脱硝石膏洁净装置及方法与流程

本发明属于石膏洁净领域，尤其涉及脱硝石膏洁净装置及方法。

背景技术：

卤水脱硝，利用冷冻法来脱去盐卤水中的硫酸根离子，具有能耗高，设备投入大的特点，化学法脱硝作为碱厂的一种新型的脱硝方式，即在盐卤水中加入钙离子溶液，从而结晶形成二水硫酸钙固体(石膏)，通过固液分离，去除包含硫酸根的固体石膏，从而达到脱出盐卤液中硫酸根的目的，但产出的固体石膏，却因高含盐分，无法得到有效的利用。需要后续的分离，洁净工艺方可生产出可供下游产业使用合格的石膏，同时又要满足盐卤液不被稀释的目的。

现有的脱硝石膏洁净装置结构示意图如图1所示，其由常规结晶器3，旋流器4，真空皮带机5组成。但现有的脱硝石膏洁净装置和工艺的固液分离效果，固体清洗效果和分离的稀释的滤液都无法达到实际工业期望的水平。

技术实现要素：

一方面，本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处而提供了可调节式化学石膏结晶反应器，本发明的可调节式化学石膏结晶反应器可有效的控制石膏晶体的大小，进而实现良好的固液分离，提高了后续脱水的效率及清洗效果。

本方采用的技术方案为：可调节式化学石膏结晶反应器，包括锥形反应器本体，锥形反应器本体的内腔由自上而下固定的两个竖隔板分隔形成位于中间的结晶反应区和位于两侧的澄清分离区，竖隔板的底部与锥形反应器本体的底部留有间隙，结晶反应区设有反应液入口和第一溢流返回液入口，澄清分离区的上部设有溢流出口，锥形反应器本体底端的浆液出口与第一水力旋流器的进料口连通，第一水力旋流器的上溢流口与第一溢流返回液入口连通，第一水力旋流器的底端设有排料口。

所述第一水力旋流器的上溢流口与第一溢流返回液入口通过一级溢流返回管道连通，一级溢流返回管道的一端伸入所述结晶反应区，为了使得获取的晶体颗粒大小更为均匀，一级溢流返回管道的端头应设于反应器相对低的部位(例如，中部以下区域)，具体位置视晶体所需大小而定。

作为对上述技术方案的进一步改进，所述结晶反应区内还设有搅拌器。搅拌器优选为调速搅拌器。搅拌器的设置可使得反应物均匀混合接触，提高反应速度。

作为对上述技术方案的进一步改进，所述结晶反应区还设有压缩空气吹扫管，压缩空气吹扫管的底端临近所述锥形反应器本体的锥形底部。优选地，压缩空气吹扫管上设有调节阀。压缩空气吹扫管的设置在结晶反应中起到辅助作用，对于结晶反应器底部及壁上的结垢，可以起到吹扫清除的作用。

作为对上述技术方案的进一步改进，所述可调节式化学石膏结晶反应器还包括第二水力旋流器，第二水力旋流器的进料口与所述第一水力旋流器的排料口连通，中间由泵加压将第一水力旋流器排出的料液泵入第二水力旋流器，第二水力旋流器的底端设有排料口；

所述结晶反应区设有第二溢流返回液入口，第二水力旋流器的上溢流口与第二溢流返回液入口连通。所述第二水力旋流器的上溢流口与第二溢流返回液入口通过二级溢流返回管道连通，二级溢流返回管道的一端伸入所述结晶反应区，为了使得获取的晶体颗粒大小更为均匀，二级溢流返回管道的端头应设于反应器相对低的部位(例如，中部以下区域)，具体位置视晶体所需大小而定。

由于石膏反应溶液有不同特性，导致结晶区间及时间不同，为了实现在不同的反应溶液条件下生成较为理想的晶体，保持优良的固液分离效果，提升反应器的可调节性，本发明的结晶反应器还设有第二水力旋流器。

