CN219991156U - 一种电子级氢氟酸制备装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种电子级氢氟酸制备装置,该制备装置包括进料系统、精馏塔、脱析塔和吸收系统,其中,所述进料系统包括工业级氟化氢液体罐、高锰酸钾溶液罐、混合器和混合泵,所述工业级氟化氢液体罐和高锰酸钾溶液罐分别与所述混合器的入料口连接,所述混合泵设置在连接所述混合器的出料口和入料口的循环回路上;所述精馏塔的入料口与所述混合器的出料口连接,所述精馏塔的塔底出料口与所述脱析塔的入料口连接;所述吸收系统包括吸收塔、第一冷却器和第二冷却器,所述吸收塔的塔顶入料口与脱析塔的塔顶出料口连接,所述第一冷却器设置在连接所述吸收塔的塔底出料口和塔顶入料口的第一循环回路上,所述第二冷却器设置在连接所述吸收塔的塔底出料口和超纯水入口的第二循环回路上,超纯水管线接在第二循环回路上,电子级氢氟酸从第一循环回路取出。

Description

一种电子级氢氟酸制备装置
技术领域
本实用新型属于电子级氢氟酸制备领域,具体涉及一种电子级氢氟酸制备装置。
背景技术
随着半导体行业的发展,电子级氢氟酸的需求量不断提高,电子级氢氟酸多采用以莹石法或者氟硅酸法制备的无水HF为原料,经精馏、膜过滤等工序后用去离子水进行吸收,通过控制喷淋密度、气液比及膜过滤等方法进一步纯化得到电子级HF液体产品。
As元素含量是影响电子级氢氟酸的关键指标之一,由于无水HF中As多以三氟化砷的形式存在,其沸点与HF沸点差别不大,精馏难以有效分离,而且由于莹石法或者氟硅酸法制备的无水HF含水,以及来自制备过程中的其它杂质如硫酸、二氧化硫、氯化氢、四氟化硅、氨、二氧化碳等存在互溶性,常规的精馏方法难以完全分离,限制了电子级氢氟酸纯度的提高。
采用高锰酸钾氧化法是目前去除工业级氟化氢原料中的砷杂质以制备电子级氢氟酸应用较多的方法,如专利文献CN1931709A超净高纯级氢氟酸的制备方法、CN101125639A超高纯氢氟酸的提纯方法、CN101570318A一种生产电级氢氟酸的方法、CN101597032A电子级高纯氢氟酸的制备方法、CN102249193A一种氢氟酸的制备方法及制备专用设备、CN103864018A工业氢氟酸除砷的方法、CN110589770A一种电子级氢氟酸的制备方法。但现有高锰酸钾氧化法的不足是:1、氧化耗时长,多为间歇式生产,2、高锰酸钾氧化除杂后,HF气体由精馏塔顶部取出,但由于砷化合物中存在很多的低沸点组分氟化物,所以去除砷元素的实际效果并不理想,3、产品浓度波动大。
实用新型内容
针对上述现有技术存在的技术问题,本实用新型提供一种电子级氢氟酸制备装置。
本实用新型实现上述目的所采用的技术方案如下:
一种电子级氢氟酸制备装置,所述制备装置包括进料系统、精馏塔、脱析塔和吸收系统,其中,
所述进料系统包括工业级氟化氢液体罐、高锰酸钾溶液罐、混合器和混合泵,所述工业级氟化氢液体罐和高锰酸钾溶液罐分别与所述混合器的入料口连接,所述混合泵设置在连接所述混合器的出料口和入料口的循环回路上;
所述精馏塔的入料口与所述混合器的出料口连接,所述精馏塔的塔底出料口与所述脱析塔的入料口连接;
所述吸收系统包括吸收塔、第一冷却器和第二冷却器,所述吸收塔的塔顶入料口与脱析塔的塔顶出料口连接,所述第一冷却器设置在连接所述吸收塔的塔底出料口和塔顶入料口的第一循环回路上,所述第二冷却器设置在连接所述吸收塔的塔底出料口和超纯水入口的第二循环回路上,超纯水管线接在第二循环回路上,电子级氢氟酸从第一循环回路取出。
优选地,所述精馏塔的入料口设置在塔中部,所述精馏塔的塔顶配有精馏冷凝器,塔底配有精馏再沸器。
优选地,所述脱析塔的塔底配有脱析再沸器,所述脱析塔的塔底出料口与工业级氢氟酸储罐连接。
优选地,电子级氢氟酸从第一循环回路上所述第一冷却器的出口取出。
优选地,超纯水管线通过所述第二次冷却器的入口接入第二循环回路。
优选地,所述吸收塔的超纯水入口设在吸收塔的中部。
一种电子级氢氟酸制备方法,包括以下步骤:
(1)将工业级氟化氢液体与高锰酸钾溶液在混合器中循环混合反应;
