專(zhuān)利名稱(chēng)：多級(jí)篩孔板內(nèi)循環(huán)碳化塔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于重碳酸鹽生產(chǎn)領(lǐng)域的化工塔器設(shè)備。
背景技術(shù)：
純堿生產(chǎn)所用碳化塔普遍采用菌帽塔。其下段為7-12個(gè)冷卻水箱，水箱間有菌帽塔板。中、上段有20-25個(gè)菌帽塔板。這種塔板有碟形底板，中心開(kāi)一孔(少數(shù)廠在中心孔周?chē)鲩_(kāi)一圈稍小的孔)。底板上方覆有一個(gè)較小的倒碟形菌帽。生產(chǎn)時(shí)氣體與液體(晶漿)同時(shí)由菌帽與塔壁間的環(huán)隙和底板上的中心孔逆流通過(guò)，延長(zhǎng)了氣體與液體在塔內(nèi)的流動(dòng)路程，也延長(zhǎng)了氣體與液體的接觸時(shí)間，有利于吸收和反應(yīng)，生成重堿結(jié)晶。
這種菌帽塔板的缺點(diǎn)是①氣、液在同一通路中逆向通過(guò)，由于氣體的攪動(dòng)，造成上下塔板間液體的嚴(yán)重返混，降低了塔內(nèi)上下液體的濃度梯度和溫度梯度，從而降低了完成液的轉(zhuǎn)化率和食鹽利用率，降低了CO2氣體的吸收率。②由于氣體的攪動(dòng)，沒(méi)有平靜的結(jié)晶成長(zhǎng)區(qū)，不易得到大的結(jié)晶。③由于嚴(yán)重的液相縱向返混，降低了塔的中部溫度，對(duì)結(jié)晶的生長(zhǎng)及母液冷卻不利。④液相的返混降低了濃度梯度，減慢了反應(yīng)速率和塔的生產(chǎn)強(qiáng)度。
有的純堿廠將碳化塔中上部的菌帽塔板改成篩板(如山東濰坊堿廠和歐洲的某些堿廠)，篩板上均勻分布有Φ40mm-60mm的篩孔，開(kāi)孔率大大小于菌帽塔板。篩板邊緣有降液管。生產(chǎn)時(shí)氣體通過(guò)篩孔上升，液體通過(guò)降液管下降，各走自己通道，因此避免了液體在上下塔板間返混。而在每一塊塔板上，氣液之間強(qiáng)烈混合，進(jìn)行傳質(zhì)反應(yīng)，明顯提高了吸收強(qiáng)度和生產(chǎn)強(qiáng)度。
這種塔存在以下缺點(diǎn)①冷卻段中仍然采用菌帽塔板，而完成液的轉(zhuǎn)化率和食鹽利用率高低主要決定于冷卻段，而且冷卻段中會(huì)繼續(xù)產(chǎn)生細(xì)小結(jié)晶，因此這種塔對(duì)改善結(jié)晶提高轉(zhuǎn)化率的效果并不顯著。②篩板上液體沒(méi)有平靜的結(jié)晶生長(zhǎng)空間，影響結(jié)晶生長(zhǎng)。③氣體通過(guò)液層后沒(méi)有足夠的氣液分離空間，氣流夾帶液滴較多，影響塔板效率。
有的聯(lián)合制堿廠采用外冷式碳化塔(如我國(guó)的一些聯(lián)堿廠，日本旭硝子的新旭法)。這種塔在冷卻段設(shè)置多臺(tái)垂直列管式外冷卻器，當(dāng)一臺(tái)外冷器結(jié)疤后可倒換另外的外冷器繼續(xù)生產(chǎn)，已結(jié)疤的外冷器可以同時(shí)清洗，因此塔體可以長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)。塔體內(nèi)分段設(shè)置中央循環(huán)管，每段循環(huán)管外有氣體再分布裝置，氣體通過(guò)中央循環(huán)管外的環(huán)形空間上升，帶動(dòng)液體上升。在中央循環(huán)管內(nèi)的液體，由于不受氣體作用，重度大，向下自然流動(dòng)，形成液相的循環(huán)過(guò)程。這種較強(qiáng)的循環(huán)流動(dòng)有助于降低過(guò)飽和度，有利結(jié)晶生長(zhǎng)，可以獲得較好的結(jié)晶。
