CN211198614U - 一种节能磷酸浓缩系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种节能磷酸浓缩系统，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；所述酸加热器包括圆柱形的壳体和设置在壳体内的换热管，所述壳体上部的侧面连接有高温输气管，壳体下部的侧面连接有气液输出管；浓缩循环泵与换热管连接，所述蒸发器与换热管连接。通过改变管式换热器的进出料口，优化设计管加热器内部结构，采用高温蒸汽对磷酸进行加热，使得高温蒸汽与磷酸的热交换更为彻底，充分利用蒸汽的热量，实现换热效率的最大化，从而采用更少的热量供给即可将磷酸加热到所需的温度，减少了能源消耗，实现了节能的效果。

Description

一种节能磷酸浓缩系统

技术领域

本实用新型涉及磷酸生产工业领域，具体涉及一种节能磷酸浓缩系统。

背景技术

湿法磷酸制备工艺广泛应用于磷酸的工业化生产制备中。直接通过湿法磷酸制备工艺获得的磷酸浓度较低，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58％以上，才能满足下游的工业使用所需。

磷酸浓缩过程中，先将稀磷酸加热器中加热，再送入蒸发器进行闪蒸，包含氟硅酸在内的杂质从磷酸中析出并排走，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。

现有的酸加热器通常采用管式换热器，管式换热器包括壳程和管程，磷酸沿着管程流动，用于加热的高温水沿着壳程以相反的方向流动，在管式换热器内通过热传导实现对磷酸的加热。问题在于，高温水和磷酸均为液体且流动方向相反，因此无论如何调节管式换热器的放置角度，都难以使壳程和管程同时被完全充填，使得磷酸和高温水在管式换热器中无法充分地接触并进行热交换，导致酸加热器的加热效率下降，部分热量被浪费。

实用新型内容

有鉴于此，本申请提供一种节能磷酸浓缩系统，通过改变管式换热器的进出料口，将高温水蒸气作为加热磷酸的传热介质，能与输送磷酸的换热管充分接触，实现换热效率的最大化，减少热量流失，实现节能的效果。

为解决以上技术问题，本实用新型提供的技术方案是一种节能磷酸浓缩系统，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，蒸发器顶部设有出气管；所述酸加热器包括圆柱形的壳体和设置在壳体内的换热管，所述壳体上部的侧面连接有高温输气管，壳体下部的侧面连接有气液输出管；所述浓缩循环泵在换热管底部与换热管连接，所述蒸发器在换热管顶部与换热管连接。

优选的，所述酸加热器内位于壳体和换热管之间的空间为壳程，换热管内的空间为管程；所述壳体内设有若干折流板，所述折流板交错排布，用于使流体在壳程内的流动路径弯折变化。

优选的，所述折流板与壳体之间留有间隙，相邻所述折流板的间隙在沿着壳体轴线方向上的投影关于壳体轴线呈中心对称设置。

优选的，所述壳体竖直摆放，所述折流板倾斜设置，折流板与壳体之间留有间隙处为折流板的最低点。

优选的，所述壳体两端端部均设有分管盘，所述分管盘用于将主管路分叉为至少两根支管路，两个所述分管盘上的支管路一一对应设置；所述换热管的数量与任一分管盘上的支管路相同，每根所述换热管的两端分别与分管盘连接固定。

优选的，所述换热管平行于壳体的轴线设置。

优选的，所述换热管以壳体的轴线为中心均匀分布，相邻所述换热管之间的间距相等。

优选的，所述壳体倾斜设置，所述壳体的轴线与水平面之间的成角为45-60度；气液输出管在所述壳体与水平面呈夹角的一侧与壳体连接，所述高温输气管在壳体上的设置位置与气液输出管相背。

优选的，所述高温输气管与蒸汽发生器连接，所述气液输出管与冷凝液槽连接；所述冷凝液槽顶部设有蒸汽回流管，所述蒸汽回流管与壳体连通。

优选的，所述蒸汽回流管与壳体连接的位置低于高温输气管与壳体连接的位置。

本申请与现有技术相比，其有益效果为：

高温输气管与壳体上部连接，气液输出管与壳体的下部连接，作为热介质的高温蒸汽在算加热器中的流动方向是从上往下。由于气体热胀冷缩效应明显，高温气体密度低，具有上升的趋势，进入壳体后自动向顶部流动。随着高温蒸汽的不断加入并将壳体上部的空间均填充满，高温蒸汽才逐渐向下流动并将空间填充满，最终从气液输出管流出。磷酸从浓缩循环管进入换热管底部，再从换热管顶部流向蒸发器；磷酸在该温度下为液体，具有下落的趋势，因此磷酸同样在流动中将换热管填充满。高温蒸汽和磷酸均充分填充其所流经的空间，使换热管内外的介质之间进行热交换的面积最大，换热效率最高，从而消耗更少的热源即可使磷酸被加热到浓缩循环需要的温度。

