KR20180101425A - 혼합 티 조립체와 혼합 티 조립체가 부착되는 반응조 내에서 인산을 제조하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 혼합 단부와 티 단부를 가지고, 상기 티 단부는 근방에 티 구조가 형성되며 추가되는 파이프와 연결되기 위한 적어도 하나 이상의 순환산 주입구를 갖는 아우터파이프;와 노즐 및 산 주입구에 연결되는 노즐 단부를 포함하는 이너파이프;를 포함하고, 상기 이너파이프의 내부 표면은 내부식성 재료로 라이닝되며 상기 이너파이프가 상기 아우터파이프 내에 동심원 상으로 조립 될 때, 상기 노즐은 상기 아우터파이프의 내측 직경의 1/3 이상 또는 4 인치 이상으로 상기 혼합 단부를 넘어 연장되는 것을 특징으로 하는 혼합 티 조립체를 제공한다.
본 발명에 따르면, PTFE (테플론), 고무 라이닝 및 고 니켈 합금 파이프(high nickel alloy pipe)의 조합으로 혼합 티 조립체의 이너파이프의 예상 수명을 보존하고 연장할 수 있는 이점이 있다.
또한 본 발명은, 이너파이프가 아우터파이프로부터 연장되어, 인광석과 반응하여 인산이 생성되는 메인 어택 탱크(main attack tank)로 희석된 황산의 유동과 분산을 보다 원활하게 하는 이점이 있다.

Description

혼합 티 조립체와 혼합 티 조립체가 부착되는 반응조 내에서 인산을 제조하는 방법
본 발명은 혼합 티 조립체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 황산으로 인광석을 어택(attack)하여 인산을 제조하는 데에 사용되는 혼합 티 조립체에 관한 것이다.
인산은 화학식 H3PO4를 갖는 무기산이다. 인산은 오늘날의 다양한 제조 공정의 중요한 반응물로 양극산화, 생물학 및 화학 분야의 완충제, 촉매 또는 연료전지의 전해질 등으로 쓰인다. 인산은 비료와 같은 농산물에서도 중요한 성분이다.
인산은 일반적으로 열처리 및 습식법의 두 가지 경로로 산업적으로 생산되며, 습식법은 두 가지 하위 방법을 포함한다. 습식법은 상업 부문에서 지배적이다. 열처리는 고비용일수록 식품 산업의 제품에 사용되는 보다 순수한 제품을 생산한다. 인산을 제조하기 위한 다양한 방법의 배경지식은 본 발명의 중요성을 이해하는데 유익하다.
열처리는 다음과 같이 설명될 수 있다. 매우 순수한 인산은 원소 상태의 인을 연소시켜 오산화인을 생성하여 얻고, 오산화인은 그 후에 희석된 인산에 용해된다. 이 과정은, 용광로에서 암석으로부터 인을 추출할 때 암석에 존재하는 대부분의 불순물이 제거되어 매우 순수한 인산을 생성한다. 최종 결과는 열처리된 식품용 인산을 얻는 것이지만, 중요한 제품에서는 비소 화합물을 제거하기 위한 추가 공정이 필요할 수 있다.
원소 상태의 인은 전기로에서 제조된다. 고온에서, 인광, 이산화규소 및 탄소질 물질의 혼합물은 규산칼슘, 인산가스(P) 및 일산화탄소(CO)를 생성한다. 이 반응에서 배출되는 인산가스(P) 및 일산화탄소(CO)는 물속에서 냉각되어 고체 상태의 인을 분리시킨다. 혹은, 인산가스(P) 및 일산화탄소(CO) 배출 가스는 대기에 연소되어 오산화인 및 이산화탄소를 생성할 수 있다. 원소 상태의 인을 준비하는 데 드는 높은 비용으로 인해 열처리는 상업 부문에서 일반적이지 않다.
습식법은 다음과 같이 설명될 수 있다. 습식인산은 일반적으로 인회석으로 발견되는 인산삼칼슘 암석에 황산을 첨가하여 제조된다. 반응은 다음과 같다.
Ca5(P04)3X + 5H2S04 + 10H20→ 3H3P04 + 5CaS04 - 2H20 + HX (X는 OH, F, Cl 또는 Br을 포함 할 수 있다.)
초기 인산 용액은 23-33%의 오산화인(P205)(32-46%의 인산(H3PO4))을 함유 할 수 있으나, 물의 증발에 의해 농축되어 약 54-62%의 오산화인(P2O5)(75-85%의 인산(H3PO4))를 함유한 상업용 인산을 생산할 수 있다. 물을 더 증발 시키면 오산화인(P2O5)의 농도가 70%를 초과하는 과인산이 생성된다.
황산을 사용하여 인광을 분해하면 불용성 황산칼슘(석고)이 생성되고, 이는 인산석고로 여과되어 제거된다. 습식산은 불소를 제거하여 동물용 인산을 생산하거나 용매 추출과 비소 제거를 통해 식품용 인산을 생산하기 위해 더 정제 될 수 있다.
질산분해법(The nitrophosphate process)은 황산 대신 질산을 사용하는 것을 제외하고는 습식법과 유사하다. 이 공정의 장점은 부산물인 질산칼슘이 식물의 비료이기도 하다는 점이나, 이 방법은 거의 사용되지 않는다.
디플로 프로세스(Diplo Process)는 다음과 같이 설명될 수 있다. 보다 나은 결정화와 수율을 제공하기 위해 습식법의 개선안이 개발되어 왔다. 디플로 프로세스(Diplo Process)는 연속적으로 연결된 두 개의 반응기 내에서 인광석이 두 단계로 어택(attack)되는 표준 Speichim Single Reactor Process의 변형이다.
인광석은 반응기에서 황산과 혼합되어 인산 석고 슬러리를 생성한다. 교반(agitation)은 고수율과 최적화된 결정화를 위한 높은 재순환율과 혼합 효율을 보장한다. 표면냉각기-분산기 또는 기타 순간냉각기(flash cooler)로 공기를 냉각시켜 반응열을 제거한다.
산-어택(acid-attack) 반응을 위한 장치는 특히, 용이한 취급을 위해 농축된 황산이 희석되어 반응기에 도입되는 혼합 티 조립체를 포함한다. 그러나, 많은 양의 열을 동반하는 희석 과정은 이미 부식성을 가진 황산에 산성의 혼합 티 조립체를 보다 취약하게 만들고, 특히 농축된 부식성 황산을 분사하는 노즐에서 그러하다.
