專利名稱：用于生產(chǎn)高純磷酸的節(jié)能型磷反應(yīng)塔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及反應(yīng)塔，尤其是涉及一種用于生產(chǎn)高純磷酸的節(jié)能型磷反應(yīng)塔。
背景技術(shù)：
近年來，隨著工業(yè)的發(fā)展和人民生活水平的提高，高純磷酸的需求量越來越大。然而目前的高純磷酸生產(chǎn)，為減緩P2O5高溫?zé)煔鈱υO(shè)備的腐蝕，所用燃磷塔的周壁都布置了上下兩個(gè)水冷夾套，以降低壁面溫度。通常夾套進(jìn)口循環(huán)水溫約35℃，出口水溫約50～55℃，這種低溫的余熱在工業(yè)上不但無法利用，反而要配置龐大板式換熱器及額外的蒸汽鍋爐，以冷卻循環(huán)水和熔化固態(tài)磷。一方面造成能源的浪費(fèi)，導(dǎo)致高的生產(chǎn)成本；另一方面對環(huán)境也造成熱污染。因此從節(jié)能與環(huán)保角度考慮，有必要將現(xiàn)常規(guī)夾套燃磷塔改造成具有余熱回收功效的節(jié)能型磷反應(yīng)塔，有關(guān)這方面的研究已越來越受到國內(nèi)外磷化工行業(yè)的重視。其中日本小林敏司發(fā)明的以干燥空氣作為氧化劑的磷反應(yīng)塔是較具代表性的一種，該設(shè)備筒體由水冷壁構(gòu)成，煙氣出口頸縮且配有對流蒸發(fā)管，可共同回收余熱獲取高品位熱能。但該設(shè)備運(yùn)行過程內(nèi)壁溫度必須控制在360℃以上，否則五氧化二磷煙氣會凝華附著在塔壁上，影響傳熱和減小煙氣通道的有效面積，且該設(shè)備只能用干燥空氣參與黃磷燃燒，因此必須有干燥裝置相配套，導(dǎo)致系統(tǒng)能耗偏大。美國Hudson開發(fā)了U型結(jié)構(gòu)的磷反應(yīng)塔，它的燃燒和水合分別在U形爐膛兩端進(jìn)行，這一方面保證爐膛下部有較長的反應(yīng)空間，使反應(yīng)充分進(jìn)行，另一方面能利用一個(gè)設(shè)備同時(shí)獲得超磷酸和正磷酸兩種產(chǎn)品；設(shè)備左右兩端的連接通道處設(shè)置了一個(gè)盤管換熱器，內(nèi)部通入35atm的增壓水來吸收磷燃燒熱。該設(shè)備對進(jìn)塔空氣的濕含量要求嚴(yán)格，只有當(dāng)H2O和P2O5的摩爾比保持在0.6到0.9之間時(shí)，才會在金屬壁面形成超磷酸保護(hù)膜，但這種超磷酸保護(hù)膜因自身也具有腐蝕性，因此并不能從根本上抑制腐蝕。此外，德國伍德公司開發(fā)了直接利用普通空氣參與黃磷燃燒的反應(yīng)塔，該設(shè)備在常規(guī)燃磷塔內(nèi)部放置一換熱器，同時(shí)保留原有循環(huán)水冷卻夾套；生產(chǎn)過程要求換熱管表面溫度不高于538℃，以形成聚磷酸保護(hù)膜減緩腐蝕。由于該設(shè)備的內(nèi)置換熱器占據(jù)了燃燒空間，不僅使設(shè)備相對龐大，而且增加設(shè)備投資，且保留常規(guī)夾套，有效余熱回收率也不會太高。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于生產(chǎn)高純磷酸的節(jié)能型磷反應(yīng)塔。它在滿足正常高純磷酸產(chǎn)量、質(zhì)量要求的前提下，能回收黃磷燃燒熱，副產(chǎn)飽和蒸汽，滿足自身系統(tǒng)及其他生產(chǎn)、生活設(shè)施所需熱量。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是包括密閉立式塔體、汽水分離裝置、集汽管、下降管和裙式底座。密閉立式塔體周壁是多根不銹鋼管與翅片間隔焊接形成的環(huán)形膜式水冷壁，環(huán)形膜式水冷壁上端依次與上集箱和上錐形封頭相接，上錐形封頭端部開有煙氣出口管，環(huán)形膜式水冷壁下端依次與下集箱和下錐形封頭相接；密閉立式塔體下部側(cè)壁傾斜裝有噴磷槍接口管，密閉立式塔體底部是與下集箱相連的裙式底座，集汽管兩端分別與汽水分離裝置和上集箱相連，下降管兩端分別與汽水分離裝置和下集箱相連；所述的汽水分離裝置設(shè)有蒸汽出口管和冷水入口管。