在壳体内设置折流板，使壳程的路径变得弯折，高温蒸汽在壳程中流动时能得到搅动混合，整个壳程内的高温蒸汽在流动过程中均能与换热管接触并进行热交换，避免了由于高温蒸汽与换热管距离远近不同而使得部分高温蒸汽无法充分与换热管中的磷酸进行热交换的情况。

高温蒸汽在壳程中流动时需要依次经过设置的每一个折流板，从折流板与壳体之间留出的间隙通过。相邻折流板的间隙的投影位置关于壳体轴线对称，使得高温蒸汽在经过一个间隙流向下一个间隙时，高温蒸汽在壳体径向上流动的路程最远，使高温蒸汽能更加充分地与换热管接触。

高温蒸汽经过换热损失掉部分热量后，内能降低而液化，在酸加热器内形成液滴。将折流板倾斜设置，引导液滴流向间隙并下落，使液体及时引流到壳体底部并排出。

通过分管盘将磷酸的输送管路分为多根换热管，增加了换热管的比表面积。在磷酸总输送流量不变的情况下，磷酸分别进入多根换热管中与高温蒸汽进行热交换，接触换热的面积增加，磷酸与高温蒸汽的热交换更加充分。

换热管以壳体的轴线为中心分布。根据换热管数量的不同，换热管可以按照正三角形、正方形或正五边形等形状排布设置。换热管关于中心均匀分布，更加均匀地占据壳体中的位置，提升换热管内外流体的换热效率。

壳体倾斜设置，在设备高度相同的情况下具有更长的壳程和管程，增加高温蒸汽和磷酸进行热交换的接触面积，加强换热。

高温蒸汽经过换热后部分蒸汽冷凝为液体，蒸汽与冷凝液一同从气液输出管流出并进入冷凝液槽中，冷凝液在冷凝液槽槽底留存，部分在换热后仍具有一定温度和热量的蒸汽从冷凝液槽顶部排出，并通过回流管倒回壳体，继续对磷酸进行加热。由于已经过了一次热交换，蒸汽的温度有所降低，因此将回流管与壳体的连接位置设置在高温输气管下方，使回流的蒸汽能从温度更接近的区间进入壳体中，避免与高温蒸汽直接混合，影响高温蒸汽的换热效率。

附图说明

图1为本实用新型节能磷酸浓缩系统实施例一的结构示意图；

图2为实施例一中酸加热器的结构示意图；

图3为本实用新型节能磷酸浓缩系统实施例二的结构示意图；

图4为实施例二中酸加热器的结构示意图；

图5为实施例三中酸加热器的结构示意图；

图6为实施例四中酸加热器的结构示意图。

附图标记：酸加热器1、壳体11、换热管12、分管盘13、折流板14、间隙141、蒸发器21、出气管211、浓缩循环泵22、蒸发给料管31、产品输出管32、高温输气管41、气液输出管42、蒸汽发生器43、冷凝液槽44、蒸汽回流管45。

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和图2，本实施例提供一种节能磷酸浓缩系统，包括酸加热器1、蒸发器21和浓缩循环泵22，酸加热器1、蒸发器21和浓缩循环泵22依次相接形成循环回路。蒸发器21侧壁连接有用于供给稀磷酸的蒸发给料管31和用于输出浓磷酸的产品出料管32，蒸发器21顶部设有出气管211。酸加热器1包括圆柱形的壳体 11和设置在壳体11内的换热管12；壳体11上部的侧面连接有高温输气管41，壳体11下部的侧面连接有气液输出管42；浓缩循环泵22在换热管12底部与换热管 12连接，蒸发器21在换热管12顶部与换热管12连接。