혼합 티 조립체는 동심원의 이너파이프와 아우터파이프가 노즐 내에서 종단되며, 노즐은 이너파이프로부터의 유체가 존재하고 내측 및 외측 동심 파이프 혼합에 의해 생성된 동심 챔버를 가진다. 농축된 황산은 이너파이프를 통해 유입되고 동심챔버에 도입된 반응기로부터 회수된 순환산 혹은 재활용산으로 희석된다. 지금까지 파이프에 대한 부식성 손상을 줄이기 위해 PTFE로 노즐을 코팅하거나 혼합 영역 근방에 PTFE 라이닝 된 파이프를 사용하는 것이 제안되어 왔다. 그러나, 이러한 개선에도 여전히 노즐 스프레이가 가진 고유의 난류 때문에 이너파이프와 아우터파이프의 혼합 단부에 황산이 갇히는 것을 방지 할 수 없다. 보다 구체적으로, 이너파이프와 아우터파이프 사이의 공간에서의 난류는 노즐에서 황산을 완전히 배출하지 못하게 하여, 적어도 파이프에 갇힌 잔류 황산을 남겨 결국 파이프에 해를 입힐 수 있다.
또한, 종래의 PTFE 라이너는 라이너와 파이프 사이의 갭으로 황산의 침출을 방지할 수 있을 만큼 충분히 이너파이프와 밀착되지 않았다. 이 문제는 황산의 희석 또는 혼합으로 인한 고온 하에서 특히 보편적으로 발생하며, 이 갭은 열팽창에 의해 더 넓어지게 된다. 이러한 문제는 혼합 티 조립체의 교체시기를 급속히 당긴다.
따라서, 내식성이 우수하고 수명이 긴 혼합 티 조립체를 얻기 위한 개선 방안이 필요하다.
본 발명은 전술 한 문제점을 해결하는 개선하기 위한 것으로서, 혼합 단부와 티 단부를 가지고, 티 단부는 근방에 티 구조가 형성되며 추가되는 파이프와 연결되기 위한 적어도 하나 이상의 순환산 주입구를 갖는 아우터파이프; 　노즐 및 개방된 단부에 연결된 노즐 단부를 포함하는 이너파이프; 이너파이프의 내부 표면은 내부식성 재료로 라이닝되며,　이너파이프가 아우터파이프 내에 조립 될 때, 노즐은 아우터파이프의 혼합 단부를 넘어 아우터파이프의 내측 직경의 1/3 이상, 더욱 바람직하게는 아우터파이프의 내측 직경의 2/5만큼 연장될 수 있다. 또는, 노즐은 적어도 4 인치(101.6㎜), 보다 바람직하게는 6 인치(152.4㎜), 더욱 더 바람직하게는 8 인치(203.2㎜)만큼 아우터파이프의 혼합 말단을 넘어 연장될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 혼합 단부와 티 단부를 가지고, 티 단부 근처에 티 구조가 형성되며 추가되는 파이프와 연결되는 적어도 하나 이상의 순환산 유입구를 갖는 아우터파이프; 노즐 및 산 유입구에 연결된 노즐 단부를 포함하는 이너파이프;를 포함하고, 이너파이프의 내부 표면은 내부식성 재료로 라이닝되며 이너파이프가 아우터파이프 내에 동심원 상으로 조립 될 때, 노즐은 아우터파이프의 내측 직경의 1/3 이상 또는 4 인치 이상으로 혼합 단부를 넘어 연장될 수 있다.
바람직하게, 아우터파이프는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)으로 이루어질 수 있다. 이너파이프는 내부식성 합금, 바람직하게는 니켈-몰리브데넘-크롬 가공 합금, 더욱 바람직하게는 미국 Indiana주의 Haynes International, Inc. Kokomo에서 제조된 Hastelloy C-276로 제조될 수 있다.
바람직하게, 코어는 양측면에 다수의 결합돌기가 형성될 수 있다.
바람직하게, 결합돌기에 결합되는 결합홀이 천공되어 코어와 스톱퍼 사이에 결합되는 스틸플레이트;를 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 내부식성 재료는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리프로필렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드(바람직하게는, 미국 Philadelphia주의 Arkema, Inc.,PA에서 제조된 Kynar) 또는 그 조합, 보다 바람직하게는 PTFE를 포함하는 조합일 수 있다. 최적의 내부식성을 담보하고 장비의 수명을 연장시키기 위해서는 이너파이프는 전체 길이에 걸쳐 내부식성 재료로 라이닝될 수 있다.
바람직하게, 노즐은 이너파이프에 라이닝 되어 있는 내부식성 재료와 같은 재료로 이루어질 수 있다. 즉, PTFE 등으로 제조될 수 있다.
바람직하게, 이너파이프는 외부 표면이 부식 방지 물질로 덮인 것이 바람직하다. 부식 방지 물질은 황산 또는 인산에 의한 부식을 견딜 수 있는 임의의 공지된 물질 일 수 있고, 바람직하게는 고무일 수 있다.
바람직하게, 노즐은 아우터파이프의 혼합 단부를 넘어 아우터파이프의 내부 직경의 2/5 이상 또는 6 인치 이상으로 연장 될 수 있다.
바람직하게, 긴 제품 수명을 얻기 위해, 노즐, 이너파이프 및 라이닝된 내부식성 재료는 밀착되어 최소한의 산이 이너파이프와 접촉하므로 상당한 부식을 피할 수 있다.
바람직하게, 혼합 단부와 티 단부를 가지고, 상기 티 단부의 근방에 추가 파이프와 연결되기 위한 티 구조가 형성되며 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)로 이루어진 아우터파이프; 노즐에 연결된 노즐 단부와 개방 단부를 가지고, 니켈-몰리브데넘-크롬 합금으로 이루어진 이너파이프;를 포함하고, 이너파이프의 내부 표면은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리프로필렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드(Kynar®) 또는 그 조합을 포함하는 내부식성 재료로 라이닝되며, 이너파이프가 아우터파이프 내에 조립 될 때, 노즐은 아우터파이프의 내측 직경의 1/3 이상으로 혼합 단부를 넘어 연장될 수 있다.
