磷肥副产氢氟酸工艺的氟化氢解析器设计

王海洋，颜　彬，2，王　健

（1.江苏科圣化工机械有限公司，江苏淮安223002；2.淮阴工学院机械与材料工程学院，江苏淮安223003）

磷肥副产氢氟酸工艺的氟化氢解析器设计

王海洋1，颜彬1，2，王健1

（1.江苏科圣化工机械有限公司，江苏淮安223002；2.淮阴工学院机械与材料工程学院，江苏淮安223003）

为了解决萤石资源面临着枯竭的问题，提出了一种磷肥副产氢氟酸工艺，并设计关键设备——氟化氢解析器。该装置具有设备制造成本低、解吸效率高、能耗低、实用寿命长的特点，实现从酸解液中解析氟化氢气体的目的。

萤石；氟化氢；解析器

氢氟酸是重要的基础化工原料，在化工生产中是不可或缺的原材料。目前氢氟酸的需求日益增长，而生产氢氟酸的萤石资源却面临着枯竭，因此开发一种氢氟酸生产的新工艺和设备将具有重要意义［1］。本文将介绍一种新型磷肥副产氢氟酸工艺中的关键设备氟化氢解析器，为新型氟化氢解析器的设计和应用提供参考。

1　氢氟酸生产的现状和发展的趋势

传统生产氢氟酸的主要矿物原料是萤石、磷矿石以及天然冰晶石。而萤石由于氟含量高，是理想的氟资源，当前绝大部分重要的氟化工产品都是由硫酸分解萤石制取氢氟酸后进一步加工而成［2］。但国内萤石资源，特别是酸级萤石资源也已面临枯竭，价格逐年上涨。开发氢氟酸生产的新工艺具有重要意义，其中磷肥副产氢氟酸的技术已形成研发热点［3］。

随着环境保护和清洁生产工艺的推进，废弃资源的利用应引起足够重视。利用磷肥副产氟硅酸及其盐产品开发高附加值的氟化工产品，不仅延长了磷化工的产业链，增强了企业的竞争力，同时有效提高了磷矿资源的利用率，缓解了氟化工面临的氟资源不足及环境污染的困扰，有助于社会经济的可持续发展。

2　氟化氢解析器的结构原理

本文设计了一种氟化氢解析解析器，实现从酸解液中解析氟化氢气体的目的。该解析由挥发室、加热器、下降管和流通管组成，挥发室的底部经下降管连接加热器的底部，加热器的顶部经流通管连接挥发室的中部，整体构成解析器；其中，填料支撑栅板所述的挥发室由上封头、直筒和下锥体连接组成，挥发室的上封头的顶部设有解析气出口，挥发室的直筒的上段设有填料支撑栅板，填料支撑栅板上面填装填料，在填料上方安装填料压板；所述的下降管由挥发室直管段、水平管段和加热室直管段连接组成，挥发室直管段经挥发室法兰连接挥发室的下锥体上，加热室直管段经加热室法兰连接加热器的底部，在挥发室直管段上设有酸解液出口，在下降管的水平管段设有酸解液进口和酸解液放净口；所述的加热器采用垂直放置的固定管板式换热器，酸解液走加热器的管程，在加热器的壳程上部侧面设有加热介质进口，在加热器的壳程下部侧面设有加热介质出口，加热介质为蒸汽。图1所示。

图1　氟化氢解析器的结构示意图

3　磷肥副产氢氟酸生产工艺流程

使用时，酸解液从下降管的酸解液进口进入加热器，借助于系统内高温酸解液的热力向上流动，酸解液经过加热器加热达到氟化氢的沸点，解析气和高温酸解液进入挥发室，氟化氢气体通过挥发室上部的填料层除去泡沫后从挥发室顶部去氟化氢气体的后续处理工段，降温后的酸解液从下降管下降，部分从下降管的酸解液出口去酸解液后续处理工段。

4　氟化氢解析器的优点

研发的装置将传统工艺改变为直接向氟硅酸溶液中加硫酸驱赶氟硅酸的技术路线，产品纯度高，质量稳定，操作容易控制，工艺过程简单，产品成本低；同时该工艺纯化过程简单，减轻了设备腐蚀，降低了维修费用。该工艺可以灵活地用母液回收各种酸类并副产相应硫酸盐，沉淀氟硅酸盐与浓硫酸反应后的硫酸盐可以返回氟硅酸系统作为沉淀剂。此技术回收的硫酸可进入磷酸萃取系统分解磷矿。主要特色和创新之处有：

（1）解析气与高温酸解液从挥发室的侧面切线方向进入挥发室，以利于液体和解析气的分离；

（2）酸解液的出口在酸解液进口的上方，确保酸解液中的气体有效解析；

（3）酸解液的进料量可以根据解析效果进行调节，保证酸解液中氟化氢气体从分解析出来。

5　结束语

本文设计了磷肥副产氢氟酸工艺的氟化氢解析器，是磷肥副产氢氟酸装置的核心设备，具有制造成本低、解吸效率高、能耗低、实用寿命长的特点，实现从酸解液中解析氟化氢气体的目的。设备的产业化将为企业提供技术储备的同时产生巨大的社会和经济效益。产品的效能及设计理念将对化工装备具有时代革命性作用，推动本行业技术进步的同时还能对其他行业产品具有指导性作用。

［1］丁运玲.无水氢氟酸生产工艺改进研究［J］.石油和化工设备，2015，18（08）：82-84.

［2］管凌飞，张海燕.我国磷矿伴生氟资源回收利用制无水氟化氢的发展现状及前景［J］.有机氟工业，2014，（01）：17-21.

［3］陈文兴，田娟，周昌平.利用磷肥企业副产氟硅酸制备无水氟化氢的技术［J］.现代化工，2013，33（05）：92-94.

［4］谭天恩，窦梅，周明华，等.化工原理［M］.第三版.北京：化学工业出版社，2006.

［5］朱有庭，曲文海，于浦义.化工设备设计手册：上卷［M］.北京：化学工业出版社，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，江苏淮安人，学士，工程师，研究方向：化工装备设计与制造。