專利名稱：高溫濃硫酸稀釋器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型為硫酸生產(chǎn)中對低溫位的吸收熱回收中一種裝置，特別是公開在該段中高溫濃硫酸稀釋器。
二背景技術(shù)：
硫酸行業(yè)發(fā)展至今，其生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)技術(shù)已達成熟和完善。隨著全球能源日趨緊張的形勢，充分利用生產(chǎn)過程中的余熱，是工業(yè)化生產(chǎn)中的重要部分。而硫酸生產(chǎn)過程中從單質(zhì)硫被氧化成SO2，再氧化為SO3，然后被水吸收成為硫酸，這三步主要反應(yīng)均是放熱反應(yīng)。根據(jù)反應(yīng)后的溫度分別劃為高溫位、中溫位和低溫位余熱。目前國外利用回收技術(shù)把這三部分的余熱回收已達到工業(yè)化程度，使余熱回收率達到95％以上。而國內(nèi)目前對高中溫余熱回收在技術(shù)、材料和設(shè)備上均達工業(yè)化程度，技術(shù)水平和國際同行接近，回收率約為總余熱的60～70％，但對低溫位的吸收熱的回收，國內(nèi)目前尚是空白，國內(nèi)硫酸行業(yè)對這部分余熱回收的理論和機理均有認識，關(guān)鍵問題是材料和設(shè)備尚跟不上回收工藝技術(shù)的要求。
早在上世紀的八十年代，美國孟山都環(huán)境化學公司就已開發(fā)成功硫酸生產(chǎn)中的低溫位余熱回收技術(shù)，稱其為HRS熱量回收系統(tǒng)，并獲得這項技術(shù)的專利權(quán)。在這個系統(tǒng)中也有一臺高溫濃硫酸的稀釋器，其結(jié)構(gòu)為“”形，下面二端分別進酸和進水。然后混合后進入垂直部分，進一步混合并吸收水，使酸濃得到稀釋。眾所周知，少量的水和濃硫酸接觸，水會迅速發(fā)熱、汽化而產(chǎn)生爆炸現(xiàn)象，受到設(shè)備結(jié)構(gòu)的限制，已至在用美國孟山都環(huán)境化學公司的高溫濃硫酸稀釋器，在加入水的時候，會產(chǎn)生很大的振動和噪音，由于加入的水分散性不好，液滴大，汽化后不能很快和濃酸混合被吸收，而需要有一定的時間才能達到稀釋酸的均勻相，從而造成設(shè)備較大，同時為防止設(shè)備因振動、搖晃而造成設(shè)備的疲勞損壞，盡管采用很多外加的固定架和支撐來穩(wěn)固稀釋器，但只能治表不能治根，成為生產(chǎn)經(jīng)營者必須隨時關(guān)心的重點。
三
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要是針對濃硫酸稀釋裝置的結(jié)構(gòu)和材料方面作了合理的設(shè)計，以達到最小程度的設(shè)備振動，并在極短的時間內(nèi)達到最大程度的水酸混合。眾所周知，在向濃硫酸中加入水的情況下，特別是向溫度高達攝氏200℃的濃硫酸中加水，水會迅速受熱汽化，體積瞬間膨脹1500多倍，產(chǎn)生爆炸現(xiàn)象(可以產(chǎn)生比向滾油鍋里加入水滴而產(chǎn)生爆濺現(xiàn)象更加激烈的情況)，同時在激烈汽化過程中，水被濃硫酸吸收，吸收水后的濃硫酸的濃度下降，這樣造成局部區(qū)域酸的濃度不均勻，為解決向200℃的濃硫酸中加水得到均相的稀硫酸，同時要避免其激烈的反應(yīng)，被加入的水能否瞬間被粉碎成微滴是關(guān)鍵的第一步。