또한 본 발명은, 혼합 티 조립체가 부착되는 반응조 내에서 인산을 제조하는 방법에 있어서, a) 순간냉각기(flash cooler )로부터 공급된 반응기 슬러리가 담긴 반응조에 인광석을 유입하는 단계; b) 혼합 티 조립체의 이너파이프를 통해 인광석과 반응하여 인산(P2O5)을 함유하는 생성물 슬러리를 생산하는 신선한 황산을 반응조로 유입하는 단계; c) 생성물 슬러리로부터 순환산을 순환시키는 단계;를 포함하고, 상기 순환산은 상기 b)단계의 황산과 상기 혼합 티 조립체의 아우터파이프를 통해 혼합되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 반응기 슬러리는 PTFE의 연소 또는 열화를 피하기 위해 80℃ 이하, 바람직하게는 75℃ 이하의 온도로 유지될 수 있다.
바람직하게, 순환산은 약 98%의 H2SO4를 포함하는 신선한 황산을 희석하기 위해 약 20-25%의 인산, 바람직하게는 약 21%의 인산을 포함할 수 있다.
바람직하게, 최적 조건의 경우, 신선한 황산은 노즐에서 희석되면서 파이프와 노즐에 손상을 줄 수 있는 다량의 열을 발생시키기 때문에, 그 온도는 60℃ 이하일 수 있다. 또한, 노즐 주위의 온도는 90℃ 이하, 바람직하게는 약 80℃로 유지된다.
전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명은, 인산염 어택(attack) 반응기에서 농축된 황산과 하류부 필터로부터의 재활용산을 적절히 혼합하기 위한 매우 효과적인 도구이다. 반응기 내의 혼합이 일어나는 지점에서 매우 휘발성인 발열 반응이 발생한다. 엄청난 양의 열과 매우 부식성이 강한 묽은 황산이 혼합 티의 끝에 집중되어 있다. PTFE (테플론), 고무 라이닝 및 고 니켈 합금 파이프(high nickel alloy pipe)의 조합으로 본발명의 혼합 티 조립체의 이너파이프의 예상 수명을 보존하고 연장할 수 있다.
본 발명의 혼합 티 조립체는 최적의 강도 및 비용의 효율성을 위해, 이너파이프에 하스텔로이 C-276 Schedule 40 파이프와 같은 적합한 재료를 사용하여 적절한 두께(예를 들어, 모재 금속으로 육후(wall thickness) 0.375 ")로 조립 될 수 있다. 파이프의 모든 용접은 ASTM(American Society for Testing and Materials;미국재료시험협회)절차에 따라 수행하는 것이 좋으며, 모든 용접은 염색 침투액과 PMI테스트(Positive Material Identification test;합금성분분석 테스트)를 사용하여 비파괴적으로 검사될 수 있다. 바람직한 실시 예에서, 본 발명의 모든 재료에 대해 화학 물질 및 물리적 파이프 특성에 대한 재료 시험 보고서가 요구될 수 있다. 제조 후 하스텔로이(® C-276)로 이루어진 이너파이프의 외부는 바람직하게 ¼ " 두께의 고무로 라이닝 되거나 코팅될 수 있고, 예를 들어 미국 OHIO주 Blair Rubber Company, Seville의 Blair Hotline Enduraflex™ 고무를 고온 경화하여 추가적인 내부식성이나 내마모성을 부가할 수 있다. 하스텔로이(® C-276)로 이루어진 이너파이프의 내부 표면을 보호하기 위해 ½ " 두께로 순수한 테플론을 압출 성형한 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 튜브가 정밀하게 가공되어 하스텔로이 파이프와 테플론 튜브 사이가 밀착되도록 할 수 있다.
폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)은 테트라플루오로에틸렌의 합성 플루오로 중합체로서 수많은 용도가 있다. 이는 탄소와 불소로만 구성된 고분자 화합물이다. PTFE는 소수성이며, 즉 물 또는 물을 함유한 물질이 PTFE를 습윤시키지 않아 산성 용액으로 가득 찬 거친 환경에 적합하다. PTFE는 어떤 고체와의 관계에서도 마찰 계수가 가장 낮기 때문에 내마모성 코팅에 사용되기 적합하다. 또한, PTFE는 탄소-불소 결합의 강도 때문에 반응성이 낮다.
테플론 튜브는 하스텔로이 파이프에 대한 추가적인 내부식성을 제공하고 팁의 테플론 밀봉이 유지되는 경우 혼합 티의 기대 수명을 현저히 연장시킨다. 테프론 내부 튜브의 정밀한 재단과 독특한 고정방법 및 파이프까지 연장된 테프론 노즐은 모두 본 발명의 혼합 티 조립체의 개선에 기여한다.
본발명의 혼합 티 조립체의 아우터파이프는 하류부 필터로부터 재활용산을 수용하여 이너하트텔로이 파이프에 희석 및 냉각 효과를 제공한다. 황산 대비 재활용산의 최적 비율을 유지하는 것은 효율적인 인산의 생산에 중요한 고려 사항이다. 또한 재활용산의 일정한 흐름을 유지하는 것은 황산으로부터 반응열을 분산시키는 데 중요하다. 흐름이 중단되면 혼합 티의 팁이 대량의 열에 의해 신속하게 연소되어 혼합 티 조립체의 예상 수명이 크게 단축된다.
HDPE는 가용성이 우수하고 비용이 저렴하며 인산 처리 공정에 내재하는 부식이나 마모 또는 내성을 처리하는 입증된 능력으로 인해 아우터파이프 재료에 사용된다. HDPE로 만들어진 아우터파이프와 하스텔로이, 테프론 및 고무 라이닝의 조합으로된 이너파이프의 조합은 많은 비료 설비뿐만 아니라 다른 용도에도 사용하도록 설계되었다. 본발명은 아우터파이프의 혼합 단부를 너머 연장키는 이너파이프를 제공한다.
이너파이프는 아우터파이프로부터 연장되어, 인광석과 반응하여 인산이 생성되는 메인 어택 탱크(main attack tank)로 희석된 황산의 유동과 분산을 보다 원활하게 한다. 종래의 기술은 상기와 같은 적절한 연장이 없어 HDPE 아우터파이프의 혼합 단부에 황산을 갇히게 하고 이는 고온을 야기하여 혼합 티 조립체의 수명을 단축시킨다.
도 1은 본발명의 인산 제조 공정의 개략도.
도 2는 본발명의 혼합 티 조립체에 배치된 파이프의 단면도.
도 3의 (A)는 종래의 혼합 티 조립체의 이너파이프의 단면도.
도 3의 (B)는 종래의 혼합 티 조립체의 아우터파이프의 단면도.
