溼法磷酸兩效蒸發新工藝的製作方法
2023-06-20 14:38:31 1
專利名稱：溼法磷酸兩效蒸發新工藝的製作方法
技術領域：
本發明屬於磷酸生產領域，涉及一種溼法磷酸兩效蒸發工藝。
背景技術：
溼法磷酸是磷復肥和磷酸鹽工業的基礎中間產品，具有非常重要的地位，需求量很
大。目前我國已形成約900萬噸/年P2O5的生產能力，其中約有558萬噸P20s經過濃縮 後使用，廣泛採用強制循環真空濃縮單效蒸發工藝。同樣在國外也未見報導採用多效蒸 發工藝的。
單效蒸發最大的缺點就是熱利用率差，蒸汽消耗量高，新鮮蒸汽的熱量只經過一次 利用，產生的二次蒸汽沒有利用，直接送去冷凝還需耗用大量的循環冷卻水。單效蒸發 每蒸發lkg水約消耗加熱蒸汽1.3kg，每冷凝lt蒸汽約需循環冷卻水60m3。
多效蒸發能大大節省新鮮蒸汽用量，其值與效數n成反比。理論上講，蒸發lkg水 新鮮蒸汽消耗量大致為1/n。實際上由於加熱物料、設備管道散熱、蒸汽和冷凝液洩漏 等，新鮮蒸汽的消耗量會比理論值大一些， 一般平均值為
單效 雙效 三效 四效 五效
蒸汽消耗量kg/kg水 1.1 0.57 0.4 0.3 0.27
效數越多，節約蒸汽越多，但節約的幅度遞減。
磷酸的沸點升高值很大，這意味著將其加熱到沸點比加熱水需有高得多的溫度，但 產生的二次蒸汽的飽和溫度又不高，若要作為熱源再利用就比較困難。
由於磷酸的沸點升高、液柱靜壓頭損失和二次蒸汽的管道阻力損失等原因，每一效 蒸發單元都需要有一個最小的加熱溫度差。各效加熱溫度差之和組成了全系統的總加熱 溫度差。顯然，多效蒸發比單效蒸發需要有更大的總加熱溫度差，這成為多效蒸發需要 解決的主要困難之一。通常採取提高I效蒸發新鮮蒸汽和磷酸的溫度，或在允許範圍內 降低末效壓力和磷酸溫度以滿足這個要求。
磷酸中含有多種雜質，諸如F，cr,so '離子，致使其具有很強的腐蝕性。溫度越高 或酸濃度越濃時腐蝕性越強，因此對金屬和非金屬材料的耐腐蝕要求很高。單效蒸發時產生的二次蒸汽不必用作熱源，故可將壓力和磷酸溫度設定得較低，這樣腐蝕程度大為 減輕，設備材料容易解決。多效蒸發則不然，它需要在更高的溫度下進行傳熱和蒸發， 對材質要求甚為苛刻，可供選擇的範圍更小。
發明內容
本發明的目的是提供一種節能增效的磷酸濃縮兩級蒸發工藝。 本發明的目的是通過下列技術措施實現的
本發明採用兩效蒸發工藝，採用的主要措施有提高I效新鮮蒸汽溫度，提高I效 閃蒸室壓力和磷酸溫度，使I效二次蒸汽有足夠的過熱溫度和飽和溫度；適當降低II效 閃蒸室壓力和磷酸溫度。確保各效都有必需的加熱溫度差和全系統的總加熱溫度差。
根據各效氟逸出的比例和組成，在本工藝中妥善安排了氟回收流程，將I效二次蒸 汽冷凝液補充到II效蒸發氣體的氟吸收系統。將未冷凝氣體再降溫進行氟吸收。儘可能 地回收氟，製成符合要求濃度的氟矽酸。
可根據我國當前技術發展狀況，選擇和開發適用的材料和設備應用於工業化裝置中。
流程敘述見流程圖。
稀磷酸加入II效蒸發迴路與加熱後的循環酸相混合。然後進入閃蒸室，在減壓情況 下閃急蒸發，除去部分水水分。經過初步濃縮的磷酸大部分在迴路中循環，經由加熱器 用來自I效蒸發產生的二次蒸汽加熱，少部分則串入到第I效蒸發迴路。
II效蒸發氣體處理用常規流程設有前後除沫器、兩級氟吸收塔、 一級冷凝器、兩 級蒸汽噴射器。用水(或I效二次蒸汽冷凝液)吸收氣體中的氟，製得副產品氟矽酸。
同理，經過初步濃縮的磷酸在I效蒸發迴路中同新鮮蒸汽加熱進一歩蒸發，達到所 要求的濃度。濃縮酸大部分在系統內循環，少部分輸往酸罐區澄清和貯存。
I效二次蒸汽作為熱源加熱II效磷酸之後，自身成為冷凝液，實為稀氟矽酸。為了 回收其中的氟， 一部分冷凝液補充到II效蒸發系統再進一步吸收氟，另一部分則併入循 環冷卻水中，統一回收利用。未充分冷凝的氣體再經過一級氟吸收塔用經過冷卻的氟矽 酸進行吸收，然後經由蒸汽噴射器抽吸排空。