這種塔的缺點(diǎn)是①由于操作周期很長(zhǎng)，前期與后期的工藝指標(biāo)差距較大，后期結(jié)晶質(zhì)量差。②塔內(nèi)沒(méi)有嚴(yán)密間隔的塔板，液相的縱向返混較強(qiáng)，塔底的液相轉(zhuǎn)化率較低，因此這種塔還沒(méi)有在氨堿法生產(chǎn)廠應(yīng)用。
還有一種生產(chǎn)純堿的碳化方法和設(shè)備(中國(guó)專(zhuān)利CN1059883A)，他有2-3個(gè)噴射型環(huán)流反應(yīng)結(jié)晶段和一個(gè)由5-10塊笠帽式塔板組成的尾氣吸收段。每個(gè)環(huán)流反應(yīng)結(jié)晶段內(nèi)各設(shè)一根中心管、一個(gè)分離帽、一個(gè)集氣式噴咀和一個(gè)喇叭形氣體入口。各環(huán)流段之間有球形底隔開(kāi)，并設(shè)一根外部降液管和氣體聯(lián)通管。整個(gè)碳化過(guò)程由若干個(gè)這種塔串聯(lián)組成，前一塔取出的晶漿經(jīng)固液分離、吸氨和冷卻后再進(jìn)下一塔。各塔中不設(shè)冷卻裝置，而在外部冷卻。這一專(zhuān)利尚未見(jiàn)在大型堿廠中應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的將吸收工程、化學(xué)反應(yīng)工程、結(jié)晶工程中最先進(jìn)合理的技術(shù)應(yīng)用于碳化塔。使生產(chǎn)的重堿晶漿能夠直接用大型的推料式離心機(jī)進(jìn)行分離，使重堿水分由18-20％降低到10％左右；提高碳化塔的生產(chǎn)強(qiáng)度；提高NaCl轉(zhuǎn)化率。達(dá)到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)節(jié)能降耗的目的。
本實(shí)用新型的一種多級(jí)篩孔板內(nèi)循環(huán)碳化塔，其特征是中上段裝有10～16塊內(nèi)循環(huán)塔板5，下段為7～10個(gè)傳統(tǒng)碳化塔的冷卻水箱6，水箱間設(shè)菌帽7，在冷卻段設(shè)2-3個(gè)內(nèi)循環(huán)塔板5，其降液管4的下口插入菌帽7的帽蓋之下。
內(nèi)循環(huán)塔板5由碟式底板1、導(dǎo)流筒2、菌帽形帽蓋3及降液管4四部分組成；在大型塔中，塔板高徑比很小時(shí)也可不設(shè)導(dǎo)流筒，內(nèi)循環(huán)塔板5由碟式底板1、菌帽形帽蓋3及降液管4三部分組成。
碟式底板1邊緣固定在塔體上，四周以一定弧度向中間傾斜；碟式底板1中心區(qū)為水平篩孔板，篩孔直徑Φ30-Φ60，開(kāi)孔率0.5％～1.2％；內(nèi)循環(huán)塔板5帽蓋與菌帽塔板相同，邊緣呈鋸齒形；降液管4的截面為圓弧形或半圓形，其截面積為塔截面積的2％～4％，入口在碟式底板1的底板與帽蓋3之間，出口比下層降液管入口低30mm～50mm。
對(duì)一座直徑為D的碳化塔，導(dǎo)流筒2直徑為0.55～0.7D，高度為1/6～1/3導(dǎo)流筒直徑。
這種塔板氣體必須通過(guò)篩孔上升，液體通過(guò)降液管下降，阻止了塔內(nèi)液體在上下塔板間的返混。塔板上的液體受上升氣體的帶動(dòng)，在導(dǎo)流筒內(nèi)外強(qiáng)烈循環(huán)。導(dǎo)流筒內(nèi)主要是吸收區(qū)和反應(yīng)區(qū)，導(dǎo)流筒外主要是平靜的結(jié)晶生長(zhǎng)區(qū)，每一塊塔板實(shí)際上既是一個(gè)完全混合反應(yīng)器又是懸漿操作結(jié)晶器。由于帽蓋的作用，氣體從帽蓋邊緣齒縫中鼓泡上升至液面，既延長(zhǎng)了氣液接觸時(shí)間，又大大減少了氣體夾帶的液滴，有利于提高塔板效率。
