回轉圓筒干燥式磷酸濃縮器的結構設計要則

王 昕

（中國石化集團南京工程公司，江蘇南京 210048）

回轉圓筒干燥式磷酸濃縮器的結構設計要則

王 昕

（中國石化集團南京工程公司，江蘇南京 210048）

介紹了3種磷酸濃縮器的特點，重點推薦一種新型的回轉圓筒干燥式磷酸濃縮器，并詳細介紹其結構設計。該磷酸濃縮器具有操作方便、投資及能耗低、P2O5收率及脫氟率能顯著提高的特點。

磷酸濃縮；回轉圓筒；干燥式濃縮器；結構設計

磷酸濃縮器是一種化工單元操作設備，主要用于稀磷酸濃縮并通過濃縮蒸去含氟氣體，所得脫氟濃磷酸可全部用于制取飼料級磷酸氫鈣，也可做其他用途。稀磷酸濃縮器按濃縮工藝有3種：浸沒燃燒式，循環真空蒸發式和回轉圓筒干燥式。前兩種工藝存在的缺點較多。回轉圓筒干燥式濃縮器是一種新型的磷酸濃縮器，能夠顯著提高P2O5收率及脫氟率，且能耗低。本文就這3種磷酸濃縮器進行敘述，重點介紹回轉圓筒干燥式磷酸濃縮器的設計要則。

1 浸沒燃燒式磷酸濃縮器

浸沒燃燒是一種將高溫火焰直接噴入磷酸溶液，使其中的水分因燃燒而蒸發，達到濃縮磷酸的目的。所用濃縮器存在諸多缺點，主要體現在以下幾個方面：

1）鼓泡時，要求石墨管伸入磷酸液內部，因管口火焰溫度達920℃，而管外介質溫度僅約270℃，造成管內外溫差大，容易使石墨管發生斷裂。

2）鼓泡過程中，酸液飛濺，控制不當會濺到噴火口內壁，隨時間延長產生偏磷酸結垢，導致噴火管口直徑縮小。

3）磷酸飛濺時隨尾氣不斷逸出，使得P2O5的收得率逐漸減小。

4）尾氣溫度一般高于250℃，熱損耗大。

5）濃磷酸在250℃以上的停留時間較長，容易產生H2P3O10沉淀，降低P2O5收得率。

6）由于大直徑石墨噴火管存在制造難題，因此大批量生產浸沒燃燒式磷酸濃縮器目前不現實。

2 循環真空蒸發式磷酸濃縮器

筆者發現：以往研究的成果是用強制循環真空蒸發式磷酸濃縮器。從稀磷酸濃縮到酸中的m（F）/m（P2O5）小于1/208的濃磷酸，其收率僅約90％，且要經過兩次濃縮，此工藝也存在以下幾個缺點：①工藝流程相對較復雜，所需設備數量偏多，造成投資偏高；②蒸汽消耗量大，能耗高；③加熱器易結垢，降低傳熱率，嚴重時會堵塞加熱器甚至使加熱器損壞；④由于溶液具有較強的腐蝕性，極易使磷酸泵腐蝕損壞。

3 回轉圓筒干燥式磷酸濃縮器

針對浸沒燃燒式和循環真空蒸發式兩種濃縮器用于稀磷酸濃縮脫氟過程中產生的問題，現介紹一種新型磷酸濃縮器—回轉圓筒干燥式磷酸濃縮器的結構。該濃縮器可使稀磷酸濃縮到ω（P2O5）達70％的濃磷酸，整個濃縮過程一次完成，熱利用率和P2O5收率均較高。因濃縮器結構簡單，所以制造費用低。又因濃縮過程不易結垢，故操作維修方便，使用壽命相對較長。

該新型磷酸濃縮器的外形與回轉圓筒干燥器的結構型式類似，傳動裝置采用傳統方式，見圖1。

圖1 新型磷酸濃縮器的外形及傳動裝置

濃縮器內部結構針對磷酸的強腐蝕性及流動性等特點設計，采取了相應的防腐措施，并使得流動性相應得到改善，見圖2。

圖2 回轉圓筒干燥式磷酸濃縮器的內部結構

由圖1可見：安裝進酸管的集氣箱主要作用是引出筒體內的尾氣。采用調速電動機作為傳動裝置，目的是將筒體轉速控制在一定的范圍內，并可自由調節。刮刀固定不動，用于不停地收集已濃縮的磷酸。為防止腐蝕，筒體采用了復合不銹板，并且鋼板作為內襯防酸保護層（見圖2）。內部保溫材料是耐酸磚砌體，最內層則選用石墨或炭磚砌體。

由進酸管進入的稀磷酸經余熱利用段得到氣流中的熱量而升溫。尾氣從進酸端進入集氣箱排出，這樣尾氣中的余熱得以充分利用，其溫度一般控制在70～100℃。折流板用于捕集、回收尾氣中可能帶有的酸滴。稀磷酸流到濃縮脫氟段，經吸熱、脫氟，質量得到進一步提高。又因燃燒噴嘴噴出的火焰溫度高達900～1 200℃，與酸液直接接觸換熱后，使得濃縮效率得到了進一步提高。又由于酸液不斷向出酸口流動，在此過程中溫度、濃度不斷得以提高，當達到指定溫度時由刮刀刮出并流至受酸槽，故酸在200℃以上的停留時間很短，很少會結成H2P3O5沉渣的損失，因而提高了P2O5收率。

該濃縮器所采用的熱源，除用氣體燃料外，還可用液體燃料或其他熱源，可因地取材，燃料適用范圍廣泛。

4 結束語

由于浸沒燃燒式和循環真空蒸發式磷酸濃縮器存在較多缺點，而回轉圓筒干燥式磷酸濃縮器較前面兩種結構具有顯著優點，主要體現在以下方面：將調節桿設置在濃縮器內，這樣使得多個燃燒噴嘴的噴火量及其在筒體內的位置和角度均可根據實際需要自由調節，還有利于對筒體內各處酸液的溫度分布狀況進行控制。同時，轉速也可在一定范圍內調解，因而該工藝適用范圍廣，對常規濃度的稀磷酸可濃縮到所需得任意濃度，并將其中的含氟量脫至任意濃度。該磷酸濃縮器及其生產工藝制造及生產成本均較低，經濟效益較高。該回轉圓筒干燥式磷酸濃縮器還可用于其他腐蝕性液體的濃縮，因此是目前最好的稀磷酸濃縮設備，完全可以取代浸沒燃燒式和循環真空蒸發式磷酸濃縮器。

Structure Design of Rotary Drum Drying Phosphoric Acid Concentrator

Wang Xin

The characteristics of three kinds of phosphoric acid concentrators are introduced.A new rotary drum drying phosphoric acid concentrator is introduced in detail，and its structural design is introduced in detail.The phosphoric acid concentrator has the advantages of convenient operation，low investment and energy consumption，and the P2O5recovery rate and the defluorination rate can be remarkably improved.

phosphoric acid concentration；rotary cylinder；dry concentrator；structural design

TQ053.5

A

1003-6490（2016）08-0049-02

2016-08-15

王昕（1963—），女，吉林人，工程師，主要從事化工設備設計工作。