另一方面，本发明还提供了脱硝石膏洁净装置，包括所述的可调节式化学石膏结晶反应器和分段式真空皮带脱水机，分段式真空皮带脱水机包括多孔橡胶皮带、进料装置、滤饼洗涤装置，多孔橡胶皮带在皮带驱动轮的驱动下从上游至下游传动，进料装置设于多孔橡胶皮带的上游，多孔橡胶皮带的下方设有真空盒，真空盒中由隔板分为第一脱水区和第二脱水区，其中第一脱水区用于对待处理的浆液进行真空抽吸脱水形成滤饼，分离的滤液进入第一脱水区，第二脱水区用于对经滤饼洗涤装置喷淋后的滤饼进行真空抽吸脱水，分离的洗涤液进入第二脱水区；真空盒下方、沿多孔橡胶皮带的传动方向依次设有第一气液集管和第二气液集管，第一气液集管和第二气液集管分别与真空盒的第一脱水区和第二脱水区连通，第一气液集管的出液口与第一气液分离罐的气液进口连通，第二气液集管的出液口与第二气液分离罐的气液进口连通，第一气液分离罐和第二气液分离罐的出气口分别与真空泵的抽气口连通，第一气液分离罐和第二气液分离罐还分别设有出液口；滤饼洗涤装置位于与所述第二气液集管对应的多孔橡胶皮带上方的相应位置处；

可调节式化学石膏结晶反应器的第一水力旋流器的排料口与进料装置的进料口连通；

可调节式化学石膏结晶反应器的结晶反应区还设有真空皮带滤液返回入口，真空皮带滤液返回入口与第一气液分离罐的出液口连通。

作为对上述技术方案的进一步改进，所述多孔橡胶皮带的横截面为槽形，所述出液孔设于其底部，所述滤布支撑在多孔橡胶皮带的上部。多孔橡胶皮带上部用于支撑滤布，下部形成真空室，为过滤提供通畅的排液通道，气液两相流动阻力小，抽滤时具有良好的气密性，从而获得较高的真空推动力。

作为对上述技术方案的进一步改进，所述滤料清洗装置包括冲洗管路、水泵、水箱和设置在多孔橡胶皮带上方的分布器，冲洗管路的一端与分布器连接，其另一端通过水泵与水箱连接。

作为对上述技术方案的进一步改进，所述分布器与所述水泵之间的冲洗管路上安装有可调节式流量计。可调节式流量计使得分段式真空皮带脱水机具有准确的可调节性，即高效又节约。

作为对上述技术方案的进一步改进，所述分布器设有两个，两个分布器沿多孔橡胶皮带的传动方向并行排列。

又一方面，本发明还提供了一种脱硝石膏洁净方法，包括以下步骤：

1)将盐卤水、钙离子溶液从所述的脱硝石膏洁净装置的反应液入口注入脱硝石膏洁净装置的结晶反应区，盐卤水、钙离子溶液反应后得到的浆液从浆液出口进入第一水力旋流器；

2)第一水力旋流器对浆液进行浓缩，并对其中的固体根据粒径大小进行分割；经第一水力旋流器分离后形成的浆料从第一水力旋流器的出料口进入分段式真空皮带脱水机，经第一水力旋流器分离后形成的相对较小的晶体颗粒经第一水力旋流器的上溢流口进入结晶反应区继续长大；或

经第一水力旋流器分离后形成的浆料从第一水力旋流器的出料口进入第二水力旋流器，经第一水力旋流器分离后形成的相对较小的晶体颗粒经第一水力旋流器的上溢流口进入结晶反应区继续长大；经第二水力旋流器再次分离后形成的浆料从第二水力旋流器的出料口进入分段式真空皮带脱水机，经第二水力旋流器再次分离后形成的相对较小的晶体颗粒经第二水力旋流器的上溢流口进入结晶反应区继续长大；

