一種用于碳化法紅礬鈉生產的高效篩板碳化塔的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種用于碳化法紅礬鈉生產的高效篩板碳化塔，包括塔體，在所述塔體內沿其軸向設置有若干以液相為連續(xù)相的低開孔率且?guī)Ы狄汗艿暮Y板塔板，所述篩板塔板的開孔率為0.5～5%，在所述塔體下部設置有塔內或塔外管式冷卻機構，所述高效篩板碳化塔用于碳化法紅礬鈉生產中。本實用新型通過采用以液相為連續(xù)相、低開孔率帶降液管的高效篩板塔用于碳化法生產紅礬鈉，代替了傳統(tǒng)的碳化釜或氣相為連續(xù)相的碳化塔，大大提高了塔的吸收效率，使出塔尾氣二氧化碳濃度大幅降低，從而減少了CO2的消耗量，并減少了原料氣壓縮能耗，而且采用的冷卻機構能夠大大提高冷卻效率，塔內結疤減輕，塔的作業(yè)周期大幅提高，顯著降低建設周期和運行成本。
【專利說明】一種用于碳化法紅礬鈉生產的高效篩板碳化塔

【技術領域】
[0001]本實用新型屬于化工【技術領域】，特別涉及一種用于碳化法紅礬鈉生產的高效篩板碳化塔。

【背景技術】
[0002]鉻產品具備優(yōu)良的自身特性和不可替代性，廣泛應用于化工、輕工、冶金、機械、皮革、醫(yī)藥、航空航天等民用和軍事領域。
[0003]紅礬鈉可被加工成用于電鍍等行業(yè)的鉻酸酐，用于皮革行業(yè)的鉻鞣劑和復鞣劑，用于冶金和陶瓷等行業(yè)的氧化鉻，用于顏料行業(yè)的中鉻黃、紅礬鉀，醫(yī)藥行業(yè)的雙稀醇酮、吡啶羧酸鉻，飼料行業(yè)的草酸鉻、VK3以及汽車、飛機發(fā)動機制造業(yè)的金屬鉻等數百種產品，在化工、輕工、冶金、紡織、印染、機械、皮革、陶瓷、醫(yī)藥、飛機發(fā)動機制造以及外貿出口等行業(yè)，都有不可替代的作用。
[0004]長期以來，我國鉻鹽行業(yè)生產技術水平和裝備設施落后，清潔生產水平亟待提升。
[0005]鉻鹽清潔生產新工藝的開發(fā)和應用列入2011年版《產業(yè)結構調整指導目錄》鼓勵類。其中碳化法生產紅礬鈉技術為鉻鹽行業(yè)清潔生產技術推行應用技術，潛在普及率為無鈣焙燒產量的80%。
[0006]碳化法紅礬鈉生產中的碳化塔是核心設備。目前國內外碳化法生產紅礬鈉的碳化塔一般采用外部強制循環(huán)冷卻的碳化反應釜，或采用內設盤管冷卻的碳化塔。
[0007]采用碳化反應釜的一般在小規(guī)模工廠生產使用，反應釜內設攪拌器，0)2原料氣采用99%濃度，反應熱的移去采用以泵為推動力強制循環(huán)的外部冷卻方式，冷卻器多采用螺旋板或板式結構。由于反應釜大型化困難，一般采用多組反應釜串聯或并聯方式；反應熱的移除通過強制循環(huán)的外部冷卻器實現，過飽和度控制較困難，冷卻器冷卻面結疤速度很快，換熱器容易堵塞，換熱效率下降快，作業(yè)周期短；同時由于采用泵循環(huán)碳化液，大的結晶顆粒易被破碎，不利于后續(xù)固液分離；由于反應釜固液接觸時間短，除要求原料氣0)2濃度高，尾氣有近1/3的氣量循環(huán)加壓利用，以保證0)2的利用率，動力消耗高。
[0008]有的工廠采用內設盤管冷卻的碳化塔。塔內裝有多組冷卻盤管，每組冷卻管間設有氣體分布板。此類型碳化塔自下而上形成以氣相為連續(xù)相，與塔頂加入的中性液或預碳化液接觸反應。為防止堵塞結疤，沒有內部塔盤，氣液接觸面小、時間短、反應不充分，塔頂尾氣濃度高，原料利用率低。為了達到碳化完成液的規(guī)定碳化率，不得不犧牲塔的生產能力，造成設備利用率低，原料消耗高；而且塔內液體分布不均，會產生偏流，在冷卻管表面易產生局部過冷現象，導致冷卻管表面結疤嚴重，冷卻效率急劇下降，設備生產能力和操作周期均會受到較大影響。