도 3의 (C)는 종래의 혼합 티 조립체의 이너파이프의 배치를 보여주는 단면도.
도 3의 (D)는 종래의 혼합 티 조립체의 노즐과 이너파이프의 확대도.
도 4의 (A)는 본 발명의 혼합 티 조립체의 아우터파이프의 단면도.
도 4의 (B)는 본 발명의 혼합 티 조립체의 이너파이프의 단면도.
도 4의 (C)는 본 발명의 혼합 티 조립체의 노즐의 확대도.
이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명이 예시적 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일 참조부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부재를 나타낸다.
본 발명의 목적 및 효과는 하기의 설명에 의해서 자연스럽게 이해되거나 보다 분명해 질 수 있으며, 하기의 기재만으로 본 발명의 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
"약"이라는 용어는 측정 오차의 플러스 또는 마이너스 값을 의미하거나 또는 측정 방법이 제시되지 않은 경우 ± 10 %를 의미한다.
청구 범위에서 "또는" 이라는 용어는 대안만을 지칭하도록 명시적으로 지시되지 않았거나 또는 대안들이 상호 배타적인 경우를 제외하고는 "및"과 "또는"을 포함하여 의미하는 것으로 사용된다.
용어 "포함하다"와 그 변형체는 제한 없는 연결 동사이며 청구항에 사용될 때 다른 요소를 추가 할 수 있게 한다.
"구성되는"이라는 문구는 폐쇄되어 다른 추가 요소를 배제한다.
"본질적으로 이루어진"이라는 문구는 추가의 재료 요소를 배제하지만, 본 발명의 본질을 실질적으로 변화시키지 않는 비재료인 원소의 함유물을 허용한다.
다음과 같은 약어가 본 명세서에서 사용된다 :
HDPE: High density polyethylene
PTFE: Polytetrafluoroethylene
PP: Polypropylene
Kynar: Polyvinylidene fluoride
본 발명은 혼합 티 조립체(400)의 예상 수명을 향상시키고 인산의 제조에 있어서, 적합한 혼합 결과를 제공하도록 특별히 설계된 혼합 티 조립체(400)를 제공한다. 새로운 혼합 티의 상세한 설명은 도면을 참조하여 이루어질 것이다. 도면은 반드시 축척 된 것이 아니며 설명을 위한 것이다.
인산을 생산하기 위해 통상적으로 사용되는 5 가지 방법이 있는데, 이는 각각 이수화물법(Dihydrate Process;이하, DH), 반수화물법(Hemihydrate Process;이하, HH), 이수반수화물법(Di-Hemihydrate Process;이하, DHH)과 단일 단계의 반수이수화물법(Hemi-Dihydrate Process; 이하, HDH) 및 이중 단계의 HDH이다. 암석 및 석고 처리 시스템마다 다른 공정이 필요하고, 그 중 DH 공정이 가장 일반적으로 사용된다.
전형적인 DH 공정은, 도 1에 도시 된 바와 같이, 분쇄, 반응, 여과 및 농축의 4 단계가 포함된다. 일부 상업용 암석은 분쇄할 필요가 없어 분쇄 단계는 도 1에 도시하지 않았다.
반응 단계에서, 인산삼칼슘은 도 1에 도시된 바와 같이 농축된 황산과의 반응에 의해 인산과 불용성 황산칼슘으로 전환된다. 혼합 티 조립체(400)는 인산 생산과정에서 인산 반응 및 여과 공정에 사용된다. 제 1 반응기 컴파트먼트(11)에서, 후술되는 순간냉각기(flash cooler)로부터의 인광석 및 반응기 슬러리가 첨가된다. 황산은 혼합 티 조립체(400)에 있는 DH 필터(15)로부터의 순환산으로 희석된 다음 반응기의 제 2 반응기 컴파트먼트(12)에 첨가된다. 제 3 반응기 컴파트먼트(13)에서, 순간냉각기(flash cooler)순환펌프(미도시)는 반응기 슬러리를 80℃로 유지시키기 위해 사용되는 순간냉각기(flash cooler)로 반응기 슬러리를 보낸다. 반응기 컴파트먼트(11,12,13)는 순환에 있어서 교반 후의 반응 부피를 유지한다.
이수화물 침전에 대한 작동 조건은 농도 26-32%의 P205와 온도 70-80°C이다. 이 온도는 반응기 슬러리를 순간냉각기(flash cooler)로 통과시킴으로써 제어되고, 슬러리를 탈기시키며 펌핑을 쉽게 만든다. 냉각된 반응기 슬러리는 이후 제 1 반응기 컴파트먼트(11)로 다시 첨가된다.
여과 단계에서, 인산은 황산칼슘 이수화물(calcium sulphate dihydrate)로부터 분리된다. 일반적으로, 1톤의 생성산이 생산될 때 마다 5톤의 석고가 생성된다. 따라서, 반응기 슬러리는 DH 필터(15)에 의해 먼저 여과되어 25-30%의 P205 생성물 산을 회수한다. 그 다음, DH 필터(15)로부터의 석고 케이크는 2 개의 역류 수세기(17,17')를 사용하여 세척된다. 제 2 수세기(17')의 여액은 순환산으로서 반응기로 펌핑된다. 생성산(18)은 분리정제공정(downstream processing)을 위해 이송되고, 생성된 DH석고(19)는 처리된다.
농축 단계에서, 버너로부터의 고온의 연소 가스와 산을 접촉시켜 액상 물을 증발시킨다.
혼합 티 조립체(400)는 황산과 순환산을 반응기 내로 공급하는 데 사용된다. 이는 배출 지점에서의 국부적 농도 및 온도를 제어하기 위해 황산을 희석시켜 인광석의 피복을 방지하고 시트르산불용(Citrate Insoluble;이하, CI라고 한다.)의 손실을 감소시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 혼합 티 조립체(400)의 개략도이다. 혼합 티 조립체(400)는 2 개의 동심 파이프인 아우터파이프와 이너하스텔로이 파이프(211, 221)로 구성된다. 필터로부터 순환산의 흐름은 분할되어 아우터파이프(211)에 공급되는 2 개의 측면 유입구(231, 232)를 통해 들어간다. 황산은 이너하스텔로이 파이프(221)에 황산을 공급하는 상부 노즐(220)을 통해 들어간다. 이너하스텔로이 파이프(221)는 이너파이프(222)의 표면과 함께 테플론으로 라이닝된다. 코팅된 표면은 파이프 내부의 전체 길이를 관통하고 배출 노즐(223)을 형성하는 아우터파이프(211)를 넘어서 연장된다. 슬롯(225)은 DH 필터(15)로부터의 순환산과 혼합되는 황산을 배출하여 적합한 믹싱을 보장하기 위해 방사형 패턴으로 배열된다(도 1 참조). DH 필터(15)로부터의 순환산은 이너파이프(222)의 외부 표면 및 아우터파이프(211)의 내부 표면에 의해 생성 된 원통형 공간으로 흐른다. 순환산 스트림의 고형물에 의한 부식 및 마모로부터 보호하기 위해 하스텔로이 파이프(221)는 외부 고무 코팅(227)을 갖는다. 고무코팅핀(228)이 이너파이프(222)를 따라 부착되어 이너파이프(222)가 중앙에 정렬되어 유지된다.
