本發(fā)明屬于化工設備領域，具體的涉及一種三氯氧磷的生產(chǎn)裝置和生產(chǎn)方法。

背景技術：

三氯氧磷在化學工業(yè)中可用作氧化劑、有機合成催化劑，用途十分廣泛，是磷酸酯類有機產(chǎn)品的主要原料之一，主要用于農(nóng)藥、制藥、染料中間體、半導體摻雜源及光導纖維材料等工業(yè)上有廣泛的應用。

我國三氯氧磷的生產(chǎn)始于五十年代，基本上采用三氯化磷滴水通氯法，進入九十年代，我國一些院校開始了三氯化磷氧氣氧化法生產(chǎn)三氯氧磷的工藝研究，使我國三氯氧磷生產(chǎn)水平得到了提高。三氧化磷氧氣氧化法是目前三氯氧磷生產(chǎn)方法中較為先進的方法。其反應式為:

2PCl₃ + 0₂ -- 2POCl₃

三氯氧磷，又名氧氯化磷、氯化磷酰、磷酰氯、三氯氧化磷，分子式為POC1₃ ，分子量為153.33，室溫下為無色透明的發(fā)煙液體，有辛辣氣味，它在潮濕空氣中發(fā)煙，在水、乙醇中分解形成磷酸及氯化氫，大量水驟然倒入時則猛烈分解，產(chǎn)生大量的熱和白煙，甚至爆炸。所以目前制備三氯氧磷的反應釜避免直接接觸水，同時避免間接接觸易漏水裝置，但是，氧化法制備三氯氧磷是放熱反應，反應過程中會產(chǎn)生大量的熱量，反應體系溫度過高易導致原料與產(chǎn)品的揮發(fā)，導致原料浪費，同時增加尾氣處理，生產(chǎn)效率低，環(huán)境污染嚴重。目前，大多是通過在反應釜外設置夾套和冷凝能器進行冷卻，同時通過控制通入氧氣的量，使反應減緩進行，產(chǎn)熱降低。采用這種方式必然存在反應效率低下、耗時，同時造成氧氣利用率低，單次吸收效果欠佳，未反應的氧氣尾隨空氣放空，造成原料消耗高。此外，外置冷凝裝置冷卻效果不佳，有效成分揮發(fā)，產(chǎn)量下降，目前并沒有文獻報道在反應釜中添加制冷裝置的報道，因為三氯氧磷的特性，遇水劇烈反應。

關于三氯氧磷的制備工藝也有很多研究，其中，公開號為CN101254907A的專利中公開了制備一種有機合成催化劑三氯氧磷的方法，采用三個反應釜作為反應容器，其中一個為主反應釜，其余為次反應釜、二次反應釜，在主反應釜反應完全收料后將次反應釜中的物料翻入主反應釜，二次反應釜中的物料翻入次反應釜，再往二次反應釜中打入三氯化磷。通入主反應釜中的氧氣沒反應完的通入次反應釜，次反應釜中沒反應完的氧氣通入二次反應釜。目的在于使沒反應完的氧氣充分反應。本發(fā)明雖然對原料的利用有一定改善，但是生產(chǎn)工藝復雜，生產(chǎn)效率低下，氧氣的利用率并不高。

有簽于此，特提出本發(fā)明。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種能夠縮短反應時間、提高收率、降低環(huán)保風險，增加安全性的三氯氧磷生產(chǎn)裝置，特別適用于大規(guī)模生產(chǎn)三氯氧磷，更好的滿足工業(yè)生產(chǎn)的需求。

本發(fā)明的另一個目的在于提供一種三氯氧磷的生產(chǎn)方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過以下技術方案實現(xiàn)：

