組合型干燥塔對(duì)氯化氫氣體干燥的優(yōu)點(diǎn)

張友誼 ， 張　磊

(1.河南理工大學(xué) 物理化學(xué)學(xué)院 ， 河南 焦作　454000 ； 2.焦作煤業(yè)(集團(tuán))開(kāi)元化工有限責(zé)任公司 ， 河南 焦作　454191)

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組合型干燥塔對(duì)氯化氫氣體干燥的優(yōu)點(diǎn)

張友誼1,2， 張磊1

(1.河南理工大學(xué) 物理化學(xué)學(xué)院 ， 河南 焦作454000 ； 2.焦作煤業(yè)(集團(tuán))開(kāi)元化工有限責(zé)任公司 ， 河南 焦作454191)

摘要：濃硫酸具有吸收水的性能，但不同濃度下的濃硫酸，吸收水能力不同。本文主要闡述利用了不同濃度下濃硫酸的吸水能力差別，設(shè)計(jì)出的組合型干燥塔。并介紹了組合型干燥塔和填料塔、板塔相比，具有優(yōu)良的性能和操作優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：濃硫酸 ； 組合型干燥塔 ； 干燥

水對(duì)三氯氫硅合成過(guò)程中收率影響很大[1]，三氯氫硅生產(chǎn)系統(tǒng)中含水量高低直接影響合成收率。三氯氫硅系統(tǒng)中水的來(lái)源主要有氯化氫、硅粉、氮?dú)獾群?，其中氮?dú)夂蛇x用空分系統(tǒng)制備高純氮?dú)鈦?lái)解決，硅粉中含水可通過(guò)高溫氮?dú)鈱?duì)硅粉加熱干燥，由于氯化氫在水中溶解性較大，氯化氫脫水較為困難[2]。若能將氯化氫中含水量降至50×10-6以下，將對(duì)三氯氫硅合成系統(tǒng)幾乎不產(chǎn)生影響。

通常采用7、-15 ℃水冷卻氯化氫氣體進(jìn)行脫水，該工藝得到的氯化氫中含水量仍達(dá)到500×10-6。質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 98%的濃硫酸具有很強(qiáng)的吸水性，濃度越高吸水能力越強(qiáng)，采用濃硫酸對(duì)氯化氫進(jìn)行干燥，濃硫酸的濃度、干燥塔的結(jié)構(gòu)均對(duì)干燥指標(biāo)產(chǎn)生一定影響[3]。

1濃硫酸吸水性與濃度的關(guān)系

質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 98.3%的濃硫酸具有很強(qiáng)的吸水性，可以作為干燥劑，不同濃度下的濃硫酸吸水能力不同，濃度越高吸水能力則越強(qiáng)[4]。

2傳統(tǒng)硫酸干燥塔

國(guó)內(nèi)硫酸干燥塔通常塔體材質(zhì)選用玻璃鋼，塔內(nèi)件有填料式或泡罩式兩種。內(nèi)件材質(zhì)選用PVC，UPVC或PTFE。

2.1　填料式干燥塔

填料式干燥塔操作彈性較小，對(duì)于液體負(fù)荷的變化特別敏感。當(dāng)液體負(fù)荷較小時(shí)，填料表面不能很好地潤(rùn)濕，傳質(zhì)效果急劇下降；當(dāng)液體負(fù)荷過(guò)大時(shí)，容易產(chǎn)生液泛。另外進(jìn)入干燥塔頂?shù)氖菨舛容^高的硫酸，密度大，容易堵塞系統(tǒng)。

2.2　泡罩式干燥塔

泡罩式干燥塔板上濃硫酸液層厚，塔板壓降大，由于氯化氫進(jìn)入干燥塔時(shí)的壓力很低，泡罩塔的壓降對(duì)氯化氫輸送系統(tǒng)產(chǎn)生阻力，對(duì)氯化氫合成爐造成一定憋壓。另外泡罩式干燥塔結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高。

3組合式干燥塔

組合型干燥塔由泡罩層、填料層兩部分組成，根據(jù)兩類填料的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。填料層為88%~95%的經(jīng)過(guò)脫水吸收后的濃硫酸，對(duì)酸性氣體中的水分進(jìn)行初步吸收，泡罩層為98%以上的濃硫酸，通過(guò)計(jì)量泵不斷向系統(tǒng)中微量補(bǔ)充，濃硫酸對(duì)酸性氣體中的水分進(jìn)行二次吸收，最后出塔的酸性含水率可控制在50×10-6以下。組合式干燥塔流程如圖1所示。

