CN219400086U - 三氯化磷生产系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种三氯化磷生产系统，通过将合成三氯化磷过程中的一部分底物转入管式反应器中反应，利用管式反应器壳程的低温水将反应中的热量吸收回用，同时设置包括釜体和精馏洗涤区的反应釜，利用氯气与黄磷在釜体内反应时所释放的热量将釜体内的三氯化磷气化后，进行精馏洗涤过程以提高输出的三氯化磷的纯度，本申请的系统通过上述设备的配合使用，将三氯化磷合成中所释放的热量一部分通过管式反应器回收利用，与另一部分用于对三氯化磷的精馏，克服了现有生产三氯化磷时所释放的热量未能充分利用，而造成能量浪费的问题。

Description

三氯化磷生产系统

技术领域

本申请涉及三氯化磷生产技术领域，尤其涉及一种三氯化磷生产系统。

背景技术

三氯化磷是一种无色透明、有刺激性气味的发烟液体，有微量黄磷存在时颜色发黄并浑浊，溶有氯气或五氯化磷时呈红黄色；分子式为PCl₃，相对分子质量137.33，密度1.574g/L，熔点-112℃，常压下沸点76℃。三氯化磷是生产有机磷的重要原料，广泛用于医药、农药、染料等有机合成领域。

三氯化磷主要有3种生产工艺。

(1)由磷酸盐类，如磷酸钙Ca₃(PO4)₂等与氯气反应生产三氯化磷。

(2)用熔融的黄磷直接与氯气进行氯化反应生产三氯化磷：2P+3Cl₂→2PCl₃。

(3)以三氯化磷为溶剂，用氯气氯化溶于三氯化磷中的黄磷来生产三氯化磷，反应放出大量的热：2P(l)+3Cl₂(g)→2PCl₃(l)，Δ_rH_m＝-314.5kJ/mol。

这3种生产工艺中，第1种工艺路线较长，设备多，投资大，生产成本高；第2种生产工艺中氯气与黄磷的反应十分剧烈，难以控制，可操作性差，安全系数低；第3种生产工艺相对操作简便，容易控制，经济而且安全。

国内三氯化磷生产企业采用的一般是第3种工艺。为防止在生产过程中生成五氯化磷，反应釜内的黄磷必须过量；由于黄磷与氯气的反应非常剧烈，为获得较温和的反应条件，反应釜内应保持一定量的三氯化磷母液。

现有的系统在生产三氯化磷时，将黄磷加入熔磷釜内并用水密封，加热熔化后打入高位槽，继续加热保持一定温度。根据生产需要将计量的黄磷加入氯化釜内，严禁将水带入氯化釜。从液氯贮槽或钢瓶来的液氯经计量、加热汽化、调节压力后，通过缓冲器进入氯化釜与黄磷进行反应。为保证生产的安全、稳定，氯化釜内应保持一定量的底磷和母液。氯化釜内生成的三氯化磷气体经精馏后，得到高纯度的三氯化磷成品。由于黄磷与氯气的反应是剧烈放热反应，该过程中所产生的热量，现有的工艺多是利用这些热量对三氯化磷精馏，但是据统计一当量的三氯化磷生产中所释放的热量约可将10当量的三氯化磷汽化，显然上述的做法，单单利用这些热量精馏三氯化磷，未能充分利用反应中所放出的热量，会造成能量的浪费。