操作過(guò)程母液由最上面一塊內(nèi)循環(huán)塔板5進(jìn)入，經(jīng)降液管逐次經(jīng)各塊塔板下降，與塔底上升的CO2氣體逆流接觸，混合吸收后溫度逐漸升高，經(jīng)反應(yīng)析出NaHCO3結(jié)晶，然后進(jìn)入冷卻段，被各個(gè)冷卻箱中的冷卻水逐漸降溫，同時(shí)在冷卻段的各個(gè)菌帽中繼續(xù)吸收CO2，析出結(jié)晶。由于冷卻段中有2-3個(gè)內(nèi)循環(huán)塔板5，冷卻段被分隔成3～4段，一方面提高了冷卻段中母液的溫度降，有利于冷卻結(jié)晶，同時(shí)強(qiáng)化了CO2吸收，最后，完成反應(yīng)的晶漿由塔底取出。CO2氣體由底圈8進(jìn)入，經(jīng)冷卻段及塔中上部的各塊塔板，與液相接觸吸收反應(yīng)后，尾氣由塔頂排出。
生產(chǎn)數(shù)天后，塔內(nèi)會(huì)有NaHCO3結(jié)疤，此時(shí)與傳統(tǒng)碳化塔一樣進(jìn)行倒塔清洗。
這種碳化塔吸收過(guò)程采用了較先進(jìn)的篩板和鼓泡相結(jié)合的形式。就化學(xué)反應(yīng)工程來(lái)說(shuō)采用最適宜于多級(jí)串聯(lián)可逆反應(yīng)的多級(jí)串聯(lián)完全混合反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)；就結(jié)晶過(guò)程來(lái)說(shuō)他是一組多級(jí)串聯(lián)混漿操作結(jié)晶器；就冷卻過(guò)程來(lái)說(shuō)，實(shí)現(xiàn)了多段逆流冷卻。這種結(jié)構(gòu)使碳化的所有過(guò)程達(dá)到了良好的狀態(tài)。
本實(shí)用新型適用于氨堿法、聯(lián)堿法及小蘇打生產(chǎn)的碳化結(jié)晶過(guò)程。
本發(fā)明的效果碳化過(guò)程包括CO2吸收，化學(xué)反應(yīng)，母液冷卻，NaHCO3結(jié)晶等過(guò)程，本實(shí)用新型較好地滿足了這些過(guò)程的要求。
篩板塔是吸收過(guò)程較好的塔型之一，明顯優(yōu)于菌帽塔。本發(fā)明不僅采用了篩板結(jié)構(gòu)，滿足了篩板塔的工藝條件，而且增加了帽蓋的鼓泡吸收作用和延長(zhǎng)了氣體的流動(dòng)路線，兼收了篩板和菌帽的優(yōu)點(diǎn)，因此其吸收強(qiáng)度高于篩板和其他塔板。
碳化過(guò)程的化學(xué)反應(yīng)是多級(jí)串并聯(lián)可逆反應(yīng)，其主反應(yīng)又是緩慢的液相反應(yīng)，必須具有足夠的液相容積。因此最理想的反應(yīng)設(shè)備是多級(jí)串聯(lián)完全混合反應(yīng)器。本發(fā)明較理想的阻止了液相縱向返混，而每一塊塔板內(nèi)進(jìn)行著強(qiáng)烈的攪拌，吸收和反應(yīng)，因此一塊塔板相當(dāng)于一個(gè)完全混合反應(yīng)器，全塔即是一組多級(jí)串聯(lián)完全混合反應(yīng)器。作為反應(yīng)器本發(fā)明優(yōu)于前述各種塔型，其CO2吸收率，NaCl轉(zhuǎn)化率以及生產(chǎn)強(qiáng)度都高于其他塔型。
降低碳化取出液溫度是提高NaCl轉(zhuǎn)化率的重要手段。本發(fā)明冷卻段中設(shè)有2-3個(gè)內(nèi)循環(huán)塔板，阻止了塔液返混，冷卻段中塔液的溫度梯度增大，尤其是冷卻段上部溫度明顯提高，因此提高了母液與冷卻水的溫差，提高了冷卻效率，從而提高了NaCl轉(zhuǎn)化率。
NaHCO3結(jié)晶質(zhì)量是碳化塔工作好壞的重要標(biāo)志。本發(fā)明的塔板結(jié)構(gòu)近似于遮導(dǎo)式結(jié)晶器，有吸收強(qiáng)烈的反應(yīng)區(qū)和平靜流動(dòng)的結(jié)晶區(qū)，懸漿在兩區(qū)域間快速循環(huán)，交替進(jìn)行著過(guò)飽和度的消長(zhǎng)，有利于結(jié)晶生長(zhǎng)。在塔中部和冷卻段上部，塔液溫度高于菌帽塔和外循環(huán)塔，因此取出液中結(jié)晶平均，粒徑大，結(jié)晶少，結(jié)晶質(zhì)量好。采用本發(fā)明技術(shù)可達(dá)到以下技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。
