浅析无水氢氟酸生产的过程控制要点

摘要：用硫磺与荧光石制得HF进行液相液化，得到了无水氟化氢气。HF的主要工艺仍是以磷矿—硫酸的方式进行，从工艺上讲，其工艺流程与工艺过程大体上是一样的，区别在于装置的结构。在确定了流程和装置设定后，主要工序的控制与工艺参数的最优化是制造中的主要问题。

关键词：无水氟化氢（AHF）控制要点；影响因素；工艺参数优化 一、无水氢氟酸生产中过程控制的重要性

国内萤石硫法转炉AHF的生产技术，不论从生产能力、产出率；目前一些设备已经进入世界领先地位，但仍存在设备腐蚀、能效低、使用昂贵合金、设备维护费用高、环境污染等问题。萤石－硫酸法工艺在延缓设备腐蚀，降低能耗，降低投资，减少污染等方面已有显著效果。从AHF的生产过程可以看出，该装置是在一个比较封闭的、负压环境下进行的。保持适当的压力和稳定，既要保证产量稳定，又要保证产量和消耗。同时，由于该方法涉及HF、SO2、SO3、SiF4、浓硫酸、洗涤酸、氟硅酸、无水酸等有毒、有害的化学成分。正确地运行和维修是一样的。

二、无水氢氟酸生产的控制要点 （一）反应炉系统的控制 1.萤石和硫酸的配比

由H2SO4+CaF2=CaSO4+2HF与SO4+2HF进行充分的反应，其理论比例为98/78=1.25。实践中，因其钙离子浓度约为97%，而石膏排渣液中存在H2SO4（0.5%~1.2%）和CaF2(1.5%~3.5%)，故在实际应用中，其配比要小于该数值。

2.硫酸和盐酸的配比

通过对混合酸和洗涤酸的含水量的控制，对SO3+H2O=H2SO4的酸比进行了理论计算。在含水量较高的情况下，适当提高烟酸的比例，反之，则降低其含量。酸配比的原理：在设备中添加烟酸中的自由SO3与添加到设备中的98酸和萤石所携带的水分和副反应产生的湿气一起，同时保持100%H2SO4的总量。

3.萤石的粒度

从化学反应的角度来看，萤石与硫酸的反应是多个过程，其表面尺寸随著粒径的增大而增大，其反应速率及效率也随之提高。但是由于原料的价格、原料的稳定性、测量精度等因素的，采用合适的颗粒尺寸是可行的。

4.硫酸浓度

通过分散的方式来实现对硫磺和磷灰岩的作用，使硫磺的扩散速率与硫磺的质量分数呈正相关关系，增加硫磺在CaF2中的扩散速率就会增加，使反应速率增加。特别要指出的是，由于原料中存在的湿气和副产品的湿气，会使反应速率下降，同时也会对设备造成侵蚀。

5.温度的调整

在不同的条件下，不同的反应条件对不同的反应器进行了不同的对比。一方面，温度越高越有利于反应。另外，如果高温，则会加快338摄氏度的硫化氢，使用量增大，对制品造成污染。根据投入的数量，调节反应器各阶段的温度。在实际操作中应特别留意：在进行加热烘箱时，应加大加热管的排烟口，使热空气夹套中的湿气和污物排出，在烘箱结束后，可以将其关紧。

6.物料在反应炉内的停留时间

该反应器的尺寸：直径：35000*36000。在预热装置中，将硫磺与萤石进行了初步反应，使原料在110摄氏度下进行，使原料在高温下进行充分地处理，从而使原料在熔化后得到干燥状态。大多数的反应都是在熔化炉中进行的。要想得到完全的反应，必须要有充足的反应时间。在固定的炉体构造条件下，滞留时间与炉速、炉料数量、单位时间内的渣量、物料的反映情况等因素密切相关。

