一种电子级硫酸生产系统及生产工艺
阅读说明：本技术 一种电子级硫酸生产系统及生产工艺 (Electronic-grade sulfuric acid production system and production process ) 是由 林益兴 于 2021-08-10 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种电子级硫酸生产系统,包括超声雾化器；蒸发罐；冷凝罐；储液箱；散热器；所述蒸发罐内从上到下分别安装有固定架和锥面加热器,所述固定架上转动插设有轴杆,所述轴杆的上端延伸至固定架的上方并安装有气流扇叶；本发明还公开了一种电子级硫酸生产工艺,包括以下步骤：环境冲洗；超声雾化；高温蒸发；高压冷凝；蓄积存储。本发明通过返流管实现蒸发冷凝的循环,使得系统能够反复提纯,通过超声雾化器雾化液体浓硫酸增加其蒸发的速度,通过除垢器将蒸发残留的硫酸盐粉末刮除,即除去了硫酸中含有的硫酸盐杂质,也能够保持弧面加热器的热效率,且通过螺旋冷凝管和螺旋预热管降低系统的能耗。(The invention discloses an electronic-grade sulfuric acid production system, which comprises an ultrasonic atomizer; an evaporator tank; a condensing tank; a liquid storage tank; a heat sink; a fixing frame and a conical surface heater are respectively installed in the evaporation tank from top to bottom, a shaft lever is inserted on the fixing frame in a rotating mode, and the upper end of the shaft lever extends to the upper portion of the fixing frame and is provided with airflow fan blades; the invention also discloses an electronic-grade sulfuric acid production process, which comprises the following steps: environmental flushing; ultrasonic atomization; high-temperature evaporation; condensing under high pressure; and accumulating and storing. The invention realizes the circulation of evaporation and condensation through the reflux pipe, so that the system can be repeatedly purified, the liquid concentrated sulfuric acid is atomized by the ultrasonic atomizer to increase the evaporation speed, the sulfate powder remained after evaporation is scraped by the scaler, namely, sulfate impurities contained in sulfuric acid are removed, the heat efficiency of the cambered surface heater can also be kept, and the energy consumption of the system is reduced through the spiral condensing pipe and the spiral preheating pipe.)