主要工藝參數
1) II效蒸發入口稀磷酸濃度 24 28%P205 出II效磷酸濃度 33 35% P205
閃蒸室壓力 10 14kPa閃蒸室磷酸溫度
磷酸加熱器前後溫度差
磷酸加熱器傳熱係數
副產氟矽酸濃度 2) I效蒸發入口磷酸濃度
出I效磷酸濃度 閃蒸室壓力 閃蒸室磷酸溫度 新鮮蒸汽(飽和蒸汽)
磷酸加熱器前後溫度差 磷酸加熱器傳熱係數
60 70°C 5 6°C
K=5000kJ/(m2 h k)
12 22%H2SiFB 33 35%P205 48 52% P205
70 80kPa
110 130°C
壓力》4. 85kg/cm2
溫度》150。C
2 3°C
K=4100kJ/(m2 h k)
可以對酸加熱器、閃蒸室、循環泵、氟吸收塔、氟矽酸冷卻器等設備的參數和結構 材料的優化設計確保系統得以平衡高效經濟地運行。 本發明有益效果
1) 節能降耗。新鮮蒸汽的熱能補充兩次利用，因而能大大節省蒸汽消耗。兩效蒸
發的蒸汽消耗定額比現有單效蒸發節約45%， 一座30萬噸/年PA磷酸濃縮裝置可節約 蒸汽45. 17t/h或32.52力.噸/年，對10力'噸/年磷酸濃縮裝置來說，可節約加熱蒸汽 15.0t/h或10.84萬噸/年。如果全國都能推廣應用此技術，相當於可節約標準煤81萬 噸/年。
2) 能改善企業經濟效益。由於降低了蒸汽消耗，平均每生產It P20s可節約蒸汽 1. 084t減少生產成本86. 8元/噸P205， 10萬噸生產線全年可減少868萬元。
3) 雙效蒸發的閃蒸室截面積比單效蒸發的小56.8%，因而能節約建造材料和投資。
4) 雙效蒸發與單效蒸發兩種工藝的磷酸加熱器面積和循環泵的流量大體相當。前 者設備臺數較多，但規格較小，這有利於裝置規模的放大和國產化，而且投資較省。
圖l是本發明工藝流程圖。
其中1.磷酸中間槽2.磷酸泵3.1I效加熱器4.1I效閃蒸室5.1I效循環泵 6. II效除沫器7. lft氟吸收塔8.2#氟吸收塔9.分離器10. II效冷凝器 ll.II效蒸汽噴射器12. WF密封槽13. WF循環槽14.2^F密封槽15.2弁F循環槽16.冷凝器密封槽17.氟矽酸冷卻器18.氟矽酸泵 19.1I效冷凝液受槽20.I效氟吸收塔21.氟矽酸密封槽22.I效蒸汽噴射器 23.密封槽24.1效加熱器25.I效冷凝液受槽26.I效閃蒸室 27.1效循環泵28.1效除沫器29.成品酸泵
具體實施例方式
以下通過實施例對本發明作進一步的闡述。
實施例1:
l座30萬噸/年P2Os磷酸濃縮裝置，由3條生產線組成，每條線能力10萬噸/年，
其工藝如流程圖1所示，各條線包括如下主要設備
(1) I效加熱器管殼式F^385m2石墨化管子，碳鋼外殼
(2) I效閃蒸室D=1.8m碳鋼襯丁基橡膠或F4，底部加襯碳磚
(3) I效循環泵軸流式Q=5000m7h H=4. 6m泵殼葉輪F33或2205
(4) II效加熱器管殼式F產200m2石墨化管子，碳鋼襯丁基膠外殼
(5) II效閃蒸室D=3.8m碳鋼襯丁基橡膠，底部加襯碳磚
(6) II效循環泵軸流式Q=2580m7h H=4. 6m泵殼葉輪F33或CD4MCu 雙效蒸發與單效蒸發的主要設備比較
10萬噸/年&05生產線
序項目雙效單效雙效比單
號I效II效共計效節省％
1磷酸加熱器面積F,385200585573 o
2閃蒸室直徑D1. 83.86.4
截面積m22. 5411. 3313.8732. 1556.86
3循環泵流量m7h5000258075807000 0
從上述比較可知，同樣規模的磷酸濃縮裝置，閃蒸室總截面積雙效蒸發的比單效蒸
發的閃蒸室面積節省56.86%，磷酸加熱器面積和循環泵流量兩種工藝基本相當。雙效蒸 發的設備臺數較多，但規格較小，投資較少。