도 3은 종래의 혼합 티 조립체(300)를 나타내는 것으로써, 도 3에서 쓰인 용어는 종래의 혼합 티 조립체(300)에 한한다.
도 3의 (A)는 종래의 이너파이프(321)를 도시하고, 도 3의 (B)는 종래의 아우터파이프(311)를 도시하고 도 3의 (C)는 종래의 이너파이프(321) 및 아우터파이프(311)가 함께 조립된 모습을 나타낸다. 종래의 혼합 티 조립체(300)는 혼합 단부(313)를 갖는 아우터파이프(311) 및 아우터파이프(311)의 혼합 단부(313)에 대응하는 노즐(323)을 갖는 이너파이프(321)를 포함한다. 전형적으로, 이너파이프(321)는 1 " 두께의 테플론 페이스 라이너로 라이닝된 하스텔로이(Hastelloy) C-276 P로 제조된 200mm(8 ")의 작은 플랜지(325) 및 316mm 스테인레스 강으로 제조된 450mm(18 ") 직경의 큰 플랜지(327)를 포함하며, 두 개의 플랜지(325,327)는 150mm(6 ") 간격으로 이격된다. 내부는 큰 플랜지(327)로부터 노즐(323)의 단부까지 3020mm(9 내지 19.983 피트)의 길이를 가질 수 있다. 예를 들어, 이너파이프(321)는 내경이 200mm(8 ")이고 두께 0.375 " 벽을 갖는 Schedule 40 Hastelloy C-276으로 제조되며, 내부에는 ½ " 두께의 내부 테프론으로 라이닝되어 있고 외부는 ¼ " 두께로 고온 고무 코팅되어 있을 수 있다. 노즐(323)은 현장에서 사용되는 표준 노즐 또는 특정 용도의 맞춤형 노즐일 수 있다.
도 3의 (B)에는 2 개의 측면 커넥터(315)를 포함하며 최대1200mm(37.28 ")로 연장된 아우터파이프(311)가 도시되어있다. 측면 커넥터(315)는 직경 203.2mm(8 ")이며 추가로 파이프를 연결하는 데 사용된다. 또한 아우터파이프(311)는 직경이 950mm(37.4 ")인 외부 플랜지를 갖는다.
도 3의 (C)는 종래의 혼합 티 조립체(300)의 아우터파이프(311)와 조립된 이너파이프(321)를 도시한다. 이너파이프(321)가 아우터파이프(311) 내로 완전히 삽입 될 때조차도, 큰 플랜지(327)는 이너파이프(321), 즉 노즐(323)이 혼합 단부(313) 밖으로 돌출하는 것을 방지하기 때문에 노즐 (323)은 아우터파이프(311) 내에 남아있게 된다. 이는 혼합 효율을 감소 시키며, 긴 시간 동안 아우터파이프(311) 내에 잔류하는 일정량의 황산은 파이프 및 라이너를 손상시킬 수 있다.
또한, 이너파이프(321)와 이너파이프(321)의 노즐(323)만을 도시하는 도 3의 (D)를 참조하면, 도 3의 (B)에서 알 수 있는 바와 같이, 종래의 혼합 티 조립체(300)는 이너파이프(321) 내부에 느슨하게 끼워진 PTFE 라이너를 가지며, 라이너와 이너파이프(321) 사이에 갭을 남겨 두어 갭 사이로 황산이 스며 들게 한다. 노즐(323)과 이너파이프(321)의 단부 사이에는 유사한 갭이 있을 수 있으며 마찬가지로 황산이 틈새에서 스며 나와 내부 파이프를 손상시킬 수 있다. 이러한 단점은 본발명에서 해결될 수 있다.
도 4의 (A) 및 도 4의 (B)는 아우터파이프(411) 및 아우터파이프 (411)에 삽입되는 이너파이프 (421)를 포함하는 혼합 티 조립체(400)의 구성 요소를 도시한다. 이너파이프(421)는 도 3의 (C)에 도시 된 방식으로 아우터파이프(411)에 삽입된다. 아우터파이프(411)는 일단에 혼합 단부(413)를 가지며, 타단에는 아우터스톱핑플랜지(415)를 가지며, 티 구조물은 복귀산을 수용하는 추가 배관을 연결하기 위해 아우터스톱핑플랜지(415) 근처에 위치한다.
도 4의 (B)에 도시 된 바와 같이, 이너파이프(421)는 일단에 노즐(423)을 가지며, 아우터파이프(411)의 아우터스톱핑플랜지(415)에 대응하는 이너스톱핑플랜지(425)를 갖는다. 노즐의 반대쪽 단부에는 황산이 유입되는 개구부(424)가 있고, 개구부(424)는 아우터파이프(411)에 이너파이프(421)가 삽입될 때, 이너파이프(421)가 내부에 미리 결정된 위치를 가질 수 있게 한다. 노즐은 약 1 " 너비의 반원형 반경 슬롯(431)을 4 개 이상 갖는다. 이 실시 예에서, 슬롯(431)은 노즐 단부(427)로부터 약 2 " 떨어져 위치하며, 인접한 두 개의 슬롯(431)은 원주 둘레로 적어도 30도 겹쳐진다. 이너파이프(421)는 노즐(423)이 이너파이프(421) 내로 후퇴하는 것을 방지하기 위해 노즐(423)쪽으로 노즐 스톱(426)을 더 포함한다.
아우터파이프(411)의 내경은 공정의 적용 또는 규모에 따라 달라질 수 있다. 이 실시 예에서, 아우터파이프(411)의 내경은 약 14.531 "(369.08mm)이지만, 필요에 따라 가변적 일 수 있고, 상응하는 이너파이프(421)의 직경과 사이즈도 가변적일 수 있다.