壳体11与水平面之间呈45度角倾斜设置；气液输出管42在壳体11与水平面呈夹角的一侧与壳体11连接，高温输气管41在壳体11上的设置位置与气液输出管 42相背。

本实施例提供的节能磷酸浓缩系统使用时，蒸发给料管31将稀磷酸输送到蒸发器21，由蒸发器21流入浓缩循环泵22，再泵送至酸加热器1中；磷酸在酸加热器 1中加热后再次进入蒸发器21中，形成稀磷酸的循环流动。磷酸从通过换热管12 经过酸加热器1时从下往上将换热管12填充满，来自高温输气管41的高温蒸汽从上往下将壳体11与换热管12之间的空间填充满。高温蒸汽和磷酸通过换热管12 传递热量进行热交换，磷酸获得热量温度升高。传导出热量的蒸汽和冷凝的液体从壳体11底部的气液输出管42流出；加热后的磷酸进入蒸发器21逸出氟硅酸，氟硅酸气相通过出气管211送入下游工序。

壳体11和壳体11内的换热管12倾斜设置，在设备高度相同的情况下，倾斜的壳体酸加热器1具有更长的壳程和管程，高温蒸汽和磷酸在酸加热器1中流过的路径及进行热交换的接触面积也更大，使热交换更为充分，提高热传递效率。

实施例二

请参考图3和图4，本实施例提供一种节能磷酸浓缩系统，包括酸加热器1、蒸发器21和浓缩循环泵22，酸加热器1、蒸发器21和浓缩循环泵22依次相接形成循环回路。蒸发器21侧壁连接有用于供给稀磷酸的蒸发给料管31和用于输出浓磷酸的产品出料管32，蒸发器21顶部设有出气管211。酸加热器1包括竖直摆放的圆柱形的壳体11和设置在壳体11内的换热管12，换热管12平行于壳体11的轴线设置。

壳体11两端端部均设有分管盘13，分管盘13用于将主管路分叉为至少两根支管路，两个分管盘13上的支管路一一对应设置。换热管12的数量与任一分管盘13 上的支管路相同，每根换热管12的两端分别与分管盘13连接固定。换热管12以壳体11的轴线为中心均匀分布，相邻换热管12之间的间距相等。

酸加热器1内位于壳体11和换热管12之间的空间为壳程，换热管12内的空间为管程。壳体11内设有若干折流板14，折流板14交错排布，用于使流体在壳程内的流动路径弯折变化。折流板14与壳体11之间留有间隙141，相邻折流板14的间隙141在沿着壳体11轴线方向上的投影关于壳体11的轴线呈中心对称设置。

壳体11上部的侧面连接有高温输气管41，壳体11下部的侧面连接有气液输出管42；浓缩循环泵22在换热管12底部与换热管12连接，蒸发器21在换热管12 顶部与换热管12连接。高温输气管41与蒸汽发生器43连接，气液输出管42与冷凝液槽44连接；冷凝液槽44顶部设有蒸汽回流管45，蒸汽回流管45与壳体11连通。蒸汽回流管45与壳体11连接的位置低于高温输气管41与壳体11连接的位置。

本实施例提供的节能磷酸浓缩系统使用时，蒸发给料管31将稀磷酸输送到蒸发器21，由蒸发器21流入浓缩循环泵22，再泵送至酸加热器1中；磷酸在酸加热器 1中加热后再次进入蒸发器21中，形成稀磷酸的循环流动。磷酸从浓缩循环泵22 进入酸加热器1时，通过位于壳体11下部的分管盘13分流并进入多根换热管12 中，磷酸从通过换热管12经过酸加热器1时从下往上将换热管12填充满。由蒸汽发生器43产生的高温蒸汽经过高温输气管41输送后从上往下将壳体11与换热管 12之间的空间填充满，并在折流板14的引导下在壳程内曲折流动。高温蒸汽和磷酸通过换热管12传递热量进行热交换，磷酸获得热量温度升高。加热后的磷酸通过壳体11顶部的分管盘13合并为一根管路后进入蒸发器21，在蒸发器21中闪蒸逸出氟硅酸，氟硅酸气相通过出气管211送入下游工序。传导出热量的蒸汽和冷凝的液体从壳体11底部的气液输出管42流向冷凝液槽44。冷凝液在冷凝液槽44槽底留存，部分在换热后仍具有温度和热量的蒸汽从冷凝液槽44顶部排出，并通过回流管45倒回壳体11，继续对磷酸进行加热。

