一种微波法生产黄磷的装置及生产工艺制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种微波法生产黄磷的装置及生产工艺，属于黄磷制备技术领域，所述装置包括罐体、第一微波馈入组件和第二微波馈入组件，所述第一微波馈入组件位于罐体的顶部，其包括多个馈入波导和多个微波反射片，将微波馈入罐体并聚焦还原反应区，同时，借助微波反射片消除了微波从罐体顶部馈入时馈入波导之间的干扰，所述第二微波馈入组件位于罐体的底部，其设置为多个介质波导，采用三氧化二铝陶瓷作为介质波导，将微波从罐体底部馈入至还原反应区，以克服强烈吸收微波材料对微波的影响，以维持还原反应区持续的微波化学反应，达到黄磷生产需要的环境条件，具有低能耗、低腐蚀的特点，降低了罐体维护成本。

Device for producing yellow phosphorus by microwave method and production process thereof

The invention relates to a device and a production process for producing yellow phosphorus by microwave method, belonging to the technical field of yellow phosphorus preparation. The device comprises a tank body, a first microwave feeding assembly and a second microwave feeding assembly. The first microwave feeding assembly is located at the top of the tank body, and comprises a plurality of feeding waveguides and a plurality of microwave reflecting plates, and microwave reflecting plates are used to make micro-phosphorus The second microwave feeding module is located at the bottom of the tank, which is arranged as a plurality of dielectric waveguides, and the aluminum oxide ceramic is used as the dielectric waveguide to make the microwave come from the bottom of the tank. The part is fed into the reduction reaction zone to overcome the influence of microwave absorbing materials on microwave so as to maintain the continuous microwave chemical reaction in the reduction reaction zone and achieve the environmental conditions needed for yellow phosphorus production. It has the characteristics of low energy consumption and low corrosion and reduces the maintenance cost of the tank.

【技术实现步骤摘要】
一种微波法生产黄磷的装置及生产工艺
本专利技术属于黄磷制备
，具体地说涉及一种微波法生产黄磷的装置及生产工艺。
技术介绍
世界制磷历史已近1个多世纪，磷工业的发展已经经历了有小到大的发展历程，传统黄磷电炉的单台电炉容量从由200kVA发展到今天的单台电炉容量4.5～6万kVA，磷工业的耗电量居化工行业之首。目前，我国已发展成为世界黄磷大国，产能已超过120万吨/年。元素磷是人类的生命之素，同时，磷在工业上也很重要，如电脑制造、汽车、冶金、医药、染料等都离不开元素磷，因此，磷工业是我国工业中最重要的的基础产业之一，但是，黄磷生产污染十分严重。