이너파이프(421)의 외경은 아우터파이프(411)에 따라 변화되어 적절한 유동 조건을 제공 할 수 있다. 이 실시 예에서, 외경은 8 인치(203.2mm)이다. 또한, 이너파이프(421)를 아우터파이프(411)의 중심에 유지하기 위해 환형 스페이서(429) 또는 정렬핀이 제공될 수 있다. 스페이서(429) 또는 정렬핀은 고무(428)로 코팅 될 수 있다.
도 4의 (B)는 제조 시 사용된 재료의 층을 나타내는 절개된 이너파이프(421)를 도시한다. 이너파이프(421)의 외측 표면(바람직하게는 이너스톱핑플랜지(425)로부터 노즐 스톱(426)까지)은 산에 대한 내부식성을 위해 고무(428) 또는 다른 적절한 재료로 덮일 수 있다. 고무(428)의 두께는 기술적인 필요성에 따라 달라질 수 있다. 이 실시 예에서, 고무(428)는 약 1/4 인치의 두께를 갖는 미국 오하이오 주 Blair Rubber Company의 Enduraflex™ Hotline 고무일 수 있다. 그러나, 고무(428)의 두께 및 길이 범위는 상이한 공정에 따라 가변적일 수 있다.
이너파이프(421)는 내부식성 합금으로 만들어지며 작은 직경으로 인해 기계적 일체성 특히, 고온에서의 열팽창을 유지한다. 이 실시 예에서 이너파이프(421)에는 Sch 40 Hastelloy® C-276이 사용될 수 있다. 하스텔로이® C-276 합금은 일반적으로 다양한 내부식성 합금으로 간주되는 니켈-몰리브데넘-크롬 가공 합금일 수 있다. 하스텔로이® C-276은 적절한 평균 열팽창 계수와 함께 필요한 내부식성을 나타낸다. 그러나, 요구되는 내부식성 및 기계적 완전성이 유지 될 수 있는 한 다른 적합한 합금 또는 재료도 사용될 수 있다.
이너파이프(421)는 추가적인 내부식성 및 내마모성을 제공하기 위해 그 길이에 걸쳐 내면에서 PTFE 라이너(430)로 라이닝된다. PTFE 라이너는 개구부(424)의 일단으로부터 노즐(423) 근처의 노즐 스톱(426)까지 연장되어, 이너파이프(421)의 내부는 산의 불순물로 인한 마모뿐만 아니라 부식으로부터 철저하게 보호될 수 있다. 다른 적절한 라이닝 재료는 예를 들어 폴리프로필렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드(Kynar®) 또는 이들의 조합을 포함 할 수 있다.
노즐에만 PTFE가 라이닝되는 선행기술과는 대조적으로, 이너파이프(421)의 전체 길이는 PTFE로 라이닝되어 혼합 티 조립체(400)의 긴 수명을 제공한다. 또한, 이너파이프(421)의 팁에 용접된 이너파이프(421)의 노즐 스톱(426)의 내경을 정밀하게 측정하고, PTFE 노즐(423)의 외경을 바람직하게는 약 1/100 인치 내로 가공함으로써, 노즐(423)은 노즐 스톱(426)에 압입되어 견고한 밀봉을 위한 부식 방지 스프링을 사용하여 밀봉 부에 에너지를 공급하고 동시에 보다 넓은 온도 범위 및 화학적 어택(attack)에 견딜 수 있다. 이와 같이 PTFE 라이너(430)와 이너파이프(421)사이에서 발생할 수 있는 틈새로 어떠한 산도 흐르지 못하게 하여 최고의 내부식성에 기여할 수 있다.
도 4의 (C)를 참조하면, 혼합 단부(413) 근처의 혼합 티 조립체(400)의 일부분이 도시되어 있다. 아우터파이프(411)는 노즐(423)의 돌출부와 혼합 단부(413)를 대비시키기 위해 점선으로 표시되어있다. 다른 중요한 특징은 반응기 내부의 황산의 분산을 위해 노즐 단부(427)가 적어도 거리 D 만큼 아우터파이프(411)의 혼합 단부(413)를 너머 연장될 수 있다. 이를 통해, 매우 고온이거나 희석된 황산이 아우터파이프(411)의 하부에 걸릴 가능성을 효과적으로 제거하여 혼합 티 조립체(400)의 열화를 방지할 수 있다. 황산의 포획을 효과적으로 방지하기 위해, 노즐(423)이 아우터파이프(411)의 혼합 단부(413)를 넘어 연장되는 거리 D는 아우터파이프(411) 내경의 1/3 이상일 수 있다. 보다 바람직하게는, 거리 D는 아우터파이프(411)의 내경의 2/5 이상일 수 있다. 예를 들어, 아우터파이프(411)의 내경이 약 14.5 "(368.3 mm)인 이 실시 예에서, 거리 D는 적어도 6 "(152.4 mm)이다.
혹은, 최적의 혼합 결과를 얻고 노즐(423)을 열해로부터 보호하기 위해 거리 D가 아우터파이프(411)의 단부를 넘어 적어도 4 "(101.6mm), 보다 바람직하게는 6 "(152.4mm), 더욱 바람직하게는 8 "일 수 있다.
특히 노즐(423) 근처의 혼합 영역 주위에서, 연장된 노즐(423)은 황의 희석으로 인한 파이프의 연소를 줄여 주고 이는 혼합 티 조립체(400)의 수명 연장에 직접적으로 기여할 수 있다.
본 발명은 또한 본 발명의 혼합 티 조립체(400)를 사용하여 황산을 제조하는 방법을 기술한다. 상기 방법은 순간냉각기로부터 공급된 반응기 슬러리가 담긴 반응조에 인광석을 유입하는 단계; 혼합 티 조립체(400)의 이너파이프(421)를 통해 인광석과 반응하여 인산(P2O5)을 함유하는 생성물 슬러리를 생산하는 신선한 황산을 반응조로 유입하는 단계; 생성물 슬러리로부터 순환산을 순환시키는 단계;를 포함하고, 상기 순환산은 혼합 티 조립체(400)의 아우터파이프(411)를 통해 황산과 혼합될 수 있다. 전술한 바와 같은 혼합 티 조립체(400)는 생산 공정의 효율을 증가시키고 유지 보수 비용을 감소시키며 내부식성을 제공한다.
