磷肥副產(chǎn)氫氟酸工藝的氟化氫解析器設(shè)計(jì)

王海洋，顏　彬，2，王　健

（1.江蘇科圣化工機(jī)械有限公司，江蘇淮安223002；2.淮陰工學(xué)院機(jī)械與材料工程學(xué)院，江蘇淮安223003）

磷肥副產(chǎn)氫氟酸工藝的氟化氫解析器設(shè)計(jì)

王海洋1，顏彬1，2，王健1

（1.江蘇科圣化工機(jī)械有限公司，江蘇淮安223002；2.淮陰工學(xué)院機(jī)械與材料工程學(xué)院，江蘇淮安223003）

為了解決螢石資源面臨著枯竭的問題，提出了一種磷肥副產(chǎn)氫氟酸工藝，并設(shè)計(jì)關(guān)鍵設(shè)備——氟化氫解析器。該裝置具有設(shè)備制造成本低、解吸效率高、能耗低、實(shí)用壽命長的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)從酸解液中解析氟化氫氣體的目的。

螢石；氟化氫；解析器

氫氟酸是重要的基礎(chǔ)化工原料，在化工生產(chǎn)中是不可或缺的原材料。目前氫氟酸的需求日益增長，而生產(chǎn)氫氟酸的螢石資源卻面臨著枯竭，因此開發(fā)一種氫氟酸生產(chǎn)的新工藝和設(shè)備將具有重要意義［1］。本文將介紹一種新型磷肥副產(chǎn)氫氟酸工藝中的關(guān)鍵設(shè)備氟化氫解析器，為新型氟化氫解析器的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供參考。

1　氫氟酸生產(chǎn)的現(xiàn)狀和發(fā)展的趨勢

傳統(tǒng)生產(chǎn)氫氟酸的主要礦物原料是螢石、磷礦石以及天然冰晶石。而螢石由于氟含量高，是理想的氟資源，當(dāng)前絕大部分重要的氟化工產(chǎn)品都是由硫酸分解螢石制取氫氟酸后進(jìn)一步加工而成［2］。但國內(nèi)螢石資源，特別是酸級(jí)螢石資源也已面臨枯竭，價(jià)格逐年上漲。開發(fā)氫氟酸生產(chǎn)的新工藝具有重要意義，其中磷肥副產(chǎn)氫氟酸的技術(shù)已形成研發(fā)熱點(diǎn)［3］。

隨著環(huán)境保護(hù)和清潔生產(chǎn)工藝的推進(jìn)，廢棄資源的利用應(yīng)引起足夠重視。利用磷肥副產(chǎn)氟硅酸及其鹽產(chǎn)品開發(fā)高附加值的氟化工產(chǎn)品，不僅延長了磷化工的產(chǎn)業(yè)鏈，增強(qiáng)了企業(yè)的競爭力，同時(shí)有效提高了磷礦資源的利用率，緩解了氟化工面臨的氟資源不足及環(huán)境污染的困擾，有助于社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

2　氟化氫解析器的結(jié)構(gòu)原理

本文設(shè)計(jì)了一種氟化氫解析解析器，實(shí)現(xiàn)從酸解液中解析氟化氫氣體的目的。該解析由揮發(fā)室、加熱器、下降管和流通管組成，揮發(fā)室的底部經(jīng)下降管連接加熱器的底部，加熱器的頂部經(jīng)流通管連接揮發(fā)室的中部，整體構(gòu)成解析器；其中，填料支撐柵板所述的揮發(fā)室由上封頭、直筒和下錐體連接組成，揮發(fā)室的上封頭的頂部設(shè)有解析氣出口，揮發(fā)室的直筒的上段設(shè)有填料支撐柵板，填料支撐柵板上面填裝填料，在填料上方安裝填料壓板；所述的下降管由揮發(fā)室直管段、水平管段和加熱室直管段連接組成，揮發(fā)室直管段經(jīng)揮發(fā)室法蘭連接揮發(fā)室的下錐體上，加熱室直管段經(jīng)加熱室法蘭連接加熱器的底部，在揮發(fā)室直管段上設(shè)有酸解液出口，在下降管的水平管段設(shè)有酸解液進(jìn)口和酸解液放凈口；所述的加熱器采用垂直放置的固定管板式換熱器，酸解液走加熱器的管程，在加熱器的殼程上部側(cè)面設(shè)有加熱介質(zhì)進(jìn)口，在加熱器的殼程下部側(cè)面設(shè)有加熱介質(zhì)出口，加熱介質(zhì)為蒸汽。圖1所示。

