热法磷酸设计中应考虑的几个问题

湖北化工　１９９８年第６期　热法磷酸设计中应考虑的几个问题　…　…　㈣　．　己　…　设计苎生坚熟　磷酸，　１概述　ＭＬ，Ｍｄ——液体、气体重量流量，　ｋｇ·ｈ～；　热法磷酸的生产方法分为燃烧水合一步　法和二步法　其塔设计有本质的不同，一步　法中黄磷的燃烧与五氧化二磷的水合绝大部　分在塔内完成，＝步法中黄磷的燃烧与五氧　化二磷的水合分两塔进行，减轻了塔设计的　难度　气体粘度，Ｐａ·ｓ　ｄ　——液体喷嘴外径，ｃｍ；　Ｇｄ——气体质量流率，ｇ·ｃｒｆｌ　·ｓ－。ｉ　计算的步骤是：　（１）液滴平均直径Ｄ一，　ｍ；　（２）喷雾溶液的进料速率ＭＬ，ｋｇ·ｈ－。；　（３）溶液的密度ＹＬ，ｇ·ｃｍ～｝　（４）溶液的粘度，Ｐａ·ｓ；　（５）喷雾所用的压缩空气的压强Ｐ。，　ｋｇ’ｃｒｆｌ一　：　黄磷燃烧的完全与否、五氧化二磷的被　吸收及尾气酸雾的捕集是塔设计的关键　２黄磷的雾化　目前在国内生产中，黄磷的雾化均采用　气流雾化喷嘴，所不同的仅是雾化介质。有　条件的采用三流式中压蒸汽雾化，一般采用　压缩空气雾化＝流式喷嘴，外用蒸汽保温　气　流式喷嘴在一般情况下属于膜状雾化，雾滴　比较细，能使黄磷与空气充分接触，完全燃　烧　当气液相对速度足够大的时候，一个正　常的雾化状态应是一个充满空气的锥形薄　膜，薄膜不断地膨胀扩大，然后分裂成极细　（６）压缩空气在喷嘴出口处的温度　ｔ，℃：　（７）喷嘴出口处的气体密度，ｇ·ＣＩＴＩ一。　２９　、，２７３、，Ｐ２　一　百　丽　标准状况下的压强，　Ｐ。＝１　ｋｇ·ｃｍ～；　Ｐ　——喷嘴排气面的压强，ｋｇ·ｃｍ　；　对空气Ｐ２＝０．５３Ｐｏ。　然后由　图中可查出　值可求得　ｄ　，从而得喷嘴内径ｄ口］　雾滴　雾滴群离开喷嘴时的形状是一个被空　气充满的锥形薄膜。空心锥的锥角称为喷雾　角或雾化角　雾化角的大小决定了塔径，一　般而言，气流式的喷雾角为２０。～３０。。　对于外混合喷嘴，其直径可用下式计算：　在确定了塔径之后，可根据喷嘴的喷射　距离，考虑黄磷在空气中燃烧过程，来计算　黄磷雾滴在塔中的停留时间。此时，应通盘　考虑黄磷的雾距及五氧化二磷的吸收，选择　Ｄ一＝２６００［（瓮）（　Ｄ一——质量中间直径（以质量为基准　的累计分布曲线上，相应于５０　时的雾滴直　径），　ｒ　，　气体的空塔气速约０．８ｍ·ｓ－。，废气在燃烧　塔内的停留时间约为７　ｓ。　维普资讯 http://www.cqvip.com

１９９８年第６期　湖北把工　４３　３五氧化二磷的吸收和移热　黄磷的燃烧产生大量的热，燃烧区域的　温度可高达８００℃以上　五氧化二磷的水台　反应也是放热反应。大量的生成热必须被移　走，常采用的方式是用低温低浓度磷酸沿塔　内壁下流，边吸收五氧化二磷边吸收部分热　量。怛仅靠这移热是不够的　加强吸收的方　法是在塔的下部增设稀、冷磷酸喷嘴，使酸　雾完全布满塔截面，让未被塔壁溢漉磷酸吸　收的五氧化二磷气在此穿过酸雾，使其充分　的冷却和吸收。　