一種三氯氧磷的生產(chǎn)裝置，所述的裝置包括液氧貯槽、汽化器、緩沖罐、三氯化磷高位槽、第一反應釜、第二反應釜、冷凝器，所述的液氧貯槽與汽化器通過第一管道連接，汽化器的氣體出口與緩沖罐相連，緩沖罐分別通過第二管道和第三管道與第一反應釜和第二反應釜相連，在第二管道、第三管道上均設置有氧氣流量計和控制閥；所述第一反應釜和第二反應釜通過管道與冷凝器相連，冷凝器的物料出口通過第四管道與第一反應釜和第二反應釜的物料進口相連，形成一個循環(huán)的反應體系；所述第一反應釜和第二反應釜釜體外側設置有夾套，內(nèi)側設置有盤管。

進一步，所述釜體內(nèi)設置有支撐架，盤管和支撐架間采用U型管卡及螺母連接，所述盤管設置有冷凝水進口、冷凝水出口，且均位于釜體頂部。

優(yōu)選的，所述盤管采用鈦鎳不繡鋼材料。

根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述冷凝器為三級冷凝裝置，包括第一冷凝區(qū)、第二冷凝區(qū)、第三冷凝區(qū)，每個冷凝區(qū)設置有冷卻液管道以及多個蒸汽管道，所述蒸汽管道內(nèi)設置有冷凝擋板，冷凝擋板的面積小于或者等于蒸汽管道的橫截面積，且冷凝擋板上設置有通孔，相鄰冷凝擋板的通孔交錯排列。

進一步，所述第一冷凝區(qū)、第二冷凝區(qū)，第三冷凝區(qū)依次設置，蒸汽從蒸汽管道的靠近第一冷凝區(qū)的一端進入，向第三冷凝區(qū)運送；而冷卻液從第三冷凝區(qū)供入，沿著冷卻通道逐級向第二冷凝區(qū)及第一冷凝區(qū)運送，蒸汽在第三冷凝區(qū)的蒸汽管道被最終冷卻，控制第三冷凝區(qū)的冷卻液溫度在0-10℃。

根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述冷凝器為多級冷凝裝置，根據(jù)需要自行拼接設置為多個冷凝區(qū)，冷凝區(qū)之間通過管道或者法蘭連接。

優(yōu)選的，所述冷凝器為6個冷凝區(qū)，其中三個為一組形成第一組冷凝器和第二組冷凝器，所述第一組冷凝器用于冷卻第一反應釜和第二反應釜中產(chǎn)生的蒸汽，所述第二組冷凝器用于冷卻蒸餾釜中產(chǎn)生的蒸汽。

根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述的汽化器包括汽化器主體以及排風裝置，所述汽化器主體包括熱交換管、U型通氣管、支架，換熱管與U型通氣管過渡連接，構成U字環(huán)繞排列的多列熱交換管，支架用于固定熱交換管，所述的排風裝置包括抽風腔室、空氣透過膜、電動機、抽風機葉片、排風通道。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述緩沖罐殼體包括內(nèi)外兩層，緩沖罐外層開設小孔，通過小孔于緩沖罐內(nèi)層的外表面上固定一個壓力傳感器，在壓力傳感器的提示下，通過控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)通氣量或者調(diào)節(jié)壓力表閾值。

本發(fā)明還提供了一種三氯氧磷的生產(chǎn)方法，所述的方法采用上述生產(chǎn)三氯氧磷的裝置，具體反應過程為：首先第一反應釜通入氧氣和三氯化磷進行反應，僅向第二反應釜中緩慢添加三氯化磷，不通入氧氣，此時第一反應釜為主反應釜，第二反應釜為副反應釜，第一反應釜中未參與反應的氧氣通過管道進入第二反應釜與三氯化磷反應；當?shù)谝环磻磻Y束后，關閉第一反應釜的氧氣閥門，打開第二反應釜的氧氣閥門，使第二反應釜作為主反應釜開始進行反應，此時第一反應釜未副反應釜，兩個反應釜交替反應，使未反應的氧氣充分反應。

本發(fā)明的有益效果：

1.首先本發(fā)明的反應釜內(nèi)增加盤管，反應釜外層設置冷凝水夾套層，雙重冷凝反應釜，大量吸收了反應所放的熱，反應溫度控制較低，通氧速率加快，反應進行快，相同產(chǎn)量反應，時間能夠縮短一半，提高工作效率，同時溫度控制合理，增避免了三氯化磷的揮發(fā)，提高原料的利用率，減少廢氣處理。且反應釜中添加的盤管為耐腐蝕性材料，降低了盤管腐蝕率，并且一體成型，沒有焊接點，降低了漏水的風險，提高了生產(chǎn)的安全性。