圖1　氟化氫解析器的結(jié)構(gòu)示意圖

3　磷肥副產(chǎn)氫氟酸生產(chǎn)工藝流程

使用時(shí)，酸解液從下降管的酸解液進(jìn)口進(jìn)入加熱器，借助于系統(tǒng)內(nèi)高溫酸解液的熱力向上流動(dòng)，酸解液經(jīng)過加熱器加熱達(dá)到氟化氫的沸點(diǎn)，解析氣和高溫酸解液進(jìn)入揮發(fā)室，氟化氫氣體通過揮發(fā)室上部的填料層除去泡沫后從揮發(fā)室頂部去氟化氫氣體的后續(xù)處理工段，降溫后的酸解液從下降管下降，部分從下降管的酸解液出口去酸解液后續(xù)處理工段。

4　氟化氫解析器的優(yōu)點(diǎn)

研發(fā)的裝置將傳統(tǒng)工藝改變?yōu)橹苯酉蚍杷崛芤褐屑恿蛩狎?qū)趕氟硅酸的技術(shù)路線，產(chǎn)品純度高，質(zhì)量穩(wěn)定，操作容易控制，工藝過程簡單，產(chǎn)品成本低；同時(shí)該工藝純化過程簡單，減輕了設(shè)備腐蝕，降低了維修費(fèi)用。該工藝可以靈活地用母液回收各種酸類并副產(chǎn)相應(yīng)硫酸鹽，沉淀氟硅酸鹽與濃硫酸反應(yīng)后的硫酸鹽可以返回氟硅酸系統(tǒng)作為沉淀劑。此技術(shù)回收的硫酸可進(jìn)入磷酸萃取系統(tǒng)分解磷礦。主要特色和創(chuàng)新之處有：

（1）解析氣與高溫酸解液從揮發(fā)室的側(cè)面切線方向進(jìn)入揮發(fā)室，以利于液體和解析氣的分離；

（2）酸解液的出口在酸解液進(jìn)口的上方，確保酸解液中的氣體有效解析；

（3）酸解液的進(jìn)料量可以根據(jù)解析效果進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證酸解液中氟化氫氣體從分解析出來。

5　結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)了磷肥副產(chǎn)氫氟酸工藝的氟化氫解析器，是磷肥副產(chǎn)氫氟酸裝置的核心設(shè)備，具有制造成本低、解吸效率高、能耗低、實(shí)用壽命長的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)從酸解液中解析氟化氫氣體的目的。設(shè)備的產(chǎn)業(yè)化將為企業(yè)提供技術(shù)儲(chǔ)備的同時(shí)產(chǎn)生巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。產(chǎn)品的效能及設(shè)計(jì)理念將對(duì)化工裝備具有時(shí)代革命性作用，推動(dòng)本行業(yè)技術(shù)進(jìn)步的同時(shí)還能對(duì)其他行業(yè)產(chǎn)品具有指導(dǎo)性作用。

［1］丁運(yùn)玲.無水氫氟酸生產(chǎn)工藝改進(jìn)研究［J］.石油和化工設(shè)備，2015，18（08）：82-84.

［2］管凌飛，張海燕.我國磷礦伴生氟資源回收利用制無水氟化氫的發(fā)展現(xiàn)狀及前景［J］.有機(jī)氟工業(yè)，2014，（01）：17-21.

［3］陳文興，田娟，周昌平.利用磷肥企業(yè)副產(chǎn)氟硅酸制備無水氟化氫的技術(shù)［J］.現(xiàn)代化工，2013，33（05）：92-94.

［4］譚天恩，竇梅，周明華，等.化工原理［M］.第三版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

［5］朱有庭，曲文海，于浦義.化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)：上卷［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

The Design of the Process Hydrofluoric Acid in Phosphate Fertilizer by-productof Resolver for HF

WAN Hai-yang1，YAN Bin1，2，WANG Jian1
（1.Jiangsu Kesheng ChemicalMachinery Co.，Ltd.，Huai’an Jiangsu 223002，China；2.Faculty of Mechanical and Material Engineering，Huaiyin Institute of Technology，Huai’an Jiangsu 223003，China）

In order to solve the problem of fluorite resources facing with dried up，this design will provide a kind of Hf parser that is the key equipment of phosphate by-product hydrofluoric acid process.And the equipment will have the characteristics of high resolution，low manufacturing cost，low energy consumption，long life and so on.

fluorite；hydrogen fluoride；parser

TQ051

A

1672-545X（2016）06-0084-02

2016-03-21

王海洋（1990-），男，江蘇淮安人，學(xué)士，工程師，研究方向：化工裝備設(shè)計(jì)與制造。