氨碱法外冷碳化塔的制作方法

专利名称：氨碱法外冷碳化塔的制作方法
专利说明
一、技术领域本实用新型属于氨碱法生产纯碱设备技术领域，具体涉及一种氨碱法外冷碳化塔。
二背景技术：
用氨碱法生产纯碱，虽已有一百多年的历史，但仍是目前国内外合成纯碱的主要生产方法，碳化塔又是纯碱生产过程中的关键设备。
目前，国内外纯碱厂采用的索尔维碳化塔是由很多节铸铁塔圈组成，塔内有30个左右的笠帽，塔下部除笠帽外还装有很多冷却管，以移去化学反应及结晶过程产生的热量。这种塔属内冷式结构，其缺点是采用铸铁制造，设备重量大，制造周期长，难于大型化，传热效率低，且耐蚀性不好，生产中控制不好时，就会使成品中铁含量增高，影响质量。如果改用耐蚀性能较好的不锈钢制造，又由于结构复杂，使设备造价过高。
1975年日本旭硝子公司(Asahi Glass)报道了一种在联碱法生产中采用碳钢加防腐层的外部冷却碳化塔(US4,217,330)，简称NA塔。由于该塔是通过泵将塔液送到外部冷却器进行强制循环冷却，无疑会粉碎已形成的晶体，对后续的过滤作业带来影响。继后，申请号为87103005的中国专利公开的自然循环外冷式碳化塔虽然可以避免强制循环冷却对晶体的粉碎，但它与NA塔都是采用的塔外一段循环冷却，即整个塔下部冷却段只相当于一块塔板，对钠离子转化率有一定影响，这对联碱法影响不大，但对氨碱法影响较大，会提高盐的消耗。因此这两种塔都只能用于联碱法，不适合在氨碱法中使用。
EP0015626专利公开的“结晶碳酸氢钠的生产工艺及设备”中，将塔液采用外部多段冷却，但外部冷却系统除冷却器外，还设有脱气室、过饱和消除室及循环泵，相当复杂，其后也未见到在工业生产中使用该专利技术的报导。
三
发明内容
本实用新型的目的是针对已有技术的不足，提供一种改进的氨碱法生产碳酸氢钠的碳化塔，以简化设备结构，降低冷却面上的结疤速度，提高传热效率。
本实用新型的另一目的是在前一目的实现的基础上，提供一种还能提高二氧化碳的利用率，增大碳酸氢钠结晶粒度和生产强度，进一步简化设备结构的改进的氨碱法生产碳酸氢钠的碳化塔。
为达到本实用新型第一个目的提供的碳化塔为氨碱法外冷碳化塔，包括塔体、塔体内自上而下安装的塔板，其特征在于塔下部冷却区至少分为两段，每段冷却区外设置有至少一个外冷器，外冷器与塔体相连组成反应液循环回路，这样还可以利用塔内液体含气，塔外液体基本不含气产生的重度差，使反应液在塔体和外冷器之间自然循环冷却。
达到本实用新型第二个目的提供的碳化塔是在上述氨碱法外冷碳化塔的基础上，将塔体内自上而下安装的塔板，由原有的笠帽和泡罩改为0.3～1.5％的低开孔率筛板，筛板上设置有溢流孔。由于筛板的开孔率低，筛板下会形成气垫层，阻止液体在筛板间轴向反混，使母液仅通过溢流孔向下流动，气体则通过筛孔向上运动，因而可提高二氧化碳的吸收率。由于二氧化碳的吸收效率的提高，缩短了塔体上部吸收区，扩大了塔体中部和下部结晶区，其结果是碳酸氢钠结晶粒度增大，尾气二氧化碳含量降低，二氧化碳利用率提高，塔单位容积的生产强度提高。
为了更好地达到本实用新型的目的，本实用新型还采用了以下技术措施1、塔内安装的低开孔率筛板分为三种安装在塔体上半部份吸收区和吸收与结晶区的低开孔率筛板的溢流孔位于筛板边缘，相邻两筛板的溢流孔相对于塔体的轴线对称分布，溢流孔中装配有溢流管；安装在塔体下半部份吸收、结晶与冷却区的低开孔率筛板有两种，一种低开孔率筛板的溢流孔位于筛板中心部位，溢流孔上方设置有挡液构件，另一种低开孔率筛板为环形筛板，溢流孔位于筛板中心部位，两种低开孔率筛板交替安装，溢流孔上方设置有挡液构件的低开孔率筛板位于每段冷却区的上方，溢流孔位于筛板中心部位的环形筛板位于每段冷却区的中下部。
