磷肥副產氫氟酸工藝的氟化氫解析器設計

王海洋，顏　彬，2，王　健

（1.江蘇科圣化工機械有限公司，江蘇淮安223002；2.淮陰工學院機械與材料工程學院，江蘇淮安223003）

磷肥副產氫氟酸工藝的氟化氫解析器設計

王海洋1，顏彬1，2，王健1

（1.江蘇科圣化工機械有限公司，江蘇淮安223002；2.淮陰工學院機械與材料工程學院，江蘇淮安223003）

為了解決螢石資源面臨著枯竭的問題，提出了一種磷肥副產氫氟酸工藝，并設計關鍵設備——氟化氫解析器。該裝置具有設備制造成本低、解吸效率高、能耗低、實用壽命長的特點，實現從酸解液中解析氟化氫氣體的目的。

螢石；氟化氫；解析器

氫氟酸是重要的基礎化工原料，在化工生產中是不可或缺的原材料。目前氫氟酸的需求日益增長，而生產氫氟酸的螢石資源卻面臨著枯竭，因此開發一種氫氟酸生產的新工藝和設備將具有重要意義［1］。本文將介紹一種新型磷肥副產氫氟酸工藝中的關鍵設備氟化氫解析器，為新型氟化氫解析器的設計和應用提供參考。

1　氫氟酸生產的現狀和發展的趨勢

傳統生產氫氟酸的主要礦物原料是螢石、磷礦石以及天然冰晶石。而螢石由于氟含量高，是理想的氟資源，當前絕大部分重要的氟化工產品都是由硫酸分解螢石制取氫氟酸后進一步加工而成［2］。但國內螢石資源，特別是酸級螢石資源也已面臨枯竭，價格逐年上漲。開發氫氟酸生產的新工藝具有重要意義，其中磷肥副產氫氟酸的技術已形成研發熱點［3］。

隨著環境保護和清潔生產工藝的推進，廢棄資源的利用應引起足夠重視。利用磷肥副產氟硅酸及其鹽產品開發高附加值的氟化工產品，不僅延長了磷化工的產業鏈，增強了企業的競爭力，同時有效提高了磷礦資源的利用率，緩解了氟化工面臨的氟資源不足及環境污染的困擾，有助于社會經濟的可持續發展。

2　氟化氫解析器的結構原理

本文設計了一種氟化氫解析解析器，實現從酸解液中解析氟化氫氣體的目的。該解析由揮發室、加熱器、下降管和流通管組成，揮發室的底部經下降管連接加熱器的底部，加熱器的頂部經流通管連接揮發室的中部，整體構成解析器；其中，填料支撐柵板所述的揮發室由上封頭、直筒和下錐體連接組成，揮發室的上封頭的頂部設有解析氣出口，揮發室的直筒的上段設有填料支撐柵板，填料支撐柵板上面填裝填料，在填料上方安裝填料壓板；所述的下降管由揮發室直管段、水平管段和加熱室直管段連接組成，揮發室直管段經揮發室法蘭連接揮發室的下錐體上，加熱室直管段經加熱室法蘭連接加熱器的底部，在揮發室直管段上設有酸解液出口，在下降管的水平管段設有酸解液進口和酸解液放凈口；所述的加熱器采用垂直放置的固定管板式換熱器，酸解液走加熱器的管程，在加熱器的殼程上部側面設有加熱介質進口，在加熱器的殼程下部側面設有加熱介質出口，加熱介質為蒸汽。圖1所示。

圖1　氟化氫解析器的結構示意圖

3　磷肥副產氫氟酸生產工藝流程

使用時，酸解液從下降管的酸解液進口進入加熱器，借助于系統內高溫酸解液的熱力向上流動，酸解液經過加熱器加熱達到氟化氫的沸點，解析氣和高溫酸解液進入揮發室，氟化氫氣體通過揮發室上部的填料層除去泡沫后從揮發室頂部去氟化氫氣體的后續處理工段，降溫后的酸解液從下降管下降，部分從下降管的酸解液出口去酸解液后續處理工段。

4　氟化氫解析器的優點

研發的裝置將傳統工藝改變為直接向氟硅酸溶液中加硫酸驅趕氟硅酸的技術路線，產品純度高，質量穩定，操作容易控制，工藝過程簡單，產品成本低；同時該工藝純化過程簡單，減輕了設備腐蝕，降低了維修費用。該工藝可以靈活地用母液回收各種酸類并副產相應硫酸鹽，沉淀氟硅酸鹽與濃硫酸反應后的硫酸鹽可以返回氟硅酸系統作為沉淀劑。此技術回收的硫酸可進入磷酸萃取系統分解磷礦。主要特色和創新之處有：

（1）解析氣與高溫酸解液從揮發室的側面切線方向進入揮發室，以利于液體和解析氣的分離；

（2）酸解液的出口在酸解液進口的上方，確保酸解液中的氣體有效解析；

（3）酸解液的進料量可以根據解析效果進行調節，保證酸解液中氟化氫氣體從分解析出來。

5　結束語

本文設計了磷肥副產氫氟酸工藝的氟化氫解析器，是磷肥副產氫氟酸裝置的核心設備，具有制造成本低、解吸效率高、能耗低、實用壽命長的特點，實現從酸解液中解析氟化氫氣體的目的。設備的產業化將為企業提供技術儲備的同時產生巨大的社會和經濟效益。產品的效能及設計理念將對化工裝備具有時代革命性作用，推動本行業技術進步的同時還能對其他行業產品具有指導性作用。

［1］丁運玲.無水氫氟酸生產工藝改進研究［J］.石油和化工設備，2015，18（08）：82-84.

［2］管凌飛，張海燕.我國磷礦伴生氟資源回收利用制無水氟化氫的發展現狀及前景［J］.有機氟工業，2014，（01）：17-21.

［3］陳文興，田娟，周昌平.利用磷肥企業副產氟硅酸制備無水氟化氫的技術［J］.現代化工，2013，33（05）：92-94.

［4］譚天恩，竇梅，周明華，等.化工原理［M］.第三版.北京：化學工業出版社，2006.

［5］朱有庭，曲文海，于浦義.化工設備設計手冊：上卷［M］.北京：化學工業出版社，2005.

The Design of the Process Hydrofluoric Acid in Phosphate Fertilizer by-productof Resolver for HF

WAN Hai-yang1，YAN Bin1，2，WANG Jian1
（1.Jiangsu Kesheng ChemicalMachinery Co.，Ltd.，Huai’an Jiangsu 223002，China；2.Faculty of Mechanical and Material Engineering，Huaiyin Institute of Technology，Huai’an Jiangsu 223003，China）

In order to solve the problem of fluorite resources facing with dried up，this design will provide a kind of Hf parser that is the key equipment of phosphate by-product hydrofluoric acid process.And the equipment will have the characteristics of high resolution，low manufacturing cost，low energy consumption，long life and so on.

fluorite；hydrogen fluoride；parser

TQ051

A

1672-545X（2016）06-0084-02

2016-03-21

王海洋（1990-），男，江蘇淮安人，學士，工程師，研究方向：化工裝備設計與制造。