水的液滴越小，與濃酸接觸時其反應(yīng)能量越小，從而造成設(shè)備振動也越??；液滴越小，和濃酸接觸面越大，越迅速被酸吸收。第二步是吸收了水的稀酸和尚未吸收過水的濃酸一定要混合得好，并且要求在很短的時間內(nèi)完成，這是因為稀酸和濃酸對材料的腐蝕機理和性質(zhì)是完全不同的，混合不好，對設(shè)備選材會帶來很大的困難。本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的一種應(yīng)用于硫酸生產(chǎn)中對低溫位的吸收熱回收系統(tǒng)的高溫濃硫酸稀釋器，包括進酸結(jié)構(gòu)和加水結(jié)構(gòu)，其特征在于所述進酸結(jié)構(gòu)為一個與高溫硫酸直接接觸的是文氏管內(nèi)件，文氏管內(nèi)件的外徑為圓直筒形。內(nèi)徑由三部分組成，分別為收縮段、喉管段和擴散段，喉管段壁上設(shè)有進水小孔，高溫硫酸從文氏管內(nèi)徑經(jīng)過。本發(fā)明采用文氏管形式來達到粉碎水滴和使非均勻的酸混合變成均相酸的方法來達到減輕減小濃酸稀釋時的激烈反應(yīng)。同時在文氏管的結(jié)構(gòu)和造材上也具有獨特的設(shè)計構(gòu)思和合理應(yīng)用高新材料，發(fā)明內(nèi)容有以下幾點(1)高溫濃硫酸稀釋器采用文氏管形式，充分利用文氏管在粉碎、吸收和混合方面的特點。
(2)用于文氏管的材料必須要經(jīng)得住在200℃高溫的條件下，加水時產(chǎn)生的激烈反應(yīng)及耐各種濃度硫酸腐蝕。采用高等級Al2O3特種陶瓷，利用其耐溫、耐腐蝕及強度高的特點來滿足上述的特殊工況條件。
(3)在加水結(jié)構(gòu)上采用獨特的設(shè)計方法，在文氏管喉管段外側(cè)用聚四氟乙稀環(huán)形凹槽和喉管共同形成環(huán)形水腔，同時采用聚四氟乙稀密封環(huán)和填料來密封加水環(huán)形槽。
(4)高溫濃硫酸稀釋器的外殼采用特殊合金鋼和聚四氟乙稀內(nèi)襯，來保證整個稀釋器的強度和防止泄露。
本實用新型的有益效果是中國是世界產(chǎn)酸大國，硫酸產(chǎn)量目前是世界第一。硫酸生產(chǎn)有大量熱能產(chǎn)生，硫酸工業(yè)的先進性不僅體現(xiàn)在工藝技術(shù)上，余熱回收率是體現(xiàn)其先進性的另一面。當前國際上硫酸生產(chǎn)過程中的余熱回收率可以做到95％以上，而國內(nèi)目前在硫酸生產(chǎn)的技術(shù)面上和國外基本同步，但在余熱回收技術(shù)面上只能維持在65％左右，也就是說每生產(chǎn)一噸硫酸，少回收1Mpa壓力的蒸汽0.4噸。以一個30萬噸/年規(guī)模的生產(chǎn)裝置計，每年就有12萬噸1Mpa壓力的蒸汽可回收。以每噸蒸汽100元計，每年可產(chǎn)生經(jīng)濟效益是1200萬元。
本稀釋器是硫酸工業(yè)生產(chǎn)中低溫回收的一個關(guān)鍵設(shè)備，它能控制和調(diào)節(jié)整個系統(tǒng)硫酸的濃度，否則整個生產(chǎn)工藝系統(tǒng)就不能正常運轉(zhuǎn)，在生產(chǎn)工藝系統(tǒng)中有自動化的儀表控制，監(jiān)視硫酸的濃度，當硫酸濃度上升時，相應(yīng)的會有濃度信號產(chǎn)生，由DCS系統(tǒng)發(fā)出加水稀釋濃硫酸指令。本設(shè)備就是在接受到加水信號后，打開或調(diào)節(jié)進水閥，使水進入到高溫濃硫酸中，達到稀釋濃硫酸，使其維持在一個工藝需要的硫酸濃度的指標范圍內(nèi)。