2.本發(fā)明中通過調(diào)控實現(xiàn)主次反應釜交替進行，同時設置多級壓力冷凝器，聯(lián)合調(diào)控，使原料反應更加充分，利用率提高，同時減少廢氣的排放，環(huán)境污染小，且生產(chǎn)安全性高，特別適合于大規(guī)模生產(chǎn)三氯氧磷。

3.本發(fā)明中采用了特殊的冷凝裝置，所述的冷凝裝置包括三級壓力冷凝器，其中第一冷凝區(qū)為高壓冷凝區(qū)，配合第一反應釜和第二反應釜提高氧氣的利用率，同時冷凝器中設置了多個蒸汽管道，蒸汽與冷卻液的接觸面積大，冷凝效果更好。另外，冷凝器下側設有應急排水口以防列管發(fā)生泄漏時能得到及時處理，極大的提高了設備使用的安全可靠性。

4.本發(fā)明的生產(chǎn)裝置設計新穎、結構簡單、成本低廉、效果優(yōu)越。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明制備三氯氧磷的工藝流程圖；

圖2是本發(fā)明反應釜的結構示意圖；

圖3是本發(fā)明盤管俯視圖；

圖4是本發(fā)明盤管固定管卡圖；

圖5是本發(fā)明三級冷凝器結構示意圖；

圖6是本發(fā)明四級冷凝器結構示意圖；

圖7是本發(fā)明汽化器的結構示意圖；

圖8是本發(fā)明緩沖罐剖視簡圖；

附圖標記說明如下：

1、釜體；2、盤管 ；2A、盤管冷凝水進口；2B、盤管冷凝水出口；3、支撐架；4、盤管固定管卡；5、腳墊 ；6、夾套 ；6A、夾套冷凝水進口；6B、夾套冷凝水出口；10、三氯化磷高位槽；11、液氧貯藏；12、汽化器；13、緩沖罐；141、第一反應釜；142、第二反應釜；15、冷凝器；16、尾氣吸收塔；17、廢水處理池；18、成品貯藏罐；19、蒸餾器；20、穩(wěn)壓器；21、氧氣流量計；22、循環(huán)泵；23、第一管道；24、第二管道；25、第三管道；26、第四管道；121、熱交換管；122、U型通氣管；123、支架；124、抽風腔室；125、空氣透過膜；126、電動機；127、抽風機葉片；128、排風通道；131、緩沖罐內(nèi)層；132、緩沖罐外層；133、壓力傳感器；151、第一冷凝區(qū)；152、第二冷凝區(qū)；153、第三冷凝區(qū)；154、冷卻液通道；155、蒸汽通道；156、冷凝擋板；157、第一組冷凝器；158、第二組冷凝器。

具體實施方式

下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有付出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

實施例1

一種三氯氧磷的生產(chǎn)裝置，包括液氧貯槽11、汽化器12、緩沖罐13、三氯化磷高位槽10、第一反應釜141、第二反應釜142、冷凝器15、成品貯藏罐18、尾氣吸收塔16以及廢水處理裝池17。

如圖1所示，所述的液氧貯槽11與汽化器12通過第一管道連接，在第一管道上設置有穩(wěn)壓器20，汽化器12的氣體出口與緩沖罐13相連通，緩沖罐13分別通過第二管道和第三管道與第一反應釜141和第二反應釜142相連接，第二管道、第三管道上均設置有氧氣流量計21和控制閥；第一反應釜141和第二反應釜142上設置物進料口、成品出料口以及夾套的進水口6A和出水口6B；第一反應釜141和第二反應釜142分別與冷凝器15通過管道連接，冷凝器15的物料出口通過第四管道與第一反應釜141和第二反應釜142的物料進口相連，形成一個循環(huán)的反應體系；第一反應釜141和第二反應釜142釜體外側設有夾套，內(nèi)側設置有盤管2；