为了顺应潮流抓住机遇振兴我国黄磷生产工业，在资源短缺、能源紧张、环境污染日益加重的当今社会，如何解决传统制磷工艺中存在的高能耗和高污染是亟需解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，专利技术人利用黄磷制备原料的微波特性，采用微波进行黄磷生产，形成一个有别于电炉法的黄磷制备新工艺和新装置，以解决传统工艺中存在的高能耗和高污染问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种微波法生产黄磷的装置，包括：罐体，所述罐体的顶部开设用于投放制备原料的进料口以及用于排出黄磷蒸汽的出气口，其底部开设用于排出废渣的出料口，其内腔设置为微正压状态，所述罐体的侧壁分为外壁、内壁以及位于外壁和内壁之间的真空保温层；用于向罐体内馈入微波的第一微波馈入组件，其位于罐体的顶部，所述第一微波馈入组件包括多个馈入波导和多个微波反射片，所述馈入波导沿着水平方向设置，且末端贯穿罐体的侧壁并延伸至罐体的内腔，所述微波反射片设为倾斜结构，且其与馈入波导的末端连接；以及用于向罐体内馈入微波的第二微波馈入组件，其位于罐体的底部，所述第二微波馈入组件为多个介质波导，所述介质波导沿着垂直方向设置，其顶端贯穿罐体的底面并延伸至罐体的内腔；经所述进料口投放的制备原料在内腔中堆积形成生料区，位于生料区的制备原料在微波作用下反应形成还原反应区，所述制备原料在还原反应区反应后形成废渣区，经所述馈入波导馈入的微波经所述微波反射片反射聚焦至还原反应区，所述介质波导的顶端延伸至还原反应区，所述出料口与废渣区连通。进一步，所述馈入波导和微波反射片的数量相同，且多个馈入波导沿着罐体的高度及罐体的周向均布。进一步，所述多个介质波导位于罐体底面的不同圆周上，且位于同一圆周的多个介质波导均布。进一步，所述微波反射片采用全反射微波材料制成，其与水平面的夹角为35°-45°。进一步，在垂直方向上相邻的多个微波反射片中，位于高处的微波反射片与水平面的夹角小于位于低处的微波反射片与水平面的夹角。进一步，所述介质波导采用三氧化二铝陶瓷制成。进一步，所述还原反应区温度为1300℃-1500℃，所述生料区温度不高于600℃。进一步，所述罐体的侧壁上对应生料区、还原反应区和废渣区处设有温度传感器，所述温度传感器与控制单元通讯连接。另，本专利技术还提供一种微波法生产黄磷的装置的生产工艺，包括如下步骤：S1：通过进料口向内腔中投放制备原料；S2：通过馈入波导、介质波导向内腔中馈入微波，调节微波功率，保证还原反应区温度控制在1300℃-1500℃，同时，生料区温度不高于600℃；S3：黄磷蒸汽自出气口排出后进入水冷系统，进而回收得到黄磷，反应产生的废渣以熔融态自出料口流出，即可。进一步，所述步骤S1中，所述制备原料包括硅石和焦煤，其中，焦煤的重量占制备原料总重量的8％-12％。本专利技术的有益效果是：1、利用制备原料的微波特性和特殊的微波馈入方式，建立和实现黄磷生产需要的稳定的环境，借助微波反射片消除了微波从罐体顶部馈入时馈入波导之间的干扰，同时，采用三氧化二铝陶瓷作为介质波导，将微波从罐体底部馈入至还原反应区，以克服强烈吸收微波材料对微波的影响，以维持还原反应区持续的微波化学反应，达到黄磷生产需要的环境条件，具有低能耗、低腐蚀的特点，降低了罐体维护成本。2、制备原料中不涉及石墨消耗及石墨电极的上下活动，即有助于降低黄磷生产成本，又消除了生产过程中气体逸出及逸出气体对环境的影响，安全环保。附图说明图1是本专利技术的整体结构示意图；图2是图1中A处局部结构示意图。附图中：1-罐体、2-进料口、3-出气口、4-出料口、5-生料区、6-还原反应区、7-废渣区、8-第一微波馈入组件、9-第二微波馈入组件、10-微波、11-微波、12-馈入波导、13-微波反射片、14-内腔、15-真空保温层。其中，图1-2中箭头表示微波馈入方向，图1中虚线框内部区域表示还原反应区。具体实施方式为了使本领域的人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合本专利技术的附图，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。此外，以下实施例中提到的方向用词，例如“上”“下”“左”“右”等仅是参考附图的方向，因此，使用的方向用词是用来说明而非限制本专利技术创造。实施例一：如图1-2所示，一种微波法生产黄磷的装置，包括罐体1、第一微波馈入组件8和第二微波馈入组件9。所述罐体1的顶部开设用于投放制备原料的进料口2以及用于排出黄磷蒸汽的出气口3，其底部开设用于排出废渣的出料口4，其内腔14设置为微正压状态，同时，所述罐体1的侧壁分为外壁、内壁以及位于外壁和内壁之间的真空保温层15，也就是说，内腔14处于密闭的微正压状态。内腔14用于盛放制备原料并为制备原料提供反应空间，第一微波馈入组件8均用于向内腔14馈入微波11，第二微波馈入组件9用于向内腔14馈入微波10。