(2)对反应后的混合液进行精馏处理;
(3)对精馏后的混合液进行脱析处理;
(4)脱析得到的氟化氢气体用超纯水吸收,得到电子级氢氟酸。
优选地,所述高锰酸钾溶液为碱性高锰酸钾溶液。
优选地,步骤(4)吸收后产生的吸收液分成两路,一路经冷却后一部分返回继续进行吸收另一部分取出,另一路与超纯水混合后经冷却后返回继续进行吸收。
有益效果
1、原料HF与处理液混合后,经混合泵与混合器组成的混合系统进行高效混合,可实现原料的高效分散和快速反应,达到连续生产电子级氢氟酸的效果。
2、精馏时,塔顶采用全回流模式,塔底取出氢氟酸,可以实现HF与砷元素的高效分离。
3、吸收时采用双循环回流模式,将超纯水添加管线和产品采出管线分开,超纯水的添加不会导致成品酸的浓度波动,同时可以使得HF吸收过程热量不集中释放,有利于吸收过程的稳定。
附图说明
图1为本实用新型电子级氢氟酸制备装置的示意图,其中,V01-工业级氟化氢液体罐,V02-工业级氢氟酸储罐,R01-高锰酸钾溶液罐,M01-混合器,M02-气液混合器,P01-原料泵,P02-处理液泵,P03-吸收液循环泵,P04-输送泵,P05-混合泵,T01-精馏塔,T02-脱析塔,T03-吸收塔,E01-精馏再沸器,E02-精馏冷凝器,E03-脱析再沸器,E04-第一冷却器,E05-第二冷却器。
具体实施方式
以下结合实施例对本实用新型的技术方案做进一步详细说明。
实施例1
如图1所示,本实用新型的电子级氢氟酸制备装置包括进料系统、精馏系统、脱析系统和吸收系统。
所述进料系统包括工业级氟化氢液体罐V01、高锰酸钾溶液罐R01、和混合泵P05,所述工业级氟化氢液体罐V01和高锰酸钾溶液罐R01通过管道分别与所述混合器M01的入料口连接,所述混合泵P05通过管道分别与所述混合器M01的出料口和入料口连接。
所述精馏系统包括精馏塔T01、塔底的精馏再沸器E01和塔顶的精馏冷凝器E02,所述精馏塔T01的入料口与所述混合器M01的出料口通过管道连接,所述精馏塔T01的入料口设在塔身中部。
所述脱析系统包括脱析塔T02、塔底的脱析再沸器E03和工业级氢氟酸储罐V02,所述脱析塔T02的入料口与所述精馏塔T01的塔底出料口通过管道连接,所述脱析塔T02的塔底出料口与工业级氢氟酸储罐V02的入料口通过管道连接。
所述吸收系统包括吸收塔T03、第一冷却器E04和第二冷却器E05,所述吸收塔T03的塔顶入料口与脱析塔T02的塔顶出料口连接,所述吸收塔T03的塔底出料口通过吸收液循环泵P03和管道与所述第一冷却器E04的吸收液入口连接,所述第一冷却器E04的吸收液出口通过管道所述吸收塔T03的塔顶入料口连接,从而在吸收塔T03塔底和塔顶之间形成吸收液的第一循环回路,吸收液经第一冷却器E04冷却后部分取出,即得到电子级氢氟酸。所述吸收塔T03的塔底出料口通过吸收液循环泵P03和管道所述第二冷却器E05的进水口连接,所述第二冷却器E05的进水口还通过管道与超纯水水源连接,所述第二冷却器E05的出水口通过管道与所述吸收塔T03的超纯水入口连接,从而在吸收塔T03塔底和超纯水入口之间形成吸收液的第二循环回路,吸收塔T03的超纯水入口设置在塔的中部。
精馏再沸器E01,精馏冷凝器E02,脱析再沸器E03,第一冷却器E04和第二冷却器E05等换热器采用碳化硅材质,既保证良好的传热效果,又能避免管壁腐蚀对产品质量的影响。
运行时,先在高锰酸钾溶液罐R01中配置高锰酸钾溶液,也可添加适量的NaOH,形成碱性的高锰酸钾溶液,以下简称为处理液,NaOH主要去除酸性气体成分如HCl等,高锰酸钾主要是将原料工业级氟化氢液体中的As由三价氧化为五价,从而便于与HF的分离。工业级氟化氢液体罐V01中的HF原料和高锰酸钾溶液罐R01中的处理液分别由原料泵P01和处理液泵P02输送进入混合器M01,在混合泵P05的快速循环下,HF原料与处理液在混合器M01中剧烈混合反应,反应后的混合液进入精馏塔T01。混合液在精馏再沸器E01加热下汽化,精馏冷凝器E02采用全回流模式,只有低沸点不凝组分会从精馏塔T01顶部排出,可以高效的去除原料HF中的五价砷氟化物等低沸点组分,精馏塔T01塔底液体进入脱析塔T02。