RU223285U1 - DEVICE FOR PRODUCING HIGH-PURITY SULFURIC ACID BY SURFACE EVAPORATION METHOD - Google Patents

DEVICE FOR PRODUCING HIGH-PURITY SULFURIC ACID BY SURFACE EVAPORATION METHOD Download PDF

Info

Publication number
RU223285U1
RU223285U1 RU2023134614U RU2023134614U RU223285U1 RU 223285 U1 RU223285 U1 RU 223285U1 RU 2023134614 U RU2023134614 U RU 2023134614U RU 2023134614 U RU2023134614 U RU 2023134614U RU 223285 U1 RU223285 U1 RU 223285U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sulfuric acid
evaporator
feeder
purity
condenser
Prior art date
Application number
RU2023134614U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Юрьевич Зиновьев
Андрей Владимирович Хомяков
Игорь Христофорович Аветисов
Елена Витальевна Гришечкина
Марина Павловна Зыкова
Роман Игоревич Аветисов
Никита Олегович Степанов
Алексей Владимирович Ходырев
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Торговый Дом "ХИММЕД"
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Торговый Дом "ХИММЕД" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Торговый Дом "ХИММЕД"
Application granted granted Critical
Publication of RU223285U1 publication Critical patent/RU223285U1/en

Links

Abstract

Полезная модель относится к области выделения высокочистых веществ, предназначена для проведения непрерывного процесса получения серной кислоты, которая может быть использована в различных отраслях промышленности, например, в микро- и наноэлекторонике. Устройство для получения высокочистой серной кислоты методом поверхностного испарения азеотропного раствора состоит из трубчатого испарителя с питателем, коллектором, отводом кубового остатка за пределы испарителя в буферную емкость и расположенного коаксиально трубчатого конденсатора и характеризуется тем, что питатель представляет собой пришлифованные друг к другу конические муфту с керном, между которыми расположены разделители, при этом крышка фиксирует керн питателя и конденсатор, также крышка содержит заливной штуцер для исходного раствора кислоты, при этом конденсатор представляет собой гильзу с припаянным к ней отсекателем пара, в которой закреплен с помощью грибкового уплотнения порт ввода-вывода охлаждающей жидкости, при этом конденсированная жидкость выводится из испарителя в отдельную буферную емкость. Техническим результатом полезной модели является упрощение конструкции устройства, повышение чистоты целевого продукта и увеличение производительности устройства. 4 ил., 2 пр. The utility model relates to the field of isolation of high-purity substances and is intended for carrying out a continuous process for producing sulfuric acid, which can be used in various industries, for example, in micro- and nanoelectronics. A device for producing high-purity sulfuric acid by the method of surface evaporation of an azeotropic solution consists of a tubular evaporator with a feeder, a collector, drainage of the bottom residue outside the evaporator into a buffer tank and a coaxially located tubular condenser and is characterized by the fact that the feeder is a conical coupling with a core ground to each other , between which the separators are located, while the lid fixes the feeder core and the condenser, the lid also contains a filler fitting for the initial acid solution, while the condenser is a sleeve with a vapor cut-off soldered to it, in which the cooling water input-output port is fixed using a mushroom seal liquid, while the condensed liquid is removed from the evaporator into a separate buffer tank. The technical result of the utility model is to simplify the design of the device, increase the purity of the target product and increase the productivity of the device. 4 ill., 2 ave.

Description

Полезная модель предназначена для проведения непрерывного процесса получения высокочистой серной кислоты методом поверхностного испарения азеотропного раствора, относится к области высокочистых веществ и может быть использована в различных отраслях промышленности.The utility model is intended for carrying out a continuous process for producing high-purity sulfuric acid by the method of surface evaporation of an azeotropic solution; it belongs to the field of high-purity substances and can be used in various industries.

Высокочистая серная кислота является одним из основных компонентов химической промышленности, в частности, в микро- и наноэлекторонике. Дистилляция серной кислоты азеотропного состава с целью повышения степени ее очистки является важной стадией в технологии ее производства.High-purity sulfuric acid is one of the main components of the chemical industry, in particular in micro- and nanoelectronics. Distillation of sulfuric acid of azeotropic composition in order to increase the degree of its purification is an important stage in the technology of its production.

Известно устройство [Патент RU 200426 U1, опубл.: 23.10.2020] для очистки кислот методом дистилляции, состоящее из емкости для перегоняемой жидкости с вертикальными боковыми стенками, корпуса холодильника с вертикальными боковыми стенками, расположенного сверху емкости для перегоняемой жидкости с образованием замкнутой емкости, кольцеобразного сборника конденсата, расположенного по периметру на внутренней стенке замкнутой емкости между емкостью для перегоняемой жидкости и корпусом холодильника, кожуха холодильника, охватывающего корпус холодильника с его внешней стороны. Подача перегоняемой кислоты осуществляется через воронку и трубку, расположенную вдоль оси известной емкости. Снизу емкость для перегоняемой жидкости нагревается посредством ИК-нагревателя и нагревает кислоту до температуры кипения. Выполнение корпуса холодильника с вертикальными боковыми стенками позволяет испаряемой жидкости после конденсации стекать строго вниз в кольцеобразный сборник конденсата с ее последующим выведением в отдельный резервуар. Общим для известного и заявленного устройства является наличие отдельной емкости для сбора конденсата, отказ от металлических элементов и вертикальное исполнение устройства.A device is known [Patent RU 200426 U1, publ.: 10.23.2020] for purifying acids by distillation, consisting of a container for the distilled liquid with vertical side walls, a refrigerator body with vertical side walls, located on top of the container for the distilled liquid to form a closed container, a ring-shaped condensate collector located along the perimeter on the inner wall of a closed container between the container for the distilled liquid and the refrigerator body, a refrigerator casing covering the refrigerator body from its outer side. The supply of distilled acid is carried out through a funnel and a tube located along the axis of a known container. From below, the container for the distilled liquid is heated by an IR heater and heats the acid to boiling point. The design of the refrigerator body with vertical side walls allows the evaporated liquid after condensation to flow straight down into a ring-shaped condensate collector with its subsequent discharge into a separate tank. Common to the known and claimed devices is the presence of a separate container for collecting condensate, the elimination of metal elements and the vertical design of the device.