2、每段冷却区上部还设置有内置式气液分离器，且该内置式气液分离器位于溢流孔上方设置有挡液构件的低开孔率筛板和溢流孔位于筛板中心部位的环形筛板之间。该内置式气液分离器是由挡板和导气筒组成，挡板安装在导气筒下方，为一漏斗状的环形板，导气筒两端开放，下大上小呈截锥形，并由与挡板相连的、位于下端的支架支撑固定。设置了内置式气液分离器后，可使塔外液体完全不含气，因而使反应液在塔体和外冷器之间自然循环冷却效率更高。
3、塔体上半部份吸收区和吸收、结晶区的直径为D1，塔体下半部份吸收、结晶与冷却区的直径为D2，D1是D2的1.2～1.8倍，形成上大下小的异径塔。这样可使结晶在中部高温区的停留时间增长，粒度增大，同时降低了塔内过饱和度峰值，使塔内结疤速度减慢，有利于延长塔的连续作业周期。
4、塔体采用碳钢防腐或用不锈钢材质制造。这样不仅可减轻设备重量，降低造价，实现设备大型化，还可降低产品铁份，提高产品白度。
本实用新型具有以下技术效果1、提高了换热效率。采用外冷式自然循环方式冷却，将二氧化碳的吸收过程与冷却过程分开，减轻了冷却面上的结疤速度，使传热效率更高，如原铸铁内冷塔每日产一吨纯碱约需6～8m2冷却面积，而本实用新型只需4～5m2冷却面积。
2、提高了二氧化碳的利用率。采用低开孔率筛板，阻止了液体在筛板间轴向反混，提高了二氧化碳气体与氨盐水的反应效率，使塔顶尾气由原来5～10％降到0.4～3.0％。
3、简化了设备结构。采用低开孔率筛板，不但提高了二氧化碳的利用率，还使塔板数量大大减少，可由原来30块左右减少到20块左右。
4、增大了碳酸氢钠的结晶粒度。同时采用自然循环外冷技术和上大下小的异径塔，既避免了循环泵对晶体的粉碎，又加大了晶体的增长时间，无疑会提高其结晶粒度。
5、提高了产品白度。由于设备结构简化，可采用碳钢防腐或用不锈钢材质制造，因而可避免铸铁塔给产品造成的铁份含量过高的问题，使产品白度提高。
6、降低了设备造价，可实现设备的大型化。塔板结构的改变和数量的减少以及塔体采用碳钢防腐或用不锈钢材质制造等措施，都会使设备的制造成本降低，同时也可实现设备的大型化。
四

图1为本实用新型提供的氨碱法外冷碳化塔的一种结构示意图；图2为本实用新型安装在塔体上部吸收区的筛板与溢流管的组合示意图；
图3为图2的俯视图；图4为本实用新型安装在塔体中部结晶区的筛板与挡液构件组合示意图；图5为图4的俯视图；图6为本实用新型安装在塔体下部吸收、结晶与冷却区的筛板的结构示意图；图7为图6的俯视图；图8为本实用新型安装在每段冷却区上部的内置式气液分离器的结构示意图。
五具体实施方式
以下结合附图给出实施例，并对本实用新型进行具体的描述。但值得在此指出的是给出的实施例只用于对本实用新型作进一步说明，不能理解为对本实用新型保护范围的限制，该领域的技术熟练人员根据上述本实用新型内容对本实用新型作出的一些非本质的改进和调整仍属本实用新型的保护范围。
