四氯化锗精馏塔及精馏方法与流程

本发明涉及高纯锗生产，更具体地说，涉及一种四氯化锗精馏塔及精馏方法。

背景技术：

1、目前，在高纯锗提纯生产中，通常利用四氯化锗与杂质的沸点差异，通过精馏塔内多次部分汽化和冷凝循环，使低沸点的四氯化锗在塔顶富集以得到高纯度产品。现有中小型工业量产型四氯化锗精馏塔高度通常在4-5米左右，其理论塔板数受限，难以通过单次或多次常规精馏实现将过渡金属杂质含量降至3ppb以下、氢杂质小于1ppm的极高纯度要求。此外，现有精馏塔的塔顶冷凝结构通常缺乏有效的缓冲分离与定向导流设计，容易导致未冷凝气体夹带冷凝液或产生气液返混，降低了气液传质效率；同时，常规玻璃材质塔节间的连接结构在应对系统热胀冷缩及装配应力时缺乏足够的柔性补偿与稳定抱紧能力，易引发密封失效或玻璃破损。

技术实现思路

1、在 技术实现要素： 部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

2、为至少部分地解决上述问题，本发明提供了一种四氯化锗精馏塔，包括：前置预处理装置、精馏装置和收集装置，精馏装置设有多个，多个精馏装置串联连接；前置预处理装置与位于首端的精馏装置的进料口连接，位于尾端的精馏装置的出料口与收集装置连接；精馏装置包括：塔釜，塔釜顶部与精馏塔柱连接，精馏塔柱顶部通过缓冲分离机构与塔顶冷凝器连接；缓冲分离机构上设有导气孔和冷凝液出口，精馏塔柱内的蒸气经缓冲分离机构的导气孔进入塔顶冷凝器；塔顶冷凝器的顶部设置有第一出口，第一出口通过管路连接有第一成品冷凝器；冷凝液出口通过第一斜管连接有回流比控制器，回流比控制器具有回流出口和采出出口，回流出口通过第二斜管连接至缓冲分离机构以将回流的冷凝液返回精馏塔柱内，采出出口通过管路连接有第二成品冷凝器。

3、进一步地，塔釜、精馏塔柱、缓冲分离机构、第一成品冷凝器、第二成品冷凝器和塔顶冷凝器均采用高硼硅玻璃材质制成。

4、进一步地，位于回流比控制器采出出口和第二成品冷凝器之间的管路上设有液封瓶，液封瓶内盛有密封液体形成液封，以防止系统负压时外部空气倒吸。

5、进一步地，塔顶冷凝器包括：设有第一出口的冷凝器壳体，冷凝器壳体内部安装有冷凝盘管；冷凝盘管的进口和出口均伸出至冷凝器壳体外部；缓冲分离机构包括：缓冲分离筒，缓冲分离筒的顶部和底部分别与冷凝器壳体和精馏塔柱可拆卸密封连接，缓冲分离筒中部一体式成型有分隔罩，分隔罩将缓冲分离筒内部间隔为上部冷凝区和下部导气区；分隔罩顶部中间固定有顶部封闭的导气管，导气管侧壁开设有导气孔；缓冲分离筒侧壁的冷凝液出口与上部冷凝区连通；冷凝液出口的水平高度低于导气孔且高于分隔罩，并通过第一斜管与回流比控制器连接；回流出口处连接的第二斜管插入至下部导气区内，以使回流的冷凝液回落至精馏塔柱；缓冲分离筒侧壁设有测温口，测温口内密封固定有插入下部导气区内的测温传感器。

6、进一步地，缓冲分离筒内的分隔罩由外向中心向上凸起形成弧面，以使聚集的冷凝液由中心向缓冲分离筒侧部的冷凝液出口流动。

7、进一步地，缓冲分离机构还包括：位于导气管内的中心导流柱，中心导流柱上端与冷凝液防护罩底部倒锥形柱体固定连接，冷凝液防护罩罩设于导气管上方；中心导流柱下端与锥体顶部内螺纹孔螺纹连接；冷凝液防护罩底部倒锥形柱体压合在导气管封闭端的倒锥形圆孔内，倒锥形柱体最底端的水平高度低于导气管封闭端的水平高度；锥体底部为朝下平面以形成一级撞击面，锥体外锥面设有环形槽，环形槽底部设有若干纵向锥形通孔，纵向锥形通孔上方直径大于下方直径；锥体外锥面与导气管内壁之间形成下宽上收窄的进气通道，蒸气撞击锥体底部平面后进入进气通道并向上加速，再进入中心导流柱与导气管之间的环隙撞击导气管顶部封闭端；中心导流柱外壁设有引导槽，引导槽将环隙内分离液导向锥体外锥面；测温传感器经缓冲分离筒侧壁伸入进气通道内。