Существенным недостатком известного устройства является то, что процесс очистки жидкости основан на методе объемного кипения, который реализуется при обычной дистилляции. Также к недостаткам стоит отнести то, что использование метода обычной дистилляции не позволяет достичь глубокой очистки исходного сырья от примесей. Известно, что одной из основных причин, ограничивающей чистоту продукта при обычной дистилляции является аэрозольный унос [Sterman J., Williamson G. Gas purification processes for air pollution control in «Gas Purification Processes». Ed. by G.Honhebol, London, Newnes-Butterworth, 1972, 697 p.]. Одним из способов предотвращения этого эффекта является ограничение скорости испарения жидкости в кубе и скорости пара по аппарату, что приближает эффективные коэффициенты разделения к равновесным, которые, как правило, очень велики.A significant disadvantage of the known device is that the liquid purification process is based on the volumetric boiling method, which is implemented during conventional distillation. Another disadvantage is that using the conventional distillation method does not allow for deep purification of the feedstock from impurities. It is known that one of the main reasons limiting the purity of the product during conventional distillation is aerosol entrainment [Sterman J., Williamson G. Gas purification processes for air pollution control in “Gas Purification Processes”. Ed. by G. Honhebol, London, Newnes-Butterworth, 1972, 697 p.]. One way to prevent this effect is to limit the rate of evaporation of liquid in the cube and the rate of steam through the apparatus, which brings the effective separation coefficients closer to the equilibrium ones, which, as a rule, are very high.

Решением этих требований является поверхностная дистилляция, которая заключается в переводе жидкости с ее свободной поверхности в паровую (парогазовую) фазу с последующей конденсацией полученного пара. В отличие от обычной дистилляционной перегонки при поверхностной дистилляции отсутствует кипение жидкости, которое сопровождается образованием и схлопыванием пузырей насыщенного пара. Отсутствие схлопывания пузырей уменьшает вероятность образования микроскопических капель исходной жидкости вблизи поверхности испарения и, как следствие, их физического уноса потоком пара и последующего загрязнения дистиллята. Таким образом, поверхностной дистилляцией, предполагающей испарение жидкости без кипения, возможно получать серную кислоту более высокой степени очистки.The solution to these requirements is surface distillation, which consists of transferring a liquid from its free surface into the vapor (vapor-gas) phase, followed by condensation of the resulting vapor. Unlike conventional distillation, during surface distillation there is no boiling of the liquid, which is accompanied by the formation and collapse of bubbles of saturated steam. The absence of bubble collapse reduces the likelihood of the formation of microscopic drops of the original liquid near the evaporation surface and, as a consequence, their physical entrainment by the steam flow and subsequent contamination of the distillate. Thus, by surface distillation, which involves the evaporation of a liquid without boiling, it is possible to obtain sulfuric acid of a higher degree of purity.

Известно устройство [CN 107515148 А, опубл.: 26.12.2017] для получения высокочистой серной кислоты методом поверхностной дистилляции, состоящее из вертикального корпуса, содержащего в верхней его части конденсатор в виде конуса, вершина которого расположена над воронкой для приема конденсированной кислоты, конденсированная кислота выводится за пределы известного устройства и собирается в отдельную емкость, подача исходной серной кислоты осуществляется через приемное отверстие в крышке известного устройства. Подача исходной серной кислоты в корпус известного устройства происходит до установленного объема, после чего обеспечивают ее нагрев до температуры ниже температуры кипения, испаряют и собирают конденсат. Общим для известного и заявленного устройства является принцип работы, основанный на методе испарения очищаемой серной кислоты без кипения, а также сбор конденсата в отдельную емкость за пределами устройства и возможность получения высокочистой серной кислоты, имеется емкость для сбора кубового остатка.A known device [CN 107515148 A, publ.: December 26, 2017] for producing high-purity sulfuric acid by surface distillation, consisting of a vertical body containing in its upper part a condenser in the form of a cone, the top of which is located above a funnel for receiving condensed acid, condensed acid is removed outside the known device and collected in a separate container, the supply of initial sulfuric acid is carried out through a receiving hole in the lid of the known device. The supply of initial sulfuric acid into the body of the known device occurs up to a specified volume, after which it is heated to a temperature below the boiling point, evaporated and the condensate is collected. Common to the known and claimed device is the operating principle based on the method of evaporating the purified sulfuric acid without boiling, as well as collecting condensate in a separate container outside the device and the possibility of obtaining high-purity sulfuric acid; there is a container for collecting the bottoms residue.