实施例1本实施例给出的氨碱法外冷碳化塔如图1所示，由塔体1、外冷器8、低开孔率筛板4和内置式气液分离器13组装而成。塔体1因为异径塔，上部D1为1000毫米，下部D2为800毫米，塔高28.5米，顶部开有尾气出口2，上部开有氨盐水进口3，下部开有下段气进口12和出碱口17，塔中部还有中段气进口11。塔下部冷却区分为三段，每段冷却区外设置有两个外冷器8，位于塔外两侧，三段冷却区一侧的外冷器进、出水口首尾相接，冷却水从最下面一个外冷器进水口9进入，从最上面一个外冷器的出水口10流出。安装在塔体1上半部份吸收区和吸收、结晶区的低开孔率筛板4的开孔率为1.0％，溢流孔5位于筛板边缘，相邻两筛板的溢流孔相对于塔体的轴线对称分布，溢流孔中装配有溢流管6，见图2、3，且相邻两筛板之间的距离为0.6米。安装在塔体1下半部份吸收、结晶与冷却区的两种低开孔率筛板4，如图4、5所示的溢流孔5位于筛板中心部位且溢流孔5上方设置有挡液构件7的低开孔率筛板4的开孔率为1.1％，并位于每段冷却区的上方；如图6、7所示的溢流孔5位于筛板中心部位的环形筛板4的开孔率为0.84％，并位于每段冷却区的下半部位；每段冷却区内两种筛板之间的距离为1.7米，而每段冷却区下半部位的环形筛板4与另一段冷却区的上方且溢流孔上方设置有挡液构件7的筛板4之间的距离为1.5米。每段冷却区上部还设置有内置式气液分离器13，且该内置式气液分离器位于溢流孔上方设置有挡液构件的低开孔率筛板4和溢流孔位于筛板中心部位的环形筛板4之间。该内置式气液分离器是由挡板14和导气筒15组成，挡板14安装在导气筒15下方，为一漏斗状的环形板，导气筒15两端开放，下大上小呈截锥形，并由与挡板相连的、位于下端的支架16支撑固定，见图8。
实施例2本实施例给出的氨碱法外冷碳化塔如图1所示，由塔体1、外冷器8、低开孔率筛板4和内置式气液分离器13组装而成。塔体1因为异径塔，上部D1为2800毫米，下部D2为2000毫米，塔高30米，顶部开有尾气出口2，上部开有氨盐水进口3，下部开有下段气进口12和出碱口17，塔中部还有中段气进口11。塔下部冷却区分为三段，每段冷却区外设置有两个外冷器8，位于塔外两侧，三段冷却区一侧的外冷器进、出水口首尾相接，冷却水从最下面一个外冷器进水口9进入，从最上面一个外冷器的出水口10流出。安装在塔体1上半部份吸收区和吸收、结晶区的低开孔率筛板4的开孔率为1.2％，溢流孔5位于筛板边缘，相邻两筛板的溢流孔相对于塔体的轴线对称分布，溢流孔中装配有溢流管6，见图2、3，相邻两筛板之间的距离为0.6米。安装在塔体1下半部份吸收、结晶与冷却区的两种低开孔率筛板4，如图4、5所示的溢流孔位于筛板中心部位且溢流孔上方设置有挡液构件7的低开孔率筛板4的开孔率为1.3％，并位于每段冷却区的上方；如图6、7所示的溢流孔位于筛板中心部位的环形筛板4的开孔率为0.75％，并位于每段冷却区的下半部位；每段冷却区内两种筛板4之间的距离为2.5米，而每段冷却区下半部位的环形筛板4与另一段冷却区的上方且溢流孔上方设置有挡液构件7的筛板4之间的距离为0.8米。每段冷却区上部还设置有内置式气液分离器13，且该内置式气液分离器位于溢流孔上方设置有挡液构件7的低开孔率筛板4和溢流孔5位于筛板中心部位的环形筛板4之间。该内置式气液分离器是由挡板14和导气筒15组成，挡板14安装在导气筒15下方，为一漏斗状的环形板，导气筒15两端开放，下大上小里截锥形，并由与挡板相连的、位于下端的支架16支撑固定，见图8。
