雙效蒸發高酸後重稀土反萃液濃縮石英玻璃設備的製作方法

2023-04-23 11:06:51 1

專利名稱：雙效蒸發高酸後重稀土反萃液濃縮石英玻璃設備的製作方法
雙效蒸發高酸後重稀土反萃液濃縮石英玻璃設備屬於氣液系統傳質過程的蒸餾設備。是一種孔式微循環雙效蒸發高酸後重稀土反萃液濃縮石英玻璃設備。
當今氣液系統傳質過程的石英玻璃蒸餾設備，在化學試劑工業廣為應用。但在我國稀土工業還是首次，這是因為我國現行稀土工業的工藝生產技術，是採用P204或P507萃取分組分離混合稀土中的高酸富釔，(Y)後重稀土反萃液的實際生產中，一般採取的提純工藝，一是反萃液直接中和或滲折→草酸沉澱→烘乾鍛鍊→氧化稀土→環烷酸提釔(Y)。二是液氨中和→碳銨沉澱→澄清過濾→碳酸稀土→環烷酸提釔(Y)。三是搪瓷反應鍋蒸汽加熱，負亞蒸發濃縮(水冷凝回收鹽酸)→濃縮料液氨中和碳銨沉澱→澄清過濾→環烷酸提釔(Y)。上述三方案的工藝收率HCl≤20～80%，稀土(Y)≤96～97%，搪瓷反應鍋的壽命為6-9月，間歇性生產，環境作業差，設備費、廢水處理費、原材料動力費、綜合費用等高，處理周期2-3天等缺點。
發明的目的，消除三廢，改善作業環境、改間歇性生產為連續性生產、從而增加產量、提高工藝收率、降低成本。為此建立在石英抗腐蝕材質基礎上與氣液系統傳質過程的理論基礎上，改沉澱法與蒸汽加熱濃縮法為電內熱式蒸餾濃縮法處理反萃液，設計製造實用新型孔式微循環雙效蒸發高酸後重稀土反萃液濃縮石英玻璃設備。
本發明，在我國現有稀土工業工藝技術領域，一經實現就賦予稀土工業萃取蒸餾技術有意義的進步性。其表現一、石英玻璃蒸餾設備，在我國稀土工業首次應用，取代了昂貴4倍的搪瓷反應鍋，便於密閉焊接裝配製造，消除了氣液系統傳質過程中的冒、跑、漏滴，和汙染環境現象，不僅簡化了攪拌沉澱操作工藝、安全可靠，還延長了設備的使用壽命。二、設備實現了連續性生產，處理周期縮短為1.5天，增加了產量，降低了成本。三、設計有餘熱利用的原料液予熱系統，在加熱器本身設計有新穎的孔式微循環蒸發濃縮系統，致使立式加熱器中濃縮液起到了雙效蒸發濃縮作用，有利於組分分離，使反萃液中鹽酸濃度CH+≌2～4N/L的工藝收率，HCL≥92%，稀土濃度，GH-＝0.5～1.2moc/l的工藝收率(Y)≥99%。工藝指標濃縮液酸度CH≤0.5N/L，濃縮液稀土濃度GH＝2.8～3moc/L，從而實現單套設備設計處理反萃液170c/d，通過設備樣品工業性試驗實際處理反萃液為250c/d。
本發明是這樣實現的，通過三次實驗室蒸發濃縮試驗結果，獲得後重稀土反萃液一些基本參數，再根據氣液系統傳質過程，從理論上驗算設備主要部件的基本尺寸，然後依據這些主要部件的基本尺寸，設計電熱源、三盤管立式加熱器為3KW，由於為防止加熱器深度大濃縮液密度不均，出現下濃上稀的明顯界面，上部殘渣沉澱不下，在濃縮液面形成浮渣泡沫覆蓋層影響氣化蒸發效果，於是設計上考慮了孔式微循環系統，克服了立式加熱器的這一物理現象。同時設計了預熱系統，見雙效蒸發高酸後重稀土反萃液濃縮石英玻璃設備平面布置圖，反萃液原料由高位槽溢流進入9，通過AB預熱，預熱後料液通過BC～CD進入DE加熱器進行蒸發濃縮氣液分組，通過孔式微循環DE系統，加速反萃液氣化D1C1進入防爆球C1C1，經C2F精餾後的二次蒸汽經過FB導入BA第一次冷凝，再經AH導入第二次水冷冷凝管7冷凝至正常溫，經MN直接裝瓶回收鹽酸，其工藝收率HCL≥92%，鹽酸可達AR級以上。
此外反萃液在加熱器中不斷通過孔式微循環系統氣化的同時不斷濃縮，經Kj～ji與ip蓄存，通過控制閥13獲得工藝指標濃縮液濃縮酸度CH≤5N/L，濃縮液稀土濃縮GH2.8～3moc/l≯3.2moc/l工藝收率(Y)≥99%。
實例，設計製造第一臺雙效蒸發高酸後重稀土反萃液濃縮石英玻璃設備平面布置