所述的上錐形封頭外表面焊有通入低溫的循環(huán)冷卻水介質(zhì)半管夾套。
所述的噴磷槍接口管是由直徑不同的同軸圓管構(gòu)成的、內(nèi)管通液態(tài)磷和外管通壓縮空氣的套管，。
同常規(guī)夾套燃磷塔相比本發(fā)明具有的有益效果是(1)將水冷夾套換成膜式水冷壁后，實(shí)現(xiàn)了對高純磷酸生產(chǎn)過程的余熱回收，系統(tǒng)有效熱利用率大為提高，可達(dá)50％以上；同時(shí)膜式水冷壁結(jié)構(gòu)較為簡單，便于加工制造。
(2)整個(gè)燃磷塔重量采用裙座支撐。工作時(shí)爐體的熱膨脹可向上自由伸展。此外集汽管兩端與汽包及上集箱的連接、下降管兩端與汽包及下集箱的連接都設(shè)有彎頭，可作為熱補(bǔ)償器，自動(dòng)補(bǔ)償各部件熱膨脹量不一致的差別。
(3)根據(jù)各組成部件的功能與生產(chǎn)要求不同，合理選材，在確保安全的前提下，兼顧了設(shè)備經(jīng)濟(jì)性。其中膜式水冷壁、噴磷槍、集汽管、上下集箱、上下封頭都采用抗磷酸及其聚合物腐蝕的超低碳不銹鋼制造，汽水分離裝置、裙座等其它部件則采用普通碳素結(jié)構(gòu)鋼制造。
因此該節(jié)能型磷反應(yīng)塔能充分滿足工藝要求，保證磷的燃燒，產(chǎn)生足量P2O5煙氣，所生產(chǎn)磷酸的純度可達(dá)到99％以上。
附圖是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
圖中1、密閉立式塔體，1.1、煙氣出口管，1.2、上錐形封頭，1.3、環(huán)形膜式水冷壁，1.4、下錐形封頭，1.5、上集箱，1.6、噴磷槍接口管，1.7、下集箱，2、汽水分離裝置，2.1、冷水入口管，2.2、蒸汽出口管，3、集汽管，4、下降管，5、裙式底座。
具體實(shí)施例方式
如附圖所示，本發(fā)明包括密閉立式塔體1、汽水分離裝置2、集汽管3、下降管4和裙式底座5。密閉立式塔體1周壁是多根不銹鋼管與翅片間隔焊接形成的環(huán)形膜式水冷壁1.3，環(huán)形膜式水冷壁1.3上端依次與上集箱1.5和上錐形封頭1.2相接，上錐形封頭1.2端部開有煙氣出口管1.1，環(huán)形膜式水冷壁1.3下端依次與下集箱1.7和下錐形封頭1.4相接；密閉立式塔體1下部側(cè)壁傾斜裝有噴磷槍接口管1.6，密閉立式塔體1底部是與下集箱1.7相連的裙式底座5，集汽管3兩端分別與汽水分離裝置2和上集箱1.5相連，下降管4兩端分別與汽水分離裝置2和下集箱1.7相連；所述的汽水分離裝置2設(shè)有蒸汽出口管2.2和冷水入口管2.1。
所述的上錐形封頭1.2外表面焊有通入低溫的循環(huán)冷卻水介質(zhì)半管夾套。
所述的噴磷槍接口管1.6是由直徑不同的同軸圓管構(gòu)成的、內(nèi)管通液態(tài)磷和外管通壓縮空氣的套管，。