1.聯(lián)合制堿法采用本技術(shù)(1)重堿結(jié)晶平均粒徑大于120μm。
(2)母液當(dāng)量小于其他型式塔，生產(chǎn)強(qiáng)度高于其他塔型。
(3)每噸純堿的冷卻面積4.5m2左右。
2.氨堿法采用本技術(shù)(1)重堿結(jié)晶平均粒徑大于130μm。
(2)取出液NaCl轉(zhuǎn)化率、碳化塔生產(chǎn)強(qiáng)度均高于其他型式碳化塔。
(3)每噸純堿的冷卻面積5.5m2。
3.由于重堿結(jié)晶平均粒徑大，可以采用多級(jí)推料式離心機(jī)分離重堿晶漿，可以獲得以下經(jīng)濟(jì)效益(1)重堿水分18-20％降低到10％左右，可降低煅燒用中壓汽380kg，節(jié)省淡液蒸餾用汽35kg。
(2)可省去濾堿工序中真空泵、吹風(fēng)機(jī)等用電設(shè)備，可大幅度減少煅燒時(shí)返堿運(yùn)送量，因此可節(jié)省電耗約14度/純堿。
(3)僅以汽電兩項(xiàng)計(jì)算，可降低成本約35元/噸。


附圖1內(nèi)循環(huán)塔板結(jié)構(gòu)圖附圖2內(nèi)循環(huán)塔板結(jié)構(gòu)圖附圖3多級(jí)篩孔板內(nèi)循環(huán)碳化塔的整塔結(jié)構(gòu)圖具體實(shí)施方式
實(shí)施例1.用于聯(lián)合制堿的Φ2000碳化塔。
(1)內(nèi)循環(huán)塔板5由碟式底板1、導(dǎo)流筒2、菌帽形帽蓋3及降液管4四部分組成；碟式底板1邊緣固定在塔體上，四周以一定弧度向中間傾斜；對(duì)應(yīng)導(dǎo)流筒2的碟式底板1中心區(qū)為水平篩孔板；內(nèi)循環(huán)塔板5帽蓋與菌帽塔板相同，邊緣呈鋸齒形；降液管4的截面為圓弧形，其截面積為塔截面積的3.8％，其他尺寸塔內(nèi)徑Φ2000mm導(dǎo)流筒直徑Φ1300mm，高度300mm帽蓋直徑Φ1650mm，圓弧半徑R4500mm底板開(kāi)孔率1.2％，篩孔Φ40mm，孔數(shù)30個(gè)在篩孔區(qū)內(nèi)均布降液管，圓弧形，圓弧弦長(zhǎng)1000mm，降液管寬度120mm，入口高出篩板400mm，出口比下層降液管入口低50mm。塔板間距840mm，篩板至帽蓋下的液層高度為600mm(2)整塔結(jié)構(gòu)全塔有冷卻水箱七個(gè)，水箱間均有傳統(tǒng)菌帽，在第一、第四個(gè)水箱的菌帽上各設(shè)一個(gè)內(nèi)循環(huán)塔板，在冷卻段上部有14個(gè)內(nèi)循環(huán)塔板，頂部有兩個(gè)空圈及項(xiàng)蓋。塔底有一底圈，進(jìn)氣分布盆及底座。冷卻段高10.21m，上中段高14.29m，全塔總高24.5m。
母液從最上一塊塔板進(jìn)入，由底圈取出晶漿。下段CO2從底圈進(jìn)入，中段CO2從第四個(gè)水箱上部的菌帽進(jìn)入。尾氣從塔頂排出。
(3)效果(1)重堿結(jié)晶平均粒徑大于120μm。
(2)母液當(dāng)量小于其他型式塔，生產(chǎn)強(qiáng)度高于其他塔型。
(3)每噸純堿的冷卻面積4.5m2左右。
實(shí)施例2.用于氨堿法的Φ3200碳化塔(1)內(nèi)循環(huán)塔板5由碟式底板1、菌帽形帽蓋3及降液管4三部分組成；碟式底板1邊緣固定在塔體上，四周以一定弧度向中間傾斜；碟式底板1中心區(qū)為水平篩孔板，內(nèi)循環(huán)塔板5帽蓋與菌帽塔板相同，邊緣呈鋸齒形；降液管4的截面為圓弧形，其截面積為塔截面積的4％，其他尺寸塔內(nèi)徑Φ3200mm，不設(shè)導(dǎo)流筒帽蓋直徑Φ2700mm，底板開(kāi)孔率1.2％，篩孔Φ40mm，77個(gè)，篩孔均勻分布于底板中部Φ2000mm范圍內(nèi)。