如圖2所示，采用鈦鎳不銹鋼制作一個和反應釜尺寸相對應的盤管2，盤管2通過三個沿周向均布的支撐架3設置于釜體1 內(nèi)，支撐架3采用四氟腳墊5。盤管2冷凝水進、出口2A、2B均位釜體1 頂部外，盤管冷凝水進口2A、出口2B 間隙為45°。盤管2主體浸入物料中，盤管2 內(nèi)走30℃以下的水，保持水壓0.15MPa 以上。盤管2和支撐架3可采用U型管卡4及螺母連接。盤管2 總數(shù)為30根，每根間隙為100mm 溫度控制在76-85℃，反應釜壓力控制在0-300mmHg。

本發(fā)明所述盤管管徑范圍16mm -108mm，對應厚度為4mm-5mm 。根據(jù)反應釜的大小，盤管根數(shù)、間隙及大小的尺寸可適當調(diào)整。

本發(fā)明中反應釜中的盤管2一體成型，并且采用U型管卡4或者螺母的方式與釜體1固定，并沒有采用焊接的方式，避免了多個焊接點易腐蝕開裂，增加冷卻水泄漏的風險，因此，采用本發(fā)明所述的附體1內(nèi)置盤管2的方式在保證了反應安全的前提下，提高了冷卻效果。

值得關注的是，由于三氧化磷沸點在76℃，反應釜控制在80℃，三氧化磷易揮發(fā)，反應時間越短，揮發(fā)量越少，三氧化磷單耗越低，尾氣產(chǎn)生量越小，安全、環(huán)保更有保障。本發(fā)明采用盤管2和外置冷卻夾套6的方式進行雙重冷卻，且盤管2體積較小，散熱面積大，加快散熱，提高反應效率，本發(fā)明可有效的縮短生產(chǎn)反應時間，提高功效。反應時間由原反應時間為26小時左右減少為12小時左右。所以本發(fā)明設計的反應釜更適合大規(guī)模，大產(chǎn)量、快速生產(chǎn)三氯氧磷。

如圖5所示，本發(fā)明中所述的冷凝器15為三級冷凝裝置，包括第一冷凝區(qū)151、第二冷凝區(qū)152、第三冷凝區(qū)153；每個冷凝區(qū)設置有多個蒸汽管道155，蒸汽管道155內(nèi)設置有冷凝擋板156，冷凝擋板156的面積小于或者等于蒸汽管道155的橫截面積，冷凝擋板156還上設置有通孔(圖中未顯示)，蒸汽穿過通孔逐級冷卻，通孔的設置減緩了蒸汽的流速，有效的提高了冷凝效果。在冷凝過程中，蒸汽從蒸汽管道155的靠近第一冷凝區(qū)151的一端進入，向第三冷凝區(qū)153運送；而冷卻液從第三冷凝區(qū)153供入，逐級向第二冷凝區(qū)152及第一冷凝區(qū)151運送，蒸汽在第三冷凝區(qū)153區(qū)域的蒸汽管道155被最終冷卻，由于此區(qū)域的冷凝液剛被送入第三冷凝區(qū)153，溫度可控，控制第三冷凝區(qū)(153)的冷卻液溫度在0-10℃。因此，從第三冷凝區(qū)153的蒸汽管道155物料被冷卻為低溫液體，而且第一冷凝區(qū)151區(qū)域，盡管此時冷凝液溫度因熱交換而增加，但此時冷凝液仍與蒸汽物料有較大的溫差，可以達到第一次熱交換的目的。本發(fā)明采用三級冷凝，冷凝效果好，并且冷蒸汽管道155 為多個，蒸汽與冷卻通道的接觸面積大，有效地提高了換熱系數(shù)；其次，合理優(yōu)化設置冷凝擋板156，使換熱管維持較高的換熱系數(shù)，調(diào)節(jié)冷凝擋板156之間的間隔，可以靈活控制氣體流速，有效地提高換熱效率，減少了尾氣的排放量，同時提高了原料的利用率。并且所述的蒸汽處于蒸汽管道內(nèi)，采用非接觸式冷卻，提高了生產(chǎn)過程中的安全性。