实用新型内容

本申请提供一种三氯化磷生产系统，用以解决上述现有生产三氯化磷时所释放的热量未能充分利用，而造成能量浪费的问题。

本申请提供一种三氯化磷生产系统，包括依次串联的反应釜、冷凝器、气液分离器和纯品储罐；

反应釜包括下部的釜体和上部的精馏洗涤区，釜体的侧面自下而上依次设置有氯气入口、循环液入口和反应液入口，反应液入口同一高度处还设置有入磷口；

氯气入口与氯气储罐连接；

循环液入口通过循环泵与管式反应器上部的进液口连接；管式反应器底部侧面的进气口还与氯气储罐连接；

反应液入口与管式反应器底部的排液口连接；氯气入口还与管式反应器顶部的排气口连接；

入磷口通过阀门与液磷计量罐连接；

气液分离器还与精馏洗涤区上部的喷淋层连接。

可选地，釜体内设置有导流筒，导流筒的下端靠近氯气入口，导流筒的上端位于釜体高度的0.55～0.65高度处，导流筒的内径与釜体的内径比为1∶1.5～1∶2。

可选地，釜体内设置有气体分布器，气体分布器与氯气入口连通，气体分布器的布气范围处于导流筒的横截面的范围内。

可选地，精馏洗涤区包括顶部的物料出口、上部的喷淋层和下部的填料层，喷淋层和出口之间还设置有塔板层。

可选地，喷淋层上的多个喷头在水平面上呈同心圆状多层布置，每层的喷头与水平面成一定的角度设置，且相邻层的喷头交错设置。

可选地，液磷计量罐还连接有补水罐。

可选地，液磷计量罐顶部设置有液磷管、溢流管和入水管，液磷计量罐外设置有夹套；

溢流管与补水罐的顶部连接，入水管与补水罐的底部连接。

本申请的系统通过将合成三氯化磷过程中的一部分底物转入管式反应器中反应，利用管式反应器壳程的低温水将反应中的热量吸收回用，同时设置包括釜体和精馏洗涤区的反应釜，利用氯气与黄磷在釜体内反应时所释放的热量将釜体内的三氯化磷气化后，进行精馏洗涤过程以提高输出的三氯化磷的纯度，本申请的系统通过上述设备的配合使用，将三氯化磷合成中所释放的热量一部分通过管式反应器回收利用，与另一部分用于对三氯化磷的精馏，克服了现有生产三氯化磷时所释放的热量未能充分利用，而造成能量浪费的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一实施例提供的三氯化磷生产系统的示意图；

图2为本申请一实施例提供的反应釜的结构示意图；

图3为本申请一实施例提供的管式反应器的结构示意图；

图4为本申请一实施例提供的喷头分布方式的仰视结构示意图；

图5为本申请一实施例提供的喷头分布方式的主视结构示意图；

图6为本申请另一实施例提供的三氯化磷生产系统的示意图；

图7为本申请一实施例提供的液磷计量罐的结构示意图。

附图标记说明：1、反应釜；2、冷凝器；3、气液分离器；4、纯品储罐；5、氯气储罐；6、管式反应器；7、液磷计量罐；11、釜体；12、精馏洗涤区；71、补水罐；100、循环泵；111、导流筒；112、气体分布器；200、阀门；601、进液口；602、进气口；603、排液口；604、排气口；701、液磷管；702、溢流管；703、入水管；704、外夹套；1101、氯气入口；1102、循环液入口；1103、反应液入口；1104、入磷口；1201、喷淋层；1202、物料出口；1203、塔板层；1204、填料层；12011、喷头。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，也属于本申请保护的范围。

如图1～图3所示，本申请提供一种三氯化磷生产系统，包括依次串联的反应釜1、冷凝器2、气液分离器3和纯品储罐4；

反应釜1包括下部的釜体11和上部的精馏洗涤区12，釜体11的侧面自下而上依次设置有氯气入口1101、循环液入口1102和反应液入口1103，反应液入口1103同一高度处还设置有入磷口1104；

氯气入口1101与氯气储罐5连接；

循环液入口1102通过循环泵100与管式反应器6上部的进液口601连接；管式反应器6底部侧面的进气口602还与氯气储罐5连接；

反应液入口1103与管式反应器6底部的排液口603连接；氯气入口1101还与管式反应器6顶部的排气口604连接；

入磷口1104通过阀门200与液磷计量罐7连接；

气液分离器3还与精馏洗涤区12上部的喷淋层1201连接。

本申请中，反应釜1包括下部的釜体11和上部的精馏洗涤区12，在釜体11内氯气和液磷发生反应生成三氯化磷，精馏洗涤区12主要是将生成的三氯化磷进行精馏和洗涤过程，在精馏洗涤区12进行洗涤过程主要是：利用气液分离器3中所分离出的液态三氯化磷作为洗涤液，对三氯化磷蒸汽进行洗涤，以除掉三氯化磷蒸汽中所夹带的游离磷。在精馏洗涤区12进行精馏过程主要是：将三氯化磷进行精馏过程以提升三氯化磷的纯度。