3)分段式真空皮带脱水机的真空盒的第一脱水区对其上方的浆液进行真空抽吸脱水，直至生成的滤饼上方无液体，脱水后分离的滤液和气体随后依次进入第一气液集管、第一气液分离罐，最终滤液返回至脱硝石膏洁净装置的结晶反应区或去下游环节，气体被真空泵抽走；脱水后分离的滤饼传送至第二脱水区，开启滤饼洗涤装置对滤饼进行清洗，经第二脱水区的真空抽吸作用，分离的洗涤液和气体进入第二脱水区，随后依次进入第二气液集管、第二气液分离罐，最终洗涤液流至洗涤液收集器，气体被真空泵抽走。

石膏晶体的大小形状，对于石膏制品的物理性能差异很大。在所述的脱硝石膏洁净方法中，水力旋流器起到对晶体颗粒大小进行分级的作用，而将水力旋流器分离的溢流返回液中的晶体颗粒返回至结晶反应区是影响结晶颗粒的大小与结晶速度的关键。而现有的脱硝石膏洁净装置未对反应器本体进行分区，影响了结晶颗粒的大小与结晶速度。

相对于现有技术，本发明的有益效果为：

1)本发明的脱硝石膏洁净装置由可调节式化学石膏结晶反应器和分段式真空皮带脱水机组成，可调节式化学石膏结晶反应器可有效的控制石膏晶体的大小，进而实现充分的固液分离，提高了分段式真空皮带脱水机的脱水的效率及滤饼清洗效果，得到的滤饼更能满足建材行业、石膏制品行业、无机新材料等下游产业的使用需求；

2)本发明的脱硝石膏洁净装置的分段式真空皮带脱水机采用了分段式设计，既可实现对于含固浆液的分离，又可以保证分离的滤液不被污染与稀释，同时保证分离出的固体滤饼得到充分的清洗及脱水。分段式真空皮带脱水机的滤料清洗装置采用带计量的组合式喷淋系统时，具有准确的可调节性，即高效又节约。

附图说明

图1为现有的脱硝石膏洁净装置结构示意图；

图2为本发明脱硝石膏洁净装置结构示意图；

图3为本发明脱硝石膏洁净装置的分段式真空皮带脱水机的结构示意图；

图4为本发明脱硝石膏洁净装置的滤料清洗装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明的目的是解决碱厂副产脱硝石膏质量提纯，脱出盐份，以满足下游产业的使用需求，同时保证原始盐卤液不被稀释，用于本体下游生产所需，确保达到充分的固液分离的目的。

本发明的一个核心，是固液混合浆液分离，并且通过调节生成石膏晶体的大小，达到有助于固液分离的效果，对于滤清液有特殊要求，同时对于分离出的固体进行洁净除盐处理而设计发明的装置及工艺。

通常的真空皮带脱水机，仅注重于脱水效果，脱水后的固体潮湿度等，而对于脱水后的滤清液没有关注。本发明在原有的真空皮带脱水机的基础上，重新设计了分段式真空脱水体系，结合可调节式石膏结晶反应器共同组成了一个工艺整体，可以同时满足对于液固分离的要求，固体(滤饼)水洗除杂质(盐份)的要求，又能满足对于滤清液不被稀释与污染的要求。同时通过调整石膏晶体生成的大小达到固液分离的最优效果。并且创新使用带计量的组合式喷淋系统，可以高效，节约的达到清洗效果。

为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明的脱硝石膏洁净装置，包括可调节式化学石膏结晶反应器1和分段式真空皮带脱水机2，可调节式化学石膏结晶反应器1包括锥形反应器本体11，锥形反应器本体11的内腔由自上而下固定的两个竖隔板12分隔形成位于中间的结晶反应区13和位于两侧的澄清分离区14，竖隔板12的底部与锥形反应器本体11的底部留有间隙；结晶反应区13设有反应液入口和第一溢流返回液入口，反应溶液加入管131从反应液入口伸入结晶反应区13；在本实施例中，结晶反应区13还设有真空皮带滤液返回入口；澄清分离区14的上部设有溢流出口141，锥形反应器本体11底端的浆液出口与第一水力旋流器15的进料口连通，第一水力旋流器的上溢流口与第一溢流返回液入口通过一级溢流返回管道151连通，第一水力旋流器15的底端设有排料口，第一水力旋流器15的排料口与分段式真空皮带脱水机2的进料口连通，在本实施例中，第一水力旋流器15的排料口与分段式真空皮带脱水机2的第一进料口连通。所述第一水力旋流器的上溢流口与第一溢流返回液入口通过一级溢流返回管道连通，一级溢流返回管道的一端伸入所述结晶反应区，为了使得获取的晶体颗粒大小更为均匀，一级溢流返回管道的端头应设于反应器相对低的部位(例如，中部以下区域)，具体位置视晶体所需大小而定。第一水力旋流器是可以调节的，视下游石膏工业对于石膏晶体大小的需求，来调节。