技术领域
本发明涉及工业电子化学品技术领域，尤其涉及一种电子级硫酸生产系统及生产工艺。
背景技术
电子级硫酸是电路板生产过程中常用的腐蚀清洗原料，电子级硫酸通常通过标准的工业浓硫酸(浓度为98％)经过反复蒸馏除杂得到，由于标准工业浓硫酸中含有较多的金属硫酸盐，直接使用会影响电路板的质量，所以需要对其进行除杂。
现有的电子级硫酸生产工艺普遍为多重蒸馏法，所使用的生产系统也是针对该生产工艺特有的，即通过对工业浓硫酸进行多次反复蒸馏和过滤得到。但其在蒸馏和过滤时，金属硫酸盐容易堵住过滤器或长时间沉积在蒸发设备中，容易堵塞导致生产效率降低，且需要拆下清洁或更换才能够去除金属硫酸盐杂质，不够方便。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在提纯过滤的杂质容易堵塞系统的某一环节，导致生产效率低下，且需要拆卸清理不够便捷的缺点，而提出的一种电子级硫酸生产系统及生产工艺。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种电子级硫酸生产系统及生产工艺，包括：
超声雾化器，用于将标准的工业级浓硫酸通过超声波震动雾化成细小微粒；
蒸发罐，用于将雾化成细小微粒的浓硫酸加热蒸发形成硫酸蒸气；
冷凝罐，用于将硫酸蒸气冷凝成硫酸液体；
储液箱，用于将冷凝的硫酸液体存储；
散热器，用于降低冷凝罐内的蒸气硫酸的热量并预热进入超声雾化器内的浓硫酸；
所述蒸发罐内从上到下分别安装有固定架和锥面加热器，所述固定架上转动插设有轴杆，所述轴杆的上端延伸至固定架的上方，且在位于固定架上方处的轴杆的上端处安装有气流扇叶，所述轴杆的下端延伸至锥面加热器内，且在该轴杆的下端处安装有除垢器。
优选地，所述超声雾化器上分别安装有进液管和雾化管，所述进液管上安装有定量开关阀，所述雾化管远离超声雾化器的一端管口延伸至蒸发罐内，且该雾化管的该端管口居中朝上。
优选地，所述散热器上分别安装有螺旋冷凝管和螺旋预热管，所述螺旋冷凝管和螺旋预热管串联，所述螺旋冷凝管置于冷凝罐内，所述螺旋预热管环绕在进液管的外壁。
优选地，所述蒸发罐的上端安装有蒸气管，所述蒸气管远离蒸发罐的一端延伸至冷凝罐内，所述蒸气管上安装有增压泵，所述蒸发罐的下端安装有排杂管，所述排杂管上安装有排杂开关阀。
优选地，所述冷凝罐的上端安装有返流管，所述返流管远离冷凝罐的一端延伸至超声雾化器内，所述返流管上安装有防逆阀，所述返流管靠近超声雾化器的一端侧壁上安装有冲洗管，所述冲洗管上安装有冲洗开关阀，所述冷凝罐的下端安装有排液管，所述排液管上安装有液泵，所述排液管远离冷凝罐的一端延伸至储液箱内，所述储液箱的上表面安装有泄压阀，所述储液箱的侧壁下方安装有放液管，所述放液管上安装有放液开关阀。
优选地，所述锥面加热器包括锥形加热面，所述除垢器包括固定安装在轴杆下端的旋转挡板，所述旋转挡板的下端安装有气流挡片，所述旋转挡板的侧壁上对称开设有两个导杂槽，每个所述导杂槽的上端均封闭，每个所述导杂槽内均安装有刮板，每个所述刮板均与锥形加热面接触。
一种电子级硫酸生产工艺，应用上述的电子级硫酸生产系统，包括以下步骤：
A、环境冲洗；打开冲洗开关阀、增压泵、液泵和放液开关阀，使得保护气体通入并沿超声雾化器、蒸发罐、冷凝罐、储液箱顺序流动，消除内部原有的杂质和杂气，再关闭冲洗开关阀、液泵和放液开关阀；
