專利名稱：一種五氧化二磷強化風冷生產(chǎn)方法與設備的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于無機化學工業(yè)中的磷化工產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)領域，是一種全新的五氧化二磷生產(chǎn)技術(shù)，在黃磷燃燒制五氧化二磷，以及進一步制磷酸、磷酸鹽的生產(chǎn)中有廣泛的應用前景。
背景技術(shù)：
五氧化二磷為極易潮解的白色粉末。遇水及有機物如木、棉或草發(fā)生劇烈反應放出大量煙霧和熱量，可引起燃燒。是化學工業(yè)中常見的原料和試劑，主要用作氣體和液體干燥劑、有機合成的脫水劑、醫(yī)藥精制分析試劑、有機磷酸酯類乳化劑，廣泛用于醫(yī)藥，涂料助劑，印染助劑，抗靜電劑，鈦酸酯偶聯(lián)劑，農(nóng)藥，三氯氧磷化工等行業(yè)。高品質(zhì)的五氧化二磷還可用來生產(chǎn)各種濃度的高純磷酸、尤其是多聚磷酸。目前，五氧化二磷主要是采用傳統(tǒng)的方法生產(chǎn)。即采用黃磷盤來平衡黃磷液位，在足夠干燥的空氣(經(jīng)濃硫酸處理)作用下，黃磷盤內(nèi)盤的黃磷在燃燒爐掛爐里燃燒，在燃燒爐主爐中生成五氧化二磷并部分冷卻沉降、經(jīng)收集室冷卻收得到白色粉末狀成品五氧化二磷，未冷卻的五氧化二磷煙霧再經(jīng)多級冷卻沉降以回收產(chǎn)品，由于全是采用在空氣中利用塔體外壁自然冷卻，故需要做成多個大體積的燃燒爐、沉降室以便于自然冷卻，每條年產(chǎn)量I千噸的生產(chǎn)線約需要直徑1. 5 2. 5米、高度4. 5到9米的鋼塔30到45個。因而大都存在成本高、設備投資大、產(chǎn)量低等問題。五氧化二磷的生產(chǎn)廠家國內(nèi)現(xiàn)有數(shù)十家、單套五氧化二磷產(chǎn)能最大的為1000噸/年，規(guī)模大、單套年產(chǎn)過千噸的廠家尚未見報導，品質(zhì)也參差不齊。科學工作者們正在研究開發(fā)五氧化二磷的新生產(chǎn)方法，多是研究采用磷礦石直接高溫生產(chǎn)五氧化二磷，可利用中低品位磷礦、降低能耗。但該方法存在氧化還原未能很好隔離、生產(chǎn)操作較難、產(chǎn)品質(zhì)量較差、廢渣很多且難以被建材產(chǎn)業(yè)直接利用、產(chǎn)能較低、廢渣中殘留磷高、磷總收率較低等很多尚需改進、完善的問題，該方法尚未能完全實現(xiàn)工業(yè)化。經(jīng)檢索，專利號201020137205.1的文獻報導了 “一種五氧化二磷強制制冷生產(chǎn)設備”，該生產(chǎn)方法是在黃磷燃燒爐上部增設列管換熱器，燃燒生成的五氧化二磷煙霧從側(cè)面穿過多條列管，列管內(nèi)有不停循環(huán)的水以通過管壁交換五氧化二磷氣體的熱量。被換熱降溫的五氧化二磷粉末積聚落入收集料斗，冷卻并積累到一定數(shù)量后包裝。這是我公司前期創(chuàng)新研發(fā)的用冷卻水循環(huán)來強制制冷生產(chǎn)五氧化二磷的新工藝，取得了一定成果，但經(jīng)長期生產(chǎn)應用，我們發(fā)現(xiàn)該方法還存在以下兩方面的問題，一是由于列管內(nèi)走的冷卻水與列管外的五氧化二磷煙氣溫差太大，列管周圍易結(jié)塊使傳熱效果逐步下降；二是列管換熱器是置于燃燒爐高溫磷火或煙氣中，有可能會出現(xiàn)換熱器被火燒不均勻、個別焊點拉出裂痕的現(xiàn)象，由于五氧化二磷產(chǎn)品是需要絕對干燥、絕對無水的，此裂痕在以五氧化二磷為目的產(chǎn)品的生產(chǎn)中會對安全、質(zhì)量、生產(chǎn)造成很大的威脅。