本申请中，液磷计量罐7在设置时不采用高位设置的方式，因为高位设置时，需用泵体将液磷转入其中，但是在使用泵体转磷时，易发生液磷泄露的情况而引发安全事故，在本申请中，液磷计量罐7采用水压替代高位设置，即向液磷计量罐7中加入大量水，利用水压获得与高位设置同样的压力，这种方式无需设置泵体转料，因而可避免泵体转料时所带来的液磷泄露的风险，且大量的水所形成的水封，可进一步防止液磷泄露。

在生产时，关闭阀门200，先向反应釜1的釜体11内加入三氯化磷作为反应溶剂，加入液态黄磷作为底磷。反应釜1的釜体11外可设置夹套换热至釜内液温至65～70℃(反应开始后停止对釜体11换热)，开启循环泵100将釜体11内的三氯化磷-黄磷混合物泵入管式反应器6的上部，同时氯气储罐5将氯气从管式反应器6的下部通入。

三氯化磷-黄磷混合物从管式反应器6的上部喷淋而下(可在管式反应器6内设置与进液口601连通的液体分布装置，比如喷淋头等设备)，与上行的氯气接触后反应(反应在上封头以及管程内进行，壳程充满温度为30～40℃的水)，反应过程中产生的热量被壳程的温水吸收。反应产物以及未反应完的三氯化磷-黄磷混合物落入下封头，进而从管式反应器6底部的排液口603通过循环液入口1102排入至釜体11中。反应中产生的气态物质(比如气化的三氯化磷)和未反应完的氯气从管式反应器6的顶部排气口604排出，通过釜体11下部的氯气入口1101进入釜体11中。

在上述过程进行的同时，氯气储罐5通过釜体11下部的氯气入口1101将氯气输入釜体11中。同时，打开阀门200，液磷计量罐7内的水，利用水压将其中的液态黄磷压入釜体11与氯气反应，釜体11内底物反应产生的热量将三氯化磷气化，气化的三氯化磷向上行进，进入精馏洗涤区12。

在精馏洗涤区12中，三氯化磷蒸汽被喷淋层1201喷淋的三氯化磷液体洗涤，将三氯化磷蒸汽中混有的游离磷洗涤，并进入釜体11中继续反应，上升的三氯化磷蒸汽在精馏洗涤区12上的冷凝器2中冷凝降温，完全冷凝的三氯化磷落入精馏洗涤区12内，继续上述喷淋洗涤的过程，部分未冷凝的三氯化磷从冷凝器2中输出进入气液分离器3中冷凝分离，一部分冷凝的三氯化磷作为产品采出，存储于纯品储罐4内，其余部分则输入到喷淋层1201中作为洗涤液进行回流，气液分离器3中分离出的气体进入尾气处理工段进行处理。反应中管式反应器6中吸收了反应所释放出热量的水可用作其他设备的加热介质。

本申请的系统通过将合成三氯化磷过程中的一部分底物转入管式反应器6中反应，利用管式反应器6壳程的低温水将反应中的热量吸收回用，同时设置包括釜体11和精馏洗涤区12的反应釜1，利用氯气与黄磷在釜体11内反应时所释放的热量将釜体11内的三氯化磷气化后，进行精馏洗涤过程以提高输出的三氯化磷的纯度，本申请的系统通过上述设备的配合使用，将三氯化磷合成中所释放的热量一部分通过管式反应器6回收利用，与另一部分用于对三氯化磷的精馏，克服了现有生产三氯化磷时所释放的热量未能充分利用，而造成能量浪费的问题

如图2所示，可选地，釜体11内设置有导流筒111，导流筒111的下端靠近氯气入口1101，导流筒111的上端位于釜体11高度的0.55～0.65高度处，导流筒111的内径与釜体11的内径比为1∶1.5～1∶2。

本申请中，导流筒111的设置，可使反应液在导流筒111内外运动方向不同，从而可提升底物的混合程度。在反应时，釜体11内的液位高度一般位于釜体高度的0.7左右，将导流筒111的上端位于釜体11高度的0.55～0.65高度处，保证在反应时反应液能没过导流筒111，以使其发挥导流的作用。导流筒111的内径与釜体11的内径比为1∶1.5～1∶2，可使导流筒内外进行对流的液体的量足够，以使其能够进行充分的混合。