进一步地，所述结晶反应区13还设有搅拌器17。搅拌器17优选为调速搅拌器。搅拌器17的设置可使得反应物均匀混合接触，提高反应速度。

进一步地，所述结晶反应区13还设有压缩空气吹扫管18，压缩空气吹扫管18的底端临近所述锥形反应器本体11的锥形底部。优选地，压缩空气吹扫管18上设有调节阀。压缩空气吹扫管的设置在结晶反应中起到辅助作用，对于结晶反应器底部及壁上的结垢，可以起到吹扫清除的作用。

进一步地，所述可调节式化学石膏结晶反应器1还包括第二水力旋流器16，第二水力旋流器16的进料口与所述第一水力旋流器15的排料口连通，中间由泵加压将第一水力旋流器排出的料液泵入第二水力旋流器，第二水力旋流器16的底端设有排料口，第二水力旋流器16的排料口与分段式真空皮带脱水机2的第二进料口连通；

所述结晶反应区13设有第二溢流返回液入口，第二水力旋流器16的上溢流口与第二溢流返回液入口通过二级溢流返回管道161连通，二级溢流返回管道161伸入结晶反应区13内，为了使得获取的晶体颗粒大小更为均匀、稳定，第二溢流返回液管的端头应设于反应器相对低的部位(例如，中部以下区域)，具体位置视晶体所需大小而定。由于石膏反应溶液特性，导致结晶区间及时间不同，为了实现在不同的反应溶液条件下保持优良的固液分离效果及所需的晶体大小，提升反应器的运行可调节性，本发明的结晶反应器还设有第二水力旋流器。第二水力旋流器16的的进料口与所述第一水力旋流器15的排料口之间设有调节阀，用于控制经第一水力旋流器浓缩后形成的浆料进入第二水力旋流器16。第二水力旋流器同样是可以调节的，视下游石膏工业对于石膏晶体大小的需求，来调节。

如图2所示，分段式真空皮带脱水机2包括多孔橡胶皮带21，其上支撑有滤布，其底部设有出液孔，多孔橡胶皮带21在皮带驱动轮的驱动下带动滤布从上游至下游传动，以辅助完成滤布上的浆料在不同位置处的处理操作，具体地，所述多孔橡胶皮带21的横截面为槽形，上部用于支撑滤布，下部形成真空室，为过滤提供通畅的排液通道，气液两相流动阻力小，抽滤时具有良好的气密性，从而获得较高的真空推动力；进料装置23，其设于多孔橡胶皮带21的上游，进料口设于多孔橡胶皮带21的上方，在本实施例中，进料口设有两个，分别为第一进料口和第二进料口；以及滤饼洗涤装置24；多孔橡胶皮带21的下方设有真空盒22，真空盒22由隔板221分为第一脱水区222和第二脱水区223，其中第一脱水区222用于对待处理的浆液进行真空抽吸脱水直至多孔橡胶皮带21上的浆液水迹线消失形成滤饼(也即滤饼上方无液体)，分离的滤液进入第一脱水区222，第二脱水区223用于对滤饼洗涤装置喷淋后的滤饼进行真空抽吸脱水，分离的洗涤液进入第二脱水区223；真空盒22下方、沿多孔橡胶皮带21的传动方向依次设有第一气液集管25和第二气液集管26，第一气液集管25和第二气液集管26分别与真空盒22的第一脱水区222和第二脱水区223连通；需要说明的是，隔板221需要将真空盒22中间隔断，从而避免滤液相互污染；第一气液集管25的出液口与第一气液分离罐27的气液进口连通，第二气液集管26的出液口与第二气液分离罐28的气液进口连通，第一气液分离罐27和第二气液分离罐28的出气口分别与真空泵29的抽气口连通，需要说明的是，真空泵可共用一台，另外为了加大抽真空能力，亦可选用两台真空泵分别连接对应的第一气液分离罐和第二气液分离罐。第一气液分离罐27和第二气液分离罐28还分别设有出液口，在本实施例中，第一气液分离罐27的出液口可与可调节式化学石膏结晶反应器1的真空皮带滤液返回入口通过真空皮带滤液返回管道132连通；亦可直接去到下游工艺环节，(视对于滤液品质要求而定)。滤饼洗涤装置24位于与所述第二气液集管26对应的多孔橡胶皮带21上方的相应位置处；