圖1、所示12為加熱器，2所示電熱式盤管，3所示孔式微循環，4所示爆沸球，5所示精餾柱，6所示利用反萃原料液冷卻第二蒸汽冷凝管，起到原料預熱效果。7所示水液水冷式冷凝管，N所示回收HCL控制閥，11所示蓄渣管，10所示排渣控制閥，P所示濃縮液控制閥，上述設備於1992、4、11，在江西省九江有色金屬冶煉廠一車間安裝作工業性試驗，設計功率為3KW，實際為2.4kw，通過4月11日15時4分送電，4分鐘開始沸騰至12號14時30分連續生產的試驗記錄濃縮液平均流量為30mc/mlm蒸發液平均流量為80mc/mlm來看，可見我們按設計要求3kw即蒸發液流量是能達到120mc/mlm，即達到日處理高酸後重稀土反萃液250L的能力。超過設計日處理170c的能力。
附件1、高酸後重稀土反萃液三次試驗室記錄2、雙效蒸發高酸後重反萃液濃縮石英玻璃設備主要部件理論計算書3、雙效蒸發高酸後重稀土反萃液濃縮石英玻璃設備樣品現場安裝工業性試驗調試記錄可知，由於設計上採用孔式微循環系統與預熱系統的結果，實際上達日處理高酸後重稀土反萃液250L的能力附件一後重稀土反萃液三次試驗室記錄與試驗調試記錄第一次實驗室記錄
說明當濃縮液濃縮體積為110-120me時少量表面結晶，當100me大量表面結晶。
第二次實驗室記錄
附註1、蒸發時間共93分鐘共蒸發出液體492me2、反萃液700me原液中HCL含52.9克，蒸出49.2克3、當濃縮液稀土濃度達3.2moe/l冷凝到30℃時無無結晶現象，當稀土濃度3.9moe/l時全結晶。
第三次試驗記錄
附註1、本次蒸餾為92分鐘蒸餾速度為4.97me/mim，綜合蒸餾速度7.5me/mim2、當濃縮液濃縮至3.42moe/l，開始出現結晶少量粉末冷凝到室溫時，結果仍然結晶量極少。
3、濃縮液濃度3.42moe/l時HCL回收收率89.4%而後重稀土為97%。
附件二、雙效蒸發高酸後重稀土反萃液蒸發濃縮石英設備主要部件設計計算書一、氣液系統傳質過程驗算的基礎與基本要求1、反萃液濃縮前稀土濃度
≌0.5～1.165moe/l，設計濃度1.2moe/l2、反萃液濃縮後稀土濃度 GH＝2.01～3.4moe/l 設計濃度2.0～3moe/l3、反萃液濃縮前酸度 CH＝2.06～4.46N/l 設計酸度2～4N/L4、反萃液濃縮後酸度 CH＝0.217～0.33N/l 設計酸度0.5N/L
5、反萃液濃縮前沸點 104～108℃ 設計沸點120℃6、反萃液濃縮後沸點 118～132℃ 設計沸點120℃7、限量蒸餾量4.97me/mim 綜合蒸餾量7.5me/mim8、反萃液濃縮Gman＝3.4moe/l時工藝收率HCL≥09.4%稀土的工藝收率(V)＝97%9、設計熱源溫度(以電爐絲髮紅溫度)T＝800℃10、設計上考慮日處理反萃液
的要求，以每天正常生產20小時計算根據我廠鹽酸提純生產裝置的實踐，採取並聯6支加熱器同時作業方式則要求單套加熱器的處理反萃液≮170L/d的能力。
根據上述數據驗算設備主要部件的基本數據(二)理論消耗功率計算1、單支蒸發器小時蒸發量W＝F(1- (Xo)/(x) )＝ (1000l)/(6×20h) (1- (1.2moe)/(3moe) )＝5.04me/h＝1.4×
式中F一小時進料量(進料速度)按設計意圖( (1000升)/(6支×20時) )計X-蒸發反萃液濃縮後稀土濃度GH＝3mol/e∵Gxo＞3.2moe/l有結晶現象(選用gmoe-1表示)Xo-蒸發反萃液濃縮前稀土濃度Gxo＝1.2moe/l(2)、理論上需消耗的功率(未考慮液體沸騰前升溫所需熱量)Q＝GA·△HA＝1.4×
·2259290J/kg＝3163W式中∵GB＝w＝1.4×
△HA一按H2O在100℃沸騰所需熱量查表是一個常數即∵ △HA＝9729K/克分子＝2259290I/kg(焦耳/公斤)(三)蒸發器換熱面積根據我廠生產實踐硫酸提純加熱器的電爐絲髮紅的熱源溫度300℃，H2SO4的沸點338.4℃該裝置的產量為4.95kg，計算所需耗熱為水的汽化熱787.6卡/秒，SO4解析熱1087J/S計算換熱係數K≈20.2W/m2·k(沒有按熱載體無相變熱材質石英玻璃管換熱器的k≈2～10W/m2·k則由Q＝k·A·△π∴A＝Q/K·△π＝3163W/20.2W/M2·k(8000℃-120℃)＝0.23m2式中△π＝換熱熱源溫度減去液體沸騰溫度(000℃-120℃)即＝