8、进一步地，导气管与分隔罩一体成型；导气管侧壁的导气孔内侧固定有侧孔锥形嘴，侧孔锥形嘴的宽口与导气孔连通、尖端朝导气管内部收拢；缓冲分离筒、导气管、分隔罩和侧孔锥形嘴由高硼硅玻璃制成，冷凝液防护罩、中心导流柱及锥体由聚四氟乙烯制成。

9、进一步地，缓冲分离机构和塔顶冷凝器之间采用耐腐蚀软连接件连接；耐腐蚀软连接件包括：端座、螺杆、张紧弹簧和柔性连接管；两个端座分别抱紧密封固定在冷凝器壳体底部和缓冲分离筒顶部，且两个端座卡设在冷凝器壳体底部突出环和缓冲分离筒顶部突出环的外侧；冷凝器壳体和缓冲分离筒之间通过柔性连接管密封连接；多个螺杆均匀环绕穿设在两个端座之间，螺杆上螺纹连接的螺母卡设在一个端座的外侧，螺杆的端头与另一个端座外侧面之间通过套设于螺杆的张紧弹簧连接。

10、进一步地，塔釜为一体式夹套反应釜结构，配置有加热循环器，加热循环器通过夹套对塔釜内的物料进行导热油循环加热。

11、进一步地，精馏塔柱由若干标准长度的塔节通过可拆卸的耐腐蚀软连接件依次拼接构成，塔节内填充有玻璃弹簧填料；塔釜顶部与精馏塔柱之间、精馏塔柱和缓冲分离机构之间、缓冲分离机构和塔顶冷凝器之间均采用耐腐蚀软连接件可拆卸密封连接。

12、本发明还提供了一种精馏方法，应用于上述任一项所述的一种四氯化锗精馏塔，该方法包括以下步骤：

13、s1、前置预处理：将粗四氯化锗在前置预处理装置中加入浓硫酸进行初蒸以去除有机杂质，初蒸温度控制在80-90℃，时长2-2.2小时，初蒸产物加入分析纯盐酸并通入氯气完成复蒸以深度脱除过渡金属杂质，复蒸产物加入浓硫酸进行二次消解蒸馏以进一步去除残留的有机和金属杂质，预处理合格产物送入首端精馏装置；

14、s2、精馏：预处理合格产物在多个串联的精馏装置中连续精馏，精馏时，加热塔釜使四氯化锗汽化，塔釜温度控制在100℃以上，蒸气沿精馏塔柱上升与塔顶回流的液体完成气液传质实现组分分离，塔顶温度稳定在83-86℃，四氯化锗蒸气经缓冲分离机构的导气孔单向进入塔顶冷凝器冷凝，未冷凝气体经塔顶冷凝器顶部的第一出口进入第一成品冷凝器二次冷凝回收，冷凝液经缓冲分离机构的冷凝液出口和第一斜管流入回流比控制器，通过回流比控制器控制回流比在4:1至14:1区间，将冷凝液分配为回流液和采出液，回流液经回流比控制器的回流出口和第二斜管返回缓冲分离机构并回落至精馏塔柱继续气液传质，采出液经回流比控制器的采出出口和第二成品冷凝器冷却后收集，位于尾端的精馏装置输出产品；

15、s3、收集：尾端精馏装置输出的产品送入收集装置，通过在线取样检测确认纯度达标后储存。

16、相比现有技术，本发明至少包括以下有益效果：本发明采用多个精馏装置串联，配合浓硫酸初蒸、盐酸通氯复蒸及浓硫酸二次消解蒸馏的前置预处理，在进入精馏系统前先行脱除有机杂质和过渡金属杂质，降低后续分离负荷，串联叠加的各精馏装置回流比可独立调节，提高整体分离能力，有利于将过渡金属杂质与氢杂质控制在更低水平；缓冲分离机构在精馏塔柱与塔顶冷凝器之间形成缓冲空间，蒸气经锥体底面一级撞击、下宽上窄的进气通道加速、环隙内二级撞击后由导气孔导出，夹带的液沫被撞落并经环形槽、锥形通孔及引导槽汇集回流，上部冷凝区与下部导气区由分隔罩隔开，回流液经第二斜管直接回落至下部导气区，减少未冷凝气体夹带冷凝液与气液返混，有利于提高气液传质效率。

17、为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。