操作方法如下：①打開(kāi)兩個(gè)硫酸冷卻器進(jìn)出水閥，啟動(dòng)硫酸進(jìn)料泵，加入部分濃硫酸。啟動(dòng)硫酸循環(huán)泵，濃硫酸開(kāi)始在填料部分循環(huán)。②通入酸性氣體，一段時(shí)間后，分析填料部分濃硫酸濃度和酸性氣體水分含量，濃硫酸濃度低于95%，酸性氣體含水量過(guò)高時(shí)，啟動(dòng)硫酸進(jìn)料泵向塔內(nèi)補(bǔ)充濃硫酸。啟動(dòng)進(jìn)料泵時(shí)，注意流量計(jì)變化，同時(shí)分析酸性氣體含水量，合格時(shí)，作為正常生產(chǎn)時(shí)濃硫酸的補(bǔ)充量。注意：硫酸進(jìn)料泵應(yīng)選用變頻泵，頻率與流量計(jì)、在線水分分析儀聯(lián)鎖，組成串聯(lián)控制。使用PLC控制系統(tǒng)，操作簡(jiǎn)單。組合式干燥塔與其它氯化氫干燥方式含水量測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖1　氯化氫組合式干燥工藝流程圖

圖2　氯化氫組合式干燥與其他干燥工藝質(zhì)量對(duì)比

由圖2可看出，硫酸干燥后氯化氫中含水量達(dá)到60×10-6左右，而采用冷凍脫水后氯化氫的含水量為500×10-6，氯化氫干燥采用硫酸干燥塔比采用冷凍脫水的方式含水量更低。硫酸組合式干燥塔干燥后的氯化氫達(dá)到50×10-6以下，比硫酸填料式干燥塔干燥后的氯化氫相比含水量略低，并且指標(biāo)更穩(wěn)定，說(shuō)明硫酸組合式干燥塔的運(yùn)行效果更好。

新型組合型干燥塔優(yōu)點(diǎn)：①操作彈性大，能在較大的負(fù)荷變化范圍內(nèi)保持高效率；②生產(chǎn)能力較大；③適應(yīng)多種介質(zhì)且不易堵塞；④便于操作，穩(wěn)定可靠；⑤成本降低，合理利用濃硫酸，減少濃硫酸的用量。

4組合型干燥塔前景展望

隨著化工行業(yè)的進(jìn)一步改革，對(duì)原材料的純度要求逐步提高，氣體含水率的要求將進(jìn)一步苛刻，目前，國(guó)內(nèi)現(xiàn)有氣體干燥塔設(shè)備技術(shù)已經(jīng)成為發(fā)展的瓶頸，組合型干燥塔在傳統(tǒng)的干燥塔設(shè)備基礎(chǔ)上進(jìn)行的深化和完善，在操作上的簡(jiǎn)單化，使得它在工業(yè)化生產(chǎn)中表現(xiàn)出極為優(yōu)良的操作性能。在成本方面，組合型干燥塔的出現(xiàn)，不僅在設(shè)備造價(jià)上降低了成本，也在生產(chǎn)中節(jié)約了成本，充分利用了濃硫酸的吸水性。隨著人類文明的進(jìn)步和自動(dòng)化的要求，化工行業(yè)新的需求將激勵(lì)組合干燥塔的發(fā)展，在未來(lái)幾年里，它將會(huì)大幅度地應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中。

參考文獻(xiàn)：

[1]王小輝.氯化氫含水對(duì)生產(chǎn)三氯氫硅的影響[J].氯堿工業(yè)，2007(06):29-30.

[2]劉建路. 我國(guó)副產(chǎn)氯化氫的現(xiàn)狀和綜合利用[J].廣州化工，2011,39(19):25-28.

[3]李麗華.濃硫酸吸水性和脫水性實(shí)驗(yàn)的微型化研究[J].廣州化工，2007,35(5)：52-56.

[4]唐增富.用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)演示濃硫酸的吸水性[J].化學(xué)教育，2011(6):62-69.

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作者簡(jiǎn)介：張友誼(1982-)，男，助理工程師，從事三氯氫硅生產(chǎn)技術(shù)開(kāi)發(fā)工作，E-mail:kyhgzyy@163.com。

收稿日期：2015-02-07

中圖分類號(hào)：TQ053

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1003-3467(2015)05-0034-02