[0009]針對目前碳化法紅礬鈉生產中的核心設備碳化反應釜或碳化塔存在的吸收率不高、操作周期短、原料消耗和動力消耗高的問題，開發(fā)吸收效率高、冷卻效果好、操作周期長的紅礬鈉碳化塔是目前提高紅礬鈉生產技術水平的重要課題。實用新型內容
[0010]本實用新型的發(fā)明目的在于:針對上述存在的問題，提供一種吸收效率高、冷卻效果好、操作周期長的用于碳化法紅礬鈉生產的高效篩板碳化塔。
[0011]本實用新型的技術方案是這樣實現的:一種用于碳化法紅礬鈉生產的高效篩板碳化塔，包括塔體，在所述塔體上部分別設置有進液口和出氣口，在所述塔體下部分別設置有進氣口和出液口，其特征在于:在所述塔體內沿其軸向設置有若干以液相為連續(xù)相的低開孔率且?guī)Ы狄汗艿暮Y板塔板，所述篩板塔板的開孔率為0.5?5%，在所述塔體下部設置有塔內或塔外管式冷卻機構，所述高效篩板碳化塔用于碳化法紅礬鈉生產中。
[0012]本實用新型所述的用于碳化法紅礬鈉生產的高效篩板碳化塔，其所述篩板塔板的開孔率為2.6?5%。
[0013]本實用新型所述的用于碳化法紅礬鈉生產的高效篩板碳化塔，其若干帶降液管的篩板塔板沿塔體軸向等間距分布，相鄰篩板塔板上的降液管以塔體的軸心為中心對稱分布。
[0014]本實用新型所述的用于碳化法紅礬鈉生產的高效篩板碳化塔，其在所述塔體下部采用塔內管式冷卻機構，所述塔內管式冷卻機構包括沿塔體軸向布置的至少兩組管式冷卻器，每個管式冷卻器沿塔體徑向設置且貫穿塔體，相鄰兩組管式冷卻器之間通過彎管連通。
[0015]本實用新型所述的用于碳化法紅礬鈉生產的高效篩板碳化塔，其在所述塔體內、相鄰兩組管式冷卻器之間設置有帶降液管的篩板塔板。
[0016]本實用新型所述的用于碳化法紅礬鈉生產的高效篩板碳化塔，其在所述塔體下部采用塔外管式冷卻機構，所述塔外管式冷卻機構包括管式冷卻罐，所述管式冷卻罐的頂部和底部分別通過管道與塔體連通形成自然循環(huán)冷卻結構。
[0017]本實用新型所述的用于碳化法紅礬鈉生產的高效篩板碳化塔，其在所述塔體內、與管式冷卻罐形成自然循環(huán)冷卻段中的篩板塔板上的降液管設置在其對應篩板塔板的軸心處。
[0018]本實用新型所述的用于碳化法紅礬鈉生產的高效篩板碳化塔，其所述碳化塔進氣口的氣體壓力范圍的表壓為0.6MPa?2.0MPa,進氣口的CO2氣體濃度范圍30%?99%。
[0019]本實用新型通過采用以液相為連續(xù)相、低開孔率帶降液管的高效篩板塔用于碳化法生產紅礬鈉，代替了傳統(tǒng)的碳化釜或氣相為連續(xù)相的碳化塔，大大提高了塔的吸收效率，使出塔尾氣二氧化碳濃度大幅降低，從而減少了 0)2的消耗量，并減少了原料氣壓縮能耗，而且采用的冷卻機構能夠大大提高冷卻效率，塔內結疤減輕，塔的作業(yè)周期大幅提高，顯著降低建設周期和運行成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本實用新型實施例1的結構示意圖。
[0021]圖2是本實用新型實施例2的結構示意圖。
[0022]圖中標記:I為塔體，2為進液口，3為出氣口，4為進氣口，5為出液口，6為降液管，7為篩板塔板，8為管式冷卻器，9為彎管，10為管式冷卻罐。

【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖，對本實用新型作詳細的說明。
[0024]為了使本實用新型的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0025]實施例1:如圖1所示，一種用于碳化法紅礬鈉生產的高效篩板碳化塔，包括塔體1，在所述塔體I上部分別設置有進液口 2和出氣口 3，在所述塔體I下部分別設置有進氣口 4和出液口 5，所述碳化塔進氣口 4的氣體壓力范圍的表壓為0.6MPa?2.0MPa，進氣口4的CO2氣體濃度范圍30%?99%。