B、超声雾化；打开定量开关阀，将一定量的标准工业浓硫酸通过进液管注入到超声雾化器内，超声雾化器通过超声波震荡将浓硫酸液体雾化成细小的微粒，硫酸雾在增压泵形成的定向气流带动下从雾化管喷出到蒸发罐内；
C、高温蒸发；雾化的硫酸在气流的作用下从蒸发罐的内部下方向上流动，则硫酸雾会附着在锥面加热器的锥形加热面上，锥面加热器将附着的细小硫酸微粒升温使其到达沸点并气化，气化的硫酸通过蒸气管和增压泵进入冷凝罐内；
D、高压冷凝；冷凝罐在增压泵的作用下使其内部压力大于标准大气压，则使得硫酸的沸点增加，即使得气化的硫酸快速液化，且通过螺旋冷凝管冷却形成低温硫酸并沉积在冷凝罐的底部；
E、蓄积存储；冷凝罐底部的低温硫酸不断蓄积至设定液位时，液泵启动，将低温硫酸通过排液管泵入到储液箱内存储，储液箱上的泄压阀泄压使得储液箱内压力平衡。
优选地，在步骤C中，硫酸雾在锥面加热器的锥形加热面上受热气化后，硫酸内含有金属离子的硫酸盐失去硫酸溶剂固化形成硫酸盐粉末附着在锥形加热面的表面，蒸发罐内从下到上的定向气流使得气流扇叶带动轴杆转动，则使得除垢器转动，除垢器转动则使得导杂槽内的刮板在锥形加热面上刮动，将附着的杂质刮除，且刮除的硫酸盐杂质沿导杂槽落入到蒸发罐的底部，使用结束后通过打开排杂开关阀将硫酸盐杂质从排杂管排出。
优选地，在步骤D中，高温气体硫酸在冷凝罐中与螺旋冷凝管换热，使得螺旋冷凝管内的制冷剂受热，则变热的制冷剂在散热器的循环下流动至螺旋预热管内，通过接触换热使得从进液管进入超声雾化器的浓硫酸预热。
优选地，在步骤D中，高温气体硫酸大量进入冷凝罐中，螺旋冷凝管无法及时将高温气体硫酸完全冷凝，则未被冷凝的高温气体硫酸通过返流管进入到超声雾化器内再次循环，且返流管通过超声雾化器、雾化管、蒸发罐、蒸气管和冷凝罐形成气流循环。
本发明具有以下有益效果：
1、通过散热器与螺旋冷凝管和螺旋预热管的配合，使得螺旋冷凝管在冷凝罐内将高温气体硫酸降温冷凝至液体，螺旋冷凝管内换热的热量通过散热器流动至螺旋预热管内，则能够使得螺旋预热管与进液管接触换热，使得从进液管进入的浓硫酸原料余热，实现热能的再利用，降低锥面加热器的能耗，使得整个系统的能耗降低。
2、通过轴杆、气流扇叶和除垢器的配合，使得气流扇叶在蒸发罐内从下到上的定向气流中旋转，则带动轴杆旋转，轴杆使得除垢器转动，转动的除垢器通过刮板将弧面加热器的弧形加热面上附着的硫酸盐粉末刮除，刮除的粉末通过除垢器的导杂槽滑落至蒸发罐底部收集，能够有效的降低硫酸中金属离子的含量，通过上端封闭的导杂槽能够避免雾化硫酸与干燥的硫酸盐接触，且避免了硫酸盐粉末被气流吸入，同时使得弧形加热面的表面被清理干净，不影响热量的传导，使得排杂更加可靠。
3、通过返流管与冷凝罐的配合，使得高温气体硫酸在进入到冷凝罐冷凝时，少量气体硫酸不能够被完全冷凝，则通过返流管回流至超声雾化器中循环，且返流管能够配合超声雾化器、雾化管、蒸发罐、蒸气管和冷凝罐形成气流循环，保证蒸馏的持续循环以及蒸馏的提纯效果，使得系统提纯纯度更高。
4、通过超声雾化器将液态浓硫酸快速雾化成细小的微粒，则使得浓硫酸与蒸发罐内的弧面加热器的接触面积增大，即能够增加浓硫酸的受热速度，使得雾化的浓硫酸快速达到沸点并气化，增加蒸发速度，且通过快速蒸发气化的作用，使得金属硫酸盐快速与硫酸分离并被干燥，实现快速除杂提纯。
综上所述，本发明通过返流管实现蒸发冷凝的循环，使得系统能够反复提纯，通过超声雾化器雾化液体浓硫酸增加其蒸发的速度，通过除垢器将蒸发残留的硫酸盐粉末刮除，即除去了硫酸中含有的硫酸盐杂质，也能够保持弧面加热器的热效率，且通过螺旋冷凝管和螺旋预热管降低系统的能耗。
附图说明
图1为本发明提出的一种电子级硫酸生产系统的结构组成示意图；