本实施例提供的节能磷酸浓缩系统，采用高温蒸汽对磷酸进行加热，并优化设计管加热器内部结构，使得高温蒸汽与磷酸的热交换更为彻底，热能传递更充分。高温蒸汽和磷酸两种流体对向流动，在换热管12的任意位置，内外流体的温差都较大，确保了足够的温差促进热传递的进行，提升热交换速率。完成一次热交换后，还具有部分热量的蒸汽与冷凝液分离后，再次通入酸加热器1中对磷酸进行加热，充分利用蒸汽的热量。从而采用更少的热量供给即可将磷酸加热到所需的温度，减少了能源消耗，实现了节能的效果。

实施例三

请参考图5，本实施例与实施例二的区别在于，折流板14倾斜设置，折流板14 与壳体11之间留有间隙141处为折流板14的最低点。

高温蒸汽在酸加热器1中将部分热量传递给磷酸，高温蒸汽的内能减少，蒸汽温度减低并部分冷凝为液体。当液体汇集在折流板14上表面时，如果折流板14水平放置，则容易存在结构死角，导致液体无法及时排出，留存在壳体11内，影响后续的通气及换热效率。本实施例将折流板14倾斜设置，并使折流板14的最低端为间隙141，当液体汇集在折流板14上时，倾斜的折流板14引导液体向下流动至间隙141处，并穿过间隙落到下一层折流板14上，直至最终汇聚于酸加热器1底部，通过企业输出管42排出。冷凝液体不在酸加热器1中积存，避免了对壳程造成阻挡从而使高温蒸汽能够在壳程路径中正常流动，与换热管12更为充分地进行热交换。

实施例四

请参考图6，本实施例与实施例二的区别在于，壳体11竖直设置，换热管12 倾斜设置。

换热管12倾斜设置，在壳体11内的不同位置，换热管12相对于壳体11的位置也不同。随着换热管12的延伸，换热管12能够与壳程中不同区域的高温蒸汽接触并进行热交换，避免出现换热死角，导致部分高温蒸汽无法与换热管12接触，造成换热效率低下。

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)

1.一种节能磷酸浓缩系统，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，蒸发器顶部设有出气管；所述酸加热器包括圆柱形的壳体和设置在壳体内的换热管，所述壳体上部的侧面连接有高温输气管，壳体下部的侧面连接有气液输出管；所述浓缩循环泵在换热管底部与换热管连接，所述蒸发器在换热管顶部与换热管连接。

2.如权利要求1所述的节能磷酸浓缩系统，其特征在于，所述酸加热器内位于壳体和换热管之间的空间为壳程，换热管内的空间为管程；所述壳体内设有若干折流板，所述折流板交错排布，用于使流体在壳程内的流动路径弯折变化。

3.如权利要求2所述的节能磷酸浓缩系统，其特征在于，所述折流板与壳体之间留有间隙，相邻所述折流板的间隙在沿着壳体轴线方向上的投影关于壳体轴线呈中心对称设置。

4.如权利要求3所述的节能磷酸浓缩系统，其特征在于，所述壳体竖直摆放，所述折流板倾斜设置，折流板与壳体之间留有间隙处为折流板的最低点。

5.如权利要求1所述的节能磷酸浓缩系统，其特征在于，所述壳体两端端部均设有分管盘，所述分管盘用于将主管路分叉为至少两根支管路，两个所述分管盘上的支管路一一对应设置；所述换热管的数量与任一分管盘上的支管路相同，每根所述换热管的两端分别与分管盘连接固定。

6.如权利要求5所述的节能磷酸浓缩系统，其特征在于，所述换热管平行于壳体的轴线设置。

7.如权利要求5所述的节能磷酸浓缩系统，其特征在于，所述换热管以壳体的轴线为中心均匀分布，相邻所述换热管之间的间距相等。

8.如权利要求1所述的节能磷酸浓缩系统，其特征在于，所述壳体倾斜设置，所述壳体的轴线与水平面之间的成角为45-60度；气液输出管在所述壳体与水平面呈夹角的一侧与壳体连接，所述高温输气管在壳体上的设置位置与气液输出管相背。

9.如权利要求1所述的节能磷酸浓缩系统，其特征在于，所述高温输气管与蒸汽发生器连接，所述气液输出管与冷凝液槽连接；所述冷凝液槽顶部设有蒸汽回流管，所述蒸汽回流管与壳体连通。

10.如权利要求9所述的节能磷酸浓缩系统，其特征在于，所述蒸汽回流管与壳体连接的位置低于高温输气管与壳体连接的位置。

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