如图2所示，可选地，釜体11内设置有气体分布器112，气体分布器112与氯气入口1101连通，气体分布器112的布气范围处于导流筒111的横截面的范围内。

本申请中，将气体分布器112的布气范围处于导流筒111的横截面的范围内，这种设置，在气体分布器112进行布气时，能使得导流筒111内的液体能够向上运动，而导流筒111外的液体向下运动，从而形成反应液的循环流。在一种可实现的方式中，气体分布器112沿导流筒内壁的切线方向向上布气，这样的布气方式能使气流在导流筒111内螺旋上升，从而带动导流筒111内的液体螺旋上升，进而提升导流筒111内外的对流混合。

如图3所示，可选地，精馏洗涤区12包括顶部的物料出口1202、上部的喷淋层1201和下部的填料层1204，喷淋层1201和出口1202之间还设置有塔板层1203。

本申请中喷淋层1201和填料层1204共同作用，便于喷淋层1201喷淋下的液态三氯化磷将釜体11中上升的三氯化磷蒸汽所混的游离磷洗涤。

三氯化磷蒸汽进入塔板层1203可进行精馏过程，从而提升其纯度。

如图4和图5所示，可选地，喷淋层1201上的多个喷头12011在水平面上呈同心圆状多层布置，每层的喷头12011与水平面成一定的角度设置，且相邻层的喷头12011交错设置。

本申请中，喷头12011在环形导管上的朝向为向心方向布置，或离心方向布置，在同一环形导管上的喷头12011的朝向相同，比如均为向心方向，或均为离心方向；在相邻两个环形导管上的喷头12011的朝向相反，也即相邻的两个环形导管上，其中一环上的喷头12011的朝向为向心方向，另一环则为离心方向。这种布置方式，可使得相邻环形导管上的喷头12011喷出的吸收液形成的喷淋面呈交叉状，从而增大喷淋面与三氯化磷蒸汽的接触面积，提升洗涤效果。在一种较优的实现方式中，最外层环形导管上的喷头12011的朝向为向心方向。喷头12011与水平面所成角度范围为25～35°，以获得更好的覆盖范围。

如图6所示，可选地，液磷计量罐7还连接有补水罐71。

本申请中，因为黄磷是易自燃物质(40℃就可自燃)，为避免液磷计量罐7中水层中的水干涸而引发安全事故，因此设置补水罐71实时向液磷计量罐7补充水分，避免其中的水干涸。

如图7所示，可选地，液磷计量罐7顶部设置有液磷管701、溢流管702和入水管703，液磷计量罐7外设置有夹套704；

溢流管702与补水罐71的顶部连接，入水管703与补水罐71的底部连接。

液磷管701用于将熔磷釜中的液态黄磷加入液磷计量罐7。

夹套704中流动温度为75～80℃的热水，用于保持液磷计量罐7中的黄磷呈液态。

一种三氯化磷生产系统，其工作过程如下：

在生产时，关闭阀门200，先向反应釜1的釜体11内加入三氯化磷作为反应溶剂，加入液态黄磷作为底磷，至釜体11内的液面没过导流筒111。反应釜1的釜体11外可设置夹套换热至釜内液温至65～70℃(反应开始后停止对釜体11换热)，开启循环泵100将釜体11内的三氯化磷-黄磷混合物泵入管式反应器6的上部，同时氯气储罐5将氯气从管式反应器6的下部通入。

三氯化磷-黄磷混合物从管式反应器6的上部喷淋而下(可在管式反应器6内设置与进液口601连通的液体分布装置，比如喷淋头等设备)，与上行的氯气接触后反应(反应在上封头以及管程内进行，壳程充满温度为30～40℃的水)，反应过程中产生的热量被壳程的温水吸收。反应产物以及未反应完的三氯化磷-黄磷混合物落入下封头，进而从管式反应器6底部的排液口603通过循环液入口1102排入至釜体11中。反应中产生的气态物质(比如气化的三氯化磷)和未反应完的氯气从管式反应器6的顶部排气口604排出，通过釜体11下部的氯气入口进入釜体11中。