由脱析再沸器E03加热汽化,在脱析塔中实现HF和处理液、金属离子化合物等高沸点组分的分离,高沸点组分从脱析塔T02塔底排出后送入工业级氢氟酸储罐,再由工业级氢氟酸输送泵P04取出,高纯HF气体由脱析塔T02顶部排出,进入吸收塔T03。高纯HF气体在吸收塔T03中与超纯水混合吸收产生电子级高纯氢氟酸,由吸收液循环泵P03将塔底产生的吸收液一部分送入第一冷却器E04进行冷却,另一部分与超纯水混合后送入第二冷却器E05,经第一冷却器E04冷却后的吸收液一部分取出,另一部分通过气液混合器M02从塔顶返回吸收塔T03内,超纯水与吸收液混合经第二冷却器E05冷却后从超纯水入口返回吸收塔T03。
实施例2
利用上述装置制备电子级氢氟酸的方法,包括以下步骤:
(1)将工业级氟化氢液体和碱性高锰酸钾溶液送入混合器中进行循环混合反应。
高锰酸钾用量按照氧化氟化氢原料中还原性物质所需数量的1~10倍配置,常规2~5倍,氢氧化钠用量按照中和氟化氢原料中酸性组分所需数量的1~10倍配置,常规2~5倍。高锰酸钾和氢氧化钠混合使用时,浓度按照饱和浓度的1%~100%配置,常规30%~70%。
(2)将反应后的混合液送入精馏塔进行精馏处理,低沸点的不凝气体从塔顶排出。精馏塔压力0~0.1barg,建议微正压操作,0.03~0.05barg,塔底温度30~50℃。
(3)将精馏塔塔底液体送入脱析塔进行脱析处理,脱析得到的高纯氟化氢气体送入吸收塔。脱析塔压力微正压,0~0.03barg,塔底温度20~40℃。
(4)在脱析塔中,高纯氟化氢气体与超纯水接触吸收,产生的吸收液分成两路进行循环回流,一路经冷却后一部分返回继续与高纯氟化氢气体接触进行吸收另一部分取出,即为电子级氢氟酸,另一路则与超纯水混合后再经冷却返回继续与高纯氟化氢气体接触进行吸收。产品电子级氢氟酸的收率达到95%以上。
产品电子级氢氟酸经精密膜过滤进一步去除内部微小颗粒杂质后,各项指标可达到UP-SS级。
最后应说明的是:以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已,并不用于限制本实用新型,尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。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、改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种电子级氢氟酸制备装置,其特征在于:所述制备装置包括进料系统、精馏塔、脱析塔和吸收系统,其中,
所述进料系统包括工业级氟化氢液体罐、高锰酸钾溶液罐、混合器和混合泵,所述工业级氟化氢液体罐和高锰酸钾溶液罐分别与所述混合器的入料口连接,所述混合泵设置在连接所述混合器的出料口和入料口的循环回路上;
所述精馏塔的入料口与所述混合器的出料口连接,所述精馏塔的塔底出料口与所述脱析塔的入料口连接;
所述吸收系统包括吸收塔、第一冷却器和第二冷却器,所述吸收塔的塔顶入料口与脱析塔的塔顶出料口连接,所述第一冷却器设置在连接所述吸收塔的塔底出料口和塔顶入料口的第一循环回路上,所述第二冷却器设置在连接所述吸收塔的塔底出料口和超纯水入口的第二循环回路上,超纯水管线接在第二循环回路上,电子级氢氟酸从第一循环回路取出。
2.根据权利要求1所述的制备装置,其特征在于:所述精馏塔的入料口设置在塔中部,所述精馏塔的塔顶配有精馏冷凝器,塔底配有精馏再沸器。
3.根据权利要求1所述的制备装置,其特征在于:所述脱析塔的塔底配有脱析再沸器,所述脱析塔的塔底出料口与工业级氢氟酸储罐连接。
4.根据权利要求1所述的制备装置,其特征在于:电子级氢氟酸从第一循环回路上所述第一冷却器的出口取出。
5.根据权利要求1所述的制备装置,其特征在于:所述超纯水管线通过所述第二冷却器的入口接入第二循环回路。
6.根据权利要求1所述的制备装置,其特征在于:所述吸收塔的超纯水入口设在吸收塔的中部。
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