본 발명은 또한 혼합 단부(413)와 티 단부를 가지고, 상기 티 단부는 근방에 티 구조가 형성되며 추가되는 파이프와 연결되기 위한 적어도 하나 이상의 순환산 주입구를 갖는 아우터파이프(411)를 포함하는 혼합 티 조립체(400)를 기술한다. 또한, 상기 혼합 티 조립체(400)는 내부 표면이 내부식성 재료로 라이닝되며 노즐(423) 및 산 주입구에 연결되는 노즐 단부(427)를 포함하는 이너파이프(421)를 포함한다. 조립체에서, 이너파이프(421)가 아우터파이프(411) 내에 동심원 상으로 조립 될 때, 노즐(423)은 아우터파이프(411)의 내측 직경의 1/3 이상 또는 4 인치 이상으로 혼합 단부(413)를 넘어 연장될 수 있다.
아우터파이프(411)는 내식성 재료, 예를 들어 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)으로 이루어질 수 있다.
이너파이프(421)는 내부식성 합금, 예를 들어 니켈-몰리브덴-크롬 가공 합금, 보다 바람직하게는 하스텔로이®C-276으로 이루어질 수 있다. 내부식성 재료는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리프로필렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드(Kynar®) 또는 그 조합으로 이루어질 수 있고, 보다 바람직하게는 PTFE일 수 있다.
이너파이프(421)는 전체 길이에 걸쳐 내부식성 재료로 라이닝 될 수 있다.
노즐(423)은 내부식성 재료로 이루어질 수 있다.
이너파이프(421)의 외부 표면은 고무(428)를 포함하는 부식 방지 물질로 덮일 수 있다.
노즐(423)은 상기 아우터파이프(411)의 내측 직경의 2/5 이상으로 상기 혼합 단부(413)를 넘어 연장될 수 있다. 예를 들어, 아우터파이프(411)의 내부 직경이 10 인치인 경우, 노즐(423)은 아우터파이프(411)의 혼합 단부(413)를 적어도 4 인치 이상 넘어 연장된다. 또는, 노즐(423)은 아우터파이프(411)의 내부 직경에 관계없이 적어도 6 인치 이상 아우터파이프(411)의 혼합 단부(413)를 넘어 연장된다.
노즐(423), 상기 이너파이프(421) 및 라이닝 된 내부식성 재료는 밀착될 수 있다. 바람직하게는, 노즐(423), 이너파이프(421) 및 내부식성 재료 라이너 사이의 갭은 1/100 인치 미만일 수 있다.
더욱이, 신선한 황산의 비용은 상당히 높기 때문에, 반응에서 황산을 효과적으로 사용하고 그것을 재활용하는 최적의 방법은 인산 생산의 전체 비용에 영향을 미칠 것이다. 황산을 효율적으로 사용하면 전체 비용을 줄일 수 있다. 또한 과도한 열로 인한 폐기물 및 손상을 줄이면 공정 효율이 향상되고 황산 칼슘과 같은 원하지 않는 부산물을 덜 생산하여 비용을 낮출 수 있다. 이러한 이점은 연장된 노즐로 인해 국부적인 열 발생을 효과적으로 줄이고 트랩된 산을 제거하여 실현된다. 또한, 부재의 마모 감소로 인해 혼합 티 부재의 교체가 감소된다.
이상에서 대표적인 실시 예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시 예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명한 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태에 의하여 정해져야 한다.

Claims (25)

  1. a) 혼합 단부와 티 단부를 가지고, 상기 티 단부는 근방에 티 구조가 형성되며 추가되는 파이프와 연결되기 위한 적어도 하나 이상의 순환산 주입구를 갖는 아우터파이프;
    b) 노즐 및 산 주입구에 연결되는 노즐 단부를 포함하는 이너파이프;를 포함하고,
    상기 이너파이프의 내부 표면은 내부식성 재료로 라이닝되며 상기 이너파이프가 상기 아우터파이프 내에 동심원 상으로 조립 될 때, 상기 노즐은 상기 아우터파이프의 내측 직경의 1/3 이상 또는 4 인치 이상으로 상기 혼합 단부를 넘어 연장되는 것을 특징으로 하는 혼합 티 조립체.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 아우터파이프는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)로 이루어진 것을 특징으로 하는 혼합 티 조립체.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 이너파이프는 내부식성 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 혼합 티 조립체.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 내부식성 합금은 니켈-몰리브데넘-크롬 가공 합금(nickel-molybdenum-chromium wrought alloy)인 것을 특징으로 하는 혼합 티 조립체.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 내부식성 합금은 하스텔로이인 것을 특징으로 하는 혼합 티 조립체.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 내부식성 재료는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리프로필렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드 또는 그 조합인 것을 특징으로 하는 혼합 티 조립체.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 내부식성 재료는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)인 것을 특징으로 하는 혼합 티 조립체.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 이너파이프는 전체 길이에 걸쳐 내부식성 재료로 라이닝 되는 것을 특징으로 하는 혼합 티 조립체.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 노즐은 내부식성 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 혼합 티 조립체.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 이너파이프는 외부 표면이 부식 방지 물질로 덮인 것을 특징으로 하는 혼합 티 조립체.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 부식 방지 물질은 고무인 것을 특징으로 하는 혼합 티 조립체.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 노즐은 상기 아우터파이프의 내측 직경의 2/5 이상으로 상기 혼합 단부를 넘어 연장되는 것을 특징으로 하는 혼합 티 조립체.
  13. 제 1항에 있어서, 상기 노즐은 6인치 이상으로 상기 혼합 단부를 넘어 연장되는 것을 특징으로 하는 혼합 티 조립체.
  14. 제 1항에 있어서, 상기 노즐, 상기 이너파이프 및 라이닝 된 상기 내부식성 재료는 밀착되는 것을 특징으로 하는 혼합 티 조립체.
  15. a) 혼합 단부와 티 단부를 가지고, 상기 티 단부의 근방에 추가 파이프와 연결되기 위한 티 구조가 형성되며 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)로 이루어진 아우터파이프;
    b) 노즐에 연결된 노즐 단부와 개방 단부를 가지고, 니켈-몰리브데넘-크롬 합금으로 이루어진 이너파이프;를 포함하고,
    상기 이너파이프의 내부 표면은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리프로필렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드 또는 그 조합을 포함하는 내부식성 재료로 라이닝되며,
    상기 이너파이프가 상기 아우터파이프 내에 조립 될 때, 상기 노즐은 상기 아우터파이프의 내측 직경의 1/3 이상으로 상기 혼합 단부를 넘어 연장되는 것을 특징으로 하는 혼합 티 조립체.