大量反应热由循环酸带出，其冷却酸流　量约为成品酸量的１０Ｏ倍。一般状态下，出　磷酸塔的酸温约在７５℃　经冷却后的酸温在　５５℃。另在塔中部喷雾的稀酸流量为１０　ｍｓ·ｈ一。具体设置个数与层数由塔总吸收　率和气体温度米决定。为减少后处理系统的　负担，尾气温度决不能超过ＩＯＯＣ。循环酸进　塔温度不宜低，主要考虑五氧化二磷的吸收　温度在８０℃左右为好，在设计过程中．此塔　中五氧化二磷的吸收率应在７５　以上。否则　全　晴部的尾气处理系统带来超负荷运行，　祭　系统处于不良运行状态。　为保证黄磷的充分雾化、燃烧，整个塔　处于负压操作状态，在出塔废气管处保持　２ｏｏ～４００　Ｐａ的微负压　整个塔内温度由上　而下呈阶梯型分布，浓度也呈阶梯型分布。　４酸雾的捕集　燃烧塔出来的还会有２５　的五氧化二　磷气体，出来后其尾气管垂直向上，并在内　部设置工艺水喷淋，吸收五氧化二磷，同时　调节塔内浓度使尾气的温度从１００℃降至８０　～９０Ｃ。此垂直管类似燃烧水合二步法中的　水合塔，在此管中垂直布置了三个稀磷酸喷　头，继续吸收五氧化二磷气体和降低尾气温　度　此装置十分重要．吸收五氧化二磷气体　的任务已接近完成。余后的装置主要作用是　用于捕集细小的五氧化二磷微粒及磷酸雾，　降低原料消耗，消除环境污染　这一点要引　起重视。若尾气温度过高，且夹带着极细的　磷酸雾滴，首先会引起设备的腐蚀，其次是　温度过高，五氧化二磷的吸收和磷酸雾滴会　更分散，不易捕集。　捕捉五氧化二磷微粒及磷酸酸雾，一般　都选用除雾效率商达９９．５　以上的电除雾　器　但因电除雾器设各较大，投资及运行费　用昂贵，目前一般都改用文丘里除雾器，收　缩管角为２５。，扩散管角为３。～１　５。．喉管气速　８０～９０ｍ·ｓ－。，液气比为１０１．ｍ～，除雾　效率约９９．５　～９９．９　，系统阻力降４１３６￣　４８５１　Ｐａ　文丘里除雾器对粒径在１　ｍ以上的五　氧化二磷微粒毫无作用，更为有救的除雾器　是玻璃纤维除雾器和金属丝网除男器。玻璃　纤维脒雾器需要对纤维直径、堆积密度、床　层高度仔细选择，舍粒气体在层流范围内通　过而产生微粒的冲击和聚结。　不论是电除雾器还是文丘里除雾器都不　能将废气中的五氧化二磷的含量降至０．５　ｇ·ｍ　以下。将两根文丘里除雾器串联连　接，气体中五氧化二磷的含量可以降至１／１０　（从０．５降至Ｏ．０５），但压力降也加倍　。　从文丘里管出来的尾气中充满了大颗粒　磷酸，通常采用旋风分离器分离出大液滴　这　种文丘里与旋风分离器组合装置采用两套串　联使用，可保证废气中五氧化二磷含量排放　低于国家标准。　参考文献　ｌ蝇家林，蝌制杰，贡长生主编．碑化工概论一北京　化　学工生出版社，１９９４，９１～０３　ｚ郭宣枯．王喜忠犏．喷赛干燥．北泉：也学工业出版牡，　１９８３ｔ　６２～７２　（收稿日期：１９９Ｂ一１Ｏ一１３）　作者筒介：工程师，１９８３年阜业干武赶化工学　院化工系无机化工专业。