稀磷酸加入到強制循環迴路中，用蒸汽加熱，在特定的溫度和壓力下閃急蒸發，除 去水份使磷酸濃縮；濃縮裝置山兩個串聯的迴路組成，逆流操作；磷酸從II效到I效濃 度由低到高，蒸汽則從I效到II效，由高溫到低溫(新鮮蒸汽首先用於加熱I效磷酸，
6產生的二次蒸汽再用來加熱1I效磷酸)；由II效產生的二次蒸汽經處理後排空；I效二 次蒸汽中含有SiR和HF經過冷凝和用水吸收，製成12X 22MH2Sih氟矽酸。將I效蒸 發回收的稀氟矽酸串入II效蒸發系統，進一步吸收，以提高氟矽酸濃度，並防止矽膠生 成，避免設備管路堵塞。
第II效蒸發的技術參數為稀磷酸濃度24% 28%&05， 11效磷酸濃度33% 35%卩205， 磷酸溫度60 7(TC，閃蒸室壓力10 14kPa，加熱器前後溫度差5 6°C，加熱器傳熱系 數5000kJ/ (m2 h k)，副產氟矽酸濃度12% 22%H2SiFfi。
第I效蒸發的技術參數為加料磷酸濃度(出II效磷酸濃度)33W 35y。PA，出口磷 酸濃度48% 52%PA，磷酸溫度U0 13(TC，閃蒸室壓力70 80kPa,新鮮蒸汽(飽和 蒸汽)壓力》4.85kg/cm2，溫度》15(TC。 二次蒸汽溫度110 130°C (供給II效加熱)， 加熱器前後溫度差2 3°C，加熱器傳熱係數4100kJ/ (m2 h k)。
由於採用了雙效蒸發工藝，與單效蒸發相比，本裝置可節約蒸汽消耗45. 17t/h或 32. 52力'噸/年，因此可減少生產成本86. 8元/噸P205或2604萬元/年。
權利要求
1. 一種溼法磷酸濃縮兩效蒸發工藝，其特徵是稀磷酸加入到循環迴路中，用蒸汽加熱，在特定的溫度和壓力下閃急蒸發，除去水份使磷酸濃縮；濃縮裝置由兩個串聯的迴路組成，逆流操作；磷酸從II效到I效濃度由低到高，蒸汽則從I效到II效，由高溫到低溫，即新鮮蒸汽首先用於加熱I效磷酸，產生的二次蒸汽再用來加熱II效磷酸。
2. 根據權利要求1所述的溼法磷酸濃縮兩效蒸發工藝，其特徵是第II效蒸發的技 術參數為稀磷酸濃度24% 28%P2Q5, 11效磷酸濃度33% 35%&05，磷酸溫度60 70。C， 閃蒸室壓力10 14kPa，加熱器前後溫度差5 6°C,加熱器傳熱係數5000kJ/(m2 *h *k)， 副產氟矽酸濃度12% 22%H2SiF6。
3. 根據權利要求1所述的溼法磷酸濃縮兩效蒸發工藝，其特徵是第I效蒸發的技 術參數為加料磷酸濃度33% 35%P205，出口磷酸濃度48% 52%P205,磷酸溫度110 130 °C，閃蒸室壓力70 80kPa，新鮮蒸汽壓力》4.85kg/cm2，溫度》15(TC; 二次蒸汽溫度 110 13(TC，加熱器前後溫度差2 3'C，加熱器傳熱係數4100kJ/ (m、 h k)。
4. 根據權利要求1所述的溼法磷酸濃縮兩效蒸發工藝，其特徵是I效二次蒸汽中 含有SiF,和HF經過冷凝和用水吸收，製成12e/。 22y。H2SiF6氟矽酸，將I效蒸發回收的 稀氟矽酸串入II效蒸發系統，進一步吸收，以提高氟矽酸濃度，並防止矽膠生成，避免 設備管路堵塞。
全文摘要
本發明屬於磷酸生產領域，涉及溼法磷酸兩效蒸發新工藝。該工藝是將稀磷酸加入到循環迴路中，用蒸汽加熱，在特定的溫度和壓力下閃急蒸發，除去水份使磷酸濃縮；濃縮裝置由兩個串聯的迴路組成，逆流操作；磷酸從II效到I效濃度由低到高，蒸汽則從I效到II效，由高溫到低溫，即新鮮蒸汽首先用於加熱I效磷酸，產生的二次蒸汽再用來加熱II效磷酸。該工藝能節省蒸汽消耗，節約建造材料和投資，改善企業經濟效益。
文檔編號C01B25/00GK101445226SQ200810236248
公開日2009年6月3日 申請日期2008年11月27日 優先權日2008年11月27日
發明者孫國超, 李明軍, 胡珊珊, 陳德興, 陳玉如 申請人:中國石化集團南京設計院