图2为本发明提出的一种电子级硫酸生产系统的除垢器部分放大图；
图中：1超声雾化器、11进液管、111定量开关阀、12雾化管、2蒸发罐、21排杂管、211排杂开关阀、22蒸气管、221增压泵、23固定架、3冷凝罐、31返流管、311防逆阀、32排液管、321液泵、4储液箱、41泄压阀、42放液管、421放液开关阀、5散热器、51螺旋冷凝管、52螺旋预热管、6锥面加热器、61锥形加热面、7轴杆、71气流扇叶、8除垢器、81旋转挡板、82气流挡片、83导杂槽、831刮板、9冲洗管、91冲洗开关阀。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
参照图1-2，一种电子级硫酸生产系统，包括：
超声雾化器1，用于将标准的工业级浓硫酸通过超声波震动雾化成细小微粒；
蒸发罐2，用于将雾化成细小微粒的浓硫酸加热蒸发形成硫酸蒸气；
冷凝罐3，用于将硫酸蒸气冷凝成硫酸液体；
储液箱4，用于将冷凝的硫酸液体存储；
散热器5，用于降低冷凝罐3内的蒸气硫酸的热量并预热进入超声雾化器1内的浓硫酸；
蒸发罐2内从上到下分别安装有固定架23和锥面加热器6，固定架23上转动插设有轴杆7，轴杆7的上端延伸至固定架23的上方，且在位于固定架上方处的轴杆的上端处安装有气流扇叶71，轴杆7的下端延伸至锥面加热器6内，，且在该轴杆的下端处安装有除垢器8。
超声雾化器1上分别安装有进液管11和雾化管12，进液管11上安装有定量开关阀111，雾化管12远离超声雾化器1的一端管口延伸至蒸发罐2内，且该雾化管的该端管口居中朝上。
散热器5上分别安装有螺旋冷凝管51和螺旋预热管52，螺旋冷凝管51和螺旋预热管52串联，螺旋冷凝管51置于冷凝罐3内，螺旋预热管52环绕在进液管11的外壁。
蒸发罐2的上端安装有蒸气管22，蒸气管22远离蒸发罐2的一端延伸至冷凝罐3内，蒸气管22上安装有增压泵221，蒸发罐2的下端安装有排杂管21，排杂管21上安装有排杂开关阀211。
冷凝罐3的上端安装有返流管31，返流管31远离冷凝罐3的一端延伸至超声雾化器1内，返流管31上安装有防逆阀311，返流管31靠近超声雾化器1的一端侧壁上安装有冲洗管9，冲洗管9上安装有冲洗开关阀91，冷凝罐3的下端安装有排液管32，排液管32上安装有液泵321，排液管32远离冷凝罐3的一端延伸至储液箱4内，储液箱4的上表面安装有泄压阀41，储液箱4的侧壁下方安装有放液管42，放液管42上安装有放液开关阀421。
锥面加热器6包括锥形加热面61，除垢器8包括固定安装在轴杆7下端的旋转挡板81，旋转挡板81的下端安装有气流挡片82，旋转挡板81的侧壁上对称开设有两个导杂槽83，每个导杂槽83的上端均封闭，每个导杂槽83内均安装有刮板831，每个刮板831均与锥形加热面61接触。
一种电子级硫酸生产工艺，包括以下步骤：
A、环境冲洗；打开冲洗开关阀91、增压泵221、液泵321和放液开关阀421，使得保护气体通入并沿超声雾化器1、蒸发罐2、冷凝罐3、储液箱4顺序流动，消除内部原有的杂质和杂气，再关闭冲洗开关阀91、液泵321和放液开关阀421；
B、超声雾化；打开定量开关阀111，将一定量的标准工业浓硫酸通过进液管11注入到超声雾化器1内，超声雾化器1通过超声波震荡将浓硫酸液体雾化成细小的微粒，硫酸雾在增压泵221形成的定向气流带动下从雾化管12喷出到蒸发罐2内；
C、高温蒸发；雾化的硫酸在气流的作用下从蒸发罐2的内部下方向上流动，则硫酸雾会附着在锥面加热器6的锥形加热面61上，锥面加热器6将附着的细小硫酸微粒快速升温使其快速到达沸点并气化，气化的硫酸通过蒸气管22和增压泵221进入冷凝罐3内；
