回轉(zhuǎn)圓筒干燥式磷酸濃縮器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要?jiǎng)t

王 昕

（中國(guó)石化集團(tuán)南京工程公司，江蘇南京 210048）

回轉(zhuǎn)圓筒干燥式磷酸濃縮器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要?jiǎng)t

王 昕

（中國(guó)石化集團(tuán)南京工程公司，江蘇南京 210048）

介紹了3種磷酸濃縮器的特點(diǎn)，重點(diǎn)推薦一種新型的回轉(zhuǎn)圓筒干燥式磷酸濃縮器，并詳細(xì)介紹其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。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(diǎn)。

磷酸濃縮；回轉(zhuǎn)圓筒；干燥式濃縮器；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

磷酸濃縮器是一種化工單元操作設(shè)備，主要用于稀磷酸濃縮并通過(guò)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(jí)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(méi)燃燒式，循環(huán)真空蒸發(fā)式和回轉(zhuǎn)圓筒干燥式。前兩種工藝存在的缺點(diǎn)較多。回轉(zhuǎn)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(jìn)行敘述，重點(diǎn)介紹回轉(zhuǎn)圓筒干燥式磷酸濃縮器的設(shè)計(jì)要?jiǎng)t。

1 浸沒(méi)燃燒式磷酸濃縮器

浸沒(méi)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(fā)，達(dá)到濃縮磷酸的目的。所用濃縮器存在諸多缺點(diǎn)，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

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

2）鼓泡過(guò)程中，酸液飛濺，控制不當(dāng)會(huì)濺到噴火口內(nèi)壁，隨時(shí)間延長(zhǎng)產(chǎn)生偏磷酸結(jié)垢，導(dǎo)致噴火管口直徑縮小。

3）磷酸飛濺時(shí)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(shí)間較長(zhǎng)，容易產(chǎn)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(chǎn)浸沒(méi)燃燒式磷酸濃縮器目前不現(xiàn)實(shí)。

2 循環(huán)真空蒸發(fā)式磷酸濃縮器

筆者發(fā)現(xiàn)：以往研究的成果是用強(qiáng)制循環(huán)真空蒸發(fā)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(jīng)過(guò)兩次濃縮，此工藝也存在以下幾個(gè)缺點(diǎn)：①工藝流程相對(duì)較復(fù)雜，所需設(shè)備數(shù)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(jié)垢，降低傳熱率，嚴(yán)重時(shí)會(huì)堵塞加熱器甚至使加熱器損壞；④由于溶液具有較強(qiáng)的腐蝕性，極易使磷酸泵腐蝕損壞。

3 回轉(zhuǎn)圓筒干燥式磷酸濃縮器

針對(duì)浸沒(méi)燃燒式和循環(huán)真空蒸發(fā)式兩種濃縮器用于稀磷酸濃縮脫氟過(guò)程中產(chǎn)生的問(wèn)題，現(xiàn)介紹一種新型磷酸濃縮器—回轉(zhuǎn)圓筒干燥式磷酸濃縮器的結(jié)構(gòu)。該濃縮器可使稀磷酸濃縮到ω（P2O5）達(dá)70％的濃磷酸，整個(gè)濃縮過(guò)程一次完成，熱利用率和P2O5收率均較高。因濃縮器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所以制造費(fèi)用低。又因濃縮過(guò)程不易結(jié)垢，故操作維修方便，使用壽命相對(duì)較長(zhǎng)。

該新型磷酸濃縮器的外形與回轉(zhuǎn)圓筒干燥器的結(jié)構(gòu)型式類(lèi)似，傳動(dòng)裝置采用傳統(tǒng)方式，見(jiàn)圖1。

圖1 新型磷酸濃縮器的外形及傳動(dòng)裝置

濃縮器內(nèi)部結(jié)構(gòu)針對(duì)磷酸的強(qiáng)腐蝕性及流動(dòng)性等特點(diǎn)設(shè)計(jì)，采取了相應(yīng)的防腐措施，并使得流動(dòng)性相應(yīng)得到改善，見(jiàn)圖2。

圖2 回轉(zhuǎn)圓筒干燥式磷酸濃縮器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

由圖1可見(jiàn)：安裝進(jìn)酸管的集氣箱主要作用是引出筒體內(nèi)的尾氣。采用調(diào)速電動(dòng)機(jī)作為傳動(dòng)裝置，目的是將筒體轉(zhuǎn)速控制在一定的范圍內(nèi)，并可自由調(diào)節(jié)。刮刀固定不動(dòng)，用于不停地收集已濃縮的磷酸。為防止腐蝕，筒體采用了復(fù)合不銹板，并且鋼板作為內(nèi)襯防酸保護(hù)層（見(jiàn)圖2）。內(nèi)部保溫材料是耐酸磚砌體，最內(nèi)層則選用石墨或炭磚砌體。

由進(jìn)酸管進(jìn)入的稀磷酸經(jīng)余熱利用段得到氣流中的熱量而升溫。尾氣從進(jìn)酸端進(jìn)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(jīng)吸熱、脫氟，質(zhì)量得到進(jìn)一步提高。又因燃燒噴嘴噴出的火焰溫度高達(dá)900～1 200℃，與酸液直接接觸換熱后，使得濃縮效率得到了進(jìn)一步提高。又由于酸液不斷向出酸口流動(dòng)，在此過(guò)程中溫度、濃度不斷得以提高，當(dāng)達(dá)到指定溫度時(shí)由刮刀刮出并流至受酸槽，故酸在200℃以上的停留時(shí)間很短，很少會(huì)結(jié)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(jié)束語(yǔ)

由于浸沒(méi)燃燒式和循環(huán)真空蒸發(fā)式磷酸濃縮器存在較多缺點(diǎn)，而回轉(zhuǎn)圓筒干燥式磷酸濃縮器較前面兩種結(jié)構(gòu)具有顯著優(yōu)點(diǎn)，主要體現(xiàn)在以下方面：將調(diào)節(jié)桿設(shè)置在濃縮器內(nèi)，這樣使得多個(gè)燃燒噴嘴的噴火量及其在筒體內(nèi)的位置和角度均可根據(jù)實(shí)際需要自由調(diào)節(jié)，還有利于對(duì)筒體內(nèi)各處酸液的溫度分布狀況進(jìn)行控制。同時(shí)，轉(zhuǎn)速也可在一定范圍內(nèi)調(diào)解，因而該工藝適用范圍廣，對(duì)常規(guī)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(chǎn)工藝制造及生產(chǎn)成本均較低，經(jīng)濟(jì)效益較高。該回轉(zhuǎn)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(shè)備，完全可以取代浸沒(méi)燃燒式和循環(huán)真空蒸發(fā)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(shè)備設(shè)計(jì)工作。