权利要求1.一种氨碱法外冷碳化塔，包括塔体(1)、塔体内自上而下安装的塔板(4)，其特征在于塔下部冷却区至少分为两段，每段冷却区外设置有至少一个外冷器(8)，外冷器与塔体相连组成反应液循环回路。
2.根据权利要求1所述的氨碱法外冷碳化塔，其特征在于塔体内自上而下安装的塔板(4)为0.3～1.5％的低开孔率筛板，筛板上设置有溢流孔(5)。
3.根据权利要求1所述的氨碱法外冷碳化塔，其特征在于安装在塔体(1)上半部份吸收区和吸收与结晶区的低开孔率筛板的溢流孔(5)位于筛板边缘，相邻两筛板的溢流孔相对于塔体的轴线对称分布，溢流孔中装配有溢流管(6)；安装在塔体(1)下半部份吸收、结晶与冷却区的低开孔率筛板有两种，一种低开孔率筛板的溢流孔(5)位于筛板中心部位，溢流孔上方设置有挡液构件(7)，另一种低开孔率筛板为环形筛板，溢流孔(5)位于筛板中心部位，两种低开孔率筛板交替安装，溢流孔上方设置有挡液构件的低开孔率筛板位于每段冷却区的上方，溢流孔(5)位于筛板中心部位的环形筛板位于每段冷却区的中下部。
4.根据权利要求1或2或3所述的氨碱法外冷碳化塔，其特征在于每段冷却区上部还设置有内置式气液分离器(13)，且该内置式气液分离器位于溢流孔上方设置有挡液构件(7)的低开孔率筛板和溢流孔(5)位于筛板中心部位的环形筛板之间。
5.根据权利要求4所述的氨碱法外冷碳化塔，其特征在于内置式气液分离器(13)是由挡板(14)和导气筒(15)组成，挡板安装在导气筒下方，为一漏斗状的环形板，导气筒两端开放，下大上小呈截锥形，并由与挡板相连的、位于下端的支架(16)支撑固定。
6.根据权利要求1或2或3所述的氨碱法外冷碳化塔，其特征在于塔体(1)上半部份吸收区和吸收、结晶区的直径为D1，塔体(1)下半部份吸收、结晶与冷却区的直径为D2，D1是D2的1.2～1.8倍。
7.根据权利要求5所述的氨碱法外冷碳化塔，其特征在于塔体(1)上半部份吸收区和吸收、结晶区的直径为D1，塔体(1)下半部份吸收、结晶与冷却区的直径为D2，D1是D2的1.2～1.8倍。
8.根据权利要求1或2或3所述的氨碱法外冷碳化塔，其特征在于塔下部冷却区分为三段，每段冷却区外设置有两个外冷器(8)；塔体(1)采用碳钢防腐或用不锈钢材质制造。
9.根据权利要求5所述的氨碱法外冷碳化塔，其特征在于塔下部冷却区分为三段，每段冷却区外设置有两个外冷器(8)；塔体(1)采用碳钢防腐或用不锈钢材质制造。
10.根据权利要求7所述的氨碱法外冷碳化塔，其特征在于塔下部冷却区分为三段，每段冷却区外设置有两个外冷器(8)；塔体(1)采用碳钢防腐或用不锈钢材质制造。
专利摘要本实用新型提供的氨碱法外冷碳化塔，包括上大下小的异径塔体，与塔体下部连接的外冷器，塔体内自上而下安装的开孔率为0.3～1.5％的低开孔率筛板。塔下部冷却区至少分为两段，每段冷却区外设置有至少一个外冷器。每段冷却区上部还设置有内置式气液分离器。采用本实用新型提供的氨碱法外冷碳化塔，可以提高换热效率和二氧化碳的利用率，实现反应液自然循环冷却，降低产品的铁份含量，提高产品白度，增大碳酸氢钠的结晶粒度，简化设备结构，降低设备造价，延长塔的连续作业时间，还可使设备大型化的实现成为可能。
文档编号B01J10/00GK2661672SQ0323490
公开日2004年12月8日 申请日期2003年6月13日 优先权日2003年6月13日
发明者周光耀, 马德春 申请人:中国成达工程公司, 唐山三友化工股份有限公司