[0026]在所述塔體I內沿其軸向設置有若干以液相為連續(xù)相的低開孔率且?guī)Ы狄汗?的篩板塔板7，該塔板當篩孔內氣速達到一定值后在塔板下面會形成一個氣墊層，從而阻止了塔液的軸向返混，提高了塔的吸收效率，而且該塔板可以保證氣液有足夠的接觸反應時間，氣流以高速通過篩孔，氣液在篩板上激烈反應，碳化反應速度加快；其中，若干帶降液管6的篩板塔板7沿塔體I軸向等間距分布，相鄰篩板塔板7上的降液管6以塔體I的軸心為中心對稱分布，所述篩板塔板7的開孔率為0.5?5%，在本實施例中，所述篩板塔板7的開孔率為2.6?5%，在所述塔體I下部設置有塔內管式冷卻機構，所述高效篩板碳化塔用于碳化法紅礬鈉生產中。該碳化塔中通過采用以液相為連續(xù)相、低開孔率帶降液管的高效篩板塔用于碳化法生產紅礬鈉，代替了傳統(tǒng)的碳化釜或氣相為連續(xù)相的碳化塔，大大提高了塔的吸收效率，可以采用低濃度的CO2氣源，如凈化后的煙道氣或窯氣，減少CO2的排放，提高紅礬鈉的清潔生產水平，而且使出塔尾氣二氧化碳濃度大幅降低，從而減少了 0)2的消耗量，并減少了原料氣壓縮能耗，而且采用的冷卻機構能夠大大提高冷卻效率，塔內結疤減輕，塔的作業(yè)周期大幅提高，顯著降低建設周期和運行成本。
[0027]其中，所述塔內管式冷卻機構包括沿塔體I軸向布置的五組管式冷卻器8，每個管式冷卻器8沿塔體I徑向設置且貫穿塔體1，相鄰兩組管式冷卻器8之間通過彎管9連通且等間距分布，在所述塔體I內、相鄰兩組管式冷卻器8之間設置有帶降液管6的篩板塔板7。該碳化塔采用的內管式冷卻機構冷卻效果好，代替了目前普遍使用的夾套冷卻、塔外螺旋板或板式冷卻以及塔內盤管冷卻，其通過控制冷卻強度和塔組流程設計，大大減輕了冷卻表面結疤速度，提高了冷卻效率，增長了塔的作業(yè)周期。
[0028]本發(fā)明的碳化塔自上而下連續(xù)形成紅礬鈉的濃度梯度，碳化液完成液中的碳酸氫鈉結晶顆粒粗大，使碳化完成液的固液比大幅提高，從而提高了碳化塔完成液的轉化率，BP碳化率，也提高了后續(xù)固液分離效率。本發(fā)明的碳化塔由于設計結構合理，氣液分布均勻，冷卻強度可根據生產負荷靈活調整，自上而下連續(xù)形成紅礬鈉的濃度梯度，符合結晶形成的機理。同時，在流程設計上可采用清洗塔+碳化塔串聯的方式，進塔碳化液先經過清洗塔，利用碳化液對NaHCO3非飽和的特點，對清洗塔進行結疤的清洗，避免單獨洗塔排水帶來的環(huán)保問題。
[0029]具體實施案例:直徑2m、高25m的紅礬鈉碳化塔，內設18塊篩板塔板，塔下部設5個內部管式冷卻器，冷卻面積240m2，采用窯氣為CO2氣源，日產紅礬鈉80?100噸，塔的作業(yè)周期達到72?96小時，碳化完成液的碳化率達90%以上，固液比達10?25%，碳酸氫鈉結晶粒徑達80?150 μ m。
[0030]實施例2:如圖2所示，在所述塔體I下部采用塔外管式冷卻機構，所述塔外管式冷卻機構包括管式冷卻罐10，所述管式冷卻罐10的頂部和底部分別通過管道與塔體I連通形成自然循環(huán)冷卻結構，在所述塔體I內、與管式冷卻罐10形成自然循環(huán)冷卻段中的篩板塔板7上的降液管6設置在其對應篩板塔板7的軸心處。其他與實施例1相同。
[0031]具體實施案例:原有直徑2.1m的碳化反應釜，容積10m3，內設攪拌器，外置螺旋換熱器F=40m2，強制循環(huán)泵Q=60m3，兩臺反應釜串聯運行，配套日產紅礬鈉133噸。原料氣采用純0)2氣，進氣壓力13barg。