Известное устройство имеет ряд недостатков: площадь испарения серной кислоты сильно ограничена, что приводит к низкой производительности известного устройства, в объеме серной кислоты при нагревании создается температурный градиент, который приводит к разной скорости испарения с поверхности серной кислоты. В тексте описания известного устройства в явном виде не указан режим его работы, но, исходя из описания его конструкции, можно предположить, что известное устройство работает в периодическом режиме. В таком случае к его недостаткам следует также отнести более низкую производительность по сравнению с непрерывным режимом работы, переменные во времени технологические параметры, необходимость периодической очистки самого аппарата от накопленных примесей.The known device has a number of disadvantages: the area of evaporation of sulfuric acid is very limited, which leads to low productivity of the known device; when heated, a temperature gradient is created in the volume of sulfuric acid, which leads to different rates of evaporation from the surface of sulfuric acid. The text of the description of the known device does not explicitly indicate its mode of operation, but, based on the description of its design, it can be assumed that the known device operates in a periodic mode. In this case, its disadvantages should also include lower productivity compared to continuous operation, time-varying technological parameters, and the need to periodically clean the apparatus itself from accumulated impurities.

Схожими недостатками обладают дистиляторы по патенту CN104958918 (опубл.: 07.10.2015) и по заявке US2020055745 (опубл.: 20.02.2020). В последней описан градиентный дистиллятор, работа которого основана на методе поверхностного испарения. Известный дистиллятор состоит из конденсационной трубы, поверхности испарения, нагревающего устройства, распределителя жидкости, желоб для хвостовой жидкости, желоб для конденсата, трубу для хвостовой жидкости, трубу для подачи жидкости, трубку для конденсата и кожух. Жидкое сырье предварительно нагревается в конденсационной трубке, стекает по поверхности испарения после дальнейшего нагрева в нагревательном устройстве и непрерывно испаряется. При постоянном понижении температуры пар конденсируется на поверхности конденсационной трубы, теплота конденсации предварительно нагревает исходную жидкость в конденсационной трубке, а направление потока жидкого сырья в конденсационной трубке противоположно направлению потока на поверхности испарительной трубки. Производительность аппаратов для дистилляции зависит от площади поверхности испарения перегоняемой жидкости, чем она больше, тем выше производительность. Увеличение площади поверхности испарения жидкости возможно достичь при использовании тарелочных или насадочных колонн, градирен и других конструкций, распределяющих поток жидкости по большой твердой поверхности и/или увеличивающих непосредственно свободную поверхность жидкости. В большинстве этих способов происходит разрыв свободной поверхности жидкости, что приводит к загрязнению продукта исходным материалом. Наиболее перспективны при решении данных проблем аппараты для дистилляции пленочного типа, в них технически осуществимо ламинарное течение пленки жидкости без разрывов. Уменьшение толщины нагреваемого слоя жидкости способствует уменьшению температурных перепадов по его толщине.Distillers according to patent CN104958918 (published: 10/07/2015) and application US2020055745 (published: 02/20/2020) have similar disadvantages. The latter describes a gradient distiller, the operation of which is based on the surface evaporation method. The known distiller consists of a condensation pipe, an evaporation surface, a heating device, a liquid distributor, a tail liquid trough, a condensate trough, a tail liquid pipe, a liquid supply pipe, a condensate pipe and a casing. The liquid raw material is preheated in the condensation tube, flows down the evaporation surface after further heating in the heating device, and is continuously evaporated. With a constant decrease in temperature, steam condenses on the surface of the condensation tube, the heat of condensation preheats the feed liquid in the condensation tube, and the flow direction of the liquid feed in the condensation tube is opposite to the direction of flow on the surface of the evaporator tube. The performance of distillation apparatus depends on the evaporation surface area of the distilled liquid; the larger it is, the higher the performance. An increase in the surface area of liquid evaporation can be achieved by using tray or packed columns, cooling towers and other structures that distribute the liquid flow over a large solid surface and/or directly increase the free surface of the liquid. In most of these methods, the free surface of the liquid ruptures, resulting in contamination of the product with the starting material. The most promising devices for solving these problems are film-type distillation devices; laminar flow of a liquid film without breaks is technically feasible in them. Reducing the thickness of the heated layer of liquid helps to reduce temperature differences across its thickness.

Среди аппаратов пленочного типа, которые учитывают достоинства упомянутых устройств для дистилляции, известно устройство [CN204034298U, опубл.: 24.12.2014], являющееся ближайшим аналогом заявленного устройства. Известное устройство представляет собой емкость из кварцевого стекла с расположенным вдоль оси этой емкости конденсатором в виде двойной спиральной трубки. Равномерная подача исходной жидкости осуществляется при помощи кольцевой трубы с входными отверстиями диаметром 1-5 мм по всей ее длине. Кольцевая труба расположена вдоль стенки указанной емкости, что обеспечивает пленочный режим течения очищаемой жидкости по внутренней поверхности данной емкости. Прием конденсированной жидкости осуществляется в нижней ее части, конденсат выводится за пределы устройства для дистилляции в отдельную емкость и вновь подается в устройство для последующего нагрева.Among the film-type devices that take into account the advantages of the mentioned devices for distillation, the device [CN204034298U, publ.: December 24, 2014], which is the closest analogue of the claimed device, is known. The known device is a container made of quartz glass with a capacitor in the form of a double spiral tube located along the axis of this container. A uniform supply of the source liquid is carried out using an annular pipe with inlet holes with a diameter of 1-5 mm along its entire length. An annular pipe is located along the wall of the said container, which ensures a film flow of the liquid to be cleaned along the inner surface of the container. The condensed liquid is received in its lower part, the condensate is removed outside the distillation device into a separate container and again supplied to the device for subsequent heating.