在上述过程进行的同时，氯气储罐5通过釜体11下部的氯气入口1101将氯气输入至气体分布器112，气体分布器112将氯气从导流筒111内向上沿导流筒111的切线方向输出。同时，打开阀门200，液磷计量罐7内的水，利用水压将其中的液态黄磷压入釜体11，液态黄磷和管式反应器6内排出的液体物料均沿导流筒111外侧的切线方向进入。这种方式，导流筒111内的反应液随着氯气等气体向上运动至导流筒111的上端后，又向下翻涌，而导流筒111外的液磷等反应液向下运动，由此可形成导流筒内外反应液运动方向相反的现象，并且循环起来强化对流，从而将反应底物搅拌均匀，而无需额外的搅拌装置。釜体11内底物反应产生的热量将三氯化磷气化，气化的三氯化磷向上行进，进入精馏洗涤区12。

在精馏洗涤区12中，三氯化磷蒸汽先进入填料层1204，被喷淋层1201喷淋的三氯化磷液体洗涤，将三氯化磷蒸汽中混有的游离磷洗涤，并进入釜体11中继续反应，继续上行的三氯化磷蒸汽在塔板层1203进行类似精馏的过程。

进而，上升的三氯化磷蒸汽在精馏洗涤区12上的冷凝器2中冷凝降温，完全冷凝的三氯化磷落入精馏洗涤区12内，继续上述喷淋洗涤和精馏的过程，部分未冷凝的三氯化磷从冷凝器2中输出进入气液分离器3中冷凝分离，一部分冷凝的三氯化磷作为产品采出，存储于纯品储罐4内，其余部分则输入到喷淋层1201中作为洗涤液进行回流，气液分离器3中分离出的气体进入尾气处理工段进行处理。

最后应说明的是，以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种三氯化磷生产系统，其特征在于，包括依次串联的反应釜(1)、冷凝器(2)、气液分离器(3)和纯品储罐(4)；

所述反应釜(1)包括下部的釜体(11)和上部的精馏洗涤区(12)，所述釜体(11)的侧面自下而上依次设置有氯气入口(1101)、循环液入口(1102)和反应液入口(1103)，所述反应液入口(1103)同一高度处还设置有入磷口(1104)；

所述氯气入口(1101)与氯气储罐(5)连接；

所述循环液入口(1102)通过循环泵(100)与管式反应器(6)上部的进液口(601)连接；所述管式反应器(6)底部侧面的进气口(602)还与所述氯气储罐(5)连接；

所述反应液入口(1103)与所述管式反应器(6)底部的排液口(603)连接；所述氯气入口(1101)还与所述管式反应器(6)顶部的排气口(604)连接；

所述入磷口(1104)通过阀门(200)与液磷计量罐(7)连接；

所述气液分离器(3)还与所述精馏洗涤区(12)上部的喷淋层(1201)连接。

2.根据权利要求1所述的三氯化磷生产系统，其特征在于，所述釜体(11)内设置有导流筒(111)，所述导流筒(111)的下端靠近所述氯气入口(1101)，所述导流筒(111)的上端位于所述釜体(11)高度的0.55～0.65高度处，所述导流筒(111)的内径与所述釜体(11)的内径比为1∶1.5～1∶2。

3.根据权利要求2所述的三氯化磷生产系统，其特征在于，所述釜体(11)内设置有气体分布器(112)，所述气体分布器(112)与所述氯气入口(1101)连通，所述气体分布器(112)的布气范围处于所述导流筒(111)的横截面的范围内。

4.根据权利要求1所述的三氯化磷生产系统，其特征在于，所述精馏洗涤区(12)包括顶部的物料出口(1202)、上部的喷淋层(1201)和下部的填料层(1204)，所述喷淋层(1201)和所述物料出口(1202)之间还设置有塔板层(1203)。

5.根据权利要求1所述的三氯化磷生产系统，其特征在于，所述喷淋层(1201)上的多个喷头(12011)在水平面上呈同心圆状多层布置，每层的喷头(12011)与水平面成一定的角度设置，且相邻层的喷头(12011)交错设置。

6.根据权利要求1所述的三氯化磷生产系统，其特征在于，所述液磷计量罐(7)还连接有补水罐(71)。

7.根据权利要求6所述的三氯化磷生产系统，其特征在于，所述液磷计量罐(7)顶部设置有液磷管(701)、溢流管(702)和入水管(703)，所述液磷计量罐(7)外设置有夹套(704)；

所述溢流管(702)与所述补水罐(71)的顶部连接，所述入水管(703)与所述补水罐(71)的底部连接。