故我們繼續(xù)進行了大量研究以圖解決以上兩個存在的關(guān)鍵問題，我們研究了換熱設備的各種結(jié)構(gòu)形式、換熱可采用的各種介質(zhì)種類，通過對五氧化二磷生產(chǎn)中有關(guān)的物質(zhì)狀態(tài)、氣體流動形態(tài)、熱量交換等工藝條件及最終計劃的換熱風管的形式、大小、排布、集氣與出氣口等等的研究，研制出了一整套高品質(zhì)五氧化二磷風冷式生產(chǎn)的全新工藝和設備，最終實現(xiàn)了高品質(zhì)五氧化二磷大規(guī)模、批量化安全生產(chǎn)的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本風冷式五氧化二磷生產(chǎn)新技術(shù)發(fā)明的目的是為了克服已有技術(shù)的不足，解決五氧化二磷采用自然冷卻的傳統(tǒng)生產(chǎn)方法中存在的成本高、設備投資大、產(chǎn)量低等問題，提出了一種五氧化二磷強化風冷式生產(chǎn)的全新生產(chǎn)方法。本發(fā)明的主要設備及結(jié)構(gòu)是帶夾套換熱設備的黃磷燃燒爐，較高大、寬敞的冷卻沉降塔，該冷卻沉降塔中增設許多均勻分布、從底到頂貫通的通風管進行強化風冷，以及多個收集料斗，螺旋包裝機，K形塔體連接器，尾氣回收制磷酸塔，循環(huán)吸收酸泵，帶多個噴頭的噴射管，兩級串聯(lián)的空氣干燥塔，黃磷漂洗槽等。本發(fā)明的主要原理、流程如下空氣先經(jīng)過80%左右濃度的硫酸初級干燥，再經(jīng)98%左右濃度的硫酸二級干燥，空氣經(jīng)串聯(lián)的干燥塔干燥后連續(xù)鼓入帶水冷夾套的燃燒爐；原料黃磷經(jīng)凈化后在液位差壓力作用下自然流入燃燒爐并吸收爐內(nèi)的熱量迅速汽化；磷及磷蒸氣連續(xù)氧化燃燒生成五氧化二磷白煙；五氧化二磷白煙進入到本發(fā)明研究設計的帶許多通風管的冷卻沉降塔中，自然界的空氣通過從底到頂貫通均布的風管管壁吸收高溫五氧化二磷白煙的熱量向上膨脹行走，冷空氣從下面補充進入，塔項的風管口噴出大量熱氣流，帶走熱量，五氧化二磷白煙傳熱給風管后逐漸降溫沉降下來，落入收集料斗，冷卻并積累到一定數(shù)量后由螺旋包裝機包裝；一級冷卻沉降塔沉降收集后未沉降完的五氧化二磷煙霧通過K形連接器進入二級冷卻沉降塔，經(jīng)二級冷卻沉降塔沉降收集后所剩下的少量五氧化二磷煙霧進入尾氣回收制酸塔，被循環(huán)噴射的稀磷酸吸收后副產(chǎn)磷酸，過?？諝馀趴铡１景l(fā)明與原有技術(shù)相比，優(yōu)點在于1、采用在冷卻沉降塔中增設許多通風管，產(chǎn)品冷卻生成速度大大加快。五氧化二磷的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝是采用多個冷卻沉降收集塔的外表面在空氣中自然冷卻散熱，散熱較慢，產(chǎn)能較低，尤其是高溫天氣的夏天比冬天冷卻、產(chǎn)能更差。本發(fā)明采用在冷卻沉降塔中增設許多均勻分布、從底到頂貫通的通風管進行強化風冷，使熱量通過管內(nèi)形成的空氣流快速帶走，能及時、盡快地把五氧化二磷煙霧的熱量散走，五氧化二磷粉末能迅速冷卻下沉，從而成幾倍加快產(chǎn)品冷卻生成速度。2、減少了設備和投資成本。傳統(tǒng)工藝需要做成多個大體積的燃燒爐、沉降塔以增大在空氣中的外表面積，利于自然冷卻，每條年產(chǎn)量I千噸的生產(chǎn)線約需要直徑1. 5 2. 5米、高度4. 5到9米的鋼塔30到45個。