制备原料包括硅石和焦煤，制备原料在内腔14中堆积形成生料区5，当温度低于600℃时，硅石是弱微波吸收物质，当温度高于600℃时，硅石是强微波吸收物质，而焦煤的微波吸收性能稳定，是强微波吸收物质。因此，为了保证位于生料区5的制备原料具有较好的透波性，既需要严格焦煤的重量占比，作为优选，焦煤的重量占制备原料总重量的8％-12％，又需要保证生料区5的温度不高于600℃。馈入腔体14内部的微波10和微波11促使制备原料内部(即生料区5表面以下10cm-50cm处)的局部温度超过600℃，在该区域中硅石转变成为了强微波吸收物质，进而促使该区域中的局部温度迅速上升到黄磷还原反应温度即1300℃-1500℃，此时，硅石和焦煤在微波条件下进行氧化还原反应形成还原反应区6，所述制备原料在还原反应区6反应后形成废渣区7，所述出料口4与废渣区7连通。因此，为了维持稳定的制备环境，还原反应区6温度为1300℃-1500℃。由于微波在化学反应的非热效应，微波化学反应的临界温度低于传统工艺，其化学反应速度高于传统工艺，使得本专利技术中黄磷生产能耗低于传统工艺，此外，由于传统工艺中局部温度需要超过2000℃且存在电弧(电弧区温度超过3000℃)，使得传统工艺条件下腐蚀性很严整，而本专利技术中反应温度控制在1300℃-1500℃，显著降低了化学反应对罐体1的腐蚀，减少罐体维护成本。所述第一微波馈入组件8位于罐体1的顶部，其包括多个馈入波导12和多个微波反射片13，所述馈入波导12沿着水平方向设置，且末端贯穿罐体1的侧壁(即依次贯穿外壁、真空保温层15和内壁)并延伸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微波法生产黄磷的装置，其特征在于，包括：罐体，所述罐体的顶部开设用于投放制备原料的进料口以及用于排出黄磷蒸汽的出气口，其底部开设用于排出废渣的出料口，其内腔设置为微正压状态，所述罐体的侧壁分为外壁、内壁以及位于外壁和内壁之间的真空保温层；用于向罐体内馈入微波的第一微波馈入组件，其位于罐体的顶部，所述第一微波馈入组件包括多个馈入波导和多个微波反射片，所述馈入波导沿着水平方向设置，且末端贯穿罐体的侧壁并延伸至罐体的内腔，所述微波反射片设为倾斜结构，且其与馈入波导的末端连接；以及用于向罐体内馈入微波的第二微波馈入组件，其位于罐体的底部，所述第二微波馈入组件为多个介质波导，所述介质波导沿着垂直方向设置，其顶端贯穿罐体的底面并延伸至罐体的内腔；经所述进料口投放的制备原料在内腔中堆积形成生料区，位于生料区的制备原料在微波作用下反应形成还原反应区，所述制备原料在还原反应区反应后形成废渣区，经所述馈入波导馈入的微波经所述微波反射片反射聚焦至还原反应区，所述介质波导的顶端延伸至还原反应区，所述出料口与废渣区连通。

【技术特征摘要】
1.一种微波法生产黄磷的装置，其特征在于，包括：罐体，所述罐体的顶部开设用于投放制备原料的进料口以及用于排出黄磷蒸汽的出气口，其底部开设用于排出废渣的出料口，其内腔设置为微正压状态，所述罐体的侧壁分为外壁、内壁以及位于外壁和内壁之间的真空保温层；用于向罐体内馈入微波的第一微波馈入组件，其位于罐体的顶部，所述第一微波馈入组件包括多个馈入波导和多个微波反射片，所述馈入波导沿着水平方向设置，且末端贯穿罐体的侧壁并延伸至罐体的内腔，所述微波反射片设为倾斜结构，且其与馈入波导的末端连接；以及用于向罐体内馈入微波的第二微波馈入组件，其位于罐体的底部，所述第二微波馈入组件为多个介质波导，所述介质波导沿着垂直方向设置，其顶端贯穿罐体的底面并延伸至罐体的内腔；经所述进料口投放的制备原料在内腔中堆积形成生料区，位于生料区的制备原料在微波作用下反应形成还原反应区，所述制备原料在还原反应区反应后形成废渣区，经所述馈入波导馈入的微波经所述微波反射片反射聚焦至还原反应区，所述介质波导的顶端延伸至还原反应区，所述出料口与废渣区连通。2.根据权利要求1所述的一种微波法生产黄磷的装置，其特征在于，所述馈入波导和微波反射片的数量相同，且多个馈入波导沿着罐体的高度及罐体的周向均布。3.根据权利要求1所述的一种微波法生产黄磷的装置，其特征在于，所述多个介质波导位于罐体底面的不同圆周上，且位于同一圆周的多个介质波导均布。4.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：马弘舸，罗宗恬，李正红，罗真，唐影，李科，任长寿，鞠炳全，于爱民，吴洋，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院应用电子学研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51