耗的磷酸浓缩系统，其特征在于，所述筒体底部与圆锥形的导流封头连接，所述导流封头的端部朝下；所述回液管与导流封头的端部连通。

6.如权利要求5所述的低磷酸损耗的磷酸浓缩系统，其特征在于，所述导流封头的侧壁为复合结构，所述复合结构从内到外包括碳砖层、耐酸胶泥层和胶板层。

7.如权利要求6所述的低磷酸损耗的磷酸浓缩系统，其特征在于，所述复合结构中，碳砖层、耐酸胶泥层和胶板层的厚度比例为30:3:4。

8.如权利要求7所述的低磷酸损耗的磷酸浓缩系统，其特征在于，所述复合结构还包括壳层，所述壳层包覆在胶板层外侧，所述碳砖层、耐酸胶泥层、胶板层和壳层的厚度比例为30:3:4:18。

9.如权利要求6所述的低磷酸损耗的磷酸浓缩系统，其特征在于，导流封头的锥度为1:1-2。

10.如权利要求1所述的低磷酸损耗的磷酸浓缩系统，其特征在于，所述酸加热器通过进液管与蒸发器的侧壁连通，所述蒸发给料管与进液管连接；所述产品出料管包括分别与蒸发器连接的第一出料管和第二出料管；所述第一出料管与蒸发器连接处的高度与进液管和蒸发器连接处的高度相同，所述第二出料管与蒸发器连接的位置位于第一出料管与蒸发器连接处的上方；所述浓缩循环泵通过集液管与蒸发器连通；所述蒸发器包括圆柱形的罐体，所述罐体的顶部和底部均与圆拱形端头连接，所述第一出气管和集液管均从圆拱形端头的圆心部分穿出。

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