[0032]采用本發(fā)明的篩板碳化塔進行改造，采用兩臺直徑1.6m碳化塔，內設20塊篩板，并在塔外下部分別新增一臺自然循環(huán)管式冷卻器，冷卻器直徑0.Sm，冷卻面積60m2。改造后的裝置生產能力不變，可取消原有循環(huán)泵和外置螺旋板換熱器，原料氣CO2可采用凈化后的窯氣，設備大型化，連續(xù)操作周期提升，使塔的作業(yè)周期達到72小時以上，碳化完成液的碳化率達90%以上，固液比達20?25%，碳酸氫鈉結晶粒徑達80?150 μ m，節(jié)約動力消耗，降低原料0)2氣的生產成本。
[0033]其中，上述兩種冷卻結構的篩板塔可同時在紅礬鈉碳化塔中使用，而且控制好冷卻強度，大大提高冷卻效率，在國內外還是首次。這種技術的使用，關鍵設備可以大型化，節(jié)約建設投資，使紅礬鈉碳化塔的技術性能有很大的提升。采用本發(fā)明的篩板碳化塔可顯著降低原料0)2及中性液消耗量，塔的生產能力提高，塔內結疤減輕，塔的作業(yè)周期大幅提高，顯著降低建設周期和運行費用。
[0034]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種用于碳化法紅礬鈉生產的高效篩板碳化塔，包括塔體(1)，在所述塔體(I)上部分別設置有進液口( 2 )和出氣口( 3 )，在所述塔體(I)下部分別設置有進氣口( 4 )和出液口(5)，其特征在于:在所述塔體(I)內沿其軸向設置有若干以液相為連續(xù)相的低開孔率且?guī)Ы狄汗?6)的篩板塔板(7)，所述篩板塔板(7)的開孔率為0.5?5%，在所述塔體(I)下部設置有塔內或塔外管式冷卻機構。
2.根據權利要求1所述的用于碳化法紅礬鈉生產的高效篩板碳化塔，其特征在于:所述篩板塔板(7)的開孔率為2.6?5%。
3.根據權利要求2所述的用于碳化法紅礬鈉生產的高效篩板碳化塔，其特征在于:若干帶降液管(6 )的篩板塔板(7 )沿塔體(I)軸向等間距分布，相鄰篩板塔板(7 )上的降液管(6)以塔體(I)的軸心為中心對稱分布。
4.根據權利要求1、2或3所述的用于碳化法紅礬鈉生產的高效篩板碳化塔，其特征在于:在所述塔體(I)下部采用塔內管式冷卻機構，所述塔內管式冷卻機構包括沿塔體(I)軸向布置的至少兩組管式冷卻器(8)，每個管式冷卻器(8)沿塔體(I)徑向設置且貫穿塔體(1)，相鄰兩組管式冷卻器(8)之間通過彎管(9)連通。
5.根據權利要求4所述的用于碳化法紅礬鈉生產的高效篩板碳化塔，其特征在于:在所述塔體(I)內、相鄰兩組管式冷卻器(8)之間設置有帶降液管(6)的篩板塔板(7)。
6.根據權利要求1、2或3所述的用于碳化法紅礬鈉生產的高效篩板碳化塔，其特征在于:在所述塔體(I)下部采用塔外管式冷卻機構，所述塔外管式冷卻機構包括管式冷卻罐(10)，所述管式冷卻罐(10)的頂部和底部分別通過管道與塔體(I)連通形成自然循環(huán)冷卻結構。
7.根據權利要求6所述的用于碳化法紅礬鈉生產的高效篩板碳化塔，其特征在于:在所述塔體(I)內、與管式冷卻罐(10)形成自然循環(huán)冷卻段中的篩板塔板(7)上的降液管(6)設置在其對應篩板塔板(7)的軸心處。
8.根據權利要求7所述的用于碳化法紅礬鈉生產的高效篩板碳化塔，其特征在于:所述碳化塔進氣口(4)的氣體壓力范圍的表壓為0.6MPa?2.0MPa。
【文檔編號】C01G37/14GK204224276SQ201420613816
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年10月23日 優(yōu)先權日:2014年10月23日
【發(fā)明者】周光耀, 李瑞峰, 李育亮 申請人:中國成達工程有限公司