Общим для известного и заявленного устройства является то, что очистка исходной жидкости предполагает использование метода поверхностной дистилляции, испарение жидкости происходит при температуре ниже ее температуры кипения, подаваемая жидкость в виде пленки стекает по внутренней стенке, нагревается и испаряется, расположение конденсатора в центре устройства вдоль его оси.What is common to the known and claimed device is that the purification of the source liquid involves the use of the surface distillation method, the evaporation of the liquid occurs at a temperature below its boiling point, the supplied liquid in the form of a film flows down the inner wall, heats up and evaporates, the location of the condenser in the center of the device along its axes

Технической проблемой прототипа является то, что пленочный режим течения очищаемой исходной жидкости реализуется на некотором расстоянии от входных отверстий, что требует дополнительного использования конструкционных материалов для увеличения высоты известного устройства, и как следствие, удорожание устройства, а исполнение конденсатора в виде спирали создает трудности в его изготовлении и обслуживании: очистке и ремонте. Отсутствие отбора кубового остатка не позволяет реализовать процесс очистки исходного сырья в непрерывном режиме, поскольку по мере испарения исходного сырья концентрация труднолетучих примесей в нем будет увеличиваться, их концентрация в дистилляте также будет увеличиваться. Известное устройство, выбранное в качестве прототипа, предполагает использование в качестве исходного сырья для поверхностной дистилляции раствор серной кислоты произвольной концентрации. Эта особенность не позволяет проводить процесс при оптимальной температуре кипения исходной жидкой среды, что может негативно сказаться как на производительности известного устройства, так и на чистоте дистиллята.The technical problem of the prototype is that the film mode of flow of the purified source liquid is realized at a certain distance from the inlet holes, which requires additional use of structural materials to increase the height of the known device, and as a consequence, the rise in cost of the device, and the design of the capacitor in the form of a spiral creates difficulties in its manufacturing and maintenance: cleaning and repair. The lack of selection of the bottom residue does not allow the purification process of the feedstock to be carried out in a continuous mode, since as the feedstock evaporates, the concentration of highly volatile impurities in it will increase, and their concentration in the distillate will also increase. The known device, chosen as a prototype, involves the use of a sulfuric acid solution of arbitrary concentration as a feedstock for surface distillation. This feature does not allow the process to be carried out at the optimal boiling point of the initial liquid medium, which can negatively affect both the performance of the known device and the purity of the distillate.

Задачей полезной модели является устранение технических проблем прототипа.The purpose of a utility model is to eliminate the technical problems of the prototype.

Техническим результатом полезной модели является повышение достижимой чистоты дистиллята, а также производительности устройства за счет использования непрерывного режима работы без кипения. Также полезная модель имеет более простую конструкцию.The technical result of the utility model is to increase the achievable purity of the distillate, as well as the productivity of the device through the use of a continuous operating mode without boiling. Also, the utility model has a simpler design.

Указанный технический результат достигается за счет того, что заявлено устройство для получения высокочистой серной кислоты методом поверхностного испарения азеотропного раствора, состоящее из трубчатого испарителя с питателем, коллектором, отводом кубового остатка за пределы испарителя в буферную емкость и расположенного коаксиально трубчатого конденсатора, отличающееся тем, что питатель представляет собой пришлифованные друг к другу конические муфту с керном, между которыми расположены разделители, при этом крышка фиксирует керн питателя и конденсатор, также крышка содержит заливной штуцер для исходного раствора кислоты, при этом конденсатор представляет собой гильзу с припаянным к ней отсекателем пара, в которой закреплен с помощью грибкового уплотнения порт ввода-вывода охлаждающей жидкости, при этом конденсированная жидкость выводится из испарителя в отдельную буферную емкость.The specified technical result is achieved due to the fact that a device is claimed for producing high-purity sulfuric acid by the method of surface evaporation of an azeotropic solution, consisting of a tubular evaporator with a feeder, a collector, drainage of the bottom residue outside the evaporator into a buffer tank and a coaxially located tubular condenser, characterized in that the feeder consists of a conical coupling with a core grounded to each other, between which there are separators, while the lid fixes the feeder core and the condenser, the lid also contains a filler fitting for the initial acid solution, and the condenser is a sleeve with a vapor cut-off soldered to it, in which is secured with a mushroom seal to the coolant input/output port, while the condensed liquid is discharged from the evaporator into a separate buffer tank.

Полезная модель поясняется чертежами.The utility model is illustrated by drawings.

На Фиг. 1 показано устройство для получения высокочистой серной кислоты методом поверхностного испарения азеотропного раствора.In FIG. Figure 1 shows a device for producing high-purity sulfuric acid by surface evaporation of an azeotropic solution.

На Фиг. 2 показано устройство конденсатора.In FIG. Figure 2 shows the device of a capacitor.

На Фиг. 3 показано устройство порта масляного.In FIG. Figure 3 shows the arrangement of the oil port.

На Фиг. 4 показано устройство питателя.In FIG. Figure 4 shows the feeder device.

На чертежах: 1 - испаритель, 2 - конденсатор, 3 - питатель, 4 - коллектор, 5 - отвод, 6 - крышка, 7 - гильза, 8 - отсекатель пара, 9 - порт масляный, 10 - распределитель, 11 - патрубок входной, 12 - патрубок выходной, 13 - корпус, 14 - фланец, 15 - труба отводящая, 16 - труба подающая, 17 - патрубок вакуумный, 18 - муфта, 19 - керн.In the drawings: 1 - evaporator, 2 - condenser, 3 - feeder, 4 - manifold, 5 - outlet, 6 - cover, 7 - sleeve, 8 - steam cut-off, 9 - oil port, 10 - distributor, 11 - inlet pipe, 12 - outlet pipe, 13 - body, 14 - flange, 15 - outlet pipe, 16 - supply pipe, 17 - vacuum pipe, 18 - coupling, 19 - core.