因而大都存在成本高、設備投資大、產(chǎn)量低等問題。本發(fā)明只需要I個帶水冷夾套的燃燒爐(直徑I米左右)，2個帶通風管的冷卻沉降塔(直8到12米)，所能達到的產(chǎn)能已經(jīng)是上述舊工藝的3到5倍，因而單位產(chǎn)能所需設備和投資大大減少。3、采用帶水冷夾套燃燒爐、可高溫燃 燒、生產(chǎn)能力加大、并回收利用了余熱。傳統(tǒng)工藝每個燃燒爐單位時間的燃磷量很小，采用黃磷盤來平衡黃磷液位，爐外的黃磷盤用來觀察、控制黃磷液位，內(nèi)盤的黃磷在燃燒爐掛爐里燃燒，內(nèi)盤小，內(nèi)外盤液位差很小，以控制燃磷速度，避免過磷而燒壞爐子。本新發(fā)明燃燒爐采用帶水冷夾套，燃燒爐空間大，燃燒熱能通過夾套水快速帶走，燃燒可高溫、快速、充分進行，既大大增強了生產(chǎn)效率，又回收黃磷燃燒熱能副產(chǎn)熱水和蒸汽用于黃磷的熔化、貯存與輸送的保溫，省掉了燃煤鍋爐，回收利用了余熱、節(jié)省了能源。4、節(jié)省輔助原材料。傳統(tǒng)工藝分3到4級干燥空氣，每一級均采用98 %濃度的硫酸，高濃度硫酸吸收空氣中的水分，濃度下降到85%左右后即由于吸收效果下降而不再使用，所用高濃度硫酸量大。本發(fā)明在硫酸干燥空氣流程中，創(chuàng)新采用高低兩種濃度硫酸分段串聯(lián)干燥，第一級硫酸吸收水分下降到70%左右濃度后才不再使用，大大節(jié)約了所需用高濃度硫酸量。
5、生產(chǎn)中聯(lián)產(chǎn)磷酸，能在大大提高生產(chǎn)效率的同時提高磷的收率。舊工藝五氧化二磷生產(chǎn)中，未冷卻下沉的五氧化二磷氣體是放空的，故為了保證磷收率，五氧化二磷生產(chǎn)速率不能過快、要經(jīng)多級自然冷卻沉降后才可放空。本新方法中，未冷卻下沉的五氧化二磷氣體是送入尾氣回收制磷酸塔，稀磷酸循環(huán)吸收尾氣中的五氧化二磷氣體，提高了磷的總收率。故沉降塔中的五氧化二磷氣體不需要長時間沉降完全，從而可以快速地生產(chǎn)五氧化二磷。


圖1為本發(fā)明五氧化二磷風冷式生產(chǎn)工藝流程圖。圖2為本發(fā)明主要設備(燃燒塔、風冷沉降塔、尾氣吸收塔等)連接及結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明采用在五氧化二磷生產(chǎn)中的冷卻沉降塔中增設許多均勻分布、從底到頂貫通的通風管，使五氧化二磷由自然冷卻生產(chǎn)改為強化風冷生產(chǎn)，大提高了五氧化二磷生產(chǎn)效率。下面結(jié)合附圖和實例對本發(fā)明實施步驟作進一步說明如下將空氣鼓入串聯(lián)的干燥塔，干燥后經(jīng)空氣入口 I連續(xù)進入燃燒爐3中，凈化后的原料黃磷經(jīng)黃磷入口 2也流入燃燒爐3并吸熱汽化，然后連續(xù)燃燒生成五氧化二磷白煙；黃磷燃燒爐3設計帶有水冷夾套4，燃燒熱能通過夾套循環(huán)水快速帶走，由此產(chǎn)生的帶少量蒸汽的高溫熱水被送去熔化黃磷及為黃磷的貯存與輸送提供保溫熱水，這樣既能使黃磷可更高溫、快速燃燒，又能回收利用黃磷燃燒熱能；五氧化二磷白煙進入到一級冷卻沉降塔5中，冷卻沉降塔5中均勻分布有大量從底到頂貫通的通風管6，通風管6頂部和底部都直接與大氣相連通，自然界的空氣通過通風管6的管壁吸收高溫五氧化二磷白煙的熱量，受熱膨脹后熱氣向上行走，冷空氣從通風管6下部入口補充進入，形成空氣對流以帶走熱量。一級冷卻沉降塔5中的部分五氧化二磷白煙傳熱給風管后逐漸降溫沉降下來成為白色粉未，落入到收集料斗，冷卻并積累到一定數(shù)量后從產(chǎn)品出口 12處由螺旋包裝機包裝；一級冷卻沉降塔未曾收集的五氧化二磷煙霧通過K形連接器7進入二級冷卻沉降塔8中，二級風冷式冷卻沉降塔8收集的產(chǎn)品從出口 11處由螺旋包裝機包裝；最后所剩下的少量五氧化二磷煙霧進入尾氣回收制酸塔10，被循環(huán)噴射的稀磷酸吸收后副產(chǎn)磷酸，過?？諝饨?jīng)煙，囪9排空。
