專利名稱：用于生產高純磷酸的節能型磷反應塔的制作方法
技術領域：
本發明涉及反應塔，尤其是涉及一種用于生產高純磷酸的節能型磷反應塔。
背景技術：
近年來，隨著工業的發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，為減緩P2O5高溫煙氣對設備的腐蝕，所用燃磷塔的周壁都布置了上下兩個水冷夾套，以降低壁面溫度。通常夾套進口循環水溫約35℃，出口水溫約50～55℃，這種低溫的余熱在工業上不但無法利用，反而要配置龐大板式換熱器及額外的蒸汽鍋爐，以冷卻循環水和熔化固態磷。一方面造成能源的浪費，導致高的生產成本；另一方面對環境也造成熱污染。因此從節能與環保角度考慮，有必要將現常規夾套燃磷塔改造成具有余熱回收功效的節能型磷反應塔，有關這方面的研究已越來越受到國內外磷化工行業的重視。其中日本小林敏司發明的以干燥空氣作為氧化劑的磷反應塔是較具代表性的一種，該設備筒體由水冷壁構成，煙氣出口頸縮且配有對流蒸發管，可共同回收余熱獲取高品位熱能。但該設備運行過程內壁溫度必須控制在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，導致系統能耗偏大。美國Hudson開發了U型結構的磷反應塔，它的燃燒和水合分別在U形爐膛兩端進行，這一方面保證爐膛下部有較長的反應空間，使反應充分進行，另一方面能利用一個設備同時獲得超磷酸和正磷酸兩種產品；設備左右兩端的連接通道處設置了一個盤管換熱器，內部通入35atm的增壓水來吸收磷燃燒熱。該設備對進塔空氣的濕含量要求嚴格，只有當H2O和P2O5的摩爾比保持在0.6到0.9之間時，才會在金屬壁面形成超磷酸保護膜，但這種超磷酸保護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，德國伍德公司開發了直接利用普通空氣參與黃磷燃燒的反應塔，該設備在常規燃磷塔內部放置一換熱器，同時保留原有循環水冷卻夾套；生產過程要求換熱管表面溫度不高于538℃，以形成聚磷酸保護膜減緩腐蝕。由于該設備的內置換熱器占據了燃燒空間，不僅使設備相對龐大，而且增加設備投資，且保留常規夾套，有效余熱回收率也不會太高。
發明內容
本發明的目的是提供一種用于生產高純磷酸的節能型磷反應塔。它在滿足正常高純磷酸產量、質量要求的前提下，能回收黃磷燃燒熱，副產飽和蒸汽，滿足自身系統及其他生產、生活設施所需熱量。
本發明解決其技術問題所采用的技術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形膜式水冷壁，環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冷卻水介質半管夾套。
所述的噴磷槍接口管是由直徑不同的同軸圓管構成的、內管通液態磷和外管通壓縮空氣的套管，。
同常規夾套燃磷塔相比本發明具有的有益效果是(1)將水冷夾套換成膜式水冷壁后，實現了對高純磷酸生產過程的余熱回收，系統有效熱利用率大為提高，可達50％以上；同時膜式水冷壁結構較為簡單，便于加工制造。
(2)整個燃磷塔重量采用裙座支撐。工作時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有彎頭，可作為熱補償器，自動補償各部件熱膨脹量不一致的差別。
(3)根據各組成部件的功能與生產要求不同，合理選材，在確保安全的前提下，兼顧了設備經濟性。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構鋼制造。
因此該節能型磷反應塔能充分滿足工藝要求，保證磷的燃燒，產生足量P2O5煙氣，所生產磷酸的純度可達到99％以上。
附圖是本發明的結構原理示意圖。
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。
具體實施例方式
如附圖所示，本發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形膜式水冷壁1.3，環形膜式水冷壁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冷卻水介質半管夾套。
所述的噴磷槍接口管1.6是由直徑不同的同軸圓管構成的、內管通液態磷和外管通壓縮空氣的套管，。
工作過程中，液態單質磷與助燃空氣在壓縮空氣的作用下，經噴磷槍接口管1.6自動進入節能型反應塔的塔體1內燃燒，在生成五氧化二磷的同時釋放出大量熱能。這些熱能以輻射換熱方式被設置于膜式水冷壁1.3的循環水吸收。水冷壁1.3內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內的水密度小，這種密度差形成了工作介質在汽水分離裝置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之間自然循環的驅動力。節能型反應塔回收余熱生產的蒸汽最后經汽水分離后排出。底部裙座5還可兼作下錐形封頭1.4的冷卻水箱。
權利要求
1.一種用于生產高純磷酸的節能型磷反應塔，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形膜式水冷壁(1.3)，環形膜式水冷壁(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)設有蒸汽出口管(2.2)和冷水入口管(2.1)。
2.根據權利要求1所述的一種用于生產高純磷酸的節能型磷反應塔，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冷卻水介質半管夾套。
3.根據權利要求1所述的一種用于生產高純磷酸的節能型磷反應塔，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成、內管通液態磷和外管通壓縮空氣的套管。
全文摘要
本發明公開了一種用于生產高純磷酸的節能型磷反應塔。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形膜式水冷壁，環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；汽水分離裝置設有蒸汽出口管和冷水入口管。本發明實現了對磷酸生產過程的余熱回收，系統有效熱利用率大為提高，可達50％以上，所生產磷酸的純度可達99％以上；同時膜式水冷壁結構較為簡單，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 優先權日2006年6月5日
發明者蔣家羚, 劉寶慶, 陳凌 申請人:浙江大學