Осуществление полезной моделиImplementation of a utility model

Очистка производится в непрерывном стационарном режиме.Cleaning is carried out in a continuous stationary mode.

Исходный водный раствор серной кислоты азеотропного состава подается в емкость питателя 3 (Фиг. 1), в которой поддерживается заданный уровень и температура жидкости. Протекая через заданный зазор между керном и муфтой, раствор попадает на стенку испарителя 1. Скорость выходящего из питателя потока тонко регулируется с помощью температуры питателя и уровня жидкости в емкости питателя. Первоначальная грубая регулировка скорости потока производится изменением зазора между керном и муфтой с помощью подбора разделителей необходимой толщины. Пленка раствора серной кислоты, стекая по стенке испарителя 1, испаряется и постепенно нагревается до рабочей температуры. При рабочей температуре скорость испарения максимальна. По мере стекания и испарения пленка уменьшается в толщине и, попадая в холодную область внизу устройства, собирается на дне, образуя кубовый остаток. Кубовый остаток вытекает через отвод 5 в приемную буферную емкость. Нагрев испарителя осуществляется с его внешней стороны четырехзонным резистивным нагревателем.The initial aqueous solution of sulfuric acid of azeotropic composition is supplied to the feeder container 3 (Fig. 1), in which the specified level and temperature of the liquid are maintained. Flowing through a given gap between the core and the coupling, the solution hits the wall of evaporator 1. The speed of the flow leaving the feeder is finely regulated by the temperature of the feeder and the liquid level in the feeder container. The initial rough adjustment of the flow rate is made by changing the gap between the core and the coupling by selecting spacers of the required thickness. The film of sulfuric acid solution, flowing down the wall of evaporator 1, evaporates and gradually heats up to operating temperature. At operating temperature, the evaporation rate is maximum. As the film drains and evaporates, it decreases in thickness and, entering the cold area at the bottom of the device, collects at the bottom, forming a bottom residue. The bottom residue flows through outlet 5 into the receiving buffer tank. The evaporator is heated from its outside by a four-zone resistive heater.

Пар кислоты вместе с нагретым потоком воздуха поднимается вдоль стенки испарителя 1 (Фиг. 1) до отсекателя пара 8 конденсатора 2 (Фиг. 2), на котором происходит частичная конденсация. Далее парогазовая смесь опускается вниз с конденсацией пара на поверхности гильзы 7. В нижней части устройства парогазовая смесь с остатком пара снова нагревается, и цикл повторяется. Таким образом, парогазовая смесь образует замкнутый поток, переносящий пар кислоты от испарителя 1 (Фиг. 1) к конденсатору 2. Пленка очищенной серной кислоты с конденсатора попадает в коллектор 4 и выводится из устройства в приемную буферную емкость.The acid vapor, together with the heated air flow, rises along the wall of the evaporator 1 (Fig. 1) to the steam cutoff 8 of the condenser 2 (Fig. 2), where partial condensation occurs. Next, the vapor-gas mixture falls down with steam condensation on the surface of the sleeve 7. In the lower part of the device, the vapor-gas mixture with the remainder of the steam is heated again, and the cycle is repeated. Thus, the vapor-gas mixture forms a closed flow that transfers acid vapor from the evaporator 1 (Fig. 1) to the condenser 2. The film of purified sulfuric acid from the condenser enters the collector 4 and is removed from the device into a receiving buffer tank.

Наличие отсекателя 8 (Фиг. 2), обеспечивающего замкнутый поток парогазовой смеси в заявленном устройстве, позволяет предотвратить конденсацию пара в верхней части испарителя вблизи питателя, а также на крышке устройства. Конденсация пара на испарителе 1 вблизи питателя 3 может существенно снижать производительность заявленного устройства, а конденсация на крышке - приводить к загрязнению конденсата из-за взаимодействия с материалами уплотнительных колец.The presence of a cut-off valve 8 (Fig. 2), which provides a closed flow of the vapor-gas mixture in the claimed device, helps prevent steam condensation in the upper part of the evaporator near the feeder, as well as on the lid of the device. Steam condensation on the evaporator 1 near the feeder 3 can significantly reduce the performance of the claimed device, and condensation on the lid can lead to contamination of the condensate due to interaction with the materials of the sealing rings.

Конденсатор (Фиг. 2) состоит из гильзы 7 с припаянным к ней отсекателем пара 8. В гильзе 7 закреплен с помощью грибкового уплотнения порт масляный 9 для ввода-вывода теплоносителя. Порт масляный (Фиг. 3) состоит из распределителя 10, входного 11 и выходного 12 патрубков, корпуса 13 с фланцем 14, отводящей 15 и подающей 16 труб, а также патрубка вакуумного 17, используемого при первоначальной заливке теплоносителя.The condenser (Fig. 2) consists of a sleeve 7 with a vapor cut-off valve 8 soldered to it. In the sleeve 7, an oil port 9 is secured with a mushroom seal for coolant input/output. The oil port (Fig. 3) consists of a distributor 10, inlet 11 and outlet 12 nozzles, a housing 13 with a flange 14, outlet 15 and supply 16 pipes, as well as a vacuum nozzle 17, used during the initial filling of the coolant.