實施例1:黃磷按照每小時150公斤的流量流入燃燒爐燃燒，所選用風機為9-26-5A型高壓離心風機(每小時額定風量為6349立方米)，實際輸入干燥空氣5000立方米左右，每小時燃燒150公斤黃磷需要氧氣的量為約200公斤,所輸入的5000立方米干燥空氣中含氧約為1200公斤，即生產(chǎn)工藝所采用的原料量為按富氧操作(約1: 6)來進行。燃燒爐生產(chǎn)溫度控制在500°C到900°C，循環(huán)冷卻水進水溫度40°C到50°C，出水溫度85°C到95°C，每次連續(xù)燃燒20到40小時，連續(xù)生產(chǎn)I個月進行考核，設備運行穩(wěn)定，不存在設備燒紅、管道堵塞、煙囪冒濃煙、過磷等現(xiàn)象。生產(chǎn)共耗用黃磷100噸，得五氧化二磷產(chǎn)品210噸，得85%磷酸30噸,磷的收率達99. 7%。產(chǎn)品經(jīng)化驗檢測,質(zhì)量較好,指標如下實施例1五氧化二磷產(chǎn)品質(zhì)量
權(quán)利要求
1.一種五氧化二磷強化風冷生產(chǎn)方法與設備，其主要特征在于，主要由黃磷燃燒爐、冷卻沉降塔、尾氣回收制酸塔、空氣干燥塔、螺旋包裝機、收集料斗及K形連接器等組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻沉降塔，其特征是在冷卻沉降塔中增設許多均勻分布、從底到頂貫通的通風管以進行強化風冷，冷卻沉降塔分為兩級串聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的黃磷燃燒爐，其特征是黃磷燃燒爐筒體的外圍帶有可回收熱能的冷卻水循環(huán)夾套。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣干燥塔，其特征是干燥塔采用串聯(lián)，初級干燥塔所使用的干燥劑為80%左右濃度的硫酸，二級干燥塔所使用的干燥劑為98%左右濃度的硫酸，初級干燥塔所使用80%硫酸是利用二級干燥塔所用98%硫酸吸水后的附屬產(chǎn)品。
全文摘要
本發(fā)明屬于無機化學工業(yè)中的磷化工產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)領域，是一種全新的五氧化二磷生產(chǎn)技術(shù)。其工藝過程是空氣后先經(jīng)過80％硫酸、98％硫酸二級串聯(lián)干燥后連續(xù)鼓入帶水冷夾套的燃燒爐；凈化黃磷也流入燃燒爐連續(xù)氧化燃燒生成五氧化二磷煙霧；煙霧先后進入到帶許多通風管的兩個冷卻沉降塔中，冷卻沉降后包裝；最后剩下的少量五氧化二磷煙霧進入尾氣回收制酸塔副產(chǎn)磷酸，過?？諝馀趴铡Ｗ钪饕陌l(fā)明是在冷卻沉降塔中設計了很多從底到頂貫通均布的通風管，自然界的空氣通過管壁吸收五氧化二磷煙霧的熱量向上膨脹行走、從塔項的風管口噴出，冷空氣從下面補充進入，形成的大量氣流帶走熱量，大大增加產(chǎn)能。
文檔編號C01B25/12GK102992287SQ20111027552
公開日2013年3月27日 申請日期2011年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月16日
發(fā)明者林明, 印華亮 申請人:廣西越洋化工實業(yè)集團有限公司