四

圖為本實用新型結(jié)構(gòu)圖。
圖中1、文氏管內(nèi)件；2、環(huán)型凹槽；3、密封環(huán)；4、外管；5、防腐內(nèi)襯；6、填充料。
五具體實施方式
向溫度高達攝氏200℃的濃硫酸中加入水來稀釋濃硫酸的這個過程是一個激烈反應(yīng)的過程，其中還有一個酸濃不穩(wěn)定的過程。普通的金屬和非金屬耐腐材料是絕對經(jīng)不住攝氏200℃的濃硫酸的腐蝕的，而酸濃不穩(wěn)定使高溫硫酸腐蝕機理變得更為復(fù)雜。國內(nèi)尚未有這類設(shè)備成功用于工業(yè)化裝置中的報導。本發(fā)明就是根據(jù)這樣的特殊工況條件，采用有針對性的多層材料和獨特的結(jié)構(gòu)設(shè)計成的專門用于高溫高濃度硫酸的硫酸稀釋器。
其工作原理是高溫濃硫酸以一定的速度進入到本稀釋器的收縮段，在這里，硫酸的流速被快速提高十幾倍，流體內(nèi)的動能也急速聚斂，當?shù)竭_喉管處時，其流速和動能達到最高值，同時快速的流體與管壁形成負壓。按工藝要求加入的稀釋水從進水口進來先到環(huán)腔中，在水的原有壓力和局部負壓的雙重作用下，順利通過喉管壁上的小孔進入到具有高動能、高速流動的濃硫酸中。由于水和酸的體積比僅為1％左右，且兩種液體流動方向正好是垂直相交，通過小孔的水會被高速流動的酸切割和粉碎，分散成直徑很微小的水滴，微顆粒的水和硫酸接觸，瞬間汽化，同時被吸收，因水量少，產(chǎn)生的爆炸力度也會減弱，從而根除造成設(shè)備在稀釋時的巨大振動，同樣因水量少，汽化、吸收的時間會變得更為迅速。經(jīng)過喉管段后，隨即進入到擴散段，在這里，酸的流速會由快到慢，流體所攜帶的動能也由大到小，這也是一個能量釋放過程。多余的動能會使酸的流動變成相當激烈的渦流狀態(tài)。在這種渦流狀態(tài)下，酸濃不等的非均相會被很好的混合，當高溫濃酸和水進入和通過本稀釋器后，也就完成了整個高溫濃硫酸稀釋的工藝過程。
為保證上述過程的實現(xiàn)，本稀釋器有下面的幾點具體的實施方法①、與高溫硫酸直接接觸的文氏管內(nèi)件1，其外面為圓直筒形，內(nèi)徑由三部分組成，分別為收縮段、喉管段和擴散段，喉管段壁上開有進水小孔。使通過的高溫硫酸的流速有一個由慢提速到快，再減速到慢的過程。同時也使流體所攜帶的能量有一個聚斂和釋放的過程。本發(fā)明的要點就是利用酸的變速和能量變化，使加入的水被高溫濃酸切割、粉碎、吸收和非均相濃度的酸充分混合得到所要求的產(chǎn)品酸。文氏管內(nèi)件的材料選用高等級的Al2O3特種陶瓷。材料在耐溫、耐酸及強度方面是能滿足稀釋器的特殊工況要求的。但目前受加工工藝的限制，只能做成簡單的幾何形狀。
②、因在喉管壁徑向環(huán)線上開有多個進水小孔，而總進水管只有一個，為使水從外經(jīng)總管再通過小孔進入到高速流動的高溫濃硫酸中，本設(shè)計采用一個特殊的加水結(jié)構(gòu)在加水管段內(nèi)設(shè)計一個環(huán)形凹槽2，并和外鋼殼4設(shè)計為一體。環(huán)形凹槽和喉管外壁共同形成環(huán)形水腔。環(huán)形凹槽由聚四氟乙烯制成，為防止?jié)B漏，設(shè)計有多道密封環(huán)3，密封環(huán)的材料采用聚四氟乙烯，膨脹空隙用耐溫耐腐蝕材料稱為填充料6填充。