Основными регулируемыми параметрами процесса является рабочая температура испарителя, температура и расход охлаждающей жидкости, а также расход исходного раствора серной кислоты азеотропного состава, который может регулироваться в узких пределах подачей насоса и в широких пределах - зазором между муфтой 18 и керном 19 в питателе (Фиг. 4). Также важным параметром является угол между осью устройства для получения высокочистой серной кислоты методом поверхностного испарения азеотропного раствора (Фиг. 1) и вектором силы тяжести, который должен быть близок к нулю.The main adjustable parameters of the process are the operating temperature of the evaporator, the temperature and flow rate of the coolant, as well as the flow rate of the initial solution of sulfuric acid of azeotropic composition, which can be regulated within narrow limits by the pump flow and within wide limits by the gap between the coupling 18 and the core 19 in the feeder (Fig. 4). Another important parameter is the angle between the axis of the device for producing high-purity sulfuric acid by surface evaporation of an azeotropic solution (Fig. 1) and the gravity vector, which should be close to zero.

Предпочтительно, нагрев испарителя 1 (Фиг. 1) обеспечивает четырехзонный нагреватель.Preferably, heating of the evaporator 1 (Fig. 1) is provided by a four-zone heater.

Предпочтительно, основным материалом для изготовления деталей, контактирующих с раствором серной кислоты при высокой температуре, является оптическое высокочистое кварцевое стекло марки КВ. Из него изготавливаются детали испарителей, питателя, конденсатора.Preferably, the main material for the manufacture of parts in contact with a solution of sulfuric acid at high temperatures is optical high-purity quartz glass of the KV brand. Parts of evaporators, feeders, and condensers are made from it.

Предпочтительно, детали контура охлаждения конденсатора изготавливаются из меди марки М1 и латуни марки Л63.Preferably, the parts of the condenser cooling circuit are made of M1 grade copper and L63 grade brass.

Предпочтительно, уплотнения соединений, контактирующих с раствором серной кислоты, изготавливаются из фторкаучуковой резины и пористого Ф-4 (материал ПОРОФЛЕКС). Из этих же материалов изготавливаются прокладки соединений, работающих при высокой температуре.Preferably, the seals of the connections in contact with the sulfuric acid solution are made of fluorine rubber and porous F-4 (POROFLEX material). Gaskets for connections operating at high temperatures are made from the same materials.

Предпочтительно, детали, контактирующие с раствором серной кислоты, или подверженные попаданию его капель, при температуре ниже 250°C, изготавливаются из фторопластов Ф-4 и Ф-50. Из данных материалов изготовлены соединительные трубопроводы для кислоты, крышка реактора.Preferably, parts in contact with a solution of sulfuric acid, or exposed to its drops, at temperatures below 250°C, are made of fluoroplastic F-4 and F-50. The connecting pipelines for acid and the reactor cover are made from these materials.

Существенным отличием заявленного устройства для получения высокочистой серной кислоты методом поверхностного испарения азеотропного раствора является повышение достижимой чистоты дистиллята, а также производительности устройства за счет использования непрерывного режима работы устройства и возможности гибкой настройки параметров течения и испарения пленки исходного раствора кислоты азеотропного состава. Также значительным отличием заявленного устройства является возможность значительно упростить и удешевить технологию, а также возможность масштабирования.A significant difference of the claimed device for producing high-purity sulfuric acid by the method of surface evaporation of an azeotropic solution is the increase in the achievable purity of the distillate, as well as the productivity of the device through the use of a continuous mode of operation of the device and the possibility of flexible adjustment of the parameters of flow and evaporation of the film of the initial solution of the acid of azeotropic composition. Another significant difference between the claimed device is the ability to significantly simplify and reduce the cost of the technology, as well as the ability to scale.

Пример получения высокочистой серной кислоты методом поверхностного испарения азеотропного раствора при помощи заявленного устройства рассмотрен в Примере 1 и Примере 2.An example of producing high-purity sulfuric acid by surface evaporation of an azeotropic solution using the claimed device is discussed in Example 1 and Example 2.

Пример 1.Example 1.

Устанавливают зазор между муфтой 18 (Фиг. 4) и керном 19 в питателе 3 (Фиг. 1) 80 мкм. Конденсатор 2 (Фиг. 1) заполняют охлаждающим силиконовым маслом SO-704 и аргоном. Устанавливают температуру емкости питателя 3, равную 100°С, температуру выхода из питателя 3 - 200°С, температуру рабочей зоны испарителя 1-315°С. Разогревают масляный теплоноситель до температуры 160°С, постепенно увеличивая его расход до 45 мл/с. Исходный раствор серной кислоты азеотропного состава подают в емкость питателя 3 (Фиг. 1) с расходом 0,2 г/с.Set the gap between coupling 18 (Fig. 4) and core 19 in feeder 3 (Fig. 1) to 80 μm. Capacitor 2 (Fig. 1) is filled with cooling silicone oil SO-704 and argon. Set the temperature of the feeder tank 3 to 100°C, the outlet temperature of feeder 3 to 200°C, and the temperature of the evaporator working area to 1-315°C. Heat the coolant oil to a temperature of 160°C, gradually increasing its flow rate to 45 ml/s. The initial solution of sulfuric acid of azeotropic composition is fed into the feeder container 3 (Fig. 1) with a flow rate of 0.2 g/s.

После достижения определенного уровня жидкости в емкости питателя 3 поток раствора серной кислоты становится стационарным. Пленка раствора кислоты стекает по стенке испарителя 1, постепенно нагревается до рабочей температуры, установленной в зонах нагревателя заявленного устройства, и испаряется. По мере стекания и испарения пленка раствора серной кислоты уменьшается в толщине и, попадая в холодную область внизу заявленного устройства, собирается на дне, откуда вытекает через отвод 5 в приемный сосуд для кубового остатка.After reaching a certain liquid level in the feeder tank 3, the flow of sulfuric acid solution becomes stationary. The film of the acid solution flows down the wall of the evaporator 1, gradually heats up to the operating temperature set in the heater zones of the claimed device, and evaporates. As the film of the sulfuric acid solution drains and evaporates, it decreases in thickness and, entering the cold region at the bottom of the claimed device, collects at the bottom, from where it flows through outlet 5 into the receiving vessel for the bottom residue.