進一步，本發(fā)明中相鄰冷凝擋板156的通孔交錯排列，可增加氣體流動的紊亂性，使其整體溫度較為均勻。

如圖5所示，每個冷凝區(qū)設置了三個蒸汽管道155，需要說明的是，為了擴大冷凝范圍，還可以增加蒸汽管道155的數(shù)量，可以設置4個或5個蒸汽管道155或者更多個蒸汽管道155。

需要說明的是冷凝區(qū)的設置也可以為多個，如圖6所示，包括6個冷凝區(qū)，其中三個為一組，形成第一組冷凝器157和第二組冷凝器158，每組冷凝器之間可以通過管道或者法蘭與其他冷凝器連接。其中第二組冷凝器158的第一冷凝區(qū)端與蒸餾釜19相連，第三冷凝區(qū)端與成品貯藏罐18連接，用于三氯氧磷的冷卻。通過本發(fā)明的設置實現(xiàn)一體多氣體、多級、多管道冷凝，節(jié)約空間，同時解決用水，冷凝效果好。

另外，冷凝器的下側設有應急排水口（圖中未顯示）以防列管發(fā)生泄漏時能得到及時處理，極大的提高了設備使用的安全可靠性。

本發(fā)明所述的汽化器12采用如圖7所示的汽化器12，包括汽化器主體以及排風裝置。所述汽化器主體包括熱交換管121、U型通氣管122、支架123，換熱管121與U型通氣管122過渡連接，構成U字環(huán)繞排列的多列熱交換管，支架123用于固定熱交換管122。所述的排風裝置包括抽風腔室124、空氣透過膜125、電動機126、抽風機葉片127、排風通道128。當汽化器12開始工作時，打開抽風裝置中的電動機126，帶動抽風機葉片127旋轉，抽風腔室124的熱空氣將被抽走，沿著抽風通道128排出環(huán)境中，抽風腔室124中的熱空氣被抽走，周圍較冷的空氣將會沿著空氣透過膜125進入抽風腔室124，進行下一步汽化液氧的循環(huán)過程。

所述汽化器12與緩沖罐13的連接管道上設置有壓力表、以及控制閥門，正常運行情況下，壓力表指示緩沖罐13中的壓力，通過設定閾值，在壓力超過閾值時，通過控制器調(diào)控關閉閥門，避免壓力過大引起危害。

所述緩沖罐13殼體包括內(nèi)外兩層，外層為鋼制，內(nèi)層為樹脂層。正常情況下，一般通過汽化器12與緩沖罐13之間的壓力表測定緩沖罐13內(nèi)的壓力，但是當緩沖罐內(nèi)層131樹脂老化程度嚴重時，雖然壓力表監(jiān)測壓力不變，但是緩沖罐12承壓能力變?nèi)?，易產(chǎn)生危險。如圖8所示，因此本發(fā)明采用在緩沖罐外層132開設小孔，通過小孔于緩沖罐內(nèi)層131的外表面上固定一個壓力傳感器133。所述的壓力傳感器133與控制系統(tǒng)相連接。由于壓力傳感器133能夠感知緩沖罐內(nèi)層131的老化程度，在緩沖罐內(nèi)壓力不變的情況下，當緩沖罐內(nèi)層131老化嚴重時，在壓力傳感器133的提示下，通過控制系統(tǒng)調(diào)低壓力表的閾值或者調(diào)控通氣量，從而避免壓力過大引起危害，本發(fā)明采用上述緩沖罐以及配合控制系統(tǒng)，提高了操作安全。