降液管，圓弧形，弦長(zhǎng)2000mm，降液管寬160mm，入口高出篩板400mm。出口比下層降液管入口低50mm。
塔板間距1010mm，篩板至帽蓋下的液層高度650mm。
(2)整塔結(jié)構(gòu)全塔設(shè)高度為900mm的冷卻水箱10個(gè)，水箱間均有傳統(tǒng)菌帽，在第2、6個(gè)水箱的菌帽上各有一個(gè)內(nèi)循環(huán)塔板。在冷卻段以上有13塊內(nèi)循環(huán)塔板，頂部有兩個(gè)空圈及頂蓋。塔底有一底圈及底座。冷卻段高12.58m，中上段高15.69m，全塔總高28.27m。
(3)效果(1)重堿結(jié)晶平均粒徑大于130μm。
(2)取出液NaCl轉(zhuǎn)化率、碳化塔生產(chǎn)強(qiáng)度均高于其他型式碳化塔。
(3)每噸純堿的冷卻面積5.5m2左右。
權(quán)利要求1.一種多級(jí)篩孔板內(nèi)循環(huán)碳化塔，其特征是中上段裝有10～16塊內(nèi)循環(huán)塔板(5)，下段為7～10個(gè)傳統(tǒng)碳化塔的冷卻水箱(6)，水箱間設(shè)菌帽(7)，在冷卻段設(shè)2-3個(gè)內(nèi)循環(huán)塔板(5)，其降液管(4)的下口插入菌帽(7)的帽蓋之下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)循環(huán)碳化塔，其特征是內(nèi)循環(huán)塔板(5)由碟式底板(1)、導(dǎo)流筒(2)、菌帽形帽蓋(3)及降液管(4)四部分組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)循環(huán)碳化塔，其特征是內(nèi)循環(huán)塔板(5)由碟式底板(1)、菌帽形帽蓋(3)及降液管(4)三部分組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的內(nèi)循環(huán)碳化塔，其特征是碟式底板(1)邊緣固定在塔體上，四周以一定弧度向中間傾斜；碟式底板(1)中心區(qū)為水平篩孔板，篩孔直徑Φ30-Φ60，開(kāi)孔率0.5％～1.2％；內(nèi)循環(huán)塔板(5)帽蓋與菌帽的塔板相同，邊緣呈鋸齒形；降液管(4)的截面為圓弧形成半圓形，其截面積為塔截面積的2％～4％，入口在碟式底板(1)的底板與帽蓋(3)之間，出口比下層降液管入口低30mm～50mm。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型屬于重堿生產(chǎn)領(lǐng)域。本實(shí)用新型提供一種多級(jí)篩孔板內(nèi)循環(huán)碳化塔，其結(jié)構(gòu)為塔的中上段裝有10～16塊內(nèi)循環(huán)塔板5，下段為7～10個(gè)傳統(tǒng)碳化塔的冷卻水箱6，水箱間設(shè)傳統(tǒng)碳化塔的菌帽7，在冷卻段增設(shè)2－3個(gè)上述的內(nèi)循環(huán)塔板5，其降液管下口插入菌帽7的帽蓋之下，塔的底圈8(包括進(jìn)氣圈)塔頂空圈9與傳統(tǒng)碳化塔相同。其塔板5的結(jié)構(gòu)，由碟式底板1，導(dǎo)流筒2，菌帽形帽蓋3及降液管4四部分組成。采用本實(shí)用新型后，重堿結(jié)晶平均粒徑大于120μm以上。水分降到10％左右，可降低煅燒用中壓汽380kg，節(jié)省淡液蒸餾用汽35kg，節(jié)省電耗約14度/純堿。
文檔編號(hào)C01D7/00GK2687102SQ20042004790
公開(kāi)日2005年3月23日 申請(qǐng)日期2004年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月1日
發(fā)明者錢(qián)志奎 申請(qǐng)人:大連化工研究設(shè)計(jì)院