工作過程中，液態(tài)單質(zhì)磷與助燃空氣在壓縮空氣的作用下，經(jīng)噴磷槍接口管1.6自動(dòng)進(jìn)入節(jié)能型反應(yīng)塔的塔體1內(nèi)燃燒，在生成五氧化二磷的同時(shí)釋放出大量熱能。這些熱能以輻射換熱方式被設(shè)置于膜式水冷壁1.3的循環(huán)水吸收。水冷壁1.3內(nèi)的水因吸收熱量而汽化，形成汽水混合的兩相流體，它的密度要比位于同一水平面的下降管4內(nèi)的水密度小，這種密度差形成了工作介質(zhì)在汽水分離裝置2-下降管4-下集箱1.7-水冷壁1.3-上集箱1.5-集汽管3-汽水分離裝置2之間自然循環(huán)的驅(qū)動(dòng)力。節(jié)能型反應(yīng)塔回收余熱生產(chǎn)的蒸汽最后經(jīng)汽水分離后排出。底部裙座5還可兼作下錐形封頭1.4的冷卻水箱。
權(quán)利要求
1.一種用于生產(chǎn)高純磷酸的節(jié)能型磷反應(yīng)塔，其特征在于包括密閉立式塔體(1)、汽水分離裝置(2)、集汽管(3)、下降管(4)和裙式底座(5)；密閉立式塔體(1)周壁是多根不銹鋼管與翅片間隔焊接形成的環(huán)形膜式水冷壁(1.3)，環(huán)形膜式水冷壁(1.3)上端依次與上集箱(1.5)和上錐形封頭(1.2)相接，上錐形封頭(1.2)端部開有煙氣出口管(1.1)，環(huán)形膜式水冷壁(1.3)下端依次與下集箱(1.7)和下錐形封頭(1.4)相接；密閉立式塔體(1)下部側(cè)壁傾斜裝有噴磷槍接口管(1.6)，密閉立式塔體(1)底部是與下集箱(1.7)相連的裙式底座(5)，集汽管(3)兩端分別與汽水分離裝置(2)和上集箱(1.5)相連，下降管(4)兩端分別與汽水分離裝置(2)和下集箱(1.7)相連；所述的汽水分離裝置(2)設(shè)有蒸汽出口管(2.2)和冷水入口管(2.1)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于生產(chǎn)高純磷酸的節(jié)能型磷反應(yīng)塔，其特征在于所述的上錐形封頭(1.2)外表面焊有通入低溫的循環(huán)冷卻水介質(zhì)半管夾套。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于生產(chǎn)高純磷酸的節(jié)能型磷反應(yīng)塔，其特征在于所述的噴磷槍接口管(1.6)是由直徑不同的同軸圓管構(gòu)成、內(nèi)管通液態(tài)磷和外管通壓縮空氣的套管。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于生產(chǎn)高純磷酸的節(jié)能型磷反應(yīng)塔。密閉立式塔體周壁是多根不銹鋼管與翅片間隔焊接形成的環(huán)形膜式水冷壁，環(huán)形膜式水冷壁上端依次與上集箱和上錐形封頭相接，上錐形封頭端部開有煙氣出口管，環(huán)形膜式水冷壁下端依次與下集箱和下錐形封頭相接；密閉立式塔體下部側(cè)壁傾斜裝有噴磷槍接口管，密閉立式塔體底部是與下集箱相連的裙式底座，集汽管兩端分別與汽水分離裝置和上集箱相連，下降管兩端分別與汽水分離裝置和下集箱相連；汽水分離裝置設(shè)有蒸汽出口管和冷水入口管。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對磷酸生產(chǎn)過程的余熱回收，系統(tǒng)有效熱利用率大為提高，可達(dá)50％以上，所生產(chǎn)磷酸的純度可達(dá)99％以上；同時(shí)膜式水冷壁結(jié)構(gòu)較為簡單，便于加工。
文檔編號C01B25/00GK1857996SQ20061005180
公開日2006年11月8日 申請日期2006年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月5日
發(fā)明者蔣家羚, 劉寶慶, 陳凌 申請人:浙江大學(xué)