系統(tǒng)工作狀態(tài)：

首先，打開第一反應釜141夾套6冷卻水、三氧化磷進口閥門，把已計量好的三氧化磷放入反應釜內(nèi)，關閉三氧化磷進料閥。

打開第二反應釜142與冷凝器15連接的閥門，此時第一反應釜141與冷凝器15連接的閥門處于關閉狀態(tài)。開啟汽化器12，進行液氧汽化處理，同時僅打開第一反應器141氧氣流量計21和控制閥，使第一反應釜141中的反應進行（此時第一反應釜141為主反應釜，第二反應釜142為副反應釜），此時緩慢向第二反應釜142添加三氯化磷，第一反應釜141中為未反應的氧氣進入第二反應釜142參加反應。當?shù)谝环磻形锪蠝囟壬仙?0 ℃時，打開盤管2冷卻水，然后加大通氧量，其通氧量視要根據(jù)氧氣流量計內(nèi)壓力進行控制。使第一反應釜141內(nèi)壓力控制在0-300mmHg、溫度控制在70 ℃-80 ℃。當?shù)谝环磻?41內(nèi)壓力開始上升、溫度開始下降時，減少通氧量，同時每半小時進行取樣分析至產(chǎn)品合格后，出料至成品貯藏罐18，針對純度不高的產(chǎn)物，可以通入蒸餾釜19中，進行蒸餾，冷卻，回收冷凝液，即得成品。

需要說明的是，上述反應過程中第二反應釜142并未開啟氧氣流量計21和控制閥，利用第二反應釜142中未反應的氧氣以及不斷添加的三氯化磷進行反應。本發(fā)明中的冷凝器15為三級冷凝，包括第一冷凝區(qū)151，第二冷凝區(qū)152和第三冷凝區(qū)，其中第一冷凝區(qū)151為高壓冷凝區(qū)，第二冷凝區(qū)152為中壓冷凝區(qū)，第三冷區(qū)153為低級冷凝區(qū)。由于第一冷凝區(qū)151的高壓作用，第一反應釜中未反應的大量氧氣更多的保留在第二反應釜142中進行反應，減少了原料的損失以及尾氣的排放。

進一步需要說明的是，當?shù)谝环磻?41反應完全后，關閉第一反應釜141中氧氣流量計21、控制閥以及第二反應釜142與冷凝器15管道上的閥門，打開第二反應釜142中的氧氣流量計21、控制閥以及第一反應釜141與冷凝器15管道上的閥門，第二反應釜142進行反應，此時第二反應釜142作為主反應釜，第一反應釜141作為副反應釜。進行過程及原理同上述反應過程，采用本發(fā)明中的主次反應釜交替的方式進行操作，一則充分利用了未反應的氧氣，提高原料利用率；二則在一個反應釜進行的同時，另一個反應釜緩慢添加三氯化磷，邊添加邊有效地利用氧氣進行反應，節(jié)省時間，提高工作效率。

本發(fā)明中為了對反應釜的溫度進行控制，采用外層夾套冷卻降溫，內(nèi)置盤管2冷卻降溫，雙重降溫效果良好，較現(xiàn)有技術相比，在保證安全以及良好降溫的前提下，可以大大增加氧氣通入量，從而加快反應效率，使反應時間縮短一倍。本發(fā)明中制備系統(tǒng)中的緩沖罐采用內(nèi)外層中添加壓力傳感器，用于感應緩沖罐內(nèi)層老化程度；冷凝器為多級冷凝，其中第一冷凝區(qū)為高壓冷凝區(qū)，配合第一反應釜和第二反應釜提高氧氣的利用率，同時冷凝器中設置了多個蒸汽管道，蒸汽管道與冷卻液管道分離設置，另外，冷凝器下側設有應急排水口以防列管發(fā)生泄漏時能得到及時處理，極大的提高了設備使用的安全可靠性。此外，通過調(diào)控實現(xiàn)主次反應釜交替進行，同時設置多級壓力冷凝器聯(lián)合調(diào)控，使原料反應更加充分，利用率提高，同時減少廢氣的排放，環(huán)境污染小，且生產(chǎn)安全性高，特別適合于大規(guī)模生產(chǎn)三氯氧磷。

最后需要說明，以上實施例僅用于說明本發(fā)明的技術方案而并非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明的技術方案進行了詳細說明，本領域技術人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍當中。