③、金屬外管4需要加防腐內(nèi)襯5形成防腐層，外管材料采用特殊合金鋼制成，內(nèi)襯材料采用聚四氟乙烯。
④、整臺稀釋器有一個支架，稀釋器和支架之間有橡膠防震墊，便于防震和整體安裝。
權(quán)利要求1.一種應(yīng)用于硫酸生產(chǎn)中對低溫位的吸收熱回收系統(tǒng)的高溫濃硫酸稀釋器，包括進酸結(jié)構(gòu)和加水結(jié)構(gòu)，其特征在于所述進酸結(jié)構(gòu)為一個與高溫硫酸直接接觸的是文氏管內(nèi)件，文氏管內(nèi)件的外徑為圓直筒形，內(nèi)徑由三部分組成，分別為收縮段、喉管段和擴散段，喉管段壁上設(shè)有進水小孔，高溫硫酸從文氏管內(nèi)徑經(jīng)過。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫濃硫酸稀釋器，其特征在于所述文氏管內(nèi)件圓直筒形外圍設(shè)有內(nèi)襯防腐層的金屬外管，文氏管內(nèi)件與金屬外管間空隙設(shè)置密封環(huán)，密封環(huán)間隔內(nèi)填充耐溫耐腐蝕材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高溫濃硫酸稀釋器，其特征在于所述的文氏管內(nèi)件喉管段壁上的進水小孔開有多個，分布在文氏管壁徑向環(huán)線上，總進水管只有一個，總進水管從金屬外管進入設(shè)有特殊的進水結(jié)構(gòu)，即在金屬外管與文氏管內(nèi)件間空隙內(nèi)有一個環(huán)形凹槽，環(huán)形凹槽和喉管外壁共同形成環(huán)形水腔。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高溫濃硫酸稀釋器，其特征在于所述的環(huán)形凹槽材料采用聚四氟乙稀，文氏管內(nèi)件材料采用Al2O3特種陶瓷，金屬外管采用不銹鋼，防腐層內(nèi)襯材料采用聚四氟乙稀。
專利摘要本實用新型為應(yīng)用在硫酸生產(chǎn)中對低溫位的吸收熱回收系統(tǒng)的高溫濃硫酸稀釋器，包括進酸結(jié)構(gòu)和加水結(jié)構(gòu)，其特征在于所述進酸結(jié)構(gòu)為一個與高溫硫酸直接接觸的是文氏管內(nèi)件，文氏管內(nèi)件的外徑為圓直筒形。內(nèi)徑由三部分組成，分別為收縮段、喉管段和擴散段，喉管段壁上設(shè)有進水小孔，高溫硫酸從文氏管內(nèi)徑經(jīng)過。本實用新型是硫酸工業(yè)生產(chǎn)中低溫回收的一個關(guān)鍵設(shè)備，以一個30萬噸/年規(guī)模的生產(chǎn)裝置計算，每年就有12萬噸1Mpa壓力的蒸汽可回收。以每噸蒸汽100元計，每年可產(chǎn)生經(jīng)濟效益1200萬元，推廣應(yīng)用是符合我國能源發(fā)展的方向。
文檔編號C01B17/00GK2804059SQ20052004301
公開日2006年8月9日 申請日期2005年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月30日
發(fā)明者洪玉麟, 崔華, 林震 申請人:上海奧格利環(huán)保工程有限公司