-π1k≈20.2W/M2·K由於設計上選用石英電熱管直徑為φ＝0.015M則所需電熱石英管的長L＝A/π·φ＝0.23m2/3.14×0.015m＝4.8M(四)、加熱器蒸發室體積(根據蒸發體積強度法計算蒸發體積強度P)是指密閉體系內每秒，每立方米蒸汽發生室中排出的一次蒸汽體積，一般允許的蒸汽體積強度1.1～1.5M3/S·M由每秒產生的二次蒸汽體積即可按狀態函數關係式計算即P∨＝NRT式中P≈1～壓力一定v～蒸發室體積N～在體積溶液中所含溶質的摩兒數按H2O考慮N＝ 1.4/10T～在120℃時(設計溫度)每秒產生的二次蒸汽換算為T≈393kR～氣體常數查表R＝8.31J/moe·K＝8.31×10-2Pa·L/moe-1·k-1∴∨＝ 1.4/18 ×8.31×10-2×393＝2.54L(升)(五)、加熱器蒸發室高度H按經驗數據為蒸發室直徑的2倍∵設計蒸發室φ
＝D∴H＝2D＝2×200mm＝400mm(六)、冷凝管計算
根據消耗功率計算沸騰的熱量也應為移走其相等的熱量才能冷凝。按水冷凝方式，冷凝管進口處水溫π1＝20℃而出口處水溫π2＝35℃時的水的比熱查表為4187J/kg·℃。冷凝管通過的水量Qman＝M·Cp·△π∴M＝ (Q)/(Cp·△π) ＝ 3163/(4187(35℃-20℃))＝0.05kg/s＝217kg/h式中△π＝π出-π進＝35℃-20℃Q＝3163wCp＝4187J/kg·℃(七)、冷凝管面積A＝ (Qman)/(K·△π) ＝3163/600(120℃-25℃)＝0.0555m2式中K～玻璃管導熱係數600△π～溫度差，即沸騰溫度120℃-25℃(冷凝管進出口均溫)Qman～總熱量3163w設計選用φ＝25mm平均內徑的冷凝管則冷凝管的長度L＝A/π·D＝0.0555m2/3.14×0.025m2＝0.71m考慮到冷凝的可靠性取一個安全係數μ＝1.3×1.5∴Lman＝
×1.3～1.5×
＝0.94～1.065m(八)、雙效蒸發高酸後重稀土反萃液濃縮石英玻璃設備樣品現場安裝工業性試驗調試記錄試驗地址江西省九江有色金屬冶煉廠一車間試驗時間1992年4月11日15時4分至12日14時30分參加人員九江有色金屬冶煉廠11日18時～24時 餘龍橋(稀有冶金工程師) 梅宏聖(稀土技師)11日18時～24時 李國慶 李石長12日0時～6時班 韓建設(無機化學高工) 李綱政12日7時～11時班 程爵鋼 舒祥(稀土一車間班長)
12日11時～2時30分 李國慶 梅宏聖(稀土技師)組持人九江有色金屬冶煉廠韓建設鶴壁市化學試劑設備廠張柏華
權利要求
1.一種雙效蒸發高酸後重稀土反萃液濃縮石英玻璃設備是由內熱式加熱器，浮騰球精餾柱，雙液冷凝管組合而成，其特徵在於具有微循環蒸發濃縮系統的加熱器為主組體所組成的石英設備，鹽酸濃度CH+=2～4N/L的工藝收率，HCl≥92%，稀土濃度GH=0.5～1.2mol/l的工藝收率稀土(Y)=99%。濃縮液酸度工藝指標CH≤0.5N/L濃縮液稀土濃度工藝指標GH=2～3moc/l。
2.如權利要求1所述的雙效蒸發高酸後重稀土反萃液濃縮石玻璃設備，其特徵在於加熱器中具有孔式微循環的雙效蒸發系統濃縮石英設備。
全文摘要
電熱式雙效蒸發高酸後重稀土反萃液濃縮石英玻璃設備，是建立在抗腐蝕材質基礎上與氣液系統傳質過程的理論基礎上，利用冷凝系統回收鹽酸，同時起到預熱原料液作用，不僅具有直接蒸發而又具有微循環蒸發所謂的雙效蒸發為特徵的組分分離，使反萃液中鹽酸濃度C
文檔編號B01L3/16GK1078924SQ92103898
公開日1993年12月1日 申請日期1992年5月20日 優先權日1992年5月20日
發明者張柏華, 韓建設 申請人:張柏華