Пар серной кислоты вместе с нагретым потоком воздуха поднимается вдоль стенки испарителя 1 до отсекателя пара 8 (Фиг. 2), на котором происходит частичная конденсация, охлаждается и опускается вниз, переходя в конденсат на стенке конденсатора. В нижней части устройства парогазовая смесь с остатком пара вновь нагревается и цикл повторяется. Таким образом, парогазовая смесь образует замкнутый поток в заявленном устройстве, переносящий пар кислоты от испарителя 1 (Фиг. 1) к конденсатору 2. Пленка конденсата попадает в коллектор 4 и выводится из устройства в приемный сосуд.The sulfuric acid vapor, together with the heated air flow, rises along the wall of the evaporator 1 to the steam cutter 8 (Fig. 2), where partial condensation occurs, cools and falls down, turning into condensate on the condenser wall. In the lower part of the device, the vapor-gas mixture with the remaining steam is heated again and the cycle is repeated. Thus, the vapor-gas mixture forms a closed flow in the claimed device, transferring acid vapor from the evaporator 1 (Fig. 1) to the condenser 2. The condensate film enters the collector 4 and is discharged from the device into the receiving vessel.

Продуктом является водный раствор высокочистой серной кислоты с концентрацией ≥ 98 мас.% и расходом 0,075 мл/с.The product is an aqueous solution of high-purity sulfuric acid with a concentration of ≥ 98 wt.% and a flow rate of 0.075 ml/s.

Пример 2.Example 2.

Устанавливают зазор между муфтой 18 (Фиг. 4) и керном 19 в питателе 3 (Фиг. 1) 80 мкм. Конденсатор 2 (Фиг. 1) заполняют охлаждающим силиконовым маслом SO-704 и аргоном. Устанавливают температуру емкости питателя, равную 100°С, температуру выхода из питателя 3-250°С, температуру рабочей зоны испарителя 1 (Фиг. 1) - 320°С. Разогревают масляный теплоноситель до температуры 180°С, постепенно увеличивая его расход до 50 мл/с. Исходный раствор серной кислоты азеотропного состава подают в емкость питателя 3 (Фиг. 1) с расходом 0,2 г/с.Set the gap between coupling 18 (Fig. 4) and core 19 in feeder 3 (Fig. 1) to 80 μm. Capacitor 2 (Fig. 1) is filled with cooling silicone oil SO-704 and argon. Set the temperature of the feeder container to 100°C, the temperature of the outlet from the feeder to 3-250°C, the temperature of the working area of evaporator 1 (Fig. 1) to 320°C. Heat the coolant oil to a temperature of 180°C, gradually increasing its flow rate to 50 ml/s. The initial solution of sulfuric acid of azeotropic composition is fed into the feeder container 3 (Fig. 1) with a flow rate of 0.2 g/s.

После достижения определенного уровня жидкости в емкости питателя 3 поток раствора серной кислоты становится стационарным. Пленка раствора кислоты стекает по стенке испарителя 1, постепенно нагревается до рабочей температуры, установленной в зонах нагревателя заявленного устройства, и испаряется. По мере стекания и испарения пленка раствора серной кислоты уменьшается в толщине и, попадая в холодную область внизу заявленного устройства, собирается на дне, откуда вытекает через отвод 5 в приемный сосуд для кубового остатка.After reaching a certain liquid level in the feeder tank 3, the flow of sulfuric acid solution becomes stationary. The film of the acid solution flows down the wall of the evaporator 1, gradually heats up to the operating temperature set in the heater zones of the claimed device, and evaporates. As the film of the sulfuric acid solution drains and evaporates, it decreases in thickness and, entering the cold region at the bottom of the claimed device, collects at the bottom, from where it flows through outlet 5 into the receiving vessel for the bottom residue.

Пар серной кислоты вместе с нагретым потоком воздуха поднимается вдоль стенки испарителя 1 (Фиг. 1) до отсекателя пара 8 (Фиг. 2), на котором происходит частичная конденсация, охлаждается и опускается вниз, переходя в конденсат на стенке конденсатора. В нижней части устройства парогазовая смесь с остатком пара вновь нагревается и цикл повторяется. Таким образом, парогазовая смесь образует замкнутый поток в заявленном устройстве, переносящий пар кислоты от испарителя 1 (Фиг. 1) к конденсатору 2. Пленка конденсата попадает в коллектор 4 и выводится из устройства в приемный сосуд.The sulfuric acid vapor, together with the heated air flow, rises along the wall of the evaporator 1 (Fig. 1) to the steam cutoff 8 (Fig. 2), where partial condensation occurs, cools and falls down, turning into condensate on the condenser wall. In the lower part of the device, the vapor-gas mixture with the remaining steam is heated again and the cycle is repeated. Thus, the vapor-gas mixture forms a closed flow in the claimed device, transferring acid vapor from the evaporator 1 (Fig. 1) to the condenser 2. The condensate film enters the collector 4 and is discharged from the device into the receiving vessel.

Продуктом является водный раствор высокочистой серной кислоты с концентрацией ≥ 98 мас.% и расходом 0,1 мл/с.The product is an aqueous solution of high-purity sulfuric acid with a concentration of ≥ 98 wt.% and a flow rate of 0.1 ml/s.