D、高压冷凝；冷凝罐3在增压泵221的作用下使其内部压力大于标准大气压，则使得硫酸的沸点增加，即使得气化的硫酸快速液化，且通过螺旋冷凝管51冷却形成低温硫酸并沉积在冷凝罐3的底部；
E、蓄积存储；冷凝罐3底部的低温硫酸不断蓄积至一定程度时，液泵321启动，将低温硫酸通过排液管32泵入到储液箱4内存储，储液箱4上的泄压阀41泄压使得储液箱4内压力平衡。
在步骤C中，硫酸雾在锥面加热器6的锥形加热面61上受热气化后，硫酸内含有金属离子的硫酸盐失去硫酸溶剂固化形成硫酸盐粉末附着在锥形加热面61的表面，蒸发罐2内从下到上的定向气流使得气流扇叶71带动轴杆7转动，则使得除垢器8转动，除垢器8转动则使得导杂槽83内的刮板831在锥形加热面61上刮动，将附着的杂质刮除，且刮除的硫酸盐杂质沿导杂槽83落入到蒸发罐2的底部，使用结束后通过打开排杂开关阀211将硫酸盐杂质从排杂管21排出。
在步骤D中，高温气体硫酸在冷凝罐3中与螺旋冷凝管51换热，使得螺旋冷凝管51内的制冷剂受热，则变热的制冷剂在散热器5的循环下流动至螺旋预热管52内，通过接触换热使得从进液管11进入超声雾化器1的浓硫酸预热。
在步骤D中，高温气体硫酸大量进入冷凝罐3中，螺旋冷凝管51无法及时将高温气体硫酸完全冷凝，则未被冷凝的高温气体硫酸通过返流管31进入到超声雾化器1内再次循环，且返流管31通过超声雾化器1、雾化管12、蒸发罐2、蒸气管22和冷凝罐3形成气流循环。
使用时，首先，打开冲洗开关阀91、增压泵221、液泵321和放液开关阀421，使得保护气体通入并沿超声雾化器1、蒸发罐2、冷凝罐3、储液箱4顺序流动，消除内部原有的杂质和杂气，再关闭冲洗开关阀91、液泵321和放液开关阀421。
其次，打开定量开关阀111，将一定量的标准工业浓硫酸通过进液管11注入到超声雾化器1内，超声雾化器1通过超声波震荡将浓硫酸液体雾化成细小的微粒，硫酸雾在增压泵221形成的定向气流带动下从雾化管12喷出到蒸发罐2内。
然后，雾化的硫酸在气流的作用下从蒸发罐2的内部下方向上流动，则硫酸雾会附着在锥面加热器6的锥形加热面61上，锥面加热器6将附着的细小硫酸微粒快速升温使其快速到达沸点并气化，气化的硫酸通过蒸气管22和增压泵221进入冷凝罐3内，硫酸雾在锥面加热器6的锥形加热面61上受热气化后，硫酸内含有金属离子的硫酸盐失去硫酸溶剂固化形成硫酸盐粉末附着在锥形加热面61的表面，蒸发罐2内从下到上的定向气流使得气流扇叶71带动轴杆7转动，则使得除垢器8转动，除垢器8转动则使得导杂槽83内的刮板831在锥形加热面61上刮动，将附着的杂质刮除，且刮除的硫酸盐杂质沿导杂槽83落入到蒸发罐2的底部。
然后，冷凝罐3在增压泵221的作用下使其内部压力大于标准大气压，则使得硫酸的沸点增加，即使得气化的硫酸快速液化，且通过螺旋冷凝管51冷却形成低温硫酸并沉积在冷凝罐3的底部，高温气体硫酸在冷凝罐3中与螺旋冷凝管51换热，使得螺旋冷凝管51内的制冷剂受热，则变热的制冷剂在散热器5的循环下流动至螺旋预热管52内，通过接触换热使得从进液管11进入超声雾化器1的浓硫酸预热，高温气体硫酸大量进入冷凝罐3中，螺旋冷凝管51无法及时将高温气体硫酸完全冷凝，则未被冷凝的高温气体硫酸通过返流管31进入到超声雾化器1内再次循环，且返流管31通过超声雾化器1、雾化管12、蒸发罐2、蒸气管22和冷凝罐3形成气流循环，使得浓硫酸被反复精馏提纯。
最后，冷凝罐3底部的低温硫酸不断蓄积至一定程度时，液泵321启动，将低温硫酸通过排液管32泵入到储液箱4内存储，储液箱4上的泄压阀41泄压使得储液箱4内压力平衡，当储液箱4存满后，关闭定量开关阀111、增压泵221、液泵321和散热器5，然后打开排杂开关阀211，使得粉末状硫酸盐排出。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。