进一步地，如图3所示，所述滤料清洗装置包括冲洗管路31、水泵(未示出)、水箱(未示出)和设置在多孔橡胶皮带上方的分布器32，冲洗管路31的一端与分布器32连接，其另一端通过水泵与水箱连接。

更进一步地，所述分布器32与所述水泵之间的冲洗管路31上安装有可调节式流量计33。可调节式流量计使得分段式真空皮带脱水机具有准确的可调节性，即高效又节约。具体地，所述分布器设有两个，两个分布器沿多孔橡胶皮带的传动方向并行排列。视洁净效果，可增加分布器的个数。

分段式真空皮带脱水机对送入其中的浆液通过真空抽吸达到脱水目的，具体处理过程具体如下：浆液通过进料装置被分布在滤布上，当浆液传送至第一气液集管处时，第一气液集管对其上方的浆液进行真空抽吸脱水直至生成的滤饼上方无液体，脱水后的浆液形成固体滤饼，脱水后分离的滤液和气体(即空气)经多孔橡胶皮带的出液孔流入第一气液集管，随后进入第一气液分离罐，滤液经第一气液分离罐的出液口最终至脱硝石膏洁净装置的结晶反应区，或直接去到下游工艺线，(视对于滤液品质要求而定)，气体被真空泵抽走；当滤饼被传送至第二气液集管处时，开启滤饼洗涤装置对滤饼进行清洗，经第二气液集管的真空抽吸作用，分离的洗涤液和气体进入第二气液集管，随后进入第二气液分离罐，最终洗涤液流至洗涤液收集器(而不是与滤液混合，对滤液进行稀释)，气体被真空泵抽走，最终浆液被分段式真空皮带脱水机清洗脱水后形成合格的滤饼在卸料区经卸料斗落入石膏仓。

本发明的分段式真空皮带脱水机根据真空吸收的特性，将固液混合浆液脱水，滤饼上方无液体时(即浆液水迹线消失)，将气液集管进行分段，即形成第一气液集管与第二气液集管，同时对应的配置第一气液分离罐和第二气液分离罐，进行气液分离，气液分离的真空泵可共享，亦可分别配置。

在第一气液集管对应的多孔橡胶皮带上，固液混合浆液经过真空抽吸，滤液进入第一气液集管，固体留在滤布上，此时，被抽取的滤液未经任何外来物质的添加或干扰，直接去下游工艺环节，满足滤液不被污染或被稀释的要求。留在滤布上的固体，称为滤饼，随着多孔橡胶皮带前进进入第二段，即第二气液集管对应的皮带上段。此时装配的两段滤饼冲洗线(即滤饼洗涤装置，可水洗)，开启，可对滤饼进行清洗，洗去固体滤饼中残留的可溶性物质，如可溶性盐等，为了达到下游行业对于固体的质量要求，滤饼冲洗线还可适量增加。冲洗线的溶液或清水，经真空抽滤，进入到第二气液集管，流入第二气液分离罐，进行气液分离，清洗液体进入另外的体系系统，不与在第一段皮带抽滤的原滤液混合，各有各的去处。这样第一脱水段的滤液，即未受污染或稀释的滤液，通过专用管路去到下游环节。第二脱水段的滤液，由于参入了清水或其他溶液，则进入到另外指定处理环节。同时，经过两段脱水，及清(水)洗的固体，达到使用标准后，进入到设计的仓库中储存。