  16. 제 15항에 있어서, 니켈-몰리브데넘-크롬 합금은 하스텔로이인 것을 특징으로 하는 혼합 티 조립체.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 이너파이프는 전체 길이에 걸쳐 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)로 라이닝 되는 것을 특징으로 하는 혼합 티 조립체.
  18. 제 15항에 있어서, 상기 노즐은 상기 아우터파이프의 내측 직경의 2/5 이상으로 상기 혼합 단부를 넘어 연장되는 것을 특징으로 하는 혼합 티 조립체.
  19. 제 1항에 있어서, 상기 노즐, 상기 이너파이프 및 라이닝 된 상기 내부식성 재료는 밀착되는 것을 특징으로 하는 혼합 티 조립체.
  20. 제 1항의 혼합 티 조립체가 부착되는 반응조 내에서 인산을 제조하는 방법에 있어서,
    a) 순간냉각기로부터 공급된 반응기 슬러리가 담긴 반응조에 인광석을 유입하는 단계;
    b) 혼합 티 조립체의 이너파이프를 통해 인광석과 반응하여 인산(P2O5)을 함유하는 생성물 슬러리를 생산하는 신선한 황산을 반응조로 유입하는 단계;
    c) 생성물 슬러리로부터 순환산을 순환시키는 단계;를 포함하고
    상기 순환산은 상기 b)의 황산과 상기 혼합 티 조립체의 아우터파이프를 통해 혼합되는 것을 특징으로 하는 혼합 티 조립체가 부착되는 반응조 내에서 인산을 제조하는 방법.
  21. 제 20항에 있어서, 상기 반응기 슬러리는 80℃ 이하로 유지되는 것을 특징으로 하는 혼합 티 조립체가 부착되는 반응조 내에서 인산을 제조하는 방법.
  22. 제 20항에 있어서, 상기 순환산은 20-25%의 인산을 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합 티 조립체가 부착되는 반응조 내에서 인산을 제조하는 방법.
  23. 제 20항에 있어서, 상기 신선한 황산은 98%의 황산(H2S04)을 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합 티 조립체가 부착되는 반응조 내에서 인산을 제조하는 방법.
  24. 제 20항에 있어서, 상기 신선한 황산의 온도는 60°C 이하인 것을 특징으로 하는 혼합 티 조립체가 부착되는 반응조 내에서 인산을 제조하는 방법.
  25. 제 20항에 있어서, 상기 노즐의 주변 온도는 90°C 이하로 유지되는 것을 특징으로 하는 혼합 티 조립체가 부착되는 반응조 내에서 인산을 제조하는 방법.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108472602A (zh) 2016-01-08 2018-08-31 流动工程国际有限责任公司 混合三通组件和加工
CN114620696B (zh) * 2022-03-03 2024-04-05 云南弘祥化工有限公司 一种能降低磷石膏非溶磷的湿法磷酸工艺

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201140044Y (zh) * 2007-12-28 2008-10-29 南昌有色冶金设计研究院 浓硫酸加水混合器
WO2015183646A1 (en) * 2014-05-26 2015-12-03 Ineos Europe Ag Inlet nozzle for acid addition
JP2015224385A (ja) * 2014-05-30 2015-12-14 アイセイハード株式会社 ＮｂＣ分散強化型ハステロイ系合金とその製造方法、耐腐食性・耐摩耗性表面肉盛溶接層を備えた鋼材とその製造方法、並びに冷間工具

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4199557A (en) * 1974-03-13 1980-04-22 Rhone-Poulenc Industries Process and apparatus for introducing and mixing a liquid in an essentially liquid medium
US5333952A (en) * 1993-08-17 1994-08-02 Perdue John L Chemical mixing chamber
CN2321772Y (zh) * 1998-03-25 1999-06-02 俞政一 硫酸磷酸混酸冷却器
CN1164483C (zh) 2001-12-14 2004-09-01 中国五环化学工程公司 一种二水法湿法磷酸生产工艺方法
US20040008572A1 (en) * 2002-07-09 2004-01-15 Stuart Joseph Y. Coaxial jet mixer nozzle with protruding centerbody and method for mixing two or more fluid components
CN2669143Y (zh) 2003-11-27 2005-01-05 吴天侠 具有导管与衬里可密封结合的电磁流量计的测量管
CN101214925A (zh) * 2007-12-29 2008-07-09 山东东岳化工有限公司 一种无水氟化氢生产工艺及设备
CN201342325Y (zh) * 2008-12-31 2009-11-11 中国石油化工股份有限公司 一种混合器
CN201799224U (zh) * 2010-06-02 2011-04-20 中江能源回收(上海)有限公司 稀释加水器
FI20125338L (fi) * 2012-03-26 2013-09-27 Wetend Technologies Oy Menetelmä ja laitteisto kahden sähköiseltä varaukseltaan vastakkaisen kemikaalin syöttämiseksi prosessinestevirtaan
CN202657962U (zh) * 2012-06-08 2013-01-09 贵州川恒化工有限责任公司 半水物法湿法磷酸反应装置
CN102674279B (zh) * 2012-06-08 2014-05-07 贵州川恒化工有限责任公司 半水工艺生产磷酸的方法
CN103466578B (zh) * 2013-09-12 2015-05-06 瓮福（集团）有限责任公司 一种降低湿法磷酸萃取槽硫酸钙过饱和度硫酸的加入方法
CN104927165A (zh) * 2015-06-26 2015-09-23 广西金滩管业科技有限公司 一种耐腐蚀的pe给水管
CN108472602A (zh) 2016-01-08 2018-08-31 流动工程国际有限责任公司 混合三通组件和加工

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201140044Y (zh) * 2007-12-28 2008-10-29 南昌有色冶金设计研究院 浓硫酸加水混合器
WO2015183646A1 (en) * 2014-05-26 2015-12-03 Ineos Europe Ag Inlet nozzle for acid addition
JP2015224385A (ja) * 2014-05-30 2015-12-14 アイセイハード株式会社 ＮｂＣ分散強化型ハステロイ系合金とその製造方法、耐腐食性・耐摩耗性表面肉盛溶接層を備えた鋼材とその製造方法、並びに冷間工具

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