（二）冷凝系统的控制 1.冷凝器的作用与控制要点

该装置主要用于两个方面：一是将从前清洗塔顶部排出的HF气中的高沸点的硫磺和湿气进行凝结，从而得到高质量的HF臭气。二是将凝结水回流到预洗塔，实现对HF烟气中的尘埃进行彻底的清除，同时也能使塔温下降。对冷凝装置的排烟温度进行了分析。

2.粗冷的排气温度控制

如果温度太高，则会导致硫磺和水汽不能凝结，从而使后体系蒸馏变得困难。而在HF的存放过程中，由于水分的存在，易导致一次低温和二次冷却。如果温度太低，HF的冷凝为醋酸会增加，HF的产率也会下降。另外，由于造成了多余的冷耗，所以，粗冷的温度通常在19-22摄氏度左右。

3.一、二冷的排气温度控制

一冷二冷主要用于将粗冷排出的HF浓缩，从而为以后的蒸馏生产提供优质的粗品。两种冷凝机的温控原理为：尽量减少凝结HF，常规的一次制冷温度为10摄氏度，二次制冷温度为2摄氏度。

4.精馏脱气系统的控制

蒸馏过程中，常压蒸馏技术具有增加低温、减少冷损量等特点，但蒸馏过程中的蒸馏压力不宜过大。由于压力升高，物料的相对挥发性降低，因此需要增大塔内的理论板数量，从而加大了装置的投资。蒸馏的压力与重沸炉的温度有关。蒸馏塔的运行比较繁琐，原料的用量，塔顶及塔釜的产物流速；冷凝量、蒸发量、回水量等是互相影响的。在运行过程中，任何一个参数的改变都会影响到塔身的工作，因此，操作人员应认真地研究并分析其引起的变化，并做出相应的调整。

（三）计算机控制

（一）反应阶段配料控制方案

AHF以“一粉二酸”（萤石粉、浓硫酸和发烟硫酸）为主要原料，采用连续的投料方式，三种物料必须保持一定的配比。很明显，在这种情况下，采用比例控制是可行的。虽然采用 PLC和变频调速控制器来实现对物料的控制，但其控制性能和控制精度都能得到保证。所谓“架桥”，就是在这个时候，萤石粉的用量已经降低了，在这个时候，就算马达的速度再快，它的粉末也不会变得更好，但是，如果两种酸都是固定的，那么，它的硫酸比例就会增加。这是我们所不愿意见到的，所以可以通过变比例控制来实现。针对目前的生产条件，采用如下方法：两种不同的酸比随萤石粉的波动而改变，从而可以绘制出比例控制结构图。

（二）系统稳态时⑴

硫酸的流量为0，浓硫酸流量。当荧光粉料的流动也是固定的时候，并且主稳压器（S）的输出信号 Xz （S）是固定的，并且 Xz (5)=Z2 (5)，并且IV2 (5）的输出是固定的，因此 Y (S）满足了加工需求。

（三）系统异常时

当某些流量测定（也装有称重）在制造工艺中岀现时，信号不稳或测量部件受损，这时应当使该系统转换成3个单回路的固定数值控制，或者使之降到开环的控制，以保持产量。在进行设计与施工时，必须事先注意以下两个问题：软体的设计要有弹性，可以在3种情况下进行自由转换。选择合适的流量和称重仪器，并适当地设置是很关键的。

三、结语

萤石－硫酸法是HF制取HF的关键技术之一，是在工艺原理的指引下，依据工艺原理，并与装置的结构和布局相协调，对AHF的产率、品质进行持续的优化以及设备腐蚀，安全，环保等方面的改进。

参考文献：

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[2]打造本质安全的氟化工企业的管理路径[J].许国柱.化工管理.2017（23） [3]浅谈有机氟化工生产中的危险因素与控制措施[J].傅建根.浙江化工.2017（05）

张翔+男+湖南省冷水江市+本科+助理工程师+例：研究DCS在氢氟酸生产中的设计与功能、SIS系统的功能及应用等