本发明的可调节式化学石膏结晶反应器是针对常见结晶反应器的难于调节的弊端，重新设计，结合运用水力旋流器的特有功能，对于浆液进行浓缩，并对于其中的固体根据粒径大小进行分割，大的固体晶体颗粒去到下游的真空皮带进行脱水，小的固体晶体颗粒随液体返回线，重新进入反应器，作为晶种或小颗粒晶体继续长大。由于浆液中溶液或有不同特性，导致结晶区间及时间不同，故在液体(旋流器溢流)返回线中，设计了两组水力旋流器，可开一组，亦可开两组，视具体情况而定。反应器中，结晶反应产生的固体随反应器底部线进入水力旋流器组，进行浓缩分离，大颗粒固体晶体到下游真空皮带进行脱水，成为石膏成品。小颗粒固体晶体随一级浆液溢流线，或二级浆液溢流线返回结晶反应器，再结晶长大。从分段式真空皮带机脱水后的滤液，可随滤液返回线返回结晶反应器，或直接排入下游工序。(视脱水滤液的品质而定)。结晶反应器顶部澄清的液体，从溢流出口排入下游工序。即完成结晶反应及分离。

本发明中的可调节式化学石膏结晶反应器，可有效的控制石膏晶体的大小，石膏的晶体，及晶型对于脱水效果，有直接的相关性，同时对于下游石膏制品的性能亦息息相关。

本实施例还提供了脱硝石膏洁净方法，包括以下步骤：

1)将盐卤水、钙离子溶液从所述的脱硝石膏洁净装置的反应液入口注入脱硝石膏洁净装置的结晶反应区，盐卤水、钙离子溶液反应后得到的浆液从浆液出口进入第一水力旋流器；

2)第一水力旋流器对浆液进行浓缩，并对其中的固体根据粒径大小进行分割；经第一水力旋流器分离后形成的浆料从第一水力旋流器的出料口进入分段式真空皮带脱水机，经第一水力旋流器分离后形成的相对较小的晶体颗粒经第一水力旋流器的上溢流口进入结晶反应区继续长大；或

经第一水力旋流器分离后形成的浆料从第一水力旋流器的出料口经加压进入第二水力旋流器，经第一水力旋流器分离后形成的相对较小的晶体颗粒经第一水力旋流器的上溢流口进入结晶反应区继续长大；经第二水力旋流器再次分离后形成的浆料从第二水力旋流器的出料口进入分段式真空皮带脱水机，经第二水力旋流器再次分离后形成的相对较小的晶体颗粒经第二水力旋流器的上溢流口进入结晶反应区继续长大；

3)分段式真空皮带脱水机的真空盒的第一脱水区对其上方的浆液进行真空抽吸脱水，直至生成的滤饼上方无液体，脱水后分离的滤液和气体随后依次进入第一气液集管、第一气液分离罐，最终滤液返回至脱硝石膏洁净装置的结晶反应区或去下游环节，气体被真空泵抽走；脱水后分离的滤饼传送至第二脱水区，开启滤饼洗涤装置对滤饼进行清洗，经第二脱水区的真空抽吸作用，分离的洗涤液和气体进入第二脱水区，随后依次进入第二气液集管、第二气液分离罐，最终洗涤液流至洗涤液收集器，气体被真空泵抽走。

石膏晶体的大小形状，对于石膏制品的物理性能差异很大。在本实施例的脱硝石膏洁净方法中，水力旋流器(包括第一水力旋流器和第二水力旋流器)起到对晶体颗粒大小进行分级的作用，而将水力旋流器分离的溢流返回液中的晶体颗粒返回至结晶反应区是影响结晶颗粒的大小与结晶速度的关键。

最后所应当说明的是，，参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。