Claims (1)

Устройство для получения высокочистой серной кислоты методом поверхностного испарения азеотропного раствора, состоящее из трубчатого испарителя с питателем, коллектором, отводом кубового остатка за пределы испарителя в буферную емкость и расположенного коаксиально трубчатого конденсатора, отличающееся тем, что питатель представляет собой пришлифованные друг к другу конические муфту с керном, между которыми расположены разделители, при этом крышка фиксирует керн питателя и конденсатор, также крышка содержит заливной штуцер для исходного раствора кислоты, при этом конденсатор представляет собой гильзу с припаянным к ней отсекателем пара, в которой закреплен с помощью грибкового уплотнения порт ввода-вывода охлаждающей жидкости, при этом конденсированная жидкость выводится из испарителя в отдельную буферную емкость. A device for producing high-purity sulfuric acid by the method of surface evaporation of an azeotropic solution, consisting of a tubular evaporator with a feeder, a collector, drainage of the bottom residue outside the evaporator into a buffer tank and a coaxially located tubular condenser, characterized in that the feeder is a conical coupling ground to each other with core, between which the separators are located, while the lid fixes the feeder core and the capacitor, the lid also contains a filler fitting for the initial acid solution, while the capacitor is a sleeve with a vapor cut-off soldered to it, in which the input-output port is secured using a mushroom seal coolant, while the condensed liquid is removed from the evaporator into a separate buffer tank.
RU2023134614U 2023-12-22 DEVICE FOR PRODUCING HIGH-PURITY SULFURIC ACID BY SURFACE EVAPORATION METHOD RU223285U1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU223285U1 true RU223285U1 (en) 2024-02-12

Family

ID=

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5792663A (en) * 1996-09-27 1998-08-11 Transgenomic Incorporated High efficiency continuous flow through fractional-volatilization separator system, and method of use
CN204034298U (en) * 2014-09-10 2014-12-24 太仓中化环保化工有限公司 A kind of sub-boiling distillation device
CN104958918A (en) * 2015-06-24 2015-10-07 中山安荞生物科技有限公司 Biological distiller
CN107515148A (en) * 2017-08-07 2017-12-26 袁洪林 A kind of sub-boiling distillation device equipment
CN107441750B (en) * 2017-09-26 2020-05-01 天津科技大学 Sub-boiling distillation device and application thereof
RU200426U1 (en) * 2020-03-02 2020-10-23 Общество с ограниченной ответственностью «Аналит Продактс» CONTAINER FOR PURIFICATION OF LIQUIDS IN THE COMPOSITION OF A PLANT FOR OBTAINING SPECIALLY PURE SUBSTANCES
RU2785673C2 (en) * 2018-03-06 2022-12-12 Стивен БИТТЕРЛИ Water purification system and method

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5792663A (en) * 1996-09-27 1998-08-11 Transgenomic Incorporated High efficiency continuous flow through fractional-volatilization separator system, and method of use
CN204034298U (en) * 2014-09-10 2014-12-24 太仓中化环保化工有限公司 A kind of sub-boiling distillation device
CN104958918A (en) * 2015-06-24 2015-10-07 中山安荞生物科技有限公司 Biological distiller
CN107515148A (en) * 2017-08-07 2017-12-26 袁洪林 A kind of sub-boiling distillation device equipment
CN107441750B (en) * 2017-09-26 2020-05-01 天津科技大学 Sub-boiling distillation device and application thereof
RU2785673C2 (en) * 2018-03-06 2022-12-12 Стивен БИТТЕРЛИ Water purification system and method
RU200426U1 (en) * 2020-03-02 2020-10-23 Общество с ограниченной ответственностью «Аналит Продактс» CONTAINER FOR PURIFICATION OF LIQUIDS IN THE COMPOSITION OF A PLANT FOR OBTAINING SPECIALLY PURE SUBSTANCES

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5483226B2 (en) Method and apparatus for producing pure water vapor
US5443695A (en) Distillation apparatus for concentrating less volatile liquids
CN204502433U (en) Flash distillation scraper concentrator
US996328A (en) Process for the distillation of alcoholic liquids.
CN205603247U (en) Rise diaphragm type multiple -effect water distiller
RU223285U1 (en) DEVICE FOR PRODUCING HIGH-PURITY SULFURIC ACID BY SURFACE EVAPORATION METHOD
US2562153A (en) Vacuum distillation
US3265115A (en) Vertical cylindrical film evaporator with self-rotatable wiper
US3458404A (en) Apparatus for distilling liquids
US1969793A (en) Concentrator apparatus
CN104524806B (en) A kind of hexamethylenamine complete continuous crystallisation production technology and equipments
CN106621425A (en) Evaporation device for high-boiling-point high-viscosity heat-sensitive material
WO2015104455A1 (en) Vertical straight tube countercurrent condenser
US3686077A (en) Process and apparatus for separating liquids
US2406375A (en) Fractionating column
US1628829A (en) Process of distilling hydrochloric acid
RU206853U1 (en) FLOW DISTILLATOR
JP2001009201A (en) Apparatus and method for purification by distillation
RU2424031C1 (en) Film-type evaporator with thin-sheet flow
SU1011185A1 (en) Cyclone froth type scrubber
CN216725837U (en) Epoxy purification device
RU2343196C1 (en) Vertical shell-and-tube apparatus for vapour condensation and concentration of ethyl alcohol admixtures
RU2803431C1 (en) Heat and mass exchange apparatus (variants)
CN212369590U (en) Multi-component multi-working-condition short-path flash separation device
CN2748444Y (en) Water distilling tower for injection